KR20210080659A - 후륜 조향 제어 장치 및 후륜 조향 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조향각 센서로부터 조향각 정보를 획득하여, 상기 조향각 정보로부터 요구 조향속도를 연산하여 선회상태를 추정하는 선회상태 추정부, 상기 요구 조향속도가 속도 임계값 이상인 경우, 상기 요구 조향속도에 맞는 정상상태 횡가속도를 예측하는 정상상태 횡가속도 예측부 및 상기 조향각 및 상기 횡가속도에 따른 후륜 조향각을 계산하는 후륜조향각 계산부를 포함하는 후륜 조향 제어 장치로서, 본 발명에 의하면, 운전자 조타시 후륜 조향을 제어하여 요 레이트-롤 각 지연시간을 줄임으로써 운전자에게 선회 일체감을 제공할 수 있다.

Description

후륜 조향 제어 장치 및 후륜 조향 제어 방법{CONTROL APPARATUS AND METHOD OF REAR WHEEL STEER}
본 발명은 후륜 구동 가능한 차량의 조향을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
4륜 구동 자동차는 동시에 네 바퀴에 동력 전달이 가능하여 2륜 구동에 비해 안전성과 운전 밸런스에서 우수한 성능을 발휘한다.
4륜 구동은 운전자 조타 시 조향각과 조향속도에 따라 후륜의 조향을 제어하는 것으로서, 도 1과 같이 저속에서는 운전자 조타 방향과 반대 방향으로 후륜 조타하여(역상 제어) 차량의 선회 반경을 축소시키고, 고속에서는 운전자 조타 방향과 동일한 방향으로 후륜 조타하여(동상 제어) 고속 선회시 안정성을 향상시키도록 제어한다.
그런데, 이 같은 종래의 4륜 구동 방식에 의하면, 운전자 조타 중 후륜 조향이 지속적으로 발생하여 2륜 구동에 비해 조향 이질감이 발생하는 단점이 있다.
운전자의 조타시 차량은 조향각 발생, 요 레이트(Yaw-rate) 발생, 롤(roll) 각 발생 순서로 거동하게 된다. 이때, 순차적으로 발생하는 조향각-요 레이트 및 요 레이트-롤 각 사이에 지연이 길수록 운전자는 차량의 핸들링 반응이 둔하다고 느끼게 된다.
그러므로, 특히 고속 동상 제어시 요 레이트(Yaw-rate)가 작게 발생하여 운전자가 민첩한 조향감을 느끼기 어려운 점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0125666호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 운전자 조타시 후륜 조향을 제어하여 요 레이트-롤 각 지연시간을 줄임으로써 운전자에게 선회 일체감을 제공할 수 있는 후륜 조향 제어 장치 및 후륜 조향 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 후륜 조향 제어 장치는, 조향각 센서로부터 조향각 정보를 획득하여, 상기 조향각 정보로부터 요구 조향속도를 연산하여 선회상태를 추정하는 선회상태 추정부, 상기 요구 조향속도가 속도 임계값 이상인 경우, 상기 요구 조향속도에 맞는 정상상태 횡가속도를 예측하는 정상상태 횡가속도 예측부 및 상기 조향각 및 상기 횡가속도에 따른 후륜 조향각을 계산하는 후륜조향각 계산부를 포함한다.
여기서, 상기 정상상태 횡가속도 예측부는 상기 조향각 및 휠속 정보를 반영하여 상기 횡가속도를 예측하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 조향토크 센서로부터 조향토크 정보를 획득하여, 상기 조향토크 정보에 의해 운전자의 선회의지를 판단하는 조타의지 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선회상태 추정부는 상기 조향토크가 토크 임계값 이상인 경우, 선회상태를 추정하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 후륜 조향 제어 방법은, 조향속도를 연산하는 단계, 상기 조향속도를 속도 임계값과 비교하는 단계, 상기 조향속도가 속도 임계값 이상이면 상기 조향속도에 맞는 횡가속도를 연산하는 단계 및 상기 횡가속도를 기반으로 후륜 조향각을 계산하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 조향속도가 속도 임계값 미만이면 후륜 조향각 제어량을 축소하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 횡가속도를 연산하는 단계는 조향각 센서로부터 획득한 조향각 정보 및 휠속 센서로부터 획득한 휠속 정보를 반영하여 사익 횡가속도를 연산하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 조향속도를 연산하는 단계 이전, 조향토크를 토크 임계값과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그래서, 상기 조향토크가 토크 임계값 이상이면 상기 조향속도를 연산하는 단계를 수행하고, 상기 조향토크가 토크 임계값 미만이면 제어를 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 후륜 조향 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 조타 초기에 후륜에서 횡력 발생이 빠르게 일어나면서, 요 레이트와 롤 각 발생의 지연시간을 줄일 수 있어 운전자에게 선회 일체감을 제공할 수가 있다.
