KR20120010975A - 조향 시스템의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향 시스템(10)의 작동 방법 및 이러한 조향 시스템(10)에 관한 것이다. 조향 시스템(10)은 조향 컬럼(14)의 조향 피니언(16)을 통해 조향 랙(18)에 작용하는 조향 휠(12)을 포함하며, 이 때 조향 휠(12)을 통해 조향 토크가 조향 랙(18)에 전달된다. 또한, 조향 보조 토크를 조향 랙(18)에 제공하는 조향 보조 유닛(22)이 제공되며, 이 때 조향 보조 토크를 조절하는 제어 회로(24)가 사용되며, 이 제어 회로(24)는 조향 컬럼(14)의 질량 관성을 고려한다.

Description

조향 시스템의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A STEERING SYSTEM}

본 발명은 조향 시스템의 작동 방법 및 상기 조향 시스템에 관한 것이다.

차량의 조향 시스템, 특히 조향 보조장치를 구비한 조향 시스템을 작동시키는 다양한 방법이 공지되어 있다. 이러한 소위 동력 보조 조향 시스템은, 예를 들어 정지 상태에서의 조향 시, 조종 시, 또는 저속에서 조향 휠을 작동시키는 데 필요한 힘을 감소시키기 위해 사용된다. 이러한 목적으로 동력 보조 조향 시스템은, 조향을 위해 운전자가 인가하는 힘이 예를 들어 유압 펌프 또는 전기 모터를 통해 증폭되는 점에 의해 조향 중 운전자를 보조한다.

여기에서 동력 보조 조향 시스템은 일반적으로 조향 핸들을 포함하며, 운전자는 이러한 핸들을 이용하여, 관련 휠들에 연결된 조향 랙으로 전달되는 조향 토크를 사전 설정한다. 동력 보조 조향 시스템의 경우, 조향 랙에 작용하여 운전자에 의해 인가된 조향 토크에 겹쳐지는 힘 또는 토크를 사전 설정하며, 예를 들어 전기 모터를 포함하는 조향 보조 유닛이 제공된다.

보조 유닛에 의해 조향 랙에 작용하는 힘이 조절됨으로써 특히 보조 유닛의 관성이 보상될 수 있는 점은 공지되어 있다. 이러한 맥락에서, 최적화된 피드백을 가진 조향 매커니즘에 대한 확장된 제어 방식도 적용된다. 여기에서 조향 시스템은 적어도 모델에서 유압식 동력 보조 조향 시스템(HPS: Hydraulic Power Steering)과 동일한 변속 거동을 보인다.

동적 모드의 경우, 수동적인 힘과 토션바 토크가 변동한다. 이는 조향 컬럼의 관성으로 인한 것이다. 하지만, 대부분의 상황에서 이는 운전자에 의해 감지되지 않는다. 그러나, 리턴 거동의 경우에는 그 영향이 현저하다. 이는 조향 컬럼의 관성 및 토션바의 탄성에 기인한다. 토션바는 특히 소위 핸드 오프(hands-off) 동작(조향 휠의 릴리스)의 경우, 먼저 릴리스 상태가 되도록 조향 컬럼을 가속해야 한다. 이러한 릴리스 과정이 있어야 보타력(assist force)도 쇠퇴하며, 그렇게 되면 조향 시스템이 복귀할 수 있다. 순수 기계식 조향 메커니즘은 이러한 시간 지연을 보이지 않는다는 점에 주의한다.

문헌 DE 602 18 676 T2호에는, 차량 조향 장치, 특히 동력 보조 조향 장치를 제어하는 방법이 개시된다. 기술된 방법에서, 조향 동작 동안 차량의 상태에 대한 표시를 형성하는 하나 이상의 신호가 제어 장치에 의해 제공된다. 이러한 신호는 차량의 핸드 휠에 인가될, 요구된 운전자 토크를 결정하기 위해 분석된다. 또한, 핸드 휠의 관성 및 가속도가 결정되고, 상기 관성 및 가속도로부터 핸드 휠 토크가 계산된다. 컬럼 토크는 토션 바를 통해 결정된다. 요구된 운전자 토크에서 핸드 토크 및 조향 토크를 감산함으로써 에러 신호가 발생하며, 이러한 신호를 이용하여 조향 장치가 제어된다.

