KR20210064634A

KR20210064634A - 인휠모터 차량의 스티어링 부하 축소를 위한 제어 방법

Info

Publication number: KR20210064634A
Application number: KR1020190153067A
Authority: KR
Inventors: 정대석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-06-03
Also published as: US11577779B2; US20210155287A1

Abstract

본 발명은 인휠모터 차량에서 조향시 스티어링 부하(조향 부하)를 줄일 수 있는 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기가 조향 장치의 부하인 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계; 상기 스티어링 부하의 상태가 정해진 수준 이상의 고부하 상태이면, 제어기가 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계; 제어기가 전륜 브레이크 해제 상태에서 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 운전자 조향 입력에 따른 전륜의 타이어각을 결정하는 단계; 제어기가 상기 결정된 전륜의 타이어각을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계; 및 제어기가 상기 결정된 전륜의 필요 타이어 회전각만큼 보상을 위해 전륜의 인휠모터를 구동하여 스티어링 부하를 축소하는 단계를 포함하는 인휠모터 차량의 제어 방법이 개시된다.

Description

인휠모터 차량의 스티어링 부하 축소를 위한 제어 방법{Control method for reducing steering load of in-wheel motor vehicle}

본 발명은 인휠모터 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인휠모터 차량에서 스티어링 부하를 줄일 수 있는 제어 방법에 관한 것이다.

최근 휘발유나 경유 등과 같은 화석연료를 사용하지 않고 배터리에 저장된 전기에너지로 모터를 구동하여 주행하는 차량이 개발되고 있고, 이러한 모터 구동 차량으로서 전기자동차, 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차 등이 알려져 있다.

또한, 모터 구동 시스템의 대표적인 예로서 인휠 시스템이 소개되어 있으며, 인휠 시스템은 인휠모터(in-wheel motor)가 차량의 각 휠(차륜) 안에 장착되어 차량의 각 휠이 상기 인휠모터에 의해 독립적으로 구동 및 제어될 수 있는 시스템이다.

통상의 인휠 시스템은 휠 내부에 배치된 인휠모터에서 출력되는 동력이 휠에 직접 전달될 수 있도록 구성되므로 구동계가 단순하고 공간 활용성이 우수한 이점을 가진다.

즉, 인휠모터를 적용하는 경우에 엔진, 변속기, 기어 등의 구동장치 및 동력전달장치를 생략할 수 있고, 따라서 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력 전달 과정에서의 에너지 손실을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다.

그리고, 인휠모터를 통해 각 휠의 구동을 독립적으로 제어할 수 있으므로 각 휠에 대한 개별 토크 제어가 가능하여 차량의 거동 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 차량의 스티어링(조향) 용량 평가시에 전륜 타이어에 제동을 할 때와 그렇지 않을 때의 스티어링 부하(조향 부하)를 비교하여 보면, 제동을 할 때의 스티어링 부하가 제동을 하지 않을 경우에 비해 약 7 ~ 10% 정도 크게 나온다.

스티어링 부하에 비해 스티어링 용량이 충분하지 않을 경우 차량의 조타 성능 및 품질이 운전자가 원하는 수준에 비해 부족할 수 있다.

이때, 차량이 주행할 때 노면 등을 통해 외란이 작용할 때 댐핑 없이 그대로 하중이 전달되고, 이러한 외란 및 하중이 운전자에게 전달되면 운전자가 느끼는 조타감도 크게 저하될 수 있다.

따라서, 종래에는 스티어링 부하와 조타감 등 성능 및 품질을 고려하여 스티어링 용량을 한 단계 높게 설정해야 하고, 그에 따라 중량 및 재료비가 상승하는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 인휠모터 차량에서 조향시 스티어링 부하(조향 부하)를 줄일 수 있는 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기가 조향 장치의 부하인 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계; 상기 스티어링 부하의 상태가 정해진 수준 이상의 고부하 상태이면, 제어기가 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계; 제어기가 전륜 브레이크 해제 상태에서 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 운전자 조향 입력에 따른 전륜의 타이어각을 결정하는 단계; 제어기가 상기 결정된 전륜의 타이어각을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계; 및 제어기가 상기 결정된 전륜의 필요 타이어 회전각만큼 보상을 위해 전륜의 인휠모터를 구동하여 스티어링 부하를 축소하는 단계를 포함하는 인휠모터 차량의 제어 방법을 제공한다.

