KR20190016643A - 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지부, 감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단부, 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상부, 및 상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 동작을 제어하는 출력부를 포함하는 조향 제어 장치를 제공한다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치 및 방법{STEERING CONTROL APPARATUS FOR STEER-BY-WIRE SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 좌우 독립형 전륜 및 후륜을 가지는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

차량의 전동식 조향 장치(EPS; Electric Power Steering)는 조향휠에 연결되어 조향축의 비틀림을 감지하는 토크 센서를 통해 운전자의 조향 토크값을 감지하고, 전동 모터의 회전을 제어함으로써 조향 보조 동력을 제공한다. 다시 말해, 전동식 조향 장치는 운전자의 조향휠 조작에 따라 조향 토크에 비례하도록 조향 보조 전류를 생성하여 전동 모터 즉, 조향 모터를 회전시키는 동작을 수행함으로써 운전자의 조향 조작에 대한 조향력을 보상할 수 있다.

이때, 차량의 주행속도, 조향상태 및 외력을 고려하여 전동식 조향 장치의 전자 제어 유닛(ECU; Electronic Control Unit)에서 조향 보조 동력을 결정하므로, ECU의 제어 신호에 따라 전동 모터의 출력이 제어된다.

정상적인 주행 중에는 차량이 선회를 하거나 차선 변경 등을 하게 되면 상기 조향휠의 조작이 운전자의 의지대로 회전되므로 차량의 움직임에 대하여 잘 추종되는 편이지만, 차속, 조향 등에 의한 급격한 주행 변화가 생기면 언더스티어(under-steer) 또는 오버스티어(over-steer) 현상이 발생된다.

여기에서, 차량 선회시 차량의 요 레이트(yaw rate)가 목표 요 레이트보다 작게 나타나는 즉, 목표한 선회각보다 선회가 덜 되는 현상이 발생할 수 있으며, 이를 통상적으로 언더스티어라 한다.

이러한 언더스티어 현상은 차량의 후륜에서 발생되는 선회 구심력(Cornering Force)이 큰 경우에 발생하며, 언더스티어의 정도가 커지는 경우 조향력 또는 편제동 등의 적절한 조정을 통하여 보상해 주어야 한다. 예를 들어, 언더스티어의 정도가 심하면, 차륜이 미끄러지는 슬립(Slip) 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 상태를 슬립있는 언더스티어 상태(Under-steer with Slip)라고 표현하는데, 슬립있는 언더스티어 현상이 발생하면 주행 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 즉각적인 조향력 보상 또는 차량 자세 제어 장치(ESC; Electronic Stability Control)가 실행된다.

한편, 언더스티어와 반대되는 개념으로, 차량의 요 레이트가 목표 요 레이트보다 크게 나타나는 즉, 목표한 선회각보다 선회가 더 되는 현상이 발생할 수 있으며, 이를 통상적으로 오버스티어라 한다.

이러한 오버스티어 현상은 차량의 전륜에 발생하는 선회 구심력이 커지면서 내측의 전륜이 외측의 전륜 및 후륜보다 회전력 커지면서 발생하게 된다. 이때 오버스티어의 정도가 심하면, 차량의 불안정성이 발산(Diverse)하게 되는 불안정한 오버스티어 상태(Unstable Over-steer)가 된다.

이와 같이, 차량의 선회시 오버스티어 또는 언더스티어와 같은 비정상 조향 상태에 놓일 수 있고, 차량이 비정상 조향 상태인 경우라면 슬립있는 언더스티어, 단순 언더스티어, 단순 오버스티어, 불안정한 오버스티어 중 어떤 현상을 겪고 있는지를 판단한 후 상황에 맞는 조향 보상 제어가 필요하다.

