KR101172119B1 - 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 ａｆｓ - Google Patents

급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 ａｆｓ Download PDF

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Abstract

본 발명은 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에 관한 것이다.
본 발명은, 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링에 있어서, 차량의 속도를 감지하기 위한 차속 센서, 운전자의 조향 입력각을 감지하기 위한 조향각 센서 및 감가속도 게인맵, 조향각속도 게인맵, 제한 게인맵 및 가변기어비 맵을 저장하는 메모리, 상기 운전자가 급제동 및 급조향을 할 경우 상기 감가속도 게인맵, 상기 조향각속도 게인맵, 상기 제한 게인맵 및 상기 가변기어비 맵을 참조한 후 조향비를 계산하여 상기 운전자의 상기 조향 입력각에 상기 조향비만큼 곱한 조향각만큼 조향이 되도록 조향각 신호를 출력하는 프로세서 유닛 및 상기 조향각 신호를 받아 조향모터를 구동하는 모터 구동부를 구비하는 전자제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링을 제공한다.
본 발명에 의하면, 차량이 고속 주행 중 위험상황을 회피하기 위하여 운전자가 급제동하면서 급조향하는 경우에 차량의 감가속도 및 조향각 속도를 검출하여 일정비율만큼 가변기어비를 높여주어 급제동 및 급조향 상황에서의 운전자 조향 입력에 대한 조향 출력을 줄임으로써 차량의 주행 안정성을 높이는 효과가 있다.
AFS, 주행안정성, 급감속, 맵

