KR20220127647A - 차량용 조향 보조 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20220127647A
KR20220127647A KR1020210032227A KR20210032227A KR20220127647A KR 20220127647 A KR20220127647 A KR 20220127647A KR 1020210032227 A KR1020210032227 A KR 1020210032227A KR 20210032227 A KR20210032227 A KR 20210032227A KR 20220127647 A KR20220127647 A KR 20220127647A
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서지윤
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Abstract

본 발명은 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지부; 및 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어부;를 포함하여, 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크의 이상의 조향토크로 타이어 회전이 이루어질 수 있게 한 차량용 조향 보조 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

차량용 조향 보조 장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR STEERING AUXILIARY OF VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 정차 중인 차량의 조향에 요구되는 토크를 구동모터로부터 추가 공급할 수 있게 한 차량용 조향 보조 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자식 파워 스티어링(MDPS : Motor Driven Power Steering)을 이용한 조향 조작시, 원하는 각도로의 조향을 위해 각 타이어에 작용되는 조향토크는 차량의 주행 또는 정차 여부에 따라 그 크기가 다르게 된다.
즉, 타이어와 노면 사이의 마찰계수가 적은 주행 시보다 차량이 정차 중인 경우에 보다 큰 조향토크가 필요하게 되며, 조향각이 클수록 필요한 조향토크도 증가하게 된다. 그에 따라 정차 중인 상태에서 조향각을 최대로 조작하는 풀 턴(Full Turn) 조건에서 가장 큰 조향토크가 필요하게 된다.
또한, 4개의 타이어가 모두 독립적으로 구동될 수 있는 4륜 독립 조향 차량의 경우 각 타이어에 조향토크를 발생시키기 위한 조향모터 뿐만 아니라, 구동력을 발생시키기 위한 구동모터도 함께 설치되어야 하므로 조향토크의 용량과 크기를 증가시킴에 있어 공간적인 제약을 갖게 되는 문제점이 있었다.
그에 따라, 조향모터의 용량 증가를 최소화하면서도 조향 조작시 가장 큰 조향토크가 요구되는 정차 중 풀 턴(Full Turn)시에 필요한 조향토크를 충족시킬 수 있게 한 장치에 대한 필요성은 여전하다.
본 발명의 실시예는, 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지부; 및 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어부;를 포함하여, 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크의 이상의 조향토크로 타이어 회전이 이루어질 수 있게 한 차량용 조향 보조 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 조향 보조 장치는, 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지부; 및 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 조향 보조 장치는, 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 선행적으로 판단하는 정차 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어부는, 상기 제1구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어부는, 상기 제2구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어부는, 정지 상태의 차량이 좌선회를 하고자 조향 조작될 경우, 상기 제1구동력으로서 차량의 우측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 상기 제2구동력으로서 차량의 좌측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 후륜에 부(-) 구동력이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어부는, 정지 상태의 차량이 우선회를 하고자 조향 조작될 경우, 상기 제1구동력으로서 차량의 좌측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 상기 제2구동력으로서 차량의 우측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 후륜에 부(-) 구동력이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 조향 보조 장치는, 조향각과 모멘트 암의 증감 관계를 나타내는 데이터를 킹핀축과 조향모터의 설치 위치 그리고 모터 축 옵셋을 포함하는 차량의 제원 특성치를 이용하여 미리 산출한 후 메모리에 저장하고, 상기 조향각의 크기를 이용하여 타이어 회전시 변경되는 모멘트 암의 길이를 상기 메모리로부터 파악하는 모멘트 암 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 조향 보조 장치는, 조향각의 크기에 따라 차량이 정지된 상태에서 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 상기 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우, 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조향 보조 결정부는, 필요 조향토크 중 상기 조향모터에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조향 보조 제어방법은, 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지단계; 및 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조향 보조 제어방법은, 상기 선회방향 인지단계에서 조향각의 변화를 인지하기 전에, 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 판단하는 차량 정지 판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어단계는, 상기 제1구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타이어 구동 제어단계는, 상기 제2구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조향 보조 제어방법은, 상기 타이어 구동 제어 단계 이전에, 조향각의 크기에 따라 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 상기 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조향 보조 결정단계는, 필요 조향토크 중 상기 조향모터에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 타이어의 회전을 위한 필요 조향토크의 일부가 구동모터의 구동력에 의해 보완 공급될 수 있도록 제어함으로써, 조향모터에서 생성되어야 하는 조향토크를 증가시키지 않을 수 있어 조향모터의 중량 증가와 비용 증가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구동모터의 협조에 의해 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크 이상의 조향토크로 타이어를 회전시킬 수 있으므로, 조향모터의 중량과 부피 증가를 최소화 할 수 있어, 타이어 내측 영역에 대한 패키지 설계에도 여유를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 장치의 블록 구성도.
