KR20140087615A - 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템 - Google Patents

차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량이 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 실시간으로 검출하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량의 조향축(Steering Column)에 장착된 토크 센서를 이용하여 조향축에 인가된 토크를 계측하고, 이를 기반으로 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 검출하는 기술에 관한 것이다. 또한, 검출된 험로 정보를 이용하여 개별 샤시 제어 시스템들이 험로에서는 자동으로 험로에 적합한 모드로 변환하도록 하는 기술에 관한 것이다.

Description

차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템 {Rough Road Detection System based on the Steering Torque of Vehicle}
본 발명은 차량이 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 실시간으로 검출하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량의 조향축(Steering Column)에 장착된 토크 센서를 이용하여 조향축에 인가된 토크를 계측하고, 이를 기반으로 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 검출하는 기술에 관한 것이다. 또한, 검출된 험로 정보를 이용하여 개별 샤시 제어 시스템들이 험로에서는 자동으로 험로에 적합한 모드로 변환하도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 차량이 험로를 주행하게 되면 조향 킥백(Kick-back) 현상, 승차감 저하, 충격에 의한 고장 발생 가능성 등 차량 성능에 부정적인 현상이 발생하게 된다. 따라서 험로에 대응하는 기능들의 적용이 필요하며, 이를 위해서는 실시간으로 주행 중인 노면의 험로 여부를 검출하는 기법이 필수적이다.
기존의 험로 검출 기법들은 휠속센서를 이용하거나 TCU(Transmission Control Unit)가 추정한 변속기 출력속도를 이용하는 등의 구동계 기반의 검출 기법이 대부분이다.
즉, 차량의 ABS/TCS/ESP 혹은 부가적인 휠 스피드센서로부터 얻어지는 휠 스피드 신호를 통해 휠 스피드 구배(wheel speed gradient)를 계산하고, 계산된 휠 스피드 구배에 대응하는 차속변화율이 기 설정된 험로기준치 이상이면 험로라고 판단하는 구성으로 이루어진다.
그러나, 종래의 차량 시스템은, 차량이 험로가 아닌 일반적인 도로를 일반주행하고 있는 상태임에도 불구하고, 차량이 출발하거나 정지할 때와 같이 속도가 낮은 구간을 포함하여 차량의 차속이 급격하게 변하게 되면 험로진단 로직은 이를 험로라고 오진단하는 경우가 빈번하게 발생한다. 이처럼, 차량 시스템에서 험로가 아닌 일반주행 상태를 험로라고 오진단하게 되면, 험로 오진단으로 인해 결과적으로 실화 진단을 페이드-아웃(fade-out)하기때문에 실화 오진단을 야기시키게 될 것이다.
또한, 상기와 같은 휠속 기반 검출 기법은 타이어의 공기압의 상태 등의 요인에 의하여 오작동이 발생할 가능성이 크며, 변속기 출력 속도 기반 검출 기법은 노면 변화가 심한 험로에서만 검출 가능하다는 단점이 있다.
또한, 검출된 험로 정보를 조향 시스템과 관련된 기능에 이용하는 경우를 고려하면, 구동계 기반으로 도출한 간접적인 정보를 이용해야 하므로 조향 시스템에 대한 영향도를 고려하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서,
차량의 조향축(Steering Column)에 장착된 토크 센서를 이용하여 조향축에 인가된 토크를 계측하고, 이를 기반으로 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 검출하는 기술에 관한 것이다. 또한, 검출된 험로 정보를 이용하여 개별 샤시 제어 시스템들이 험로에서는 자동으로 험로에 적합한 모드로 변환하도록 하는 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
