KR20220145991A - 차량의 조향 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 차량의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 차량의 조향 휠을 이용한 운동이 가능하게 함으로써, 운전 중 차량 내부에서 용이하게 운동이 가능하고 졸음 운전을 예방할 수 있는 차량의 조향 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

차량의 조향 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF WHEEL STEERING OF VEHICLE}
본 실시예들은 차량의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 조향 시스템은 차량이 운전자가 조향 휠(Steering Wheel)에 가한 조향력(또는 회전력)을 바탕으로 차륜의 조향각을 변화시킬 수 있는 시스템을 의미한다. 최근에는 조향 휠의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위해 전동식 파워 조향 시스템(EPS, Electric Power Steer)이 차량에 적용되고 있다. 그리고, 최근에는 스티어 바이 와이어 기반의 차량 조향 장치에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 최근의 현대인들은 바쁜 생활 패턴으로 인해 별도의 운동 시간을 내기 힘든 실정으로 이에 따라 운동 부족으로 인한 건강 상 위험이 뒤따르고 있다. 특히, 차량에서 오랜 시간을 보내는 직장인의 경우 운동 부족으로 인해 체력이 뒷받침되지 않아 차량에서 쉽게 피로해져 졸음 운전에 따른 안전 사고가 유발될 가능성이 있다는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선하고자 현대인들은 일상 생활 특히 운전 중에 시간을 쪼개어 용이하게 운동을 실시하여 건강을 증진시키고, 졸음 운전에 따른 안전 사고를 예방할 수 있도록 차량 내에서 운동을 할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예들은 차량의 조향 장치를 이용하여 차량 내부에서 운동을 할 수 있는 차량의 조향 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정하는 운동 모드 결정부, 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 반력 모터에 의한 부하를 생성하는 부하 생성부 및 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력하는 상태 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정하는 운동 모드 결정 단계, 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 반력 모터에 의한 부하를 생성하는 부하 생성 단계 및 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력하는 상태 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 차량의 조향 장치를 이용하여 차량 내부에서 운동을 할 수 있는 차량의 조향 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시가 적용될 수 있는 스티어 바이 와이어 기반의 차량 조향 장치의 전체적인 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 부하 생성부의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 부하 생성부의 부하 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시는 차량의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 개시가 적용될 수 있는 스티어 바이 와이어 기반의 차량 조향 장치의 전체적인 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어(Steer by wire)기반의 차량 조향 시스템은 조향 휠(Steering wheel)(100), 스티어링 컬럼 모듈(Steering column module, SCM)(120), 스티어링 랙 모듈(Steering rack module, SRM)(130), 제어 모듈(110) 및 휠(Wheel)(140) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
조향 휠(100)은 사용자의 조작에 의해 작동될 수 있다. 예를 들어, 조향 휠(100)은 사용자의 조작에 의해 회전되고, 이를 기반으로 차량의 진행 방향을 결정 또는 변경할 수 있다.
스티어링 컬럼 모듈(120)은 조향 휠(100)과 연결될 수 있다. 또한, 스티어링 컬럼 모듈(120)은 조향 축, 반력 모터 및 각각의 센서 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 조향 축은 조향 휠(100)과 연결될 수 있다. 또한, 조향 축은 조향 휠(100)이 회전하면, 회전하는 조향 휠(100)에 대응하여 회전할 수 있다. 반력 모터는 조향축과 연결될 수 있다. 또한, 반력 모터는 조향 휠(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하여 조향 휠(100)에 조향 반력을 제공함으로써 사용자에게 적절한 조향감을 느끼게 할 수 있다. 각각의 센서는 조향각 센서, 토크 센서 및 조향각 속도 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 다만, 센서의 종류는 스티어링 컬럼 모듈(120)에 포함된 각종 구성 요소들의 상태를 측정할 수 있다면, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 조향각 센서는 조향 휠(100)의 회전각인 조향각을 측정할 수 있다. 토크 센서는 조향 휠(100)이 회전함에 따라 조향축에 발생하는 토크를 측정할 수 있다. 조향각 속도 센서는 조향 휠(100)의 회전각속도인 조향각 속도를 측정할 수 있다.