도 2는 차량의 조향 조작시 모멘트 암의 길이가 변경되는 것을 나타내는 예시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 조향 중인 4륜 독립 조향 차량의 타이어에 구동력이 추가 작용되는 것을 나타내는 평면도와 후면도.
도 5는 본 발명에 따라 4륜 독립 조향 차량의 타이어 각각에 조향 보조 모멘트 생성을 위한 구동력이 추가 작용되는 것을 나타내는 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 제어방법의 구성도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 장치는, 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지부(200)와, 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다.
상기 선회방향 인지부(200)는, 핸들 조작에 의한 조향각의 변화를 토대로 타이어의 회전 방향이 우회전인지 또는 좌회전인지 여부를 인지할 수 있다.
즉, 선회방향에 따라 상기 타이어 구동 제어부(500)에서 제1구동력이 인가될 타이어와 제2구동력이 인가될 타이어가 달라지게 되므로, 상기 선회방향 인지부(200)에 의해 차량이 우회전하고자 하는지 아니면 좌회전하고자 하는지 여부를 먼저 파악할 수 있다.
이때, 본 발명은 조향 조작시 큰 조향토크가 요구되는 정지 상태의 조향시에 타이어에서의 구동력에 의한 조향 보조 모멘트를 생성하고자 하는 것이므로, 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 선행적으로 판단하는 정차 판단부(100)를 더 포함할 수 있다.
상기 정차 판단부(100)는, 차량에 구비되어 있는 휠속센서로부터 획득한 타이어의 휠속도가 0 이거나, 차량의 전자제어장치(ECU : Electronic Control Unit)에서 획득한 자동변속기의 기어정보가 주차 상태에 있는지 여부를 토대로 차량이 정차 상태에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
전자식 파워 스티어링(MDPS)를 이용하여 조향 조작을 할 경우, 조향모터에서 타이어를 조향각만큼 회전시키는 조향토크를 발생시켜 타이어에 조향 방향으로 회전하는 조향 모멘트가 인가 되어야 한다.
그에 따라, 타이어를 회전시키는 조향토크를 발생시키기 위해 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 타이어 일측에 조향모터가 구비되어 핸들의 움직임에 따라 타이어를 회전시키는 조향 모멘트를 생성하게 된다.
이때, 도 3 및 도 4는 4개의 타이어가 모두 독립적으로 조향 및 구동될 수 있는 4륜 독립 조향 차량에 구비된 타이어의 일 예를 나타낸다. 그에 따라, 각 타이어에는 타이어를 조향 방향으로 회전시키는 조향토크를 생성하는 조향모터(10)와, 각 타이어의 전후 구동력을 생성하는 구동모터(20)가 함께 구비될 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 상기 조형모터(10)는 타이어의 일측에 설치되어 있고, 상기 구동모터(20)는 타이어의 내부에 설치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 각 타이어의 일측에는 핸들에 의해 야기되는 조향 조작을 각 타이어로 전달하기 위한 조향축으로서 킹핀(kingpin)축이 비스듬하게 결합되어 있다. 그에 따라, 각 타이어의 일 측에 킹핀축과 조향모터가 모두 설치되어야 함으로 인하여 조향모터의 용량을 증가시키기 위해 조향모터 자체의 크기를 증가시키는데 공간적인 제한을 갖게 된다.
