KR20190143646A - 차량용 조향 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 선회 주행 중 선회경로를 가속하여 탈출시, 스티어링 복원성능을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 차량이 고속 선회주행 상황에서 급가속하는지 판단하고; 차량이 고속 선회주행 중 급가속하는 것으로 판단시, 조향모터를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 조타토크와, 휠속도와, 엔진회전수와, 조향각속도의 관계로 결정되는 복원보상토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 주행 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 조향 제어방법{STEERING CONTROL METHOD FOR VEHICLES}
본 발명은 고속 선회 주행 중 선회경로를 가속하여 탈출시, 스티어링 복원성능을 향상시켜 차량의 조정 및 주행 안정성을 향상시키는 차량용 조향 제어방법에 관한 것이다.
경주용 차량과 같이 고출력 엔진과, 고그립 타이어를 적용하고 있는 고성능 차량의 경우, 급격한 좌우 선회 주행과 함께 급가속 주행을 하게 되므로, 조향 조작 측면에서 새로운 문제점이 발생하게 된다.
즉, 고성능 차량의 경우, 고속으로 선회 중에 운전자가 급가속하여 선회하던 경로를 탈출하려는 경우, 타이어 특성으로 인해 스티어링 복원에 절대적인 영향을 미치는 횡방향 입력하중이 축소된다.
다만, 축소된 횡방향 입력하중의 수준이 스티어링 시스템계의 자체 프릭션보다 높을 경우 문제가 발생하지 않지만, 낮은 경우에는 타이로드 복원하중이 줄어들게 되면서 스티어링휠의 반력도 없어지고, 이에 스티어링의 복원이 불가능해지게 된다.
따라서, 도 1과 같이 차량은 운전자 의지에 따라 급가속 탈출방향으로 주행하지 못하게 되고, 오버스티어 현상이 발생하거나 차량이 미끄러지면서 스핀이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2015-0229385 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 고속 선회 주행 중 선회경로를 가속하여 탈출시, 스티어링 복원성능을 향상시켜 차량의 조정 및 주행 안정성을 향상시키는 차량용 조향 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 제어부가 차량이 고속 선회주행 상황에서 급가속하는지 판단하는 선회가속판단단계; 제어부가 차량이 고속 선회주행 중 급가속하는 것으로 판단시, 조향모터를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 복원보상토크를 제공하되, 상기 복원보상토크는 조타토크와, 휠속도와, 엔진회전수와, 조향각속도의 관계로 결정되는 보상토크 제공단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고속 선회주행 여부는 차속과, 조향각과, 횡방향가속도를 통해 판단하고; 상기 급가속 여부는 엔진회전수와, 차량의 구동토크와, 가속페달 개도량과, 선회시 외륜에 전달되는 토크를 통해 판단할 수 있다.
상기 복원보상토크는, 타겟 조타토크와 운전자 조타토크의 차이에 의해 결정되는 제1보상량과, 구동륜 휠속도와 엔진회전수에 의해 추정된 기어단수 및 엔진토크에 따라 결정되는 제2보상량과, 조향각속도와 차속에 따라 결정되는 제3보상량을 곱하여 결정될 수 있다.
상기 타겟 조타토크는 차속과 횡방향가속도의 관계로서 결정될 수 있다.
상기 제1보상량은, 상기 타겟 조타토크가 운전자 조타토크보다 큰 경우 그 차분으로 결정되고; 상기 제2보상량은, 추정된 기어단수별로 게인값을 곱하여 결정되며; 상기 제3보상량은, 상기 조향각속도별로 게인값을 곱하여 결정될 수 있다.
상기 기어단수는, 구동륜의 평균 휠속도를 계산하고, 상기 평균 휠속도를 이용하여 구동륜 회전수를 계산하며, 상기 구동륜 회전수와 엔진회전수를 이용하여 추정할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 차량이 고속으로 선회 주행 중, 급가속하여 선회경로를 탈출하려는 경우, MDPS시스템의 조향모터를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 보상토크를 제공함으로써, 차량의 조향 복원성능을 향상시켜 차량의 조종성 및 주행안정성을 향상시키고, 특히 간단한 MDPS로직으로 문제를 해결하여 비용을 크게 절감하는 효과가 있다.
아울러, 기본보상량인 제1보상량 결정에 차속 및 횡방향가속도를 이용함으로써, 서스펜션 특성의 변경이 발생하더라도 균일한 조타 특성을 확보할 수 있음은 물론, 튜닝 소요시간을 최소화하는 효과가 있다.
더욱이, 가속조건 보상량에 해당하는 제2보상량 결정을 위해 엔진회전수를 이용하여 기어단수를 계산함으로써, 변속기 위치신호의 지연에 따른 신호 지연 및 미송출시에도 보상량을 안정적으로 결정할 수 있는 효과가 있고, 또한 핸즈오프 및 오버슛 방지를 위한 제3보상량 결정에 차속 및 조향각속도 별로 게인을 추가함으로써, 최적의 스티어링 필링 및 복원 성능을 확보하는 효과도 있다.
