KR20130056426A

KR20130056426A - 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130056426A
Application number: KR1020110122031A
Authority: KR
Inventors: 이경복
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-05-30
Also published as: KR101724746B1

Abstract

본 발명은 불안정한 노면에 대한 운전자의 조향감을 향상시켜 주행 안전성을 증가시키도록 한 것으로, 도로 주행시 주행차량의 상태를 감지하기 위한 차량상태센서부; 차량상태센서부로부터 감지된 주행차량의 정보를 전달받아 도로의 노면상태를 판별하고, 보상 토크값을 계산하는 노면판별부; 노면판별부에서 계산된 보상 토크값을 조향 토크값에 합해 조향핸들의 조향력을 제어하는 조향제어부;를 포함하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법이 소개된다.

Description

노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법{Control apparatus and method for Steering Force According to Road Surface State}

본 발명은 불안정한 노면에 대한 운전자의 조향감을 향상시켜 주행 안전성을 증가시키도록 한 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향 장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향 조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향 핸들과 조향축 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 상기 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어기구 및, 이 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래그 링크 및 너클 암과 타이로드 등으로 구성된 링크 기구를 갖추고 있다.

그리고 대형 자동차나 저압 타이어를 사용한 차량에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 핸들의 조작력이 크게 되고 신속한 조향조작이 안될 염려가 있기 때문에 가볍고 신속한 조향 조작을 하기 위해 동력 조향 장치를 사용하고 있는 바, 이와 같은 동력 조향 장치는 동력원이 되는 유압을 발생시키는 오일펌프와 압력조절밸브 및 유량제어밸브를 포함하는 밸브유닛 등으로 구성된 동력장치와, 오일펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 조향력을 발생시키기 위해 실린더를 사용하는 작동장치 및, 이 작동장치에 이르는 유로를 개폐하고 핸들의 조작에 상응해서 유로를 바꾸어 동력실린더의 작동방향과 작동상태를 제어하는 제어장치 등으로 구성되어 있다.

그런데 상기한 종래의 기계식 조향장치나 동력 조향장치에서는 차속에 따라 운전자가 느끼는 조향 감각이 일정한 결점이 있어 최근에는 차속, 조향각, 휠센서 등을 이용하여 조향감을 자동으로 변환시켜주도록 한 전동식 조향장치가 개발되었다.

전동식 조향장치의 경우 차량의 상태정보를 통해 조향력을 제어하여 조향감을 든든하게 하거나 가볍게 하고 있으나 주행중인 도로가 험로나 요철로 등과 같이 노면의 상태가 좋지 않은 도로인 경우 이를 효과적으로 감지하지 못함으로써 운전시 조향휠이 쉽게 돌아가거나 흔들려 불안감을 느끼게 되는 문제점이 있었다.

이를 위해, 운전자는 조향휠을 바로 잡기 위해 좌우로 계속적으로 수정조타를 하게 되나, 휠이 가벼워 정확히 맞추기가 어려웠으며, 자칫 안전사고의 위험이 있는 등 주행 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 불안정한 노면에 대해 든든한 조타감 구현으로 조향감을 향상시키도록 하고, 이로 인해 주행 안전성 증가는 물론 고객으로부터 신뢰도를 높일 수 있는 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치는 도로 주행시 주행차량의 상태를 감지하기 위한 차량상태센서부; 차량상태센서부로부터 감지된 주행차량의 정보를 전달받아 도로의 노면상태를 판별하고, 보상 토크값을 계산하는 노면판별부; 노면판별부에서 계산된 보상 토크값을 조향 토크값에 합해 조향핸들의 조향력을 제어하는 조향제어부;를 포함한다.

상기 차량상태센서부는 주행속도 감지를 위한 차속센서, 주행차량의 조향상태 감지를 위한 조향각센서, 좌우 휠 감지를 위한 휠스피드센서를 포함하고, 상기 노면판별부는 상기 차량상태센서부에서 감지된 신호를 처리하는 신호처리부, 신호처리부를 통해 처리완료된 정보로 노면상태를 판단하는 판단부, 판단부에서의 판단결과를 통해 보상 토크값을 계산하여 토크를 보상하는 토크 보상부를 포함한다.

또한, 본 발명의 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법은 도로 주행시 주행차량의 정보를 전달받아 노면상태를 판단하는 노면 판단단계; 노면상태가 험로 또는 요철로인 것으로 판단된 경우, 조향토크에 보상토크를 부여하여 조향력을 높여주는 토크 제어단계;를 포함한다.

