KR20230085745A

KR20230085745A - Steering control system for vehicle

Info

Publication number: KR20230085745A
Application number: KR1020210174205A
Authority: KR
Inventors: 강동엽; 이송; 이혜민; 안수용
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-06-14

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템은 조향 핸들; 상기 조향 핸들에 연결되어 회전하는 조향축; 그리고 상기 조향축에 탈착 가능하게 설치되어 차량의 진행 방향을 조절하는 조향부를 포함한다.A steering control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a steering wheel; a steering shaft that is connected to the steering wheel and rotates; And a steering unit that is detachably installed on the steering shaft to adjust the driving direction of the vehicle.

Description

Vehicle steering control system {STEERING CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 조향 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자율 주행 차량에 적용 가능한 차량용 조향 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a steering control system for a vehicle, and more particularly, to a steering control system for a vehicle applicable to an autonomous vehicle.

최근 자동차 기술의 발달과 더불어 운전자의 조작없이 스스로 운행할 수 있는 자율 주행 차량의 개발이 이루어지고 있다. 자율 주행 차량은 여러 가지의 센서와 제어 시스템을 인공지능으로 컨트롤 하여 스스로 운전이 가능하도록 자율 주행 기능을 가지는 자동차를 말한다.Recently, along with the development of automobile technology, autonomous vehicles capable of autonomous driving without driver manipulation have been developed. A self-driving vehicle refers to a vehicle that has an autonomous driving function so that it can drive itself by controlling various sensors and control systems with artificial intelligence.

한편, 전동식 조향 장치(Motor Driven Power Steering, MDPS)는 차량 조향 시 운전자가 핸들에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로써 조향을 용이하게 하는 장치이다. 즉, 운전자의 조향 의도를 조향 휠에 직결된 토크 센서를 통해서 판단하고 이 신호를 전동식 조향 장치가 받아서 현재 차량의 속력 등을 고려해 알맞은 힘을 제공하도록 모터를 구동함으로써 조향력을 보조한다. 전동식 조향 장치는 운전자의 조작력을 조향 기어 박스로 전달하는 조향 휠, 그리고 조향 휠의 조작력의 방향을 바꾸어 줌과 동시에 회전력을 증대시키는 조향 기어 박스와 같은 다양한 기구들을 포함한다.Meanwhile, a motor driven power steering (MDPS) is a device that facilitates steering by providing a portion of steering torque that a driver needs to apply to a steering wheel when steering a vehicle using an auxiliary power source. That is, the driver's steering intention is determined through a torque sensor directly connected to the steering wheel, and the electric steering device receives this signal and assists the steering force by driving a motor to provide an appropriate force in consideration of the current speed of the vehicle. The electric power steering device includes various mechanisms such as a steering wheel that transmits a driver's operating force to a steering gear box and a steering gear box that changes the direction of the steering wheel's operating force and simultaneously increases rotational force.

이러한 전동식 조향 장치에 자율 주행 기능을 추가하기 위해서는 다양한 기구들로 이루어진 전동식 조향 장치의 기계적인 구성을 변경하여야 하나, 이 경우 제조 비용이 증가하고, 장치의 구성이 복잡해져서 차량의 부피가 증가할 수 있다. In order to add an autonomous driving function to such an electric steering device, the mechanical configuration of the electric steering device composed of various mechanisms must be changed. there is.

본 발명의 일 실시예는 자율 주행 모드로의 변경이 용이한 차량용 조향 제어 시스템을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a steering control system for a vehicle that can be easily changed to an autonomous driving mode.

상기 조향부는 상기 조향축에 연결되는 조향 케이스, 상기 조향 케이스를 상기 조향축에 탈착시키는 탈착부, 그리고 상기 조향 케이스 내부에 설치되며 상기 조향축을 구동시키는 조향 구동부를 포함할 수 있다.The steering unit may include a steering case connected to the steering shaft, a detachable unit attaching and detaching the steering case to the steering shaft, and a steering driver installed inside the steering case and driving the steering shaft.

상기 조향 구동부는 상기 조향축에 회전력을 제공하는 구동 모터, 상기 상기 구동 모터의 회전력을 상기 조향축에 전달하는 구동 기어, 상기 상기 구동 모터의 상태를 감지하는 엔코더, 그리고 상기 구동 모터, 구동 기어, 그리고 엔코더를 제어하는 모터 드라이버를 포함할 수 있다.The steering drive unit includes a drive motor that provides rotational force to the steering shaft, a drive gear that transmits the rotational force of the drive motor to the steering shaft, an encoder that detects a state of the drive motor, and the drive motor, drive gear, And it may include a motor driver that controls the encoder.

