KR20160045322A - 후륜 조향장치 및 그 제어방법 - Google Patents

후륜 조향장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후륜 조향장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 후륜 조향장치는, 주행 차속을 검출하는 차속 검출부; 조향휠의 작동에 따른 조향각을 검출하는 조향각 검출부; 조향휠의 작동에 따른 피니언각을 검출하는 피니언각 검출부; 후륜을 조향하기 한 후륜 구동부; 및 차속 검출부, 조향각 검출부 및 피니언각 검출부로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받아 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하고, 조향각속도, 차속 및 피니언각에 기초하여 후륜의 조향시점이 조정된 최종 후륜 조향각을 산출하여 후륜 구동부를 작동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

후륜 조향장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR STEERING REAR WHEEL AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 후륜 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중고속 구간에서 급조타시 차량의 응답특성을 운전자가 빠르게 느낄 수 있도록 후륜 조향 시점을 조정하는 후륜 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량에 적용되는 능동 전륜 조향장치(AFS)는 모터와 감속기 및 제어기로 구성되어, 차량의 주행 상황에 따라 전륜의 조향 기어비를 능동적으로 가변함으로써 운전성 및 조향성을 제공한다,
그리고, 후륜 조향장치(RWS)는 모터와 감속기 및 제어기로 구성되며, 차량의 주행 상황에 따라 차량의 후륜을 조향하여 운전성 및 조향성을 제공한다.
여기서 후륜 조향장치(RWS)는 저속 주행 시에는 후륜을 전륜과 반대 방향으로 조향하고, 고속 주행 시에는 후륜을 전륜과 같은 방향으로 조향하여 저속 시에는 회전반경이 축소되고 고속에서는 조종 안정성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
후륜 조향장치(RWS)가 장착된 차량에서는 고속 주행 시 후륜을 전륜과 같은 방향으로 조향하기 때문에 차량의 요(Yaw) 발생이 줄어들게 되어 선회 궤적이 증가되므로 원하는 궤적으로 선회하기 위해서는 운전자는 더 큰 조향을 해주어야 한다.
이와 같이 후륜 조향장치가 장착된 차량에서는 중고속 주행 시 급조타 및 회피 조향시 차량의 요(Yaw) 발생이 줄어들기 때문에 운전자가 차량의 응답특성을 파악하지 못하여 과도한 조향이 이루어질 경우 다른 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0073262호(2014.06. 16. 공개, 발명의 명칭 : 차량의 거동 제어장치 및 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 중고속 구간에서 급조타시 차량의 응답특성을 운전자가 빠르게 느낄 수 있도록 조향각과 조향각속도를 기반으로 후륜의 조향시점을 조정하는 후륜 조향장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 후륜 조향장치는, 주행 차속을 검출하는 차속 검출부; 조향휠의 작동에 따른 조향각을 검출하는 조향각 검출부; 조향휠의 작동에 따른 피니언각을 검출하는 피니언각 검출부; 후륜을 조향하기 한 후륜 구동부; 및 차속 검출부, 조향각 검출부 및 피니언각 검출부로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받아 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하고, 조향각속도, 차속 및 피니언각에 기초하여 후륜의 조향시점이 조정된 최종 후륜 조향각을 산출하여 후륜 구동부를 작동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 후륜 제한 조향각을 산출한 후, 목표 후륜 조향각에서 후륜 제한 조향각을 감산하여 최종 후륜 조향각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 조향 복원시 목표 후륜 조향각으로 후륜 구동부를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 후륜 조향장치의 제어방법은, 제어부가 차속 검출부, 조향각 검출부 및 피니언각 검출부로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받는 단계; 제어부가 조향각과 차속에 기초하여 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하는 단계; 제어부가 조향각속도, 차속 및 피니언각에 기초하여 후륜의 조향시점을 제한하기 위한 후륜 제한 조향각을 산출하는 단계; 제어부가 목표 후륜 조향각과 후륜 제한 조향각으로부터 최종 후륜 조향각을 산출하는 단계; 및 제어부가 최종 후륜 조향각을 기반으로 후륜을 조향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 후륜 제한 조향각을 산출하는 단계는, 제어부가 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 후륜 제한 조향각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 후륜을 조향하는 단계는, 제어부가 조향 복원시에는 목표 후륜 조향각으로 후륜 구동부를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 후륜 조향장치 및 그 제어방법은 중고속 구간에서 급조타시 조향각과 조향각속도를 기반으로 후륜의 조향시점을 조정함으로써, 급조타 초기에 차량의 응답특성을 운전자가 빠르게 느낄 수 있도록 하여 차량의 안정성을 유지하면서도 조향감을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 과도한 조향을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 적용에 따른 차량의 거동상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 적용에 따른 차량의 거동을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 적용에 따른 차량의 거동상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 적용에 따른 차량의 거동을 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치는, 차속 검출부(30), 조향각 검출부(10), 피니언각 검출부(20), 후륜 구동부(50) 및 제어부(40)를 포함한다.
