KR20180024699A

KR20180024699A - 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법

Info

Publication number: KR20180024699A
Application number: KR1020160111412A
Authority: KR
Inventors: 정장현; 오준욱; 이주호; 정래욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-08
Also published as: KR102417502B1

Abstract

본 발명은 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법에 관한 것으로서, 맵 기반의 리드스티어 제어 방식에 비해 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성을 빠르게 할 수 있는 개선된 리드스티어 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기가 운전자 조향 입력 정보로서 센서에 의해 검출되는 운전자 입력 조향각을 입력받는 단계; 상기 제어기가 상기 센서의 조향각 신호로부터 구해진 운전자 조타 주파수로부터 설정된 NLC(Numerical Lead Steer Control) 계산식을 이용하여 조향 보상을 위한 게인 값을 산출하는 단계; 상기 제어기가 상기 운전자 입력 조향각을 상기 산출된 게인 값을 이용하여 보상하고, 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어질 수 있도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 능동 전륜 조향 시스템(AFS:Active Front Steering System)에서 액추에이터의 구동이 제어되어 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어지는 단계를 포함하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법이 개시된다.

Description

능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법{LEAD STEER CONTROL METHOD OF ACTIVE FRONT STEERING SYSTEM}

본 발명은 능동 전륜 조향 시스템(AFS)의 리드스티어 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 맵 기반의 리드스티어 제어 방식에 비해 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성을 빠르게 할 수 있는 개선된 리드스티어 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)를 이용하여 차량 속도에 따라 운전자의 조향 휠 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는 조향 시스템은, 크게 기존의 유압식 파워 조향(Hydraulic Power Steering) 시스템에 유압을 제어하는 전자제어밸브를 추가하여 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향(Electronic Power Steering) 시스템과, 순수한 모터 구동에 의해서만 어시스트량을 조절하는 전동식 파워 조향(EPS, Electric Power Steering) 시스템으로 구분된다.

이와 같은 조향 시스템을 장착한 차량에 있어서 조향 휠과 조향 액추에이터 사이에 유성기어나 하모닉 기어로 이루어진 조향 기어비 가변기구를 구비하여, 이 조향 기어비 가변기구의 작동을 통해 운전자에 의한 조향 휠 조향 입력에 대한 출력각을 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 능동 전륜 조향 시스템(AFS, Active Front Steering System)이 적용되고 있다.

능동 전륜 조향 시스템은 전자제어장치(예를 들면, ESC ECU)로부터 차량 자세 안정화를 위한 협조제어 명령 및 제어각 정보 등을 입력받아 협조 제어를 수행하며, 특히 주행 상황에 따라 전자적으로 조향 기어비를 가변시켜 운전자의 조향 및 운전 편의성, 차량의 주행 안전성을 향상시킨다.

예를 들어, 운전자 조향 입력 대비 타이어 조향을 가변시키되, 정차 시 또는 저속에서는 운전자의 조향 입력보다 실제 조향이 크게 되도록 제어하여 운전자의 편의성을 높일 수 있고, 고속에서는 운전자의 조향 입력보다 실제 조향이 작게 되도록 제어하여 차량 자세 안정성을 높일 수 있다.

즉, 정차 시나 저속에서는 운전자의 조향 휠 입력각(즉, 조향각 또는 칼럼 입력각)보다 AFS 액추에이터(조향 기어비 가변기구)를 통한 출력각이 크도록 하여(운전자 조향 입력보다 타이어 조향이 커지게 함) 차량의 민첩성 및 운전 편의성을 향상시키고, 일반 주행의 급조타 시나 고속에서의 조타 시에는 운전자의 조향 휠 입력각보다 AFS 액추에이터를 통한 출력각이 작아지도록 하여(운전자 조향 입력보다 타이어 조향이 작아지게 함) 차량의 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 것이다.

AFS 액추에이터는 주변부 레이아웃을 고려하여 칼럼, 유니버설 조인트 또는 피니언에 장착될 수 있으며, 그 자체가 운저자 조타 보조를 위한 파워 어시스트를 제공하지는 않으므로 유압식 파워 조향 시스템, 전자제어 파워 조향 시스템, 전동식 파워 조향 시스템과 함께 적용된다.

