KR19980078704A - 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 자동차의 요 레이트를 감지하는 요레이트 센서와, 자동차의 조향 핸들 각도를 감지하는 조향 각도 센서와, 상기 센서의 출력 신호를 입력 신호로 하여 자동차의 외부에서 외란이 발생했을 때 자동차의 조향 핸들 각도(δ_S)에 일정한 추가 조향 각도(δ_C)를 더하여 얻은 목표 전륜 조향 각도(δ_F)로 조향 핸들이 조정되도록 일정한 전기적 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 출력 신호에 의해 전륜 조향을 조작하는 조향 핸들 조정 엑츄에이터로서, 자동차가 노면으로부터의 힘이나 횡풍 등의 외란을 받았을 때 추가 전륜 조향각을 제공하여 외란에 신속하게 대응함으로서 운전자 본연의 기능인 궤적 추종 작업에 전념하게 하여 자동차의 조종성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법.

Description

자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 자동차가 노면으로부터의 힘이나 횡풍 등의 외란을 받았을 때 추가 전륜 조향각을 제공하여 외란에 신속하게 대응함으로서 운전자 본연의 기능인 궤적 추종 작업에 전념하게 하여 자동차의 조종성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향에 의한 진로의 수정이나 코스에의 추종이 조종자의 입장에서 쉽고, 그 의도에 따르는 성질인가의 여부를 조정성이라는 말로 표현한다. 또한 안전성이란, 노면으로부터의 힘이나 횡풍 등 외란을 받았을 때, 그 진로를 어지럽히는 일이 적고, 신속하게 평형 상태로 되돌아가는가의 성질을 표현하는 말이다.

한편 이러한 자동차의 운동 문제를 생각하기 위하여 도 1에 도시한 자동차의 운동 역할 모델을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 차륜은 중량을 가지지 않고, 강체로 간주되는 차체가 자동차의 중량을 대표하는 것으로 생각한다. 이 자동차의 무게 중심전을 원점으로 자동차의 앞뒤 방향을 x축, 좌우 방향을 y축, 위아래 방향을 z축으로 하여 자동차에 고정된 좌표축을 가상한다. 그러면 자동차 운동의 자유도를 공간 내의 강체 운동으로서 다음의 여섯 종류로 뷴류할 수 있다.

① x방향의 병진 운동, 전후 움직임(Longitudinal Motion)

② y축방향의 병진 운동, 좌우 움직임(Lateral Motion)

③ z축 방향의 병진 운동, 상하 움직임(Up and down Motion)

④ x축 둘레의 회전 운동(Rolling Motion)

⑤ y축 둘레의 회전 운동(Pitching Motion)

⑥ z축 둘레의 회전 운동(Yawing Motion)

이와 같이 기술한 여섯 가지의 운동을 더욱 자세히 보면 크게 다음 두개로 나누어서 생각할 수가 있다.

하나는, ①③③의 운동으로 이들은 조향 핸들의 조향과는 아무런 직접적인 관계가 없이 생기는 운동이다. ①의 운동은 가속이나 감속에 의한 자동차의 구동이나 제동을 포함하는 전후 방향의 직선 운동이다. 또, ③의 운동은 노면의 고르지 못함 따위로 생기는 위아래 방향의 운동이며, 주행중인 자동차의 승차감에 직접 관련한다. ⑤의 운동은 위아래 방향의 노면이 고르지 못함이나 ①의 운동에 수반하여 생기는 운동이다.

이에 비해서 ②⑥은 기본적으로는 주행중인 자동차의 조향으로 비로서 생기는 운동이다. 즉, ②의 운동은 조향에 의한 자동차의 횡방향의 운동이며, ⑥의 운동은 조향함으로 자동차의 방향이 변화하는 요잉 운동이다. 그리고 상기 ②나 ⑥의 운동에 수반하여 ④의 롤링 운동이 생긴다.

