KR20070109306A - 능동 전륜 조향 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서 및 요 레이트 센서에서 검출된 각종 차량 상태 정보를 입력받아 적정한 조향 기어비를 설정하고, 상기 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(Electronic Control Unit), 상기 ECU에서 출력되는 상기 제어신호에 따른 구동신호를 출력하는 구동 회로부, 상기 구동 회로부에서 출력되는 상기 구동신호에 따라 구동되어 상기 조향 기어비를 가변시켜 주는 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS(Active Front Steering) 시스템에 있어서, 상기 ECU가 조향 반력 추정 로직을 통해, 상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 수집된 차속 및 조향각을 이용하여, 정상 상태의 조향 반력과 중첩(Superimposed) 상태의 조향 반력을 추정하고, 상기 정상 상태의 조향 반력과 상기 중첩 상태의 조향 반력의 차이를 연산하여, 상기 차이와 동일한 양의 조타 보조력을 발생하는 것을 특징으로 하는 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, AFS 시스템에서 로직이 작동함에 따라 타이어의 전륜각이 변화되어 발생하는 타이어의 조향 반력을 보상해줌으로써, AFS의 중첩 스티어링 조작 시에 발생하는 조향 반력을 상쇄시킬 수 있고, 이로 인해, 운전자는 조타 시 이질감이 제거되어 편안한 조향감을 느끼는 효과가 있다.

조향, 반력, ECU, 보상, 중첩

Description

능동 전륜 조향 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법{Method for Compensation for Steering Wheel Reaction for Use in Active Front Steering System}

도 1은 일반적인 능동 전륜 조향 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 전륜 조향 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법을 나타낸 순서도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 차속 센서 120: 조향각 센서

130: 횡가속도 센서 140: 요 레이트 센서

150: ECU 160: 구동 회로부

170: 모터 및 조향 가변 기구

본 발명은 능동 전륜 조향 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 능동 전륜 조향 시스템에서 조향 각도와 차속으로부터 타이 어의 조향 반력을 추정하는 로직을 구비하여, 정상 상태의 조향 반력과 중첩 상태의 조향 반력의 차이를 연산하여, 연산된 차이와 동일한 조타 보조력을 추가로 발생하여 조향 반력을 보상하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 적용되는, 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 이하, 'ECU'라 칭함)를 이용하여 차량의 속도에 따라 조향휠(Steering Wheel)의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 조향 시스템은, 기존의 유압식 파워 조향 시스템에 유압을 조정하는 전자 제어 밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향(Electronic Control Unit) 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 전동식 파워 조향(Electric Power Steering) 시스템으로 구분된다.

종래에는, 이와 같은 조향 시스템을 장착한 차량에 있어서, 조향휠과 조향 액츄에이터 사이에 조향 기어비 가변 기구를 구비시켜, 이 조향 기어비 가변 기구의 작동을 통해 조향휠의 조타 입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 능동 전륜 조향(AFS: Active Front Steering, 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템이 적용되고 있다.

도 1은 일반적인 AFS 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

일반적인 AFS 시스템은 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(110), 차량 핸들의 조향각을 검출하는 조향각 센서(120), 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도 센서(130), 차량의 요 레이트(Yaw Rate)를 검출하는 요레이트 센서(140), 차속 센서(110), 조향각 센서(120), 횡가속도 센서(130) 및 요 레이트 센서(140)에서 검출 된 각각의 차속, 조향각, 횡가속도 및 요 레이트의 차량 상태 정보를 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(150), ECU(150)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부(160) 및 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 구동 회로부(160)에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 핸들의 조타각도를 입력받아 회전각을 가변시켜 조향 액츄에이터에 가변된 회전각을 출력값으로 내어주는 모터 및 조향 가변 기구(170)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 AFS 시스템은 저속에서는 빠른 조향 기어비를, 고속에서는 느린 조향 기어비를 각각 내어주므로 저속에서는 민첩한 조향 특성을 얻을 수 있어 주차시 같은 경우 운전자의 워크 로드(Work Load)가 현저히 줄어들게 되고, 고속에서는 스티어링 민감도가 줄어들어 안정적인 조향 조작이 가능하게 된다.

