KR20150032178A - 자동차의 조향 시스템의 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 조향 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 이 시스템은 자동차의 요잉각을 제어하기 위해 자동차의 스티어링휠각을 조향되는 휠의 조향각으로 변환하도록 설계된다. 이러한 방법은 스티어링휠각 및 요잉율의 진동들을 샘플링하는 단계, 스티어링휠각의 진동과 요잉율의 진동 사이의 미리 결정된 위상차를 검출하는 단계, 및 스티어링휠각의 조향각으로의 변환 시에 감쇠를 증가시키는 단계를 포함한다.

Description

자동차의 조향 시스템의 제어{CONTROLLING A STEERING SYSTEM IN A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 조향 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 조향 시스템을 제어하는 기술에 관한 것이다.
자동차의 조향 시스템은 자동차의 요잉각을 제어하기 위해 스티어링휠의 스티어링휠각을 조향되는 휠의 조향각으로 변환한다. 요잉각은 자동차의 수직축을 중심으로 한 자동차의 회전을 지칭한다. 자동차의 방향 안정성을 유지하기 위해 특정 조종시 조향 시스템에 개입하는 것이 공지되어 있다. 예컨대, 고속 주행 시에 스티어링휠이 빠르게 편향된 후 릴리스되는 경우, 자동차의 방향 변화가 증대될 수 있어서, 자동차가 이탈하거나 전복될 위험이 있다. 이러한 현상은 차체와 휠들 사이에 스프링들을 구비한 자동차의 섀시에 의해 강화될 수 있다.
이러한 제어 불가능한 운전 상태를 방지하기 위해, 조향 시스템은 보통 미리 결정된 인자를 가지고 일정하게 감쇠된다. 감쇠는 조향각 또는 요잉각의 오버슈트를 방지하여, 자동차를 안정화할 수 있다. 그러나, 이는 감쇠가 주행 작동 동안 내내 활성화되어 조향감에 악영향을 미칠 수 있다는 단점이 있다. 자동차의 운전자는 이를 특히 속도가 더 낮은 경우 방해가 되는 것으로 인지할 수 있다.
DE　10　2009　009　032　A1은 운전자가 스티어링휠을 릴리스할 때 자동차의 요잉 진동들(yawing oscillations)을 검출하는 방법을 제시한다. 이 경우, 조향각, 조향 토크, 및 각조향 가속도의 특성들을 검출하여, 요잉 진동들의 발생을 예측할 수 있도록 분석한다. 검출된 요잉 진동을 능동적으로 보상하는 것이 제시되었다.
WO　2006/064343은 자동차의 조향 시스템에 영향을 미치는 기술을 제시하는데, 운전자가 스티어링휠을 더 이상 잡고 있지 않다는 것이 검출된 경우, 조향각을 변화시키기 위해 요구되는 스티어링휠력이 감소한다. 요구된 힘을 감소시키기 위해, 보조 구동부가 제공된다.
본 발명의 기본 과제는, 자동차의 운전자 직접 제어를 가능하게 하는 동시에, 자동차의 불안정한 운전 상태를 방지하는 데에 도움이 되는, 자동차의 조향 시스템을 제어하는 개선된 기술을 나타내는 데에 있다.
본 발명은 이러한 과제를 독립항들의 특징부를 구비한 장치, 컴퓨터 프로그램, 및 방법에 의해 해결한다. 종속항들은 바람직한 구현예들을 나타낸다.
자동차의 조향 시스템은 자동차의 요잉각 또는 요잉각의 시간 도함수인 요잉율을 제어하기 위해 자동차의 스티어링휠각을 조향되는 휠의 조향각으로 변환하도록 설계된다. 조향 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법은 스티어링휠각 및 요잉율의 진동들을 샘플링하는 단계, 스티어링휠각의 진동과 요잉율의 진동 사이의 미리 결정된 위상차를 검출하는 단계, 및 스티어링휠각의 조향각으로의 변환 시에 감쇠를 증가시키는 단계를 포함한다.
그로 인해, 위상차가 존재하지 않을 때보다 위상차가 존재할 때 조향 시스템을 더 강력하게 감쇠하는 것이 가능하다. 위상차는 특히 스티어링휠이 빠르게 구동된 후 릴리스될 때 나타날 수 있다. 종래의 제어 방법의 경우, 자동차의 수직축을 중심으로 자동차의 "핸드-오프 진동"이 발생할 수 있다. 위상차의 검출시 감쇠의 강화로 인해, 운전자가 현재 스티어링휠을 잡고 있지 않은 것으로 가정될 수 있는 경우에도, 자동차가 원하는 대로 안정화될 수 있다.
