KR20030029361A - 드라이빙 시뮬레이터 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드라이빙 시뮬레이션 장치를 사용하는 경우 보다 정확한 조향력을 연산하여 운전자가 실차에서의 조향 느낌과 유사한 느낌을 얻을 수 있는 드라이빙 시뮬레이터 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 드라이빙 시뮬레이터 제어장치에 있어서, 전자 동력 조향 시스템과; 상기 드라이빙 시뮬레이터의 조향휠 회전상태를 검출하는 조향각 검출센서와; 상기 드라이빙 시뮬레이터를 운전시 조향휠의 조향각에 따라 상기 전자 동력 조향 시스템의 구동을 제어하는 모터 제어신호를 발생하는 동력 조향 제어부와; 상기 동력 조향 제어부로부터 입력되는 조향각을 기준으로 전자 동력 조향 시스템의 조향력(토크값)을 연산하며, 차량 속도와 엔진 회전수, 연산된 조향력을 상기 동력 조향 제어부로 공급하는 시뮬레이션 제어부와; 상기 동력 조향 제어부로부터 공급되는 모터 제어신호의 입력에 따라 구동되는 모터를 포함하여 구성한다.

Description

드라이빙 시뮬레이터 제어장치{DRIVING SIMULATOR CONTROLLING DEVICE}

본 발명은 드라이빙 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 드라이빙 시뮬레이터 제어장치에 관한 것이다.

통상적으로, 차량에 장착하는 차량 부품의 개발과정은 설계 및 제작, 제작된시작품의 성능시험, 시험결과의 피드백(Feedback)을 통한 재설계로 이루어진다.

특히, 차량의 메카트로닉스 부품의 성능시험은 많은 시간과 경비가 소요되는 실차시험을 통하여 이루어진다.

이와 같은 실차 환경하에서는 차량 동력학의 복잡성과 비선형적 요소들에 의해 시험과정에서 측정하기 어려운 부분이 있으며, 반복적인 시험이 불가능한 점이 있고, 특히 시험을 수행하는 시험자가 위험에 노출되는 경우도 있어 시험에 많은 제약이 따른다.

이를 해소하기 위한 대안으로서 컴퓨터만을 이용한 시뮬레이션(모의 시험)을 이용할 수 있으나, 이는 정확한 모델링의 어려움 등으로 인해 실차의 거동을 반영하는데 충분하지 못하다.

따라서, 실차를 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터 상에서 수행할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터(차량운전 모사장치)를 사용한다.

드라이빙 시뮬레이터의 사용에 있어서, 시험하는 운전자가 실차를 탄 상태와 유사한 느낌을 주는 것이 무엇보다 중요하다.

특히, 운전자가 차량을 운전할 때 가장 많이 사용하는 조향휠의 느낌이 가장 중요하다 할 수 있다.

종래에는 조향휠의 반력을 주기 위해 단순히 스프링을 사용하거나, 혹은 조향휠 끝단에 직류모터 등을 장착하였다.

그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 종래의 드라이빙 시뮬레이터는 실차의 조향 느낌과는 전혀 다른 느낌을 주므로 운전자가 드라이빙 시뮬레이터를 운전할때 실차를 운전하는 듯한 느낌을 주지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 드라이빙 시뮬레이션 장치를 사용하는 경우 보다 정확한 조향력을 연산하여 운전자가 실차에서의 조향 느낌과 유사한 느낌을 얻을 수 있는 드라이빙 시뮬레이터 제어장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 드라이빙 시뮬레이터 제어장치에 있어서, 전자 동력 조향 시스템과; 상기 드라이빙 시뮬레이터의 조향휠 회전상태를 검출하는 조향각 검출센서와; 상기 드라이빙 시뮬레이터를 운전시 조향휠의 조향각에 따라 상기 전자 동력 조향 시스템의 구동을 제어하는 모터 제어신호를 발생하는 동력 조향 제어부와; 상기 동력 조향 제어부로부터 입력되는 조향각을 기준으로 전자 동력 조향 시스템의 조향력(토크값)을 연산하며, 차량 속도와 엔진 회전수, 연산된 조향력을 상기 동력 조향 제어부로 공급하는 시뮬레이션 제어부와; 상기 동력 조향 제어부로부터 공급되는 모터 제어신호의 입력에 따라 구동되는 모터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 전자 동력 조향 시스템의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터 제어장치의 개략도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터 제어장치의 입출력관계를 도시한 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터 제어장치의 조향 제어과정을 도시한 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량 시험시 조향각과 조향력의 로그 함수적 관계를 도시한 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 시험시 조향각과 조향력의 관계를 도시한 선도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예는 드라이빙 시뮬레이터 상에서 구현하는 조향휠 시스템을 전자 동력 조향 시스템(EPS ; Electronic Power steering System)으로 구성하여 구현하는 것에 관한 것이다.

