KR101279162B1 - 차량의 조향 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급선회시 슬립 앵글에 대응하는 적절한 카운터 스티어를 실행하는 차량의 조향 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 진행 방향 앵글을 산출하는 단계, 요 레이트, 횡 가속도, 및 차량 속도로 차량의 슬립 앵글을 산출하는 단계, 차량의 슬립 앵글이 산출되면, 휠 앵글을 계측하여 휠 앵글에 대한 슬립 앵글의 크기에 따라 휠 앵글을 보정하는 단계, 및 휠 앵글이 보정되면 보정된 휠 앵글에 따라 휠 앵글을 조향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차량, EPS, ESP, VGR, 슬립 앵글

Description

차량의 조향 제어 방법{Method for controlling steering for cars}

도 1 은 종래의 급조향시 차량의 주행상태를 나타낸 도면.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 블럭 구성도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 방법의 순서도.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 차량 진행 방향 앵글을 나타낸 도면.

도 5 는 본 발명의 실시에에 따른 급조향시 차량의 주행상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 차량 자세 제어 시스템

11: 요 레이트 센서

12: 횡 가속도 센서

13: 속도 센서

14: 앵글 센서

15: 슬립 앵글 연산부

16: 마이컴

20: 전자 제어 조향 시스템

30: 가변 기어비 스티어링 시스템

본 발명은 차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급선회시 슬립 앵글에 대응하는 적절한 카운터 스티어를 실행하는 차량의 조향 제어 방법에 관한 것이다.

차량 운전 중 긴급한 상황에서 급차선 변경이나 사고상황을 회피하기 위해 일반적인 운전자는 대처하기 어려운 과도한 조작을 한다.

특히, 훈련이 많이 되어 있지 않은 운전자의 경우 급격한 S자형 코스 혹은 급선회에서 차량의 방향이 핸들의 방향대로 운행이 되지 않고 슬립하기 때문에 핸들을 급격하게 꺽는 경향이 있다.

즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 급선회 도로에서 과도하게 핸들을 조작하기 때문에 타이어 진행 방향과 차량 진행 방향 간에 슬립 앵글(Slip angle)만 더 커지게 되고, 잠시 후에는 그 반대 방향으로 너무 급격히 회전하게 되어 차량이 자세를 잡지 못하고 계속 흔들거려 급격한 요(yaw)만 발생하게 되어 결국 사고로 이어지게 된다.

따라서, 차량의 진행방향으로 휠의 방향을 맞추어서 차량의 슬립 앵글(slip angle)을 최대한 줄이면서 차량의 자세를 잡을 수 있도록 하는 카운터 스티어(counter steer) 조작을 신속하고 정확하게 실행하여야 한다.

이에 따라, 최근 자동 카운터 스티어를 보좌하는 전자 제어 조향 시스템(Electronic Power Steering;EPS)이 제시되었다.

전자 제어 조향 시스템은 차속 센세, 조향각 센서, 트로틀 포지션 센서를 이용하여 차량의 조향력을 제어하여 운전자에게 적절한 조향 상태를 제공한다.

하지만, 전자 제어 조향 시스템은 스티어링 휠(steering wheel)을 자동으로 조절하기 때문에 운전자가 자동으로 조정되는 스티어링 휠과 반대로 조타하는 경우에는 큰 위험이 발생할 수 있었다.

따라서, 급조향시 운전자의 운전기술에 무관하게 스티어링 휠이 아닌 차량의 휠을 능동적으로 제어할 수 있도록 할 필요성이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 요 레이트(yaw rate), 횡 가속도, 및 속도를 통해 산출된 슬립 앵글에 따라 카운터 스티어를 실행하도록 한 차량 자세 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 슬립 앵글에 따라 자동으로 카운터 스티어를 실행하여 운전자에 의해 급격하게 카운트 스티어하는 것을 미연에 방지하고 급선회시 발생할 수 있는 사고 위험성을 감소시키는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명의 구성은 다음과 같다. 본 발 명의 차량의 조향 제어 방법은 차량의 진행 방향 앵글을 산출하는 단계, 요 레이트, 횡 가속도, 및 차량 속도로 차량의 슬립 앵글을 산출하는 단계, 상기 차량의 슬립 앵글이 산출되면, 휠 앵글을 계측하여 상기 휠 앵글에 대한 상기 슬립 앵글의 크기에 따라 상기 휠 앵글을 보정하는 단계, 및 상기 휠 앵글이 보정되면 상기 보정된 휠 앵글에 따라 상기 휠 앵글을 조향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립 앵글은 하기의 수학식

에 의해서 산출되고, β(t)는 시간(t)에서의 슬립 앵글을 나타내고, β₀ 는 슬립 앵글의 초기값이며, V_X 는 차량의 진행 방향 속도이고, V_Y 는 차량의 횡 방향 속도이며, Ψ 는 요 레이트인 것을 특징으로 한다.