그리고, 조향각의 위치에 따라 조향 기어비를 가변시키므로 온-센터(On-center)에서는 느린 조향 기어비를, 오프-센터(Off-center)로 갈수록 빠른 조향 기어비를 내게 되어서 차량의 급조타와 같은 위급한 상황에서 빠른 조향 기어비로 인한 차량의 민첩성을 더하여 주게 된다.

이러한 AFS 시스템은 차속과 조향각을 입력으로 하여 적절한 조향 기어비를 연산하여 유성기어나 링크 구조에 의하여 조향 핸들의 입력각과 타이어로 전달되는 출력각의 비가 결정되게 된다.

그러나, 종래의 AFS 시스템 있어서, 차량의 속도 변화에 따른 감속 또는 가 속이 발생하는 경우에는 운전자의 의지와 무관하게 조향 기어비가 바뀌게 되므로, 이때 조향 입력이 있는 경우 운전자가 의지한 바와 달리 오버스티어(Oversteer)나 언더스티어(Understeer)가 발생하여 차량의 거동이 궤적을 벗어나거나 불안정한 상태에 이르게 되며, 이에 따라 운전자에게 조타시 이질감을 전달 수 있게 된다.

즉, 중첩 스티어링(Superimposed Steering)과 같은 상황에서 AFS 시스템이 추가적인 전륜각을 생성하고 되고, 이로 인해 타이어의 반력이 변화하게 되는데, 이 값이 적정히 보상되지 않으면 운전자는 얘기치 못한 반력감을 느끼고, 차량의 거동에 영향을 줄 수도 있다.

이는 운전자의 작동과는 상관없이 AFS 시스템의 자동 제어 기능에 의해 발생하는 영향으로, 운전자에게 당황한 느낌을 줄 수도 있다는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, AFS 시스템에서 조향 각도와 차속으로부터 타이어의 조향 반력을 추정하는 로직을 구비하여, 정상 상태의 조향 반력과 중첩 상태의 조향 반력의 차이를 연산하여, 연산된 차이와 동일한 조타 보조력을 추가로 발생하여 조향 반력을 보상하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서 및 요 레이트 센서에서 검출된 각종 차량 상태 정보를 입력받아 적정한 조향 기어비를 설정하고, 상기 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(Electronic Control Unit), 상기 ECU에서 출력되는 상기 제어신호에 따른 구동신호를 출력하는 구동 회로부, 상기 구동 회로부에서 출력되는 상기 구동신호에 따라 구동되어 상기 조향 기어비를 가변시켜 주는 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS(Active Front Steering) 시스템에 있어서, 상기 ECU가 조향 반력 추정 로직을 통해, 상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 수집된 차속 및 조향각을 이용하여, 정상 상태의 조향 반력과 중첩(Superimposed) 상태의 조향 반력을 추정하고, 상기 정상 상태의 조향 반력과 상기 중첩 상태의 조향 반력의 차이를 연산하여, 상기 차이와 동일한 양의 조타 보조력을 발생하는 것을 특징으로 하는 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조향 반력을 보상하는 방법은 도 1에 도시된 능동 전륜 조향(AFS: Active Front Steering, 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템에서 이루어진다.

AFS 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(110), 차량 핸들의 조향각을 검출하는 조향각 센서(120), 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도 센서(130), 차량의 요 레이트(Yaw Rate)를 검출하는 요레이트 센 서(140), 차속 센서(110), 조향각 센서(120), 횡가속도 센서(130) 및 요 레이트 센서(140)에서 검출된 각각의 차속, 조향각, 횡가속도 및 요 레이트의 차량 상태 정보를 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 이하, 'ECU'라 칭함)(150), ECU(150)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부(160) 및 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 구동 회로부(160)에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 핸들의 조타각도를 입력받아 회전각을 가변시켜 조향 액츄에이터에 가변된 회전각을 출력값으로 내어주는 모터 및 조향 가변 기구(170)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ECU(150)는 차속 센서(110)에서 검출된 차속과 조향각 센서(120)에서 검출된 조향각을 입력받아 가변 기어비 맵(Variable Gear Ratio Map)의 확인 과정을 거쳐 해당되는 입력 대 출력의 조향 기어비를 설정한다.