상기 노면 판단단계는, 주행차량의 차속, 조향각, 휠스피드신호, 조타력을 통해 노면상태를 판단하도록 할 수 있다.

상기 노면 판단단계는, 주행차량의 차속이 10KPH ~ 60KPH 사이인지를 판단하는 차속 판단단계와, 주행차량의 조향각 변위량이 0 ~ 10 사이인지를 판단하는 조향각 판단단계와, 주행차량의 좌우 휠스피드센서 신호가 3초간 20회 이상 상이한지를 판단하는 휠신호 판단단계를 포함할 수 있다.

상기 노면 판단단계는 차속 판단단계, 조향각 판단단계, 휠신호 판단단계를 순차적으로 거쳐 노면상태를 판단할 수 있다.

상기 휠신호 판단단계 후에 조향각 온센터(0 ~ 60°)구간에서 휠신호의 좌우변위가 초당 4회 이상 발생하는지를 판단하는 조향변화 판단단계를 더 포함할 수 있다.

상기 노면 판단단계 후에 노면 판단단계의 각 단계의 조건이 3초 이상 지속되는지를 판단하는 지속여부 판단단계와, 3초 이상 지속된 것으로 판단된 경우 험로 또는 요철로를 주행하고 있는 것으로 인지하는 노면 인지단계를 더 포함할 수 있다.

상기 토크 제어단계는 조향토크가 1.5 N.m미만인지를 판단하는 조향토크 판단단계와, 조향토크가 1.5 N.m미만인 것으로 판단된 경우 토크를 보상하여 조향핸들의 조향력을 높여주는 조향 보상단계를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 방법으로 이루어진 불안정한 노면에 대해 든든한 조향감의 구현으로 조향 만족도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 주행 안전성 증가는 물론 운전자로부터 높은 신뢰도를 얻을 수 있게 되며, 타사에 대한 경쟁력을 높일 수 있음은 물론 차량 구매를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치 및 방법에 대하여 살펴본다.

본 발명의 일 실시예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치는 험로 또는 요철로와 같이 노면상태가 부드럽지 않은 도로를 주행하는 경우에 기존의 조향력보다 무겁게 하여 든든한 조향감으로 운전 안전성은 물론 조향 만족도를 높이도록 한 것이다.

즉, 종래에는 조향 제어하는 경우, 노면의 상태에 따른 조향력 가변이 아니라 단순히 차속센서나 조향각센서 및 휠스피드센서에 따라 자동으로 조향핸들을 가볍게 하거나 무겁게 하는 등 조향력을 가변시키도록 동작 제어됨으로써 노면이 좋지 않은 도로에서도 동일하게 적용되어져 운전 효율성이 저하되고, 또한 운전자가 불안감을 느끼게 되는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 후술되는 차속센서와, 조향각센서, 휠스피트센서를 통해 주행차량의 상태를 감지하도록 한 후 그 감지신호를 판별하여 노면상태를 판단함으로써 노면상태에 따라 든든한 조향감을 갖도록 조향력을 제어하는 것이다.

또한, 이외에도 주행차량의 상하진동을 감지하기 위한 G센서와, 주행차량의 회전상태를 감지하기 위한 요(YAW센서)를 통해 주행차량의 상태를 감지하여 노면상태를 구별할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치의 개략적인 구성도로서, 본 발명의 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치는 도로 주행시 주행차량의 정보를 감지하는 차량상태센서부와, 차량상태센서부로부터 감지된 주행차량의 정보를 전달받아 노면상태를 판별하고 보상 토크값을 계산하는 노면판별부와, 노면판별부에서 계산된 보상 토크값을 조향 토크값에 합해 조향핸들의 조향력을 제어하는 조향제어부를 포함하여 구성된다.

상기 차량상태센서부는 험로 또는 요철로 등 도로를 주행하는 차량의 상태정보를 감지하기 위한 구성으로, 주행속도 감지를 위한 차속센서와, 주행차량의 조향상태 감지를 위한 조향각센서와, 좌우 휠 감지를 위한 휠스피드센서를 포함한다.

상기 차속센서는 10KPH ~ 60KPH 사이인 경우 작동하게 되고, 조향각센서는 0에서 10도 사이인 경우 작동하도록 되어 있으며, 휠스피드센서는 초당 좌우상이한 신호가 3초간 20회 이상 발생될 때 작동하도록 되어 있다.