조향 시스템은 바람직하게는 조향되는 휠에서 스티어링휠력을 증폭된 조향력으로 변환하기 위한 서보 조향 시스템을 포함한다. 특히 서보 조향 시스템의 경우, 조향 운동시 운전자에 대한 양호한 촉각 피드백을 달성할 뿐만 아니라 진동 거동(예컨대, 헌팅)의 방지도 달성하기 위해, 조향 시스템에 적절한 감쇠를 가하는 것이 필수적일 수 있다.
일 구현예에서, 감쇠는 미리 결정된 임계값을 초과할 시에만 영향을 받는다. 다른 구현예에서, 위상차와 감쇠 증가 사이에 일정한 관계가 있다. 특히, 감쇠의 적응을 특히 유기적으로, 필요한 경우 어떤 인지 가능한 변화 없이 실행하기 위해, 선형 또는 기하급수적 관계가 있을 수 있다.
특히 바람직한 구현예에서, 감쇠는 스티어링휠력에 반하는 대항력을 증가시킴으로써 증가된다. 이는 특히 서보 조향 시스템과 결합하여 쉽게 제어 가능할 수 있다.
일 구현예에서, 위상차는 진동들의 주파수 및 시간 변위에 근거하여 판단된다. 그로 인해, 실제로 예컨대 커브를 따라 주행할 뿐인 경우, 변위된 진동들의 잘못된 판단을 방지하는 동시에, 위상차를 빠르게 판단하는 것이 가능하다.
위상차는 바람직하게는 요잉율 및 스티어링휠각 진동들의 각각 절반의 주기에 근거하여 판단된다. 절반의 주기는 위상차를 판단하기에 충분할 수 있다. 동시에, 절반의 주기는 일반적으로 진동의 존재를 판단하기에 충분하다.
다른 구현예에서, 감쇠는 조향각의 변화의 속도에 근거하여 판단될 수 있다. 조향각의 변화 속도가 증가하는 상태에서, 감쇠는 빠른 주행 조작을 가능하게 하는 동시에, 자동차의 비제어 요잉 운동을 억제하기 위해 증가할 수 있다.
감쇠는 추가로 자동차의 주행 속도에 근거하여 판단될 수 있다. 자동차가 더 빠르게 주행할수록, 감쇠는 더 커질 수 있다. 이는 저속 범위에서 특히 정확한 주행을 가능하게 하는 한편, 고속 범위에서 비임계적 조향 거동을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 프로그램 제품이 처리 장치 상에서 운영되거나 컴퓨터-판독 가능한 데이터 매체 상에 저장될 때, 전술한 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함한다.
자동차의 전술한 조향 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어 장치는 스티어링휠각의 진동을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 장치, 요잉율의 진동을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 장치, 스티어링휠각의 진동과 요잉율의 진동 사이의 위상차를 판단하기 위한 처리 장치, 및 판단된 위상차가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 스티어링휠각의 조향각으로의 변환 시에 감쇠를 증가시키기 위한 감쇠 장치를 포함한다.
본 발명에 의해, 자동차의 운전자 직접 제어를 가능하게 하는 동시에, 자동차의 불안정한 운전 상태를 방지하는 데에 도움이 되는, 자동차의 조향 시스템을 제어하는 개선된 기술이 제공된다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다:
도 1은 자동차의 제어 가능한 조향 시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 조향 시스템을 제어하는 방법을 도시한 도면.
도 3 내지 도 5는 도 1의 조향 시스템의 특성 곡선들을 도시한 도면.
도 1은 자동차(105)에 탑재된 조향 시스템(100)을 도시한다. 변환 장치(110)가 자동차(105)의 스티어링휠(115)의 스티어링휠각을 조향되는 휠(120)의 조향각으로 변환하도록 설계된다. 휠(120)의 조향각이 지속적으로 음 또는 양의 값을 가진 동안 자동차(105)가 이동하는 경우, 자동차(105)는 시계방향 또는 반시계방향 커브를 그리는데, 자동차(105)의 요잉각은 대응하는 방식으로 증가 또는 감소하고, 요잉율은 음 또는 양의 값을 가진다. 변환 장치(110)는 바람직하게는 활성화되며, 조향되는 휠에서 스티어링휠(115)의 스티어링휠력을 조향력(120)으로 증폭시키기 위한 구동 장치를 포함한다. 특히, 구동부는 전기 또는 유압식일 수 있다.
조향 운동의 감쇠는 바람직하게는 변환 장치(110)에 의해 수행될 수 있다. 이는 바람직하게는 스티어링휠(115) 상의 조향력에 반하는 대항력의 적절한 제어를 수반한다. 대항력이 높으면, 감쇠도 높다.