스티어링 랙 모듈(130)은 스티어링 컬럼 모듈(120)과 기계적으로 분리될 수 있다. 또한, 스티어링 랙 모듈(130)은 조향 모터, 피니언(pinion), 랙(rack) 및 각각의 센서 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 조향 모터는 구동 전류에 의해 구동될 수 있다. 조향 모터는 구동 전류에 상응하는 구동 토크를 발생할 수 있고, 발생된 구동 토크에 기반하여 조향 휠(100)에 조향력을 제공할 수 있다. 피니언은 조향 모터와 연결될 수 있다. 피니언은 조향 모터에서 발생된 구동 토크에 기반하여 회전 운동을 할 수 있다. 랙은 피니언과 연결될 수 있다. 랙은 피니언의 회전 운동에 기반하여 직선 운동을 할 수 있다. 즉, 피니언과 랙은 조향 모터의 구동 토크를 바탕으로 조향 휠(100)에 조향력을 제공하여 조향 휠(100)의 방향을 변화시킬 수 있다. 각각의 센서는 랙 위치 센서, 랙 변위 센서, 피니언각 센서 및 피니언각속도 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 다만, 센서의 종류는 스티어링 랙 모듈(130)에 포함된 각종 구성 요소들의 상태를 측정할 수 있다면, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 랙 위치 센서는 랙의 위치를 측정할 수 있고, 랙 변위 센서는 랙의 변위를 측정할 수 있다. 피니언각 센서는 피니언의 회전각인 피니언의 각을 측정할 수 있다. 그리고, 피니언각속도 센서는 피니언의 회전각속도 인 피니언의 각속도를 측정할 수 있다.
제어 모듈(110)은 스티어링 컬럼 모듈(120) 및 스티어링 랙 모듈(130)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(110)은 스티어링 컬럼 모듈(120) 및 스티어링 랙 모듈(130)에 포함된 각각의 구성요소들로부터 각 각의 정보들을 제공받고, 제공받은 정보들을 이용하여 제어신호를 생성하며, 생성된 제어신호에 기반하여 스티어링 컬럼 모듈(120) 및 스티어링 랙 모듈(130)에 포함된 각각의 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 모듈(110)은 차량에 배치 되는 각각의 센서들의 동작을 제어할 수 있다. 제어 모듈(110)은 차량에 배치되는 각각의 센서들의 동작을 제어하여 이들로부터 각각의 센서 정보들을 바탕으로 각각의 제어신호를 생성하고, 생성된 각각의 제어신호를 이용하여 스티어링 컬럼 모듈(120) 및 스티어링 랙 모듈(130)에 포함된 각각의 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 제어 모듈(110)은 조향 제어 장치를 의미할 수 있다. 또한, 제어 모듈(110)의 상세한 내용은 도3 내지 도7을 참조하여 후술한다.
휠(Wheel)(140)은 스티어링 랙 모듈(130)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 조향 모터는 랙바와 연결되어 조향 모터의 회전력을 랙바에 전달하면서 랙의 축방향 직선 이동력으로 전환할 수 있다. 또한, 랙의 직선 이동력은 타이 로드(tie rod) 및 너클 암(knuckle arm)을 통해 연결된 휠(140)에 전달될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량 조향 장치는 MCU(Micro Control Unit)(220) 및 인버터(230)를 구비하는 전자제어장치(110), 토크 센서(250), 전류 센서(260), 반력 모터(240) 및 사용자 인터페이스(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 개시의 차량의 조향 제어 장치는 전자제어장치(110)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조향 제어 장치는 평상 모드 실행 시, 토크 센서(250)에서 사용자의 조향 토크를 감지하면 MCU(220)는 PWM 펄스를 발생시켜 인버터(230)를 제어하여 반력 모터(240)를 구동할 수 있다. 이 때, 반력 모터(240)에 흐르는 전류는 전류센서(260)를 통하여 MCU(220)로 피드백되어 PWM 펄스의 듀티비(Duty ratio)를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예를 들어, 조향 제어 장치는 운동 모드 실행 시, MCU(220)는 인버터(230)를 제어하여 반력 모터(240)를 구속할 수 있고, PWM 펄스의 듀티비를 이용하여 구속력의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 조향 제어 장치는 운동 모드 실행 시, 발생하는 반력 모터(240)의 구속력에 의해 교류 전원을 생성하고, 이를 직류 전원으로 변환하여 배터리(270)를 충전하게 할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치(110)는 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터(240)의 운동 모드 실행을 결정하는 운동 모드 결정부(310), 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터(230)의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 반력 모터(240)에 의한 부하를 생성하는 부하 생성부(320) 및 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력하는 상태 출력부(330)를 포함할 수 있다.
