KR101557217B1 - 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템 - Google Patents

운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자의 무게로 운전자의 힘을 추정하고, 스티어링 휠(Steering Wheel)의 위치, 시트(Seat) 위치를 인식하여 해당 전류 테이블을 선택해 핸드 토크(Hand Torque)가 기준 범위 내에 있는지에 따라 조향력을 조절할 수 있도록 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템은, 스티어링휠에 연결되어 스티어링휠과 함께 회전하는 조향축에 장착되고, 운전자가 상기 스티어링휠에 가하는 토크(Torque)를 감지하는 토크센서; 상기 스티어링휠의 회전에 따라 발생하는 회전각을 감지하는 조향센서; 상기 조향축에 전달하기 위한 회전력을 발생시키는 모터부; 상기 운전자가 안착하는 시트(Seat)의 하부에 장착되어 상기 운전자의 무게를 감지하는 무게센서; 상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘과 전류값과 토크값 및 회전각을 저장하고 있는 전류 테이블; 및 상기 무게센서를 통해 감지된 상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값에 따라 제어하여 상기 스티어링휠의 조향력(steering assistance force)을 조절하는 전자 제어부(ECU)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템{System and method for controlling a steering assistant force using driver's force}
본 발명은 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 무게로 운전자의 힘을 추정하고, 스티어링 휠(Steering Wheel)의 위치, 시트(Seat) 위치를 인식하여 해당 전류 테이블을 선택해 핸드 토크(Hand Torque)가 기준 범위 내에 있는지에 따라 조향력을 조절할 수 있도록 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 스티어링휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력보조 조향장치가 사용되고 있다. 동력보조 조향장치에는 기존에 유압을 이용한 유압식 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering System)가 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 조향장치(EPS:Electric Power Steering System)가 보편적으로 설치되고 있다.
전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 조향 센서 및 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자 제어 장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 스티어링휠의 회전각에 따른 조속한 스티어링휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
한편, 전동식 조향장치(EPS)는 운전자의 스티어링휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 스티어링휠과 기어박스의 사이에 배치되는 조향컬럼의 외부에 모터가 설치되고 그 내부의 조향축을 회전시킬 수 있도록 구성되어 스티어링휠 조타에 따른 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
그런데, 종래 전동식 조향장치(EPS)는 운전자의 운전 습관에 따라 조향력(steering assistance force)을 조절할 수 있는 기능이 있으나, 선택할 수 있는 범위가 2가지 또는 3가지의 경우로 한정되어 있어 운전자의 힘에 따라 조절하는 기능이 구현되지 못하고 있다. 따라서, 운전자의 운전 특성 이외에 운전자의 힘에 따라 조향력을 가변적으로 제어하는 기능이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2012-0128323호 (공개일 : 2012년 11월 27일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 운전자의 무게로 운전자의 힘을 추정하고, 스티어링 휠(Steering Wheel)의 위치, 시트(Seat) 위치를 인식하여 해당 전류 테이블을 선택해 핸드 토크(Hand Torque)가 기준 범위 내에 있는지에 따라 조향력을 조절할 수 있도록 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 스티어링휠에 연결되어 스티어링휠과 함께 회전하는 조향축에 장착되고, 운전자가 상기 스티어링휠에 가하는 토크(Torque)를 감지하는 토크센서; 상기 스티어링휠의 회전에 따라 발생하는 회전각을 감지하는 조향센서; 상기 조향축에 전달하기 위한 회전력을 발생시키는 모터부; 상기 운전자가 안착하는 시트(Seat)의 하부에 장착되어 상기 운전자의 무게를 감지하는 무게센서; 상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘과 전류값과 토크값 및 회전각을 저장하고 있는 전류 테이블; 및 상기 모터부의 회전력을 전류값에 따라 제어하여 상기 스티어링휠의 조향력(steering assistance force)을 조절하되, 상기 무게센서를 통해 감지된 상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하고, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 내에서 지속적으로 유지되는 경우에 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하는 전자 제어부(ECU)를 포함하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템이 제공된다.