도 1은 AFS 액추에이터가 칼럼에 위치하고 랙 구동형 파워 조향 시스템에 적용된 능동 전륜 조향 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

운전자의 조향각이 입력되는 조향 휠(10), 조향 기어비를 가변하는 AFS 액추에이터(조향 기어비 가변기구)(20) 및 이를 제어하는 전자제어장치(AFS ECU)(30), 파워 어시스트력을 공급하는 랙 구동형 조향 기어박스(50), 차량 자세를 안정화시켜 운전자가 의도한 대로 차를 움직이게 해주는 ESC(Electronic Stability Control System)의 전자제어장치(ESC ECU)(40)를 나타내고 있다.

상기 AFS 액추에이터(20)는 차속 등의 차량 상태 정보에 따라 조향 기어비를 가변시켜 조향 휠 입력각에 대한 출력각을 제어하고, 조향 기어박스(50)는 AFS 액추에이터(20)를 통한 칼럼의 출력각에 따른 파워 어시스트력을 공급한다.

여기서, 랙바의 조향 기어비(랙바 치 간격)가 일정한 CGR(Constant Gear Ratio) 사양이 적용될 수 있다.

또한, AFS ECU가 조향 기어비를 가변시키기 위해 AFS 액추에이터의 구동을 제어하며, ESC ECU로부터 협조제어 명령 및 제어각 정보 등을 입력받아 차량 자세 안정화를 위한 협조 제어를 수행한다.

도 2는 능동 전륜 조향 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 능동 전륜 조향 시스템(AFS)이 적용된 차량에서는 차속 등에 따라 조향 기어비(스티어링비)가 능동적으로 가변되어 조향 편의성 및 주행 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 충돌 전 급조타 상황에서 운전자가 의도하는 회피 조향보다 더 빠르게 차량의 전륜을 조향하여 위험을 회피할 수 있도록 보조해주는 리드스티어(Lead Steer) 기능, 및 ESC ECU와 협조 제어를 수행하여 차량 거동이 불안정할 때 전륜 카운터 스티어(Counter Steer) 제어를 통해 차량 자세를 안정화시킬 수 있는 기능도 구현 가능하다.

능동 전륜 조향 시스템(이하 'AFS'라 함)의 기어비에 있어서 고속에서는 주행 안정성의 향상을 위해 느린 기어비를 갖게 되는데, 그로 인해 고속 위험 회피 조향 시에는 운전자가 조향 휠을 더 많이 돌려야 하므로 위험 회피에 있어 불리해질 수 있다.

따라서, AFS의 단점을 보완하고자 리드스티어 로직이 추가로 적용될 수 있으며, 이는 조향각속도에 비례하여 조향 기어비를 빠르게 제어해주는 로직으로, 일례로 차속과 조향각속도에 따른 게인(Gain)으로 리드스티어량을 조절하는 방식이 적용되고 있다.

리드스티어 로직에서는 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조향 입력과 그에 따라 차량에서 발생하는 요레이트(Yaw Rate) 사이의 시간 지연(Time Delay)을 보상하여 응답성을 향상시키고, AFS의 조향 기어비 가변에 따른 고속 회피성 저하의 문제점, 즉 고속 시 랙바의 조향 기어비(CGR)보다 AFS 기어비가 느림으로 인해 나타나는 고속 회피성 저하의 문제점을 개선한다.

기본적으로 리드스티어 제어에서는 고속 회피 상황이라고 판단될 경우 AFS가 추가 조향을 하여 차량의 요레이트 발생량을 증대시키는데, 도 3을 참조하여 좀더 설명하면 다음과 같다.

AFS가 적용된 차량에서 리드스티어 제어를 통해 요레이트의 응답성을 개선하기 위하여, 도 3의 예에서는 운전자의 조향 입력에 따른 조향각(칼럼 입력각)과 현재 차속에 따른 조향 기어비를 결정하고, 운전자의 조향 입력 시 구해지는 조향각속도(조향각에 대한 미분값)와 현재 차속에 따른 리드스티어량을 결정한 후, 조향 기어비에 대해 리드스티어량을 보상한 값에 해당하는 지령, 즉 조향 기어비를 가변시키는 AFS 액추에이터에 대한 구동 지령을 출력한다.