운동 모드 결정부(310)는 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터(240)의 운동 모드 실행을 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동 모드 결정부(310)는 차량 운행 정보로부터 획득한 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태에 해당되는 경우 또는 사용자 정보로부터 획득한 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태에 해당되는 경우를 운동 모드 실행의 조건으로 미리 설정할 수 있다. 따라서 운동 모드 결정부(310)는 차량이 미리 설정된 운동 모드 실행 조건에 만족되면, 사용자로부터 운동 요청 정보의 입력 여부에 따라 반력 모터(240)의 운동 모드 실행을 결정할 수 있다.
다른 예를 들어, 운동 모드 결정부(310)는 운동 모드 실행이 결정되면, 사용자로부터 선택된 운동 모드 실행의 단계에 기초하여 운동 부위, 운동 방향 및 운동 각도 중 적어도 하나를 변경하여 실행하도록 결정할 수 있다. 구체적으로, 운동 모드 실행의 단계는 팔 운동 또는 어깨 운동, 오른쪽 방향 회전 운동 또는 왼쪽 방향 회전 운동, ±120도 회전 운동 등 사용자의 의사에 따라 조향 휠(100)을 이용한 운동이 가능한 범위로 선택될 수 있다.
부하 생성부(320)는 운동 모드 실행이 결정되면 인버터(230)의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 반력 모터(240)에 의한 부하를 생성할 수 있다. 예를 들어, 부하 생성부(320)는 반력 모터의 토크 센서 신호를 기준으로 스위칭 동작을 제어하여 부하를 생성할 수 있다. 구체적으로, 부하 생성부(320)는 인버터(230)의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 어느 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시키도록 스위칭 동작을 제어하여 반력 모터(240)의 각 상 모터 코일을 단락시켜 부하를 생성할 수 있다.
다만, 부하 생성부(320)는 운동 모드 실행에 따라 부하를 생성하여 제공 시에는 스티어링 피드백 엑추에이터(Steering Feedback Actuator, SFA)만 동작시키고, 조향 모터, 랙, 휠 등을 포함하는 로드 휠 엑추에이터(Road Wheel Actuator,RWA)의 동작은 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 부하 생성부(320)는 운동 모드 실행 시에는 반력 모터가 동작함에도조향 모터는 동작시키지 않을 수 있다. 구체적인 예를 들어, 부하 생성부(320)는 운동 모드 실행이 결정되면 반력 모터의 동작과 별개로 조향 모터의 동작을 정지시킴으로써, 조향 모터와 연결된 차량의 휠을 고정할 수 있다. 따라서, 차량의 휠이 고정됨에 따라 운동 모드 실행 시 발생될 수 있는 기계 부품 또는 타이어의 마모 등을 방지하는 효과를 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 부하 생성부(320)는 스위칭 동작을 결정하는 듀티비를 변경하여 부하의 크기를 조절하고, 부하의 크기에 따라 운동 강도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 부하 생성부(320)는 스위칭 동작의 온 또는 오프 시간 조절을 통해 듀티비를 변경하고, 부하의 크기를 최적 부하(Optimal load)부터 무부하(No load)까지 조절하여 생성할 수 있다. 또한, 부하 생성부(320)는 생성된 부하의 크기에 따라 운동강도를 대, 중, 소로 조절할 수 있다.
상태 출력부(330)는 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 상태 출력부(330)는 운동 모드 실행에 따른 사용자의 운동량을 확인하기 위하여 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 시간, 소모 열량 및 운동으로 인한 배터리의 충전량을 실시간으로 계산하여 출력할 수 있다.
