KR20130033188A

KR20130033188A - 조향 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130033188A
Application number: KR1020110097119A
Authority: KR
Inventors: 김두형
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-03
Also published as: CN103010294A; CN103010294B

Abstract

본 발명은 ESC(Electronic Stability Control)와 MDPS(Motor Driven Power steering System)의 통합 제어 시스템의 핸들링 성능 향상에 관한 것으로서, ESC 동작 이전부터 언더/오버스티어 정보에 대한 피드백을 MDPS의 조향무겁기 증가를 통해 운전자에게 미리 인지시켜주어 주행안정성 및 조종성을 향상시켜 줄 수 있는 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, ESC 동작 이전부터 언더/오버스티어 정보에 대한 피드백을 MDPS의 조향무겁기 증가를 통해 운전자에게 미리 인지시켜주어 주행 안정성 및 조종성을 향상시켜 줄 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 운전자 조향 및 차량 거동상태를 모니터링하고 정상선회를 판단하여 ESC에서 판단하기 힘든 오버스티어 발생 상황에서 미리 조향제어를 해줌으로써 운전자가 올바른 방향을 조향을 유도할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

조향 제어 장치 및 방법{steering control apparatus and method}

본 발명은 ESC(Electronic Stability Control)와 MDPS(Motor Driven Power steering System)의 통합 제어 시스템의 핸들링 성능 향상에 관한 것으로서, ESC 동작 이전부터 언더/오버스티어 정보에 대한 피드백을 MDPS의 조향무겁기 증가를 통해 운전자에게 미리 인지시켜주어 주행안정성 및 조종성을 향상시켜 줄 수 있는 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 MDPS는 자체적으로 노면과 타이어의 슬립값을 추정하여 슬립 발생 시 운전자의 보조 조향 토크를 발생시켜주는 시스템이다.

중저속 주행 중에 선회를 하거나 차선변경 등을 하게 되면 운전자의 의지대로 차량의 움직임도 잘 추종하지만, 노면이나 차속, 조향 등에 급격한 변화가 생기게 되면, 안정적인 주행을 하던 차량에 언더스티어(understeer) 및 오버스티어(oversteer)가 발생하게 된다.

이때 ESC(Electronic Stability Control)는 이러한 언더/오버스티어 상황에서 차량의 제동력과 엔진출력을 조절하여 차량의 주행 안정성을 향상시켜주지만, 일반적인 운전자의 경우에 당황한 나머지 부적절한 조향이나 제동을 추가적으로 하게 됨으로써, 오히려 차량의 거동이 더욱 불안해지는 경우도 발생하게 된다.

이에 따라 보다 개선된 제동 시스템(ESC)은 조향시스템(MDPS)의 샤시 통합 제어 시스템은 차량 중행 중 발생할 수 있는 언더/오버스티어 상황에서 ESC의 동작과 함께 MDPS의 조향 토크량을 변화시켜 차량 거동을 안정화시키는 방향으로 운전자의 조향을 유도하고, 핸들링 성능을 향상시켜주는 시스템이다. 하지만, 횡방향 미끄러짐 추정값을 활용하여 차량의 오버스티어 발생 정도를 판단하게 된다.

상기와 같이 종래에는 횡방향 미끄러짐 값을 추정하여 오버스티어 제어를 하는데, 횡방향 미끄러짐 추정값은 둔턱이나 뱅크노면(횡방향으로 기울어진 도로)에서 추정값의 정확도가 급격히 떨어지기 때문에 발생할 수 있는 민감작동을 막기 위해서 제어 문턱값을 높혀 놓을 수 밖에 없는 단점이 있다.