또한, 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게가 상기 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 상기 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하게 된다.
또한, 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 상기 전류 테이블을 상향 조정하고, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 상기 전류 테이블을 하향 조정하게 된다.
또한, 상기 토크센서는, 상기 스티어링휠에 가해진 토크를 감지하고, 감지된 토크에 비례하여 (+) 또는 (-)의 전기신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 토크센서는, 상기 스티어링휠이 좌측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심에서 우측 끝단으로 회전할 때 (+)의 전기신호를 출력하고, 반대로 상기 스티어링휠이 우측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심으로 좌측 끝단으로 회전할 때 (-)의 전기신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 스티어링휠의 위치를 회전각으로 상기 제어된 조향력과 함께 시트 위치와 상기 운전자의 스마트 키에 대응시켜 상기 전류 테이블에 저장하게 된다.
또한, 차량의 기울기를 감지하는 기울기 센서를 더 포함하고, 상기 전자 제어부(ECU)는 상기 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하게 된다.
또한, 상기 전자 제어부(ECU)는 상기 운전자의 무게와 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 전류 테이블 또는 함수에 의해 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 된다.
그리고, 상기 전자 제어부(ECU)는 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 토크센서와 조향센서, 모터부, 무게센서, 전류 테이블, 기울기 센서 및 전자 제어부(ECU)를 포함하는 시스템의 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법으로서, (a) 상기 무게센서가 운전자의 무게를 감지하는 단계; (b) 상기 전자 제어부(ECU)가 운전자의 무게에 따라 시트 위치와 상기 스티어링휠의 위치로 운전자의 힘을 추정하는 단계; 및 (c) 상기 전자 제어부(ECU)가 상기 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하는 단계를 포함하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법이 제공된다..
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게가 상기 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 상기 운전자의 힘을 추정하게 된다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 상기 전류 테이블을 상향 조정하고, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 상기 전류 테이블을 하향 조정하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 내에서 지속적으로 유지되는 경우에 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 전류 테이블 또는 함수에 의해 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 된다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 힘을 추정할 때 상기 운전자의 무게, 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하는 조향력과 상기 운전자의 힘, 상기 운전자의 무게, 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치를 스마트키 또는 메모리 번호에 대응시켜 저장하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 전자 제어부(ECU)가 상기 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하게 된다.
그리고, 상기 (c) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하게 된다.
본 발명에 의하면, 운전자의 운전 특성 이외에 운전자의 체중에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 따라 스티어링휠의 조향력을 가변적으로 제어할 수 있다.
따라서, 운전자의 별다른 조작 없이도 조향력을 자동으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템의 전반적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 스티어링휠의 회전방향에 따라 조향 센서와 토크 센서에서 발생되는 전기신호를 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 운전자의 힘에 의한 조향력 조절 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4는 Rack End Stop 기능 실행시 조향각에 따른 모터의 어시스트 토크량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 조향 센서와 토크 센서로부터의 전기신호의 부호 불일치시 어시스트 토크량을 조절하는 상태를 표시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템의 전반적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조향력 조절 시스템(100)은, 전동식 조향 장치(EPS:Electric Power Steering System)로 구현되고, 토크센서(42), 조향센서(43), 모터부(46), 무게센서(110), 전류 테이블(120), 기울기 센서(130), 전자 제어부(Electronic Control Unit, ECU)(44) 등을 포함한다.
또한, 스티어링휠(2)로부터 양측 바퀴(26)까지 이어지는 조향 계통(30)과, 조향 계통(30)에 조향 보조 동력(회전력)을 제공하는 보조 동력 기구(40)를 포함한다.
조향 계통(30)은, 스티어링휠(2)과, 일측은 스티어링휠(2)에 연결되어 스티어링휠(2)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(4)를 매개로 피니언축(8)에 연결되는 조향축(6)을 포함한다. 여기서, 피니언축(8)은 랙피니언 기구부(10)를 통해 랙바(12)에 연결되고, 랙바(12)의 양단은 타이로드(22)와 너클암(24)을 통해 차량의 바퀴(26)에 연결된다.
