KR20050093100A - 차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 필요한 상황에서 조향 반력을 크게 함으로써 급격한 조향 조작을 억제할 수 있는 전동 조향 장치의 특성을 이용하여, 차량의 좌우 롤각이 설정값을 초과하면 조향 휠의 조향 반력 토크를 증가시킴으로써 운전자에 의한 급격한 조향 조작을 억제하였다. 따라서, 본 발명을 이용하면, 차량의 급선회로 인해 롤각이 커진 상태에서 운전자의 급격한 조향 조작에 의한 차량의 전복이나 자세 불안정으로 인한 경로이탈 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법 {A steering system powered by electric force and a method for controlling said system}

본 발명은 차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 급선회로 인해 롤각이 커진 상태에서 운전자에 의한 급격한 조향 조작에 의해 차량이 전복되거나 차량의 자세가 불안정해져 경로를 이탈하는 등의 사고 발생을 미연에 방지할 수 있는 차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

주지되어 있다시피, 차량의 운전석 전방에는 조향 휠이 설치되고, 이 조향 휠의 회전축에는 조향축이 연결되어, 운전자가 조향 휠을 회전시킴에 따라 조향 휠의 회전축이 회전되면서 조향축이 회전 및 차량의 전륜이 좌우로 회동되어 차량의 주행 방향을 전환시키는 조향 시스템이 구비되어 있다.

이러한 조향 시스템에 있어서, 운전자가 조향 휠을 회전시키는 회전력을 조향축에 직접 전달하여 조향시킬 경우에 운전자가 조향 휠을 회전시키는데 많은 힘이 요구된다.

이에, 운전자의 조향 조작시에 드는 힘을 경감시키고자, 조향 휠 조작시의 유압 액츄에이터를 이용한 유압식 조향 시스템이 상용화되어 있다.

상기한 유압식 조향 시스템을 포함하는 기존의 조향 시스템은, 조향 휠과 타이어가 기계적으로 연결되어 있는 기계적인 시스템으로서, 차량 충돌 시 조향 휠에 연결된 조향축이 돌출됨으로 인해 운전자의 상해 위험이 증가하며, 유압식 조향 시스템의 유압 액츄에이터가 엔진의 힘을 이용함으로써 엔진의 출력을 감소시키고 조향력을 증폭할 수 있는 힘이 제한적이며 유압기구와 부품수가 많아 그 구조가 복잡한 단점들이 있다.

이에, 최근에는 차량의 조향계통에 전동 액츄에이터를 설치하고, 운전자가 조향 휠을 회전시킴에 따라 상기 전동 액츄에이터가 구동되면서 차량의 전륜이 좌우로 회동되게 하여 차량의 주행방향을 조향시키는, 소위 스티어 바이 와이어(Steer By Wire)라고 불리워지는, 전동 조향 시스템이 개발되고 있다.

이러한, 전동 조향 시스템은, 차량의 운전자가 조향 휠을 회전시킴에 따라 토션 바에 비틀림이 발생하고, 이 토션 바에 발생한 비틀림 각도에 대한 변위를 토크 센서가 검출하며, 상기 검출한 차량의 주행속도 및 토션 바에 발생한 비틀림 각도에 대한 변위에 따라 구동 액츄에이터(예컨대, 모터 등)로 공급하는 전류를 조절하면서 조향하였다.

여기서, 차량의 주차, 정차 및 저속 주행일 경우에 차량의 바퀴에 걸리는 부하가 크므로, 보다 적은 힘으로도 바퀴를 조향할 수 있도록 하는 것이 바람직하며,차량이 고속 주행일 경우에는 조향각이 약간만 커져도 차량이 경로를 이탈할 수 있으므로 조향 조작감을 무겁게 하는 것이 바람직하다.

이에, 전동 조향 시스템에서는, 차속 센서로 차량의 주행 속도를 검출하고, 검출된 차량의 주행 속도에 따라 조향 휠에 조향 반력 토크를 발생하는 조향 반력 액츄에이터로 공급하는 전류를 조절함으로써, 조향 조작감을 조절하였다.

한편, 차량이 급 선회할 시에는 차량의 롤각(Roll Angle)이 커지면서 바퀴에 큰 횡력이 작용하므로, 운전자에 의한 급격한 조향 조작의 억제가 요구된다.