바람직한 실시예로서, 상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서, 제어기는 운전자 조타시 조향 모터에 인가할 모터 전류를 결정하고, 상기 결정된 모터 전류가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.

또한, 바람직한 실시예로서, 상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서, 제어기는 운전자 조타시 조향 모터가 출력해야 하는 토크를 결정하고, 상기 결정된 토크가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.

또한, 바람직한 실시예로서, 상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서, 제어기는 운전자 조타시 조향 모터에 인가할 모터 전류를 결정하고, 상기 결정된 모터 전류가 조향 모터에 인가할 수 있는 최대 전류량 대비 미리 설정된 기준비율 이상의 전류 값이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계에서, 상기 제어기는 스티어링 부하의 상태가 고부하 상태이면, 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태일 경우 브레이크 장치를 제어하여 전륜 브레이크를 강제 해제하며, 상기 스티어링 부하를 축소하는 단계의 수행 후, 상기 제어기는 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태가 유지되고 있는 경우 브레이크 장치를 제어하여 운전자 브레이크 페달 조작 상태에 따른 전륜 브레이크의 작동을 재개 및 복원하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계에서, 상기 제어기는 스티어링 부하의 상태가 고부하 상태이고 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태일 경우, 후륜 브레이크의 작동 상태는 유지하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜의 타이어각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 운전자 조타시 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각으로부터 맵 또는 테이블을 이용하여 상기 검출된 조향각에 해당하는 전륜의 타이어각을 결정하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜의 타이어각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 운전자 조타시 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각 정보와 차량 조향 장치에 대한 설정 정보로부터 정해진 수식을 이용하여 전륜의 타이어각을 결정하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 상기 결정된 전륜의 타이어각, 킹핀축에서 휠센터까지의 거리, 및 타이어 반경을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는, 상기 결정된 전륜의 타이어각, 및 킹핀축에서 휠센터까지의 거리를 이용하여 조타 전후의 휠센터 이동거리를 결정하고, 상기 결정된 휠센터 이동거리와 타이어 반경을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하도록 설정될 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 인휠모터 차량의 조향시 제어 방법에 의하면, 조향시 방향 전환이 이루어지는 전륜의 인휠모터를 운전자 조향 입력에 따라 강제로 구동하는 부하 저감 보상 제어를 수행함으로써 스티어링 부하 축소를 달성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 조향 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 조향 장치에서 킹핀 경사각을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 조타시 우측 타이어가 회전되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명에서 휠센터 이동거리(A)를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에서 필요 타이어 회전각을 계산하는 방법을 설명하기 위한 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 인휠모터 차량의 조향시 제어 방법에 관한 것으로서, 인휠모터 차량에서 조향시 스티어링 부하(조향 부하)를 줄일 수 있는 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 종래의 문제점을 해결하기 위해, 인휠모터 차량에서 스티어링 용량을 불필요하게 높게 설정하는 것 대신, 인휠 시스템과의 협조 제어를 통해 스티어링 부하를 축소시키는 방법을 이용하며, 인휠 시스템과의 협조 제어를 통해 스티어링 부하를 축소시킴으로써 스티어링 용량을 증대시키지 않더라도 스티어링 부하를 상시 충족시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 인휠 시스템의 특성과 조타시 타이어가 회전하는 특성을 이용하여 운전자 조타시 전륜측의 좌우 인휠모터 제어를 통해 타이어 마찰력을 축소하고 이를 통해 스티어링 부하를 축소할 수 있는 제어 로직이 제시된다.