문헌 DE 100 32 113 A1호에는, 하나 이상의 조향 액추에이터를 위한 제어 회로 및 하나 이상의 조향 휠 액추에이터를 위한 제어 회로를 가지는 조향 시스템이 기술되어 있다. 이 발명에 따르면, 제시된 조향 시스템을 이용하여 조향 핸드 휠에서 토크의 제어 품질이 개선된다. 이를 위해, 조향 휠 액추에이터는 제어 회로를 통해 조향 액추에이터에 연결된다. 조향 휠 액추에이터의 제어 회로는 파일럿 제어기능을 갖는다. 이러한 파일럿 제어는 조향 핸드 휠에서의 관성, 각 가속도 및 변속기의 변속비와 같은 특성 변수들에 의해 결정된다.

차량에서 조향 시스템을 작동시키고 조향을 보조하는 방법이 문헌 WO/2006/021487 A1호에 공지되어 있다. 차량에는 조향 휠, 조향 축 및 조향 메커니즘이 제공되며, 이 때 조향 메커니즘에 작용하는 모터는 조향 토크 센서에 의해 측정되는 조향 토크에 따라 제어된다. 상기 문헌에서는, 측정된 조향 토크가 조향 휠의 회전 가속도 및 관성 토크로부터 산출된 보정 변수(correction variable)에 의해 감소된다고 기술되어 있다.

본 발명의 목적은, 특히 안정적으로 설계된 축에서 차량의 신속한 자가 안정성이 도달되도록 양호한 리턴 거동을 달성할 수 있게 하는 동력 보조 조향 시스템의 작동 방법을 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제1항의 특징들을 가지는 방법 및 특히 본 발명의 방법을 수행하는 데 사용되는 제7항에 따른 조향 시스템을 통해 달성된다. 종속 청구항들 및 상세한 설명에는 본 발명의 개선예들이 제시된다.

본 발명에 따른 방법은, 조향 컬럼의 조향 피니언을 통해 조향 랙에 작용하며 조향 토크가 조향 랙에 전달되도록 하는 조향 휠과, 조향 보조 토크가 조향 랙에 제공되도록 하는 조향 보조 유닛을 가진 조향 시스템을 작동하는 데 이용되며, 이 때 조향 보조 토크를 조절하는 제어 회로가 사용되며, 제어 회로는 조향 컬럼의 질량 관성을 고려한다.

보조 거동에 조향 컬럼의 관성을 산입시킴으로써, 운전자의 수동적인 힘을 직접 조절하는 것이 가능하다. 이를 위해, 조향 컬럼의 가속 거동이 관찰된다. 조향 랙에 작용하는 힘에 대한 정보를 토대로, 조향 컬럼에 전달되는 힘 또한 공지된다. 작용 힘의 합계는 조향 컬럼의 가속도로부터 공지된다. 따라서 나머지 미지수인 수동적인 힘이 결정될 수 있다.

또한 조향 보조 유닛의 질량 관성 및/또는 조향 휠의 질량 관성을 고려할 수 있다.

상기 방법으로, 운전자의 수동 토크를 결정할 수 있으며, 이를 위해, 상기 방법의 일 실시예에서 조향 컬럼의 가속 거동이 관찰된다.

일 실시예에서, 상기 방법은 특히 핸드 오프 동작의 경우에 차량의 자가 안정화에 사용된다.

또한 조향 컬럼의 조향 피니언을 통해 조향 랙에 작용하는 조향 휠을 가지는 조향 시스템이 제안되며, 이 때 조향 휠을 통해 조향 토크가 조향 랙에 전달될 수 있다. 조향 시스템은 또한 조향 보조 토크가 조향 랙에 제공되도록 하는 조향 보조 유닛을 포함하며, 이 때 조향 보조 토크를 조절할 수 있는 제어 회로가 제공되며, 제어 회로는 조향 컬럼의 질량 관성을 고려한다.

일 실시예에서, 조향 보조 유닛은 전기 모터를 포함한다. 물론 예를 들어 유압 펌프를 구비한 유압 작동 유닛과 같은 다른 조향 보조 유닛들도 고려될 수 있다.

본 발명의 다른 이점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면에 제시된다.

상기에 제시된 특징들 및 하기에 더 설명될 특징들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각각 명시된 조합뿐만 아니라 다른 조합 또는 단독으로도 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 2는 제어 회로의 개략도이다.