이와 같이 주행중에 여러가지 운동을 수반하는 자동차는 운전자가 상기 자동차를 주행중에 항상 목표하는 궤적대로 자동차가 추종하도록 하는 궤적 추종 작업과 함께 주행중 횡풍이나 노면의 비대칭등에서 유발되는 자동차의 각종 요동에 대해 대응하는 외란 대응 작업을 동시에 수행하여야 한다. 그러나 운전자의 반응 시간이나 적절한 대응이라는 측면에서 볼 때 외란 대응 가능은 매우 취약하다고 할 수 있다. 왜냐하면 운전자가 외란을 인식하는데 약 1초 가까운 시간이 걸리고, 그에 대응하는 측면에서도 너무 과도하게 조향각을 변화시킬 수 있기 때문에 더욱 위험한 상황으로 발전할 수 있기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 자동차가 노면으로부터의 힘이나 횡풍 등의 외란을 받았을 때 추가 전륜 조향각을 제공하여 외란에 신속하게 대응함으로서 운전자 본연의 기능인 궤적 추종 작업에 전념하게 하여 자동차의 조종성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 자동차 운동의 자유도를 설명하기 위한 자동차의 운동 역할 모델을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 조향 각도 센서20 : 요 레이트 센서

30 : 제어부40 : 조향 핸들 조정 엑츄에이터

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치, 자동차의 요 레이트를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력하는 요레이트 센서와, 운전자가 조작한 자동차의 조향 핸들 각도를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력하는 조향 각도 센서와, 상기 센서의 출력 신호를 입력 신호로 하여 소정의 프로그램 및 기준값들에 의해 연산, 기억, 제어 처리한 결과 자동차의 외부에서 외란이 발생했을 때 자동차의 조향 핸들 각도(δ_S)에 일정한 추가 조향 각도(δ_C)를 더하여 얻은 목표 전륜 조향 각도(δ_F)로 조향 핸들이 조정되도록 일정한 전기적 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 출력 신호에 의해 전륜 조향을 조작하는 조향 핸들 조정 엑츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 제어 방법은, 전원이 인가되어 동작이 시작되면 모든 메모리 변수를 초기화하는 단계와, 자동차의 요 레이트, 전륜 조향 각도를 감지하는 단계와, 자동차의 요 레이트가 감지되었는지를 판단하는 단계와, 상기 요 레이트가 감지되었을 경우에 추가 조향 각도(δ_C)를 계산하는 단계와, 상기 추가 조향 각도(δ_C)와 운전자가 입력한 전륜 조향 각도(δ_S)를 더하여 목표 조향 각도(δ_F)를 계산하는 단계와, 상기 목표 조향 각도(δ_F)대로 자동차의 전륜을 조정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 구성은, 입력 수단으로서 조향 각도 센서(10) 및 요 레이트 센서(20)와, 상기 센서들의 신호를 입력 받아서 이를 제어 처리하는 제어부(30)와, 상기 제어부(30)의 출력 신호에 의해 조향 핸들을 조작하는 조향 핸들 조정 엑츄에이터(40)로 이루어져 있다.

이를 좀더 자세히 설명하면 요 레이트 센서(20)는 자동차의 무게 중심부에 설치되어 자동차의 요 레이트(Yaw Rate)를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 여기서 상기 감지된 요 레이트는 차후에 자동차의 외란 발생 여부를 판단하는 근거로 사용된다. 또한 조향 각도 센서(10)는 운전자가 조작한 핸들의 각도를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력한다.

한편 제어부(30)는 상기 센서들의 신호를 입력 받아서 소정의 프로그램 및 기준값들에 의해 연산, 기억, 제어 처리한 결과 자동차의 외부에서 외란이 발생했을 때 자동차의 조향 핸들 각도(δ_S)에 일정한 추가 조향 각도(δ_C)를 더하여 얻은 목표 전륜 조향 각도(δ_F)로 조향 핸들이 조정되도록 일정한 전기적 신호를 출력한다. 여기서 상기 제어부(30)는 소정의 마이크로 컴퓨터로서 중앙처리장치 및 메모리를 탑재하고 있으며 상기 메모리에는 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치가 작동되도록 하는 소정의 프로그램 및 각종 데이터들이 기억되어 있다. 또한 입, 출력 인터페이스로서 아날로그/디지털 컨버터 및 증폭 수단을 포함하고 있다.