이러한 본 발명은 전동식 조향 장치(MDPS:Motor Driven Power Steering System) 및 인휠 시스템이 장착된 차량에 적용될 수 있는 것으로, 스티어링 부하 축소를 위해 스티어링(방향 전환)이 이루어지는 전륜의 인휠모터 제어(부하 저감을 위한 보상 제어)가 수행된다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 조향 장치를 도시한 구성도로서, 스티어링 칼럼에서 전달되는 회전력을 직진력으로 변환하여 타이어(4)의 방향을 변경하는 기어박스(1)와, 이 기어박스(1)의 진진력을 타이어(4)에 전달하는 타이로드(3)가 도시되어 있다.

도 1에서 선 A는 킹핀축을 나타내고, 도면부호 2는 기어박스(1)가 장착되는 차체 부분인 서브 프레임을 나타낸다.

도 1에서 공지의 인휠모터에 대해서는 도시를 생략하였다.

도 1을 참조하면, 타이어(4)의 회전중심축인 킹핀축(조향축)(A)을 중심으로 작용하는 회전토크인 킹핀 토크, 노면으로 인해 작용하는 노면 반력 및 마찰력, 기어박스(1)에서 생성되는 직진력인 랙 추력이 도시되어 있다.

도 2는 차량의 조향 장치에서 킹핀 경사각을 나타내는 도면으로, 조타시, 즉 스티어링 휠(5)을 회전조작을 할 때, 타이어(4)는 킹핀축(A)을 중심으로 회전을 하게 되는데, 킹핀 경사각은 차량을 정면에서 보았을 때 수직선을 기준으로 킹핀축(A)이 기울어진 각도를 의미한다.

도 3은 차량의 조타시 우측(RH) 타이어가 회전되는 상태를 설명하기 위한 도면으로, 타이어(4)를 위에서 본 평면도이다.

도 3에서 E는 조타 전 중립시 휠센터의 위치를 나타내고, E'는 좌턴시 이동한 휠센터의 위치를 나타내며, E"는 우턴시 이동한 휠센터의 위치를 나타낸다.

차량 정차 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않고 조타를 하면, 즉 스티어링 휠(5)을 회전조작을 하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 선회하는 차량의 바깥쪽 차륜, 즉 외륜은 타이어(4)가 앞으로 회전을 하고, 안쪽 차륜인 내륜은 타이어가 뒤로 회전을 한다.

즉, 조타시 타이어(4)가 킹핀축(A)을 중심으로 회전을 할 때, 조타 전후의 타이어 위치(휠센터)를 비교하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 운전자가 좌측으로 조타하여 차량이 좌측으로 선회하는 좌턴시에는 우측(RH) 타이어(4)의 휠센터가 킹핀축을 중심으로 앞으로 이동하고, 우턴시에는 우측(RH) 타이어(4)의 휠센터가 킹핀축을 중심으로 뒤로 이동한다.

본 발명은 이러한 원리를 이용한 것으로, 인휠모터 차량의 조향시에 타이어가 회전하는 방향(휠센터의 이동방향임)으로 인휠모터를 회전시킴으로써 스티어링 부하를 줄여주도록 한 것에 주된 특징이 있다.

극단적으로, 본 발명에서는 운전자가 조타를 하지 않더라도 인휠모터 제어를 통해 스티어링 휠이 회전되도록 할 수도 있다.

이하, 본 발명의 제어 방법에 대해 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전동식 조향 장치(MDPS) 및 인휠 시스템이 장착된 차량에 적용될 수 있는 것으로, 알려진 바와 같이 전동식 조향 장치는 전동모터의 출력 토크를 이용하여 운전자의 조타력을 보조하도록 구성된다.