전자 동력 조향 시스템은 기존의 유압용 차량 조향휠을 대체하는 기술로써, 도 1에 도시된 바와 같이 차속과 조향 신호를 입력받아 모터 구동 제어신호를 출력하는 제어부(110)와, 제어부(110)로부터 공급되는 모터 구동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 조향휠의 조향력(토크값)을 보조하는 모터(120)로 구성한다.

상기와 같은 전자 동력 조향 시스템을 사용하는 경우, 운전자가 조향휠을 돌려 조향을 하면 각종 센서를 사용하여 타이어로부터 들어오는 힘과 조향각 등을 측정하여 운전자의 조타력을 도와 줄 수 있도록 모터(120)에서 토크를 공급한다.

따라서, 운전자는 작은 힘으로 조향을 하는 기존의 파워 스티어링(유압식)과 동일한 느낌을 가지고 운전하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터에 사용되는 전자 동력 조향 시스템은 도 1에 도시된 전자 동력 조향 시스템을 일부 개조하여 도 2에 도시된 바와 같이 구성하여 사용할 수 있다.

드라이빙 시뮬레이터에서는 실제 차량의 타이어가 회전하지 않으므로, 타이어로부터 조향휠로 전달되는 힘(토크)을 측정할 수 없으므로, 시뮬레이션 제어부(210)를 사용하여 타이어로부터 조향휠로 전달되는 힘(토크)을 연산하여 동력 조향 제어부(220)에 전달한다.

시뮬레이션 제어부(210)는 일반적인 컴퓨터(PC)를 사용할 수 있다.

동력 조향 제어부(220)는 디지털 신호 처리부(DSP ; Digital Signal Processing)를 갖는 일종의 튜닝 키트(Tuning Kit)로 구성하며, 이를 블록 구성도로 나타내면 도 3에 도시된 바와 같다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 입력부는 차속센서, 토크센서, 엔진 회전수 검출센서, 모드 선택 스위치, 배터리, 조향각 센서를 포함하여 구성한다.

출력부는 모터, 엔진 제어부(ECU), 경보 램프, 통신(CAN 통신)라인을 포함한다.

그리고, 동력 조향 제어부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 입력 인터페이스 회로, 디지털 신호 처리부, 모터 구동 회로 및 출력회로, 전원회로, 메인 릴레이를 포함하여 구성한다.

입력 인터페이스 회로는 입력부로부터 해당되는 신호를 입력받아 디지털 신호 처리부로 전달한다.

디지털 신호 처리부는 실시간 중앙 처리부로서 입력 인터페이스 회로를 통해 입력되는 신호를 처리하여 모터 구동회로 및 출력회로를 통해 처리된 데이터를 출력한다.

모터 구동회로 및 출력회로는 디지털 신호 처리부로부터 출력되는 데이터를 출력부로 공급한다.

이때 실제 차량에서는 모든 입력부(도 3의 좌측부)를 센서를 사용하여 측정한 값을 이용하지만, 드라이빙 시뮬레이터 상에서는 실제 차량처럼 움직이는 것이아니므로, 이 중 엔진 회전수 검출센서와 차속센서(차량속도) 그리고 토크센서(조향력)값을 연산하여 동력 조향 제어부(220)로 전달한다.

동력 조향 제어부(220)에서는 이렇게 전달받은 힘 또는 토크와 드라이빙 시뮬레이터를 운전시 조향휠의 조향각을 센싱하여 전자 동력 조향 시스템의 구동을 제어하는 모터 제어신호를 발생하게 되며, 운전자는 실제 차량과 동일한 조향 느낌을 같게 된다.