이와 같이 각 타이어의 일 측에 킹핀축과 조향모터가 비스듬하게 설치되어 있기 때문에 조향 조작에 의해 회전하는 타이어에 가해지는 조향 모멘트가 선회하고자 하는 조향각에 따라 달라지게 된다. 즉, 조향각이 증가할수록 타이어의 회전을 위해 가해져야 하는 조향 모멘트가 증가하게 된다.
즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 조향각이 0˚인 제로 턴(Zero turn) 상황에서는 차량의 총 중량(GVW : Gross Vehicle Weight)에 의해 지면(Ground)을 누르면서 가하는 수직방향 모멘트(W)와 지면의 반력(R)에 의해 타이어가 변형되면서 일정한 눌림량(δ0)으로 나타나게 된다.
또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 조향각이 최대 각도로 회전되어 있는 풀 턴(Full turn) 상황에서도, 차량의 총 중량(GVW : Gross Vehicle Weight)에 의해 지면(Ground)을 누르면서 가하는 수직방향 모멘트(W)와 지면의 반력(R)에 의해 타이어가 변형되면서 일정한 눌림량(δ1)으로 나타나게 된다.
이때, 차량의 조향각이 증가할수록, 즉 제로 턴인 경우보다 풀 턴의 경우에 타이어에서 지면을 향하여 가하는 수직방향 모멘트(W)가 증가하게 되며, 그로 인해 초래되는 타이어의 변형으로 인한 눌림량도 커지게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제로 턴인 경우에 킹핀축에서 타이어의 중심에 이르는 모멘트 암(r0)의 길이보다 풀 턴인 경우에 킹핀축에서 타이어의 중심에 이르는 모멘트 암(r1)의 길이가 더 길어지면서 수직방향 모멘트도 증가하고, 타이어를 조향시키기 위해 요구되는 조향 모멘트(또는 킹핀 모멘트 라고도 지칭함)도 증가하게 된다.
일반적으로, 차량이 선회를 함에 있어 운동마찰계수의 영향을 받게 되는 주행 중인 경우보다 정지마찰계수의 영향을 받게 되는 차량 정지시의 선회를 위한 조향에 보다 큰 조향 모멘트가 요구되며, 이러한 조향 모멘트를 충족시킬 수 있는 큰 조향토크가 필요하게 된다.
그에 따라, 타이어를 회전시키기 위해 필요한 조향토크를 조향모터에 의해 생성하여야 하므로, 가장 큰 조향토크가 요구되는 정지시 풀 턴에 필요한 조향토크를 충분히 생성할 수 있는 용량의 조향모터가 구비되어야 함으로 인해, 조향모터의 크기도 증가하여야 하였다.
본 발명에서는 조향모터에서 요구되는 최대 크기의 조향토크 발생이 항상 요구되는 상황이 아님을 고려하여, 통상적인 경우에는 조향모터(10)에서 생성되는 조향토크만으로 차량의 조향 조작을 위해 필요한 조향 모멘트를 공급하지만, 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘는 조향 모멘트가 요구되는 경우(예를 들어, 차량 정지 상태에서 좌회전 또는 우회전을 최대 조향각도, 즉 풀 턴으로 수행하는 경우)에는 부족한 조향토크를 하기의 수학식 1과 같이, 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터(20)에서 발생되는 구동력에 의해 보완할 수 있게 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
이때, 상기 구동모터(20)에 의해 생성되는 구동력은, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 조향모터(10)의 모터 회전축으로부터 모터 축 옵셋에 상응하는 거리만큼 이격된 위치에서 인가되는바, 상기 수학식 1에서는 타이어의 조향을 위해 기여하는 조향 보조토크를 '모터 축 옵셋과 구동력'의 곱으로 나타내었다.
