KR20040041967A - an apparatus for reappearance of steer repulsive power in steer by wire - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스티어링 휠 조작속도 변화에 따라 조타 반력 액츄에이터의 동작을 제어하여 와이어 스티어링 휠 조타 반력을 재현할 수 있는 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a steer-by-wire steering reaction force reproducing apparatus, and more particularly, a steer-by-wire steering reaction force reproducing apparatus which can reproduce the wire steering wheel steering reaction force by controlling the operation of the steering reaction force actuator according to the change of the steering wheel operation speed. It is about.
일반적으로 조타 반력 재현 시스템이란 단순한 와이어 스티어링 휠(pure steer by wire)에서 조향각 및 차속에 따라 실차와 유사한 스티어링 감을 구현해주는 시스템을 말한다.In general, the steering reaction force reproduction system is a system that realizes a steering feeling similar to the actual vehicle according to the steering angle and the vehicle speed on a simple steer by wire.
즉, 조향 장치에서 운전자로부터 차량의 전류 타이어 사이에 있는 기계적인 연결(steering column, u-joint shaft)을 제거하고, 차속 및 조타각에 따라 스티어링 휠에서는 스티어링 휠을 지지하는 샤프트에 전동모터를 이용하여 조타 반력감을 느낄 수 있도록 한 시스템이다.That is, the steering system removes the steering column (u-joint shaft) between the driver's current tires from the driver and uses the electric motor on the shaft supporting the steering wheel in the steering wheel according to the vehicle speed and steering angle. It is a system to feel the steering reaction force.
이는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 운전자의 조작상태 변화에 따라 가변되는 스티어링 휠(10)과, 상기 스티어링 휠(10)의 동작변화에 따라 가변되는 스티어링 각 변화를 검출하여 출력하고, 인가되는 제어신호에 스티어링 감을 재현하는 조타 반력 재현 시스템(20)과, 상기 조타 반력 재현 시스템(20)에서 검출되어 인가되는 스티어링 각 변화를 입력받아 소정의 조향 각 제어신호를 출력하고, 그에 따른 조타 반력 재현 제어신호를 출력하는 제어 장치(30)와, 상기 제어 장치(30)에서출력되는 제어신호에 동기되어 조향각을 변화시키는 구동모터(41)를 구비한 기어박스(40)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, it detects and outputs a steering wheel 10 that varies according to a driver's operation state change and a steering angle change that varies according to an operation change of the steering wheel 10. The steering reaction force reproduction system 20 which reproduces the steering feeling in the control signal and the steering angle change detected and applied by the steering reaction force reproduction system 20 are outputted, and a predetermined steering angle control signal is output, thereby reproducing the steering reaction force accordingly. Gear box 40 is provided with a control device 30 for outputting a control signal, and a drive motor 41 for changing the steering angle in synchronization with the control signal output from the control device 30.
상기한 와이어 스티어링 조타 반력 재현 장치는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 운전자가 스티어링 휠(10)을 조작하면, 조타 반력 재현 시스템(20)에 구비되어 있는 토크 센서(21)는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 스티어링 휠에 걸리는 토크를 측정하여 출력하고, 엔코더(22)는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 가변되는 조타각 변화를 측정하여 제어 장치(30)로 출력한다.As shown in FIG. 2, when the driver operates the steering wheel 10, the torque sensor 21 included in the steering reaction force reproduction system 20 is configured to adjust the steering wheel of the driver. The torque applied to the steering wheel is measured and output according to the operation, and the encoder 22 measures the change in the steering angle which is variable according to the driver's steering wheel operation and outputs it to the control device 30.
이에, 제어 장치(30)는 상기 조타 반력 재현 시스템(20)에서 전송되어 인가되는 조타각 및 토크 신호와, 차량 동작상태 변화에 따른 차속을 입력받아 설정된 제어 프로그램에 의해 스티어링 기어 박스(40)에 인가하는 출력 토크를 조절하기 위한 조향각 제어신호와 상기 기어박스(40)로 출력하는 토크에 대응하는 반력토크를 스티어링 휠 축에 구비된 구동모터(23)를 제어하기 위한 조타 반력 재현 신호를 출력한다.Accordingly, the control device 30 receives the steering angle and torque signal transmitted and applied from the steering reaction force reproduction system 20 and the vehicle speed according to the change of the vehicle operation state to the steering gear box 40 by the set control program. The steering angle control signal for adjusting the output torque to be applied and the reaction torque corresponding to the torque output to the gearbox 40 outputs a steering reaction force reproduction signal for controlling the drive motor 23 provided on the steering wheel shaft. .