감쇠를 제어하기 위해, 장치(125)가 제공된다. 장치(125)는 스티어링휠(115)의 스티어링휠각을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 장치(130), 자동차(105)의 요잉율을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 장치(135), 스티어링휠각의 진동과 요잉율의 진동 사이의 위상차를 판단하기 위한 처리 장치(140), 및 판단된 위상차가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 변환 장치(110)의 감쇠를 증가시키기 위한 감쇠 장치(145)를 포함한다. 처리 장치(140)는 스티어링휠각 및 요잉율의 진동들의 변위를 판단하기 위한 제1 기능 블록(150), 및 스티어링휠각 및 요잉율의 진동들의 주파수를 판단하기 위한 제2 기능 블록(155)을 포함할 수 있다. 제3 기능 블록(160)은 판단된 주파수 및 판단된 변위에 근거하여 위상차를 판단할 수 있다. 제4 기능 블록(165)은 판단된 위상차를 감쇠로 변환할 수 있다. 일 구현예에서, 판단된 위상차가 미리 결정된 임계값을 초과할 때, 감쇠는 증가될 수 있다. 다른 구현예에서, 위상차 증가와 감쇠 증가 사이에 일정한 관계가 있을 수 있다. 특히, 이러한 관계는 선형이거나 기하급수적일 수 있다.
대안으로, 감쇠 장치(145)는 기본 감쇠(170) 주위에서 영향을 받는다. 기본 감쇠(170)는 일정하거나, 자동차(105)의 파라미터들에 근거하여 판단될 수 있다. 예컨대, 기본 감쇠(170)는 휠(120)에서 조향각의 변화 속도를 샘플링하는 제3 샘플링 장치, 또는 자동차(105)의 주행 속도를 샘플링하는 제4 샘플링 장치(180)의 샘플링 값들에 근거하여 판단될 수 있다.
도 2는 도 1의 조향 시스템(100)을 제어하는 방법(200)의 순서도를 도시한다. 특히, 방법(200)은 처리 장치(140) 상에서 수행되도록 설계된다. 이를 위해, 처리 장치(140)는 별개의 유닛으로 구성되거나, 바람직하게는 프로그램 가능한 마이크로컴퓨터로 설계될 수 있다.
제1 단계(205)에서, 자동차(105)의 요잉율을 판단한다. 요잉율은 수직축을 중심으로 한 자동차(105)의 회전 속도를 지칭한다. 일 구현예에서, 요잉각을 판단하고 그 시간 도함수를 만듬으로써 이러한 목적을 달성할 수 있다. 단계(210)에서, 요잉율의 진동을 판단한다. 진동이 없거나, 진동의 진폭이 너무 낮은 경우, 방법(200)은 이 시점에서 종료될 수 있다.
단계(215)에서, 스티어링휠(115)의 조향각을 샘플링한다. 이어서 단계(220)에서, 조향각의 진동을 판단한다. 진동이 없거나, 진동의 진폭이 너무 낮은 경우, 방법(200)은 이 시점에서 종료될 수 있다.
단계들(210, 220)에서 판단된 진동들에 근거하여, 단계(225)에서 진동들 사이의 시간 변위를 판단하고, 단계(230)에서 진동들의 주파수를 판단한다. 진동들의 주파수가 일치하지 않은 경우, 방법(200)은 이 시점에서 중단될 수 있다. 이어서 단계(235)에서, 판단된 시간 변위 및 판단된 주파수에 근거하여, 조향각의 진동에 대한 요잉율의 진동의 위상차를 판단한다.
단계(240)에서, 판단된 위상차가 미리 결정된 임계값을 초과하는지 판단하기 위해 확인이 이루어진다. 이 경우, 도 1의 조향 시스템(100)의 감쇠가 증가되어야 한다. 대안으로, 단계(240)에서, 판단된 위상차에 근거하여 감쇠를 판단하는 것이 또한 가능하며, 여기서 바람직하게는 예컨대 선형 또는 기하급수적 특성을 가진 일정한 관계를 가정한다. 판단된 감쇠는 단계(245)에서 사용 가능하다.
단계(245)에서 사용 가능한 감쇠는 또한 다른 파라미터들을 고려할 수 있다. 예컨대, 단계(250)에서 자동차의 주행 속도를 샘플링할 수 있고, 단계(255)에서 조향각의 변화 속도를 샘플링할 수 있다. 이러한 정보는 단계(260)에서 기본 감쇠를 판단하기 위해 사용될 수 있고, 이 기본 감쇠는 단계(235)에서 요잉율의 진동과 조향각의 진동 사이의 판단된 위상차에 근거하여 단계(245)에서 수정된다. 그러나, 이러한 기본 감쇠 및 그 판단은 선택적이다.
