KR20090007748A - 조향 지원 시스템에서 승차감을 개선하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

조향 지원 시스템에서 승차감을 개선하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU) 및 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS)를 발생시키는, 차량 조향시 운전자를 지원하기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로 요구된 구동 토크(MS)에 의한 조향 개입은 실질적으로 구동 토크(MS')의 변량이 최대값(Max1)으로 제한된 경우에 더욱 만족스러운 결과를 가져올 수 있다.
차량 조향 시스템, 조향휠, 서보 구동 토크, 추가 구동 토크

Description

조향 지원 시스템에서 승차감을 개선하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING THE DRIVING COMFORT IN A STEERING ASSISTANCE SYSTEM}
본 발명은 청구항 제1항, 제4항, 제6항 및 제8항의 전제부에 따른, 차량의 조향시 운전자를 지원하는 방법 및 청구항 제11항의 전제부에 따른, 상기 방법에 상응하는 장치에 관한 것이다.
현대의 차량에는 통상 조향시 운전자를 지원하는 파워 스티어링 장치(power steering)가 장착된다. 공지된 파워 스티어링 장치들은, 예컨대 전동기나 유압 펌프와 같이, 운전자에 의해 제공되어야 하는 조향력을 경감시키는 지원 토크를 조향 장치에 가하는 구동 장치를 포함한다. 지원 토크의 크기는 현재 주행 상황, 특히 조향각 내지는 조향휠 각 및 주행 속도에 좌우된다. 지원 토크는 통상 제어 장치에 의해 사전에 정의된 조향 특성에 따라 조정된다.
종래 기술에는 전술한 것과 같이 조향시 동력 소비를 줄이는 파워 스티어링 장치 외에, 특수한 주행 상황에서 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록 조향 장치에 추가 구동 토크를 가하는 조향 시스템도 공지되어 있다. 이러한 시스템을 운전자 조향 지원 시스템이라고도 한다. 이러한 시스템에는 예컨대 차량이 주행 차선을 이탈하지 않도록 하는 조작과 관련하여 운전자를 지원하는 LKS(Lane Keeping Support: 차선 유지 지원) 시스템도 포함된다.
LKS 시스템은 일반적으로, 주행 차선의 진행 경로 및 주행 차선 내에서의 차량의 상대적 위치를 측정하거나 장애물을 인지할 수 있는 비디오 시스템과 같은 주변 환경 센서 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은, 차량의 궤적이 주행 차선 진행 경로에 대략 일치하는 한, 정상 주행 모드에서는 활성화되지 않는다. 이 경우, 서보 구동 토크만 조향 장치에 가해진다. 그러나 차량의 궤적이 주행 차선 진행 경로에 의해 사전 설정된 최적의 궤적으로부터 크게 벗어나거나 여타의 위험 상황이 존재하는 경우, 상기 시스템은 운전자가 촉각적으로 감지할 수 있는 추가의 구동 토크를 발생시키고, 이를 통해 운전자에게 차량을 주행 차선에 유지시키기 위해 또는 차선 변경을 수행하기 위해 조향 장치를 어떻게 조작해야 하는지를 지시한다. 조향휠 각이 너무 작으면 운전자는 예컨대 조향력이 감소된 것을 감지하고, 그 결과 운전자는 조향휠을 자동적으로 더욱 강하게 꺾는다. 그에 반해 조향각이 너무 크면 시스템은 조향휠에 작용하는 조향력을 증가시키고, 그로 인해 운전자는 조향휠을 원하는 만큼 계속 초기 위치(zero position)로 가동한다.
운전자 조향 지원 시스템의 조향 개입시마다 조향 장치의 고유 조향 특성이 변동한다. 즉, 운전자는 조향휠에서 급작스럽게 상이한 반응력을 감지한다. 운전자에게 익숙치 않은 상이한 조향감은, 특히 운전자가 (시스템에 의해) 권장된 조향 운동에 동의하길 원하지 않는 경우에 방해가 될 수 있다.