이에, 기어박스(40)에 구비되어 있는 구동모터(41)는 상기 제어장치(30)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 조향 토크 발생시켜 기어박스(40)로 전달하여 차량의 타이어(50,50')를 조향시킨다.Accordingly, the drive motor 41 provided in the gearbox 40 generates steering torque in synchronism with the control signal output from the control device 30, and transmits the steering torque to the gearbox 40 to produce tires 50 and 50 of the vehicle. Steer ').
또한, 조타 반력 재현 시스템(20)에 구비된 구동모터(23)는 직류(DC)모터로서, 상기 제어 장치(30)에서 출력되는 반력 토크 제어신호에 동기되어, 운전자의 스티어링 감각을 재현하는 조타 반력 액츄에이터로 작용한다.In addition, the driving motor 23 provided in the steering reaction force reproduction system 20 is a direct current (DC) motor, and the steering which reproduces the driver's steering feeling in synchronization with the reaction force torque control signal output from the control device 30. It acts as a reaction force actuator.
그러나, 상기한 종래의 조향 반력 재현 시스템에서 운전자의 스티어링 감각을 재현하기 위해 구동모터(DC모터)만으로 조향 토크를 보조해주기 때문에 최대 토크가 큰 것이 필요하게 된다. 이 때, 최대 토크가 큰 것이 필요할 때는 모터 크기도 커지고 이로 인해 개발비용이 증대되며, 더불어 모터의 무게가 증가함으로서 시스템 무게가 증가되는 문제점을 내포하고 있다.However, in the conventional steering reaction force reproduction system, the maximum torque is required because the steering torque is assisted only by the driving motor (DC motor) to reproduce the driver's steering sensation. At this time, when a large maximum torque is required, the motor size is increased, thereby increasing the development cost, and also increasing the weight of the motor, thereby increasing the system weight.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스티어링 휠을 지지하는 샤프트에 가벼운 소재로 이루어진 조향 반력 재현 시스템을 구성하여, 운전자의 스티어링 휠 조작 속도에 따라 크기 변화가 없는 구동 모터를 제어하여 큰 토크의 조향 반력을 재현할 수 있는 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, to configure a steering reaction force reproduction system made of a light material on the shaft for supporting the steering wheel, driving without a change in size according to the driver's steering wheel operation speed It is to provide a steer-by-wire steering reaction force reproduction device capable of controlling a motor to reproduce a large torque steering reaction force.