본 발명은 실시예들을 기반으로 한 도면들에 개략적으로 도시되며, 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 그 전체가 참조번호 '10'으로 표시된 조향 시스템을 도시한다. 조향 시스템(10)은 조향 휠(12), 조향 컬럼(14), 조향 피니언(16), 조향 랙(18), 관련 휠들(20), 조향 보조 유닛(22) 및 제어 회로(24)를 포함한다. 조향 보조 유닛(22)은 전기 모터(26)를 포함한다.

휠들(20)은 조향 타이 로드(미도시)를 통해 조향 랙(18)에 작용한다. 운전자는 조향 휠(12)을 통해 수동 토크를 인가하며, 수동 토크는 조향 컬럼(14) 및 조향 피니언(16)을 통해 조향 랙(18)에 전달된다. 조향 컬럼(14)은 기계식, 유압식, 또는 전기식 조향 컬럼일 수 있다.

조향 보조 유닛(22)으로, 추가적 토크, 구체적으로 조향 보조 토크 또는 조향 보타력이 조향 랙(18)에 전달된다. 상기 추가적 토크는 운전자에 의해 인가된 수동 토크에 좌우되고, 제어 회로(24)를 사용하여 추가적으로 조절되며, 상기 제어 회로는 다시 조향 컬럼(14)의 관성을 고려한다. 이러한 방식으로 운전자의 수동 힘 또는 수동 토크를 직접 조절할 수 있으며, 이를 위해 조향 컬럼(14)의 가속 거동이 관찰된다.

조향 랙(18)에 작용하는 힘을 알게 된다면, 조향 컬럼(14)에 전달되는 힘 또한 알 수 있다. 조향 컬럼(14)의 가속도에 근거하여, 작용하는 힘들의 합계를 산출할 수 있다. 따라서 남은 미지수인 수동 힘 또는 수동 토크를 결정하는 것이 가능하다.

도 2는 제어기 또는 조절기(32)를 가지는 제어 회로(30)의 실시예를 도시한다. 제어 회로(32)는 수동 힘 또는 토크를 조절하는 역할을 한다.

도시된 변수들은 다음과 같이 정의된다.

T_Man 운전자의 수동 토크

T_TB 토션바에 의해 인가된 토크

φ_{SC , calc} 계산된 조향 컬럼 각

φ_{SC , meas} 측정된 조향 컬럼 각

φ_Pin 조향 피니언의 각

J_SC 조향 컬럼의 관성

d 조향 컬럼의 감쇠도

C_tb 토션바의 강성

Claims (8)

1. 조향 컬럼(14)의 조향 피니언(16)을 통해 조향 랙(18)에 작용하며 조향 토크가 조향 랙(18)에 전달되도록 하는 조향 휠(12), 및 조향 보조 토크가 조향 랙(18)에 제공되도록 하는 조향 보조 유닛(22)을 가지는 조향 시스템(10)의 작동 방법이며,
   조향 보조 토크를 조절하는 제어 회로(24, 30)가 사용되며, 상기 제어 회로(24, 30)는 조향 컬럼(14)의 질량 관성을 고려하는, 조향 시스템 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 조향 보조 유닛(22)의 질량 관성이 고려되는, 조향 시스템 작동 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조향 휠(12)의 질량 관성이 고려되는, 조향 시스템 작동 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 운전자의 수동 토크가 결정되는, 조향 시스템 작동 방법.
5. 제4항에 있어서, 조향 컬럼(14)의 가속 거동이 관찰되는, 조향 시스템 작동 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량의 자가 안정화에 사용되는 방법.
7. 조향 컬럼(14)의 조향 피니언(16)을 통해 조향 랙(18)에 작용하며 조향 토크가 조향 랙(18)에 전달될 수 있도록 하는 조향 휠(12), 및 보조 토크가 조향 랙(18)에 제공되도록 하는 조향 보조 유닛(22)을 가지는 조향 시스템이며,
   보조 토크를 조절할 수 있는 제어 회로(24)가 제공되며, 상기 제어 회로(24)는 조향 컬럼(14)의 질량 관성을 고려하는, 조향 시스템.
8. 제7항에 있어서, 조향 보조 유닛(22)은 전기 모터(26)를 포함하는, 조향 시스템.

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