배터리 충전부(340)는 운동 모드 실행 시, 차량의 조향 휠(100)의 회전에 따라 발생하는 반력 모터(240)의 구속력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전부(340)는 운동 모드 실행 시, 차량의 조향 휠(100)이 회전하는 반면에 조향 축이 회전되지 않도록 반력 모터(240)의 구속력이 발생되면, 운동으로 인해 생성된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(270)를 충전하게 할 수 있다. 즉, 배터리 충전부(340)는 운동 모드 실행 시, 반력 모터(240)의 구속력을 발생시키기 위해 스위칭 소자를 단락시키고 공급되는 전류를 차단시킬 수 있다. 이를 통해 반력 모터(240)는 발전기 상태로 동작할 수 있고, 반력 모터(240)의 발생 전류는 배터리(270)를 충전시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치가 운동 모드 실행 시 제어 동작에 대한 일 예를 설명한다. 일 예로, 운동 모드 결정부(310)는 차량 운행 정보 및 사용자 정보를 획득하여 운동 모드 실행이 가능한 조건인지 여부를 판단할 수 있다(S410). 일 예로, 운동 모드 결정부(310)는 차량 운행 정보로부터 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 차량 운행 정보는 차량 주행 중 차량을 제어하기 위하여 활용하는 정보로 차량에 구비된 각종 유닛을 통하여 획득되는 정보일 수 있다. 구체적으로, 차량 운행 정보는 내비게이션 정보, 차량의 제어 상태 정보 또는 차량의 위치 정보 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운동 모드 결정부(310)는 시간대 별로 내비게이션 정보 또는 차량의 위치 정보 등을 이용하여 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 또는 운동 모드 결정부(310)는 차량의 자이로 센서나 가속도 센서 등을 이용하여 차량의 주차 상태를 판단할 수 있다. 또는 운동 모드 결정부(310)는 시간대 별 차량의 위치 정보를 이용하여 차량의 주차 상태를 판단할 수도 있다. 또는 운동 모드 결정부(310)는 차량의 정차 상태로 판단할 수 있는 임계 속도를 미리 설정하고, 차량의 휠속이 임계 속도 미만일 경우 정차 상태로 판단할 수 있다. 따라서 운동 모드 결정부(310)는 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태에 해당하면 미리 설정된 조건에 만족된다고 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 운동 모드 결정부(310)는 사용자 정보로부터 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 사용자 정보는 차량 주행 중 사용자의 상태를 모니터링하기 위하여 활용하는 정보로 차량 내부의 적외선 카메라 및 센서를 통하여 획득되는 정보일 수 있다. 구체적으로, 사용자 정보는 사용자의 동작정보, 안면정보, 눈 및 입모양 정보, 체온, 맥박, 및 뇌파 등에 대한 정보 또는 운전 시간 정보 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운동 모드 결정부(310)는 사용자의 동작정보, 안면정보와 눈 및 입모양 정보를 이용하여 사용자의 졸음의 전조 행동 유무를 인지하여 사용자의 졸음 운전 상태를 판단할 수 있다. 또는, 운동 모드 결정부(310)는 차량의 운전 시간 정보를 이용하여 장시간 운전 상태를 판단할 수 있다. 따라서 운동 모드 결정부(310)는 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태에 해당하면 미리 설정된 조건에 만족된다고 판단할 수 있다.
운동 모드 결정부(310)는 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 운동 모드 실행을 결정할 수 있다(S420). 운동 모드 결정부(310)는 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자의 운동 요청 정보 입력에 따라 운동 모드 실행을 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동 모드 결정부(310)는 사용자로부터 버튼, 터치, 음성 인식 중에서 적어도 하나를 이용하여 차량의 운동 모드로 전환하기 위한 운동 요청 정보를 입력받을 수 있다. 다만, 운동 모드 결정부(310)는 입력된 운동 요청 정보에 의해 운동 모드 실행을 결정하기 위해서는 운동 모드 실행이 가능한 조건인지 여부의 판단이 우선될 수 있다. 예를 들어, 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태에 해당되면, 운동 요청 정보는 실행 가능한 제어 신호일 수 있다.