이러한 리드스티어 로직이 적용될 경우 동일 조향각 조건에서 회피 성능을 개선할 수 있고, 동일 조향각 조건에서 요레이트의 시간 지연을 개선하여 차량의 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 4는 주행 안정성 향상을 위한 맵(Map) 기반의 리드스티어 로직의 예를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 운전자 조향 입력 정보인 조향각과 조향각속도, 그리고 차량의 조향 피니언의 피니언각 정보가 취득되면, 취득된 조향각 및 조향각속도, 피니언각에 해당하는 리드스티어량을 각각의 맵을 통해 구한 뒤, 구해진 리드스티어량을 이용하여 운전자 조향각 대비 타이어 조향각을 추가 내지 감소시키는 리드스티어 제어가 수행될 수 있다.

이때, 조향각 및 조향각속도, 피니언각을 입력값으로 하여 각 맵에서 리드스티어 제어를 위한 출력값이 결정되는데, 이때 각 맵에는 입력값에 대한 출력값이 선행 연구 및 평가 등을 통해서 미리 설정된다.

그러나, 이러한 종래의 맵 기반 리드스티어 로직에서는 주관적이고 경험적인 선행 연구 및 평가 기반의 맵 설정으로 인해 일관적인 제어 효과를 발현시키기가 어려운 문제점이 있다.

특히, 개발 단계에서 일반 필드 운전 조건을 제대로 고려하지 못할 경우 제어 사각 지대가 발생하여 안전 문제가 발생할 가능성이 있고, 제어 인자의 튜닝이 복잡할 뿐만 아니라 튜닝 후 사이드 이펙트(Side Effect) 예측이 난해한 문제점이 있다.

또한, 제어기 성능 사전 예측 및 최적화의 어려움이 있으며, 차량 특성 변경 시 제어 맵의 재튜닝이 필요한 점 등 개발 효율 측면에서 불리한 점이 있다.

또한, 맵 기반의 리드스티어 제어 방식에 비해 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성을 빠르게 할 수 있는 개선된 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 주관적 평가를 통해 설정되는 맵을 이용한 맵 기반 제어에 비해 일관적인 제어 효과를 낼 수 있고, 제어 개발 효율성 및 제어 성능이 향상될 수 있는 리드스티어 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 맵 기반의 리드스티어 제어 방식에 비해 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성을 빠르게 할 수 있는 개선된 리드스티어 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기가 운전자 조향 입력 정보로서 센서에 의해 검출되는 운전자 입력 조향각을 입력받는 단계; 상기 제어기가 상기 센서의 조향각 신호로부터 구해진 운전자 조타 주파수로부터 설정된 NLC(Numerical Lead Steer Control) 계산식을 이용하여 조향 보상을 위한 게인 값을 산출하는 단계; 상기 제어기가 상기 운전자 입력 조향각을 상기 산출된 게인 값을 이용하여 보상하고, 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어질 수 있도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 능동 전륜 조향 시스템(AFS:Active Front Steering System)에서 액추에이터의 구동이 제어되어 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어지는 단계를 포함하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법에 의하면, 수치적 리드스티어 제어(NLC) 방식을 적용함으로써, 주관적 평가를 통해 설정되는 맵을 이용한 맵 기반 제어에 비해 일관적인 제어 효과를 낼 수 있고, 제어 개발 효율성 및 제어 성능이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 맵 기반의 리드스티어 로직에 비해 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성을 빠르게 할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 AFS 액추에이터가 컬럼에 위치하고 랙 구동형 파워 조향 시스템에 적용된 일반적인 능동 전륜 조향 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 능동 전륜 조향 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 리드스티어량 결정을 설명하기 위한 간략도이다.
도 4는 주행 안정성 향상을 위한 기존 맵(Map) 기반의 리드스티어 로직의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 수치적 리드스티어 제어(NLC)를 수행하는 조향 시스템 내 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리드스티어 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리드스티어 제어 과정에서 NLC 로직에 따른 기본 제어 구성을 나타낸 개략도이다.
도 8과 도 9는 맵 기반 제어 방식과 NLC 기반 제어 방식에 대하여 특정 차속 조건에서의 성능 분석 및 해석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 능동 전륜 조향 시스템(이하 'AFS'라 함)의 리드스티어 제어 방법에 관한 것으로서, AFS가 적용된 차량에서 조향 시 차량 응답성 향상을 위한 이론 기반의 수치적 리드스티어 제어 방식, 즉 NLC(Numerical Lead steer Control) 방식을 이용하여 조향 보상 및 요레이트 보상 제어를 수행하는 점에 주된 특징이 있는 것이다.