차량의 험로 검출 시스템에 있어서, 차량의 조향토크 센서의 출력을 수신하여 조향토크를 계측하는 조향토크센서 신호처리부; 상기 조향토크센서 신호처리부에서 계측된 조향토크의 단위시간당 변화율을 산출하는 조향토크 변화율 계산부; 차속에 대한 맵을 내삽(Interpolation)하여 현재 차속에 대한 험로 판단 기준값을 결정하는 험로 판단 기준값 계산부; 상기 조향토크의 변화율과 상기 험로 판단 기준값을 비교하여 험로 판단 기준 Flag을 출력하는 험로 판단 기준 Flag 판단부; 및 험로 판단 기준 Flag를 통하여 험로 주행을 판단하는 최종 험로 Flag 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, ON타이머를 내장하고, 상기 ON타이머의 작동시간동안 상기 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이 되는 횟수를 측정하는 험로 진입 여부 판단부를 더 포함하고, 상기 최종 험로 Flag 판단부는, 상기 험로 진입 여부 판단부가 측정한 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이되는 횟수가 사전 설정된 기준값을 초과하면 험로에 진입한 것으로 간주하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, OFF타이머를 내장하고, 상기 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이 되면 상기 OFF타이머가 리셋되도록 이루어진 험로 탈출 여부 판단부; 를 더 포함하고, 상기 최종 험로 Flag 판단부는, 상기 OFF타이머가 사전 설정된 시간 이상 증가하면 험로를 탈출한 것으로 간주하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조향토크 변화율 계산부는, 조향토크센서 신호처리부에서 계측된 조향토크의 단위시간당 변화율의 절대값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
- 성능 향상
종래의 험로 검출 기법의 경우는 차량의 휠속 또는 변속기 출력 속도를 이용한 구동계 기반 기법으로 이루어지므로, 오진단의 경우가 발생할 수 있으나, 본 발명은 조향계 기반 기법이므로, 종래 기술들이 검출 불가하거나 오작동하는 경우에도 험로를 검출할 수 있는 장점을 제공한다. 따라서, 차량의 페일 세이프(Fail/Safe) 제어에 대한 성능 향상이 가능한 효과가 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 발명은 조향계 기반 험로 검출 기술이기 때문에 조향계에 직접적인 영향을 고려하여 험로를 검출할 수 있는 효과가 있다.
- 상품성 향상
차량이 험로를 주행함에 따라서 발생할 수 있는 킥백 현상의 영향도를 직접적으로 고려 가능하므로, 운전자가 느끼는 조향감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템은 차량의 조향축(Steering Column)에 장착된 토크 센서를 이용하여 상기 조향축에 인가된 토크를 계측하고, 이를 기반으로 현재 주행 중인 노면의 험로 여부를 검출하도록 이루어진다. 또한, 상기 토크 센서를 통하여 인식된 험로 정보를 이용하여 개별 샤시 제어 시스템들이 험로에서는 자동으로 험로에 적합한 모드로 변환하도록 하여 험로에서도 조향이 용이하고, 승차감 저하 현상이 줄어들도록 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템은 조향토크센서 신호처리부(10), 조향토크 변화율 계산부(20), 험로 판단 기준값 계산부(30), 험로 판단 기준 Flag 판단부(40), 험로 진입 여부 판단부(50), 험로 탈출 여부 판단부(60) 및 최종 험로 Flag 판단부(70)를 포함한다.
조향토크센서 신호처리부(10)는 차량의 조향축에 장착된 토크 센서로부터 출력되는 조향토크를 수신하여 차량의 조향토크를 계측하는 기능을 하는 모듈이다. 이때, 상기 조향토크센서 신호처리부(10)는 상기 조향토크센서로부터 생성되어 출력되는 아날로그 출력을 입력 받아, A/D 변환을 통하여 본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템에서 사용 가능한 조향토크를 산출하여 계측한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 상기 조향토크센서 신호처리부(10) 대신에 MDPS 시스템의 샤시 CAN으로부터 출력되는 조향토크 시그널이 사용될 수 있다. 일반적으로, 차량에 MDPS 시스템이 장착된 경우에는 샤시 CAN을 통하여 조향토크 시그널이 출력되므로 해당 시그널을 이용하면 조향토크센서 신호처리부(10)를 대체할 수 있다.
조향토크 변화율 계산부(20)는 상기 조향토크센서 신호처리부(10)로부터 계측된 조향토크의 변화율을 계산하는 모듈로서, 단위시간당 계측된 조향토크에 대한 미분을 수행하여 조향토크의 변화율을 계산하도록 이루어진다.
바람직하게는 상기 조향토크 변화율 계산부(20)는 상기 조향토크센서 신호처리부(10)로부터 수신한 조향토크를 단위시간당 미분하여 변화율을 계산하고, 계산된 미분값의 절대값을 취함으로써 변화율을 계산한다. 이때, 계산식은 다음과 같다.