도 1은 고속 선회주행 중 가속 탈출시 스티어링 복원 불능에 따른 문제 현상을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 조향 제어를 위한 조향 시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 조향 제어방법의 제어 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 복원보상토크를 연산하는 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 조향 제어방법은, 선회가속판단단계와, 보상토크 제공단계를 포함하여 구성이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 선회가속판단단계에서는, 제어부가 차량이 고속 선회주행 상황에서 급가속하는지 판단하게 된다.
상기 차량의 고속 선회주행 여부는 차속과, 조향각과, 횡방향가속도를 통해 판단할 수 있는 것으로, 이는 각각 차속센서와, 조향각센서와, 횡가속센서에 의해 측정될 수 있고, 이들 센서들을 통해 측정된 값은 제어부에 입력이 된다.
예컨대, 상기 차속이 소정차속 이상이고, 조향각의 절대값이 소정값 이상이며, 횡방향가속도가 소정값 이상인 경우, 제어부(3)는 현재 차량이 고속 선회주행하고 있는 상황으로 판단할 수 있다.
아울러, 차량의 급가속 여부는 엔진회전수와, 차량의 구동토크와, 가속페달 개도량과, 선회시 외륜에 전달되는 토크를 통해 판단할 수 있다.
이들 중 차량의 구동토크는 '엔진토크×기어단수별 게인'으로 결정될 수 있고, 가속페달 개도량은 APS(Accelerator Pedal Sensor)를 통해 측정할 수 있으며, 선회시 외륜에 전달되는 토크는 E-LSD(전자식 차동제한장치)를 통해 확보할 수 있다.
예컨대, 상기 엔진회전수가 소정값 이상이고, 차량의 구동토크가 소정값 이상이며, 가속페달 개도량이 소정값 이상이고, 선회시 외륜에 전달되는 토크가 소정값 이상인 경우, 제어부(3)는 차량이 고속 선회주행 중 급가속이 이루어진 상황으로 판단할 수 있다.
보상토크 제공단계에서는, 제어부가 차량이 고속 선회주행 중 급가속하는 것으로 판단시, 조향모터를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 복원보상토크를 제공하되, 상기 복원보상토크는 조타토크와, 휠속도와, 엔진회전수와, 조향각속도의 관계로 결정될 수 있다.
예컨대, 본 발명은 운전자의 조향력을 전동모터의 구동력을 이용하여 보조하는 MDPS(Motor-Driven Power Steering)시스템이 장착된 차량에 적합한 것으로, 상기 조향모터(1)는 MDPS시스템에 사용되는 조향모터일 수 있다.
즉, 상기한 구성에 따르면, 차량이 고속으로 선회 주행 중, 급가속하여 선회경로를 탈출하려는 경우, 조향모터(1)를 이용하여 현재 차량이 선회하고 있는 반대 선회방향, 즉 조향 복원방향으로 보상토크를 제공함으로써, 차량의 조향 복원성능을 향상시키게 되는바, 차량의 조종성 및 주행안정성을 향상시키게 된다.
한편, 도 4를 참조하여 상기 복원보상토크를 결정하는 방법에 대해 조금 더 구체적으로 설명하면, 상기 복원보상토크는, 아래 설명되는 제1보상량(C1), 제2보상량(C2), 제3보상량(C3)을 곱하여 결정이 된다.
먼저, 제1보상량(C1)은 차속과 횡방향가속도의 관계로서 결정되는 타겟 조타토크와 운전자 조타토크의 차이에 의해 결정이 되는 것으로, 상기 타겟 조타토크가 운전자 조타토크보다 큰 경우 그 차분이 제1보상량(C1)으로 결정이 된다.
예컨대, 차속과 횡방향가속도를 기반으로 타겟 조타토크가 결정되면, 타겟 조타토크와 운전자 조타토크를 비교한다.
비교 결과, 아래와 같이 운전자 조타토크가 타겟 조타토크보다 큰 경우 제1보상량(C1)은 '0'으로 결정이 된다.
운전자 조타토크 ≥ 타겟 조타토크
제1보상량 = 0
반면, 아래와 같이 타겟 조타토크가 운전자 조타토크보다 큰 경우 제1보상량(C1)은 타겟 조타토크에서 운전자 조타토크를 뺀 값으로 결정이 된다.
운전자 조타토크 < 타겟 조타토크
제1보상량 = 타켓 조타토크 - 운전자 조타토크
즉, 운전자가 느끼는 조타토크를 타겟 조타토크 수준으로 맞추기 위해 모터어시스트량을 제어하는 것이다.