이러한 본 발명에서는 이론 기반의 수치적 리드스티어 제어(NLC) 방식을 적용함으로써 종래의 맵(Map) 기반 리드스티어 제어 방식에 비해 제어 성능 개선, 제어 개발 효율성 향상, 조향 시스템의 응답성 및 차량 응답성 향상의 이점을 제공할 수 있게 된다.

또한, 수학적인 제어기 모델 설정을 통해 일정한 제어 성능 확보 및 예측성 향상을 도모할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 수치적 리드스티어 제어(NLC)를 수행하는 조향 시스템 내 구성을 나타낸 블록도로서, 제어기(Controller)(120)가 센서 정보, 즉 센서(111,112)에 의해 검출되는 것으로서 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 입력받는다.

더욱 상세하게는 제어기(120)는 운전자 조향 입력 정보로서 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조향각을 나타내는 조향각 신호를 조향각 센서(111)로부터 입력받고, 더불어 차량 상태 정보인 차속을 나타내는 차속 신호를 차속 센서(112)로부터 입력받는다.

상기 제어기(120)는 NLC 방식에 따른 조향 보상 및 요레이트 보상 제어를 수행하는 제어 주체가 되는 것으로, 운전자가 입력한 조향각을 보상하여 보상된 값으로 타이어 조향이 이루어지도록 AFS를 제어하기 위한 제어신호, 보다 상세하게는 조향 기어비를 가변하는 AFS 액추에이터(130)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.

여기서, 제어기(120)는 AFS 액추에이터(130)의 구동을 제어하는 전자제어장치, 예를 들어 통상의 AFS ECU가 될 수 있다.

또한, 제어기(120)는 후술하는 바와 같이 조향각 신호로부터 구해지는 조타 주파수로부터 조향각 보상을 위한 게인 값을 산출하고 산출된 게인 값을 이용하여 운전자가 입력한 조향각을 보상하기 위한 제어신호를 출력하는 수치적 리드스티어 제어 과정, 즉 NLC 과정을 수행한다.

다만, 본 발명에서 제어기(120)는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 미리 정해진 NLC 조건을 만족할 경우에만 NLC 과정을 수행하며, 상기 정해진 조건을 만족하지 않을 경우 조향각 보상을 수행하지 않는다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리드스티어 제어 과정을 나타낸 순서도로서, 도시된 바와 같이, 각 센서(111,112)로부터 조향각 신호와 차속 신호를 제어기(120)가 입력받으면(S1), 제어기(120)는 조향각 신호로부터 구해지는 운전자 조향 휠 조작의 조타 주파수(w[Hz])가 미리 설정된 주파수 범위 이내인지를 확인하고(α[Hz] < w < β[Hz]), 차속(V[kph])이 설정차속(γ[kph])을 초과하는지를 판단한다(V > γ)(S2).

여기서, 운전자의 조타 주파수(w)가 설정된 주파수 범위 이내이면서 차속(V)이 설정차속을 초과할 경우 NLC 조건을 만족하는 것으로 판단하여 NLC 로직에 따른 조향각 보상 제어가 수행된다.

이러한 NLC 과정에서는 후술하는 바와 같이 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조향각과 조타 주파수에 기초하여 게인 값을 산출한 후, 산출된 게인 값에 기초하여 운전자가 입력한 조향각을 보상하고(S3), 보상된 값에 따른 타이어 조향이 이루어지도록 하는 조향 제어가 수행된다(S4).

즉, 운전자가 입력한 조향각에 대해 각도를 증가시킨 조향 또는 반대로 각도를 감소시킨 조향이 이루어지도록 하는 조향 보상을 수행하는 것이다.

반면, 상기 NLC 조건을 만족하지 않을 경우 NLC 로직에 따라 수행되는 NLC 과정을 수행하지 않으며, 따라서 조향각 보상이 이루어지지 않게 된다(S5).

상기와 같이 NLC 과정이 수행되는 작동 주파수 영역을 설정해둠으로써, αHz 이하의 저주파 대역에서 과도한 보상으로 인한 운전 이질감이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

다만, βHz 이상의 급조타 주파수 대역에서는 노이즈 성분 제거를 위해 제어기(120)의 NLC 로직 미작동, 보다 명확히는 조향각에 대한 보상이 이루어지지 않도록 한다.