그리고, 조타 초기에 전륜, 후륜의 횡 슬립 크기 및 변동폭이 감소하여 보다 안정적인 선회가 가능하게 하여 차량 안정성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 선회 정상상태에서 후륜 조향 제어량을 축소하여 후륜 조향에 의해 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수가 있다.
도 1은 일반적인 후륜 조향 방식을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 후륜 조향 제어 장치를 블록화하여 도시한 것이다.
도 3은 시간에 따른 본 발명에 의한 후륜 조향 제어 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 후륜 조향 제어 방법을 순서적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 후륜 조향 방식의 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 롤 각의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 타이어 횡슬립 변화를 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 후륜 조향 제어 장치를 블록화하여 도시한 것이고, 도 3은 시간에 따른 본 발명에 의한 후륜 조향 제어 상태를 나타낸 것이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 후륜 조향 제어 장치를 설명하기로 한다.
본 발명의 후륜 조향 제어 장치는 운전자에 선회 일체감을 제공하기 위해, 운전자 조타에 의해 차량 선회시 요 레이트(Yaw-rate)-롤(roll) 지연 시간을 최소화하기 위한 것이다.
그리고, 롤을 빠르게 발생시키기 위해서는 후륜 타이어 횡력을 빠르게 생성시켜야 한다.
이를 위해 본 발명은 운전자 조타 초기(과도 상태)에 미리 운전자가 원하는 횡가속도를 예측하고, 과도 상태에서 운전자가 원하는 횡가속도가 빠르게 생성될 수 있도록 후륜 조향을 제어하는 것이다.
그리고, 이후 정상 상태에 진입하면 후륜 조향 제어의 이질감을 최소화하기 위해 제어량을 축소시켜 제어한다.
본 발명의 후륜 조향 제어 장치(10)는 조타의지 판단부(11), 선회상태 추정부(12), 정상상태 횡가속도 예측부(13), 후륜조향각 계산부(14)를 포함하고, 후륜 조향 제어 장치(10)는 ECU(Electronic Control Unit)의 일부 구성 및 기능으로 구현되거나, 별도 구성될 수 있다.
후륜 조향 제어 장치(10)는 조향토크 센서, 조향각 센서, 휠속 센서 등 센서의 계측값을 통해 횡가속도, 후륜 조향각을 순차적으로 산출하여, 후륜 조향 엑츄에이터를 제어하게 된다.
먼저, 조타의지 판단부(11)는 조향토크 센서로부터 획득한 조향토크 정보를 바탕으로 운전자의 선회의지를 판단한다. 선회 의지가 없는 범프, 포트홀 등의 외란에 의한 조타 발생 시 후륜 조향 제어 개입을 하지 않기 위함이다.
선회상태 추정부(12)는 조향각 센서로부터 획득한 조향각 정보를 미분하여 운전자가 의도하는 조향속도를 계산한다. 이는 운전자 조타 시 선회 과도상태인지 선회 정상상태인지를 판단하기 위함이다.
그리고, 정상상태 횡가속도 예측부(13)는 조향각 센서 및 휠속 센서로부터 획득한 조향각, 휠속 정보를 바탕으로 운전자가 원하는 정상상태 횡가속도를 예측한다.
다음, 후륜조향각 계산부(14)는 선회 과도상태에서 운전자 조향각, 운전자가 원하는 횡가속도 정보를 바탕으로 후륜타이어 횡력을 빠르게 발생시키기 위한 후륜조향각을 계산한다.