이와 같이, 타이어의 회전을 위한 필요 조향토크의 일부가 구동모터(20)의 구동력에 의해 보완 공급될 수 있도록 제어함으로써, 조향모터(10)에서 생성되어야 하는 조향토크를 증가시키지 않을 수 있어 조향모터의 중량 증가와 비용 증가를 감소시킬 수 있으며, 조향모터의 부피 감소로 인하여 타이어 내측 영역의 설치공간을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 타이어 구동 제어부(500)는, 상기 선회방향 인지부(200)에서 파악된 선회방향으로의 회전을 유도하는 조향 보조토크를 생성하기 위한 제1구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 결정된 타이어에 구비된 구동모터(20)를 제어하여 타이어의 회전을 보조하는 제1구동력을 생성할 수 있다.
이러한 상기 타이어 구동 제어부(500)는, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1구동력이 인가될 타이어로서 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정할 수 있다.
이때, 구동모터(20)에서 생성되는 정(+) 구동력은 타이어를 전진 방향으로 회전시키는 동력을 의미하고, 부(-) 구동력은 타이어를 후진 방향으로 회전시키는 동력을 의미한다.
통상적으로 모멘트 암의 회전 중심이 차량 내측에 있으므로, 타이어에 인가되는 정(+) 구동력은 토우 인(toe-in)을 만들고, 타이어에 인가되는 부(-) 구동력은 토우-아웃(toe-out)을 만들게 된다.
그에 따라, 타이어가 선회방향으로 회전하기 위한 조향 보조 모멘트를 생성하기 위해서는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜은 토우-인이 되고, 내측 전륜은 토우-아웃이 되어야 하므로, 상기 타이어 구동 제어부는, 외측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 내측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 타이어 구동 제어부(500)는, 차량이 정지된 상태에서 풀 턴하는 상황과 같이 조향각이 클 경우에 조향토크의 일부를 보조하기 위해서만 구동모터의 구동력을 이용하는 것이므로, 차량은 정지된 상태를 유지하고 있어야 한다.
그에 따라, 상기 타이어 구동 제어부(500)는, 조향 보조토크 생성을 위해 타이어에 인가되는 상기 제1구동력을 상쇄시켜 차량을 정지 상태로 유지하기 위한 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 결정된 타이어에 구비된 구동모터(20)를 제어하여 차량의 전후력을 0으로 유지시키는 제2구동력을 생성할 수 있다.
이러한 상기 타이어 구동 제어부(500)는, 상기 제2구동력이 인가될 타이어로서 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정할 수 있다.
따라서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 정지 상태의 차량이 좌선회를 하고자 조향 조작될 경우에는, 조향 보조 모멘트 생성을 위한 제1구동력으로서 차량의 우측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력으로서 차량의 좌측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 후륜에 부(-) 구동력이 인가될 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 정지 상태의 차량이 우선회를 하고자 조향 조작될 경우에는, 조향 보조 모멘트 생성을 위한 제1구동력으로서 차량의 좌측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력으로서 차량의 우측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 후륜에 부(-) 구동력이 인가될 수 있다.
또한, 타이어를 회전시키고자 하는 조향각의 크기에 따라 모멘트 암의 길이가 달라지고, 이러한 모멘트 암의 길이 변화에 따라 조향모터에서 생성되는 조향토크가 타이어의 회전에 작용하는 모멘트가 달라지게 된다.
그에 따라, 본 발명은 핸들 조작에 의한 조향각의 크기를 이용하여 타이어 회전시 변경되는 모멘트 암의 길이를 산출하는 모멘트 암 산출부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 모멘트 암 산출부(300)는, 조향각과 모멘트 암의 증감 관계를 나타내는 데이터를 킹핀축과 조향모터의 설치 위치 그리고 모터 축 옵셋 등 차량의 제원에 관한 특성치를 이용하여 미리 산출한 후 메모리 등의 저장수단에 저장할 수 있다.