그런데, 상기한 전동 조향 시스템을 포함하는 기존의 조향 시스템은, 차속의 증가에 따라서만 조향휠의 조향반력이 커지도록 이루어져 있었는 바, 급선회 상황인 경우에도 충분한 고속이 아닐 경우에는 조향휠의 조향반력이 크지 않게 되므로, 운전자의 급격한 조향 조작에 의해 차량이 전복하거나 차량의 자세가 불안정해져 경로를 이탈하는 등의 사고가 발생할 위험이 있는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 차량의 급선회시에 롤각이 커질 경우 운전자에 의한 급격한 조향 조작을 억제할 수 있는 차량의 전동 조향 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 전동 조향 장치는, 차량의 좌우방향 롤각을 검출하는 롤각 검출부와, 차속에 따라 조향 반력 토크를 결정하여 제어하며 상기 롤각 검출부를 통해 검출되는 롤각이 설정값을 초과할 경우 기 결정된 조향 반력 토크를 설정분만큼 증가시켜 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 발생하는 전동력에 의해 조향휠의 조향 반력 토크를 조절하는 조향 반력 조절부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 전동 조향 장치 제어방법은, 차속에 따라 조향 반력 토크를 결정하여 그에 따라 조향휠의 조향 반력 토크를 제어하는 스텝과, 차량의 좌우 방향 롤각을 검출하는 스텝과, 상기 검출된 롤각이 설정값을 초과하면 기 결정된 조향 반력 토크를 설정분 만큼 증가시켜 조향휠의 조향 반력 토크를 제어하는 스텝을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전동 조향 장치를 도시한 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 차량의 전동 조향 장치는, 롤각 검출부(10)와 조향 휠(20)과 조향휠 검출부(30)와 인터페이스부(40)와 제어부(50)과 조향 반력 조절부(60)와 차속 감지부(70, 70')와 조향 구동부(80)와 조향 수단을 포함하여 구성된다.

상기 롤각 검출부(10)는 차량의 좌우 방향 롤각을 검출하여 그에 상응하는 검출신호를 출력하는 것으로, 예컨대, 관성에 의해 방향을 측정하는 자이로센서가 이용될 수 있다.

상기 조향 휠(20)은 조향 조작에 따라 조향각을 발생하고, 상기 조향휠 검출부(30)는 조향 휠(20)의 변위를 검출하여 검출된 변위에 상응하는 검출신호를 출력한다. 일예로, 조향휠 검출부(30)로는 조향 휠(20)의 토션 바에 대한 비틀림 각도의 변위를 검출하는 토크센서일 수 있다.

상기 인터페이스부(40)는 롤각 검출부(10)와 조향휠 검출부(30)와 차속 감지부(70, 70')로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 제어부(50)로 입력함과 더불어, 제어부(50)로부터 출력되는 제어신호를 신호처리하여 조향 반력 조절부(60)와 조향 구동부(80)로 전달한다.

상기 제어부(50)는 조향휠 검출부(30)와 차속 감지부(70, 70')로부터 입력되는 신호에 따라 조향 반력 조절부(60)와 조향 구동부(80)를 제어하기 위한 제어신호를 출력함과 더불어, 롤각 검출부(10)로부터 입력되는 신호에 따라 차량의 좌우 롤각을 판단하여 롤각이 설정값을 초과하면 조향 반력의 토크값을 증가시키도록 제어한다.

상기 조향 반력 조절부(60)는, 제어부(50)로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 그에 따라 조향 휠(20)에 조향 반력 토크를 발생함으로써 조향 휠(20)의 조작감을 가변시키는 것으로, 제어신호에 상응하는 전류를 출력하는 제어회로와 이 제어회로로부터 출력되는 전류에 상응하는 토크를 발생하는 전동식 조향 반력 액츄에이터를 포함한다.

상기 속도감지부(70, 70')는, 차량의 주행 속도를 감지하여 그에 상응하는 감지신호를 출력하는 것으로, 예컨대, 속도감지부(70, 70')로는 차량 바퀴(95, 95')의 회전수를 검출하는 휠 속도 센서가 이용될 수 있다.

상기 조향 구동부(80)는 제어부(50)로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 그에 상응하는 조향력을 발생하는 것으로, 제어신호에 상응하는 전류를 출력하는 제어회로와 이 제어회로로부터 출력되는 전류에 상응하는 동력을 발생하여 후술될 조향수단의 기어박스(90)를 구동하는 전동식 조향 액츄에이터를 포함한다.

상기 조향 수단은, 조향 구동부(80)에 의해 구동하는 기어박스(90)와 이 기어박스(90)의 출력단에 결합되어 있는 랙(91)을 포함하는데, 이 랙(91)의 좌우에는 타이로드(92,92')가 연결되어 있고, 이 타이로드(92,92')는 로크 암(93,93')을 매개로 차량 바퀴(95, 95')에 결합되어 있다.

이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 운전자가 조향 조작을 위해 조향 휠(20)을 조작하면, 조향 휠(20)이 운전자가 조작하는 방향을 따라 회동하게 되고, 이때 회동하는 조향 휠(20)의 변위가 조향휠 검출부(30)를 통해 검출된다.

제어부(50)는 조향휠 검출부(30)를 통해 검출되는 조향 휠(20)의 변위에 따라 조향각을 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 이 제어부(50)로부터 출력된 제어신호에 따라 조향각 구동부(80)가 기어박스(90)를 구동하여 랙(91) 및 타이로드(92, 92')를 작동시킴으로써 차량 바퀴(95, 95')를 조향한다(S10).

