KR20140057891A - 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 주행 시에 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 상황과 스티어링 휠의 조향각도를 유지하는 상황을 분리하여 별도의 제어가 가능한 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 차량용 전동식 조향 시스템은 차속을 검출하는 차속 검출부; 조향각도의 변화를 검출하는 조향각도 검출부; 조향각속도를 검출하는 조향각속도 검출부; 상기 차속, 상기 조향각도 및 상기 조향각속도를 이용하여 운전자가 조향각도를 유지하는 상태인지 여부를 판단하는 상태 판단부; 상기 상태 판단부가 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 경우 보타력을 계측하는 보타력 계측부; 상기 보타력 계측부가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산하는 보조 토크 전류 연산부; 상기 보조 토크 전류 연산부가 연산한 보조 토크 전류의 입력에 따라 구동되는 보조 토크 모터를 포함할 수 있다.

Description

차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법{Motor Driven Power Steering System For Vehicle and Control Method Therefor}
본 발명은 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 차량 주행 시에 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 상황과 스티어링 휠의 조향각도를 유지하는 상황을 분리하여 별도의 제어가 가능한 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법에 대한 것이다.
종래 기술에 따른 차량용 전동식 조향 시스템은 차량의 주행 중 운전자가 핸들을 조작하였을 때 발생하는 핸들의 토크를 검출하는 토크 센서와, 상기 핸들의 조향 각도을 검출하는 조향 각도 센서와, 상기 토크 센서에 의하여 검출된 토크를 입력받아 보조 토크 전류를 연산하는 보조 토크 전류 연산기, 그리고 상기 조향 각도 센서에 의하여 검출된 조향 각도를 입력받아 복원 토크 전류를 연산하는 복원 제어 연산기를 포함하여 구성된다.
또한, 핸들의 조향 각도와 조향 각속도를 이용하여 복원 상태인지 조타 상태인지를 판별하고, 복원 상태인 경우에 복원 제어 기능을 수행하도록 함으로써 운전자가 핸들을 놓지 않는 채로 복원할 경우에도 복원제어가 적용되도록 하였다.
이와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 따른 차량용 전동식 조향 시스템은, 상기 보조 토크 전류 연산기 및 복원 제어 연산기에 의하여 연산된 각각의 보조 토크 전류와 복원 토크 전류를 가산한 값을 토크 제어기로 출력하고, 상기 토크 제어기는 입력된 값을 토대로 구동 모터의 작동을 제어함으로써, 운전자로 하여금 주행 중 피로를 덜고 쾌적한 조향감을 느낄 수 있도록 하기 위하여 제공되는 시스템이다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 차량용 전동식 조향 시스템은, 차량용 비전동식 조향 시스템에 비하여 어느 정도 주행 중의 운전자의 피로를 경감시키는 소기의 목적은 달성하였으나, 굴곡이 많은 국내 도로의 사정에 비추어 아직도 개선해야 할 점이 많다.
특히, 차량용 전동식 조향 시스템에 있어서, 운전자의 주행 피로감은 주행 또는 정지 중 핸들의 조향각을 일정하게 유지하는데 필요한 힘인 보타력에 의해 결정된다. 이와 같은 보타력은 일반적인 주행의 경우 간단히 조향을 하고자 하는 조타력 조절만으로 가능하나, 차량의 선회 중의 보타력은 조향을 하고자 하는 조타력과 복원을 하려고 하는 복원력의 차이에 의해 결정된다. 상기 복원력은 타이어가 발생시키는 노면 복원력과 스티어링 기구 내의 마찰력의 합으로 성립된다.
이와 같이 최적의 조향감을 위해서는 보타력과 조타력의 세밀한 제어가 요구되는데, 현재 양산 중인 차량용 전동식 조향 시스템는 조타 조건과 보타 조건의 분리 제어가 어렵다.