또한, 차속이 γ 이하인 영역에서 조향각에 대한 보상이 이루어지지 않도록 하는 차속 조건을 설정해둠으로써, 정차 시나 저속 구간에서 타이어와 지면의 마찰이 과도하여 조향각을 보상시키는 힘이 타이어를 회전시키지 못하고 역으로 조향 휠로 전달되면서 발생하는 이질감의 문제가 해결될 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리드스티어 제어 과정에서 NLC 로직에 따른 기본 제어 구성을 나타낸 개략도이다.

먼저, 제어기(120)는 운전자 입력 정보인 조향각과 조타 주파수가 입력되면 조타 주파수에 따라 게인 값을 결정하는데, 설정된 NLC 계산식을 이용하여 조타 주파수로부터 조향 보상을 위한 게인 값을 산출하고, 산출된 게인 값을 이용하여 운전자가 입력한 조향각을 보상한 후, 보상된 조향각으로 타이어 조향이 이루어질 수 있도록 AFS 액추에이터(130)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하게 된다.

결국, 제어기(120)가 출력하는 제어신호에 따라 AFS 액추에이터(130)의 구동이 제어되어 조향 기어비가 가변되고, 이에 조향 기어비가 제어됨에 따라서 조향 시스템에서는 운전자가 입력한 조향각에 대해 보상이 이루어진 조향각 출력이 이루어지게 된다.

한편, 본 발명에서 NLC 계산식은 아래의 수학식 1로 정의될 수 있다.

여기서, a, b, c, d는 미리 설정되어 제어기(120) 내에 입력되는 값으로, 조타 모드 및 조향계/차량 모델에 대한 선행적인 해석과 평가를 통하여 설정되는 값([Hz])이며, 상기 해석 및 평가를 통한 시스템 특성 분석을 기반으로 하여 목표로 하는 증폭/감소 주파수 대역에서 설정되는 값이다.

이때, 상기 a, b는 출력 증폭 주파수 구간에서 설정되는 값이 될 수 있고(예, a = 4Hz, b = 8Hz), c, d는 출력 감소 주파수 구간에서 설정되는 값이 될 수 있다(예, c = 30Hz, d = 15Hz)

상기 수학식 1에서 s는 주파수에 따른 응답성을 나타내기 위한 표현 형태로서, s = jw로 정의될 수 있고, 여기서 j는 허수를 나타내고, w는 조타 주파수(rad/sec 또는 Hz)를 나타낸다.

따라서, 수학식 1을 정리하면 아래의 수학식 2와 같다.

상기 A와 B는 실수부와 허수부의 값을 나타내는 기호로서, 게인 값(Gain │k│)은 상기 수학식 2의 A와 B의 값으로부터

([Hz])(=

([dB]))로 구해질 수 있고, 위상(phase {k})(degree)은

로 구해질 수 있다.

게인 값(Gain │k│)은 출력 값의 증폭률을 결정하는 값이며, 위상은 출력값이 얼마나 빨리 혹은 늦게 나오는지를 결정하는 값이 된다.

수학식 1 및 2에서 a, b는 조타 주파수 영역에서 위상은 빠르게, 증폭률은 크게 하여 미제어 상태보다 요레이트가 더 빠르고 크게 나오도록 제어하는 요소이고, c, d는 주파수 영역에서 위상은 느리게, 증폭률은 작게 하여 미제어 상태보다 요레이트가 더 느리고 작게 나오도록 제어하는 요소이다.

결국, 제어기(120)는 상기와 같이 구해진 게인 값을 이용하여 운전자가 입력한 조향각을 보상하게 되는데, 예를 들면 다음과 같다.

운전자가 조향 휠을 조작하여 20도(degree)의 조향각이 센서를 통해 검출되고, 이때 조타 주파수를 0 rad/sec로 가정할 경우 s = 0이고, 따라서 게인 값(Gain │k│)은 1이 된다.

또한, 조타 주파수를 ∞ rad/sec로 가정할 경우 s = ∞이고, 따라서 게인 값(Gain │k│)은 bd/ac의 값이 되며, 이때 ac = bd로 설정되었다면 게인 값(Gain │k│)은 1이 된다.