상기 엔코더는 상기 구동 모터에 연결되는 제1 엔코더, 그리고 상기 조향축에 연결되는 제2 엔코더를 포함할 수 있다.The encoder may include a first encoder connected to the driving motor and a second encoder connected to the steering shaft.

상기 조향부는 상기 조향 케이스 내부에 설치되며 상기 조향 구동부를 무인 제어하는 조향 무인 제어부를 더 포함할 수 있다.The steering unit may further include an unattended steering control unit installed inside the steering case and unattendedly controlling the steering driving unit.

상기 조향 무인 제어부는 차량의 주행 경로에 관한 주행 데이터를 수신받는 수신부, 그리고 상기 주행 데이터를 이용하여 상기 조향 구동부를 조절하여 상기 차량의 조향각을 제어하는 조향각 제어부를 포함할 수 있다.The unmanned steering control unit may include a receiving unit that receives driving data related to a driving path of the vehicle, and a steering angle controller that controls the steering angle of the vehicle by adjusting the steering driving unit using the driving data.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템은 조향 구동에 관련된 조향 구동부와, 조향 구동부를 무인으로 제어할 수 있는 조향 무인 제어부가 하나의 조향 케이스 내부에 설치되어 일체형으로 조향축에 설치되므로, 자율 주행 기능을 차량에 추가하기 위해 조향 구동부의 기계적인 구성을 변경하지 않아도 되므로 자율 주행 모드의 추가가 용이하다. In the steering control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention, a steering driving unit related to steering driving and an unmanned steering control unit capable of unmannedly controlling the steering driving unit are installed inside one steering case and integrally installed on the steering shaft, Adding an autonomous driving mode is easy because it is not necessary to change the mechanical configuration of the steering drive to add autonomous driving capabilities to a vehicle.

또한, 탈착부에 의해 조향 구동부와 조향 무인 제어부를 포함하는 조향부를 조향축에 용이하게 탈착 가능하므로, 자율 주행 모드로의 변경이 용이하다. 따라서, 자율 주행 모드에서 운전자가 직접 차량을 조작하는 수동 모드로 안정적으로 전환시킬 수 있다.In addition, since the steering unit including the steering drive unit and the unmanned steering control unit can be easily attached and detached from the steering shaft by the detachable unit, changing to the autonomous driving mode is easy. Therefore, it is possible to stably switch from the autonomous driving mode to the manual mode in which the driver directly manipulates the vehicle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 조향 무인 제어부의 구체적인 도면이다.1 is a perspective view of a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention.
3 is a side view of a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed diagram of an unmanned steering control unit of a steering control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 상세하게 설명한다. Then, a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템의 측면도이다.1 is a perspective view of a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a vehicle steering control system according to an embodiment of the present invention. A side view of the steering control system.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 제어 시스템은 조향 핸들(100), 조향축(200), 그리고 조향부(300)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 to 3 , a steering control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a steering handle 100 , a steering shaft 200 , and a steering unit 300 .

조향 핸들(100)은 운전자의 조향 의도에 따라 조향각을 조절할 수 있도록 회전 가능한 구조를 가질 수 있다.The steering handle 100 may have a rotatable structure to adjust a steering angle according to a driver's steering intention.

조향축(200)은 조향 핸들(100)의 중앙에 연결되며 조향 핸들(100) 또는 조향부(300)에 의해 회전할 수 있다. 조향 핸들(100)은 조향축(200)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 따라서, 다양한 타입의 조향 핸들(100)을 조향축(200)에 적용할 수 있다.The steering shaft 200 is connected to the center of the steering handle 100 and can be rotated by the steering handle 100 or the steering unit 300 . The steering handle 100 may be detachably installed on the steering shaft 200 . Accordingly, various types of steering handles 100 can be applied to the steering shaft 200 .

조향부(300)는 조향축(200)에 탈착 가능하게 설치되어 차량의 진행 방향을 조절할 수 있다. 조향부(300)는 조향 케이스(310), 탈착부(320), 조향 구동부(330), 그리고 조향 무인 제어부(340)를 포함할 수 있다.The steering unit 300 is detachably installed on the steering shaft 200 to adjust the traveling direction of the vehicle. The steering unit 300 may include a steering case 310, a detachable unit 320, a steering driving unit 330, and an unmanned steering control unit 340.

조향 케이스(310)는 조향축(200)에 연결되며 그 내부에 조향 구동부(330) 및 조향 무인 제어부(340)를 포함할 수 있다. The steering case 310 is connected to the steering shaft 200 and may include a steering driving unit 330 and an unmanned steering control unit 340 therein.

탈착부(320)는 조향 케이스(310)를 조향축(200)에 탈착시킬 수 있다. The detachable part 320 may detach the steering case 310 from the steering shaft 200 .