따라서 차량의 중고속 주행 시 직진안정성 및 핸들링 안정성을 위해 조타력을 무겁게 하면 보타력이 같이 무거워지므로 운전자의 조향감이 나빠진다. 차량의 선회 시 보타력이 너무 무거운 경우는 운전자가 쉽게 피로를 느끼게 되고, 너무 가벼운 경우는 선회시 반력에 둔감하게 되어 급조타 등의 위험한 상황까지 초래하는 문제점이 있다.
이에 따라 다양한 상황에서 최적의 조향감을 얻기 위하여, 차량 주행 시에 주행 상황을 분리하여 별도로 제어하기 위한 연구가 진행된다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 차량의 주행 시에 차량의 속도, 조향 각속도, 조향 각도가 기준값을 만족하는 경우, 운전자가 조향각도를 유지하는 상황으로 판단하여 보조 토크 입력 전류를 증가시켜 보타력을 제어하는 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 전동식 조향 시스템은 차속을 검출하는 차속 검출부;
조향각도의 변화를 검출하는 조향각도 검출부; 조향각속도를 검출하는 조향각속도 검출부; 상기 차속, 상기 조향각도 및 상기 조향각속도를 이용하여 운전자가 조향각도를 유지하는 상태인지 여부를 판단하는 상태 판단부; 상기 상태 판단부가 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 경우 보타력을 계측하는 보타력 계측부; 상기 보타력 계측부가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산하는 보조 토크 전류 연산부; 상기 보조 토크 전류 연산부가 연산한 보조 토크 전류의 입력에 따라 구동되는 보조 토크 모터를 포함할 수 있다.
상기 상태 판단부는 상기 차속이 기준 차속 이상인 상태에서, 상기 조향 각속도가 기준 각속도 이하인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단할 수 있다.
상기 상태 판단부는 상기 조향각도가 기준 조향각도 이상인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단할 수 있다.
상기 보조 토크 전류 연산부는 상기 보타력에 비례하여 보조 토크 전류를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법은 차속 검출부가 차속을 검출하는 단계; 조향각도 검출부가 조향각도를 검출하는 단계; 조향각속도 검출부가 조향각속도를 검출하는 단계; 상태 판단부가 상기 차속, 상기 조향각도, 상기 조향각속도를 이용하여 운전자가 조향각도를 유지하는 상태인지 여부를 판단하는 단계; 보타력 계측부가 상기 판단부가 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 경우 보타력을 계측하는 단계; 보조 토크 전류 연산부가 상기 보타력 계측부가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산하는 단계; 보조 토크 모터가 상기 보조 토크 전류 연산부가 연산한 보조 토크 전류의 입력에 따라 구동되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상태 판단부는 상기 차속이 기준 차속 이상인 상태에서, 상기 조향 각속도가 기준 각속도 이하인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단할 수 있다.
상기 상태 판단부는 상기 조향각도가 기준 조향각도 이상인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단할 수 있다.
상기 보조 토크 전류 연산부는 상기 보타력에 비례하여 보조 토크 전류를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전동식 조향 시스템 및 그 제어방법은, 차량의 주행 중에 운전자가 조향각을 유지하는 상황을 판단할 수 있다. 이 상황에서 본 발명은 운전자의 보타력을 가볍게 하기 위해 보조 토크 모터를 사용함으로써, 다양한 주행 상황에 맞는 최적의 조향감을 제공하는 효과를 가져올 수 있다. 또한 조향감이 가벼워짐에 따라 장시간의 운전시에도 운전자의 피로도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 블록도이다.
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 블록도이다. 도 1를 참고하면, 상기 전동식 조향 시스템은 차속 검출부(101), 조향각도 검출부(102), 조향각속도 검출부(103), 상태 판단부(120), 보타력 계측부(130), 보조 토크 전류 연산부(140) 및 보조 토크 모터(150)를 포함할 수 있다.
상기 차속 검출부(101)는 차량의 속도를 검출한다. 상기 차량의 속도는 변속기의 출력축 회전수로부터 검출할 수 있다. 상기 차속 검출부(101)는 검출된 차량의 속도를 상태판단부(120)로 전달할 수 있다.
