KR20130012827A - 인휠 시스템 차량의 제어장치 및 방법 - Google Patents

인휠 시스템 차량의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주행중 어느 한쪽으로의 쏠림이 발생되면 좌우 인휠모터의 토크를 보정하여 직진 주행이 제공될 수 있도록 하는 인휠 시스템 차량의 제어장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 주행상태에서 검출되는 조향각과 요레이크, 차속 및 조향토크의 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림이 발생되는지 판단하는 과정, 쏠림 발생이 판단되면 조향각과 요레이크의 크기에 따라 쏠림 방향과 쏠림 정도를 판정하여 좌우 인휠모터의 보정 토크를 결정하는 과정, 메인 구동력 토크에 쏠림으로 결정되는 보정 토크를 적용한 구동토크로 인휠 모터를 제어하여 직진 주행을 제공하는 과정을 포함한다.

Description

인휠 시스템 차량의 제어장치 및 방법{CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE WITH IN WHEEL SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주행중 어느 한쪽으로의 쏠림이 발생되면 좌우 인휠모터의 토크를 보정하여 직진 주행이 제공될 수 있도록 하는 인휠 시스템 차량의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
휘발유, 경유 등과 같은 화석 연료의 사용에 따른 환경문제의 심각성과 한정된 자원의 고갈에 따라 모터로 구동되는 전기자동차, 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차 등과 같은 친환경 자동차가 개발되어 운행되고 있다.
인휠 시스템(In-wheel system)은 전기를 동력원으로 사용하는 친환경 자동차에서 소형의 개별모터(인휠모터)가 차륜의 휠 안에 장착되어 각 차륜을 독립적으로 직접 제어하는 시스템이다.
인휠 시스템은 각 차륜의 휠 안에 개별모터가 장착됨으로써 대형 구동모터를 구비하는 자동차에 비하여 구동계가 단순하여 공간의 활용성이 우수하고, 차륜을 독립적으로 직접 제어함으로써, 각 휠에 대한 독립적인 토크 조절이 가능하여 차량의 거동 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 좌/우차륜의 토크 차이를 조절하여 횡력 발생으로 구동에 의한 조향이 가능하며, 변속기나 차동장치 등의 복잡한 동력전달장치를 생략할 수 있게 되는 장점을 갖는다.
도 4는 인휠 모터의 장착구조를 도시한 측단면도이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 인휠 모터는 코일(171)이 권선되는 스테이터(170)와 영구자석(181)으로 구성되는 로터(180)가 서로 마주보도록 배치된다.
상기 스테이터(170)는 스테이터 브래킷(80)을 통해 너클(30)에 고정되고, 너클(30)은 직접 또는 다른 요소들을 차체에 고정되어 있기 때문에 인휠 모터의 스테이터(170)를 차체에 고정시킨다.
그리고, 로터(180)는 로터 브래킷(130)을 통해 휠(140)에 고정되어 로터(180)가 스테이터(170)에 대해 회전하면 휠(140) 및 바퀴(141)도 함께 회전될 수 있다.
상기 휠(140) 및 바퀴(141)의 회전이 가능하게 휠 베어링의 회전부가 휠에 고정되는데, 휠베어링의 고정부는 너클(30)에 대해 고정된다.
상기 너클(30)은 가운데 형성되는 구성을 통해 휠 베어링이 삽입되고, 휠베어링의 내륜(50)은 휠(140)에 대하여 고정되고, 외륜(70)은 너클(30)에 대해 고정된다.
상기 휠베어링의 외륜(70)에는 볼트(90)가 체결되는 홀이 형성되는 플랜지(71)가 반경방향 외측으로 연장되어 형성된다.
차체 측으로부터 너클(30), 스테이터 브래킷(80), 외륜(70)의 플랜지(71)가 순서대로 배열되고 볼트(90)에 의해 상호 고정된다.
상기 로터(180)는 로터 브래킷(130)에 의해 지지되며, 로터 브래킷(130)은 볼트와 너트에 의해 휠베어링 내륜(50), 브레이크 디스크(120), 휠(140)과 서로 고정된다.