특히 저마찰 노면에서 선회 주행 중 운전자의 감속이나 제동에 따라 서서히 발생하는 오버스티어 상황에서 횡방향 추정치를 사용할 경우에 제어 개입 판단이 쉽지 않으므로 통합제어시스템의 개입이 늦어져 그 장점이 부각되기 힘든 단점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2009-0030587호(2009.03.25.)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, ESC 동작 이전부터 언더/오버스티어 정보에 대한 피드백을 MDPS의 조향무겁기 증가를 통해 운전자에게 미리 인지시켜주어 주행 안정성 및 조종성을 향상시켜 줄 수 있는 조향 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 운전자 조향 및 차량 거동상태를 모니터링하고 정상선회를 판단하여 ESC에서 판단하기 힘든 오버스티어 발생 상황에서 미리 조향제어를 해줌으로써 운전자가 올바른 방향을 조향을 유도할 수 있도록 하는 조향 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 조향 제어 방법은 차량이 고속중행 중인 경우 선회주행인지 판단하는 제1 과정과; 상기 판단에 따라 선회주행이면 오버스티어가 발생하였는지 판단하는 제2 과정과; 상기 판단에 따라 오버스티어가 발생하면 그 오버스티어 정도에 따라 토크오버레이를 입력하는 제3 과정과; 상기 입력된 토크오버레이에 따라 차량이 안정화될 때까지 상기 오버스티어 발생을 판단하는 제4 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제1 과정은 조향각속도가 기설정된 제1 문턱값 보다 작은지를 비교하는 제1 단계와; 상기 조향각속도가 기설정된 제1 문턱값 보다 작으면, 조향각이 기설정된 제2 문턱값 보다 큰지 비교하는 제2 단계와; 상기 조향각이 기설정된 제2 문턱값 보다 크면 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값 보다 큰지 비교하는 제3 단계와; 상기 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값 보다 크면 횡가속도 추정값이 기설정된 제4 문턱값 보다 큰지 비교하는 제4 단계와; 상기 4가지 값(조향각속도, 조향각, 요레이트 추정값, 횡가속도)과 제1 내지 제4 문턱값과의 비교 조건이 기설정된 시간(t)을 유지할 경우 선회주행으로 판단하는 제5 단계;를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제3 과정은 요레이트 오차가 기설정된 제5 문턱값보다 크면 오버스티어가 발생한 것으로 판단한다. 또한, 상기 제4 과정은 차량 안정화를 위해 (-)오버스티어 제어량을 발생한다.

본 발명은 ESC 동작 이전부터 언더/오버스티어 정보에 대한 피드백을 MDPS의 조향무겁기 증가를 통해 운전자에게 미리 인지시켜주어 주행 안정성 및 조종성을 향상시켜 줄 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 운전자 조향 및 차량 거동상태를 모니터링하고 정상선회를 판단하여 ESC에서 판단하기 힘든 오버스티어 발생 상황에서 미리 조향제어를 해줌으로써 운전자가 올바른 방향을 조향을 유도할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 ESC/MDPS 샤시통합 핸들링 제어 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 종래의 ESC 제어를 이용해 선회중 오버스티어 제어 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 ESC와 MDPS 통합 제어를 이용해 선회중 오버스티어 제어 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 조향 제어 장치의 구성을 보인 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 조향 제어 방법을 보인 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 조향 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

일반적으로 차량 선회시나 급격한 조향 시 차량의 자세를 안정화시켜 주는 ESC가 동작하게 된다. 그리고 ESC의 동작 시간이나 횟수 등은 차량의 언더스티어 혹은 오버스티어 정도에 따라서 달라지게 된다.

일반적으로 차량의 언더/오버스티어는 ESC에서 판단하게 되는데, 차속과 조향각 등을 가지고 차량의 목표 요레이트(Target Yawrate)를 계산하고, 현재 차량의 요레이트와 그 값을 비교한 요레이트 오차값(Yawrate Error)으로 언더/오버스티어 정도를 알 수 있다. 현재의 요레이트가 목표요레이트에 비해서 그 값이 작으면 언더스티어 상태이고 양이 많으면 오버스티어 상태이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 ESC와 MDPS의 샤시 통합 제어 시스템 중 핸들링 기능 향상에 관한 것으로써, 언더/오버스티어 상황이 발생하면 운전자에게 연속적인 제어 입력에 의한 조행 핸들의 무겁기 변화를 주어 추가적인 언더/오버스티어 발생을 방지하도록 운전자의 조향을 유도하는 기능을 한다.