특히, 최근 출시되고 있는 자율 주행 차량에 구비되는 조향 장치는 운전자의 조작은 개입되지 않고, 운전 지원 시스템(DAS; Driver Assistance System)의 제어 명령에 따라 작동하므로, 운전자의 조향력을 보상하는 데에 한계가 발생할 수 있다. 예를 들어, 운전 지원 시스템에서 조향 모터의 과열 방지를 위해 조향 모터의 출력이 제한되는 기능이 작동한 경우, 차량 선회시 발생하는 언더스티어 또는 오버스티어에 대한 조향력을 보상하지 못하여 사고 위험성이 높아질 수 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 비정상 조향 상태에 따른 조향 조작의 불안전성을 감소시키는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 좌우 독립형 전륜 및 후륜을 가지는 스티어 바이 와이어 시스템에 최적화된 조향 제어 장치 및 방법을 제공한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치는, 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지부, 감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단부, 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상부 및 상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 상기 전륜 또는 상기 후륜의 동작을 제어하는 출력부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 방법은, 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지단계, 감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단단계, 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상단계 및 상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 상기 전륜 또는 상기 후륜의 동작을 제어하는 출력단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 비정상 조향 상태에 따른 조향력을 보상하므로 선행시 주행 안정성을 제공할 수 있다.

또한, 차량을 안정적으로 조향하므로 선회시 발생하는 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치의 블럭구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어식(Steer-By-Wire Type) 동력 보조 조향 장치의 일례를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 언더스티어(under-steer) 상태인 차량의 조향력을 보상하는 전륜의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 오버스티어(over-steer) 상태인 차량의 조향력을 보상하는 전륜의 동작을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치(100)의 블럭구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 조향 제어 장치(100)는 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지부(110), 감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단부(120), 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상부(130) 및 상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 상기 전륜 또는 상기 후륜의 동작을 제어하는 출력부(140)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치(100)는 상기 차량의 선회시 또는 급격한 조향휠의 조향시 차량의 자세를 안정화시켜주는 제어 장치인 차량 자세 제어 장치(ESC)를 제어한다.

따라서 본 발명은 상기 차량의 급격한 선회시 상기 차량 자세 제어 장치(ESC)에 의하여 차량의 주행이 안정적으로 유지되도록 조향력을 보상하는 제어 로직을 제안한다.

구체적으로, 감지부(110)는 전동식 조향 장치(EPS) 내에 구비되는 횡가속도 센서 및 선회각 센서(Yaw Rate), 조향각 센서, 토크 센서, 모터위치 센서 및 모터토크 센서 등을 통해 상기 주행상태 정보, 상기 횡가속도 정보 및 상기 조향각 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 획득할 수 있다.

또한, 감지부(110)는 타이어 공기압 측정 장치에 구비된 타이어 공기압 센서, 온도 센서로부터 타이어 압력 정보를 획득할 수 있다.

즉, 본 명세서에서의 "감지"는 해당 정보를 획득한다는 의미로 해석되어야 하며 감지부(110)가 직접 감지하는 것뿐만 아니라 외부 장치로부터 감지된 정보를 획득하는 의미를 포함한다.

또한, 감지부(110)는 상술한 센서 이외에도 상기 차량의 주행상태를 측정하는 상기 차량에 구비되는 각종 센서 신호를 획득할 수 있다.

그리고 본 발명에서 제안하는 스티어 바이 와이어 시스템은 좌우 독립형 전륜 및 후륜을 제어하는 시스템으로 조향각 센서 및 토크 센서 등이 구비될 필요가 없는 조향 장치이므로, 상기 조향각 정보는 모터위치 센서 및 모터토크 센서로부터 획득하는 것이 바람직하다.

또한, 판단부(120)에서, 상기 조향각 정보는 상기 모터위치 센서 및 모터토크 센서에서 일정 기간동안 감지한 각도 정보 및 상기 차량의 기어비를 이용하여 산출할 수 있다.

이때 기어비(Gear Ratio)는 상기 차량의 조향각에 대한 전륜 또는 후륜의 회전각도의 비율로써, 상기 차량의 종류에 따라 다를 수 있으므로, 상기 기어비는 전동식 조향 장치(EPS) 설계시 기저장될 수 있다.

그리고 판단부(120)는 감지부(110)에서 감지한 상기 조향각 정보 및 상기 횡가속도 정보를 기반으로 요 레이트(yaw rate)를 산출하여 상기 비정상 조향 상태를 결정할 수 있다.

즉, 상기 차량이 언더스티어 상태인지 오버스티어 상태인지를 결정하는데, 이는 상기 차량의 횡가속도와 조향각 등의 수치를 이용하여 목표 요 레이트(Target yaw rate)를 산출하고, 현재 주행 중인 상기 차량의 현재 요 레이트(yaw-rate)와 상기 목표 요 레이트의 차이값인 요 레이트 오차값을 산출함으로써 결정할 수 있다.