본 발명의 목적은, 운전자에게 훨씬 더 편안한 조향 개입을 구현함으로써 승차감을 크게 개선시키는 조향 지원 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항, 제4항, 제6항, 제8항 및 제11항에 제시된 특징들에 의해 달성된다. 그 밖의 본 발명의 구성들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 주요한 측면 중 하나는, 추가로 요구된 구동 토크가 차량 조향시 운전자에게 큰 영향을 미치지 않도록, 특히 방해가 되지 않도록 상기 추가 구동 토크를 조정하는 데 있다. 이와 관련하여, 상기 요구된 토크는 그 절대값 및/또는 다이내믹에 있어서, 하기에 기술되는 바와 같이, 제한되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 추가 구동 토크의 변량이 사전 설정된 최대값으로 제한된다. 그로 인해 특히 운전자에게 불쾌감을 유발할 수 있는 토크 점프가 방지된다. 그럼으로써 조향감이 훨씬 더 개선될 수 있다.
상기 최대값은 요구된 구동 토크의 절대값에 따라 달라지는데, 이때 구동 토크가 상대적으로 더 작은 경우에 비해 구동 토크가 큰 경우에 최대 변량이 더 작은 것이 바람직하다. 즉, 추가 구동 토크가 더 클수록, 상기 추가 구동 토크는 운전자에게 -운전자가 원하는 경우- 추가 토크를 보상할 수 있는 가능성을 제공하기 위해 더 서서히 증가하거나 감소한다. 변량 제한은 상기 변량이 사전 설정된 임계값보다 큰 경우에만 활성화되는 것이 바람직하다.
최대 변량은 구동 토크의 기울기가 양인 경우와 음인 경우에 상이한 크기로 선택될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 운전자에 의해 유도된 운전자 핸드 토크와 추가 구동 토크 사이의 편차가 사전 설정된 최대값으로 제한된다. 그로 인해, 운전자가 권장 조향 운동에 동의하길 원치 않는 경우에 운전자를 방해할 수 있는 과도한 힘이 조향휠에 작용하지 못하게 된다. 결국 추가 구동 토크는 단지 운전자의 반응을 불러일으키고 그러한 반응을 가속화할 뿐, 운전자를 방해하지는 않는다. 따라서 구동 토크의 절대값은 운전자가 조향 운동에 동의하는 경우에만 증가할 수 있다.
전술한 운전자 핸드 토크와 구동 토크 사이의 편차 제한은 구동 토크의 절대값이 사전 설정된 임계값을 초과하는 경우에만 활성화되는 것이 바람직하다. 구동 토크가 아주 작은 경우에는 운전자 방해 작용이 오히려 감소한다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 구동 토크가 사전 설정된 임계값보다 크고, 운전자 핸드 토크가 구동 토크와 다른 부호를 가지며, 운전자 핸드 토크의 절대값이 사전 설정된 임계값을 초과하였으며, 운전자 핸드 토크와 그 변량의 곱이 0보다 큰 경우, 구동 토크가 사전 설정된 최대값으로 제한된다. 이러한 방법을 통해, 운전자가 권장 조향 운동에 동의하길 원하지 않아 요구된 구동 토크에 반하여 반응하는 경우, 요구된 구동 토크가 신속하게 감소할 수 있다.
운전자 핸드 토크의 변량은 전술한 계산에서 점프 방지의 목적으로 예컨대 데드 존(Dead Zone) 함수와 같은 함수를 이용해서도 감소될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 조향휠을 특정 방향으로 가동하려는 시도가 있는 경우 및 조향휠이 이미 토크의 방향으로 사전 설정된 속도를 초과한 경우에 요구된 구동 토크가 감소한다. 이러한 방식으로, 불쾌감을 유발하거나 "둔감한" 조향 운동이 방지될 수 있다.
또한, 운전자 핸드 토크의 절대값과 구동 토크 절대값의 합이 사전 설정된 최대값으로 제한될 수도 있다. 그럼으로써 조향시 과도한 조향력으로 인한 운전자의 과로 및 저항감 약화가 방지될 수 있다.