이와 더불어, 차량의 주행속도가 차속 감지부(70, 70')를 통해 감지되고, 제어부(50)는 차속 감지부(70, 70')를 통해 감지되는 차속을 미리 기억되어 있는 토크맵에 대입하여 조향 반력 토크를 결정하고, 이 결정된 조향 반력 토크를 발생하기 위한 제어신호를 출력한다.

상기 제어부(50)로부터 출력된 제어신호에 따라 조향 반력 조절부(60)가 조향 휠(20)에 대한 조향 반력 토크를 발생함에 따라, 조향 휠(20)의 조작감은 차속에 상응하게 가변된다(S20).

예컨대, 차속이 저속일 경우에는 조향 반력 조절부(60)에서 발생하는 조향 반력 토크가 상대적으로 작으므로 운전자는 보다 적은 힘으로 조향 휠(20)을 조작할 수 있어 조향 조작감이 가볍게 되는 반면, 차속이 고속이 경우에는 조향 반력 조절부(60)에서 발생하는 조향 반력 토크가 상대적으로 커져서 운전자는 보다 큰 힘으로 조향 휠(20)을 조작해야 하므로 조향 조작감이 무겁게 된다.

이때, 차량의 좌우 롤각이 롤각 검출부(10)를 통해 검출되는 바(S30), 제어부(50)는 롤각 검출부(10)를 통해 검출되는 차량의 좌우 롤각을 설정 롤각과 비교하여(S40), 비교결과 검출된 차량의 롤각이 설정 롤각의 이하이면 상기 스텝(S10)으로 되돌아간다.

만약, 상기 스텝(S40)에서의 비교결과, 검출된 차량의 롤각이 설정 롤각을 초과하는 경우, 이는 차량의 급 선회 상태로서 차량이 좌측 또는 우측으로 크게 기울어져 있는 상태인 것으로, 운전자가 급격하게 조향 조작을 할 경우 차량이 전복되거나 차량의 자세가 불안정해져 경로를 이탈하는 등의 사고가 발생할 위험이 있다.

이에, 검출된 차량의 롤각이 설정 롤각을 초과하면, 제어부(50)는 상기 스텝(S20)에서 토크맵에 따라 결정되어 제어되고 있는 현재의 토크값에서 설정분만큼의 토크를 더 증가시키도록 제어하는 제어신호를 발생한다.

상기 제어부(50)로부터 출력된 제어신호에 따라 조향 반력 조절부(60)가 조향 휠(20)에 대한 조향 반력 토크를 증가시킴에 따라, 조향 휠(20)의 조작감은 한층 무거워지게 된다(S50).

조향 휠(20)의 조작감이 더욱 무거워짐에 따라, 운전자는 급 조향 조작을 하기 어려워지므로, 차량의 급선회 시에 급 조향 조작이 억제된다.

상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 필요한 상황에서 조향 반력을 크게 함으로써 급격한 조향 조작을 억제할 수 있는 전동 조향 장치의 특성을 이용한 것으로, 차량의 좌우 롤각이 설정값을 초과하면 조향 휠의 조향 반력 토크를 증가시킴으로써 운전자에 의한 급격한 조향 조작을 억제하였다.

따라서, 본 발명을 이용하면, 차량의 급선회로 인해 롤각이 커진 상태에서 운전자의 급격한 조향 조작에 의한 차량의 전복이나 자세 불안정으로 인한 경로이탈 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전동 조향 장치를 도시한 개략도,

도 2는 도 1에 도시된 제어부의 동작과정을 설명하기 위한 플로우챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 롤각 검출부 20 : 조향 휠

30 : 조향 휠 검출부 40 : 인터페이스부

50: 제어부 60 : 조향 반력 조절부

70,70' : 차속 감지부 80 : 조향 구동부

90: 기어박스 91 : 랙

92,92' : 타이로드 93,93' : 로크 암

95,95' : 차량 바퀴

Claims (3)

1. 차량의 전동 조향 장치에 있어서,

   차량의 좌우방향 롤각을 검출하는 롤각 검출부와,

   차속에 따라 조향 반력 토크를 결정하여 제어하며 상기 롤각 검출부를 통해 검출되는 롤각이 설정값을 초과할 경우 기 결정된 조향 반력 토크를 설정분만큼 증가시켜 제어하는 제어부와,

   상기 제어부의 제어에 따라 발생하는 전동력에 의해 조향휠의 조향 반력 토크를 조절하는 조향 반력 조절부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 전동 조향 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 롤각 검출부는, 관성에 의해 방향을 측정하는 자이로센서인 것을 특징으로 하는 차량의 전동 조향 장치.
3. 차량의 전동 조향 장치 제어방법에 있어서,

   차속에 따라 조향 반력 토크를 결정하여 그에 따라 조향휠의 조향 반력 토크를 제어하는 스텝과,

   차량의 좌우 방향 롤각을 검출하는 스텝과,

   상기 검출된 롤각이 설정값을 초과하면 기 결정된 조향 반력 토크를 설정분 만큼 증가시켜 조향휠의 조향 반력 토크를 제어하는 스텝을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 전동 조향 장치 제어방법.