예를 들어, 상기 요 레이트가 상기 목표 요 레이트보다 작으면 언더스티어 상태로 결정할 수 있고, 상기 요 레이트가 상기 목표 요 레이트보다 많으면 오버스티어 상태로 결정할 수 있다. 일반적으로 차량은 약간의 언더스티어 또는 약간의 오버스티어 상태에 있으므로 상기 요 레이트 오차값이 크면 상기 차량의 언더스티어 또는 오버스티어 정도가 심한 것으로 판단할 수 있다.

다시 말해, 상기 차량의 요 레이트가 상기 목표 요 레이트에 대응되는 임계값보다 큰지 여부를 판단하여 상기 차량이 현재 차량 자세 제어 장치(ESC)에서 상기 제동 토크를 인가해야 하는 상기 비정상 조향 상태인지 결정할 수 있다.

또한, 판단부(120)는 상기 타이어 압력 정보를 기반으로 상기 차량이 주행하는 차로의 경사도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 차량의 전륜 타이어의 압력이 높으면 내리막길을 주행하는 것으로 판단하고, 상기 차량의 후륜 타이어의 압력이 높으면 오라막길을 주행하는 것으로 판단하며, 상기 타이어 압력의 크기에 따라 상기 차로의 경사각도를 산출할 수 있다.

그리고 보상부(130)는 판단부(120)의 판단 결과 및 감지부(110)에서 감지한 정보에 따라 상기 전륜 또는 상기 후륜의 조향력을 보상하는 요 모멘트(yaw moment)를 산출하고, 상기 요 모멘트에 대응되는 상기 제동 토크를 산출할 수 있다. 이때, 상기 요 모멘트는 상기 횡가속도 정보 및 상기 조향각 정보를 통해 산출한 상기 요 레이트를 통해 연산할 수 있다.

또한, 보상부(130) 상기 전륜 또는 상기 후륜 중에서 상기 제동 토크가 인가되는 적어도 하나 이상의 륜을 결정할 수 있다. 즉, 상기 차량이 주행하는 차로의 상기 경사도에 대한 정도 및 상기 비정상 조향 상태에 대한 정도에 따라 상기 전륜 또는 상기 후륜의 좌우측 각각에 상기 제동 토크를 선택적으로 인가할 수 있다.

즉, 보상부(130)는 판단부(120)에서 상기 차량이 비정상적인 조향 상태라고 판단한 경우에 상기 경사도를 고려하여 상기 차량의 조향이 최적으로 안정화될 수 있는 륜(wheel)을 선택할 수 있고, 상기 륜에 인가해야 하는 상기 제동 토크를 산출할 수 있다.

예를 들어, 상기 차량이 내리막길에서 선회시, 보상부(130)는 상기 차량의 전륜을 선택하여 상기 제동 토크를 인가하게 하고, 상기 차량이 오르막길에서 선회시, 상기 차량의 후륜을 선택하여 상기 제동 토크를 인가하게 한다. 더불어 보상부(130)는 상기 경사도의 크기에 따라 선택된 상기 전륜 및 상기 후륜에 가해지는 상기 제동 토크의 크기를 다르게 산출할 수 있다.

추가적으로, 보상부(130)에서 다양한 차종 및 비정상 조향 상태 종류에 따라 기준 요 레이트 모델을 생성하여 상기 요 레이트 모델로부터 추출된 요 레이트 값과 감지부(110)에서 획득한 현재 요 레이트 값을 비교함으로써, 연산 처리를 생략하고 상기 비정상 조향 상태가 오버스티어 또는 언더스티어 상태인지 판단할 수 있다.

그리고 출력부(140)는 보상부(130)로부터 수신된 결과를 기반으로 상기 차량에서 선택된 상기 전륜 및 상기 후륜으로 상기 제동 토크가 출력되도록 명령하는 명령 신호를 생성하여 상기 차량 자세 제어 장치(ESC)로 전송할 수 있다.