그에 따라, 상기 조향 조작에 의해 조향각의 크기가 증가하게 되면, 상기 모멘트 암 산출부는 각 조향각의 크기에 매칭되어 있는 모멘트 암의 길이를 상기 메모리 등에 저장되어 있는 데이터로부터 파악할 수 있다.
또한, 본 발명은 조향각의 크기에 따라 차량이 정지된 상태에서 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 상기 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정부(400)를 더 포함할 수 있다.
차량이 정지된 상태에서 좌회전 또는 우회전을 위해 차량의 핸들을 조작할 경우 모멘트 암의 길이와 수직방향 모멘트가 증가할 뿐만 아니라, 차량의 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크도 증가하게 된다. 따라서 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘는 필요 조향토크가 요구될 수 있게 된다.
그에 따라, 상기 조향 보조 결정부(400)는, 상기 필요 조향토크가 한계 조향토크를 넘게 되는 것으로 판단될 경우 상기 타이어 구동 제어부(500)에 의해 필요 조향토크의 일부가 분담되도록 결정할 수 있다. 이와 같이 상기 조향 보조 결정부(400)에 의해 필요 조향토크의 일부가 구동모터에 의해 분담되도록 결정될 경우 상기 타이어 구동 제어부(500)에 의해 조향 보조토크의 생성이 진행될 수 있다.
또한, 상기 조향 보조 결정부(400)는 필요 조향토크 중 상기 조향모터(10)에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터(20)에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정할 수도 있다.
이때, 상기 구동모터에 의해 생성되는 보조 조향토크의 비율을 증가시킬 수도 있으나, 구동모터의 구동력에 의해 생성되는 보조 조향토크는 부수적으로 생성되는 효과이므로, 필요 조향토크의 과도한 비율을 분담하지 않게 할 수 있다
그에 따라, 상기 조향 보조 결정부(400)는, 상기 구동모터에 의해 생성되는 보조 조향토크의 비율이 타이어의 회전을 위해 요구되는 전체 필요 조향토크의 10% 이내의 범위에서 부담되도록 설정할 수 있다.
또한, 상기 조향 보조 결정부(400)는, 상기 조향각의 크기가 증가함에 따라 정지상태에서 우회전 또는 좌회전 방향으로 타이어를 선회시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 조향각의 크기에 매칭시켜 메모리에 저장하고, 상기 조향각의 크기를 이용하여 메모리로부터 필요 조향토크를 결정할 수 있다.
또한, 상기 조향 보조 결정부(400)는, 상기 타이어 구동 제어부에 의해 구동모터에서 생성되어야 할 보조 조향토크의 비율과 크기도 상기 필요 조향토크와 함께 메모리에 저장함으로써, 조향각을 크기를 인지하는 것만으로도 조향모터에서의 조향토크 생성과 구동모터에서의 조향 보조토크의 생성이 함께 제어되도록 할 수 있다.
다음에는 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조향 보조 제어방법을 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 제어방법의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 조향 보조 제어방법은, 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지단계(S200)와, 인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어단계(S500)를 포함할 수 있다.
상기 선회방향 인지단계(S200)에서는, 핸들 조작에 의한 조향각의 변화를 토대로 타이어의 회전 방향이 우회전인지 또는 좌회전인지 여부를 인지할 수 있다.
이와 같이 상기 선회방향 인지단계(S200)에서 파악되는 타이어의 회전 방향에 따라, 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서 제1구동력이 인가될 타이어와 제2구동력이 인가될 타이어를 결정할 수 있다.
