KR20150007063A

KR20150007063A - Mdps를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150007063A
Application number: KR20130080970A
Authority: KR
Inventors: 김찬중
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-20
Also published as: KR101987487B1

Abstract

본 발명은 차량의 조향 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 MDPS(Motor Driven Power Steering)에서 MDPS의 전류맵을 통하여 조향 기계 장치의 조정을 필요로 할 때 흔히 쓰이는 걸림쇠(detent) 느낌이 있는 로터리형 다이얼 방식을 사용하여 조향 기계 장치의 미세한 조정을 가능하게 하는 햅틱 조향 장치 및 방법에 대한 것이다.

Description

MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법{Sensible haptic steering apparatus and method using Motor Driven Power Steering}

일반적으로 차량의 주행방향으로 조절하기 위해 조향장치가 설치된다. 이러한 조향장치의 경우, 대부분 자동식인 파워 스티어링 장치가 설치되고 있으며, 이 파워 스티어링 장치는 구동수단의 종류에 따라서 유압을 이용하는 유압 방식과 구동모터의 회전력을 이용하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 방식으로 크게 구분된다.

상기 MDPS 방식은 유압식에 비하여 연비가 개선되고, 오일을 사용하지 않으므로 환경 친화적이며, 유압라인 삭제에 따른 부품 저감 및 작업성이 개선되므로 최근에는 널리 사용되고 있다.

이러한 MDPS 방식의 조향장치의 작동 흐름을 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 운전자가 조향 장치로 조타를 하면, 컬럼 토크가 발생하고, 이를 토크(Torque) 센서가 감지하여 컬럼 토크값을 전자제어장치(ECU)(미도시)에 입력한다(110). 컬럼 토크값이 입력되면, 전자제어장치는 미리 저장되어 있는 MDPS 어시스트 맵에 따라 운전자를 보조한다(120). 이에 따라, 운전자가 느끼는 토크는 일정한 크기가 된다(130).

부연하면, 컬럼 토크에 따라 차량의 조향 장치와 연결되는 모터에 인가하는 어시스트 토크가 미리 MDPS 어시스트 맵에 정해져 있으므로, MDPS 어시스트 맵에서 해당 어시스트 토크에 대응하는 전류를 모터에 인가하여 모터를 구동하여 조향이 이루어지게 된다.

따라서, 일정한 조타 토크로 조타를 하게 되므로, 대략 어느 정도로 턴을 해야 하는지 어렵다는 단점이 있다.

예를 들면, 풀턴(Full turn) 조타시 운전자는 대략 3바퀴의 휠을 돌려야 한다. 그런데, 이를 축소시키면 운전자의 조타수가 줄어 편리하지만 그만큼 미세 조타가 어렵다는 점이다.

부연하면, 30도만큼만 휠을 회전시키고자 하는 경우, 조타 장치가 30도 만큼회전되었는지를 확인하기 어려움으로 대충 감으로 한다든지, 차량이 회전하는 것을 보면서 하게 되므로 불편하고 부정확하다는 문제점이 있다.

1. 한국공개특허번호 제10-2013-0056007호 2. 한국공개특허번호 제10-2013-0056062호 3. 한국공개특허번호 제10-2009-0128829호

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 미세한 조정이 가능한 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 적은 조타각으로도 해들형상이 자유롭게 설정가능한 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 엑스 바이 와이어(X-by-wire) 기술에도 적용 가능한 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 미세한 조정이 가능한 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치를 제공한다.

상기 미세 햅틱 조향 장치는,

핸들;

상기 핸들의 조타각에 따른 컬럼 토크를 센싱하는 토크 센서;

센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 걸림쇠 기능을 갖는 MDPS 전류맵을 생성하는 전자 제어기(ECU:Electronic Control Unit); 및

생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치를 제공한다.

또한, 상기 MDPS 전류맵은 설정 각도마다 걸림쇠 기능을 생성하는 걸림쇠 구간이 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 걸림쇠 구간은 운전자에 의해 조절되거나 차량의 속도에 따라 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 차량의 차선 급변경시 상기 걸림쇠 기능을 제거하도록 상기 걸림쇠 구간이 제거될 수 있다.