이때, 출력부(140)는 상기 차량이 우측 선회시 언더스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 보상부(130)에서 산출된 상기 제동 토크를 인가할 수 있고, 상기 차량이 좌측 선회시 언더스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 보상부(130)에서 산출된 상기 제동 토크를 인가할 수 있다.

한편, 출력부(140)는 상기 차량이 우측 선회시 오버스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 보상부(130)에서 산출된 상기 제동 토크를 인가할 수 있고, 상기 차량이 좌측 선회시 오버스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 보상부(130)에서 산출된 상기 제동 토크를 인가할 수 있다.

본 발명에 의한 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치(100)는 상기 차량이 상기 조향력 보상 제어가 필요한 비정상 조향 상태인 경우, 상기 차량 자세 제어 장치(ESC)를 통해 상기 제동 토크를 인가하는 제어 동작을 수행할 뿐만 아니라, 상기 전동식 조향 장치(EPS)의 조향 모터에 인가되는 보조 전류의 크기를 제어하는 제어 동작을 출력부(140)에서 추가로 구비할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 조향 제어 장치(100)는 비정상 조향 상태에 따른 조향력을 보상하므로 선회시 주행 안정성을 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 의한 조향 제어 방법은 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보을 감지하는 감지단계, 감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단단계, 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상단계 및 상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 동작을 제어하는 출력단계를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 감지부(110)는 횡가속도 센서 및 선회각 센서(Yaw Rate), 조향각 센서, 토크 센서, 모터위치 센서 및 모터토크 센서 등을 통해 상기 차량의 주행속도, 횡가속도, 조향각을 감지한다(S200).

그리고 감지된 정보 즉, 차량의 주행속도, 횡가속도, 조향각을 기반으로 판단부(120)는 요 레이트를 산출하고(S210), 상기 요 레이트가 임계값 이상인지 판단한다(S220). 즉, 상기 차량의 현재 요 레이트가 상기 목표 요 레이트에 대응되는 임계값보다 큰지 여부를 판단하여 상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인지 결정한다.

이때 상기 요 레이트가 상기 임계값 이상이면, 상기 차량이 주행하는 주행차로의 경사도 및 상기 차량의 선회 방향을 판단하고(S230), 상기 차량의 상기 비정상 조향 상태가 언더스티어인지 오버스티어인지 결정한다(S240).

이는 현재 주행 중인 상기 차량의 현재 요 레이트(yaw-rate)와 상기 목표 요 레이트의 차이값인 요 레이트 오차값을 산출함으로써 결정할 수 있다.

이때 판단부(120)의 결과에 따라 보상부(130)는 상기 차량의 조향력을 보상하는 요 모멘트를 산출하고, 상기 요 모멘트에 대응하는 제동 토크를 산출한다(S250).

그리고 상기 차량의 좌우측 전륜 또는 좌우측 후륜 중 상기 제동 토크를 인가하는 하나 이상의 륜을 선택한다(S260). 즉, 상기 차량이 주행하는 차로의 상기 경사도에 대한 정도 및 상기 차량의 상기 비정상 조향 상태에 대한 정도에 따라 상기 차량의 상기 전륜 또는 상기 후륜의 좌우측 각각에 상기 제동 토크를 선택적으로 인가할 수 있다.

이때 상기 요 모멘트는 상기 횡가속도 정보 및 상기 조향각 정보를 통해 산출한 상기 요 레이트를 기반으로 연산할 수 있다.

마지막으로, 차량 자세 제어 장치(ESC)를 통하여 선택된 전륜 또는 후륜으로 상기 제동 토크를 출력한다(S270).

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어식(Steer-By-Wire Type) 동력 보조 조향 장치의 일례를 간략하게 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 스티어 바이 와이어식(Steer-By-Wire Type) 동력 보조 조향 장치는 조향 시스템을 기계적 연결 없이 전기적인 동력만으로 조향한다. 스티어 바이 와이어식 동력 보조 조향 장치(300)는 조향휠(301), 전자 제어 유닛(307, ECU), 조향 모터(306), 랙바(303), 타이로드(304) 및 바퀴(305)를 포함한다.

