KR100264426B1

KR100264426B1 - 차량용조타지원장치

Info

Publication number: KR100264426B1
Application number: KR1019960047306A
Authority: KR
Inventors: 야스오 시미즈; 히로유키 도쿠나가
Original assignee: 가와모토 노부히코; 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2000-08-16
Also published as: US5934407A; CA2191549C; CA2191549A1; KR970041010A; DE19648497A1; JP3593194B2; DE19648497B4; JPH09156528A

Abstract

운전자의 운전 조작 부담을 한층 경감시킬 수 있는 차량용 조타 지원장치를 제공한다. 차량용 조타 지원장치의 구성을, 조향 바퀴를 조향시키는 조향장치와, 상기 조향장치에 부가하는 조타 방향 토크를 발생하는 전동기와, 자동차 진행방향 방위각을 검출하는 실제 방위각 검출수단과, 해당 차량이 주행중인 도로 진로상의 접선방향 방위각을 검출하는 목표 방위각 검출수단과, 상기 실제·목표 양 방위각 검출수단으로부터의 신호에 따라 그 편차를 감소시키는 방향의 조타 방향 토크를 발생하도록 상기 전동기를 제어하는 제어수단을 포함한다.

Description

차량용 조타 지원장치{Steering supporting apparatus for vehicle}

본 발명은 주행중인 도로 진로상의 접선방향의 방위각을 예측하고, 도로로부터 일탈하지 않도록 조타력(操舵力)을 발생시키는 차량용 조타 지원장치에 관한 것이다.

네비게이션 시스템에 의해 얻어진 지도정보에 따라 자동차 진행방향 전방의 커브 곡률을 예측하고, 자동차의 현재 주행 속도로 그 커브를 안정되게 통과할 수 있는지 없는지를 판단하여 운전자의 주의를 환기시키도록 하는 기술이 일본 특개소 60-89298호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 상기 주지의 기술은 커브의 곡률과 주행 속도의 관계를 감시하여 안정 주행을 방해할 우려가 있는 경우에 경보를 발하는 것에 불과한 것으로, 반드시 운전자의 운전 조작 부담을 줄일 수 있는 것은 아니다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하고, 운전자의 운전 조작 부담을 더 한층 줄일 수 있는 차량용 조타 지원장치를 제공하는 것을 목적으로 안출된 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 조타장치의 개략 구성도이다.

도 2는 본 발명의 장치 전체의 구성을 보이는 블럭도이다.

도 3은 카 네비게이션 시스템의 구성을 보이는 블럭도이다.

도 4는 차량 방위각 결정에 관한 블럭도이다.

도 5는 조타 반력 제어에 관한 제2 실시예의 블럭도이다.

도 6은 조타 반력 제어에 관한 제3 실시예의 블럭도이다.

도 7은 방위각 오차에 대한 부가 토크의 결정 요령을 설명하기 위한 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 스티어링 휠

