KR19980077061A - 차량 능동 조향장치의 요우모션 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 능동 조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것으로, 종래 기계식 조향장치의 조향은 운전자의 조향에 전적으로 의존 되므로, 외란 작용시 대형사고로 유발될 수 있는 요우모션을 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.

이에 현재 의욕적으로 개발중인 것이 능동 조향장치인데, 본 발명은 이러한 능동 조향장치의 요우모션 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 예시도면 도 3 에서와 같이 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 조향각을 결정하여 제어기가 부여할 수 있도록 한 것이다.

따라서, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있는 것이다.

Description

차량 능동 조향장치의 요우모션 제어방법

본 발명은 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도와 관계된 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 제어기의 조향각을 결정하여 외란작용시 차량의 요우모션을 억제한 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것이다.

차량의 진행방향을 임의로 변경시키기 위한 조향장치는 크게 조작기구와 기어기구 그리고 링크기구로 분리될 수 있다.

즉, 도 1 (가)에 도시된 바와같이 조작기구는 운전자가 직접 조향조작을 하여 기어기구와 링크기구에 조작력을 전달하는 기구로 조향휠(1), 조향축(2) 등으로 구성되어 있다.

기어기구는 조향축의 회전을 감속함으로써, 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크기구에 전달하는 부분이며, 프레임에 고정된 기어기구이다.

링크기구는 기어기구의 움직임을 전륜에 전달함과 동시에 좌우 전륜의 관계위치를 올바르게 유지하는 기구로 피트먼암(3), 릴레이 로드(4), 타이로드(5), 너클암(6) 등으로 구성되어 있다.

따라서, 운전자가 조향휠(1)을 돌리면, 회전운동은 조향축(2)을 거쳐 조향기어에 전달된다.

조향기어에 전달된 회전운동은 감속과 더불어 기어형식에 따라 직선 또는 선회운동으로 변환되고, 이것이 상기 링크기구를 통해 전달되어 전륜이 조향되는 것이다.

여기서, 기어기구는 기어형식에 따라 래크 피니언, 웜섹터 롤러, 순환볼 형식 등 다수가 있으며, 예시도면 도 1 (나)는 래크 피니언 형식의 기어기구를 나타내고 있다.

래크 피니언 형식의 기어기구는 조향축(2)에 피니언(7)이 형성되고, 이와 연동되는 래크(8)가 상기 링크기구와 결합되어 조향휠(1)의 회전운동이 직선운동으로 변환되도록 되어있다.

이러한 래크 피니언 형식의 기어기구는 소형 경량이며 낮게 설치할 수 있어 주로 소형차에 많이 채용되고 있다.

그러나, 이러한 조향장치는 차체의 운동특성에 따른 이상적인 조향특성이 기대될 수 없다.

즉, 상기된 바와 같이 조향장치는 기계적인 동력전달장치로, 조작기구, 기어기구, 링크기구는 기계적으로 결합되어 있으며, 그 제어는 운전자의 조향휠 조작에 전적으로 의존되고 있다.

한편, 이러한 조향장치에 의한 조향은 차량 중심의 수직축에서의 회전운동인 요우 모션(yaw motion)과 횡운동인 레터럴 모션(lateral motion)을 유발하고 레터럴 모션이 운전자의 목적하는 궤적을 추종하는 주역할을 담당하고 있다.

그런데, 이러한 요우 모션과 레터럴 모션은 운동특성상 서로 연계되어 있어, 노면의 상태나 풍력등의 외란에 의해 차량에 요우 모션이 발생하고, 이때, 운전자가 이를 제어하려고 조향휠은 조작하게 되면 레터럴 모션까지 영향을 받게 되므로 대형사고가 발생된 우려가 있는 것이다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 현재 의욕적으로 개발중인 것이 조향휠과 기어기구에 결합되는 조향축을 분리하고, 운전자의 조향휠 조작을 기초로 여기에 차량의 동적특성을 파악하여 제어유니트가 조향을 수행하는 전자제어식 능동 조향장치이며, 본 발명은 이것에 적용되는 차량 조향장치의 요우모션 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 조향각을 결정하여 제어기가 부여할 수 있도록 한 것이다.

따라서, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있는 것이다.

도 1 (가)(나)는 종래 기계식 조향장치의 예시도,

도 2 (가)(나)는 본 발명에 따른 요우모션 제어방법을 나타낸 개념도,

도 3 은 본 발명을 나타낸 블럭도이다.

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량 주행중 외란 작용시 전륜조향각()이 충분히 작다는 가정하에 후륜의 횡방향력이 배제된 위치()에서 차량의 횡방향력이 전륜의 횡미끄럼각()의 함수인 전륜의 횡방향력()으로 대체되는 차량의 횡가속도()를 결정하고, 전륜의 횡미끄럼각속도()는 운전자의 조향각속도()와 제어기의 조향각속도()의 합과 전륜샤시의 미끄럼각속도()의 차인 것을 결정하여, 상기 횡미끄럼각()이 요우레이트(γ)에 무관하면 상기 횡가속도()가 요우레이트(γ)에 무관하다는 것으로 부터 상기 횡미끄럼각속도()에서 오우레이트(γ)성분이 배제되는 제어기의 조향각속도()를 설정하고, 이것의 적분값이 제어기의 조향각()이 되는 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법이다.