여기에서 조향휠(301)은 일반적으로 핸들이라고 불리는 것으로, 운전자가 자동차의 방향 전환을 위해 회전시킨다. 이때 조향휠(301)은 조향축(302)과 연결되는데, 운전자가 조향휠(301)을 회전시키면, 조향축(302)도 동일한 방향으로 회전한다. 이때 토크 센서 및 조향각 센서가 조향축(302)의 회전력, 회전각도 및 회전각속도를 감지하여, 상기 운전자의 조향 조작을 감지하고, 그 측정값을 상기 전자 제어 유닛(307, ECU)로 전달한다.

여기에서 전자 제어 유닛(307, ECU)는 토크 센서 및 조향각 센서뿐만 아니라 차량에 구비된 각종 센서 정보를 토대로, 조향 모터(306)의 출력을 제어한다.

이때, 조향 모터(306)는 운전자의 조향 조작을 보상하는 장치로 조향 모터(306)의 출력 즉, 구동력을 바퀴(305)에 전달함으로써, 상기 운전자가 조향휠(301)을 회전한 만큼 바퀴(305)의 방향을 조작한다.

그러나 본 발명에 따르는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 장치는 좌우 독립형 전륜 및 후륜을 제어하는 시스템으로, 조향휠(301), 조향축(302)이 필수적인 요소는 아니므로 제거 가능하며, 더불어 토크 센서 및 조향각 센서 또한 설치할 필요가 없기 때문에 상기 차량의 조향각 정보는 모터위치 센서 및 모터토크 센서로부터 획득하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따르는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 장치는 자율 주행에 최적화된 장치로, 부품을 간소화시켜 차체의 무게를 경감시키고, 차량의 조향을 단순한 조작 입력만으로 수행할 수 있다.

도 4는 언더스티어(under-steer) 상태인 차량의 조향력을 보상하는 전륜의 동작을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 4의 (a)는 좌측 선회시 언더스티어 상태에 있는 차량을 나타내고 있고, (b)는 우측 선회시 언더스티어 상태에 있는 차량을 나타내고 있다.

본 발명에 따르는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치(100)는 상기 차량이 우측 선회시 상기 언더스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 상기 제동 토크를 인가할 수 있고, 상기 차량이 좌측 선회시 상기 언더스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 상기 제동 토크를 인가할 수 있다.

일반적으로 상기 차량이 선회시 언더스티어 상태인 경우에는 후륜을 기준으로 전륜이 선회하는 방향으로 더 회전하기 때문에 상기 차량의 언더스티어 상태를 보상하기 위한 상기 제동 토크를 인가하여야 한다. 이때, 상기 차량의 비정상 조향 상태가 언더스티어 상태인지는 상기 차량의 요 레이트를 산출하여 판단할 수 있다.

도 4의 (a)를 살펴보면, 상기 차량이 좌측으로 선회시, 언더스티어 상태 즉, 예상경로를 추정했을 때 차로를 이탈하여 충돌 가능성이 높은 상태인 경우에 상기 차량의 요 모멘트를 선회 안쪽으로 제어하도록 좌측 후륜에 상기 제동 토크를 증가시켜 조향력을 보상할 수 있다. 그러면 상기 차량은 수정경로로 안정적으로 주행하게 된다.

도 4의 (b)를 살펴보면, 상기 차량이 우측으로 선회시, 언더스티어 상태 즉, 예상경로를 추정했을 때 차로를 이탈하여 충돌 가능성이 높은 상태인 경우에 상기 차량의 요 모멘트를 선회 안쪽으로 제어하도록 우측 후륜에 상기 제동 토크를 증가시켜 조향력을 보상하게 된다. 그러면 상기 차량은 수정경로로 안정적으로 주행하게 된다.

도 5는 오버스티어(over-steer) 상태인 차량의 조향력을 보상하는 전륜의 동작을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 5의 (a)는 좌측 선회시 오버스티어 상태에 있는 차량을 나타내고 있고, (b)는 우측 선회시 오버스티어 상태에 있는 차량을 나타내고 있다.

본 발명에 따르는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치(100)는 상기 차량이 우측 선회시 상기 오버스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 상기 제동 토크를 인가할 수 있고, 상기 차량이 좌측 선회시 오버스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 상기 제동 토크를 인가할 수 있다.