보조 동력 기구(40)는, 토크 센서(42), 조향 센서(43), ECU(44), 모터부(46), 감속기(50)를 포함할 수 있다.
여기서, 모터부(46)는 ECU(44)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키고, 감속기(50)는 모터부(46)에서 발생한 보조 동력을 조향축(6)에 전달하기 위하여 웜 기어(52) 및 웜휠 기어(56)를 구비한다.
토크센서(420)는 스티어링휠(2)에 연결되어 스티어링휠(20)과 함께 회전하는 조향축(6)에 장착되고, 운전자가 스티어링휠(2)에 가하는 토크(Torque)를 감지한다.
이때, 토크 센서(42)는 스티어링휠(2)의 회전방향에 따라 (+) 또는 (-)의 전기신호를 출력한다. 예를 들어, 토크 센서(42)는 스티어링휠(2)이 좌측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심에서 우측 끝단으로 회전할 때는 (+)의 전기신호를 출력한다. 반대로, 토크 센서(42)는 스티어링휠(2)이 우측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심에서 좌측 끝단으로 회전할 때 (-)의 전기신호를 출력한다.
여기서, 좌측 끝단은 스티어링휠(2)을 좌측으로 회전시켜 더 이상 회전시킬 수 없는 위치를 말하고, 우측 끝단은 스티어링휠(2)을 우측으로 회전시켜 더 이상 회전시킬 수 없는 위치를 말한다. 그리고 중심 위치는 바퀴(26)가 자동차 차체에 대해 평행한 상태, 즉 스티어링휠(2)을 회전시키지 아니한 상태를 말한다.
조향센서(43)는 스티어링휠(2)의 회전에 따라 발생하는 회전각을 감지한다.
즉, 조향센서(430)는 운전자의 스티어링휠(2) 회전에 따라 발생하는 스티어링휠(2)의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하며, 스티어링휠(2)의 회전방향에 따라 (+) 또는 (-)의 전기신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 운전자가 스티어링휠(2)을 중심위치에서 우측 끝단을 향해 회전시키거나, 우측 끝단에서 중심을 향해 스티어링휠(2)을 회전시킬 때, 조향 센서(43)는 (+)의 전기신호를 생성한다. 반대로, 운전자가 스티어링휠(2)을 중심에서 좌측 끝단을 향해 회전시키거나, 좌측 끝단에서 중심을 향해 회전시킬 때, 조향 센서(43)는 (-)의 전기신호를 생성한다.
이에 따라, 스티어링휠(2)의 회전방향에 따라 조향 센서(43)와 토크 센서(42)에서 발생되는 전기신호는 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스티어링휠(2)이 중심에서 우측 끝단으로 회전할 때, 조향 센서(43)로부터 (+) 전기신호가 발생되고, 토크 센서(42)로부터 (+) 전기신호가 발생된다. 또한, 스티어링휠(2)이 중심에서 좌측 끝단으로 회전할 때, 조향 센서(43)로부터 (-) 전기신호가 발생되고, 토크 센서(42)로부터 (-) 전기신호가 발생된다.
즉, 스티어링휠(2)이 중심에서 우측 끝단으로 회전할 때는, 조향 센서(43)로와 토크 센서(42)로부터 모두 (+) 전기신호가 발생되어 조향 센서(43)로부터의 전기신호와 토크 센서(42)로부터의 전기신호의 부호가 같다. 마찬가지로, 스티어링휠(2)이 중심에서 좌측 끝단으로 회전할 때는, 조향 센서(43)와 토크 센서(42)로부터 모두 (-)의 전기신호가 발생되어 조향 센서(43)로부터의 전기신호와 토크 센서(42)로부터의 전기신호의 부호가 같다.
