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KR100867698B1 - 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템 - Google Patents

자동차의 스티어 바이 와이어 시스템 Download PDF

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KR100867698B1
KR100867698B1 KR1020070071758A KR20070071758A KR100867698B1 KR 100867698 B1 KR100867698 B1 KR 100867698B1 KR 1020070071758 A KR1020070071758 A KR 1020070071758A KR 20070071758 A KR20070071758 A KR 20070071758A KR 100867698 B1 KR100867698 B1 KR 100867698B1
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steering
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damping
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황성욱
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 유압식 파워 스티어링 시스템과 유사한 조향감을 나타내도록 하기 위한 것으로서, 스티어 바이 와이어 시스템의 중앙 제어부(300)는 상기 신호 입력부(500)로부터 차속, 조향각, 조타토크, 조향각속도 신호를 입력받아 조타토크와 반대방향으로 작용하는 조향반력 또는 복원력을 생성시키는 반력 생성부(310)와 상기 조향반력 또는 복원력과 반대반향(조타토크와 동일한 방향)으로 작용하는 댐핑력을 생성시키는 댐핑력 생성부(340)를 포함하고, 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하도록 구성된다.
Figure R1020070071758
스티어 바이 와이어, 중앙 제어부, 반력 생성부, 댐핑력 생성부