예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법을 나타낸 개념도로서, 본 발명은 차량 주행중 외란 작용시 운전자가 제어할 수 없는 요우모션을 능동조향장치의 제어기가 제어하도록 하였다.

즉, 상기된 바와같이 운전자가 수행하는 차량 조향은 요우모션과 레터럴모션을 유발하게 되는데, 이러한 요우모션과 레터럴모션을 분리하고, 요우모션이 배제된 조향각을 제어기가 부여하므로써, 외란작용시 차량의 요우모션을 억제하도록 한 것이다.

먼저, 후륜의 횡방향력의 영향을 받지 않는 위치에서의 차량의 횡가속도를 설정한다.

여기서,이며,

는 무게중심 CG로부터의 회전관성모멘트,

은 차량무게이고,

는 무게중심 CG 로 부터 후륜 중심간의 거리이다.

따라서, 상기 l_p에서의 횡가속도가 된다.

여기서,는 차량의 횡방향력이고,는 전륜의 조향각이다.

한편, 전륜의 횡력은 전륜의 횡미끄럼각의 함수로 표현되며,직진 주행중 외란이 작용할때의 전륜 조향각는 충분히 작으므로, 차량의 횡방향력는 전륜의 횡방향력으로 대치된다.

따라서, 횡가속도가 된다.

여기서, 레터럴 모션을 결정하는 횡가속도 a_yp는 전륜의 횡미끄럼각 가 요우레이트 γ 와 무관하면, 상기 횡미끄럼각

즉, 요우레이트와 무관한 횡미끄럼각를 결정하여 이를 기초로 외란작용시 레터럴 모션만이 존재하는 조향각을 제어기가 부여할 수 있는 것이다.

다시 말하면 목표 조향각가 되는 것이다.

한편, 횡미끄럼각 각속도이며,는 운전자의 조향각속도,는 제어기의 조향각속도이며,는 전륜샤시의 미끄럼각속도이고, 이들의 시간에 대한 적분치는 각을 나타내게 된다.

그런데,이고,

이다.

이로부터, 전륜의 횡미끄럼각속도에서 요우레이트 γ 요소를 배제하기 위한 제어기의 조향각속도를 설정하여 이것이 제어기의 조향각이 되도록 한다.

즉,으로 설정하여에 포함된 γ 성분을 배제시키는 것이다.

여기서,이며,는 외란이 발생되지 않는 정상주행에서의 요우레이트 레퍼런스로 이는 차량에 따라 실험적으로 결정되어진다.

인데,이다.

여기서,는 전륜의 코너링강성이고,은 후륜의 코너링강성이다.

이로부터를 구해보면, cosβ 가 충분히 작다고 가정할때이 되므로,가 된다.

즉, 제어기의 조향각속도를으로 설정하므로써

전륜의 횡미끄럼각속도에서 요우레이트 γ 가 배제되고, 그 결과로써 상기 차량의 횡가속도 a_yp가 요우레이트에 무관하게 되는 것이다.

다시 말하면, 제어기가가 되게 제어하면, 차량의 운동을 레터럴 모션만이 남게 되는 것이다.

이상에서,

이고, 제어기의 조향각는 조향각속도의 적분에 의해 얻어진다.

이러한 제어기의 조향각속도에서,,γ등은 차량에 장착된 센서로 부터 검출되며,,등은 결정된 값이다.

한편, 요우각속도는로 부터 얻어지며, 이는과를 검출하는 두개의 가속도 센서를 차량 종방향으로 장착시켜 검출하며, l_a는 이들간의 이격거리이다.

따라서, 본 발명은 도 3 의 블럭도에서와 같이, 차량에 장착된 센서와 연산수단을 통해 제어기의 조향각를 구해를 합한 목표전류 조향각를 검출하고, 이를 모우터(M)가 조향축(10)에 부여하여 외란발생시 요우모션이 제어되는 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 제어기의 조향각을 부여함으로써, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 차량 주행중 외란 작용시 전륜조향각()이 충분히 작다는 가정하에 후륜의 횡방향력이 배제된 위치()에서 차량의 횡방향력이 전륜의 횡미끄럼각()의 함수인 전륜의 횡방향력()으로 대체되는 차량의 횡가속도()를 결정하고, 전륜의 횡미끄럼각속도()는 운전자의 조향각속도()와 제어기의 조향각속도()의 합과 전륜샤시의 미끄럼각속도()의 차인 것을 결정하여, 상기 횡미끄럼각()이 요우레이트(γ)에 무관하면 상기 횡가속도()가 요우레이트(γ)에 무관하다는 것으로 부터 상기 횡미끄럼각속도()에서 오우레이트(γ)성분이 배제되는 제어기의 조향각속도()를 설정하고, 이것의 적분값이 제어기의 조향각()이 되는 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법.