2 스티어링 샤프트

3 연결 축

4 피니언

5 타이 로드

6 앞 바퀴

7 너클 아암

8 랙축

9 수동 조타력 발생장치

10 전동기

11 제어수단

12 수동 조타 토크검출수단

15 실제 방위각 검출수단

16 차량

17 카 네비게이션 시스템

18 목표 방위각 검출수단

19 변위연산수단

20 부가토크 결정수단

21 전동기 구동수단

24 요레이트(yaw rate) 센서

25 차속 센서

26 관성항법수단

27 지도정보 출력수단

28 맵 매칭 처리수단

29 GPS안테나

30 위성항법수단

31 자동차위치 검출수단

32 목적지 입력수단

33 경로검출수단

36 반력 토크 베이스 맵

37 차속 오프 셋 맵

38 차속 비율 맵

39 어시스트 목표전류 결정수단

이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는 조향 바퀴를 조향시키는 조향시키는 조향장치와, 조향장치에 부가하는 조타 방향 토크를 발생하는 전동기와, 자동차의 진행방향 방위각을 검출하는 실제 방위각 검출수단과, 해당 차량이 주행중인 도로 진로상의 접선방향 방위각을 검출하는 목표 방위각 검출수단과, 상기 실제·목표 양 방위각 검출수단으로부터의 신호에 따라 그 편차를 감소시키는 방향의 조타 방향 토크를 발생하도록 상기 전동기를 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치를 제공하도록 했다. 또 본 발명은, 조향장치에 가해지는 수동 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출수단을 차량에 구비시키고, 실제·목표 양 방위각 검출수단의 편차값에 의해 상기 조타 토크 검출수단으로부터의 신호를 보정한 신호에 따라 상기 전동기의 출력을 제어하는 것을 제2 특징으로 하며, 조향장치에 가해지는 수동 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출수단을 차량에 구비시키고 적어도 조타 토크 검출수단의 신호에 따라 전동기의 출력을 제어하는 것을 제3 특징으로 하며, 실제 방위각 검출수단이 지자기 센서인 것을 제4 특징으로 하며, 실제 방위각 검출수단이 요레이트 센서를 포함하는 것을 제5 특징으로 하며, 실제 방위각 검출수단의 신호를 목표 방위각 검출수단의 신호에 의해 보정하는 것을 제6 특징으로 하며, 목표 방위각 검출수단이 자동차가 주행중인 도로를 포함한 지도정보를 출력하는 지도정보 출력수단과, 지도상의 자동차 위치를 검출하는 자동차위치 검출수단과, 자동차가 주행중인 지도상의 도로 방위각을 검출하는 도로방위각 검출수단을 포함하여 구성되는 것을 제7 특징으로 하며, 또한 양 방위각 검출수단은 소정 시간 후의 방위각을 예측하는 것임을 제8 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전동 파워 스티어링장치를 나타내고 있다. 이 전동 파워 스티어링장치는 스티어링 휠(1), 상기 스티어링 휠(1)에 일체로 결합된 스티어링 샤프트(2), 이 스티어링 샤프트(2)에 자유로운 이음매(3a),(3b)를 갖는 연결축(3)을 통해 연결된 피니언(4), 피니언(4)에 맞물려 자동차의 폭 방향으로 왕복이동할 수 있음과 동시에 타이 로드(5)를 통하여 좌우의 앞 바퀴(6)의 너클 아암(7)에 그 양단이 연결된 랙축(8)으로 이루어지는 수동 조타력 발생장치(9)와, 이 수동 조타력 발생장치(9)에 대해 부가하는 보조 조타력을 발생시키기 위해 랙축(8)과 동축적으로 배치된 전동기(10)와, 전동기(10)의 회전 토크를 랙축(8)의 추력으로 변환시키는 볼 나사 기구(10a)와, 전동기(10)의 출력을 제어하기 위한 제어수단(11)으로 이루어져 있다. 한편, 피니언(4)에는 스티어링 휠(1)에 가해지는 조타 토크를 검출하기 위한 수동 조타 토크 검출수단(12)이 연결되어 있다.

상기 파워 스티어링장치는 제2도에 도시된 바와 같이, 예를 들면 지자기 센서 등의 실제 방위각 검출수단(15)에 의해 검출한 차량(16)의 실제 방위각(βt)과 후술할 카 네비게이션 시스템(17)의 정보로부터의 목표 방위각 검출수단(18)으로 얻은 전방 도로 방위각(αt)의 편차(er)를 편차연산수단 (19)으로 연산하고, 이 편차(er)를 작게 하기 위해 전동기(10)가 발생시켜야 하는 부가토크(To)를 부가토크 결정수단(20)으로 연산한다. 여기서 얻어진 토크 지령값에 따라 전동기 구동수단(21)으로부터 전동기(10)로 구동 지령을 내리도록 되어 있다.

이상의 전동기의 제어는, 조타에 필요한 힘 전부를 전동기(10)가 발생시킬 수 있도록 해 두고 피니언(4)에 작용하는 수동 조타 토크를 수동 조타 토크 검출수단(12)으로 검출하여, 수동 조타 토크값(Tp)이 소정 값을 넘었을 경우에 이 값(Tp)에 따라 전동기(10)의 출력을 증감시키도록 구성함으로써 (도2에 있어서의 가상선으로 둘러싸인 부분), 수동 조타 토크를 줄일 수 있다.