마지막으로, 단계(245)에서 사용 가능한 감쇠는, 스티어링휠각의 조향각으로의 변환의 미리 결정된 감쇠를 수행하기 위해, 단계(265)에서 예컨대 스티어링휠(115)과 조향 가능한 휠(120) 사이의 변환 장치(110)의 활성화에 의해 적용된다.
도 3은 시속 50km의 슬라롬 주행 동안 도 1의 조향 시스템(100)의 특성들을 도시한다. 스티어링휠각(305) 및 요잉율(310)이 아래 영역에 도시되어 있다. 컴퓨터에 의한 판단 후 스티어링휠각(305)의 진동과 요잉율(310)의 진동 사이의 위상차(315)가 위 영역에 도시되어 있다. 시간이 수평 방향에 표시되며, 위아래 영역들 모두에 적용된다. 스티어링휠각(305) 및 요잉율(310)이 적어도 절반의 주기 동안 진동한 경우에야 비로소 위상차(315)를 판단할 수 있다는 점이 명백할 것이다. 2가지 특성 곡선들(305, 310)의 주파수가 고정되어, 위상차를 판단할 수 있게 한다.
도 4는 시속 약 80km의 차선 변화가 기본 조종으로 사용된, 도 3에 대응하는 도면을 도시한다.
도 5는 스티어링휠(115)이 시속 약 80km에서 회전된("갑작스럽게 움직여진") 후 릴리즈된, 대응하는 추가 도면을 도시한다. 이러한 조종은 "핸드-오프 조종"으로 알려져 있다. 이러한 조종시 위상차(315)는 도 3 및 도 4의 조종의 경우보다 훨씬 더 높다는 것을 알 수 있다. 위상차(315)에 대한 설정 임계값을 초과할 때, 조향의 감쇠의 증가를 구현할 수 있다. 이러한 임계값은 예컨대 약 0.8 내지 1.1일 수 있다.

Claims (10)

  1. 자동차(105)의 조향 시스템(100)을 제어하는 방법(200)이며, 자동차(105)의 요잉율(310)을 제어하기 위해 조향 시스템(100)은 자동차(105)의 스티어링휠각(305)을 조향되는 휠(120)의 조향각으로 변환하는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법에 있어서,
    스티어링휠각(305) 및 요잉율(310)의 진동들을 샘플링하는 단계(205, 215)와,
    스티어링휠각(305)의 진동과 요잉율(310)의 진동 사이의 미리 결정된 위상차를 검출하는 단계(235)와,
    스티어링휠각(305)의 조향각으로의 변환 시에 감쇠를 증가시키는 단계(245)를 포함하는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  2. 제1항에 있어서, 조향 시스템(100)은 조향되는 휠(120)에서 스티어링휠력을 증폭된 조향력으로 변환하기 위한 서보 조향 시스템을 포함하는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상차와 상기 감쇠의 증가 사이에 일정한 관계가 있는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감쇠는 상기 스티어링휠력에 반하는 대항력을 증가시킴으로써(245) 증가되는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 위상차(315)는 상기 진동들의 주파수 및 시간 변위에 근거하여 판단되는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 위상차(315)는 스티어링휠각(305) 및 요잉율(310)의 진동들의 각각 절반의 주기에 근거하여 판단되는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감쇠는 상기 조향각의 변화의 속도에 근거하여 판단되는(245), 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감쇠는 상기 자동차의 주행 속도에 근거하여 판단되는, 자동차의 조향 시스템의 제어 방법(200).
  9. 컴퓨터 프로그램 제품이 처리 장치 상에서 운영되거나 컴퓨터-판독 가능한 데이터 매체 상에 저장될 때, 제1항 내지 제8항 중 한 항에 따른 방법(200)을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  10. 자동차(105)의 조향 시스템(100)을 제어하기 위한 제어 장치(125)이며, 자동차(105)의 요잉각을 제어하기 위해 자동차(105)의 스티어링휠각(305)을 조향되는 휠(120)의 조향각으로 변환하는, 자동차의 조향 시스템의 제어 장치에 있어서,
    스티어링휠각(305)의 진동을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 장치(130)와,
    요잉율(310)의 진동을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 장치(135)와,
    스티어링휠각(305)의 진동과 요잉율(310)의 진동 사이의 위상차를 판단하기 위한 처리 장치(140)와,
    판단된 위상차가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우, 상기 스티어링휠각(305)의 조향각으로의 변환 시에 감쇠를 증가시키기 위한 감쇠 장치(145)를 포함하는, 자동차의 조향 시스템의 제어 장치(125).
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