차속 검출부(30)는 변속기(미도시)의 출력축 회전수로부터 주행 차속을 검출하여 제어부(40)에 제공한다.
조향각 검출부(10)는 조향휠(미도시)의 작동에 따른 조향각을 검출하여 제어부(40)에 제공한다.
피니언각 검출부(20)는 조향휠의 작동에 따른 피니언각을 검출하여 제어부(40)에 제공한다.
후륜 구동부(50)는 모터(미도시)와 감속기(미도시)를 통해 차량의 후륜을 조향한다.
제어부(40)는 차속 검출부(30), 조향각 검출부(10) 및 피니언각 검출부(20)로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받아 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하고, 조향각속도, 차속 및 피니언각에 기초하여 후륜의 조향시점이 조정된 최종 후륜 조향각을 산출하여 후륜 구동부(50)를 작동시킨다.
여기서 목표 후륜 조향각은 제어부(40)가 조향각과 전류휠의 비율과 차속에 따른 후륜조향 게인을 적용하여 저속에서는 조향휠의 조향각에 따라 후륜의 조향각을 전륜과 반대 방향으로 산출하고, 고속에서는 후륜의 조향각을 전륜과 같은 방향으로 산출한다.
또한, 제어부(400는 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 후륜 제한 조향각을 산출한 후, 목표 후륜 조향각에서 후륜 제한 조향각을 감산하여 최종 후륜 조향각을 산출한다.
여기서 보상조향각은 조향각속도가 작을 경우 큰 각으로 설정하고, 조향각속도가 클 경우 작은 각으로 설정할 수 있다.
이는 본 실시예의 경우, 중고속 주행 시 후륜의 조향시점을 조향 초기에 제한하기 위한 것으로써, 고속으로 주행하는 상태에서 조향각속도가 클 경우 요(Yaw)가 이미 발생된 상태이기 때문에 요(Yaw) 발생을 위한 제한값은 작게 설정할 수 있다. 반대로 조향각속도가 작을 경우에는 차량이 응답특성이 크게 발생되도록 보상조향각은 크게 설정할 수 있다.
또한, 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이는 중고속, 예를 들어 차속 48km/h 이하에서는 운전자가 차량의 응답특성을 빠르게 느끼지 않더라도 과도한 조향으로 인한 사고발생이 적기 때문에 후륜의 조향시점을 조정하지 않도록 하는 것이고, 피니언각 45도 이상에서는 과도한 조향으로 판단하여 차량의 안정성을 유지하기 위해 후륜의 조향시점을 조정하지 않도록 하는 것이다.
위와 같은 후륜 제한 조향각은 제어부(40)가 맵(map) 방식을 이용하여 산출할 수도 있다.
한편, 제어부(40)는 조향을 수행한 후 조향 복원 시에는 후륜 제한 조향각을 적용하지 않고 목표 후륜 조향각으로 후륜 구동부(50)를 작동시킬 수 있다.
이와 같이 제어부(40)가 중고속에서 급조타나 회피 조향시 도 2의 (가)와 같이 후륜 제한 조향각을 적용하지 않고 목표 후륜 조향각을 적용하여 후륜을 조향할 경우 요(Yaw)가 감소되어 차량의 응답특성을 확실하게 느끼지 못하지만, 후륜 제한 조향각을 적용하여 최종 후륜 조향각을 기반으로 후륜을 조향할 경우 도 2의 (나)와 같이 초기에 요(Yaw)가 발생되어 차량의 응답특성을 확실하게 느낄 수 있도록 한 후 후륜을 조향하여 차량 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
또한, 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이 요레이트(Yaw Rate)가 횡가속도(LatAcc) 보다 빠르게 반응하여 운전자가 차량의 응답특성을 느낄 수 있음을 알 수 있다. 또한, 요레이트(Yaw Rate)를 살펴볼 때, 후륜의 조향시점이 지연되어 조향이 이루어지는 초기에는 요레이트가 증가하다가 후륜이 조향되면서 감소하는 것을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 후륜 조향장치에 따르면, 중고속 구간에서 급조타시 조향각과 조향각속도를 기반으로 후륜의 조향시점을 조정함으로써, 급조타 초기에 차량의 응답특성을 운전자가 빠르게 느낄 수 있도록 하여 차량의 안정성을 유지하면서도 조향감을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 과도한 조향을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향장치의 제어방법에서는, 제어부(40)가 차속 검출부(30), 조향각 검출부(10) 및 피니언각 검출부(20)로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받는다(S10).
이후 제어부(40)는 조향각과 차속에 기초하여 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출한다(S20).
목표 후륜 조향각은 제어부(40)가 조향각과 전류휠의 비율과 차속에 따른 후륜조향 게인을 적용하여 저속에서는 조향휠의 조향각에 따라 후륜의 조향각을 전륜과 반대 방향으로 산출하고, 고속에서 후륜의 조향각을 전륜과 같은 방향으로 산출한다.
이와 같이 목표 후륜 조향각을 산출한 후 제어부(40)는 조향각속도, 차속 및 피니언각에 기초하여 후륜의 조향시점을 제한하기 위한 후륜 제한 조향각을 산출한다(S30).