*출력값 : |d(StrTq)/dt| (StrTq = 조향토크, t = 시간)
험로 판단 기준값 계산부(30)는 차량이 이동하는 도로의 상태에 따라 험로를 판단하기 위한 기준값을 계산하는 모듈로서, 차속에 대한 맵(x:차속, y:험로 판단 기준값)을 내삽(Interpolation)하여 현재 차속에 대한 험로 판단 기준값을 결정한다.
이때, 상기 맵은 사전에 해당 차량의 실차 시험을 통하여 산출된 데이터를 기준으로 결정된다. 실차 시험을 위한 노면의 험로 여부에 대한 판단은 차량 수직 가속도 데이터에 대한 파워 스펙트럼 분석 시 인체가 감지 가능한 주파수 영역에서의 진폭 크기를 기준으로 이루어질 수 있다.
상기 험로 판단 기준값 계산부(30)는 험로로 판단할 노면과 험로가 아닌 것으로 판단할 노면들에서 일정 차속으로 주행 시 조향 토크를 계측한 후, 조향 토크의 변화율의 절대값들의 분포를 분석하여 그 중간값을 해당 차속에서의 험로 판단 기준값으로 결정하게 된다.
따라서, 상기 험로 판단 기준값 계산부(30)에서 계산된 험로 판단 기준값과 상기 조향토크 변화율 계산부(20)에서 산출된 조향토크 변화율을 비교함으로써, 차량이 주행중인 도로의 상태가 험로인지 아닌지 판단할 수 있도록 이루어진다.
험로 판단 기준 Flag 판단부(40)는 상기 조향 토크 변화율 계산부에서 산출된 조향 토크 변화율의 절대값과 상기 험로 판단 기준값 계산부(30)에서 산출된 기준값을 비교함으로써, 험로를 판단할 수 있는 험로 판단 기준 Flag를 생성하는 기능을 하는 모듈이다.
상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)는 조향 토크 변화율의 절대값을 기준값과 비교하여, 상기 조향 토크 변화율의 절대값이 상기 기준값보다 커지거나 작아지는 경우에 서로 다른 험로 판단 기준 Flag를 출력함으로써, 차량이 주행중인 도로가 험로인지 아닌지 나타낸다.
예를 들어, 상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)는 상기 조향 토크 변화율의 절대값이 상기 기준값보다 커지는 시점에 험로 판단 기준 Flag를 On(또는 1)으로 출력하고, 그 이외의 경우에는 Off(또는 0)를 유지한다. 예를 들어, 계속하여 작거나 큰 경우 또는 작아지는 경우에는 Off(또는 0)를 출력한다.
상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)는 차량 주행중에 지속적으로 조향 토크 변화율의 절대값을 기준값과 비교하여 험로 판단 기준 Flag를 생성 및 출력하도록 이루어진다.
험로 진입 여부 판단부(50)는 상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)에서 출력된 험로 판단 기준 Flag를 이용하여 주행중인 차량이 험로에 진입했는지 여부를 판단하는 모듈이다.
상기 험로 진입 여부 판단부(50)는 자체적으로 ON타이머를 내장하고, 상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)로부터 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1)로 출력이 되면 상기 ON타이머를 작동시키도록 이루어진다. 상기 ON타이머는 사전 설정된 단위 시간 동안 작동되는 타이머로서, 단위시간당 상기 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1)로 출력되는 횟수를 카운트하기 위하여 구비된다.
따라서, 상기 험로 진입 여부 판단부(50)는 상기 ON타이머가 작동하고 있는 동안 상기 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1)이 되는 횟수를 카운트한다. 이때, 상기 험로 진입 여부 판단부(50)는 사전 설정된 카운트 횟수가 설정되고, 상기 상기 ON타이머가 작동하고 있는 동안 상기 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1)이 되는 횟수가 사전 설정된 카운트 횟수 이상이 되면 해당 차량이 험로에 진입 한 것으로 간주한다.
험로 탈출 여부 판단부(60)는 상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)에서 출력된 험로 판단 기준 Flag를 이용하여 험로에 진입해있는 차량이 험로에서 탈출했는지 여부를 판단하는 모듈이다.