부하 생성부(320)는 운동 모드 실행의 단계를 선택할 수 있다(S430). 일 예로, 부하 생성부(320)는 사용자로부터 선택된 운동 모드 실행의 단계에 기초하여 운동 부위, 운동 방향 및 운동 각도 중 적어도 하나를 변경하여 실행하도록 조향 휠의 동작 범위를 결정할 수 있다. 예를 들어, 부하 생성부(320)는 조향 휠의 동작 범위가 운동 부위에 따라 한팔 운동, 두팔 운동 또는 어깨 운동에 적합하도록 변경된 운동 모드 실행의 단계를 결정할 수 있다. 또는 부하 생성부(320)는 조향 휠의 회전 방향이 반시계(Counterclockwise, CCW)방향 회전, 시계(Clockwise, CW)방향 또는 양방향 회전하도록 변경된 운동 모드 실행의 단계를 결정할 수 있다. 또는, 부하 생성부(320)는 조향 휠의 회전 각도를 설정하고 설정된 범위 내에서 운동하도록 운동 각도가 변경된 운동 모드 실행의 단계를 결정할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 사용자는 운동 모드 실행 단계를 선택하여 두 팔 운동, 양 방향 운동, ±120도 운동할 수 있도록 결정할 수 있다.
부하 생성부(320)는 부하의 크기를 조절하여 운동 강도를 조절할 수 있다(S440). 일 예로, 부하 생성부(320)는 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시켜 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시키는 방식으로 부하를 생성할 수 있다. 다른 일 예로, 부하 생성부(320)는 스위칭 동작을 결정하는 듀티비를 변경하여 부하의 크기를 조절하는 방식으로 운동 강도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 부하 생성부(320)는 생성되는 부하의 평균 크기를 최대화하기 위해 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)를 통하여 듀티비를 증가시킬 수 있고, 조절된 듀티비에 따라 스위치를 온 또는 오프 동작시킬 수 있다.
상태 출력부(330)는 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력할 수 있다(S450). 일 예로, 상태 출력부(330)는 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 속도에 따른 운동량을 자동 계산하고, 운동 결과에 의한 칼로리를 자동 계산하여 출력할 수 있다. 구체적으로 운동강도에 따른 지방연소, 심폐기능 강화 등의 운동 강도에 따른 운동량 표시, 운동 속도에 따른 소모 칼로리 계산, 남, 여 연령 대에 따른 운동량 자동 계산 등이 수행하여 출력할 수 있다. 또한, 상태 출력부(330)는 블루투스 통신 제공, 맞춤형 건강관리 처방(운동 추천, 칼로리계산), 근력 운동 방법 제시 및 효과 제공 등을 수행하여 출력할 수 있다.
다른 일 예로, 상태 출력부(330)는 운동 모드 실행에 따른 발전된 전기 에너지를 전달받아 배터리를 충전하고 충전량을 출력할 수 있다. 구체적으로, 상태 출력부(330)는 충전되는 배터리의 전력량과 미리 설정된 배터리의 충전 허용량을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상태 출력부(330)는 운동 강도가 강하게 조절되거나 낮게 조절되는 경우, 운동 강도에 따라 미리 측정된 전력량을 근거로 운동량 및 충전량을 계산하여 출력할 수 있다.
또 다른 일 예로, 상태 출력부(330)는 사용자로부터 운동 모드 실행 여부, 운동 모드 실행의 단계, 운동 강도 등을 입력 받을 수 있도록 설정된 아이콘을 출력할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 부하 생성부의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 부하 생성부(320)가 인버터의 스위칭 동작을 제어하여 부하를 생성하는 일 예를 설명한다. 일 예로, 부하 생성부(320)는 토크 센서 신호에 의해 조타 신호의 부재인 경우, 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 어느 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시켜 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시키는 방식으로 부하를 생성할 수 있다. 여기서, 인버터의 각 스위칭 소자는 정전압 측 회로부에 연결된 상단 스위치 소자(520)와 음전압 측 회로부에 연결된 하단 스위칭 소자(510)로 구성될 수 있다. 또한, 인버터의 스위칭 소자는 각 상(U상, V상, W상)마다 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 이는 모터의 각 상 모터 코일에 연결될 수 있다.
예를 들어, 부하 생성부(320)는 각 상의 음전압 측에 연결된 3개의 하단 스위칭 소자(510)를 모두 온 동작시키고, 각 상의 정전압 측에 연결된 3개의 상단 스위칭 소자(520)를 모두 오프 동작시킴으로써 모터의 각 상 모터 코일을 단락시킬 수 있다. 이에 의해 모터의 구속력을 발생시킴으로써 모터에 의한 제동력이 발생될 수 있다. 또는, 부하 생성부(320)는 상단 스위칭 소자(520) 3개를 모두 온 동작 시키고, 하단 스위칭 소자(510) 3개를 모두 오프 동작시킴으로써 모터의 각 상 모터 코일을 단락시킬 수도 있다. 반면에, 부하 생성부(320)는 상단 스위칭 소자(520)와 하단 스위칭 소자(510)를 모두 오프 동작 시키는 경우에는 모터는 구속력을 발생시키지 않을 수 있다.