상기 보정된 휠 앵글은 상기 계측된 휠 앵글에서 상기 슬립 앵글을 감산하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 단계들은 상기 슬립 앵글이 0 이 될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치의 블럭 구성도이 다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치는 도 2 에 도시된 바와 같이, 차량 자세 제어 시스템(Electronic stability Program)(10), 전자 제어 조향 시스템(20), 및 가변 기어비 스티어링 시스템(variable gear ratio)(30)을 구비한다.

차량 자세 제어 시스템(10)은 운전자의 운전 중 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 상황에서 적절하게 휠을 제어하여 운전자가 차량을 원하는 방향으로 진행시킬 수 있도록 하는 것으로서, 요 레이트 센서(11), 횡 가속도 센서(12), 속도 센서(13), 앵글 센서(14), 슬립 앵글 연산부(15), 및 마이컴(16)을 구비한다.

먼저, 요 레이트 센서(11)는 4개의 휠(wheel)의 모멘트에 의해 결정되는 차량의 요 모멘트를 감지하고, 횡 가속도 센서(12)는 차량의 선회정도 즉, 횡방향 가속도를 감지하며, 속도 센서(13)는 차량의 속도를 감지하며, 앵글 센서(14)는 스티어링 휠의 휠 앵글을 감지한다.

마이컴(16)은 상기한 요 레이트 센서(11)와 횡 가속도 센서(12), 속도 센서(13), 앵글 센서(14)로부터 센싱 신호를 입력받아 차량의 운동 방향과, 차량의 진행 방향 앵글(heading angle)을 산출한다.

또한, 산출된 요 레이트, 차량의 횡 방향 속도, 및 차량 진행 방향 속도를 슬립 앵글 연산부(15)로 출력함과 더불어, 슬립 앵글 연산부(15)로부터 입력된 슬립 앵글을 이용하여 휠 앵글(wheel angle)을 보정한 후, 이 보정된 휠 앵글에 따른 조향 제어신호를 전자 제어 조향 시스템(20)으로 출력한다.

보정된 휠 앵글은 슬립 앵글의 크기에 따라 달라지는데, 앵글 센서(14)에서 계측된 휠 앵글에서 상기한 슬립 앵글을 차감하여 산출한다.

한편, 슬립 앵글 연산부(15)는 요 레이트, 횡 가속도, 및 차량 속도를 이용하여 슬립 앵글을 산출하고, 산출된 슬립 앵글을 마이컴(16)으로 출력한다.

슬립 앵글 연산부(15)는 하기의 수학식1을 통해 슬립 앵글을 산출한다.

여기서, β는 슬립 앵글로서, β(t)는 시간(t)에서의 슬립 앵글을 나타내고, β₀ 는 슬립 앵글의 초기값이다. 또한, V_X 는 차량의 진행 방향 속도이고, V_Y 는 차량의 횡 방향 속도이며, Ψ 는 요 레이트이다.

즉, 요 레이트 센서(11), 횡 가속도 센서(12), 및 속도 센서(13)에 의해 감지된 센싱신호에 따라 산출된 요 레이트, 차량의 진행 방향 속도, 및 차량의 횡 방향 속도를 상기한 수학식1에 대입하여 슬립 앵글을 산출한다.

한편, 전자 제어 조향 시스템(20)은 운전자에게 적절한 조향력을 제공하는 것으로서, 마이컴(16)으로부터 조향 제어신호가 입력되면, 이 조향 제어신호에 따라 가변 기어비 스티어링 시스템(30)을 제어하여 보정된 휠 앵글로 차량이 진행하도록 한다.

마지막으로, 가변 기어비 스티어링 시스템(30)은 전자 제어 조향 시스템(20) 으로부터 입력된 제어신호에 따라 휠을 조향시켜 사용자가 핸들을 과도하게 조작하더라도 보정된 휠 앵글의 방향으로 차량이 진행하도록 한다.

이하, 상기한 차량 자세 제어 장치의 동작 과정을 도 3 내지 도 5 를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 방법의 순서도이고, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 차량 진행 방향 앵글을 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 실시에에 따른 급조향시 차량의 주행상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향 제어 방법은 먼저 요 레이트 센서(11), 횡 가속도 센서(12), 속도 센서(13), 및 앵글 센서(14)로부터 각각 센싱 신호가 입력되면, 마이컴(16)은 이 센싱 신호를 이용하여 차량의 운동 방향과 차량의 진행 방향 앵글을 산출(S10~S20)한다.