험로 탈출 여부 판단부(60)는 사전 설정된 단위시간동안 작동되는 OFF타이머를 자체적으로 내장하여 구비하도록 이루어진다. 상기 OFF타이머는 사전설정된 단위시간동안 작동되되, 상기 험로 판단 기준 Flag 판단부(40)로부터 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1)로 출력이 될 때마다 0으로 리셋되도록 이루어진다.
따라서, 상기 OFF타이머가 일정시간 이상 증가하는 경우는, 상기 험로 판단 기준 Flag가 On(또는 1) 일정시간동안 출력되지 않은 것으로 간주할 수 있으므로, 험로를 탈출한 것으로 간주한다.
최종 험로 Flag 판단부(70)는 상기 험로 진입 여부 판단부(50) 및 험로 탈출 여부 판단부(60)로부터 판단된 험로 진입/탈출 여부를 종합하여 최종 험로 Flag를 생성하는 모듈이다.
상기 최종 험로 Flag 판단부(70)는 험로 주행 시에는 On(또는 1), 험로가 아닌 경우에는 Off(또는 0)을 출력한다. 따라서, 차량의 험로 진입 여부는 상기 최종 험로 Flag 판단부(70)로부터 출력되는 출력값을 통하여 판단할 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템은 조향 토크를 이용하여 험로 주행을 판단할 수 있으므로, 차량 주행중에 인식된 험로 여부에 따라 차량의 주행모드를 제어할 수 있다.
예를 들어, 조향 토크를 기반으로 검출한 노면의 정보는 공지의 지능형 주행모드 통합제어(i-DMIC) 기술에 적용될 수 있다.
상기 지능형 주행모드 통합제어는 차량 또는 노면의 상태를 파악하여 자동으로 개별 샤시 시스템의 주행모드를 최적화 시켜주는 자동모드가 포함된다. 따라서, 본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템이 적용된 차량은 주행중인 도로의 상태를 인식하여 출력된 상기 최종 험로 Flag를 이용하면, 차량이 험로를 주행 중인 경우는 조향 킥백 현상 및 승차감 저하를 줄여주기 위하여 아래의 표 1과 같이 개별 샤시 시스템의 주행모드를 변환시켜줄 수 있다.
개별 샤시 시스템 엔진 T/M MDPS CDC ESC

험로주행모드		 Normal No Change Comport Normal Normal
이상으로 본 발명의 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 조향토크센서 신호처리부
20: 조향토크 변화율 계산부
30: 험로 판단 기준값 계산부
40: 험로 판단 기준 Flag 판단부
50: 험로 진입 여부 판단부
60: 험로 탈출 여부 판단부
70: 최종 험로 Flag 판단부

Claims (4)

  1. 차량의 험로 검출 시스템에 있어서,
    차량의 조향토크 센서의 출력을 수신하여 조향토크를 계측하는 조향토크센서 신호처리부;
    상기 조향토크센서 신호처리부에서 계측된 조향토크의 단위시간당 변화율을 산출하는 조향토크 변화율 계산부;
    차속에 대한 맵을 내삽(Interpolation)하여 현재 차속에 대한 험로 판단 기준값을 결정하는 험로 판단 기준값 계산부;
    상기 조향토크의 변화율과 상기 험로 판단 기준값을 비교하여 험로 판단 기준 Flag을 출력하는 험로 판단 기준 Flag 판단부; 및
    험로 판단 기준 Flag를 통하여 험로 주행을 판단하는 최종 험로 Flag 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    ON타이머를 내장하고, 상기 ON타이머의 작동시간동안 상기 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이 되는 횟수를 측정하는 험로 진입 여부 판단부를 더 포함하고,
    상기 최종 험로 Flag 판단부는,
    상기 험로 진입 여부 판단부가 측정한 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이되는 횟수가 사전 설정된 기준값을 초과하면 험로에 진입한 것으로 간주하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    OFF타이머를 내장하고, 상기 험로 판단 기준 Flag가 ON(또는 1)이 되면 상기 OFF타이머가 리셋되도록 이루어진 험로 탈출 여부 판단부; 를 더 포함하고,
    상기 최종 험로 Flag 판단부는,
    상기 OFF타이머가 사전 설정된 시간 이상 증가하면 험로를 탈출한 것으로 간주하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조향토크 변화율 계산부는,
    조향토크센서 신호처리부에서 계측된 조향토크의 단위시간당 변화율의 절대값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 토크 기반 험로 검출 시스템.
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