일반적으로 차량이 주행하는 과정에서 노면의 구배조건, 차량의 좌우 비대칭 구조, 좌우 타이어 특성차이 등의 원인에 의해 직진 주행시 한쪽 방향으로 쏠리게 되는 쏠림 현상이 발생하며, 이러한 쏠림 현상은 양산차량의 초기 품질지수 평가에서 항상 발생되는 고질적인 문제이다.
쏠림 현상이라 함은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 차량이 60kph의 차속으로 100m를 주행하였을 때 좌우측 중 어느 한쪽으로 1m 이상 치우치는 현상을 의미한다.
차량의 주행중에 쏠림 현상이 발생되는 것은 차량의 좌우 비대칭 구조, 좌우 타이어의 특성차이, 노면의 구배조건 등에 의해 좌우 타이어에 힘 차이를 발생시킴으로써 힘 작용점의 차이를 발생시키고, 이에 따라 킹핀축 모멘트의 차이를 발생시킨다.
킹핀축 모멘트의 차이는 스티어링 기구부 반력 비대칭력을 발생시켜 차량의 쏠림을 유발시킨다.
인휠 시스템이 적용되는 종래의 친환경 차량은 주행중인 상태에서 한쪽으로 치우치는 쏠림 현상이 발생되는 경우 운전자가 직접 이를 인지하고 스티어링 휠을 조작하여 직진 주행이 제공될 수 있도록 한다.
따라서, 인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량에서 다양한 원인으로 발생되는 차량의 쏠림에 대하여 능동적인 보상이 제공되지 않아 운전성 및 차량의 상품이 저하되는 문제점이 발생된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량에서 주행중 어느 한쪽으로의 쏠림이 발생되는지 검출하고, 쏠림 발생이 검출되면 좌우 인휠모터의 토크를 보정하여 직진 주행을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 주행상태에서 조향각정보, 요레이트정보, 조향토크정보, 차속정보를 검출하여 제어부에 제공하는 운전상태검출부; 상기 운전상태검출부의 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는지 판단하고, 쏠림 현상이 판단되면 쏠림 방향과 쏠림 정도에 따라 인휠모터의 좌우측 토크를 보정하여 직진 주행을 제공하는 제어부; 상기 제어부의 제어신호에 따라 구동 토크를 출력하는 인휠모터를 포함하는 인휠 시스템 차량의 제어장치가 제공된다.
상기 운전상태검출부는 스티어링 컬럼의 회전을 검출하는 조향각검출부; 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 정보를 검출하는 요레이크검출부; 스티어링 휠의 조타력을 검출하는 조향토크검출부; 주행차속을 검출하는 차속검출부가 포함될 수 있다.
상기 제어부는 조향각이 영점을 기준으로 일정범위 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 요레이크가 설정된 기준 범위에서 증감을 반복하며, 조향토크가 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 검출되면 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 조향각과 요레이트를 설정된 인휠 맵에 적용하여 좌측인휠모터의 보정토크를 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은, 주행상태에서 검출되는 조향각과 요레이크, 차속 및 조향토크의 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림이 발생되는지 판단하는 과정; 상기 쏠림 발생이 판단되면 조향각과 요레이크의 크기에 따라 쏠림 방향과 쏠림 정도를 판정하여 좌우 인휠모터의 보정 토크를 결정하는 과정; 메인 구동력 토크에 쏠림으로 결정되는 보정 토크를 적용한 구동토크로 인휠 모터를 제어하여 직진 주행을 제공하는 과정을 포함하는 인휠 시스템 차량의 제어방법이 제공된다.
상기 조향각과 요레이크가 영점을 기준으로 일정범위 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 조향토크가 발생되면 어느 한쪽 방향으로 쏠림이 발생되는 것으로 판단할 수 있다.
상기 좌우 인휠모터의 토크 보정은 쏠림이 발생되는 방향 인휠모터의 구동력을 증대시켜 반대방향으로 모멘트가 발생되도록 할 수 있다.