반면, 스티어링휠(2)이 우측 끝단에서 중심으로 회전할 때는, 조향 센서(43)로부터는 (+) 전기신호가 생성되고, 토크 센서(42)로부터는 (-) 전기신호가 생성되므로, 조향 센서(43)로부터의 전기신호와 토크 센서(42)로부터의 전기신호가 상이하다. 마찬가지로, 스티어링휠(2)이 좌측 끝단에서 중심으로 회전할 때는, 조향 센서(43)로부터는 (-) 전기부호가 생성되고, 토크 센서(42)로부터는 (+) 전기신호가 생성되므로, 조향 센서(43)로부터의 전기신호와 토크 센서(42)로부터의 전기신호의 부호가 상이하다.
모터부(46)는 조향축(6)에 전달하기 위한 조향 보조 동력, 즉 회전력을 발생시킨다.
무게센서(110)는 운전자가 안착하는 시트(Seat)의 하부에 장착되어 운전자의 무게를 감지한다.
전류 테이블(120)은 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘과 전류값과 토크값 및 회전각을 저장하고 있다.
기울기 센서(130)는 차량의 기울기를 감지한다. 즉, 기울기 센서(130)는 평지에서 주차하거나 주행하는 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)와, 오르막길이나 내리막길의 경사진 상태를 감지한다.
ECU(44)는 토크 센서(42)와 조향 센서(43)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 모터(46)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 즉, 전자 제어 장치(44)는 모터(46)에 제공되는 전류량을 조절하여 어시스트 토크량을 조절함으로써, 스티어링휠(2)의 토크를 조절할 수 있다.
ECU(44)는 모터부(46)의 회전력을 전류값에 따라 제어하여 스티어링휠(2)의 조향력(steering assistance force)을 조절하되, 무게센서(110)를 통해 감지된 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 모터부(46)를 제어하고, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 내에서 지속적으로 유지되는 경우에 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 모터부(46)의 제어를 지속하게 된다.
또한, ECU(44)는, 운전자의 무게가 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 모터부를 제어하게 된다.
또한, ECU(44)는, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 전류 테이블을 상향 조정하고, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 전류 테이블을 하향 조정하게 된다.
또한, ECU(44)는, 스티어링휠의 위치를 회전각으로 조향력과 함께 시트 위치와 운전자의 스마트 키에 대응시켜 전류 테이블에 저장하게 된다.
또한, ECU(44)는 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 모터부의 제어를 지속하게 된다.
또한, ECU(44)는 운전자의 무게와 시트 위치 및 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 따라 전류 테이블 또는 함수에 의해 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 된다.
그리고, ECU(44)는 추정된 운전자의 힘에 따라 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 운전자의 힘에 의한 조향력 조절 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조향력 조절 시스템(100)은, 무게센서가 운전자의 무게를 감지한다(S310).
이어, ECU는 운전자의 무게가 전류 테이블(120)에 존재하는 경우(S320-예), 운전자의 무게에 따라 시트 위치와 스티어링휠의 위치로 운전자의 힘을 추정한다(S330).
이어, ECU는 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 모터부를 제어하여 조향력을 조절한다(S340).
그러나, ECU는 운전자의 무게가 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에(S320-아니오), 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 운전자의 힘을 추정한다(S350).
이때, ECU는, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 전류 테이블을 상향 조정하고, 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 전류 테이블을 하향 조정하게 된다.
또한, ECU는 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 내에서 지속적으로 유지되는 경우에 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 모터부의 제어를 지속하게 된다.
또한, ECU는, 추정된 운전자의 힘에 따라 전류 테이블 또는 함수에 의해 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 된다.
또한, ECU는, 운전자의 힘을 추정할 때 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하게 된다.
또한, ECU는 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 모터부를 제어하는 조향력과 운전자의 힘, 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 스마트키 또는 메모리 번호에 대응시켜 저장하게 된다.
또한, ECU는 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 모터부의 제어를 지속하게 된다.
그리고, ECU는 추정된 운전자의 힘에 따라 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 ECU는 Rack End Stop 기능을 수행할 수 있다. Rack End Stop 기능은, 운전자가 스티어링휠(2)을 우측이나 좌측 끝단을 향해 회전시킬 때, 끝단에 기계적으로 접촉하기 전에 모터부(46)에 제공되는 출력, 즉 전류를 감소시킴으로써, 스티어링휠(2)이 기계적으로 끝단에 접촉하는 것을 방지한다.