공지의 전동식 조향 장치는, 운전자 조향휠 조작에 따른 조향각(칼럼 입력각)을 검출하는 조향각 센서, 조향휠을 통해 입력되는 운전자 조타토크(조향휠 토크, 칼럼 토크)를 검출하는 토크 센서, 차속 센서, 휠속 센서, 가속도 센서, 엔진회전수 센서, 요레이트 센서 등의 센서류, 그리고 제어기(MDPS ECU)와 조향 모터(MDPS 모터)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성에서 제어기는 조향 모터의 구동 및 출력을 제어하기 위해 상기 센서들의 신호로부터 조향각, 조향각속도, 조타토크 등의 운전자 조향 입력 정보와, 차속, 휠속, 가속도, 엔진회전수, 요레이트 등의 차량 상태 정보를 취득한다.

상기 제어기는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 기초로 조향 모터의 출력을 제어하여 조타 보조를 위한 조절된 토크가 생성되도록 하는데, 통상의 전동식 조향 장치에서 조향 모터의 출력 제어는 제어기가 조향 모터에 인가되는 모터 전류를 제어함으로써 수행될 수 있다.

이때, 제어기는 차량에서 수집되는 정보, 즉 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 기초로 모터 전류를 결정한 뒤 조향 모터(MDPS 모터)에 인가하고, 이때의 모터 구동을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘인 조타 보조 토크를 발생시킨다.

이와 같이 운전자의 조타 입력시에는 상기와 같이 조향 모터에 인가되는 모터 전류를 결정하는데, 본 발명에서는 제어기가 상기와 같이 결정되는 모터 전류에 기초하여 조향 장치의 부하(스티어링 부하) 조건을 판단하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 인휠모터 차량의 조향시 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

이하 설명되는 제어 과정은 조향 장치의 제어기, 브레이크 제어기, 차량 제어기, 모터 제어기 등과 같이 협조 제어하는 복수 개의 제어기에 의해 수행될 수 있으나, 통합된 하나의 제어 요소에 의해 수행될 수도 있으며, 이하의 설명에서는 복수 개의 제어기 및 통합된 하나의 제어 요소를 모두 제어기(controller)라 통칭하기로 한다.

먼저, 제어기(10)는 조향각 등의 운전자 조향 입력 정보와 차속 등의 차량 상태 정보를 입력받아 조향 모터(22)에 인가할 모터 전류를 결정하는데, 이때 결정되는 모터 전류로부터 조향 장치의 부하(스티어링 부하) 상태를 판단한다(S11).

여기서, 모터 전류는 운전자 조타시 조향 모터(22)가 출력해야 하는 토크인 조타 보조 토크로 대체될 수 있고, 그밖에 모터 전류 또는 조타 보조 토크(모터 토크)에 상응하는 다른 제어값이 될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제어기(10)는 부하 상태 판단시 모터 전류가 미리 설정된 기준값 이상일 경우 조향 장치(MDPS)의 부하(스티어링 부하)가 정해진 수준 이상으로 큰 고부하 상태인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.

여기서, 기준값 대신, 조향 모터(22)에 인가할 수 있는 최대 전류량 대비 정해진 비율 값인 기준비율이 이용될 수 있다.

상기 기준값은 기준비율에 해당하는 전류 기준값이 될 수 있다.

예를 들어, 제어기(10)에 기준비율이 70%로 설정되었을 때, 모터 전류가 허용 가능한 최대 전류량 대비 70% 이상의 전류 값이면 제어기(10)는 현재 고부하 상태인 것으로 판단할 수 있다.

또는 제어기(10)에 최대 전류량 대비 70%에 해당하는 전류 값을 기준값으로 설정해두고, 제어기(10)에서 모터 전류가 기준값 이상이면 현재 고부하 상태인 것으로 판단하도록 할 수 있다.

한편, 제어기(10)는 고부하 상태인 것으로 판단한 경우 브레이크 장치(21)를 제어하여 조향이 이루어지는 전륜의 브레이크, 즉 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지한다(S12).