주행중 발생하는 언더/오버스티어 상황에서는 ESC가 동작을 하게 되는데, ESC가 운전자에게 언더/오버스티어 정도를 피드백(feedback) 해주는 것은 쉽지가 않다. 실제로 아스팔트 도로에서 ESC가 동작하는 상황이라면 중고속 주행 상황에서 급격한 조향이 이루어진 상황이며, 마찬가지로 얼음 노면에서도 차량이 어느 정도 불안정해진 이후에야 ESC가 동작하기 때문이다. 또한 ESC가 동작한 상황에서 운전자가 조향하던 방향으로의 추가적인 조향은 아무런 의미가 없을 뿐만 아니라, 차량의 거동 안정화에도 도움이 되지 못한다.

그러나 언더/오버스티어 정도에 따라서 MDPS 어시스트 토크량을 감소시키는 방향으로 추가적인 조향토크 제어입력(Torque Overlay)을 가하여 운전자 조향감을 무겁게 만들어주면, 운전자로 하여금 불안정해지는 방향으로의 추가적인 조향을 막을 수 있고, 차량의 거동을 안정화 시켜주는 방향으로 운전자 조향을 유도해주는 기능까지 해 줄 수 있다.

이하 설명의 편의를 위하여 본 발명의 동작을 종래와 비교하여 설명하기로 한다.

ESC와 MDPS 통합 제어 시스템의 가장 큰 목적이자 장점은 ESC 동작 이전에 MDPS의 조향 반력 토크를 이용해 운전자의 조향 무겁기를 조절하여 운전자로 하여금 차량의 거동이 안정해지는 방향으로 조향을 유도함으로써 차량이 불안정해지는 것을 막을 수 있고 부수적으로 ESC의 작동량을 줄이고 작동 시점을 늦춰줄 수 있다는 점이다.

예를 들어 눈이나 비에 젖은 마찰계수가 낮은(미끄러운) 노면에서 운전자가 운형 같은 곡선도로를 선회하고 있을 경우에 운전자의 브레이크 작동에 의해서 오버스티어가 발생할 수 있다. 특히 선행 차량의 감속이나 미끄러움에 의해 감속을 하게 되면, 타이어의 전후방향의 타이어 힘이 감소하고, 횡방향의 측방향 타이어 힘이 증가하게 된다. 그러면서 타이어힘 한계에 의해 서서히 오버스티어가 발생하게 되는데 이에 대한 운전자의 인지가 늦어지게 되면 차량은 스핀을 할 수 있다.

특히 ESC의 경우에도 조향각이 작은 상태에서 차량이 큰곡선로를 선회하게 되면, 일단 노면의 미끄러움을 자체적으로 판단할 수 없으므로 안정적인 주행 상황이라고 판단(급격한 조향이 일어나지 않으므로)하여 ESC가 작동하는 요레이트 오차의 임계값을 높여버리기 때문에 차량의 횡방향 미끄러짐이 발생하는 것을 정확하게 판단하기가 어렵고 실제로도 도2에 도시된 바와 같이 개입 시점이 늦어지게 된다. 즉, 오버스티어가 많이 발생한 이후에 ESC가 개입하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 ESC와 MDPS 통합 제어 시스템으로서, 도3에 도시된 바와 같이 , 요레이트 오차와는 별도로 횡방향 미끄러짐의 추정치를 활용하여 ESC가 동작하기 이전에 통합제어를 시작하도록 하는 특징이 있다.

