KR19990008593A - 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 조향 축에 설치된 조향각 센서와 앞바퀴에 설치된 차속 센서를 통해 각각 검출한 조향 휠의 조향각과 차량 속도를 마이크로 프로세서에서 연산 처리하여 그 결과에 따라 뒷바퀴를 조향시킨 후, 상기 뒷바퀴에 설치된 포텐셔미터를 통해 뒷바퀴의 조향각을 검출하여 그 값을 상기 마이크로 프로세서로 피드백함으로써 상기 뒷바퀴의 조향이 원활하게 이루어지도록 하는 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

Description

4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법

본 발명은 조향 휠(steering wheel)의 조작에 의해 앞바퀴와 뒷바퀴의 타이어를 모두 조향하여 주행 방향을 변환시키는 4륜 조향 시스템(4 Wheel Steering System : 4WS)에 관한 것으로서, 특히 조향 휠의 회전각과 차량의 속도에 따라 뒷바퀴를 비선형적으로 조향하는 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 4륜 조향(4 Wheel Steering : 4WS)의 목적은 저속 주행시에 앞바퀴의 조향 방향과 뒷바퀴의 조향 방향이 반대 방향인 역위상 조향을 하여 선회의 반경을 적게 하여 적은 회전이 잘 이루어지도록 하는 것과, 중·고속시에 앞바퀴의 조향 방향과 뒷바퀴의 조향 방향이 동일한 방향인 동위상 조향을 하여 고속에서의 차선 변경과 선회시의 조종 안정성을 향상시키는 것에 있다.

상기한 4륜 조향의 목적을 달성하기 위한 방법으로 조향각 비례 제어가 있는데, 상기 조향각 비례 제어는 조향 휠의 조향각에 비례하여 저속 영역에서는 역위상으로, 중·고속 영역에서는 동위상으로 뒷바퀴 조향을 실행하는 제어이다.

또한, 중·고속 부근에서 정상 선회시 4륜 조향 제어의 효용을 살려 가며, 조향 초기부터 정상 선회가 되기까지의 과도 상태에서 차체가 선회 내측을 향하는 것이 지연되는 현상을 개량하기 위해 일차 지연 제어, 위상 반전 제어, 요레이트 비례 제어 등의 여러 가지 제어법이 있다.

상기 일차 지연 제어는 앞바퀴를 조향했을 때 뒷바퀴 조향의 작동을 약간 늦추어 차체의 자전을 증가시키는 방법이고, 상기 위상 반전 제어는 조향 휠을 회전시켰을 때 조향 휠의 각속도, 각가속도에 의해 선회시의 차체 방향과 진행 방향의 차이를 예측하여 선회 초기에 한번 뒷바퀴를 역위상으로 조향하고 나서 동위상으로 돌아가는 방법이다.

또한, 요레이트 비례 제어는 자동차 중심 주위에 발생되는 자전 운동의 속도와 회전각 속도인 요레이트를 검지함에 따라 뒷바퀴의 조향량을 제어하는 것으로서, 요레이트에 의해 자동차의 자전 운동의 증감을 직접 검출할 수 있기 때문에 그에 따라 뒷바퀴 조향각을 증감시켜 주면 자전과 공전의 알맞은 타이밍이 취해지고, 선회 초기부터 차체의 방향과 진행 방향의 차이를 매우 작게 할 수 있으며, 직접 자동차의 자전 운동을 감지할 수 있으므로 조향 이외의 외력으로 발생하는 자전 운동도 짧은 시간에 감지해 자전을 억제하는 방향으로 뒷바퀴를 조향할 수 있다.

일반적인 4륜 조향 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 조향 휠(1)과 조향 축(2)으로 구성되어 운전자의 조작력을 각 기구로 전달하는 조작 기구와, 프레임에 고정되어 상기 조작 기구의 조작력을 증대시키고 그 운동 방향을 변환시키는 기어 기구와, 상기 기어 기구의 움직임을 바퀴(6, 16)에 전달함과 동시에 상기 바퀴(6, 16)의 좌우 관계를 올바르게 유지하는 링크 기구로 이루어진다.