또한, 조타 주파수가 w rad/sec라면, s = jw가 되고, 게인 값(Gain │k│)은

이 된다.

결국, '보상된 조향각 = 운전자 조향각 ×게인 값'의 관계로부터, 입력각인 조향각 20도에서 조타 주파수가 0이거나 ∞이면 게인 값이 1이므로 AFS에서 출력되는 조향각, 즉 출력각(보상된 조향각임)은 20도이고, 조타 주파수가 w이면 게인 값이

이므로 출력각은 20×

이 된다.

이렇게 본 발명에서는 NLC 게인 값을 이용하여 운전자가 입력한 조향각을 보상하여 AFS에서 출력되는 조향각이 제어되므로 조향각 빠르기가 미 제어시에 비해 상기 위상 값만큼 빨라지고, 출력되는 조향각 크기 또한 운전자 입력 조향각에 게인 값을 곱하여 보상한 조향값으로 제어되는 차량 요레이트 보상이 수행될 수 있게 된다.

일반적인 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어는 운전자 입력 조향각 대비 요레이트의 빠르기와 크기를 증가시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 고속 급조타 시 운전자가 피니언각 증대 및 시스템 응답성 개선을 통하여 차량의 횡방향 응답성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 중고속 구간에서 조타 주파수 대비 차량의 요레이트 반응성을 향상시키고자 함을 목적으로 한다.

이에 대하여, 본 발명에서는 NLC 기반의 제어 기술을 제공함으로써, 시스템 안정성을 고려한 제어기의 최적 설계가 가능해지며, 시스템 특성 기반 성능의 사전 예측이 가능함은 물론 차종별 일관된 제어 성능 구현이 가능해지면서 개발 효율 측면에서 종래의 맵 기반 제어 방식에 비해 유리한 점이 있다.

도 8과 도 9는 맵 기반 제어 방식과 NLC 기반 제어 방식에 대하여 특정 차속 조건에서의 성능 분석 및 해석 결과를 비교하여 나타낸 도면으로서, 시스템 응답성 측면에서 도 7에 나타낸 바와 같이 맵 기반 제어 방식에 비해 조타 대비 요레이트 응답 시간이 단축되어(t1 < t2) 주행 민첩성이 향상됨을 알 수 있고, 차량의 요레이트 응답성 측면에서 급조타 시 요레이트가 증가하여(오버슛 S2 < S1) 차량의 횡방향 거동 응답성이 향상됨을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

111 : 조향각 센서
112 : 차속 센서
120 : 제어기
130 : AFS 액추에이터

Claims

제어기가 운전자 조향 입력 정보로서 센서에 의해 검출되는 운전자 입력 조향각을 입력받는 단계;
상기 제어기가 상기 센서의 조향각 신호로부터 구해진 운전자 조타 주파수로부터 설정된 NLC(Numerical Lead Steer Control) 계산식을 이용하여 조향 보상을 위한 게인 값을 산출하는 단계;
상기 제어기가 상기 운전자 입력 조향각을 상기 산출된 게인 값을 이용하여 보상하고, 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어질 수 있도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 단계; 및
상기 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 능동 전륜 조향 시스템(AFS:Active Front Steering System)에서 액추에이터의 구동이 제어되어 상기 보상된 조향각의 출력이 이루어지는 단계를 포함하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기에서 NLC 계산식이 하기 식 E1로 설정되고,
상기 게인 값은
의 값으로 구해지는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법.
E1:

(여기서, a, b, c, d는 미리 설정되어 제어기에 입력되는 설정값이고, s = jw이며, j는 허수, w는 조타 주파수, A와 B는 각각 실수부와 허수부의 값임)
청구항 1에 있어서,
상기 제어기가 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 미리 정해진 조건을 만족하는지를 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 조건을 만족할 경우 보상된 조향각의 출력이 이루어질 수 있도록 하기 위한 제어신호를 출력하여 운전자 입력 조향각에 대한 보상이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 조건은 운전자 조향 입력 정보로서 조향각 신호로부터 구해진 상기 운전자 조타 주파수가 미리 설정된 주파수 범위 이내이고 차량 상태 정보로서 센서에 의해 검출된 차속이 설정차속을 초과한 경우인 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 제어기는 상기 조건을 만족하지 않음을 판단한 경우 운전자 입력 조향각에 대한 보상을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 리드스티어 제어 방법.