이러한 Rack End Stop 기능에 의해 스티어링휠(2)이 우측 끝단이나 좌측 끝단에 위치할 때는 모터부(46)에 제공되는 전류가 작다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스티어링휠(2)의 회전각이 커지면, 일정 회전각(θ1)까지는 동일한 전류를 유지하다가 일정 회전각(θ1) 이상에서는 점차 전류량을 감소시켜서 스티어링휠(2)이 최대 회전각(θ2)에 도달하기 전에 전류량이 최소가 된다. 이때, 모터부(46)에 제공되는 최소 전류량은 0보다 크지만, 모터부(46)가 실제 구동하지는 아니한다. 왜냐하면, 스티어링휠(2)을 회전시키기 위해서는 스티어링휠(2)의 최대 정지마찰력을 초과하는 전류량이 제공되어야 하나, 스티어링휠(2)이 최대 회전각(θ2)일 때 모터(46)에 제공되는 최소 전류량에 의한 모터부(46)의 구동력은 스티어링휠(2)의 최대 정지마찰력을 초과하지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 조향력 조절 시스템(100)은, 토크 센서(42)와 조향 센서(43)로부터 제공된 전기신호의 부호가 상호 상이할 때, 스티어링휠(2)을 우측 끝단이나 좌측 끝단에서 중심으로 회전시킬 때, 스티어링휠(2)의 회전각이 미리 설정된 회복각(θ3) 이상에서는 모터부(46)에 제공되는 전류량을 Rack End Stop 기능을 실행하기 전의 수준으로 회복시킴으로써, 모터부(46)의 어시스트 토크가 회복되도록 한다. 즉, 스티어링휠(2)이 우측 끝단이나 좌측 끝단으로부터 중심으로 회전될 때, ECU(44)는, 모터부(46)에 제공되는 전류량을 Rack End Stop 기능을 수행할 때보다 증가시킨다.
좀 더 상세히 설명하면, Rack End Stop 기능에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 회전각도(θ1) 이상에서는 좌측 끝단이나 우측 끝단에 도달할 때까지 모터(46)에 제공되는 전류량이 감소한다.
이에 따라, ECU는, 회전각도(θ1) 이상의 구간에서 좌측 끝단이나 우측 끝단을 포함하는 일정 구간(A)에서 모터(46)에 제공되는 전류량을 Rack End Stop 기능 전의 상태로 회복(Ramp-up)시킨다. 즉, Rack End Stop 기능에 의해 제한되었던 토크를 Rack End Stop 기능의 수행 이전으로 회복시킨다. 이 경우, 좌측 끝단이나 우측 끝단을 포함하는 일정 구간(A)에서 모터부(46)에 전류량이 충분히 제공되어 모터부(46)의 어시스트 토크가 증가함에 따라, 스티어링휠(2)을 중심을 향해 회전시키더라도 걸림감이 발생하지 아니한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자의 무게로 운전자의 힘을 추정하고, 스티어링 휠(Steering Wheel)의 위치, 시트(Seat) 위치를 인식하여 해당 전류 테이블을 선택해 핸드 토크(Hand Torque)가 기준 범위 내에 있는지에 따라 조향력을 조절할 수 있도록 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 운전자의 무게로 운전자의 힘을 추정하고, 스티어링 휠(Steering Wheel)의 위치, 시트(Seat) 위치를 인식하여 해당 전류 테이블을 선택해 핸드 토크(Hand Torque)가 기준 범위 내에 있는지에 따라 조향력을 조절할 수 있도록 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법 및 시스템에 적용할 수 있다.