다른 일 예로, 부하 생성부(320)는 스위칭 동작을 결정하는 듀티비를 변경하여 부하의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 부하 생성부(320)는 부하의 크기 조절은 PWM 구동에 의한 전류 제어에 의해 이루어 질 수 있다. 구체적으로, 부하 생성부(320)는 온 동작 상태의 음전압 측에 연결된 3개의 하단 스위칭 소자(510)를 동시에 오프 동작을 하도록 하고, 이 때, 온 동작 시간을 부여하는 펄스폭을 제어함으로써 수행될 수 있다. 따라서 부하 생성부(320)는 펄스폭을 제어함으로써 원하는 크기의 제동 토크를 생성하고, 부하의 크기를 조절할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 부하 생성부의 부하 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 부하 생성부(320)가 부하를 생성하는 일 예를 설명한다. 일 예로, 부하 생성부(320)는 토크 센서 신호에 의한 조타 신호가 입력되지 않는 경우, 인버터의 스위칭 소자에 의해 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시켜 반력 모터의 Braking Torque 발생시킬 수 있다. 또한, 부하 생성부(320)는 발생된 반력 모터의 Braking Torque를 감속기의 감속비를 이용하여 System Braking Torque로 조절하여 원하는 부하를 생성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 부하 생성부(320)는 반력 모터에 1.8 Nm까지 Braking Torque (Retention Function)를 발생시킬 수 있다. 또한, 부하 생성부(320)는 22:1의 감속비를 가지는 감속기를 이용하여 System Braking Torque를 44 Nm까지 발생시킬 수 있다. 다만, 발생되는 Braking Torque의 크기, System Braking Torque의 크기 및 감속비는 일 예로, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 차량의 조향 제어 장치(110)가 수행할 수 있는 차량의 조향 제어 방법에 대해서 설명한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 조향 제어 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 차량의 조향 제어 방법은 운동 모드 결정 단계를 포함할 수 있다(S710). 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정할 수 있다. 예를 들어, 차량의 조향 제어 장치는 차량 운행 정보로부터 획득한 상기 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태에 해당되는 경우 또는 사용자 정보로부터 획득한 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태에 해당되는 경우를 운동 모드 실행의 조건으로 미리 설정할 수 있다. 따라서 차량의 조향 제어 장치는차량이 미리 설정된 운동 모드 실행 조건에 만족되면, 사용자로부터 운동 요청 정보의 입력 여부에 따라 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정할 수 있다.
다른 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 사용자로부터 선택된 상기 운동 모드 실행의 단계에 기초하여 운동 부위, 운동 방향 및 운동 각도 중 적어도 하나를 변경하여 실행하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동 모드 실행의 단계는 팔 운동 또는 어깨 운동, 오른쪽 방향 회전 운동 또는 왼쪽 방향 회전 운동, ±120도 회전 운동 등 사용자의 의사에 따라 조향 휠을 이용한 운동이 가능한 범위로 선택될 수 있다.
차량의 조향 제어 방법은 부하 생성 단계를 포함할 수 있다(S720). 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 반력 모터에 의한 부하를 생성할 수 있다. 예를 들어, 차량의 조향 제어 장치는 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 어느 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시키도록 스위칭 동작을 제어하여 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시켜 부하를 생성할 수 있다.
다른 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 스위칭 동작을 결정하는 듀티비를 변경하여 부하의 크기를 조절하고, 조절된 부하의 크기에 따라 운동 강도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 차량의 조향 제어 장치는 생성된 부하의 크기에 따라 운동강도를 대, 중, 소로 조절할 수 있다.
차량의 조향 제어 방법은 상태 출력 단계를 포함할 수 있다(S730). 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 차량의 조향 제어 장치는 운동 모드 실행에 따른 사용자의 운동량을 확인하기 위하여 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 시간, 소모 열량 및 운동으로 인한 배터리의 충전량을 실시간으로 계산하여 출력할 수 있다.