조향 구동부(330)는 구동 모터(331), 구동 기어(332), 엔코더(333), 그리고 모터 드라이버(334)를 포함할 수 있다. The steering driver 330 may include a driving motor 331 , a driving gear 332 , an encoder 333 , and a motor driver 334 .

구동 모터(331)는 조향 케이스(310) 내부에 설치되며 조향축(200)에 회전력을 제공할 수 있다.The driving motor 331 is installed inside the steering case 310 and may provide rotational force to the steering shaft 200 .

구동 기어(332)는 조향 케이스(310) 내부에 설치되며 구동 모터(331)의 회전력을 조향축(200)에 전달할 수 있다.The driving gear 332 is installed inside the steering case 310 and may transmit rotational force of the driving motor 331 to the steering shaft 200 .

엔코더(333)는 조향 케이스(310) 내부에 설치되며 구동 모터(332) 및 조향축(200)의 상태를 감지할 수 있다. The encoder 333 is installed inside the steering case 310 and can detect the states of the driving motor 332 and the steering shaft 200 .

엔코더(333)는 구동 모터(332)에 연결되는 제1 엔코더(31) 및 조향축(200)에 연결되는 제2 엔코더(Absolute Encoder)(32)를 포함할 수 있다. The encoder 333 may include a first encoder 31 connected to the drive motor 332 and a second encoder 32 connected to the steering shaft 200 .

제1 엔코더(31)는 증분 인코더(Incremental Encoder)를 포함할 수 있다. 증분 인코더는 분해능이 높으므로, 차량에 설치되는 센서, 예컨대 포텐쇼미터(potentiometer)와 결합하여 사용함으로써, 차량용 조향 제어의 정확도를 향상시킬 수 있다. The first encoder 31 may include an incremental encoder. Since the incremental encoder has high resolution, it is possible to improve the accuracy of vehicle steering control by using it in combination with a sensor installed in a vehicle, for example, a potentiometer.

제2 엔코더(32)는 절대 인코더(Absolute Encoder)를 포함할 수 있다. 절대 인코더는 차량에 조향 각도를 감지하는 센서가 존재하지 않는 경우 절대 위치를 알 수 있으므로, 차량용 조향 제어가 가능하다. The second encoder 32 may include an absolute encoder. Since the absolute encoder can know the absolute position when there is no sensor for detecting the steering angle in the vehicle, vehicle steering control is possible.

모터 드라이버(334)는 구동 모터(331), 구동 기어(332), 그리고 엔코더(333)에 연결되어 구동 모터(331), 구동 기어(332), 그리고 엔코더(333)를 제어할 수 있다.The motor driver 334 is connected to the driving motor 331, the driving gear 332, and the encoder 333 to control the driving motor 331, the driving gear 332, and the encoder 333.

엔코더(333)는 조향부(300)에 작용하는 외력, 예컨대, 비평탄한 지면 또는 경사 지면 등에서 조향부(300)에 작용하는 외란을 측정하고, 이를 모터 드라이버(334)에 전달하여 외란을 보상할 수 있다. 이 때, 엔코더(333)와 모터 드라이버(334) 사이에 외란에 대한 영향을 계산하여 어느 정도 보상을 할지 결정하는 제어기(도시하지 않음)가 설치될 수 있다. 따라서, 엔코더(333) 및 모터 드라이버(334)는 차량이 정해진 주행 경로를 따라 주행할 수 있도록 한다. The encoder 333 measures an external force acting on the steering unit 300, for example, a disturbance acting on the steering unit 300 on an uneven surface or an inclined surface, and transmits it to the motor driver 334 to compensate for the disturbance. can At this time, a controller (not shown) may be installed between the encoder 333 and the motor driver 334 to determine the degree of compensation by calculating the influence of the disturbance. Thus, the encoder 333 and the motor driver 334 enable the vehicle to travel along a predetermined travel path.

조향 무인 제어부(340)는 조향 케이스(310) 내부에 설치되어 조향 구동부(330)를 무인 제어할 수 있다. 조향 무인 제어부(340)는 수신부(341), 그리고 조향각 제어부(342)을 포함할 수 있다.The unmanned steering control unit 340 is installed inside the steering case 310 to unmannedly control the steering driving unit 330 . The unattended steering controller 340 may include a receiver 341 and a steering angle controller 342 .

수신부(341)는 차량의 주행 경로에 관한 주행 데이터를 무선으로 수신받을 수 있다.The receiving unit 341 may wirelessly receive driving data about a driving route of the vehicle.