도 1은 일반적인 와이어 스티어링 휠 구성도이고,1 is a general wire steering wheel configuration,
도 2는 종래의 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치 구성도 이고,2 is a configuration diagram of a conventional steer-by-wire steering reaction force reproducing apparatus,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치 상세 구성도 이고,3 is a detailed configuration of the steering by wire steering reaction force reproduction apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 4는 도 3의 평면도이다.4 is a plan view of FIG. 3.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 스티어링 휠 11 : 스티어링 휠 컬럼 12 : 모듈하우징10 steering wheel 11 steering wheel column 12 module housing
12-1 : 각속도 센서 12-2 : 제1 기어 12-3 : 고정부재12-1: Angular velocity sensor 12-2: First gear 12-3: Fixed member
12-4 : 제2 기어 12-5 : 액츄에이터12-4: second gear 12-5: actuator
20 : 조타 반력 재현 시스템 21 : 토크 센서20: steering reaction force reproduction system 21: torque sensor
22 : 엔코더 23 : 구동모터 30 : 제어장치22: encoder 23: drive motor 30: control device
40 : 기어박스 41 : 구동모터40: gear box 41: drive motor
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,
스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치에 있어서, 상기 조타 반력 재현 장치는 스티어링 휠과, 이 스티어링 휠을 지지하는 스티어링 휠 컬럼과, 이 스티어링 휠 컬럼을 감싸는 모듈 하우징과, 상기 스티어링 휠 컬럼에 위치되어, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 가변되는 조타각을 스티어링 휠 컬럼 회전변화에 따라 검출하는 조타각 검출센서와, 이 조타각 검출센서를 기준으로 스티어링 휠 컬러 상단에 끼워져 있어, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 회전되도록 소정의 직경을 갖는 제1 원기어와, 상기 모듈 하우징 내부면에 접합 고정 지지대는 고정부재와, 이 고정부재에 제1 원기어보다 작은 직경으로 끼워져 있어, 상기 제1 원기어의 회전에따라 연동되어 회전하는 제2 원기어와, 상기 조타각 검출센서에서 출력되는 조타각과 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차속 변화를 입력받아 설정된 프로그램에 의해 조타 반력 재현 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 조타각 검출센서를 기준으로 스티어링 휠 컬럼 하단에 구비되어, 제어수단에서 출력되는 조타 반력 재현 신호에 따라 조타 반력을 조절하는 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A steer-by-wire steering reaction force reproducing apparatus, wherein the steering reaction force reproducing apparatus is located in a steering wheel, a steering wheel column supporting the steering wheel, a module housing surrounding the steering wheel column, and the steering wheel column, Steering angle detection sensor that detects the steering angle that is changed according to steering wheel operation of the steering wheel, and the steering angle detection sensor is mounted on the top of the steering wheel color based on this steering angle detection sensor and rotates according to the driver's steering wheel operation. The first primary gear having a predetermined diameter and the joining fixing support on the inner surface of the module housing are fitted with a fixing member and a diameter smaller than the first primary gear in the fixing member, so that the first cylindrical gear is rotated according to the rotation of the first cylindrical gear. A second original gear that rotates in association with the steering angle, a steering angle output from the steering angle detection sensor, and an operating state of the vehicle Control means for receiving a change in vehicle speed and outputting a steering reaction force reproducing signal by a set program; and a steering reaction force reproducing signal provided at the bottom of a steering wheel column based on the steering angle detection sensor and outputted from the control means. It characterized in that the drive means for adjusting the steering reaction force.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 일예로 제시된 것이다.This example is not intended to limit the scope of the invention, but is merely presented as an example.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치 상세 구성도 이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.3 is a detailed configuration diagram of a steer-by-wire steering reaction force reproduction apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of FIG.
본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치는 도 3에 도시되어 있는바와 같이, 스티어링 휠(10)과, 이 스티어링 휠(10)은 스티어링 휠 컬럼(11)에 의해 지지되어 있다.Steer-by-wire steering reaction force reproduction apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the steering wheel 10, the steering wheel 10 is supported by the steering wheel column (11).
이 스티어링 휠 컬럼(11)은 모듈하우징(12)에 의해 감싸여 있고, 이 모듈하우징(12)내부에는 상기 스티어링 휠 컬럼(11)의 소정의 위치에 조타각 검출센서(12-1)가 끼워져 구비되어 있어서, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 가변되는 조타각을 스티어링 휠 컬럼 회전변화에 따라 검출한다.The steering wheel column 11 is enclosed by the module housing 12, and the steering angle detection sensor 12-1 is inserted into the module housing 12 at a predetermined position of the steering wheel column 11. A steering angle that is varied according to the driver's steering wheel operation is detected according to the steering wheel column rotation change.
그리고, 이 조타각 검출센서(12-1)를 기준으로 스티어링 휠 컬럼(11) 상단에는 소정의 지름을 갖는 제1 원기어(12-2)가 끼워져 고정 구비되어 있고, 상기 조타각 검출센서(12-1)를 기준으로 스티어링 휠 컬럼(11) 하단에는 구동모터(12-5)가결합 구비되어 있다.The first wheel 12-2 having a predetermined diameter is fitted and fixed to the top of the steering wheel column 11 based on the steering angle detection sensor 12-1, and the steering angle detection sensor ( A driving motor 12-5 is provided at the bottom of the steering wheel column 11 based on 12-1).