여기서, 상기 기어 기구와 링크 기구는 각각 앞바퀴(6)를 조향시키는 프런트 기어 기구(3) 및 프런트 링크 기구와, 뒷바퀴(16)를 조향시키는 리어 기어 기구(10) 및 리어 링크 기구로 구분되고, 상기 링크 기구는 피트먼 암, 드래그 링크, 너클 암 및 타이로드(5, 15) 등으로 구성되며, 상기 프런트 기어 기구(3)와 리어 기어 기구(10)는 커넥팅 샤프트(7)로 연결되어 있다.

종래 기술에 의한 4륜 조향의 조향각 제어 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 앞바퀴(6)를 조향시키는 조향 축(2)에 설치되어 조향 휠(1)의 조향각을 검출하는 조향각 센서(20)와, 앞바퀴(6)와 뒷바퀴(16)에 각각 설치되어 상기 앞바퀴(6)와 뒷바퀴(16)의 조향각을 검출하는 포텐셔미터(potentiometer)(21)와, 상기 조향각 센서(20)를 통해 얻은 정보에 따라 상기 뒷바퀴(16)을 조향시키는 뒷바퀴 구동부(22)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 뒷바퀴 구동부(22)는 리어 기구 기구(10) 및 리어 링크 기구를 포함하여 구성된다.

종래 기술에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템의 동작은 다음과 같다.

먼저, 운전자에 의해 조향 휠(1)이 회전되면 상기 조향 휠(1)의 회전이 래크와 피니언으로 이루어진 프런트 기어 기구(3)로 전달되고, 상기 래크가 프런트 타이로드(5)를 좌우로 움직이게 하여 앞바퀴(6)를 조향시킴과 동시에 출력 피니언(4)을 회전시켜 커넥팅 샤프트(7)를 경유하여 리어 기어 기구(10)에도 전달된다.

여기서, 상기 리어 기어 기구(10)의 스티어링 피벗(13)은 큰 베어링으로, 상기 베어링의 아우터 레이스(outer race)는 섹터 기어(12)와 일체가 되어 피벗축 주위에 좌우로 기울어지는 구조가 되며, 이너 레이스(inner race)는 릴레이 로드(14)로부터 돌출된 오프셋 샤프트와 연결되어 있다.

이후, 상기 커넥팅 샤프트(7)에 의해 입력 피니언(11)이 좌우 어느 쪽으로든가 회전하면 회전력은 섹터 기어(12)로 전달되고 스티어링 피벗(13)으로부터 상기 오프셋 샤프트를 경유해 릴레이 로드(14)를 좌우 방향으로 이동시킨다. 상기 릴레이 로드(14)는 리어 타이로드(15), 리어 너클 암을 움직이게 하여 뒷바퀴(16)를 조향한다.

상기와 같이 4륜 조향이 이루어질 때, 상기 조향 축(2)에 설치되어 있는 조향각 센서(20)에 의해서 상기 조향 휠(1)의 조향각이 검출되고, 이렇게 검출된 정보에 따라 상기 뒷바퀴 구동부(22)가 동작하여 상기 뒷바퀴(16)를 조향시킨다. 이때, 자동차의 속도가 저속이면 역위상 조향이 되고, 자동차의 속도가 고속이면 동위상 조향이 된다.

한편, 도 3a와 도 3b는 각각 종래 기술에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템에서의 앞바퀴(6) 조향각과 뒷바퀴(16) 조향각의 관계와 차량 속도와 뒷바퀴(16) 조향각의 관계가 도시된 그래프로서, 도 3b에 나타난 기준 속도는 차량의 속도에 따라 역위상 조향과 동위상 조향으로 구분되는 속도이다.