또한, 차량의 주차시 상기 걸림쇠 구간을 좁게 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 핸들의 방향과 차량의 진행방향을 일치시키도록 상기 핸들과 차량의 타이어의 기어비가 1:1로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편으로 본 발명의 다른 실시예는, 핸들의 조타각에 따른 컬럼 토크를 센싱하는 컬럼 토크 센싱 단계; 센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 걸림쇠 기능을 갖는 MDPS 전류맵을 생성하는 MDPS 전류맵 생성 단계; 및 생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터를 구동하는 조향 모터 구동 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 조타에 따라 감지된 컬럼 토크에 따른 어시스트 토크에 햅틱 게인을 곱하여 걸림쇠 느낌이 있는 로터리형 다이얼 방식을 구현함으로써 조향 장치의 미세한 조정이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 간단한 부가적인 로직을 추가함으로써 차선 급변경시 걸림쇠 효과를 제거하여 작은 조타각으로도 위험 회피가 가능하며, 주차시 시동으로 자동으로 걸림쇠 구간을 좁게 하여 미세 조타를 더 편리하게 하며, 타이어와 핸들의 기어비를 1:1로 하여 핸들의 방향과 차량의 진행방향 일치가 가능하다는 점등을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 조타시 조이스틱과 같이 아무런 느낌이 없는 엑스 바이 와이어 기술에도 적용이 가능하다는 점을 들 수 있다.

도 1은 일반적인 차량의 조향 과정을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 햅틱 조향 장치(200)의 블럭도이다.
도 3은 도 2에 의해 도시된 미세 햅틱 조향 장치(200)의 미세 조정을 구현하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조향 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 햅틱 조향 장치(200)의 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 상기 미세 햅틱 조향 장치(200)는, 핸들(210), 상기 핸들(210)을 동작시키는 조향 모터(250), 상기 핸들(210)의 조타각에 따른 컬럼 토크를 센싱하는 토크 센서(220), 센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 MDPS 전류맵을 생성하는 전자 제어기(ECU:Electronic Control Unit)(230), 생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터(250)를 구동하는 모터 구동부(240) 등을 포함하여 구성된다.

핸들(210)은 차량 내부에서 차량을 원하는 방향으로 주행시키기 위해 차량의 진행 방향을 결정한다. 물론, 이해를 위해 간단하게 핸들(210) 만을 도시하였으나, 스티어링 컬럼(미도시), 랙(미도시) 및 피니언(미도시) 등이 구성된다. 이러한 핸들 구조에 대하여는 널리 알려져 있으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

토크 센서(220)는 운전자가 핸들(210)을 돌려 스티어링 컬럼을 통해 랙과 피니언의 증대로 바퀴를 돌릴 때 생기는 토크를 측정한다. 구체적으로, 컬럼에 비접촉식으로 부착된 형식으로 전류에 생기는 자기장을 이용하여 축의 비틀림에 걸리는 전류의 값을 이용하여 측정할 수 있다.

또한, 토크 센서(220)에는 증폭회로가 내장되며, 검출한 컬럼 토크 및/또는 모터 토크에 대한 정보가 증폭되어 전자제어기(230)로 전송된다.

전자 제어기(230)는 센싱된 컬럼 토크를 수신하여 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 걸림쇠 느낌을 갖게 하는 햅틱 게인을 곱하여 MDPS 전류맵을 생성하고, 이러한 MDPS 전류맵으로 조향 모터(250)를 제어함으로써 일정 각도마다 걸림쇠 기능이 수행한다.

조향 모터(250)는 전자 제어기(230)의 제어를 받으며, 운전자는 핸들을 돌릴 때 이 조향 모터(250)에 의해 핸들의 구동력을 보조받으며, MDPS 전류맵에 따라 걸림쇠 느낌을 받도록 동작한다. 조향 모터(250)의 일예로 구동모터의 경우, 컬럼 중앙에 위치하며, 브러시 타입의 직류 모터로써 스티어링 컬럼(미도시)에 웜과 웜기어로 컬럼(미도시)을 구동하도록 되어 있다. 물론, 다른 방식의 모터를 사용하는 것도 가능하다.

물론, 이러한 조향 모터(250)의 구동을 수행하는 모터 구동부(240)가 구성되며, 이 모터 구동부(240)가 전자 제어기(230)로부터 제어를 받아 조향 모터(250)를 작동시킨다.

도 3은 도 2에 의해 도시된 미세 햅틱 조향 장치(200)의 미세 조정을 구현하는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 운전자가 핸들(210)을 이용하여 조타함에 따라 토크 센서(220)가 핸들(210)로부터 컬럼 토크를 센싱하여 컬럼 토크 입력 정보(310)가 생성된다.

전자 제어기(230)는 이러한 컬럼 토크 입력 정보(310)를 이용하여 MDPS 어시스트 맵(320)과 햅틱 게인(330)을 곱셈기(340)를 이용하여 합산한다.

MDPS 어시스트 맵(320)은 입력되는 컬럼 토크에 대응하여 조향 모터(250)를 구동하기 위한 어시스트 토크가 매칭되는 맵으로 미리 저장되어 있는 데이터이다.

또한, 햅틱 게인(330)은 일정 각도마다 걸림쇠 느낌을 갖도록 걸림쇠 구간(331)을 갖는 미리 설정된 데이터이다. 도 3에 도시된 예를 보면, 30도(333-1), 60도(333-2), 90도(333-3)에 걸림쇠 구간(331)이 설정된다.