이 구동모터(12-5)는 제어장치(30)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어된다.The drive motor 12-5 is controlled by a control signal output from the control device 30.
이 제어장치(30)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차속 변화와 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 가변되는 조타각 변화를 입력받아 설정된 프로그램에 의해 스티어링 휠 조작속도를 판단하여 속도 변화에 따라 조타 반력 재현을 위한 소정의 구동모터(12-5) 제어신호를 출력한다.The control device 30 receives the change of the vehicle speed which is variable according to the change of the operation state of the vehicle and the steering angle change which is variable according to the driver's steering wheel operation, and judges the steering wheel operation speed by the set program to steer according to the speed change. A predetermined drive motor 12-5 for outputting reaction force is output.
그리고, 상기 제1 원기어(12-2)에는 제2 원기어(12-4)가 맞물리되, 이 제2 원기어(12-4)는 제1 원기어(12-2)보다 소정의 크기로 작은 직경을 같으며, 제1 원기어(12-2)의 회전에 따라 연동 회전 가능하도록 고정 지지대(12-3)에 끼워져 구성되어 있다.In addition, a second primary gear 12-4 meshes with the first primary gear 12-2, and the second primary gear 12-4 is more predetermined than the first primary gear 12-2. It has the same small diameter in size and is fitted to the fixed support (12-3) so as to be interlocked with the rotation of the first gear (12-2).
상기 고정 지지대(12-3)는 모듈 하우징(12) 내부면에 접합 고정된다.The fixed support 12-3 is fixed to the inner surface of the module housing 12 by bonding.
상기한 구성으로 이루어진 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치의 동작을 예를 들어 설명한다.The operation of the steer-by-wire steering reaction force reproduction device having the above-described configuration will be described by way of example.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 스티어 바이 와이어 조타 반력 재현 장치의 평면도이다.4 is a plan view of the steer-by-wire steering reaction force reproducing apparatus shown in FIG. 3.
주행중인 차량에서, 운전자가 차량의 조향을 위한 스티어링 휠(10)을 조작하면, 스티어링 휠 컬럼(11)은 운전자의 스티어링 휠(10) 조작력에 따라 회전하게되고, 이에 상기 스티어링 휠 컬럼(11)에 구비된 조타각 검출센서(12-1)에 의해 스티어링 휠 조타각이 검출된다.In a driving vehicle, when the driver operates the steering wheel 10 for steering the vehicle, the steering wheel column 11 rotates according to the driver's steering wheel 10 operating force, and thus the steering wheel column 11 The steering wheel steering angle is detected by the steering angle detection sensor 12-1 provided in the.
상기 조타각 검출센서(12-1)에 의해 검출된 스티어링 휠 조타각은제어장치(30)로 입력되고, 이 제어장치(30)는 인가되는 조타각과 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되어 입력되는 차속을 입력받아 설정된 프로그램에 의해 차량의 진행 방향을 조향하기 위한 조향 제어신호를 도 2에 도시되어 있는 기어박스(40)에 구비된 구동모터(41)로 출력한다.The steering wheel steering angle detected by the steering angle detection sensor 12-1 is input to the control device 30, and the control device 30 is variablely input according to the applied steering angle and the change in the operating state of the vehicle. The vehicle receives the vehicle speed and outputs a steering control signal for steering the traveling direction of the vehicle by the set program to the drive motor 41 provided in the gearbox 40 shown in FIG. 2.
또한, 상기 제어장치(30)는 운전자의 스티어링 휠 조타 속도를 판단하여 스티어링 휠 컬럼(11) 하단에 구비된 스티어링 휠 조타 반력 재현을 위한 구동모터(12-5) 동작 제어신호를 출력한다.In addition, the control device 30 determines the steering wheel steering speed of the driver and outputs a control signal for driving the motor 12-5 for reproducing the steering wheel steering reaction force provided at the bottom of the steering wheel column 11.