상기와 같이 구성된 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 차량의 전속도 영역에서 앞바퀴(6)의 조향각 변화에 따른 뒷바퀴(16)의 조향각 변화율이 선형적으로 일정하고, 차량의 속도가 역조향 임계속도 이하 또는 정조향 임계속도 이상이 되면 뒷바퀴(16)의 조향각이 일정한 값으로 변하지 않기 때문에 상기 뒷바퀴(16)의 원활한 조향이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 뒷바퀴의 조향각을 차량의 속도에 따라 비선형적으로 변화시킴으로써 원활한 조향이 이루어지도록 하는 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 4륜 조향 시스템이 도시된 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템이 도시된 구성도,

도 3a는 종래 기술에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템에서의 앞바퀴 조향각과 뒷바퀴 조향각의 관계가 도시된 그래프,

도 3b는 종래 기술에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템에서의 차량 속도와 뒷바퀴 조향각의 관계가 도시된 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템이 도시된 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템에서의 차량 속도와 뒷바퀴 조향각의 관계가 도시된 그래프이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51 : 조향 휠 52 : 조향 축

53 : 앞바퀴 54 : 뒷바퀴

60 : 조향각 센서 62 : 속도 센서

64 : 마이크로 프로세서 66 : 뒷바퀴 구동부

68 : 포텐셔미터

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템의 특징은 조향 축에 설치되어 조향 휠의 조향각을 검출하는 조향각 센서와, 앞바퀴에 설치되어 차량의 속도를 검출하는 속도 센서와, 상기 조향각 센서와 속도 센서에서 얻어진 정보를 연산 처리하여 그 결과를 출력하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 신호에 따라 뒷바퀴를 조향하는 뒷바퀴 구동부를 포함하여 구성된 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 뒷바퀴에는 상기 뒷바퀴의 조향각을 검출하여 그 값을 상기 마이크로 프로세서로 피드백하는 포텐셔미터가 설치되는데 있다.

또한, 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 방법의 특징은 조향 축에 설치된 조향각 센서를 이용하여 조향 휠의 조향각을 검출하고 앞바퀴에 설치된 속도 센서를 이용하여 차량의 속도를 검출하는 제 1단계과, 상기 조향각 센서와 차속 센서를 통해 얻어진 정보를 마이크로 프로세서를 이용하여 연산 처리한 후 그 결과를 출력하는 제 2단계과, 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 신호에 따라 뒷바퀴 구동부가 동작하여 뒷바퀴를 조향시키는 제 3단계으로 이루어진 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 뒷바퀴에 설치된 포텐셔미터를 이용하여 상기 뒷바퀴의 조향각을 검출한 후, 그 값을 상기 마이크로 프로세서로 피드백하여 상기 뒷바퀴가 마이크로 프로세서의 출력 신호대로 조향되었는가를 확인하는 제 4단계을 더 포함하여 이루어지는데 있다.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명은 마이크로 프로세서에서 조향각 센서와 차속 센서를 통해 얻어진 정보가 연산 처리된 후 그 결과에 따라 뒷바퀴가 조향됨으로써 상기 뒷바퀴의 조향각이 차량의 속도에 따라 비선형적으로 변화되어 뒷바퀴의 조향이 원활하게 이루어지는이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 앞바퀴(53)를 조향시키는 조향 축(52)에 설치되어 조향 휠(51)의 조향각을 검출하는 조향각 센서(60)와, 앞바퀴(53)에 설치되어 차량의 속도를 검출하는 속도 센서(62)와, 상기 조향각 센서(60)와 속도 센서(62)에서 얻어진 정보를 연산 처리하여 그 결과를 출력하는 마이크로 프로세서(64)와, 상기 마이크로 프로세서(64)로부터 출력된 신호에 따라 뒷바퀴(54)를 조향하는 뒷바퀴 구동부(66)와, 상기 뒷바퀴(54)에 설치되어 상기 뒷바퀴(54)의 조향각을 검출한 후, 그 값을 상기 마이크로 프로세서(64)로 피드백하는 포텐셔미터(68)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템은 다음과 같이 동작된다.