상기 조향각도 검출부(102)는 핸들의 조향각도의 변화를 통해 조향각도를 검출할 수 있다. 상기 조향각도는 스티어링 컬럼 샤프트의 회전수를 감지하여 검출할 수 있다. 상기 조향각도 검출부(102)는 검출된 조향각도를 상태판단부(120)로 전달할 수 있다.
상기 조향각속도 검출부(103)는 조향각속도를 검출할 수 있다. 상기 조향각속도는 조향각도의 변화속도를 통해 검출할 수 있다. 상기 조향각속도 검출부(103)는 검출된 조향각속도를 상태 판단부(120)로 전달할 수 있다.
상기 상태 판단부(120)는 전달받은 차속, 조향각도 및 조향각속도를 이용하여 현재 주행 상태를 판단할 수 있다. 상기 상태 판단부(120)는 운전자가 조향각을 유지하는 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 상태 판단부(120)는 상기 차속, 조향각도 및 조향각속도를 기준값과 비교하여 주행 상태를 판단할 수 있다. 상기 상태 판단부(120)는 전달받은 차속이 기준 차속 이상인지, 전달받은 조향각도가 기준 조향각도 이상인지, 전달받은 조향각속도가 기준 조향각속도 이하인지 비교하여 판단할 수 있다. 상기 기준값들을 만족하는 경우에는, 상기 상태 판단부(120)는 현재 주행 상황을 운전자가 조향각도를 일정하게 유지하는 상태라고 판단할 수 있다. 상기 기준값들을 만족하지 못하는 경우에는, 상기 상태 판단부(120)는 현재 주행 상황을 운전자가 핸들을 조타하는 상황이라고 판단할 수 있다.
상기 기준값들은 운전자 또는 설정자의 임의의 값일 수 있다. 예를 들어, 운전자 또는 설정자는 기준값을 조향 각도 20o 이상, 조향 각속도 10deg/s 이하 및 차량 속도 20kph 이상으로 설정할 수 있다. 상기 임의로 설정된 기준값을 만족하는 경우에 운전자는 핸들의 조향각을 일정하게 유지하고 있는 상황일 수 있다. 상기 상태 판단부(120)는 판단된 상태 정보를 보타력 계측부(130)로 전달할 수 있다.
상기 보타력 계측부(130)는 상기 상태 판단부(120)이 현재 상황을 운전자가 조행각을 유지하고 있는 상황이라고 판단한 경우에 보타력을 계측할 수 있다. 상기 보타력은 핸들의 조향각을 유지하기 위한 토크값이다. 상기 보타력은 스티어링 휠축에 작용하는 토크를 통해 계측할 수 있다. 상기 보타력 계측부(130)는 계측된 보타력을 상기 보조 토크 전류 연산부(140)로 전달할 수 있다.
상기 보조 토크 전류 연산부(140)는 상기 보타력 계측부(130)가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산한다. 상기 보조 토크 전류 연산부(140)는 계측된 보타력에 비례하여 보조 토크 전류를 증가시킬 수 있다. 즉, 운전자가 조향각도를 유지하는데 많은 힘이 필요할수록, 많은 보조 토크 전류를 연산할 수 있다. 상기 보조 토크 전류 연산부(140)는 연산된 보조 토크 전류를 상기 보조 토크 모터(150)로 전달할 수 있다.
상기 보조 토크 모터(150)는 전달된 보조 토크 전류에 따라 구동된다. 상기 보조 토크 모터(150)는 보타력을 감소시킬 수 있는 보조 토크를 발생할 수 있다. 즉, 운전자가 조향각도를 유지하는 힘을 상기 보조 토크 모터(150)의 보조 토크를 통해 감소시킬 수 있다. 상기 보조 토크 모터(150)는 전달된 보조 토크 전류의 크기에 비례하여 발생되는 보조 토크의 크기가 증가할 수 있다.
도 2는 도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법의 순서도이다. 도 2를 참고하면, 차속 검출부는 차속을 검출한다. 조향각도 검출부는 조향각도를 검출한다. 조향각속도 검출부는 조향각속도를 검출한다(S210).
