KR101926935B1

KR101926935B1 - 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법

Info

Publication number: KR101926935B1
Application number: KR1020160171370A
Authority: KR
Inventors: 정장현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-12-07
Also published as: CN108216257A; US10526012B2; US20180170425A1; CN108216257B; DE102017119507B4; DE102017119507A1; KR20180069304A

Abstract

본 발명은 운전자 주행모드에서 전륜과 후륜의 조향각 비율에 해당하는 제1조향각 비율 값을 계산하고, 자율 주행모드에서 전륜과 후륜 조향각 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값을 계산하는 제1단계와 상기 제2조향각 비율 값에 의한 연산을 통해 후륜 조향각을 계산하고, 상기 후륜 조향각을 기설정된 리어 휠 스티어링(Rear Wheel Steering, RWS) 최대 조향각과 비교하는 제2단계 및 상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 운전자 주행모드 또는 상기 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정하는 제3단계를 포함한다.

Description

리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법{Method for side slip angle variable control of vehicle having rear wheel steering}

본 발명은 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율 주행 및 운전자 주행에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 후륜 조향각을 다르게 제어하여 횡슬립각을 가변하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전륜 구동 차량은 선회성능 및 차의 추종성을 좋게 하기 위하여 전륜이 소정의 각도로 조타된 경우, 후륜을 역방향 또는 정방향으로 소정각도 조타하여 차량의 선회성능 또는 진로변경의 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 리어 휠 스티어링(RWS : Rear Wheel Steering) 시스템이 개발되어 있다.

이러한 리어 휠 스티어링 시스템은 직선 운동으로 후륜의 조향을 제어하는 리드 스크류, 리드 스크류의 운동량과 방향을 제어하는 모터, 모터의 회전 방향과 회전 각도를 제어하는 전자 제어 장치(ECU : Electronic Control Unit) 및 센서를 포함한다.

즉, 리어 휠 스티어링 시스템은 전자 제어 장치의 제어에 따라 모터의 회전 방향과 각도를 제어하여 최종적으로 후륜의 조향각을 자동으로 제어하는 시스템인 것으로, 고속 주행에서 민첩성을 향상시키고 안정성을 높이는데 기여한다.

그러나, 상기와 같이 리어 휠 스티어링 시스템을 제어하여 차량의 자세를 제어하는 장치는 전륜 타이어각 추정을 통해 그 비율로 후륜 타이어각을 제어하는 방식을 사용한다.

다시 말해, 전륜 타이어 각에 튜닝 가능한 기어비 맵을 통해 후륜의 타이어 각이 결정되며, 차속에 따라 후륜 제어각이 전륜과 동상 혹은 역상을 결정한다.

더 자세히 설명하면, 리어 휠 스티어링 시스템을 이용한 자세제어 장치는 전륜과 후륜의 단순 기어비를 이용하여 후륜을 제어하는 방식, 즉 차량의 자세를 고려하지 않은 오픈 루프(Open Loop) 기반 제어 방식을 사용하기 때문에, 안정적인 차량 자세제어가 어려울 뿐만 아니라, 부정확한 제어를 수행하여 차량의 움직임이 둔해지거나 혹은 불안정한 상태를 유발시키는 문제점이 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2012-0008621호(2012.02.01.)

본 발명의 목적은, 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량에 대하여 운전 모드를 판정한 후, 그에 따른 자율 주행모드 및 운전자 주행모드에 따라 각각 전후륜 조향각 비율이 달라지는 제어가 이루어지게 함으로써, 자율 주행모드에서는 횡슬립각을 최소화시킬 수 있고, 운전자 주행모드에서는 주행 이질감을 축소시킬 수 있는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법은 운전자 주행모드에서 전륜과 후륜의 조향각 비율에 해당하는 제1조향각 비율 값을 계산하고, 자율 주행모드에서 전륜과 후륜 조향각 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값을 계산하는 제1단계와 상기 제2조향각 비율 값에 의한 연산을 통해 후륜 조향각을 계산하고, 상기 후륜 조향각을 기설정된 리어 휠 스티어링(Rear Wheel Steering, RWS) 최대 조향각과 비교하는 제2단계 및 상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 운전자 주행모드 또는 상기 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제3단계는 상기 운전자 주행모드가 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제1조향각 비율 값이 적용되도록 한다.

그리고, 상기 제3단계는 상기 자율 주행모드가 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제2조향각 비율 값이 적용되도록 한다.