상기 좌우 인휠모터의 보정 토크는 조향각과 요레이트를 인휠 맵에 적용하여 토크의 크기를 결정할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량의 운행에서 안정된 직진 주행이 제공되어 안전성 및 상품성 향상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인휠 시스템 차량의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인휠 시스템 차량의 제어절차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 차량의 주행에서 쏠림의 정의를 도시한 도면이다.
도 4는 인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량에서 인휠 모터의 장착구조를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인휠 시스템 차량의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 운전상태검출부(300)와 제어부(300) 및 인휠모터(400)로 구성될 수 있다.
운전상태검출부(200)는 주행중인 상태에서 스티어링 휠의 조향각 정보, 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 요레이트 정보, 스티어링 휠의 조타력인 조향토크 정보, 주행차량의 차속 정보 등을 검출하여 제어부(300)에 제공한다.
상기 운전상태검출부(200)는 스티어링 컬럼의 회전 정도를 검출하는 조향각검출부(201), 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 정보를 검출하는 요레이크검출부(203), 스티어링 휠의 조타력을 검출하는 조향토크검출부(205), 주행차속을 검출하는 차속검출부(207)로 구성될 수 있다.
제어부(300)는 상기 운전상태검출부(200)에서 제공되는 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는지 판단하고, 쏠림 현상이 발생되는 것으로 판단되면 쏠림 방향과 쏠림 정도에 따라 인휠모터(400)의 좌우측 보정 토크를 결정한 다음 토크 보상을 통해 직진 주행을 제공한다.
상기 제어부(300)는 스티어링 휠의 조향각 정보, 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 요레이트 정보, 스티어링 휠의 조타력인 조향토크 정보, 주행차량의 차속 정보의 분석으로 쏠림 현상을 판단한다.
상기 제어부(300)는 스티어링 휠의 조향각이 영점을 기준으로 예를 들어 ±10deg 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 요레이크가 설정된 기준 범위에서 증감을 반복하며, 조향토크가 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 발생되는 경우 어느 한쪽 방향으로의 쏠림 발생으로 판단한다.
상기 제어부(300)는 조향각과 요레이트를 설정된 인휠 맵에 적용하여 보상토크를 결정할 수 있다.
인휠모터(400)는 제어부(300)에서 인가되는 제어신호에 따라 구동 토크를 출력한다.
상기 인휠모터(400)는 2륜 구동방식인 경우 전륜 혹은 후륜의 좌우측에 인휠모터(401)(403)가 구성되고, 4륜 구동방식인 경우 전후륜의 좌우측에 인휠모터가 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인휠 시스템 차량의 제어절차를 도시한 도면이다.
인휠 시스템이 적용되는 친환경 차량이 목적지로의 주행이 실행되면(S101), 운전상태검출부(200)는 스티어링 휠의 조향각 정보, 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 요레이트 정보, 스티어링 휠의 조타력인 조향토크 정보, 주행차량의 차속 정보 등을 검출하여 제어부(300)에 제공한다(S102).
제어부(300)는 상기 운전상태검출부(200)에서 제공되는 스티어링 휠의 조향각 정보, 차량의 수직축을 기준으로 회전하는 요레이트 정보, 스티어링 휠의 조타력인 조향토크 정보, 주행차량의 차속 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는지 판단한다(S103).
상기 제어부(300)는 스티어링 휠의 조향각이 영점을 기준으로 설정된 기준 범위, 예를 들어 ±10deg 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 요레이크가 설정된 기준 범위에서 증감을 반복하며, 조향토크가 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 발생되는 경우 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되고 있는 것으로 판단할 수 있다(S104).
상기 S104에서 제어부(300)는 쏠림 현상이 발생되는 것으로 판단되면 쏠림 방향과 쏠림 정도를 판정하고(S105), 판정된 쏠림 방향과 쏠림 정도에 따라 설정된 인휠 맵을 적용하여 좌우측 인휠모터(401)(403)의 보정 토크를 결정한다(S106).