또한, 이러한 걸림쇠 구간(331)은 운전자가 설정할 수도 있고, 속도에 따라 조절 가능하다. 물론, 이러한 걸림쇠 구간(331)은 힘의 크기가 될 수도 있다.

물론, 이러한 각도 및 걸림쇠 구간(331)은 전자 제어기(230)에 부가 로직을 추가로 적용함으로써 구현 가능하다. 예를 들면, 차선 급변경시 걸림쇠 효과를 제거하여 작은 조타각으로도 위험을 회피하게 할 수 있다. 이 경우, 예를 들면, if 조타각>30 then 햅틱 게인=1 처럼 알고리즘을 설계하는 것을 들 수 있다.

또한, 주차시 자동으로 걸림쇠 구간을 좁게 하여 미세 조타를 더 원활하게 할 수 있다. 이 경우, 예를 들면, if 차속 <10kph then 햅틱 게인=주차모드처럼 알고리즘을 설계하는 것을 들 수 있다.

또한, 타이어와 핸들의 기어비를 1:1로 하여 핸들의 방향과 차량의 진행 방향을 일치하는 것도 가능하다.

도 3을 계속 참조하여 설명하면, MDPS 어시스트 맵(320)과 햅틱 게인(330)의 곱을 통하여 MDPS 전류맵((350)이 생성되며, 이러한 MDPS 전류맵(350)에 따라 조향 모터(250)를 동작시키게 된다.

물론, MDPS 전류맵(350)에는 걸림쇠 효과를 위하여 30도(350-1), 60도(350-2), 90도(350-3)마다 걸림쇠 구간이 존재한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조향 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 핸들(210)의 조작에 따른 컬럼 토크가 발생하고 토크 센서(220)가 이를 센싱하여 전자 제어기(230)에 전송한다(단계 S410)

센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 MDPS 전류맵을 생성한다(단계 S420).

생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터(250)를 구동한다(단계 S430,S440).

한편으로, 엑스-바이-와이어(X-by-wire)에서는 조타시 조이스틱과 같이 아무 느낌이 없다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 걸림쇠 느낌을 MDPS 전류맵을 통하여 만들면 운전자가 아무 느낌 없는 조이스틱 같은 느낌에서도 벗어날 수 있다.

200: 미세 햅틱 조향 장치
210: 핸들
220: 토크 센서
230: 전자 제어기(ECU: Electronic Control Unit)
240: 모터 구동부
250: 조향 모터
320: MDPS(Motor Driven Power Steering)
330: 햅틱 게인
350: MDPS 전류맵

Claims

핸들;
상기 핸들의 조타각에 따른 컬럼 토크를 센싱하는 토크 센서;
센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 걸림쇠 기능을 갖는 MDPS 전류맵을 생성하는 전자 제어기(ECU:Electronic Control Unit); 및
생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터를 구동하는 모터 구동부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 MDPS 전류맵은 설정 각도마다 걸림쇠 기능을 생성하는 걸림쇠 구간이 있는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 걸림쇠 구간은 운전자에 의해 조절되거나 차량의 속도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
제 2 항에 있어서,
차량의 차선 급변경시 상기 걸림쇠 기능을 제거하도록 상기 걸림쇠 구간이 제거되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
제 2 항에 있어서,
차량의 주차시 상기 걸림쇠 구간을 좁게 설정되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
제 2 항에 있어서,
핸들의 방향과 차량의 진행방향을 일치시키도록 상기 핸들과 차량의 타이어의 기어비가 1:1로 설정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 장치.
핸들의 조타각에 따른 컬럼 토크를 센싱하는 컬럼 토크 센싱 단계;
센싱된 컬럼 토크에 따라 대응하는 어시스트 토크를 갖는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 어시스트 맵과 햅틱 게인을 곱하여 걸림쇠 기능을 갖는 MDPS 전류맵을 생성하는 MDPS 전류맵 생성 단계; 및
생성된 MDPS 전류맵에 따라 조향 모터를 구동하는 조향 모터 구동 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 MDPS 전류맵은 설정 각도마다 걸림쇠 기능을 생성하는 걸림쇠 구간이 있는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 걸림쇠 구간은 운전자에 의해 조절되거나 차량의 속도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.
제 8 항에 있어서,
차량의 차선 급변경시 상기 걸림쇠 기능을 제거하도록 걸림쇠 구간이 제거 되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.
제 8 항에 있어서,
차량의 주차시 상기 걸림쇠 구간이 좁게 설정되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.
제 8 항에 있어서,
핸들의 방향과 차량의 진행방향을 일치시키도록 상기 핸들과 차량의 타이어의 기어비가 1:1로 설정되는 것을 특징으로 하는 MDPS를 이용한 미세 햅틱 조향 방법.