Description

급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 ＡＦＳ{Active Front Steering for Improving Driving Stability When Abruptly Reducing Speed}
본 발명은 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 차량의 고속 주행 중 위험상황을 회피하기 위하여 운전자가 급제동함과 동시에 급조향하는 경우에 차량의 감가속도 및 조향각 속도를 계산하여 일정 비율만큼 가변기어비를 높여주어 급제동 및 급조향 상황에서의 운전자 조향 입력에 대한 출력을 조절함으로써 차량의 주행 안정성을 높이기 위한 AFS 제어방법에 관한 것이다.
액티브프런트스티어링(Active Front Steering: AFS)은 차속의 변화에 따라서 출력 조향각 대비 운전자의 입력 조향각의 비율(=조향비)을 변경함으로써 차량이 저속일 때는 출력 조향각 대비 입력 조향각을 감소시켜 조작 편이성을 확보하고 고속에서는 출력 조향각 대비 입력 조향각을 증가시켜 궁극적으로 고속 직진주행 안정성을 확보하는 기능을 가지고 있다.
도 1은 종래의 AFS에서 조향비를 제어하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시하듯이 차량의 속도에 따라 가변기어비맵을 참조하여 가변기어 비(=조향비)를 획득하여 차량의 속도에 따른 가변기어비를 조절하여 차량의 안정적 운행을 돕는다.
도 2는 AFS에서 차속에 따른 가변기어비 맵을 도시한 도면이다.
AFS가 없는 차량의 경우 핸들을 왼쪽 끝에서부터 오른쪽 끝까지 돌리는 데 필요한 핸들의 회전수인 락투락(Lock-to-Lock) 회전수는 일반적으로 3.3 ~ 3.5 회전이다. 만일 AFS를 사용하게 되면 차속에 따라 락투락 회전수가 가변하도록 가변기어비 맵을 사용하여 제어하는 것이다.
도 2에 도시하듯이 차속이 20 km/h 미만일 때는 가변기어비가 0.6이다가 차속이 증가함에 따라 가변기어비가 차츰 증가하여 차속이 120 km/h 이상일 때에 가변기어비가 1.1로서 최대치가 되도록 맵을 설정하여 가변기어비를 조절한다. 즉, 차량이 AFS를 미장착하였을 시 락투락 회전수가 3.3인 자동차인 경우에 차속이 20 km/h 미만일 때는 3.3 * 0.6 = 1.98로서 락투락 회전수가 약 2가 된다. 따라서 AFS 미장착 시와 비교하였을 때 조금만 핸들을 조향해도 되므로 조향의 편이성이 높아진다. 한편, 차속이 120 km/h 이상일 때에는 3.3 * 1.1 = 3.63으로서 락투락 회전수가 3.63이 되어 AFS 미장착 시와 비교하였을 때 같은 핸들의 움직임 하에서 차량의 조향이 덜 이루어지므로 주행 안정성을 높이게 된다.
이와 같은 가변 기어비 기능을 가지는 AFS를 사용하면 차량이 저속일 때는 조금만 핸들을 돌려도 조향이 많이 이루어져 조향의 편이성이 증대되고 차량이 고속일 때는 핸들을 다소 많이 움직이더라도 조향이 덜 이루어짐으로 인해 조향의 안정성을 증대시킨다.
하지만 차량을 고속으로 주행하다가 갑자기 앞에 장애물이 나타나거나 앞차량이 급제동하는 바람에 추돌 위험이 발생했을 때 운전자는 급제동을 함과 동시에 급조향함으로써 위험을 회피하고자 하는 상황이 발생할 수 있다.
이와 같이 고속주행 중 급제동함과 동시에 급조향을 하게 되는 경우 차속이 줄어 가변기어비가 점차 작아져 고속주행 중에 급제동하면서 급조향하던 운전자의 의도한 조향각보다 더 큰 조향출력이 발생하게 됨에 따라 차량이 급격히 흔들리게 되어 운전자를 당황하게 만들어 사고의 가능성을 높임은 물론 경우에 따라서는 차량에 오버스티어가 발생하여 차량의 주행안전을 위협하는 문제점이 발생한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 차량이 고속 주행 중 위험상황을 회피하기 위하여 운전자가 급제동하면서 급조향하는 경우에 차량의 감가속도 및 조향각 속도를 검출하여 일정비율만큼 가변기어비를 높여주어 급제동 및 급조향 상황에서의 운전자 조향 입력에 대한 조향 출력을 줄임으로써 차량의 주행 안정성을 높이는 데 그 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링(Active Front Steering: AFS)에 있어서, 차량의 속도를 감지하기 위한 차속 센서, 운전자의 조향 입력각을 감지하기 위한 조향각 센서 및 감가속도 게인맵, 조향각속도 게인맵, 제한 게인맵 및 가변기어비 맵을 저장하는 메모리, 상기 운전자가 급제동 및 급조향을 할 경우 상기 감가속도 게인맵, 상기 조향각속도 게인맵, 상기 제한 게인맵 및 상기 가변기어비 맵을 참조한 후 조향비를 계산하여 상기 운전자의 상기 조향 입력각에 상기 조향비만큼 곱한 조향각만큼 조향이 되도록 조향각 신호를 출력하는 프로세서 유닛 및 상기 조향각 신호를 받아 조향모터를 구동하는 모터 구동부를 구비하는 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)를 포함하는 것을 특징으로 하는 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링을 제공한다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법에 있어서, (a) 상기 차량의 속도가 감소하는 비율을 중력가속도의 비로 환산한 감가속도 및 조향각속도를 계산하는 단계, (b) 상기 감가속도가 G(G는 양수) 이상이고 상기 조향각속도가 D 도/초 이상인지 여부를 판단하는 단계, (c) 상기 단계 (b)의 판단 결과 상기 감가속도가 G보다 작거나 상기 조향각속도가 D 도/초보다 작으면 제한 게인을 1로 세팅하고 단계 (f)로 진행하는 단계, (d) 상기 단계 (b)의 판단 결과 상기 감가속도가 G 이상이고 상기 조향각속도가 D 도/초 이상이면 감가속도 게인 맵에서 감가속도 게인을 획득하고 조향각속도 게인맵에서 조향각속도 게인을 획득하는 단계, (e) 제한 게인맵을 참조하여 제한 게인을 획득하는 단계, (f) 가변기어비맵을 참조하여 가변기어비를 획득하는 단계, (g) 상기 제한 게인과 상기 가변기어비를 곱하여 조향비를 계산하는 단계 및 (h) 상기 운전자의 조향 입력각에 상기 조향비를 곱한 값의 조향각을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 차량이 고속 주행 중 위험상황을 회피하기 위하여 운전자가 급제동하면서 급조향하는 경우에 차량의 감가속도 및 조향각 속도를 검출하여 일정비율만큼 가변기어비를 높여주어 급제동 및 급조향 상황에서의 운전자 조향 입력에 대한 조향 출력을 줄임으로써 차량의 주행 안정성을 높이는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에서 AFS는 ECU(310), 조향각 센서(312) 및 차속 센서(314)를 포함한다.