상기 검출된 차속, 조향각도, 조향각속도를 이용하여 상태 판단부가 운전자가 차량의 조향각도를 유지하는 상황인지 판단한다(S220). 상기 상태 판단부는 상기 차속이 기준 차속 이상인지, 상기 조향각도가 기준 조향각도 이상인지, 상기 조향각속도가 기준 조향 각속도 이하인지 판단할 수 있다. 상기 기준을 만족하는 경우에, 상기 상태 판단부는 운전자가 차량의 조향각도를 유지하는 상태라고 판단할 수 있다. 상기 기준을 만족하지 못하는 경우에, 상기 상태 판단부는 운전자가 차량의 핸들을 조타하는 상황이라고 판단할 수 있다.
현 주행 상황이 운전자가 조향각도를 유지하는 상태인 경우에, 보타력 계측부는 보타력을 계측한다(S230). 상기 보타력은 운전자가 조향각도를 유지하는데 드는 힘에 비례한다.
상기 보타력에 따라 보조 토크 전류 연산부에서 보조 토크 전류를 연산한다(S240). 상기 보조 토크 전류는 상기 보타력에 비례하여 증가될 수 있다.
상기 연산된 보조 토크 전류를 보조 토크 모터로 입력하여 구동시킬 수 있다(S250). 입력된 보조 토크 전류의 크기에 비례하여 보조 토크 모토의 보조 토크 발생이 증가될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 차속 검출부.
102: 조향각도 검출부.
103: 조향각속도 검출부.
120: 상태 판단부.
130: 보타력 계측부
140: 보조 토크 전류 연산부.
150: 보조 토크 모터.

Claims (8)

  1. 차속을 검출하는 차속 검출부;
    조향각도의 변화를 검출하는 조향각도 검출부;
    조향각속도를 검출하는 조향각속도 검출부;
    상기 차속, 상기 조향각도 및 상기 조향각속도를 이용하여 운전자가 조향각
    도를 유지하는 상태인지 여부를 판단하는 상태 판단부;
    상기 상태 판단부가 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 경우 보타력을 계측하는 보타력 계측부;
    상기 보타력 계측부가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산하는 보조 토크 전류 연산부;
    상기 보조 토크 전류 연산부가 연산한 보조 토크 전류의 입력에 따라 구동되는 보조 토크 모터를 포함하는 차량용 전동식 조향 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상태 판단부는 상기 차속이 기준 차속 이상인 상태에서, 상기 조향 각속도가 기준 각속도 이하인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 차량용 전동식 조향 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상태 판단부는 상기 조향각도가 기준 조향각도 이상인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 차량용 전동식 조향 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 토크 전류 연산부는 상기 보타력에 비례하여 보조 토크 전류를 증가시키는 차량용 전동식 조향 시스템.
  5. 차속 검출부가 차속을 검출하는 단계;
    조향각도 검출부가 조향각도를 검출하는 단계;
    조향각속도 검출부가 조향각속도를 검출하는 단계;
    상태 판단부가 상기 차속, 상기 조향각도, 상기 조향각속도를 이용하여 운전자가 조향각도를 유지하는 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    보타력 계측부가 상기 판단부가 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 경우 보타력을 계측하는 단계;
    보조 토크 전류 연산부가 상기 보타력 계측부가 계측한 보타력에 따라 보조 토크 전류를 연산하는 단계;
    보조 토크 모터가 상기 보조 토크 전류 연산부가 연산한 보조 토크 전류의 입력에 따라 구동되는 단계를 포함하는 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상태 판단부는 상기 차속이 기준 차속 이상인 상태에서, 상기 조향 각속도가 기준 각속도 이하인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상태 판단부는 상기 조향각도가 기준 조향각도 이상인 경우에 운전자가 조향각도를 유지하는 상태라고 판단하는 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법.
  8. 제 5항에 잇어서,
    상기 보조 토크 전류 연산부는 상기 보타력에 비례하여 보조 토크 전류를 증가시키는 차량용 전동식 조향 시스템의 제어방법.
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