그리고, 상기 노면판별부는 상기 차량상태센서부에서 감지된 신호를 처리하는 신호처리부와, 신호처리부를 통해 처리완료된 정보로 노면상태를 판단하는 판단부와, 판단부에서의 판단결과를 통해 보상 토크값을 계산하여 토크를 보상하는 토크 보상부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 노면판별부에는 판단부 및 토크 보상부와 연결되어 정보를 송수신하여 고장여부를 확인하기 위한 안전장치(fail-safe)가 설치되어 있다.

한편, 본 발명의 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법은 도로 주행시 주행차량의 상태정보를 감지하여 그 감지된 주행차량의 정보를 통해 노면상태를 판단하는 노면 판단단계(S100)와, 노면상태가 험로 또는 요철로인 것으로 판단된 경우 조향토크에 보상토크를 부여하여 조향력을 높여주는 토크 제어단계(S200)를 포함한다.

상기 노면 판단단계에서 노면상태를 판단하기 위한 정보는 주행차량의 차속, 조향각, 휠스피드신호, 조타력을 통해 전달받게 되고, 이러한 정보를 통해 주행중인 노면의 상태가 부드러운지 아니면 험로 또는 요철로인지를 판단하게 된다.

이를 위해, 상기 노면 판단단계(S100)는 주행차량의 차속이 10KPH ~ 60KPH 사이인지를 판단하는 차속 판단단계(S110)와, 주행차량의 조향각 변위량이 0 ~ 10 사이인지를 판단하는 조향각 판단단계(S120)와, 주행차량의 좌우 휠스피드센서 신호가 20회 이상 상이한지를 판단하는 휠신호 판단단계(S130)를 포함하고 있고, 이와 같은 차속 판단단계와 조향각 판단단계 및 휠신호 판단단계를 순차적으로 거쳐 노면상태를 판단하게 된다.

이때, 상기 휠신호 판단단계(S130) 후에는 조향각 온센터(0 ~ 60°)구간에서 휠신호의 좌우변위가 초당 4회 이상 발생하는지를 판단하는 조향변화 판단단계(S140)를 거치게 되고, 또한 조향변화 판단단계를 포함하여 상기 차속 판단단계와 조향각 판단단계 및 휠신호 판단단계의 각 단계 조건이 3초 이상 지속되었는지를 판단하는 지속여부 판단단계(S150)를 거치게 되며, 지속여부 판단단계를 통해 3초 이상 지속된 것으로 판단된 경우에 한해 현재 주행하고 있는 도로의 노면이 험로 또는 요철로를 주행하고 있는 것으로 인지하게 된다.

그리고, 상기 토크 제어단계(S200)는 조향토크가 1.5 N.m미만인지를 판단하는 조향토크 판단단계(S210)와, 조향토크가 1.5 N.m미만인 것으로 판단된 경우 토크를 보상하여 조향핸들의 조향력을 높여주는 조향 보상단계(S220)를 포함하고 있다.

상기 조향토크 판단단계에서 판단의 대상이 되는 조향토크는 종래와 같이 상기 차속센서와 조향각센서 및 휠스피드센서를 통해 측정된 정보를 통해 자동으로 결정되는 토크로서, 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; 이하, 'ECU'라 칭함)에서 측정된 정보를 통해 결정하게 되며, 본 발명에서는 기존의 ECU의 제어로 동작되는 전동식 조향장치(MotorDriven Power Steering)를 그대로 이용하면서 노면판별부를 더 포함하여 노면을 판별하여 조향감을 높이도록 한 것이며, 전동식 조향장치는 이미 공지된 기술이므로 본 발명에서는 구체적으로 설명하지 않기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법의 순서도로서, 도로 주행시 주행차량의 차속이 10KPH ~ 60KPH 사이인지를 판단하는 차속 판단단계(S110)를 수행하고, 차속이 10KPH ~ 60KPH 사이인 경우에 주행차량의 조향각 변위량이 0 ~ 10 사이인지를 판단하는 조향각 판단단계(S120)를 수행하며, 조향각 변위량이 0 ~ 10 사이인 경우 주행차량의 좌우 휠스피드센서 신호가 20회 이상 상이한지를 판단하는 휠신호 판단단계(S130)를 수행한다.