도 3에 도시하듯이 ECU(310)가 조향각 센서(312) 및 차속 센서(314)로부터 조향각 입력 및 차속을 감지하여 조향각속도와 감가속도를 계산한다. 여기서 감가속도란 차량의 속도가 감소하는 비율을 중력가속도의 비로 환산한 것으로서 단위는 g(단, g는 중력가속도)가 되며 이 값이 양수일 경우 속도가 감소한다는 의미이다.
계산된 조향각속도와 감가속도로부터 급제동 및 급조향 상황임이 판단되면 ECU(310) 내에 저장된 감가속도 게인맵, 조향각속도 게인맵, 제한 게인맵 및 가변기어비 맵을 참조하여 조향비를 계산하고 해당 조향비만큼 운전자 조향입력이 조향출력으로 전달되도록 조향각신호를 모터 구동부로 보내며 모터구동부는 조향각 신호를 받아 조향모터를 구동하여 주행안정성을 도모한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향비를 산출하는 방법을 블록도로 도시한 도면이다.
도 4에 도시하듯이 계산된 조향각속도와 감가속도로부터 급제동 및 급조향 상황임이 판단되면 ECU(310) 내에 저장된 감가속도 게인맵과 조향각속도 게인맵을 참조하며 감가속도 게인(402)과 조향각속도 게인(404)을 획득하고 두 게인을 서로 곱하여 게인 곱(406)을 계산한다.
이 때 게인 곱 값이 너무 커지게 되면 조향비를 지나치게 크게 만들어 차량의 핸들의 조향감을 무겁게 만들 수가 있다. 따라서 제한 게인맵을 적용하여 게인 곱이 지나치게 커지는 경우를 제한한다.
여기서 제한 게인맵을 참조하여 획득한 제한 게인(408)에 가변기어비 맵을 참조하여 획득한 가변기어비(410)를 곱하여 조향비(412)를 계산한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 감가속도 게인맵을 도시한 도면이다.
도 5에 도시하듯이 감가속도가 0 g 이하인 경우에는 감가속도 게인이 1이다가 차츰 감가속도가 증가하면 감가속도 게인도 증가하여 감가속도가 0.7 g인 경우에 감가속도 게인이 1.3이 되도록 설정하였다. 여기서 감가속도가 증가함에 따라 증가하는 감가속도 게인의 그래프는 반드시 직선은 아니며 증가하는 양상을 도시하기 위하여 편이상 직선으로 표현한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향각속도 게인맵을 도시한 도면이다.
도 6에 도시하듯이 조향각속도가 100 도/sec 이하인 경우에는 감가속도 게인이 1이다가 차츰 조향각속도가 증가하면 조향각속도가 게인도 증가하여 조향각속도가 360 도/sec인 경우에 조향각속도가 게인이 1.3이 되도록 설정하였다. 여기서 조향각속도가 증가함에 따라 증가하는 조향각속도 게인의 그래프는 반드시 직선은 아니며 증가하는 양상을 도시하기 위하여 편이상 직선으로 표현한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키 기 위한 AFS에서 제한 게인맵을 도시한 도면이다.
도 7에 도시하듯이 제한 게인맵은 제한 게인이 1.5를 넘지 못하도록 설정되었다.
만일 차량의 감가속도가 0.7 g 이상이고 조향각속도가 360 도/sec 이상일 경우 조향각 게인 및 감가속도 게인은 각각 1.3이 된다. 이때 게인 곱은 1.3 * 1.3 = 1.69가 된다. 따라서 제한 게인맵을 참조하면 제한 게인은 1.5로 제한된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 가변기어비 맵을 도시한 도면이다.
도 8에 도시하듯이 차속이 30 km/h 미만일 때는 가변기어비가 0.6이다가 차속이 증가함에 따라 가변기어비가 차츰 증가하여 차속이 120 km/h 이상일 때에 가변기어비가 1.1로서 최대치가 되도록 맵을 설정한다.
만일 차량이 고속주행하다가 급제동하여 차량 속도가 20 km/h로 감소한 순간 가변기어비는 0.6이다. 이 때의 제한 게인이 1.5라면 1.5 * 0.6 = 0.9가 되며, 차량에 AFS가 미장착될 시의 락투락 회전수를 3.3이라 가정한다면 본 실시예에서의 락투락 회전수는 3.3 * 0.9 = 2.97이 되어 종래의 AFS를 장착했을 때 가변기어비가 3.3 * 0.6 = 1.98인 경우보다 주행 안정성이 높아진다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9에 도시하듯이 조향각센서에서 검출한 조향각의 변화율 및 차속센서에서 감지한 차속이 변하는 변화율로부터 조향각 속도 및 감가속도를 계산한다. 이 때 감가속도가 0.7g 이상이고 조향각속도가 360 도/초 이상인지 여부를 판단한다.
위 판단 결과 감가속도가 0.7g 보다 작거나 조향각속도가 360 도/초 보다 작으면 제한 게인값을 1로 설정한 후 가변기어비를 획득하는 단계로 진행한다.
만일 위 판단 결과 감가속도가 0.7g 이상이고 조향각속도가 360 도/초 이상이면 감가속도 게인 맵 및 조향각속도 게인맵을 참조하여 감가속도 게인 및 조향각속도 게인을 획득한다.
획득한 감가속도 게인과 조향각속도 게인을 곱하여 게인 곱을 계산하고 게인 곱이 기설정된 게인곱 값의 한계를 넘지 않도록 제한 게인맵을 참조하여 제한 게인을 획득한다.
이와 같이 제한 게인 값을 획득한 후에는 가변기어비맵을 참조하여 가변기어비를 획득한 후 제한 게인 값과 가변기어비를 곱하여 조향비를 계산한다.
이와 같이 계산된 조향비에 따라 운전자의 조향입력각이 조향출력으로 전달되는 조향각 비율이 결정된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량이 고속 주행 중 위험상황을 회피하기 위하여 운전자가 급제동하면서 급조향하는 경우에 차량의 감가속도 및 조향각 속도를 검출하여 일정비율만큼 가변기어비를 높여주어 급제동 및 급조향 상황에서의 운전자 조향 입력에 대한 조향 출력을 줄임으로써 차량의 주행 안정성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래의 AFS에서 조향비를 제어하는 방법을 도시한 도면,
도 2는 AFS에서 차속에 따른 가변기어비 맵을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향비를 산출하는 방법을 블록도로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 감가속도 게인맵을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향각속도 게인맵을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 제한 게인맵을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 가변기어비 맵을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 AFS에서 조향제어 방법을 도시한 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
310: ECU 312: 조향각 센서
314: 차속 센서 316: 조향 모터
402: 감가속도 게인 404: 조향각속도 게인
406: 게인 곱 408: 제한 게인
410: 가변기어비 412: 조향비

