KR20160024260A - 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 능동전륜 조향장치는, 차량의 주행하는 차속을 입력받아 제공하는 차속센서; 운전자에 의해 조작되는 조향휠의 조향조작에 따른 조향각을 감지하여 제공하는 조향각센서; 조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 조향각에 대한 출력각을 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구; 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터; AFS 모터의 모터축을 구속시키는 구속부; 및 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비에 따라 AFS 모터를 구동시키고, 조향각이 제 1설정각을 초과할 경우 AFS 모터의 구동을 정지시키고, 조향각이 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과할 경우 구속부를 작동시켜 모터축을 구속시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

능동전륜 조향장치 및 그 제어방법{ACTIVE FRONT STEERING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 능동전륜 조향장치에서 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 AFS 모터의 작동을 정지시키고 AFS 모터의 모터축을 구속시켜 AFS 모터의 충격을 방지할 뿐만 아니라 조향휠의 헛도는 현상을 방지할 수 있도록 하는 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조타력을 발생하는 파워 조향 장치는, 핸들의 조작력을 가볍고 원활하게 하면서도 신속한 조향이 가능하도록 하기 위해서 유압을 이용하도록 설계되어 작동된다.
이와 같은, 파워 조향 장치는 작은 힘으로 조향조작을 할 수 있으며 조향 기어비의 조작력에 관계없이 선정할 수 있고, 노면의 요철에서 오는 충격을 흡수하여 핸들에 전달되는 것을 방지할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 최근에는 차속센서 및 조향 토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU)에서 모터를 구동시켜, 저속 운행 시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행 시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하는 전동식 조향 장치, 일례로 EHPS(Electro-hydraulic Power Steering)나 또는 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 이용하고 있는 추세이다.
이에 더 나아가, 능동전륜 조향방식인 AFS(Active Front Steering) 장치를 적용하게 되는데, 이러한 AFS 장치는 2입력(운전자의 조향 휠 조작에 따른 입력과 모터에 의한 입력)에 대한 1출력 조향장치로써, 즉 운전자에 의한 조향각 뿐만 아니라 액추에이터를 통한 조향각의 추가 또는 감쇠가 가능함에 따라, 저속에서는 조향비를 낮추어 조향 응답성을 개선시켜주고 또한, 고속에서는 조향비를 높여 줄 수 있도록 상대적으로 운전자가 고속에서도 안정적으로 운행을 할 수 있도록 한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2006-0077239호(2006. 07. 05. 공개, 발명의 명칭 : 능동 전륜 조향 시스템에서의 페일 세이프 제어방법)에 개시되어 있다.
이와 같이 액추에이터를 통해 급격하게 조향이 이루어질 경우 조향끝단에서는 급격한 조향으로 인해 액추에이터의 모터 및 기어에 충격이 발생할 뿐만 아니라 모터의 구동이 정지될 경우 조향휠이 헛도는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 능동전륜 조향장치에서 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 AFS 모터의 작동을 정지시키고 AFS 모터의 모터축을 구속시켜 AFS 모터의 충격을 방지할 뿐만 아니라 조향휠의 헛도는 현상을 방지할 수 있도록 하는 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 능동전륜 조향장치는, 차량의 주행하는 차속을 입력받아 제공하는 차속센서; 운전자에 의해 조작되는 조향휠의 조향조작에 따른 조향각을 감지하여 제공하는 조향각센서; 조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 조향각에 대한 출력각을 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구; 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터; AFS 모터의 모터축을 구속시키는 구속부; 및 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비에 따라 AFS 모터를 구동시키고, 조향각이 제 1설정각을 초과할 경우 AFS 모터의 구동을 정지시키고, 조향각이 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과할 경우 구속부를 작동시켜 모터축을 구속시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 조향각은 절대값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제 2설정각은, 조향휠의 최대 조향각 보다 작은 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 구속부는, 모터축을 구속시키는 솔레노이드 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 능동전륜 조향장치의 제어방법은, 제어부가 조향각센서로부터 조향각을 입력받는 단계; 제어부가 입력되는 조향각이 제 1설정각을 초과하는지 비교하는 제 1비교단계; 제 1비교결과 조향각이 제 1설정각을 초과하는 경우, 제어부가 AFS 모터의 구동을 정지시키는 단계; 제어부가 AFS 모터의 구동을 정지시킨 후, 입력되는 조향각이 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과하는지 비교하는 제 2비교단계; 및 제 2비교결과 조향각이 제 2설정각을 초과하는 경우, 제어부가 구속부를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 조향각은 절대값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제 2설정각은, 조향휠의 최대 조향각 보다 작은 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 구속부는, 모터축을 구속시키는 솔레노이드 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1비교단계에서의 비교결과, 조향각이 제 1설정각을 초과하지 않는 경우, 조향각을 입력받는 단계로 회귀하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 2비교단계에서의 비교결과, 조향각이 제 2설정각을 초과하지 않는 경우, 조향각을 입력받는 단계로 회귀하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법은 능동전륜 조향장치에서 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 AFS 모터의 작동을 정지시키고 AFS 모터의 모터축을 구속시켜 AFS 모터의 충격을 방지할 뿐만 아니라 조향휠의 헛도는 현상을 방지하여 충격으로 인한 파손을 방지하고, 조향 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치에서 AFS 모터, 조향휠, 입력축, 모터축 및 출력축의 결합 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치에서 입력축, 모터축, 출력축 및 구속부의 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치에서 AFS 모터, 조향휠, 입력축, 모터축 및 출력축의 결합 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치에서 입력축, 모터축, 출력축 및 구속부의 결합 단면도이다.