하기에서는 첨부된 도면들을 참고로 본 발명의 실시예를 더 상세히 설명한다.
도1은 자동차 내 운전자 지원 시스템의 필수 구성 요소들의 개략적 블록선도이다.
도2는 조향휠에 작용하는 힘 및 토크를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조향 개입시 승차감을 개선하기 위한 필수 방법 단계를 설명하는 순서도이다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조향 개입시 승차감을 개선하기 위한 필수 방법 단계를 설명하는 순서도이다.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조향 개입시 승차감을 개선하기 위한 필수 방법 단계를 설명하는 순서도이다.
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 조향 개입시 승차감을 개선하기 위한 필수 방법 단계를 설명하는 순서도이다.
도7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 조향 개입시 승차감을 개선하기 위한 필수 방법 단계를 설명하는 순서도이다.
도1은 운전자가 차량을 조향할 때 운전자를 지원하는 운전자 조향 지원 시스템의 필수 구성 요소들의 개략적인 블록선도이다. 본 조향 지원 시스템은 현재 주행 상태를 모니터링하는 센서 시스템(5)의 다양한 센서 신호들을 처리하는 제어 장치(1)를 포함한다. 센서 시스템(5)은 예컨대 휠 회전수 센서, 조향각 센서 또는 LKS 시스템의 경우 환경 센서 시스템도 포함할 수 있다. 또한, 제어 장치(1)는 운전자에 의해 유도된 조향력을 측정하는 운전자 핸드 토크 센서(6)와 연결되어 있다.
정상 주행 모드에서는 제어 장치(1)가 서보 구동 토크(MU)를 발생시키며, 이 서보 구동 토크는 조향 조정기(steering adjuster)를 통해 차량 조향 시스템(2)에 가해진다. 차량이 예컨대 최적의 궤적으로부터 너무 멀어져가는 특정 주행 상황에서는 제어 장치(1) 또는 예컨대 차량 조절기(vehicle regulator)와 같은 외부 장치가 추가 구동 토크(요구된 구동 토크)(MS)를 발생시킨다. 이 경우, 상기 추가 구동 토크는 서보 구동 토크(MU)와 함께 조향 시스템(2)에 가해진다. 그럼으로써 운전자가 촉각적으로 감지할 수 있는 인공의 조향력이 발생하며, 이 조향력은 운전자에게 차량을 주행 차선에 유지시키기 위해 또는 차선 변경을 수행하기 위해 조향 시스템을 어떻게 조작해야 하는지를 지시한다. 추가 조향력의 강도는 통상 운전자에 의해 제어될 수 있을 정도로만 규정된다.
추가 구동 토크(MS)의 인가는 운전자를 놀라게 하거나 불편하게 할 수 있다. 따라서 조향 특성이 과도한 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 별도의 장치(7), 바 람직하게는 소프트웨어 알고리즘을 이용하여 변수 및 현재 주행 상황에 따라 추가 구동 토크(MS)를 제한하거나 다른 방법으로 조정하는 것을 제안한다. 조정된 구동 토크(MS')는 교점(3)에서 서보 구동 토크(MU)에 가산된다. 그 결과로 도출된 서보 구동 토크를 MU'라 한다.
도2에는 조향휠(4)에 작용하는 힘 및 토크가 도시되어 있다. 한편으로는 조향휠(4)을 초기 위치로 복귀시키려는 조향휠 토크 또는 복원 토크(ML)가 작용한다. 이 토크(ML)는 조향 시스템(2)의 물리적 조향력과 조정된 서보 구동 토크(MU')로부터 기인한다. 다른 한편으로는, 운전자에 의해 유도된 운전자 핸드 토크가 작용하며, 이 토크는 본 도면에 MF로 표기되어 있다.