그리고, 이후 선회 정상상태 진입 시 후륜 조향 제어에 의한 이질감 저감을 위해 후륜 조향 제어량을 축소시키도록 제어한다.
한편, 횡가속도의 크기 예측 및 후륜 조향각 크기 결정에 대해 도 3을 참조하여 선회 과도상태와 선회 정상상태를 구분하여 보다 자세히 살펴본다.
먼저, 선회 과도상태에서 조타의지 판단부(11)에서는 운전자 조향토크가 변함을 인지하여 후륜조향제어 장치를 작동시킨다.
그리고, 선회상태 추정부(12)에서는 조향각 미분을 통해 조향속도가 빠름을 알아내고, 선회 과도상태에 진입했음을 판단한다.
그러면, 정상상태 횡가속도 예측부(13)에서 운전자가 원하는 횡가속도의 크기를 예측하며, 횡가속도의 크기는 다음 식에 의해 예측할 수 있다.
Figure pat00001
이와 같이 횡가속도를 예측하고, 최종적으로 후륜 조향각 계산부(14)에서는 횡가속도를 빠르게 발생시키기 위해서 후륜타이어 횡력 생성을 위한 후륜 조향각을 계산한다.
그리고, 선회 정상상태에서 조타의지 판단부(11)에서는 운전자 조향각과 조향토크가 남아있음을 인지하고, 운전자의 추가적인 조타에 대비하여 후륜 조향 제어 장치를 지속적으로 작동시킨다.
선회상태 추정부(12)에서는 조향속도가 매우 작음을 인지하고 선회 정상상태에 진입했음을 판단한다.
그러므로, 정상상태 횡가속도 예측부(13)에서는 선회 정상상태에서 운전자가 원하는 횡가속도 크기를 예측하지 않는다.
그리고, 후륜 조향각 계산부(14)에서는 선회 정상상태에서 후륜 조향 제어에 의한 운전자 이질감 감소를 위해 남아있는 후륜 조향 제어량을 축소시켜 제어한다.
한편, 선회 과도상태와 선회 정상상태에서의 후륜 조향각 계산을 살펴보면, 먼저 선회 과도상태시 후륜조향각 계산부(14)는 선회 정상상태에서 발생할 횡력이 조타 초기에 미리 성장할 수 있도록 후륜 조향각을 운전자 조타각과 동일한 방향으로 제어하고, 후륜 조향각 크기는 다음 식과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00002
그리고, 선회 정상상태에서는, 후륜제어량이 남아있을 경우 운전자에게 조향이질감을 제공할 수 있기 때문에 남은 후륜 조향 제어량을 천천히 축소시킨다.
이때, 후륜 조향각 크기는 다음 식과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3, 4에서 계수는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00004
본 발명의 후륜 조향 제어 장치는 이상에서 설명한 구성에 의해서 살펴본 바와 같은 제어 동작을 수행하고, 이하에서는 이를 토대로 본 발명의 후륜 조향 제어 방법을 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
후륜 조향 제어 장치(10)는 조향토크 센서, 조향각 센서, 휠속 센서 등 센서로부터 정보를 획득하고(S11), 조타의지 판단부(11)에서는 조향토크를 토크 임계값(Tq_Thd)과 비교한다(S12).
비교 결과, 조향토크가 토크 임계값 이상이면 운전자의 선회 의지가 있다고 판단하여 후륜 조향 제어를 시작하고, 조향토크가 토크 임계값 미만이면 후륜 조향 제어를 종료한다.
후륜 조향 제어 개시에 의해 선회상태 추정부(12)는 조향속도를 연산한다(S13). 그리고, 조향속도를 속도 임계값(Spd_Thd)과 비교한다(S14).
조향속도를 속도 임계값과 비교한 결과, 조향속도가 속도 임계값 이상이면 선회 과도상태인 것으로 판단하고, 조향속도가 속도 임계값 미만이면 선회 정상상태인 것으로 판단한다.