Claims (5)

  1. 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링(Active Front Steering: AFS)에 있어서,
    차량의 속도를 감지하기 위한 차속 센서;
    운전자의 조향 입력각을 감지하기 위한 조향각 센서; 및
    감가속도 게인맵, 조향각속도 게인맵, 제한 게인맵 및 가변기어비 맵을 저장하는 메모리; 및 상기 운전자가 급제동 및 급조향을 할 경우 상기 감가속도 게인맵, 상기 조향각속도 게인맵, 상기 제한 게인맵 및 상기 가변기어비 맵을 참조한 후 조향비를 계산하여 상기 운전자의 상기 조향 입력각에 상기 조향비만큼 곱한 조향각만큼 조향이 되도록 조향각 신호를 출력하는 프로세서 유닛; 및 상기 조향각 신호를 받아 조향모터를 구동하는 모터 구동부를 구비하는 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링.
  2. 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 차량의 속도가 감소하는 비율을 중력가속도의 비로 환산한 감가속도 및 조향각속도를 계산하는 단계;
    (b) 상기 감가속도가 G(G는 양수) 이상이고 상기 조향각속도가 D 도/초 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)의 판단 결과 상기 감가속도가 G보다 작거나 상기 조향각속도가 D 도/초보다 작으면 제한 게인을 1로 세팅하고 단계 (f)로 진행하는 단계;
    (d) 상기 단계 (b)의 판단 결과 상기 감가속도가 G 이상이고 상기 조향각속도가 D 도/초 이상이면 감가속도 게인 맵에서 감가속도 게인을 획득하고 조향각속도 게인맵에서 조향각속도 게인을 획득하는 단계;
    (e) 제한 게인맵을 참조하여 제한 게인을 획득하는 단계;
    (f) 가변기어비맵을 참조하여 가변기어비를 획득하는 단계;
    (g) 상기 제한 게인과 상기 가변기어비를 곱하여 조향비를 계산하는 단계; 및
    (h) 운전자의 조향 입력각에 상기 조향비를 곱한 값의 조향각을 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감가속도 게인맵은,
    상기 차량의 감가속도 값이 작을 때는 작은 감가속도 게인을 갖도록 설정되고 상기 차량의 감가속도 값이 클 때는 큰 감가속도 게인을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어 링 제어 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 조향각속도 게인맵은,
    상기 차량의 조향각속도 값이 작을 때는 작은 조향각속도 게인을 갖도록 설정되고 상기 차량의 조향각속도 값이 클 때는 큰 조향각속도 게인을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제한 게인맵은,
    상기 조향각속도 게인 값과 상기 감가속도 게인을 곱한 값이 1.5 미만인 경우에는 상기 곱한 값이 상기 제한 게인이 되도록 하고, 상기 곱한 값이 1.5 이상인 경우에는 상기 제한 게인이 1.5가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 급감속시 주행안정성을 향상시키기 위한 액티브프런트스티어링 제어 방법.
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