여기서, 상기 부하 상태를 판단하는 제어기가 조향 장치의 제어기(MDPS ECU)라면, 상기 조향 장치의 제어기가 브레이크 제어기와의 협조 제어를 통해 전륜 브레이크가 해제되도록 하여 전륜의 인휠모터에 대한 구동 제어가 가능한 상태가 되도록 한다.

이때 후륜 브레이크가 작동하고 있는 상태이면, 후륜 브레이크는 해제하지 않고 작동 상태를 유지한다.

즉, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는 상태이면 전륜에 대해서는 후술하는 바와 같이 조향 장치의 부하를 저감하기 위해 전륜 인휠모터(23)를 이용한 보상 제어를 실시하므로 전륜 브레이크는 강제로 해제하는 것이며, 후륜에 대해서는 보상 제어를 수행하지 않으므로 후륜 브레이크는 해제하지 않고 작동 상태를 유지시킨다.

여기서, 제어기(10)는 브레이크 페달 센서(Brake Pedal Sensor, BPS)의 신호로부터 운전자의 브레이크 페달 조작 여부를 판단할 수 있다.

본 발명에서는 조향 장치의 부하를 줄이기 위해 후술하는 바와 같이 전륜 인휠모터(23)를 강제로 구동하여 전륜의 타이어 회전각을 보상하며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.

이어, 제어기(10)는 운전자 조향 입력 정보, 즉 운전자 조타시 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각 정보(도 4에서 조향각 신호가 나타내는 정보)에 기초하여 조향각(운전자 조향 입력)에 따른 전륜의 타이어각을 결정하는데(S13), 이때 제어기(10)가 조향각으로부터 맵 또는 테이블을 이용하여 타이어각을 결정하도록 구비될 수 있다.

상기 맵 또는 테이블은 제어기(10)에 미리 입력 및 저장되어 사용되는 설정 데이터로서, 조향각과 타이어각의 상관관계를 나타내는 데이터가 될 수 있다.

즉, 상기 맵 또는 테이블은 조향각에 따른 값으로 타이어각이 설정되어 있는 데이터로서, 제어기(10)가 이러한 맵 또는 테이블을 이용하여 현재의 조향각에 상응하는 타이어각을 결정할 수 있다.

여기서, 타이어각은 타이어 외륜각과 타이어 내륜각을 포함할 수 있고, 타이어 외륜각은 운전자 조타에 따라 차량이 선회할 때의 바깥쪽 타이어의 각도를 의미하고, 타이어 내륜각은 안쪽 타이어의 각도를 의미한다.

하기 표 1은 조향각별 타이어각이 튜닝된 테이블의 예를 나타낸 것으로, 조향각으로부터 타이어 외륜각과 타이어 내륜각을 결정하는데 이용될 수 있는 테이블을 예시한 것이다.

위의 테이블에서 조향각 0, 10, 20의 값들에 대해서만 예시되어 있으나, 조향각 0, 10, 20 사이의 값에 해당하는 타이어 외륜각과 타이어 내륜각을 결정할 때 내삽법 등이 이용될 수 있다.

또한, 위에서 설정 데이터로서 맵 또는 테이블이 이용될 수 있음을 설명하였으나, 본 발명에서 제어기(10)가 조향각을 이용하여 타이어각(타이어 외륜각과 타이어 내륜각)을 결정하기 위한 설정 데이터로서 미리 정해진 수식이 이용될 수 있다.

예를 들어, 제어기(10)는 실시간 검출되는 조향각과 함께, 조향 기어비, 조향 장치의 각 조인트 위치 및 킹핀축 등 조향 장치에 대한 설정 정보로부터 수식을 이용하여 타이어각을 추정할 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 전륜의 타이어각이 결정되면, 제어기(10)는 상기 결정된 전륜의 타이어각을 이용하여 운전자 조향 입력(즉, 운전자 조타)에 따른 전륜의 타이어 이동거리를 계산한다(S14).

여기서, 타이어 이동거리는 휠센터 이동거리가 될 수 있다.