즉, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조타 속도가 메모리에 설정되어 있는 기준 설정 조타 속도 이하인 저속 핸들링이 판단되면, 상기 스티어링 휠 조타 반력 재현을 위한 구동모터(12-5)동작을 제한하기 구동 오프 제어신호를 출력한다.That is, when it is determined that the low speed handling in which the steering speed according to the driver's steering wheel operation is equal to or less than the reference set steering speed set in the memory, limiting the operation of the driving motor 12-5 for reproducing the steering wheel steering reaction force, drive off control Output the signal.
이에 따라, 스티어링 휠 조타 반력 재현은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 스티어링 휠 컬럼(11)에 그 중심이 관통 삽입되어 있는 제1 원기어(12-2)와 이 제1 원기어(12-2)와 맞물려 있는 제2 원기어(12-4)의 반력으로 스티어링 휠 반력을 구현한다.Accordingly, the steering wheel steering reaction force reproduction is shown in FIG. 4 as shown in FIG. 4. The first gear 12-2 and the first gear 12-2 whose centers are inserted into the steering wheel column 11 are inserted therethrough. The steering wheel reaction force is realized by the reaction force of the second original gear 12-4 meshed with
하지만, 운전자의 스티어링 휠 조타 속도가 메모리에 설정되어 있는 기준 설정 조타 속도 이상인 고속 핸들링이 판단되면, 제어장치(30)는 tm티어링 휠 조타 속도에 따른 구동모터(12-5) 구동 제어신호를 출력한다.However, when it is determined that the steering wheel steering speed of the driver is higher than the reference setting steering speed set in the memory, the controller 30 outputs the drive motor 12-5 driving control signal corresponding to the tm steering wheel steering speed. do.
즉, 운전자의 스티어링 조작 속도를 조타각 센서에서 검출하여, 상기 검출되는 조타속도가 설정 기준 시간 이상이면, 저속시의 제1 원기어(12-2)와 제2 원기어(12-4)의 조타 반력에 운전자의 조타 속도에 따른 구동모터(12-5)의 조타 반력이 더해져 묵직함이 느껴질 수 있도록 소정의 제어신호를 출력한다.That is, the steering angle sensor of the driver is detected by the steering angle sensor, and if the detected steering speed is equal to or greater than the set reference time, the first and second gears 12-2 and 12-4 at low speed are detected. The steering reaction force of the driving motor 12-5 according to the steering speed of the driver is added to the steering reaction force and outputs a predetermined control signal so that a heavy feeling can be felt.
이로서, 가벼운 소재의 원기어를 이용하여 액튜에이터 없이도 일정량의 조타감을 확보함으로서, 조타 반력을 재현하는 구동모터의 최대토크는 기존 시스템에서 요구하는 것보다 적게 필요하게 되고, 이에 현재보다 적은 토크를 생성해도 되므로 모터가 소형화 될 수 있고 이로 인해 모터 무게도 경량화 될 수 있다. 따라서, 모터 소형화로인한 개발 원가 절감 과 시스템 경량화 등의 효과를 얻을 수 있다.This ensures a certain amount of steering without the need for actuators by using a lighter gear made of lightweight material, so that the maximum torque of the drive motor that reproduces the steering reaction force is required less than that required by the existing system. Therefore, the motor can be miniaturized, and thus the motor weight can be reduced. Therefore, it is possible to reduce development costs and lighten the system due to the miniaturization of the motor.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 스티어링 휠을 지지하는 샤프트에 가벼운 소재로 이루어진 조향 반력 재현 시스템을 구성하여, 운전자의 스티어링 휠 조작 속도에 따라 크기 변화가 없는 구동 모터를 제어하여 큰 토크의 조향 반력을 재현할 수 있음에 따라, 모터 무게도 경량화 될 수 있고, 모터 소형화로 인한 개발 원가 절감 과 시스템 경량화 등의 효과를 얻을 수 있다.As described above, the present invention configures a steering reaction force reproduction system made of a light material on a shaft supporting the steering wheel, and controls a driving motor without a change in size according to the driver's steering wheel operation speed to provide a large torque steering reaction force. As it can be reproduced, the weight of the motor can be reduced, and development cost and system weight can be reduced due to the miniaturization of the motor.
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