부연하면, 기존에는 차속과 조향각으로만 기본보상량인 제1보상량이 결정이 되었으나, 본 발명에서는 차속 및 횡방향가속도를 이용하여 기본보상량인 제1보상량(C1)이 결정됨으로써, 외부인자(서스펜션 지오메트리) 변경시에도 균일한 조타 특성을 나타낼 수 있고, 튜닝 소요시간을 최소화할 수 있게 된다.
아울러, 제2보상량(C2)은 구동륜 휠속도와 엔진회전수에 의해 추정된 기어단수 및 엔진토크에 따라 결정되는 것으로, 추정된 기어단수별로 기어단게인값을 곱하고 여기에 엔진토크를 곱하여 결정이 된다.
여기서, 상기 기어단게인값은 특정 저단기어단까지는 게인값이 커지다가 상기 특정 저단기어를 초과하는 기어단부터는 게인값이 작아지도록 설정되어 기어단별로 보상량이 증감될 수 있다.
0 ≤ 기어단게인값 ≤ 1
상기 기어단수를 추정하는 방법에 대해 조금 더 구체적으로 설명하면, 예컨대 전륜구동 차량의 경우, 아래와 같이 구동륜인 양측 전륜의 평균 휠속도를 계산한다.
Figure pat00001
Vavg : 전륜 평균 휠속도
VFL : 좌측 전륜 휠속도
VFR : 우측 전륜 휠속도
그리고, 아래와 같이 상기 평균 휠속도를 이용하여 구동륜인 전륜의 평균 회전수를 계산한다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Nwheel : 구동륜(전륜) 평균 회전수
R : 동구름 반경
이어서, 상기 구동륜 회전수와 엔진회전수를 이용하여 기어단수를 계산 및 추정한다.
Figure pat00004
NRPM : 엔진회전수
즉, 가속조건 보상량에 해당하는 제2보상량(C2)의 경우, 기존에는 엔진토크와 변속기위치를 제공받아 기어단수를 결정함으로써, 변속기 위치신호가 간헐적으로 지연되거나 혹은 반클러치 상태에서 신호가 미발생하게 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명에서는 변속기위치를 이용하지 않고 엔진회전수를 이용하여 기어단수를 계산함으로써, 변속기 위치신호의 지연에 따른 신호 지연 및 미송출시에도 보상량을 안정적으로 결정할 수 있게 된다.
아울러, 제3보상량(C3)은 조향각속도와 차속에 따라 결정이 되는 것으로, 상기 조향각속도별로 각속도게인값을 곱하여 결정이 된다.
여기서, 상기 각속도게인값의 경우 조향각속도가 커질수록 게인값이 작아지므로 복원량을 감소시키는 방향으로 제어할 수 있다.
0 ≤ 각속도게인값 ≤ 1
즉, 운전자가 핸들에서 손을 놓았을 경우(핸즈 오프)나, 오버슛(복원방향의 토크가 과도하여 휠이 센터를 넘어가는 경우)을 방지하기 위해 조향각속도 별로 게인값만큼 보상량을 결정하게 된다. 추가적으로 차속별로 최적의 성능을 확보하기 위해 차속별로도 보상량을 상이하게 결정할 수 있게 된다.
한편, 도 3과 같이 본 발명에 따른 보상토크 제공단계 이 후에는, 차량이 고속 선회주행 상황을 벗어났는지 판단하는 고속선회해제 판단단계와, 차량이 고속 선회주행 상황을 벗어난 경우, 복원보상토크의 제공을 해제하는 보상토크 해제단계를 더 포함하여 구성이 될 수 있다.
상기 고속 선회주행 상황에서 벗어났는지의 판단 여부는, 차속과, 조향각과, 차량의 구동토크와, 선회시 외륜에 전달되는 토크 중 어느 하나로 판단할 수 있는 것으로, 이들 요소 중 어느 하나라도 해제조건을 만족하면 복원보상토크의 제공을 해제하게 된다.
예컨대, 차속이 소정차속 미만으로 떨어지거나, 조향각의 절대값이 소정값 미만이거나, 차량의 구동토크가 소정값 미만이거나, 선회시 외륜에 전달되는 토크가 소정값 미만인 경우, 제어부(3)는 현재 차량이 고속 선회주행 상황에서 벗어난 것으로 판단할 수 있다.
다만, 상기한 차속과, 조향각과, 차량의 구동토크와, 선회시 외륜에 전달되는 토크 모두가, 복원보상토크 진입조건에 상응하는 출력값과, 복원보상토크 해제조건에 상응하는 출력값 간에 히스테리시스를 둠으로써, 그 출력값 경계에서 복원보상토크의 진입과 해제가 반복적으로 이루어지는 것을 방지하도록 구성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 조향 제어방법의 제어 흐름을 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 차량의 주행 중, 차량에 설치된 각종 센서로부터 제어부(3)가 차속과, 조향각과, 횡방향가속도를 입력받아, 이들 값들을 통해 차량이 고속으로 선회 주행하고 있는지 판단한다(S10).