조향각 제어부(342)는 주행 데이터를 이용하여 조향 구동부(330)를 조절하여 차량의 조향각을 제어할 수 있다. 즉, 주행 데이터에 따라 차량의 조향각을 용이하게 제어할 수 있다.The steering angle control unit 342 may control the steering angle of the vehicle by adjusting the steering driving unit 330 using driving data. That is, the steering angle of the vehicle can be easily controlled according to driving data.

이와 같이, 조향 구동에 관련된 구동 모터(331), 구동 기어(332), 엔코더(333), 그리고 모터 드라이버(334)를 포함하는 조향 구동부(330)와, 조향 구동부(330)를 무인으로 제어할 수 있는 조향 무인 제어부(340)가 하나의 조향 케이스(310) 내부에 설치되어 일체형으로 조향축(200)에 설치되므로, 자율 주행 기능을 차량에 추가하기 위해 조향 구동부의 기계적인 구성을 변경하지 않아도 되므로 자율 주행 모드의 추가가 용이하다. In this way, the steering driving unit 330 including the driving motor 331, the driving gear 332, the encoder 333, and the motor driver 334 related to the steering drive, and the steering driving unit 330 can be controlled unmanned. Since the unmanned steering control unit 340 capable of steering is installed inside one steering case 310 and integrally installed on the steering shaft 200, there is no need to change the mechanical configuration of the steering drive unit in order to add an autonomous driving function to a vehicle. Therefore, it is easy to add an autonomous driving mode.

또한, 탈착부(320)에 의해 조향 구동부(330)와 조향 무인 제어부(340)를 포함하는 조향부(300)를 조향축(200)에 용이하게 탈착 가능하므로, 자율 주행 모드로의 변경이 용이하다. 즉, 조향 무인 제어부(340)를 포함하는 조향부(300)를 조향축(200)에 부착함으로써, 조향 무인 제어부(340)도 조향 구동부(330)와 함께 조향축(200)에 탈착될 수 있으므로, 자율 주행 모드로 조향 제어가 가능하고, 운전자가 직접 차량을 운전하는 수동 모드에서는 엔코더(333)를 이용하여 조타력을 보조할 수 있다. 자율 주행 모드에서 운전자가 직접 차량을 조작하는 수동 모드로 안정적으로 전환시킬 수 있다.In addition, since the steering unit 300 including the steering driving unit 330 and the steering unmanned control unit 340 can be easily attached to and detached from the steering shaft 200 by the detachable unit 320, changing to the autonomous driving mode is easy. do. That is, by attaching the steering unit 300 including the unmanned steering control unit 340 to the steering shaft 200, the unattended steering control unit 340 can also be attached to and detached from the steering shaft 200 together with the steering driving unit 330. , Steering control is possible in an autonomous driving mode, and steering force can be assisted using an encoder 333 in a manual mode in which a driver directly drives a vehicle. It is possible to stably switch from autonomous driving mode to manual mode in which the driver directly operates the vehicle.

또한, 본 발명의 일 실시예는 비평탄한 지면 환경에서도 안정적으로 무인 주행 기능이 동작하도록 할 수 있다. In addition, one embodiment of the present invention can stably operate the unmanned driving function even in a non-flat ground environment.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto and various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the claims described below. Those working in the technical field to which it belongs will readily understand.

100: 조향 핸들 200: 조향축
300: 조향부 310: 조향 케이스
320: 탈착부 330: 조향 구동부
340: 조향 무인 제어부 100: steering wheel 200: steering shaft
300: steering unit 310: steering case
320: detachable unit 330: steering drive unit
340: steering unmanned control unit

Claims

steering wheel;
a steering shaft that is connected to the steering wheel and rotates; and
A steering unit that is detachably installed on the steering shaft to control the driving direction of the vehicle
Vehicle steering control system comprising a.

In paragraph 1,
The steering unit
A steering case connected to the steering shaft;
A detachable part for attaching and detaching the steering case to the steering shaft, and
A steering drive unit installed inside the steering case and driving the steering shaft
Vehicle steering control system comprising a.

In paragraph 2,
The steering drive unit
A drive motor providing rotational force to the steering shaft;
A driving gear for transmitting the rotational force of the driving motor to the steering shaft;
An encoder for detecting the state of the drive motor, and
A motor driver that controls the drive motor, drive gear, and encoder
Vehicle steering control system comprising a.

In paragraph 3,
The encoder includes a first encoder connected to the driving motor and a second encoder connected to the steering shaft.

In paragraph 3,
The steering unit is installed inside the steering case and further comprises an unmanned steering control unit for unattended control of the steering driving unit.

In paragraph 5,
The steering unmanned control unit
A receiving unit for receiving driving data on a driving route of the vehicle, and
A steering angle control unit configured to control the steering angle of the vehicle by adjusting the steering drive unit using the driving data.
Vehicle steering control system comprising a.