차량의 조향 제어 방법은 배터리 충전 단계를 포함할 수 있다(S740). 일 예로, 차량의 조향 제어 장치는 운동 모드 실행 시, 차량의 조향 휠의 회전에 따라 발생하는 반력 모터의 구속력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 예를 들어, 차량의 조향 제어 장치는 운동 모드 실행 시, 반력 모터의 구속력을 발생시키기 위해 스위칭 소자를 단락시키고 공급되는 전류를 차단시킬 수 있다. 이를 통해 반력 모터는 발전기 상태로 동작할 수 있고, 반력 모터의 발생 전류는 배터리를 충전시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 차량의 조향 장치를 이용하여 차량 내부에서 운동을 할 수 있는 차량의 조향 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 특히, 차량의 조향 휠을 이용한 운동이 가능하게 함으로써 운전 중 용이하게 운동이 가능하고 졸음 운전을 예방할 수 있는 차량의 조향 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정하는 운동 모드 결정부;
    상기 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 상기 반력 모터에 의한 부하를 생성하는 부하 생성부; 및
    상기 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력하는 상태 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동 모드 결정부는,
    상기 차량 운행 정보로부터 획득한 상기 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태이거나 상기 사용자 정보로부터 획득한 상기 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태라고 판단되면, 상기 조건에 만족된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동 모드 결정부는,
    상기 사용자로부터 선택된 상기 운동 모드 실행의 단계에 기초하여 운동 부위, 운동 방향 및 운동 각도 중 적어도 하나를 변경하여 실행하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 생성부는,
    상기 스위칭 동작을 결정하는 듀티비(Duty ratio)를 변경하여 상기 부하의 크기를 조절하고, 상기 부하의 크기에 따라 운동 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 생성부는,
    상기 반력 모터의 토크 센서 신호를 기준으로 상기 스위칭 동작을 제어하여 상기 부하를 생성하되, 상기 스위칭 동작은 상기 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시켜 상기 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시키는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동 모드 실행 시, 상기 차량의 조향 휠의 회전에 따라 발생하는 상기 반력 모터의 구속력을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상태 출력부는,
    상기 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 시간, 소모 열량 및 상기 배터리의 충전량을 실시간으로 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
  8. 차량의 차량 운행 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나의 정보가 미리 설정된 조건에 만족되면, 사용자로부터 입력된 운동 요청 정보에 기초하여 반력 모터의 운동 모드 실행을 결정하는 운동 모드 결정 단계;
    상기 운동 모드 실행 여부에 따라 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자가 동시에 스위칭 동작을 하도록 제어하여 상기 반력 모터에 의한 부하를 생성하는 부하 생성 단계; 및
    상기 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 상태 정보를 계산하여 출력하는 상태 출력 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 운동 모드 결정 단계는,
    상기 차량 운행 정보로부터 획득한 상기 차량의 상태가 주차 상태 또는 정차 상태이거나 상기 사용자 정보로부터 획득한 상기 사용자의 상태가 졸음 운전 상태 또는 장기간 운전 상태라고 판단되면, 상기 조건에 만족된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 운동 모드 결정 단계는,
    상기 사용자로부터 선택된 상기 운동 모드 실행의 단계에 기초하여 운동 부위, 운동 방향 및 운동 각도 중 적어도 하나를 변경하여 실행하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 부하 생성 단계는,
    상기 스위칭 동작을 결정하는 듀티비를 변경하여 상기 부하의 크기를 조절하고, 상기 부하의 크기에 따라 운동 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 부하 생성 단계는,
    상기 반력 모터의 토크 센서 신호를 기준으로 상기 스위칭 동작을 제어하여 상기 부하를 생성하되, 상기 스위칭 동작은 상기 인버터의 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자 중 한쪽의 스위칭 소자를 모두 온 동작시켜 상기 반력 모터의 각 상 모터 코일을 단락시키는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 운동 모드 실행 시, 상기 차량의 조향 휠의 회전에 따라 발생하는 상기 반력 모터의 구속력을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 충전 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상태 출력 단계는,
    상기 운동 모드 실행의 시작 시점으로부터 운동 시간, 소모 열량 및 상기 배터리의 충전량을 실시간으로 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
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