요구된 구동 토크(MS)는 근본적으로 그 절대값 및/또는 그 다이내믹이 제한될 수 있다. 하기에서는 도3 내지 도7을 참고로 구동 토크(MS)를 제한하기 위한 다양한 방법을 설명한다. 요구된 구동 토크(MS)를 제한하거나 조정하기 위한 알고리즘은 구동 토크(MS)를 요구하는 장치와 분리되어 구현된다.
도3에는 요구된 구동 토크(MS)의 변량을 사전 설정된 최대값으로 제한하는 방법의 필수 방법 단계들이 도시되어 있다. 단계 10에서 먼저 구동 토크(MS)의 변량이 사전 설정된 임계치(SW1)를 초과하는지의 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍 정(예)이면, 단계 11에서 요구된 구동 토크(MS)의 절대값이 측정된다. 이때, 구동 토크(MS)의 (상승하는 또는 하강하는) 변량은 단계 12에서 최대값 "Max1"으로 제한된다.
최대 변량(Max1)은 바람직하게 구동 토크(MS)의 절대값에 따라 달라지며, 구동 토크(MS)가 작은 경우에 비해 구동 토크(MS)가 큰 경우에 최대 변량(Max1)이 더 작다. 그로 인해, 큰 구동 토크(MS)는 기본적으로 더 작은 구동 토크(MS)보다 (그 변량의 절대값은 더 작으면서) 더 서서히 가해진다. 이러한 방식으로 특히 조향 개입으로 인해 운전자가 당황하거나 깜짝 놀라는 일이 방지된다. 또한, 운전자가 토크에 반응하고, 경우에 따라 운전자가 원하는 경우, 상기 토크를 보상하는 데 충분한 시간이 주어진다.
도4에는 운전자 핸드 토크(MF)와 요구된 구동 토크(MS) 사이의 편차를 사전 설정된 임계값으로 제한하는 방법의 필수 방법 단계들이 도시되어 있다. 이 함수는, 요구된 구동 토크(MS)가 사전 설정된 임계값(SW2)보다 큰 경우에만 활성화된다.
따라서 단계 13에서는 먼저, 요구된 구동 토크(MS)가 사전 설정된 임계값(SW2)보다 큰지의 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 단계 14에서 (운전자 핸드 토크 센서(6)에 의해 측정되는) 운전자 핸드 토크(MF)와 구동 토크(MS)의 차가 임계값(SW3)을 초과하는지 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍정(예) 이면, 구동 토크(MS)는 최대값 "Max2"로 제한된다. 그럼으로써, 운전자가 권장 조향 운동에 동의하지 않는 경우에 운전자가 보상해야 하는 너무 큰 힘이 조향휠(4)에 작용하지 않게 된다. 결국, 요구된 구동 토크(MS)는 운전자의 반응을 야기하고 그 반응을 가속화할 뿐, 운전자를 방해하지는 않는다.
도5에는, 운전자가 역방향으로 조향할 경우에 구동 토크(MS)를 신속하게 감소시킬 수 있는 방법의 필수 방법 단계들이 도시되어 있다. 이 경우, 먼저 단계 16에서 요구된 구동 토크(MS)가 사전 설정된 임계값(SW4)을 초과하는지의 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 단계 17에서 운전자 핸드 토크(MF)와 구동 토크(MS)가 서로 상이한 부호를 갖는지 조회된다. 부호가 상이하지 않다면 프로세스가 종료된다. 부호가 상이한 경우(즉, 운전자가 역방향으로 제어하는 경우)에는, 단계 18에서 운전자 핸드 토크가 사전 설정된 임계값(SW5)을 초과하는지의 여부가 조회된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 단계 19에서 운전자 핸드 토크(MF)와 그 변량(grad(MF))의 곱이 산출되고, 그 값이 0보다 큰지의 여부가 검출된다. 0보다 크지 않다면 역시 프로세스가 종료된다. 단계 19에서의 결과가 긍정(예)인 경우, 단계 20에서 구동 토크(MS)가 최대값 "Max3"로 제한된다.