도 3은 목표 방위각을 구하기 위한 카 네비게이션 시스템(17)의 구성을 나타내고 있다. 이 시스템은 요레이트(yaw rate) 센서(24) 및 차속 센서(25)의 신호에 따라 자동차의 주행 궤적을 파악하는 관성항법수단(26)과, CD-ROM 등을 사용한 지도정보 출력수단(27)과, 주행 궤적과 지도정보를 조합하는 맵 매칭 처리수단(28)과, GPS안테나(29)로부터의 신호에 따라 자동차의 위치를 파악하는 위성항법수단(30)과, 맵 매칭 처리수단(28)이 출력하는 위치좌표와 위성항법수단 (30)이 출력하는 위치좌표에 따라 자동차의 위치를 검출하는 자동차위치 검출수단(31)과, 목적지 입력수단(32)에 의한 목적지좌표와 자동차위치 검출수단(31)에 의한 자동차 위치좌표에 따라 목적지까지의 경로를 검색하는 경로검색수단(33)을 구비하고 있다.

경로검색수단(33)으로 검색한 자동차의 진로는 다수의 점 집합으로 구성되어 있는데, 자동차의 위치와 주행속도를 알 수 있다면 주행속도를 적분함으로써 어느 시점으로부터 t초 후에 자동차가 위치한다라고 추측되는 지점을 얻을 수 있기 때문에, 이 지점의 도로정보에 따라 목표 방위각 검출수단(18)으로 진로상의 접선방향의 방위를 예측할 수 있다. 즉, 방위 예측점은 주행속도와 연산시간을 가미하여 정해진 적정한 거리만큼 전방에 두면 된다.

한편, 차량의 실제 방위각은 지자기 센서로 리얼 타임으로 구할 수 있을 뿐만 아니라, 요레이트(γ)로부터 다음 식으로 구할 수도 있다.

βt = β0 - γ·t

단, β0 : 어느 시점에서의 차량 진행방향 방위각

βt : 어느 시점에서부터 t초 후에 예측되는 차량의 진행방향 방위각

이 경우 차체의 횡측 미끄럼각은 미소한 것으로서 무시한다.

이와 같이하여 구한 실제의 방위각은 자동차위치 검출수단(31)의 자동차의 위치정보에 따라 적정한 타이밍으로 보정함으로써 정도를 높일 수 있다(도4 참조).

여기서 어느 시점에서부터 t초 후에 통과할 도로의 접선 방위각을 αt, 어느 시점에서부터 t초 후에 예측되는 차량의 진행방향 방위각을 βt라고 하면 그 시점에서의 방위각 오차(ert)는

ert = αt -βt

가 된다. 즉, 상기 방위각 오차(ert)값을 최소로 하는 방향의 토크를 전동기(10)에 발생시키면 된다.

지금까지 자동 조타를 주로하는 것에 대해 설명했으나, 다음에 제2 실시예로서 운전자의 적극적인 조타를 도로정보에 따라 정확하게 지원하는 제어에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 있어서, 부가 토크 결정수단(20)은, 방위각 오차(er)에 대해 반력 토크를 설정하는 기초가 되는 반력 토크 베이스 맵(36)과, 차속(V)에 따라 반력 제어를 개시하는 오차량을 변경시키는 차속 오프 셋 맵(37)과, 차속(V)에 따라 반력 토크의 게인을 변경시키는 차속 비율 맵(38)으로 구성되어 있다.

우선, 예측되는 방위각 오차(er)에 대해, 차속(V)에 따라 오프 셋 맵 (37)에서 독출되는 값을 감산함으로써, 반력 제어를 개시하는 오차량이 설정된다. 이에 따라 방위각 변동의 영향이 제어되어 안정된 동작을 행할 수 있다. 또 본 실시예에 있어서는 오프 셋 맵(37)의 설정을, 차속(V)이 높아짐에 따라 오프 셋의 양이 증가하도록 했기 때문에, 고속 영역에서의 내노이즈성이 높아진다.

다음에, 상기 보정된 오차의 양에 따라 반력 토크 베이스 맵(36)에 의해 부가 반력의 베이스 토크가 설정된다.

또한, 차속 비율 맵(38)에 의해 차속(V)에 따른 게인을 설정함으로써 부가토크 지령의 최종값(To)이 결정된다. 이상과 같이 차속이 높아짐에 따라 앞 바퀴(6)를 조향시키는 힘이 줄게 되므로 앞 바퀴(6)가 과도하게 조향되는 것이 억제된다.