이때 후륜 제한 조향각은 제어부가 맵(map) 방식을 이용하여 산출할 수도 있다.
위에서 제어부(40)는 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 후륜 제한 조향각을 산출할 수 있다.
여기서 보상조향각은 조향각속도가 작을 경우 큰 각으로 설정하고, 조향각속도가 클 경우 작은 각으로 설정할 수 있다.
본 실시예의 경우, 중고속 주행 시 후륜의 조향시점을 조향 초기에 제한하기 위한 것으로써, 고속으로 주행하는 상태에서 조향각속도가 클 경우 요(Yaw)가 이미 발생된 상태이기 때문에 요(Yaw) 발생을 위한 제한값은 작게 설정할 수 있다. 반대로 조향각속도가 작을 경우에는 차량이 응답특성이 크게 발생되도록 보상조향각은 크게 설정할 수 있다.
또한, 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이는 중고속, 예를 들어 차속 48km/h 이하에서는 운전자가 차량의 응답특성을 빠르게 느끼지 않더라도 과도한 조향으로 인한 사고발생이 적기 때문에 후륜의 조향시점을 조정하지 않도록 하는 것이고, 피니언각 45도 이상에서는 과도한 조향으로 판단하여 차량의 안정성을 유지하기 위해 후륜의 조향시점을 조정하지 않도록 하는 것이다.
이와 같이 후륜 제한 조향각을 산출한 후, 제어부(40)는 목표 후륜 조향각에서 후륜 제한 조향각을 감산하여 최종 후륜 조향각을 산출한다(S40).
그런 다음 제어부(40)는 최종 후륜 조향각을 기반으로 후륜을 조향한다(S50).
이와 같이 제어부(40)는 중고속에서 급조타나 회피 조향시 산출한 목표 후륜 조향각으로부터 후륜 제한 조향각을 적용하여 후륜의 조향시점을 조향초기에 제한함으로써 차량의 응답특성을 확실하게 느낄 수 있도록 한다.
한편, 제어부(40)는 조향을 수행한 후 조향 복원 시에는 후륜 제한 조향각을 적용하지 않고 목표 후륜 조향각으로 후륜 구동부(50)를 작동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 후륜 조향장치의 제어방법에 따르면, 중고속 구간에서 급조타시 조향각과 조향각속도를 기반으로 후륜의 조향시점을 조정함으로써, 급조타 초기에 차량의 응답특성을 운전자가 빠르게 느낄 수 있도록 하여 차량의 안정성을 유지하면서도 조향감을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 과도한 조향을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 조향각 검출부 20 : 피니언각 검출부
30 : 차속 검출부 40 : 제어부
50 : 후륜 구동부

Claims (8)

  1. 주행 차속을 검출하는 차속 검출부;
    조향휠의 작동에 따른 조향각을 검출하는 조향각 검출부;
    상기 조향휠의 작동에 따른 피니언각을 검출하는 피니언각 검출부;
    후륜을 조향하기 한 후륜 구동부; 및
    상기 차속 검출부, 상기 조향각 검출부 및 상기 피니언각 검출부로부터 각각 상기 차속, 상기 조향각 및 상기 피니언각을 입력받아 상기 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하고, 상기 조향각속도, 상기 차속 및 상기 피니언각에 기초하여 상기 후륜의 조향시점이 조정된 최종 후륜 조향각을 산출하여 상기 후륜 구동부를 작동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 상기 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 상기 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 후륜 제한 조향각을 산출한 후, 상기 목표 후륜 조향각에서 상기 후륜 제한 조향각을 감산하여 상기 최종 후륜 조향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 상기 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 조향 복원시 상기 목표 후륜 조향각으로 상기 후륜 구동부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치.
  5. 제어부가 차속 검출부, 조향각 검출부 및 피니언각 검출부로부터 각각 차속, 조향각 및 피니언각을 입력받는 단계;
    상기 제어부가 상기 조향각과 상기 차속에 기초하여 후륜을 조향하기 위한 목표 후륜 조향각을 산출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 조향각속도, 상기 차속 및 상기 피니언각에 기초하여 상기 후륜의 조향시점을 제한하기 위한 후륜 제한 조향각을 산출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 목표 후륜 조향각과 상기 후륜 제한 조향각으로부터 최종 후륜 조향각을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 최종 후륜 조향각을 기반으로 상기 후륜을 조향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 후륜 제한 조향각을 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 조향각으로부터 조향각속도를 산출하고, 상기 조향각속도에 따른 보상조향각을 설정하여, 상기 보상조향각에 차속별 제한비와 피니언각별 제한비를 곱하여 상기 후륜 제한 조향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치의 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 차속별 제한비는 설정속도 이하에서 제한되고, 상기 피니언각별 제한비는 설정각 이상에서 제한되는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치의 제어방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 후륜을 조향하는 단계는, 상기 제어부가 조향 복원시에는 상기 목표 후륜 조향각으로 상기 후륜 구동부를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향장치의 제어방법.
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