42 : 토크센서 43 : 조향센서
44 : ECU 46 : 모터부
100 : 조향력 조절 시스템 110 : 무게센서
120 : 전류 테이블 130 : 기울기 센서

Claims (18)

  1. 차량의 스티어링휠에 연결되어 상기 스티어링휠과 함께 회전하는 조향축에 장착되고, 상기 스티어링휠에 가해지는 토크(Torque)를 감지하는 토크센서;
    상기 차량의 기울기를 감지하는 기울기 센서;
    상기 스티어링휠의 회전에 따라 발생하는 회전각을 감지하는 조향센서;
    상기 조향축에 전달하기 위한 회전력을 발생시키는 모터부;
    운전자가 안착하는 시트(Seat)의 하부에 장착되어 상기 운전자의 무게를 감지하는 무게센서;
    상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘과 전류값과 토크값 및 회전각을 저장하고 있는 전류 테이블; 및
    상기 모터부의 회전력을 전류값에 따라 제어하여 상기 스티어링휠의 조향력(steering assistance force)을 조절하되, 상기 무게센서를 통해 감지된 상기 운전자의 무게에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 상기 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하며, 상기 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 상기 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하는 전자 제어부(ECU);
    를 포함하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게가 상기 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 상기 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 상기 전류 테이블을 상향 조정하고, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 상기 전류 테이블을 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크센서는, 상기 스티어링휠에 가해진 토크를 감지하고, 감지된 토크에 비례하여 (+) 또는 (-)의 전기신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 토크센서는, 상기 스티어링휠이 좌측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심에서 우측 끝단으로 회전할 때 (+)의 전기신호를 출력하고, 반대로 상기 스티어링휠이 우측 끝단에서 중심으로 회전하거나, 중심으로 좌측 끝단으로 회전할 때 (-)의 전기신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 스티어링휠의 위치를 회전각으로 상기 제어된 조향력과 함께 시트 위치와 상기 운전자의 스마트 키에 대응시켜 상기 전류 테이블에 저장하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 제어부(ECU)는 상기 운전자의 무게와 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하고, 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 전류 테이블 또는 함수에 의해 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자 제어부(ECU)는 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 시스템.
  10. 토크센서와 조향센서, 모터부, 무게센서, 전류 테이블, 기울기 센서 및 전자 제어부(ECU)를 포함하는 시스템의 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법으로서,
    (a) 상기 무게센서가 운전자의 무게를 감지하는 단계;
    (b) 상기 전자 제어부(ECU)가 운전자의 무게에 따라 시트 위치와 스티어링휠의 위치로 운전자의 힘을 추정하는 단계; 및
    (c) 상기 전자 제어부(ECU)가 상기 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하되, 상기 기울기 센서를 통해 감지된 차량의 기울기가 일반적인 평형 상태(0°)이고, 상기 차량의 진행 방향이 전진 방향일 경우에, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 이내이면 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하는 단계;
    를 포함하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게가 상기 전류 테이블에 존재하지 않는 경우에 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 사용하여 상기 운전자의 힘을 추정하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 큰 경우에 상기 전류 테이블을 상향 조정하고, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크보다 작은 경우에 상기 전류 테이블을 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 운전자의 무게에 대응된 토크값이 기준 토크 범위 내에서 지속적으로 유지되는 경우에 상기 운전자의 무게에 대응된 전류값으로 상기 모터부의 제어를 지속하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 전류 테이블 또는 함수에 의해 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는, 상기 운전자의 힘을 추정할 때 상기 운전자의 무게, 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치에 따라 운전자의 힘을 추정하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 추정된 운전자의 힘에 대응된 전류값으로 상기 모터부를 제어하는 조향력과 상기 운전자의 힘, 상기 운전자의 무게, 시트 위치 및 상기 스티어링휠의 위치를 스마트키 또는 메모리 번호에 대응시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
  17. 삭제
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 전자 제어부(ECU)는 상기 추정된 운전자의 힘에 따라 상기 모터부를 제어하여 조향력을 자동으로 조절하게 되는 운전자의 힘과 운전자의 무게, 시트 위치 및 스티어링휠의 위치를 운전자의 스마트키에 대응시켜 메모리 번호를 설정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 운전자의 힘에 따른 조향력 조절 방법.
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