도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치는, 차속센서(10), 조향각센서(20), 조향 기어비 가변기구(60), AFS 모터(40), 구속부(50) 및 제어부(30)를 포함한다.
차속센서(10)는 차량의 주행하는 차속을 입력받아 제공한다.
조향각센서(20)는 운전자에 의해 조작되는 조향휠(5)의 조향조작에 따른 조향각을 감지하여 제공한다. 이때 조향각은 조향방향과 관계없이 절대값으로 처리된다.
조향 기어비 가변기구(60)는 조향기어(미도시) 또는 조향칼럼에 장착되어 조향각에 대한 출력각을 변화시켜 조향 기어비를 가변시킨다.
AFS 모터(40)는 조향 기어비 가변기구(60)를 작동시킨다.
구속부(50)는 AFS 모터(40)의 모터축(42)을 구속시켜 조향 기어비가 1:1이 되도록 한다.
이때 구속부(50)는 솔레노이드 로드(55)를 포함하여 구성되어, 솔레노이드 로드(55)가 돌출됨으로써 AFS 모터(40)의 모터축(42)을 구속시킬 수 있다.
능동전륜 조향장치는 도 2에 도시된 바와 같이 조향휠(5)에 연결된 입력축(41), AFS 모터(Active Front Steering motor)(40)에 연결된 모터축(42) 및 출력축(43)를 포함하여 구성된다.
제어부(30)는 차속센서(10)로부터 제공되는 차속과 조향각을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비에 따라 조향칼럼에 장착되어 조향각에 대한 출력각을 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구(60)를 AFS 모터(40)를 통해 작동시킨다.
여기서, 출력축(43)에 의한 출력각이 특정 임계값에 이르거나 이를 초과하는 경우 출력축(43)은 잠김상태(locking 상태)에 이르게 되는데 반하여, 입력축(41)과 모터축(42)은 도 3에 도시된 바와 같은 능동전륜 조향장치의 구조적인 특성상 멈추지 않고 계속 회전하여 헛도는 현상이 발생하게 된다. 또한, AFS 모터(40)의 구동을 정지시킬 경우에도 조향휠이 헛도는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 구속부(50)의 솔레노이드 로드(55)를 작동시켜 모터축(42)을 출력축(43)과 함께 구속(locking)시켜 조타비가 1:1이 되도록 함으로써, 출력축(43)과 일치된 조타감을 구현하여 조향 안전이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 제어부(30)는 조향각이 제 1설정각을 초과할 경우 AFS 모터(40)의 구동을 정지시키고, 조향각이 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과할 경우 구속부(40)를 작동시켜 모터축(42)을 구속시킨다.
예를 들어, 조향휠(5)의 최대 조향각이 540도일 경우 제 2설정각을 530도로 설정하고, 제 1설정각을 500도로 설정할 수 있다.
따라서, 제어부(30)는 조향각이 500도를 초과할 경우 AFS 모터(40)의 구동을 정지시켜 회전하던 관성에 의해 회전할 수 있도록 한 후, 조향각이 530도를 초과할 경우 구속부(50)의 솔레노이드 로드(55)가 모터축(42)을 고정시켜 조타비가 1:1이 되도록 함으로써 조향끝단에서 AFS 모터(40)의 충격을 방지할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 능동전륜 조향장치에 따르면, 능동전륜 조향장치에서 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 AFS 모터의 작동을 정지시키고 AFS 모터의 모터축을 구속시켜 AFS 모터의 충격을 방지할 뿐만 아니라 조향휠의 헛도는 현상을 방지하여 충격으로 인한 파손을 방지하고, 조향 안정성을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 능동전륜 조향장치의 제어방법에서는 먼저, 제어부(30)가 조향각센서(20)로부터 운전자에 의해 조작되는 조향휠(5)의 조향조작에 따른 조향각을 입력받는다(S10). 이때 조향각은 조향방향과 관계없이 절대값으로 처리된다.