이때, 상기 선회방향 인지단계(S200)에서 조향각의 변화를 인지하기 전에, 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 판단하는 차량 정지 판단단계(S100)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 큰 조향토크가 요구되는 정지 상태의 조향시에 조향토크를 보완하기 위한 것인바, 차량의 정지 여부를 먼저 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서는, 상기 선회방향 인지단계(S200)에서 파악된 선회방향으로의 타이어 회전을 유도하는 조향 보조토크를 생성하기 위한 제1구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 결정된 타이어에 구비된 구동모터를 각각 제어하여 타이어의 회전을 보조하는 제1구동력을 생성할 수 있다.
이러한 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서는, 상기 제1구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정할 수 있다.
그에 따라, 외측 전륜에는 정(+) 구동력이 인가되어 토우 인이 이루어지고, 내측 전륜에는 부(-) 구동력이 인가되어 토우 아웃을 만들면서 타이어를 회전시키고자 하는 방향으로의 타이어 회전을 초래하는 조향 보조토크를 생성할 수 있다.
또한, 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서는, 타이어를 조향 조작하는 동안에도 차량이 정지상태를 유지할 수 있도록, 상기 조향 보조토크 생성을 위해 타이어에 인가되는 상기 제1구동력을 상쇄시켜 차량을 정지 상태로 유지하기 위한 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 결정된 타이어에 구비된 구동모터를 각각 제어하여 차량의 전체 전후력을 0으로 유지시키는 제2구동력을 생성할 수 있다.
이를 위하여 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서는, 상기 제2구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정할 수 있다.
그에 따라, 차량의 정지상태에서 조향 보조토크 생성을 위해 타이어에 인가되는 구동력은 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 동일한 측면에 있는 전륜과 후륜에 반대 방향의 구동력이 인가됨으로써, 구동력에 의해 차량 전체에 작용하는 전후력을 0으로 유지할 수 있으므로, 조향 조작 중 차량의 정지상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 선회방향 인지단계(S200) 이후에, 조향각의 크기를 이용하여 타이어 회전시 변경되는 모멘트 암의 길이를 산출하는 모멘트 암 산출단계(S300)를 더 포함할 수 있다.
상기 모멘트 암 산출단계(S300)는, 조향각과 모멘트 암의 증감 관계를 나타내는 데이터를 킹핀축과 조향모터의 설치 위치 그리고 모터 축 옵셋 등 차량의 제원에 관한 특성치를 이용하여 미리 산출한 후 메모리 등의 저장수단에 저장하고, 각 조향각의 크기에 매칭되어 있는 모멘트 암의 길이를 상기 메모리 등에 저장되어 있는 데이터로부터 산출하여 파악할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 타이어 구동 제어 단계 이전에, 조향각의 크기에 따라 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 상기 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
상기 조향 보조 결정단계(S400)에서는, 상기 필요 조향토크가 한계 조향토크를 넘게 되는 것으로 판단될 경우 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에 의해 필요 조향토크의 일부가 분담되도록 결정할 수 있다.
이와 같이 상기 조향 보조 결정단계(S400)에 의해 필요 조향토크의 일부가 구동모터에 의해 분담되도록 결정될 경우 상기 타이어 구동 제어단계(S500)에서 조향 보조토크의 생성이 진행될 수 있다.
또한, 상기 조향 보조 결정단계(S400)에서는 필요 조향토크 중 상기 조향모터에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정할 수도 있다.
상기 조향 보조 결정단계(S400)에서는, 상기 조향각의 크기가 증가함에 따라 정지상태에서 우회전 또는 좌회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 조향각의 크기에 매칭시켜 메모리에 저장하고, 상기 조향각의 크기를 이용하여 메모리로부터 필요 조향토크를 결정할 수 있다.
또한, 상기 조향 보조 결정단계(S400)에서는, 상기 타이어 구동 제어단계에 의해 구동모터에서 생성되어야 할 조향 보조토크의 비율과 크기도 상기 필요 조향토크와 함께 메모리에 저장함으로써, 조향각을 크기를 인지하는 것만으로도 조향모터에서의 조향토크 생성과 구동모터에서의 조향 보조토크의 생성을 함께 제어할 수 있다.