동력 조향 제어부(220)와 시뮬레이션 제어부(210) 사이는 주로 RS232C 통신방식이나 CAN(Controller Area Network) 통신방식을 사용하며, 이들 사이에 주고받는 데이터와 전체적인 제어 흐름 과정은 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4를 참조하면, 조향각 센서는 조향각을 검출하여 동력 조향 제어부(220)로 공급하고①, 동력 조향 제어부(220)는 시뮬레이션 제어부(210)로 조향각 신호를 공급한다②.

이어서, 시뮬레이션 제어부(210)는 동력 조향 제어부(220)로부터 입력되는 조향각을 기준으로 전자 동력 조향 시스템의 조향력(토크값)을 연산하며, 차량 속도와 엔진 회전수, 연산된 조향력을 동력 조향 제어부(220)로 공급한다③.

그리고, 동력 조향 제어부(220)는 모터로 모터 제어신호를 공급한다④.

모터는 동력 조향 제어부(220)로부터 공급되는 모터 제어신호의 입력에 따라 구동된다.

그러나 실제 시뮬레이션 제어부(210)에 내장된 차량모델을 사용하여 실시간 시뮬레이션시 차량속도나 엔진 회전수 등의 연산은 비교적 정확하지만, 타이어 모델이 너무 경직(Stiff)하고 불안정(Unstable)하기 때문에 타이어에서 발생하는 힘 또는 토크의 정확한 연산이 어렵다.

따라서, 연산된 결과가 노이즈가 많아 실제로 사용하기에 부적절한 데이터가 많다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 차량 모델에서 연산된 조향력이 아니라 조향각을 이용한 함수를 사용하여 조향력을 연산하는 방식을 사용한다.

즉, 실제 차량을 시험해 보면 도 5에 도시된 바와 같이 조향력은 조향각에 로그 함수적으로 비례하는 특성을 갖는다.

여기서, 가로축이 조향각이고 세로축이 조향력(토크값)이다.

따라서, 이러한 특성을 시뮬레이터 상에서 이용하기 위해서 시뮬레이터 제어부는 도 5에 도시된 바와 같은 로그 함수를 사용하여 조향력을 연산하여 동력 조향 제어부(220)로 전달하여 올바르게 전자 동력 조향 시스템이 작동하게 한다.

시뮬레이션 제어부(210)는 동력 조향 제어부(220)로부터 입력되는 조향각이 +(오른쪽 회전)이면,

조향각이 (왼쪽 회전)이면,

으로 조향력(토크값)을 연산한다.

상기와 같은 식을 이용하면 전체 조향각에 대한 조향력은 도 6에 도시된 바와 같이 나타난다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터 제어장치는 차량 동역학 모델을 사용하여 조향력을 전달하지 않고, 조향각을 이용한 함수를 사용하여 조향력을 연산할 수 있으며, 특히 실제 차량의 조향 느낌과 유사한 조향 느낌을 재현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 드라이빙 시뮬레이터 제어장치에 있어서,

   전자 동력 조향 시스템과;

   상기 드라이빙 시뮬레이터의 조향휠 회전상태를 검출하는 조향각 검출센서와;

   상기 드라이빙 시뮬레이터를 운전시 조향휠의 조향각에 따라 상기 전자 동력 조향 시스템의 구동을 제어하는 모터 제어신호를 발생하는 동력 조향 제어부와;

   상기 동력 조향 제어부로부터 입력되는 조향각을 기준으로 전자 동력 조향 시스템의 조향력(토크값)을 연산하며, 차량 속도와 엔진 회전수, 연산된 조향력을 상기 동력 조향 제어부로 공급하는 시뮬레이션 제어부와;

   상기 동력 조향 제어부로부터 공급되는 모터 제어신호의 입력에 따라 구동되는 모터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이션 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 동력 조향 제어부와 시뮬레이션 제어부는 캔(CAN ; Controller Area Network) 통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이션 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션 제어부는 상기 동력 조향 제어부로부터 입력되는 조향각이 +(오른쪽 회전)이면

   조향각이 (왼쪽 회전)이면

   으로 조향력(토크값)을 연산하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이션 제어장치.