도6에는, 조향휠이 이미 요구된 구동 토크(MS)의 방향으로 가동되고 있는 경우 상기 구동 토크(MS)를 사전 설정된 최대값으로 제한할 수 있는 함수가 도시되어 있다. 단계 21에서는 조향각 속도(VL)와 구동 토크(MS)가 같은 방향을 가리키는지의 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 단계 22에서 조향각 속도(VL)가 사전 설정된 임계값(SW6)을 초과하는지의 여부가 조회된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 구동 토크는 규정 값 "max4"로 세팅된다(단계 23).
도7에는, 운전자 핸드 토크와 구동 토크의 합이 사전 설정된 임계값을 초과하는 경우 구동 토크(MS)를 사전 설정된 값으로 제한할 수 있는 방법이 도시되어 있다. 여기서는 단계 24에서 먼저 운전자 핸드 토크(MF)와 구동 토크(MS)의 합의 절대값이 사전 설정된 임계값(SW7)을 초과하는지의 여부가 검사된다. 검사 결과가 긍정(예)이면, 단계 25에서 상기 합이 사전 설정된 최대값 "Max5"로 세팅된다. 그로 인해 구동 토크(MS)가 상응하게 감소한다.

Claims (12)

  1. 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU)뿐 아니라 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS, MS')를 발생시키는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법에 있어서,
    구동 토크(MS')의 변량이 사전 설정된 최대값(Max1)으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최대값(Max1)은 구동 토크(MS)의 절대값에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대값(Max1)의 크기는 상기 변량이 양인 경우와 음인 경우에 따라 상이한 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  4. 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU)뿐 아니라 주행 상황에 따라 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS, MS')를 발생시키는, 차량 조향시 운전자를 지원하기 위한 방법에 있어서,
    운전자에 의해 유도된 운전자 핸드 토크(MF)와 추가 구동 토크(MS') 사이의 편차가 사전 설정된 최대값(Max2)으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 구동 토크(MS)의 절대값이 사전 설정된 임계값(SW2)을 초과하는 경우에만 상기 편차가 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  6. 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU)뿐 아니라 주행 상황에 따라 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS, MS')를 발생시키는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법에 있어서,
    요구된 구동 토크(MS)가 임계값(SW4)보다 크고, 운전자 핸드 토크(MF)가 구동 토크와 다른 부호를 가지며, 운전자 핸드 토크(MF)의 절대값이 사전 설정된 임계값(SW5)을 초과하였으며, 운전자 핸드 토크(MF)와 그 변량의 곱이 0보다 큰 경우, 조향 시스템(2)에 공급된 구동 토크(MS')가 사전 설정된 최대값(Max3)으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 운전자 핸드 토크(MF)의 변량은 데드 존(Dead Zone) 함수를 이용하여 감소되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  8. 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU)뿐 아니라 주행 상황에 따라 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS, MS')를 발생시키는, 차량 조향시 운전자를 지원하기 위한 방법에 있어서,
    조향휠(4)을 특정 방향으로 가동하려는 시도가 있는 경우 그리고 조향휠(4)이 이미 토크(MS)의 방향으로 사전 설정된 속도를 초과한 경우에 구동 토크(MS')가 감소하는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 운전자 핸드 토크(MF)와 요구된 구동 토크(MS)의 합의 절대값이 사전 설정된 임계값을 초과하는 경우, 상기 합이 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 조향 시스템에 가해진 구동 토크(MS')의 최대 절대값이 사전 설정된 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 방법.
  11. 운전자가 조향휠의 상태를 변경할 수 있도록, 서보 구동 토크(MU)뿐 아니라 주행 상황에 따라 차량 조향 시스템(2)에 추가로 공급될 수 있는 추가 구동 토크(MS, MS')를 발생시키는 제어 장치(1)를 포함하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 장치에 있어서,
    상기 제어 장치(1)는 전술한 방법에 따라 요구된 구동 토크(MS)를 제한하거나, 조정하거나, 변경된 구동 토크(MS')를 발생시키는 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 운전자 핸드 토크(MF)를 측정하는 운전자 핸드 토크 센서(5)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 차량 조향시 운전자를 지원하는 장치.
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