즉, 가변 기어비 맵은 차속 및 조향각에 따라 적정한 입력 대 출력의 조향 기어비가 미리 정해져 있다. 그러므로 ECU(150)는 해당 조향 기어비에 따른 제어신호, 즉 출력 전압을 모터로 인가하여 모터의 위치를 제어함으로써 모터 및 조향 가변 기구(170)의 조향 기어비를 조정하도록 한다.

이와 같이 구성된 AFS 시스템에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조향 반력을 보상하는 방법을 도 2의 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법을 나타낸 순서도이다.

우선, 조향 시스템에 적용된 AFS 시스템이 동작하게 되면, 각각의 차량 상태 정보 검출 센서들은 각각의 상태 정보를 검출한다(S210). 즉, 차속 센서(110)는 차량의 속도(V)를 검출하고, 조향각 센서(120)는 차량 핸들의 조향각(θ)을 검출하며, 횡가속도 센서(130)는 차량의 횡가속도를 검출하고, 요 레이트 센서(140)는 차량의 요 레이트를 각각 검출한다.

ECU(150)는 상기 차속 센서(110) 및 조향각 센서(120)에서 검출된 차속(V) 및 조향각(θ)의 차량 상태 정보를 입력받아(S220), 가변 기어비 맵의 확인 과정을 거쳐 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비(G)를 연산 및 설정한다(S230).

또한, ECU(150)는 타이어의 조향 반력을 추정하는 로직을 이용하여 조향각(θ)과 차속(V)으로부터 정상 상태의 조향 반력(A)과 중첩(Superimposed)되었을 경우의 조향 반력(B)을 추정한다(S240).

ECU(150)는 정상 상태의 조향 반력(A)과 중첩 상태의 조향 반력(B)의 차이를 연산하여(S250), 연산된 차이만큼의 조타 보조력을 추가로 발생하도록 단계 S230에서 연산된 조향 기어비(G)에 조타 보조력 발생 신호를 추가하여 구동 회로부(160)로 전송한다(S260).

그러면, 구동 회로부(160)는 ECU(150)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구(170)를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하고(S270), 이에 따라 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비된 모터 및 조향 가변 기구(170)는 구동 회로부(160)에서 출력되는 조타 보조력이 추가된 조향 기어비에 따라 구동한다(S280).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, AFS 시스템에서 로직이 작동함에 따라 타이어의 전륜각이 변화되어 발생하는 타이어의 조향 반력을 보상해줌으로써, AFS의 중첩 스티어링 조작 시에 발생하는 조향 반력을 상쇄시킬 수 있고, 이로 인해, 운전자는 조타 시 이질감이 제거되어 편안한 조향감을 느끼는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서 및 요 레이트 센서에서 검출된 각종 차량 상태 정보를 입력받아 적정한 조향 기어비를 설정하고, 상기 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(Electronic Control Unit), 상기 ECU에서 출력되는 상기 제어신호에 따른 구동신호를 출력하는 구동 회로부, 상기 구동 회로부에서 출력되는 상기 구동신호에 따라 구동되어 상기 조향 기어비를 가변시켜 주는 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS(Active Front Steering) 시스템에 있어서,

   상기 ECU가 조향 반력 추정 로직을 통해, 상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 수집된 차속 및 조향각을 이용하여, 정상 상태의 조향 반력과 중첩(Superimposed) 상태의 조향 반력을 추정하고, 상기 정상 상태의 조향 반력과 상기 중첩 상태의 조향 반력의 차이를 연산하여, 상기 차이와 동일한 양의 조타 보조력을 발생하는 것

   을 특징으로 하는 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,

   (a) 상기 차속 및 상기 조향각을 이용하여 상기 조향 기어비를 연산 및 설정하는 단계;

   (b) 상기 조향 반력 추정 로직을 이용하여 상기 정상 상태의 조향 반력과 상기 중첩 상태의 조향 반력을 추정하고, 차이를 연산하는 단계;

   (c) 상기 차이와 동일한 양의 상기 조타 보조력을 발생하여 상기 조향 기어비에 추가하는 단계;

   (d) 상기 조타 보조력이 추가된 상기 조향 기어비의 상기 제어신호를 상기 구동 회로부로 전달하는 단계; 및

   (e) 상기 모터 및 조향 가변 기구로 상기 제어신호를 수행하기 위한 상기 구동신호를 전달하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 AFS 시스템에서 조향 반력을 보상하는 방법.

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