도 6은 본 발명에서 휠센터 이동거리(A)를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 우측(RH) 타이어(4)의 좌턴시를 예를 들어 나타낸 도면이다.

우측(RH) 타이어의 우턴시에도 조타 방향을 고려하여 동일한 방법으로 휠센터 이동거리가 계산될 수 있고, 이때 휠센터 이동방향이 도 6에 나타낸 바와 같이 좌턴시와는 반대가 된다.

또한, 좌측(LH) 타이어의 좌턴시 및 우턴시는 우측(RH) 타이어의 좌턴시 및 우턴시와 동일한 방법으로 휠센터 이동거리를 계산할 수 있고, 다만 조타 방향에 따라 외륜과 내륜이 결정되므로, 조타 방향에 따른 타이어 외륜각과 타이어 내륜각이 결정되면, 외륜각과 내륜각을 이용하여 조타 방향에 상응하는 각 전륜 타이어의 휠센터 이동거리(A)를 계산할 수 있다.

도 6을 참조하여 설명하면, 타이어각(타이어 내륜각과 외륜각)(α)은 타이어(4)를 위에서 보았을 때 조타시 타이어(4)가 킹핀축을 중심으로 회전하는 각도를 의미한다.

도 6에서 K는 킹핀축에서 휠센터까지의 거리를 나타내고, α는 타이어각을 나타내며, E는 조타 전 휠센터의 위치를, E'는 조타 후 휠센터의 위치를 나타낸다.

또한, A가 조타 전후의 휠센터 이동거리(이동량)를 나타내는데, 이 휠센터 이동거리 A는 아래의 식 (1)로 나타낼 수 있다.

A = 2πK×(α/360) (1)

다음으로, 제어기(10)는 상기와 같이 계산된 휠센터 이동거리(A)를 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는데(S15), 도 7은 본 발명에서 필요 타이어 회전각을 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 필요 타이어 회전각(θ)은 필요 이동거리(L), 타이어 반경(R)을 이용하여 계산될 수 있는데, 필요 타이어 회전각과 필요 이동거리 및 휠 반경의 관계를 식으로 나타내면 아래의 식 (2)와 같다.

θ = L × 360/(2πR) (2)

여기서, θ는 필요 타이어 회전각을 나타내고, L은 필요 이동거리를 나타내며, R은 타이어 반경을 나타낸다.

이때, 식 (1)에 의해 구해진 휠센터 이동거리 A가 식 (2)의 필요 이동거리 L과 거의 같으므로(A ≒ L), 'A = L'인 것으로 간주하면, 필요 타이어 회전각(θ)은 휠센터 이동거리(A)와 타이어 반경(R)으로부터 하기 식 (3)에 의해 계산될 수 있다.

θ = A × 360/(2πR) (3)

또는 식 (3)의 A에 식 (1)을 대입하면 아래의 식(4)가 구해질 수 있고, 따라서 필요 타이어 회전각(θ)은 타이어각(α)으로부터 아래의 식 (4)에 의해 계산될 수 있다.

θ = K/R × α (4)

상기와 같이 필요 타이어 회전각(θ)이 결정되고 나면, 제어기(10)는 상기 결정된 전륜의 필요 타이어 회전각(θ)을 기초로 해당 전륜의 인휠모터(23)를 이용하여 조향 장치의 부하(스티어링 부하)를 저감하기 위한 보상 제어를 수행한다(S16).

이러한 부하 저감 보상 제어 과정에서 제어기(10)는 필요 타이어 회전각(θ)에 해당하는 양만큼 전륜의 인휠모터(23)를 강제 구동하여 조향 장치의 부하(스티어링 부하)를 저감하게 된다.

여기서, 상기 필요 타이어 회전각(θ)을 결정하는 제어기가 조향 장치의 제어기(MDPS ECU)라면, 이 제어기는 조향이 이루어지는 전륜의 인휠모터에 대한 구동 제어를 실시하기 위해 차량 제어기 및 모터 제어기와의 협조 제어를 실시할 수 있다.