그런데 상기 횡방향 미끄러짐 추정치 자체가 별도의 센서를 이용하는 것이 아니라 차량 거동의 값을 활용한 말 그대로의 추정치이므로, 둔턱을 넘는다던지 뱅크노면에서는 활용하기 힘든 단점이 있다. 따라서, 선별적으로 이 값을 잘 활용하여 민감한 제어를 없애야 하므로, 제어 개입을 위한 임계값으로 사용할 경우에 '확실한' 미끄러짐이라고 판단되는 상황에서 개입하기 위해 임계치를 높일 수 밖에 없다. 그러면 결국 ESC 개입 시점보다 빠르게 일관되게 개입하기가 어렵고, 차량마다 그 차량 특성에 맞게 별도로 튜닝을 해줘야 하는 단점과 번거로움이 발생하게 된다.

본 발명은 제동 시스템인 ESC와 조향시스템인 MDPS의 정보를 보다 적극적으로 활용하여 오버스티어를 판단하고 미리 통합 제어를 개입할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 다시 말해 본 발명에서는 제동 시스템인 ESC와 조향 시스템인 MDPS의 정보를 보다 적극적으로 활용하여 오버스티어를 판단하고 미리 통합 제어를 개입할 수 있는 방법을 제공한다.

도4는 본 발명에 따른 조향 제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 운전자 조향을 통한 주행상황에 대한 모니터링을 수행하는 모니터링부(100)와, 상기 모니터링을 통해 차량이 선회주행인지를 판단하는 선회주행 판단부(101)와, 상기 차량이 선회주행하는 경우에 오버스티어가 발생하는지 판단하는 오버스티어 발생 판단부(102)와, 상기 차량에 오버스티어가 발생하는 경우에 차량 안정화를 위해 (-) 오버스티어 제어량을 발생하여 조향을 제어하는 제어부(103)를 포함하여 구성한다. 상기 각 구성부(100 ~ 103)의 동작은 소프트웨어에 의해서 제어할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이하, 상기 각 구성부의 동작에 대해서 도5의 순서도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도5는 본 발명에 따른 조향 제어 방법을 보인 순서도로서, 종래에는 운전자의 주행상황을 운전자 조향 신호로는 판단하지 않고, 차량 자체의 거동에 중점을 두어 횡방향 미끄러짐에 대한 추정치를 가지고 임계값을 정하여 제어를 하였다.

그러나, 본 발명에서는, 도5에 도시된 바와 같이, MDPS의 조향계 신호와 이들 조향계 신호를 바탕으로 산출되는 차량의 요레이트와 횡가속도 추정치를 임계값으로 두어 센서 신호에서도 이들과 같은 위상(phase)으로 신호가 발생되면, 실제로 차량이 선회중임을 판단하게 된다. 실제로는 센서 오류에 의한 신호들에 대한 고려를 위해 이들 신호에 대한 모니터링 시간까지 포함하여 판단한다.

보다 구체적으로, 도5에 도시된 바와 같이, 차량이 고속중행 중인 경우(S101) 선회주행인지를 판단한다(S200). 그리고 상기 판단에 따라 선회주행으로 판단되면 오버스티어가 발생하였는지 판단한다(S300). 그리고 상기 판단에 따라 오버스티어가 발생하였을 경우, 그 오버스티어 정도에 따라 토크오버레이를 입력한다(S400). 그리고 상기 입력된 토크오버레이에 따라 차량이 안정화될 때까지(S500) 상기 오버스티어 발생을 판단하는 과정(S300)과 그 오버스티어에 따라 토크오버레이를 입력하는 과정(S400)을 반복 수행한다.