상기 휠신호 판단단계에서 휠스피드센서 신호가 3초간 20회 이상 상이한 경우 조향각 온센터(0 ~ 60°)구간에서 휠신호의 좌우변위가 초당 4회 이상 발생하는지를 판단하는 조향변화 판단단계(S140)를 수행하게 되고, 휠신호의 좌우변위가 초당 4회 이상 발생한 경우 위 S110 내지 S140단계의 조건이 3초 이상 지속되었는지를 판단하는 지속여부 판단단계(S150)를 수행하며, 지속여부 판단단계를 통해 3초 이상 지속된 것으로 판단된 경우에 한해 현재 주행하고 있는 도로의 노면이 험로 또는 요철로를 주행하고 있는 것으로 인지하게 된다(S160).

이때, 상기 S110 내지 S140단계에서 조건을 만족하지 못한 경우, 각 단계의 조건을 만족할 때까지 반복동작하게 된다.

그리고, 노면상태가 험로 또는 요철로를 주행하고 있는 것으로 판단된 경우에는 조향토크가 1.5 N.m미만인지를 판단하는 조향토크 판단단계(S210)를 수행하고, 조향토크가 1.5 N.m미만인 경우 토크를 보상하여 조향핸들의 조향력을 높여주게 되는 것이다(S220).

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 차량상태센서부 20: 노면판별부
22: 신호처리부 24: 판단부
26: 토크 보상부 28: 안전장치
30: 조향제어부
S100: 노면 판단단계 S110: 차속 판단단계
S120: 조향각 판단단계 S130: 휠신호 판단단계
S140: 조향변화 판단단계 S150: 지속여부 판단단계
S160: 노면 인지단계 S200: 토크 제어단계
S210: 조향토크 판단단계 S220: 조향 보상단계

Claims

도로 주행시 주행차량의 상태를 감지하기 위한 차량상태센서부;
차량상태센서부로부터 감지된 주행차량의 정보를 전달받아 도로의 노면상태를 판별하고, 보상 토크값을 계산하는 노면판별부;
노면판별부에서 계산된 보상 토크값을 조향 토크값에 합해 조향핸들의 조향력을 제어하는 조향제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차량상태센서부는, 주행속도 감지를 위한 차속센서, 주행차량의 조향상태 감지를 위한 조향각센서, 좌우 휠 감지를 위한 휠스피드센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 노면판별부는, 상기 차량상태센서부에서 감지된 신호를 처리하는 신호처리부, 신호처리부를 통해 처리완료된 정보로 노면상태를 판단하는 판단부, 판단부에서의 판단결과를 통해 보상 토크값을 계산하여 토크를 보상하는 토크 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어장치.
도로 주행시 주행차량의 정보를 전달받아 노면상태를 판단하는 노면 판단단계;
노면상태가 험로 또는 요철로인 것으로 판단된 경우, 조향토크에 보상토크를 부여하여 조향력을 높여주는 토크 제어단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 4에 있어서,
상기 노면 판단단계는, 주행차량의 차속, 조향각, 휠스피드신호, 조타력을 통해 노면상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 4에 있어서,
상기 노면 판단단계는, 주행차량의 차속이 10KPH ~ 60KPH 사이인지를 판단하는 차속 판단단계와, 주행차량의 조향각 변위량이 0 ~ 10 사이인지를 판단하는 조향각 판단단계와, 주행차량의 좌우 휠스피드센서 신호가 3초간 20회 이상 상이한지를 판단하는 휠신호 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 노면 판단단계는 차속 판단단계, 조향각 판단단계, 휠신호 판단단계를 순차적으로 거쳐 노면상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 7에 있어서,
상기 휠신호 판단단계 후에 조향각 온센터(0 ~ 60°)구간에서 휠신호의 좌우변위가 초당 4회 이상 발생하는지를 판단하는 조향변화 판단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 4에 있어서,
상기 노면 판단단계 후에 노면 판단단계의 각 단계의 조건이 3초 이상 지속되는지를 판단하는 지속여부 판단단계와, 3초 이상 지속된 것으로 판단된 경우 험로 또는 요철로를 주행하고 있는 것으로 인지하는 노면 인지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.
청구항 4에 있어서,
상기 토크 제어단계는, 조향토크가 1.5 N.m미만인지를 판단하는 조향토크 판단단계와, 조향토크가 1.5 N.m미만인 것으로 판단된 경우 토크를 보상하여 조향핸들의 조향력을 높여주는 조향 보상단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면에 따른 차량의 조향력 제어방법.