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.
100 : 정차 판단부
200 : 선회방향 인지부
300 : 모멘트 암 산출부
400 : 조향 보조 결정부
500 : 타이어 구동 제어부
10 : 조향모터
20 : 구동모터

Claims (15)

  1. 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지부; 및
    인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어부;
    를 포함하는 차량용 조향 보조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 선행적으로 판단하는 정차 판단부;
    를 더 포함하는 차량용 조향 보조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어부는,
    상기 제1구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어부는,
    상기 제2구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어부는,
    정지 상태의 차량이 좌선회를 하고자 조향 조작될 경우, 상기 제1구동력으로서 차량의 우측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 상기 제2구동력으로서 차량의 좌측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 후륜에 부(-) 구동력이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어부는,
    정지 상태의 차량이 우선회를 하고자 조향 조작될 경우, 상기 제1구동력으로서 차량의 좌측 전륜에 정(+) 구동력이 인가되고 우측 전륜에 부(-) 구동력이 인가되며, 상기 제2구동력으로서 차량의 우측 후륜에 정(+) 구동력이 인가되고 좌측 후륜에 부(-) 구동력이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    조향각과 모멘트 암의 증감 관계를 나타내는 데이터를 킹핀축과 조향모터의 설치 위치 그리고 모터 축 옵셋을 포함하는 차량의 제원 특성치를 이용하여 미리 산출한 후 메모리에 저장하고, 상기 조향각의 크기를 이용하여 타이어 회전시 변경되는 모멘트 암의 길이를 상기 메모리로부터 파악하는 모멘트 암 산출부;
    를 더 포함하는 차량용 조향 보조 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    조향각의 크기에 따라 차량이 정지된 상태에서 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우, 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정부;
    를 더 포함하는 차량용 조향 보조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조향 보조 결정부는,
    필요 조향토크 중 상기 조향모터에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 장치.
  10. 핸들 조작에 의해 제어되는 조향각을 이용하여 차량이 선회하고자 하는 타이어의 회전 방향을 인지하는 선회방향 인지단계; 및
    인지된 선회방향으로의 타이어의 회전을 보조하는 조향 보조토크 생성을 위한 제1구동력이 인가될 타이어와 차량의 전후력을 0으로 유지하기 위해 상기 제1구동력을 상쇄시키는 제2구동력이 인가될 타이어를 결정하고, 상기 제1구동력과 제2구동력을 각 타이어에 구비되어 있는 구동모터에서 생성하도록 제어하는 타이어 구동 제어단계;
    를 포함하는 차량용 조향 보조 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 선회방향 인지단계에서 조향각의 변화를 인지하기 전에, 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 정차 여부를 판단하는 차량 정지 판단단계;
    를 더 포함하는 차량용 조향 보조 제어방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어단계는,
    상기 제1구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 외측 전륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 내측 전륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어단계는,
    상기 제2구동력이 인가될 타이어로서, 타이어가 회전하는 선회방향을 기준으로 하여 내측 후륜을 정(+) 구동력이 인가될 타이어로 결정하고, 외측 후륜을 부(-) 구동력이 인가될 타이어로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 제어방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 타이어 구동 제어 단계 이전에, 조향각의 크기에 따라 좌회전 또는 우회전 방향으로 타이어를 회전시키기 위해 요구되는 필요 조향토크의 크기를 결정하고, 필요 조향토크가 조향모터에서 생성될 수 있는 한계 조향토크를 넘을 경우 필요 조향토크의 일부를 상기 구동모터에서 생성되는 구동력에 의해 보조하도록 결정하는 조향 보조 결정단계;
    를 더 포함하는 차량용 조향 보조 제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 조향 보조 결정단계는,
    필요 조향토크 중 상기 조향모터에 의해 생성될 조향토크와 상기 구동모터에 의해 생성될 조향 보조토크의 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 보조 제어방법.
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