한편, 상기 제2단계는 상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 보다 큰 것으로 판단되면, 상기 운전자 주행모드 또는 상기 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정한다.

이때, 상기 제2단계는 상기 운전자 주행모드가 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제1조향각 비율 값이 적용되도록 하고, 상기 자율 주행모드가 판정되면, 상기 RWS 최대 조향각이 후륜 조향각으로 적용되도록 한다.

본 발명은, 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량에 대하여 운전 모드를 판정한 후, 그에 따른 자율 주행모드 및 운전자 주행모드에 따라 각각 전후륜 조향각 비율이 달라지는 제어가 이루어지게 함으로써, 자율 주행모드에서는 횡슬립각을 최소화시킬 수 있고, 운전자 주행모드에서는 주행 이질감을 축소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법에 대한 RWS(Rear Wheel Steering) 적용 상태를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 보여주는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법에 대한 RWS(Rear Wheel Steering) 적용 상태를 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이며, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 보여주는 블록도이다.

일반적으로, 전륜 구동 차량의 경우에는 선회성능 및 차량의 추종성을 좋게 하기 위하여 전륜이 소정의 각도로 조타된 경우, 후륜을 역방향 또는 정방향으로 소정의 각도로 조타하여 차량의 선회성능 또는 진로변경의 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 리어 휠 스티어링(Rear Wheel Steering) 시스템이 적용된다.

즉, 상기와 같은 리어 휠 스티어링 시스템 적용을 통해 차속에 따라 전륜 조향각 대비 후륜 조향각 비율을 설정하여 주행 이질감 없는 조건으로 최적튜닝이 이루어지도록 할 수 있다.

예를 들어, 차량 선회 시 민첩성과 안전성의 최적 구현을 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 차체 헤딩 방향(Vx)과 차량 속도 진행방향(V)의 사이각을 의미하는 횡슬립각의 축소가 필요하다.

다시 말해, 차체 헤딩 방향(Vx)과 속도 진행방향(V)의 차이가 줄어들수록 저속에는 민첩성이 향상되고, 고속에서는 안정성이 향상될 수 있다.

상기와 같은 운전자 주행모드에서는 횡슬립각 축소량이 증가할수록 주행 시 조향 이질감이 발생할 수 있으며, 이는 운전자는 가고자 하는 방향과 현재 진행 방향의 차이를 인식하고 조타하는데 인위적으로 이 두 방향의 차이를 줄이게 되면, 기존 운전 습관과 배치되어 이질감을 느끼게 되기 때문이다.

따라서, 운전자 주행모드에서는 운전자로 하여금 이질감 발생을 방지하도록 횡슬립각을 최소로 축소하지 않아도 무방하다.

반면에, 자율 주행모드의 경우 상기와 같은 운전자 주행모드와 비교하여 운전자의 주행 조향감에 대한 영향이 적으므로, 성능 최적 구현을 위하여 횡슬립각 축소 제어가 필요하다.

따라서, 자율 주행모드에서의 횡슬립각을 최소로 하는 제어 방법, 즉 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자 주행모드에서 전륜과 후륜의 조향각 비율에 해당하는 제1조향각 비율 값(K')을 계산하고, 자율 주행모드에서 전륜과 후륜 조향각 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값(K)을 계산한다(S100).

[수학식]

즉, 자율 주행모드에서 전륜과 후륜 조향각 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값(K)은 일반적인 차량 운동 방적식 및 기설정된 전륜과 후륜 사이에 설정된 조타각 관계, 다시 말해 운전자의 이질감 축소를 위해 평가/품질 합동평가 기준에 따라 차량의 개발 단계에서 미리 설정된 운전자 주행모드에서의 전륜과 후륜의 조향각 비율 값(K')을 기반으로 하여 구현된다.

상기 [수학식]에서 차량 반응(α)은 차속 변화 양상에 맞춰 나타나는 것으로, 주로 중량, 중량배분, 차량 전후 길이와 같은 초기조건과, 타이어 마찰력과 같은 속도별 조향 입력에 따른 차량특성 변화와 연계하여 동적으로 변화하게 되는데, 이때 오차를 최소화 하기 위해 상기 차량특성에 대응되는 제어 인자로 설정된다.