상기와 같이 전륜의 필요 타이어 회전각(θ)만큼 보상을 위해 전륜의 인휠모터(23)를 강제로 구동함으로써 조향 장치의 부하를 저감할 수 있으며, 이러한 보상 후 운전자가 브레이크 페달을 계속해서 밟고 있다면 제어기(10)는 브레이크 장치(21)의 제어를 통해 운전자 브레이크 페달 조작에 따른 전륜 브레이크의 작동이 재개 및 복원될 수 있도록 한다(S17).

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 제어 방법에 의하면, 조향시 방향 전환이 이루어지는 전륜의 인휠모터를 운전자 조향 입력에 따라 강제로 구동하는 부하 저감 보상 제어를 수행함으로써 스티어링 부하 축소를 달성할 수 있게 된다.

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.

1: 기어박스 2: 서브 프레임
3: 타이로드 4: 타이어
5 : 스티어링 휠 10 : 제어기
21 : 브레이크 장치 22 : 조향 모터
23 : 인휠모터

Claims

제어기가 조향 장치의 부하인 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계;
상기 스티어링 부하의 상태가 정해진 수준 이상의 고부하 상태이면, 제어기가 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계;
제어기가 전륜 브레이크 해제 상태에서 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 운전자 조향 입력에 따른 전륜의 타이어각을 결정하는 단계;
제어기가 상기 결정된 전륜의 타이어각을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계; 및
제어기가 상기 결정된 전륜의 필요 타이어 회전각만큼 보상을 위해 전륜의 인휠모터를 구동하여 스티어링 부하를 축소하는 단계를 포함하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서,
제어기는 운전자 조타시 조향 모터에 인가할 모터 전류를 결정하고,
상기 결정된 모터 전류가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서,
제어기는 운전자 조타시 조향 모터가 출력해야 하는 토크를 결정하고,
상기 결정된 토크가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스티어링 부하의 상태를 판단하는 단계에서,
제어기는 운전자 조타시 조향 모터에 인가할 모터 전류를 결정하고,
상기 결정된 모터 전류가 조향 모터에 인가할 수 있는 최대 전류량 대비 미리 설정된 기준비율 이상의 전류 값이면, 상기 스티어링 부하의 상태가 상기 정해진 수준 이상의 고부하 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계에서, 상기 제어기는 스티어링 부하의 상태가 고부하 상태이면, 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태일 경우 브레이크 장치를 제어하여 전륜 브레이크를 강제 해제하며,
상기 스티어링 부하를 축소하는 단계의 수행 후, 상기 제어기는 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태가 유지되고 있는 경우 브레이크 장치를 제어하여 운전자 브레이크 페달 조작 상태에 따른 전륜 브레이크의 작동을 재개 및 복원하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 전륜 브레이크를 해제 상태로 유지하는 단계에서, 상기 제어기는 스티어링 부하의 상태가 고부하 상태이고 운전자에 의한 브레이크 페달 조작 상태일 경우, 후륜 브레이크의 작동 상태는 유지하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전륜의 타이어각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 운전자 조타시 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각으로부터 맵 또는 테이블을 이용하여 상기 검출된 조향각에 해당하는 전륜의 타이어각을 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전륜의 타이어각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 운전자 조타시 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각 정보와 차량 조향 장치에 대한 설정 정보로부터 정해진 수식을 이용하여 전륜의 타이어각을 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는 상기 결정된 전륜의 타이어각, 킹핀축에서 휠센터까지의 거리, 및 타이어 반경을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 단계에서, 상기 제어기는,
상기 결정된 전륜의 타이어각, 및 킹핀축에서 휠센터까지의 거리를 이용하여 조타 전후의 휠센터 이동거리를 결정하고,
상기 결정된 휠센터 이동거리와 타이어 반경을 이용하여 전륜의 필요 타이어 회전각을 결정하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 차량의 제어 방법.