그 결과, 선회 과도상태로 판단되면, 정상상태 횡가속도 예측부(13)에서는 조향각과 휠속을 활용하여 운전자가 원하는 횡가속도를 연산한다(S15).
그리고, S15에서 계산된 횡가속도를 기반으로 후륜 조향각 계산부(14)는 후륜 조향각을 계산하여(S16), 그 값에 따라 후륜 엑츄에이터를 제어한다.
반면, S14 판단 결과 선회 정상상태로 판단되면, 후륜 조향각 계산부(14)는 그에 따른 후륜 조향각을 계산하여 잔존하는 후륜 조향 제어량을 축소시킨다(S17).
나아가, 본 발명은 이상과 같은 제어 방법에 기존의 제어 방법을 병합하여 제어하는 것이 가능하다.
즉, 도 5에서 참조되는 바와 같이, 저속에서 역상 제어, 고속에서 동상 제어를 병합함으로써 운전자 조타각에 따라 도시와 같이 앞서 설명한 바와 같이 선회 과도상태에서 빠른 제어 후 동상 제어될 수 있게 할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 후륜 조향 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 조타 초기에 후륜에서 횡력 발생이 빠르게 일어나면서, 도 6과 같이 요 레이트와 롤 각 발생의 지연시간을 줄일 수 있어 운전자에게 선회 일체감을 제공할 수가 있다.
그리고, 도 7과 같이 조타 초기에 전륜, 후륜의 횡 슬립 크기 및 변동폭이 감소하여 보다 안정적인 선회가 가능하게 하여 차량 안정성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 선회 정상상태에서 후륜 조향 제어량을 축소하여 후륜 조향에 의해 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수가 있다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10 : 후륜 조향 제어 장치
11 : 조타의지 판단부
12 : 선회상태 추정부
13 : 정상상태 횡가속도 예측부
14 : 후륜 조향각 계산부

Claims (9)

  1. 조향각 센서로부터 조향각 정보를 획득하여, 상기 조향각 정보로부터 요구 조향속도를 연산하여 선회상태를 추정하는 선회상태 추정부;
    상기 요구 조향속도가 속도 임계값 이상인 경우, 상기 요구 조향속도에 맞는 정상상태 횡가속도를 예측하는 정상상태 횡가속도 예측부; 및
    상기 조향각 및 상기 횡가속도에 따른 후륜 조향각을 계산하는 후륜조향각 계산부를 포함하는,
    후륜 조향 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정상상태 횡가속도 예측부는 상기 조향각 및 휠속 정보를 반영하여 상기 횡가속도를 예측하는 것을 특징으로 하는,
    후륜 조향 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    조향토크 센서로부터 조향토크 정보를 획득하여, 상기 조향토크 정보에 의해 운전자의 선회의지를 판단하는 조타의지 판단부를 더 포함하는,
    후륜 조향 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 선회상태 추정부는 상기 조향토크가 토크 임계값 이상인 경우, 선회상태를 추정하는 것을 특징으로 하는,
    후륜 조향 제어 장치.
  5. 조향속도를 연산하는 단계;
    상기 조향속도를 속도 임계값과 비교하는 단계;
    상기 조향속도가 속도 임계값 이상이면 상기 조향속도에 맞는 횡가속도를 연산하는 단계; 및
    상기 횡가속도를 기반으로 후륜 조향각을 계산하는 단계를 포함하는,
    후륜 조향 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 조향속도가 속도 임계값 미만이면 후륜 조향각 제어량을 축소하는 단계를 더 포함하는,
    후륜 조향 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 횡가속도를 연산하는 단계는 조향각 센서로부터 획득한 조향각 정보 및 휠속 센서로부터 획득한 휠속 정보를 반영하여 사익 횡가속도를 연산하는 것을 특징으로 하는,
    후륜 조향 제어 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 조향속도를 연산하는 단계 이전, 조향토크를 토크 임계값과 비교하는 단계를 더 포함하는,
    후륜 조향 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조향토크가 토크 임계값 이상이면 상기 조향속도를 연산하는 단계를 수행하고, 상기 조향토크가 토크 임계값 미만이면 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는,
    후륜 조향 제어 방법.
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