이후 제어부(30)는 입력되는 조향각이 제 1설정각을 초과하는지 비교한다(S20).
이때, 비교결과 조향각이 제 1설정각을 초과하는 경우, 제어부(30)는 AFS 모터(40)의 구동을 정지시킨다(S30).
예를 들어, 조향휠(5)의 최대 조향각이 540도일 경우 제 1설정각은 500도로 설정할 수 있다.
S20 단계에서 비교결과 조향각이 제 1설정각을 초과하지 않는 경우, 제어부(30)는 S10 단계로 회귀하여 조향각을 계속적으로 입력받는다.
이와 같이 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 먼저 AFS 모터(40)의 구동을 정지시킨다.
이후 제어부(30)는 입력되는 조향각이 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과하는지 비교한다(S40).
이때 제 2설정각은 제 1설정각보다 큰 530도로 설정할 수 있다.
따라서, S40 단계에서 비교결과 조향각이 530도를 초과할 경우 제어부(30)는 구속부(50)를 작동시켜 솔레노이드 로드(55)가 AFS 모터(40)의 모터축(42)을 고정시켜 조타비가 1:1이 되도록 함으로써 조향끝단에서 조향휠이 헛돌지 않도록 하면서 AFS 모터(40)의 충격을 방지할 수 있도록 한다(S50).
그러나, S40 단계에서 조향각이 제 2설정각을 초과하지 않는 경우, 제어부(30)는 S10 단계로 회귀하여 조향각을 계속적으로 입력받는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 능동전륜 조향장치의 제어방법에 따르면, 능동전륜 조향장치에서 조향각이 조향끝단에 도달할 경우 AFS 모터의 작동을 정지시키고 AFS 모터의 모터축을 구속시켜 AFS 모터의 충격을 방지할 뿐만 아니라 조향휠의 헛도는 현상을 방지하여 충격으로 인한 파손을 방지하고, 조향 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
5 : 조향휠 10 : 차속센서
20 : 조향각센서 30 : 제어부
40 : AFS 모터 41 : 입력축
42 : 모터축 43 : 출력축
50 : 구속부 55 : 솔레노이드 로드
60 : 조향 기어비 가변기구

Claims (10)

  1. 차량의 주행하는 차속을 입력받아 제공하는 차속센서;
    운전자에 의해 조작되는 조향휠의 조향조작에 따른 조향각을 감지하여 제공하는 조향각센서;
    조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 상기 조향각에 대한 출력각을 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구;
    상기 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터;
    상기 AFS 모터의 모터축을 구속시키는 구속부; 및
    상기 차속센서와 상기 조향각센서로부터 상기 차속과 상기 조향각을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비에 따라 상기 AFS 모터를 구동시키고, 상기 조향각이 제 1설정각을 초과할 경우 상기 AFS 모터의 구동을 정지시키고, 상기 조향각이 상기 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과할 경우 상기 구속부를 작동시켜 상기 모터축을 구속시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조향각은 절대값인 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2설정각은, 상기 조향휠의 최대 조향각 보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 구속부는, 상기 모터축을 구속시키는 솔레노이드 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치.
  5. 제어부가 조향각센서로부터 조향각을 입력받는 단계;
    상기 제어부가 입력되는 상기 조향각이 제 1설정각을 초과하는지 비교하는 제 1비교단계;
    상기 제 1비교결과 상기 조향각이 상기 제 1설정각을 초과하는 경우, 상기 제어부가 AFS 모터의 구동을 정지시키는 단계;
    상기 제어부가 상기 AFS 모터의 구동을 정지시킨 후, 입력되는 상기 조향각이 상기 제 1설정각보다 큰 제 2설정각을 초과하는지 비교하는 제 2비교단계; 및
    상기 제 2비교결과 상기 조향각이 상기 제 2설정각을 초과하는 경우, 상기 제어부가 구속부를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 조향각은 절대값인 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제 2설정각은, 상기 조향휠의 최대 조향각 보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 구속부는, 상기 모터축을 구속시키는 솔레노이드 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 제 1비교단계에서의 비교결과, 상기 조향각이 상기 제 1설정각을 초과하지 않는 경우, 상기 조향각을 입력받는 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 제 2비교단계에서의 비교결과, 상기 조향각이 상기 제 2설정각을 초과하지 않는 경우, 상기 조향각을 입력받는 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 능동전륜 조향장치의 제어방법.
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