아울러, 요 레이트, 차량의 횡 방향 속도, 및 차량 진행 방향 속도를 슬립 앵글 산출부(15)로 출력하고, 슬립 앵글 산출부(15)는 이 요 레이트, 차량의 횡 방향 속도, 및 차량 진행 방향 속도를 이용하여 슬립 앵글을 산출(S30)한다.

이와 같이 차량의 운동 방향과 차량의 진행 방향 앵글이 산출되면, 슬립 앵글을 산출(S30)하는데, 슬립 앵글은 상기한 수학식1에 나타난 바와 같이, 요 레이트, 차량의 진행 방향 속도, 및 차량의 횡 방향 속도를 통해 산출된다.

슬립 앵글 산출부(15)는 산출된 슬립 앵글을 마이컴(16)으로 출력하고, 마이컴(16)은 이 슬립 앵글을 통해서 보정된 휠 앵글을 산출(S40)한다.

보정된 휠 앵글은 앵글 센서(14)에 의해 계측된 실제 휠 앵글에서 상기한 슬 립 앵글을 차감하여 산출한다.

이와 같이, 보정된 휠 앵글이 산출되면, 마이컴(15)은 이 보정된 휠 앵글에 따라 전자 제어 조향 시스템(20)으로 조향 제어신호를 출력하고, 전자 제어 조향 시스템(20)은 이 조향 제어신호에 따라 가변 기어비 스티어링 시스템(30)을 제어함으로써, 보정된 휠 앵글만큼 카운터 스티어 즉, 조향(S50)하게 된다.

게다가, 보정된 휠 앵글 만큼 휠을 조향함과 더불어 슬립 앵글이 0°가 되는 지를 판단하는데, 슬립 앵글이 0°가 되는 것은 앵글 센서(14)에 의해 계측된 휠 앵글과 실제 차량이 진행하는 차량 진행 방향 앵글이 일치하는 것으로서, 슬립 앵글이 발생하지 않고 상기한 카운터 스티어가 필요없이 운전자의 조작에 의해서만 차량이 진행하게 되는 경우이다.

따라서, 슬립 앵글이 0°가 될 때까지 상기한 과정은 계속 반복된다.

이를 도 4 를 참조하여 설명하면, 운전자가 스티어링 휠을 조작하여 휠의 방향이 우측 화살표 방향의 휠 앵글로 결정된다.

여기서, 보정된 휠 앵글은 앵글 센서(14)에서 계측된 휠 앵글에서 슬립 앵글을 차감한 것이다.

따라서, 계측된 휠 앵글(가장 좌측에 위치한 화살표 방향)에서 슬립 앵글을 차감한 휠 앵글이다.

즉, 세 개의 화살표 중 가운데 위치한 화살표 방향의 휠 앵글이 보정된 휠 앵글이 되고, 또한 실제 차량이 진행하는 방향도 이 보정된 휠 앵글에 따른 방향(가운데 화살표 방향)으로 진행하게 된다.

따라서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 사용자가 스티어링 휠을 과도하게 조작하더라도 슬립 앵글이 0°가 될 때까지 슬립 앵글만큼 보정된 휠 앵글에 의해 차량이 진행하게 되므로, 크게 회전하지 않게 되고, 운전자는 안정된 운행을 할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 요 레이트(yaw rate), 횡 가속도, 및 속도를 통해 산출된 슬립 앵글에 따라 자동으로 카운터 스티어를 실행하여 운전자에 의해 급격하게 카운트 스티어되는 것을 미연에 방지하고 이를 통해 급선회시 발생할 수 있는 사고 위험성을 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 차량의 진행 방향 앵글을 산출하는 단계;

   요 레이트, 횡 가속도, 및 차량 속도로 차량의 슬립 앵글을 산출하는 단계;

   상기 차량의 슬립 앵글이 산출되면, 휠 앵글을 계측하여 상기 휠 앵글에 대한 상기 슬립 앵글의 크기에 따라 상기 차량의 진행 방향 앵글과 상기 휠 앵글이 일치하도록 상기 휠 앵글을 보정하는 단계; 및

   상기 휠 앵글이 보정되면, 상기 보정된 휠 앵글에 따라 상기 휠 앵글을 조향하는 단계를 포함하고,

   상기 슬립 앵글은 하기의 수학식

   

   에 의해서 산출되고, β(t)는 시간(t)에서의 슬립 앵글을 나타내고, β₀ 는 슬립 앵글의 초기값이며, V_X 는 차량의 진행 방향 속도이고, V_Y 는 차량의 횡 방향 속도이며, Ψ 는 요 레이트인 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보정된 휠 앵글은 상기 계측된 휠 앵글에서 상기 슬 립 앵글을 감산하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 단계들은 상기 슬립 앵글이 0 이 될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 방법.

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