S10단계의 판단 결과, 차량이 고속으로 선회 주행하는 것으로 판단시, 제어부(3)가 엔진회전수와, 차량의 구동토크와, 가속페달 개도량과, 선회시 외륜에 전달되는 토크를 입력받아, 이들 값들을 이용하여 현재 차량이 급가속되고 있는지 판단한다(S20).
S20단계의 판단 결과, 차량이 급가속하고 있는 것으로 판단시, 보상진입조건을 만족한 것으로 판단하고, 이에 조타토크와, 휠속도와, 엔진회전수와, 조향각속도의 관계로서 차량의 조향 복원방향으로 제공하기 위한 복원보상토크를 연산한다(S30).
이어서, S30단계에서 연산된 복원보상토크를 차량의 조향 복원방향으로 제공하도록 조향모터(1)를 작동 제어한다(S40). 즉, 조향모터(1)를 작동하여 차량의 조향 복원방향으로 복원보상토크를 제공하게 된다.
그리고, S40단계의 과정에서 차속과, 조향각과, 차량의 구동토크와, 선회시 외륜에 전달되는 토크를 입력받아, 이들 인자들의 값 중 어느 하나의 값이라도 소정값 미만으로 떨어지는지 판단한다(S50). 판단 결과, 어느 하나의 값이라도 소정값 미만으로 떨어지는 경우에 보상해제조건을 만족한 것으로 판단하고, 복원보상토크의 제공을 해제하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량이 고속으로 선회 주행 중, 급가속하여 선회경로를 탈출하려는 경우, MDPS시스템의 조향모터(1)를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 보상토크를 제공함으로써, 차량의 조향 복원성능을 향상시켜 차량의 조종성 및 주행안정성을 향상시키고, 또한 간단한 MDPS로직으로 문제를 해결하여 비용을 크게 절감하게 된다.
아울러, 본 발명은 기본보상량인 제1보상량(C1)이 차속 및 횡방향가속도를 이용하여 결정됨으로써, 서스펜션 특성(지면 및 휠센터 킹핀 옵셋)의 변경이 발생하더라도 균일한 조타 특성을 확보할 수 있음은 물론, 튜닝 소요시간을 최소화할 수 있다.
또한, 가속조건 보상량에 해당하는 제2보상량(C2) 결정을 위해 엔진회전수를 이용하여 기어단수를 계산함으로써, 변속기 위치신호의 지연에 따른 신호 지연 및 미송출시에도 보상량을 안정적으로 결정할 수 있게 된다.
또, 핸즈오프 및 오버슛 방지를 위한 제3보상량(C3) 결정에 차속 및 조향각속도 별로 게인을 추가하여 최적의 스티어링 필링 및 복원 성능을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 조향모터 3 : 제어부

Claims (6)

  1. 제어부가 차량이 고속 선회주행 상황에서 급가속하는지 판단하는 선회가속판단단계;
    제어부가 차량이 고속 선회주행 중 급가속하는 것으로 판단시, 조향모터를 이용하여 차량의 조향 복원방향으로 복원보상토크를 제공하되, 상기 복원보상토크는 조타토크와, 휠속도와, 엔진회전수와, 조향각속도의 관계로 결정되는 보상토크 제공단계;를 포함하는 차량용 조향 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 선회주행 여부는 차속과, 조향각과, 횡방향가속도를 통해 판단하고;
    상기 급가속 여부는 엔진회전수와, 차량의 구동토크와, 가속페달 개도량과, 선회시 외륜에 전달되는 토크를 통해 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복원보상토크는,
    타겟 조타토크와 운전자 조타토크의 차이에 의해 결정되는 제1보상량과, 구동륜 휠속도와 엔진회전수에 의해 추정된 기어단수 및 엔진토크에 따라 결정되는 제2보상량과, 조향각속도와 차속에 따라 결정되는 제3보상량을 곱하여 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 타겟 조타토크는 차속과 횡방향가속도의 관계로서 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 제어방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1보상량은, 상기 타겟 조타토크가 운전자 조타토크보다 큰 경우 그 차분으로 결정되고;
    상기 제2보상량은, 추정된 기어단수별로 게인값을 곱하여 결정되며;
    상기 제3보상량은, 상기 조향각속도별로 게인값을 곱하여 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 제어방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 기어단수는,
    구동륜의 평균 휠속도를 계산하고, 상기 평균 휠속도를 이용하여 구동륜 회전수를 계산하며, 상기 구동륜 회전수와 엔진회전수를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 제어방법.
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