이후, 제어부(300)는 좌우측 인휠모터(401)(403)의 구동 토크에 쏠림 현상으로 결정된 보정 토크를 적용하여 좌우측 인휠모터(401)(403)의 최종 구동력을 제어함으로써 쏠림이 보정되는 직진 주행을 제공한다(S107)(S108).
예를 들어 후륜에 인휠모터가 적용되는 친환경 차량에서 직진 주행시 좌측 방향으로 쏠림 현상이 발생되는 경우 조향각과 요레이트의 크기에 따라 좌우 인휠모터의 보정 토크를 결정한 다음 메인 구동 토크에 보정 토크를 적용한 구동력 제어로 쏠림 현상이 발생되지 않는 직진 주행을 제공한다.
즉, 직진 주행시 좌측 방향으로 차량의 쏠림 현상이 검출되면 좌측 인휠모터의 구동력을 증대시켜 우측 방향으로 모멘트가 발생될 수 있도록 함으로써 직진 주행을 제공한다.
또한, 직진 주행시 좌측 방향으로 차량의 쏠림 현상이 검출되면 우측 인휠모터의 구동력을 감소시켜 우측 방향으로 모멘트가 발생될 수 있도록 함으로써 직진 주행을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
200 : 운전상태검출부 300 : 제어부
400 : 인휠모터

Claims (8)

  1. 주행상태에서 조향각정보, 요레이트정보, 조향토크정보, 차속정보를 검출하여 제어부에 제공하는 운전상태검출부;
    상기 운전상태검출부의 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는지 판단하고, 쏠림 현상이 판단되면 쏠림 방향과 쏠림 정도에 따라 인휠모터의 좌우측 토크를 보정하여 직진 주행을 제공하는 제어부;
    상기 제어부의 제어신호에 따라 구동 토크를 출력하는 인휠모터;
    를 포함하는 인휠 시스템 차량의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운전상태검출부는 스티어링 컬럼의 회전을 검출하는 조향각검출부;
    차량의 수직축을 기준으로 회전하는 정보를 검출하는 요레이크검출부;
    스티어링 휠의 조타력을 검출하는 조향토크검출부;
    주행차속을 검출하는 차속검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 조향각이 영점을 기준으로 일정범위 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 요레이크가 설정된 기준 범위에서 증감을 반복하며, 조향토크가 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 검출되면 어느 한쪽 방향으로 쏠림 현상이 발생되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 조향각과 요레이트를 설정된 인휠 맵에 적용하여 좌측인휠모터의 보정토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어장치.
  5. 주행상태에서 검출되는 조향각과 요레이크, 차속 및 조향토크의 정보를 분석하여 어느 한쪽 방향으로 쏠림이 발생되는지 판단하는 과정;
    상기 쏠림 발생이 판단되면 조향각과 요레이크의 크기에 따라 쏠림 방향과 쏠림 정도를 판정하여 좌우 인휠모터의 보정 토크를 결정하는 과정;
    메인 구동력 토크에 쏠림으로 결정되는 보정 토크를 적용한 구동토크로 인휠 모터를 제어하여 직진 주행을 제공하는 과정;
    을 포함하는 인휠 시스템 차량의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조향각과 요레이크가 영점을 기준으로 일정범위 이내에서 증가와 감소가 반복되고, 조향각과 요레이크를 감소시키는 방향으로 조향토크가 발생되면 어느 한쪽 방향으로 쏠림이 발생되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 좌우 인휠모터의 토크 보정은 쏠림이 발생되는 방향 인휠모터의 구동력을 증대시켜 반대방향으로 모멘트가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 좌우 인휠모터의 보정 토크는 조향각과 요레이트를 인휠 맵에 적용하여 토크의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠 시스템 차량의 제어방법.
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KR101539027B1 (ko) * 2013-12-24 2015-07-29 한국과학기술원 인휠모터 구동 자동차의 조향장치 및 이를 이용한 조향 제어방법
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KR102542652B1 (ko) 2023-02-16 2023-06-13 주식회사 클레빌 다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템

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