상기 선회주행인지를 판단하는 과정(S200)은 우선 조향각속도가 기설정된 제1 문턱값(threshold) 보다 작은지를 비교하는 단계(S201)와, 상기 비교에 따라 조향각속도가 기설정된 제1 문턱값(threshold) 보다 작으면 조향각이 기설정된 제2 문턱값(threshold) 보다 큰지 비교하는 단계(S202)와, 상기 비교에 따라 조향각이 기설정된 제2 문턱값(threshold) 보다 크면 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값(threshold) 보다 큰지 비교하는 단계(S203)와, 상기 비교에 따라 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값(threshold) 보다 크면 횡가속도 추정값이 기설정된 제4 문턱값(threshold) 보다 큰지 비교하는 단계(S204)와, 상기 4가지 값(조향각속도, 조향각, 요레이트 추정값, 횡가속도)과 제1 내지 제4 문턱값(threshold)과의 비교 조건이 기설정된 시간(t)을 유지할 경우(S205) 선회주행으로 판단한다.

상기와 같이 차량이 선회주행 중인 것이 판단되면, 오버스티어의 발생을 판단하기 위하여, 요레이트 오차가 기설정된 제5 문턱값(threshold)보다 큰지 비교한다(S300). 상기 비교에 따라 요레이트 오차가 기설정된 제5 문턱값보다 크면 오버스티어가 발생한 것으로 판단한다.

상기와 같이 오버스티어가 발생하면 차량 안정화를 위해 (-)오버스티어 제어량을 발생한다(S400).

상술한 과정을 통해 본 발명은 MICS(ESC + MDPS)의 제어 개입이 ESC에 비해 빠르게 개입한다. 주행환경에 영향을 받을 수 있는 횡방향 미끄러짐 추저량을 활용하지 않고, MDPS와 ESC의 센서 신호를 이용함으로써 운전자와 차량의 주행상황을 보다 정확하게 판단할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 모니터링부 101 : 선회주행 판단부
102 : 오버스티어 발생 판단부 103 : 제어부

Claims

차량이 고속중행 중인 경우 선회주행인지 판단하는 제1 과정과;
상기 판단에 따라 선회주행이면 오버스티어가 발생하였는지 판단하는 제2 과정과;
상기 판단에 따라 오버스티어가 발생하면 그 오버스티어 정도에 따라 토크오버레이를 입력하는 제3 과정과;
상기 입력된 토크오버레이에 따라 차량이 안정화될 때까지 상기 오버스티어 발생을 판단하는 제4 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 과정은,
조향각속도가 기설정된 제1 문턱값 보다 작은지를 비교하는 제1 단계와;
상기 조향각속도가 기설정된 제1 문턱값 보다 작으면, 조향각이 기설정된 제2 문턱값 보다 큰지 비교하는 제2 단계와;
상기 조향각이 기설정된 제2 문턱값 보다 크면 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값 보다 큰지 비교하는 제3 단계와;
상기 요레이트 추정값이 기설정된 제3 문턱값 보다 크면 횡가속도 추정값이 기설정된 제4 문턱값 보다 큰지 비교하는 제4 단계와;
상기 4가지 값(조향각속도, 조향각, 요레이트 추정값, 횡가속도)과 제1 내지 제4 문턱값과의 비교 조건이 기설정된 시간(t)을 유지할 경우 선회주행으로 판단하는 제5 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 제3 과정은,
요레이트 오차가 기설정된 제5 문턱값보다 크면 오버스티어가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 제4 과정은,
차량 안정화를 위해 (-)오버스티어 제어량을 발생하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
운전자 조향을 통한 주행상황에 대한 모니터링을 수행하는 모니터링부와;
상기 모니터링을 통해 차량이 선회주행인지를 판단하는 선회주행 판단부와;
상기 차량이 선회주행하는 경우에 오버스티어가 발생하는지 판단하는 오버스티어 발생 판단부와;
상기 차량에 오버스티어가 발생하는 경우에 차량 안정화를 위해 (-) 오버스티어 제어량을 발생하여 조향을 제어하는 제어부를 포함하여 구성하는 특징으로 하는 조향 제어 장치.