이와 같이하여 결정된 부가토크(To)를 수동 조타 토크값(Tp)에 따라 어시스트 목표전류 결정수단(39)이 정한 통상의 파워 스티어링장치의 보조 토크(T_A)에 가산함으로써 도로의 곡률 상황에 대응하는 최적의 보조 토크가 발생되도록 전동기(10)가 제어된다.

다음에 제3 실시예에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 있어서, 부가토크 결정수단(20)은 방위각 오차신호(er)에 대해 수동 조타 토크 검출수단 (12)의 검출값(Tp)에 가산하는 신호To=f(er)를 출력하는데, 이 신호는 하기와 같이 결정된다.

도 7에 있어서, 예를 들면 차량(16)이 A방향을 향하고 있을 때에는 도로의 접선방향 방위에 대한 방위각 오차(er)가 (+)가 되기 때문에, 수동 조타 토크신호(Tp)가 0일 때에도 방위각 오차(er)에 따른 부가토크 신호(To₁)가 출력되기 때문에, 이 신호에 따라 어시스트 목표전류 결정수단(39)에서 전동기 구동신호(S₁)가 출력된다. 이에 따라, 구동수단(21)을 통해 전동기(10)가 구동되며, 이 경우에는 스티어링 휠(1)이 시계방향으로 조향되어 차량(16)의 방향이 목표 방위각에 근접하게 된다.

이와는 반대로 차량(16)이 B방향을 향하고 있을 때에는 방위각 오차(er)가 (-)가 되기 때문에 스티어링 휠(1)은 반시계방향으로 조향되며, 차량(16)의 방향이 목표 방위각에 근접하게 된다. 즉, 부가토크 결정수단(20)은 방위각 오차신호(er)가 어느 값 이상으로 증대되어도 부가토크신호(T₁)는 어느 값에서 한계점에 이르도록 되어 있고, 급 커브 도로에서는 운전자와 협동하여 조타시키도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 차량의 진행방향과 도로의 방향을 합치시키는 방향의 조타 토크가 발생하기 때문에 직선로에서는 스티어링 휠의 조타 반력이 모든 방향으로 커지게 되므로 차량의 직진 안정성이 높아지고, 곡선로에서는 그 곡률에 따라 적절한 조향 방향으로의 조타 반력이 작아 지게 되므로 차선의 추종 조작성이 높아진다. 따라서, 조타시 운전자의 운전 조작 부담을 줄이는 데에 큰 효과를 나타낼 수 있다.

Claims

조향 바퀴를 조향시키는 조향장치와, 상기 조향장치에 부가하는 조타 방향 토크를 발생하는 전동기와, 자동차의 진행방향 방위각을 검출하는 실제 방위각 검출수단과, 상기 차량이 주행중인 도로의 진로상의 접선방향 방위각을 검출하는 목표 방위각 검출수단과, 상기 실제·목표 양 방위각 검출수단으로부터의 신호에 따라 그 편차를 감소시키는 방향의 조타 방향 토크를 발생하도록 상기 전동기를 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항에 있어서, 상기 차량은 조향장치에 가해지는 수동 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출수단을 구비하며, 상기 제어수단은 상기 실제·목표 양 방위각 검출수단의 편차값에 의해 상기 조타 토크 검출수단으로부터의 신호를 보정한 신호에 따라서 상기 전동기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항에 있어서, 상기 차량은 조향장치에 가해지는 수동 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출수단을 구비하며, 상기 제어수단은 적어도 상기 키 조타 토크 검출수단의 신호에 따라 상기 전동기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 실제 방위각 검출수단은 지자기 센서인 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 실제 방위각 검출수단은 요레이트 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제5항에 있어서, 상기 실제 방위각 검출수단의 신호를 상기 목표 방위각 검출수단의 신호에 의해 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표 방위각 검출수단은 자동차가 주행중인 도로를 포함한 지도정보를 출력하는 지도정보 출력수단과, 지도상의 자동차 위치를 검출하는 자동차위치 검출수단과, 자동차가 주행중인 지도상의 도로 방위각을 검출하는 도로방위각 검출수단을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 양 방위각 검출수단은 소정 시간 후의 방위각을 예측하는 것인 것을 특징으로 하는 차량용 조타 지원장치.