먼저, 운전자가 조향 휠(51)를 회전시키면 상기 조향각 센서(60)에 의해 상기 조향 휠(51)의 회전각 변위가 검출됨과 아울러 상기 속도 센서(62)에 의해 차량의 속도가 검출된다. 이렇게 상기 조향각 센서(60)와 속도 센서(62)를 통해 검출된 정보가 상기 마이크로 프로세서(64)로 전송되면 상기 마이크로 프로세서(64)에서 두 정보가 연산 처리된 후, 그 결과가 상기 뒷바퀴 구동부(66)로 출력된다.

이후, 상기 뒷바퀴 구동부(66)의 동작으로 뒷바퀴(54)가 최적의 조향각으로 조향되면 상기 포텐셔미터(68)에 의해 뒷바퀴(54)의 조향각이 검출된다. 상기 포텐셔미터(68)를 통해 검출된 뒷바퀴(54) 조향각은 상기 마이크로 프로세서(64)로 피드백되어 상기 뒷바퀴(54)가 상기 마이크로 프로세서(64)로부터 출력된 신호대로 조향되었는가가 확인된다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템의 차량 속도에 따른 뒷바퀴 조향각의 변화율이 나타난 그래프로서, 뒷바퀴의 조향각이 차량 속도에 따라 비선형적으로 변화함을 알 수 있다. 여기서, 기준 속도는 차량의 속도에 따라 역위상 조향과 동위상 조향으로 구분되는 속도이다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 4륜 조향의 조향각 제어 시스템 및 제어 방법은 조향각 센서(60)와 차속 센서(62)에 의하여 각각 조향 휠(51)의 조향각과 차량의 속도가 검출되고, 마이크로 프로세서(64)에 의해 상기 조향각 센서(60)와 차속 센서(62)를 통해 얻어진 정보가 연산 처리된 후 그 결과에 따라 뒷바퀴(54)가 조향됨으로써 상기 뒷바퀴(54)의 조향각이 차량의 속도에 따라 비선형적으로 변화되어 뒷바퀴(54)의 조향이 원활하게 이루어지는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 조향 축에 설치되어 조향 휠의 회전각 변위를 검출하는 조향각 센서와, 앞바퀴에 설치되어 차량의 속도를 검출하는 속도 센서와, 상기 조향각 센서와 속도 센서에서 얻어진 정보를 연산 처리하여 그 결과를 출력하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 신호에 따라 뒷바퀴를 조향하는 뒷바퀴 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 4륜 조향의 조향각 제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 뒷바퀴에는 상기 뒷바퀴의 조향각을 검출하여 그 값을 상기 마이크로 프로세서로 피드백하는 포텐셔미터가 설치된 것을 특징으로 하는 4륜 조향의 조향각 제어 시스템.
3. 조향 축에 설치된 조향각 센서를 이용하여 조향 휠의 회전각 변위를 검출하고 앞바퀴에 설치된 속도 센서를 이용하여 차량의 속도를 검출하는 제 1단계과, 상기 조향각 센서와 차속 센서를 통해 얻어진 정보를 마이크로 프로세서를 이용하여 연산 처리한 후 그 결과를 출력하는 제 2단계과, 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 신호에 따라 뒷바퀴 구동부가 동작하여 뒷바퀴를 조향시키는 제 3단계으로 이루어진 것을 특징으로 하는 4륜 조향의 조향각 제어 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 뒷바퀴에 설치된 포텐셔미터를 이용하여 상기 뒷바퀴의 조향각을 검출한 후, 그 값을 상기 마이크로 프로세서로 피드백하여 상기 뒷바퀴가 마이크로 프로세서의 출력 신호대로 조향되었는가를 확인하는 제 4단계을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 4륜 조향의 조향각 제어 방법.