여기서, 제1조향각 비율 값(K') 및 제2조향각 비율 값(K)은 상기 [수학식]에 의해 미리 계산되어 저장되며, 이때 운전자 주행모드에서의 전륜 조향각과 후륜 조향각의 비율인 제1조향각 비율 값(K')은 0.1 로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 자율 조행모드에서의 전륜 조향각과 후륜 조향각의 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값(K)은 0.4 로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 제2조향각 비율 값(K)은 제1 조향각 비율 값(K')에 비해 큰 값으로 결정되도록 할 수 있다.

한편, 제2조향각 비율 값(K)에 의한 연산을 통해 후륜 조향각을 계산하고, 이때의 후륜 조향각을 기설정된 리어 휠 스티어링(Rear Wheel Steering, 이하 RWS) 최대 조향각과 비교한다(S200).

이때, 만일 계산된 후륜 조향각이 RWS 최대 조향각 보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 운전자 주행모드 또는 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정한다(S210).

여기서, 차량의 운전모드가 운전자 주행모드인 것으로 판정되면, 전술된 단계(S100)에서 미리 계산된 제1조향각 비율 값(K')이 적용되도록 한다(S212).

이러한 차량의 운전모드 판정은 차량의 스티어링 휠에 기설치된 센서에 의해 스티어링 휠에 대한 파지여부를 판단한 후, 조향 시에 스티어링 휠의 파지가 이루어지지 않은 것으로 판단되면, 자율 주행모드인 것으로 판정할 수 있고, 또한 조향 시 검출되는 차량의 토크가 일정한 것으로 판단되면, 자율 주행모드인 것으로 판정할 수도 있다.

만일, 운전자 주행모드 또는 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정하여(S210), 차량의 운전모드가 자율 주행모드인 것으로 판정되면, RWS 최대 조향각이 전륜 조향각에 대한 후륜 조향각으로 계산되도록 한다(S214).

이러한 RWS 후륜 조향각은 RWS 시스템의 좌우 스트로크의 길이 변화에 따라 설정되는데, 스트로크는 소정의 길이를 가지기 때문에 길이 변화에 한계가 있으며, 여기서 한계에 해당하는 최대 조향각이 RWS 최대 조향각으로 계산되어 저장된다.

다시 말해, 자율 주행모드에서의 제2조향각 비율 값(K)을 바탕으로 후륜 조향각을 계산한 결과, 후륜 조향각이 RWS 최대 조향각 보다 크거나 같은 것으로 판단되고, 차량의 운전 모드가 자율 주행모드인 것으로 판단되면(S210), 제2조향각 비율 값(K)에 해당하는 후륜 조향각을 적용하는 것이 아니라, 기설정된 RWS 최대 조향각, 바람직하게는 2 deg 로 기설정된 후륜 조향각을 적용하도록 한다.

예를 들어, 운전자 주행 모드에서의 후륜 조향각이 2deg 인 경우, 제1조향각 비율 값(K')에 따라 전륜 조향각은 20 deg 가 되고, 이러한 전륜 조향각에 대하여 제2조향각 비율 값(K)을 적용하게 되면, 자율 주행모드에서 후륜 조향각은 8 deg 로 계산되는데, 이때 자율 주행모드에서의 후륜 조향각이 기설정된 RWS 최대 조향각, 즉 2 deg 보다 크기 때문에, 자율 주행모드에서 후륜 조향각으로 8 deg 를 적용하는 것이 아니라 기설정된 RWS 최대 조향각 2 deg 를 적용하도록 한다.

한편, 후륜 조향각과 기설정된 RWS 최대 조향각을 비교(S200)한 결과, 만일 후륜 조향각이 RWS 최대 조향각 보다 작은 것으로 판단되면, 운전자 주행모드 또는 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정한다(S300).

이때, 차량의 운전모드가 운전자 주행모드인 것으로 판정되면, 전술된 단계(S100)에서 미리 계산된 제1조향각 비율 값(K')이 적용되도록 한다(S310).

또한, 만일 차량의 운전모드가 자율 주행모드인 것으로 판정되면, 전술된 단계(S100)에서 미리 계산된 제2조향각 비율 값(K)이 적용되도록 한다(S320).

여기서, 차량의 운전모드의 판정은 전술된 운전자 주행모드 또는 자율 주행모드 중 어느 하나의 운전모드를 판정하는 단계(S210)에서와 동일하게 차량의 스티어링 휠에 기설치된 센서에 의해 스티어링 휠에 대한 파지여부를 판단한 후, 조향 시에 스티어링 휠의 파지가 이루어지지 않은 것으로 판단되면, 자율 주행모드인 것으로 판정할 수 있고, 조향 시 검출되는 차량의 토크가 일정한 것으로 판단되면, 자율 주행모드인 것으로 판정할 수도 있다.