일반적으로 상기 차량이 선회시 언더스티어 상태인 경우에는 후륜을 기준으로 전륜이 선회하는 방향으로 더 회전하기 때문에 상기 차량의 언더스티어 상태를 보상하기 위한 상기 제동 토크를 인가하여야 한다. 이때, 상기 차량의 비정상 조향 상태가 언더스티어 상태인지는 상기 차량의 요 레이트를 산출하여 판단할 수 있다.

도 5의 (a)를 살펴보면, 상기 차량이 좌측으로 선회시, 오버스티어 상태 즉, 예상경로를 추정했을 때 차로를 이탈하여 충돌 가능성이 높은 상태인 경우에 좌측 전륜에 상기 차량의 요 모멘트를 선회 바깥쪽으로 제어하도록 상기 제동 토크를 증가시켜 조향력을 보상하게 된다. 그러면 상기 차량은 수정경로로 안정적으로 주행하게 된다.

도 5의 (b)를 살펴보면, 상기 차량이 우측으로 선회시, 언더스티어 상태 즉, 예상경로를 추정했을 때 차로를 이탈하여 충돌 가능성이 높은 상태인 경우에 좌측 전륜에 상기 차량의 요 모멘트를 선회 바깥쪽으로 제어하도록 상기 제동 토크를 증가시켜 조향력을 보상하게 된다. 그러면 상기 차량은 수정경로로 안정적으로 주행하게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 본 발명에 의하면, 비정상 조향 상태에 따른 조향력을 보상하므로 선행시 주행 안정성을 제공할 수 있고, 차량을 안정적으로 조향하므로 선행시 발생하는 사고를 방지할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 조향 제어 장치
110 : 감지부 120 : 판단부
130 : 보상부 140 : 출력부

Claims (10)

1. 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지부;
   감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단부;
   상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상부; 및
   상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 상기 전륜 또는 상기 후륜의 동작을 제어하는 출력부; 를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향각 정보는 모터위치 센서 및 모터토크 센서로부터 획득하고, 상기 타이어 압력 정보는 타이어 공기압 센서로부터 획득하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 조향각 정보는 상기 모터위치 센서 및 모터토크 센서에서 일정 기간동안 감지한 각도 정보 및 상기 차량의 기어비를 이용하여 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 판단부는,
   상기 조향각 정보 및 상기 횡가속도 정보를 기반으로 요 레이트(yaw rate)를 산출하여 상기 비정상 조향 상태를 결정하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 보상부는,
   상기 전륜 또는 상기 후륜의 조향력을 보상하는 요 모멘트(yaw moment)를 산출하고, 상기 요 모멘트에 대응되는 상기 제동 토크를 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 판단부는,
   상기 타이어 압력 정보를 기반으로 상기 차량이 주행하는 차로의 경사도를 판단하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 보상부는,
   상기 경사도 및 상기 비정상 조향 상태에 따라 상기 전륜 또는 상기 후륜 중에서 상기 제동 토크가 인가되는 적어도 하나 이상의 륜을 결정하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력부는,
   상기 차량이 우측 선회시 상기 언더스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 상기 제동 토크를 인가하고, 상기 차량이 좌측 선회시 상기 언더스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 상기 제동 토크를 인가하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력부는,
   상기 차량이 우측 선회시 상기 오버스티어인 경우에, 상기 좌측 전륜 또는 상기 좌측 후륜에 상기 제동 토크를 인가하고, 상기 차량이 좌측 선회시 상기 오버스티어인 경우에, 상기 우측 전륜 또는 상기 우측 후륜에 상기 제동 토크를 인가하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 장치.
10. 차량의 주행상태 정보, 횡가속도 정보, 조향각 정보 및 타이어 압력 정보를 감지하는 감지단계;
    감지된 정보를 기반으로 상기 차량이 오버스티어(over-steer) 또는 언더스티어(under-steer)로 선회하는 비정상 조향 상태인지 판단하는 판단단계;
    상기 차량이 상기 비정상 조향 상태인 것으로 판단되면 상기 차량의 전륜 또는 후륜 각각의 좌우측 륜(wheel)의 조향력을 보상하는 제동 토크(braking torque)를 산출하는 보상단계; 및
    상기 제동 토크를 상기 전륜 또는 상기 후륜에 인가하여 상기 전륜 또는 상기 후륜의 동작을 제어하는 출력단계; 를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 방법.
    

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