마지막으로 상기 제어부(30)의 출력 신호를 입력 신호로 해서 작동되는 조향 핸들 조정 엑츄에이터(40)는 조향 핸들 하단축에 설치된 모터이며 이는 정역 회전이 가능한 것을 사용했다.

도 3은 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치 제어 방법의 구성은 전원이 인가되어 동작이 시작되면 모든 메모리 변수를 초기화하는 단계와(S1), 자동차의 요 레이트, 전륜 조향 각도를 감지하는 단계와(S2), 자동차의 요 레이트가 감지되었는지를 판단하는 단계와(S3), 상기 요 레이트가 감지되었을 경우에 추가 조향 각도(δ_C)를 계산하는 단계와(S4), 상기 상기 추가 조향 각도(δ_C)와 운전자가 입력한 전륜 조향 각도(δ_S)를 더하여 목표 조향 각도(δ_F)를 계산하는 단계와(S5), 상기 목표 조향 각도(δ_F)대로 자동차의 전륜을 조정하는 단계(S6)로 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 하는 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 전원이 인가되면 제어부(30)는 소정의 프로그램을 로딩하여 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치가 작동될 수 있도록 초기 환경을 설정하며 최초로 모든 메모리 변수를 초기화한다.(S1)

그런 후 제어부(30)는 조향 각도 센서(10) 및 요 레이트 센서(20)를 이용하여 운전자가 조작한 조향 핸들의 조작 각도 및 자동차의 요 레이트를 감지하게 된다.(S2)

또한 상기 제어부(30)는 요 레이트가 감지되었는지를 판단하고(S3), 이어서 상기 감지된 요레이트에 관련된 함수를 호출하여 추가 조향 각도(δ_C)를 계산한다.(S4) 여기서 상기 요 레이트는 자동차가 노면으로부터 힘이나 횡풍 등의 외란을 받았을 때 감지되는 값이다.

이어서 상기와 같이 계산된 추가 조향 각도(δ_C)와 상기 조향 각도 센서(10)에 의해 입력된 운전자의 조향 각도(δ_S)를 더하여 목표 조향 각도(δ_F)를 계산하고(S5) 그에 상응하는 제어 신호를 출력함으로서 조향 핸들 조정 엑츄에이터(40)를 작동시켜 외란에 대응되도록 조향 핸들을 조정하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않고 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러가지로 변형된 실시예가 가능할 것이다.

따라서 본 발명에 의한 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법은, 자동차가 노면으로부터의 힘이나 횡풍 등의 외란을 받았을 때 추가 전륜 조향각을 제공하여 외란에 신속하게 대응함으로서 운전자 본연의 기능인 궤적 추종 작업에 전념하게 하여 자동차의 조종성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 능동 전륜 조향 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

Claims (2)

1. 자동차의 요 레이트를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력하는 요레이트 센서와, 운전자가 조작한 자동차의 조향 핸들 각도를 감지하고 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 출력하는 조향 각도 센서와; 상기 센서의 출력 신호를 입력 신호로 하여 소정의 프로그램 및 기준값들에 의해 연산, 기억, 제어 처리한 결과 자동차의 외부에서 외란이 발생했을 때 자동차의 조향 핸들 각도(δ_S)에 일정한 추가 조향 각도(δ_C)를 더하여 얻은 목표 전륜 조향 각도(δ_F)로 조향 핸들이 조정되도록 일정한 전기적 신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 출력 신호에 의해 전륜 조향을 조작하는 조향 핸들 조정 엑츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 장치.
2. 전원이 인가되어 동작이 시작되면 모든 메모리 변수를 초기화하는 단계와; 자동차의 요 레이트, 전륜 조향 각도를 감지하는 단계와; 자동차의 요 레이트가 감지되었는지를 판단하는 단계와; 상기 요 레이트가 감지되었을 경우에 추가 조향 각도(δ_C)를 계산하는 단계와; 상기 추가 조향 각도(δ_C)와 운전자가 입력한 전륜 조향 각도(δ_S)를 더하여 목표 조향 각도(δ_F)를 계산하는 단계와; 상기 목표 조향 각도(δ_F) 대로 자동차의 전륜을 조정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 장치 제어 방법.