또한, 상기와 같은 조건들을 만족하지 못하는 경우에는 운전자 주행모드인 것으로 판정할 수 있다.

이러한 차량의 주행모드 판정은 어느 하나의 방법으로 정해진 것이 아니라, 전술된 바와 같은 스티어링 휠에 설치된 센서 및 검출되는 토크 값 또는 그 밖의 이미 공지된 일반적인 방법에 따라 판정될 수 있으며, 그에 따라 본 실시예에서는 주행모드 판정에 대한 구체적인 적용 및 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 운전모드를 판정한 결과(S300), 자율 주행모드가 선택된 경우에는 전술된 단계(S100)에서 미리 계산된 제2조향각 비율 값(K)에 해당하는 값이 전후륜 조향각 비율로 적용되도록 함으로써(S320), 차체 헤딩 방향(도 1에서의 Vx)이 차량 속도 진행 방향(도 1에서의 V)을 향하여 이동하도록 후륜의 조향각 비율이 커지게 하여 횡슬립각이 최소가 되게 제어할 수 있으며, 그에 따라 저속에서 조향 시에는 민첩성을 향상시키고, 구속에서는 안정성을 향상시킬 수 있다.

반면, 운전모드를 판정한 결과(S300), 운전자 주행 모드가 선택된 경우에는 전술된 단계(S100)에서 미리 계산된 제1조향각 비율 값(K')에 해당하는 값이 전후륜의 조향각 비율로 적용되도록 함으로써(S310), 횡슬립각 축소량을 감소시켜 조향 시 운전자가 느낄 수 있는 주행 이질감을 축소할 수 있다.

이는, 운전자는 가고자 하는 방향과 현재 진행 방향의 차이를 인식하고 조타하는데, 이 두 방향의 차이를 횡슬립각 제어를 통해 인위적으로 줄이게 되면, 기존 운전 습관과 배치되어 이질감을 느낄 수 있기 때문이다.

결과적으로, 본 실시예에서는 운전 모드 판정 결과에 따라 서로 다른 전후륜 조향 비가 적용되도록 제어함으로써, 자율 주행모드에서는 횡슬립각을 최소화시킬 수 있고, 운전자 주행모드에서는 주행 이질감을 축소시킬 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

Claims

운전자 주행모드에서의 전륜과 후륜의 조향각 비율에 해당하는 제1조향각 비율 값을 결정하고, 자율 주행모드에서의 전륜과 후륜 조향각 비율에 해당하는 제2조향각 비율 값을 결정하는 제1단계;
상기 제2조향각 비율 값에 의한 연산을 통해 후륜 조향각을 계산하고, 상기 후륜 조향각을 기설정된 리어 휠 스티어링(Rear Wheel Steering, RWS) 최대 조향각과 비교하는 제2단계; 및
상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 보다 작은 것으로 판단되면, 현재 차량의 운전모드가 상기 운전자 주행모드와 상기 자율 주행모드 중 어느 운전모드인지를 판정하는 제3단계; 및
상기 운전자 주행모드와 자율 주행모드 중 상기 제3단계에서 판정된 운전모드에 해당하는 조향각 비율 값을 적용하여 후륜 조향각을 제어하는 제4단계를 포함하고,
제2조향각 비율 값은 제1 조향각 비율 값에 비해 큰 값으로 결정되는 것임을 특징으로 하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계에서 상기 운전자 주행모드인 것으로 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제1조향각 비율 값이 적용되도록 하는 것을 특징으로 하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계에서 상기 자율 주행모드인 것으로 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제2조향각 비율 값이 적용되도록 하는 것을 특징으로 하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계에서 상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 이상인 것으로 판단되면, 현재 차량의 운전모드가 상기 운전자 주행모드와 상기 자율 주행모드 중 어느 운전모드인지를 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제2단계에서 상기 후륜 조향각이 상기 RWS 최대 조향각 이상인 것으로 판단된 후, 현재 차량의 운전모드가 상기 운전자 주행모드인 것으로 판정되면, 상기 제1단계에서 미리 계산된 상기 제1조향각 비율 값이 적용되도록 하고, 상기 자율 주행모드인 것으로 판정 판정되면, 상기 RWS 최대 조향각이 후륜 조향각으로 적용되도록 하는 것을 특징으로 하는 리어 휠 스티어링 시스템이 적용된 차량의 횡슬립각 가변 제어 방법.