Description

자동차의 스티어 바이 와이어 시스템{Steer By Wire system of automobile}
본 발명은 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향반력과 반대 방향으로 작용하는 댐핑력을 생성하고, 랙모터의 좌우 마찰력의 차이값을 보정하며, 노면의 상태에 따라 조향감을 조절할 수 있는 제어 로직 등을 추가하여 조향반력(또는 복원력)을 보다 정밀하게 제어함으로써 조향감을 향상시킨 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것이다.
종래에 파워 스티어링 시스템의 주류는 유압식 시스템이었다. 유압식 파워 스티어링 시스템은 스티어링 컬럼측에 연결된 피니언과 타이로드를 매개로 휠측에 연결된 랙이 결합상태로 내장된 기어박스가 동력실린더 역할을 하도록 오일리저버와 다수의 호스를 통하여 연결되어 있고, 스티어링 휠 조작방향에 따라 상기 기어박스내의 양쪽 챔버로 오일펌프에 의해 오일이 공급되어 조향 보조력이 발생하도록 구성되어 있었다.
그러나, 이러한 유압식 시스템은 복잡한 유압 라인으로 구성 즉, 오일리저버와 오일펌프 및 기어박스, 이들을 연결하는 다수의 호스 등을 설치하여야만 하므로 그 구성이 복잡하고, 또한 작은 배기량의 엔진을 사용하는 하이브리드 차량에 있어 서 상기 오일펌프를 엔진으로 구동하는 것은 연비 측면에서 바람직하지 않으므로 유압식이 아닌 다른 형식의 파워 스티어링 시스템이 필요하였다.
스티어 바이 와이어 시스템(Steer By Wire System)은 상기한 유압식 파워 스티어링 시스템의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 조향 장치의 기계적 연결이 전혀 없이 스티어링 휠의 조작을 조향 모터의 전자제어 통해서 차바퀴로 전달하는 전동식 파워 스티어링 시스템이다.
이 스티어 바이 와이어 시스템은 기계적 장치가 적어 구성이 간단하고 연비가 향상되는 등의 장점을 갖는 차세대 파워 스티어링 시스템이기는 하나, 종래의 유압식 시스템의 아날로그 제어방식이 아닌 조향 모터에 의한 디지털 제어방식을 사용함으로써 유압식 시스템을 채택한 자동차(이하 "실차"라 함)와 달리 부드러운 조향감을 갖지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 스티어링 휠의 칼럼 부분에 반력 모터를 설치하고 운전자가 스티어링 휠을 조작함에 따라 적절한 조향반력 및 복원력을 발생시킴으로써 실차와 유사한 조향감을 가지도록 설계되고 있다. 그러나, 기존의 스티어링 바이 와이어 시스템의 제어 로직은 조향반력 및 복원력의 생성에만 초점을 맞추어 설계됨으로서 여전히 실차와의 조향 이질감이 존재하는 문제점이 있었다.
종래의 스티어 바이 와이어 시스템이 가지는 조향감의 문제점을 구체적으로 언급하면, 스티어링 휠의 복원시에 오버슈트가 발생하여 온 센터 필(On Center Feel)이 저하되고, 조향각에 비례하여 조향반력이 과도하게 생성되므로 조향력(steering effort)이 과도하게 필요하며, 조향각속도를 고려하지 않아 급격한 조향시에 캐치 업(Catch-Up) 현상이 발생하고, 조향 칼럼의 마찰력 및 조향 모터의 관성에 의한 모터 토크의 좌우 차이로 인한 조향감 저하 등이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 조향반력 및 복원력의 생성을 보다 정밀하게 제어하고, 상기 조향반력 및 복원력과 반대되는 방향으로 작용하는 댐핑력을 스티어링 휠의 조타토크에 따라 적절히 생성시키며, 모터 토크의 좌우 차이를 보정하고, 노면 상태에 따라 조향감을 조절할 수 있는 제어 로직을 새로이 추가함으로써 실차와의 조향 이질감을 최소화할 수 있도록 해주는 스티어 바이 와이어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술구성은, 스티어링 휠이 결합된 조향조작부, 이 조향조작부에 장착된 조향감 생성모터, 상기 스티어링 휠의 움직임에 따라서 조향 제어신호 및 상기 조향감 생성모터에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 중앙 제어부, 이 중앙 제어부로부터 입력된 조향 제어신호에 의해 차바퀴를 작동시키는 랙모터가 포함된 조향기구부 및 차속 센서, 조향각 센서, 토크 센서, 조향각속도 센서로 구성되어 상기 중앙 제어부에서 조향감 생성모터를 제어하는데 필요한 센싱 신호를 입력하는 신호 입력부로 이루어지고; 상기 중앙 제어부는 상기 신호 입력부로부터 차속, 조향각, 조타토크, 조향각속도 신호를 입력받아 조타토크와 반대방향으로 작용하는 조향반력 또는 복원력을 생성시키는 반력 생성부 와 상기 조향반력 또는 복원력과 반대반향(조타토크와 동일한 방향)으로 작용하는 댐핑력을 생성시키는 댐핑력 생성부를 포함하고, 상기 반력 생성부와 댐핑력 생성부에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하도록 구성된다.
상기한 본 발명에 따른 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템의 기본 구성을 도 1을 참조로 설명한다.
스티어 바이 와이어 시스템(Steer By Wire System)은 차세대 조향장치 중 하나로서 스티어링 휠이 결합된 조향조작부(100)와 랙모터와 기어박스가 있는 조향기구부(400)를 유니버설조인트와 같은 기계적인 결합체를 이용하여 직접 연결시키지 않고 이들을 독립적으로 분리시킨 다음, 중앙 제어부(300)에서 상기 스티어링 휠의 움직임에 따라서 필요한 조향 제어신호를 출력하여 상기 조향기구부(400)의 랙모터를 작동시킴으로써 차바퀴를 움직이도록 구성된다.
본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템에 따르면, 상기 중앙 제어부(300)에서 차량에 설치된 차속 센서(510)와 상기 조향조작부(100)에 설치된 조향각 센서(520), 토크 센서(530), 조향각속도 센서(540)로 구성된 신호 입력부(500)로부터 각각 현재의 차속, 스티어링 휠의 조향각, 조타토크, 조향각속도 신호를 입력받아 운전자의 조타토크와 반대 방향으로 작용하는 조향반력과 복원력 및 이들과 반대 방향(조타토크와 동일한 방향)으로 작용하는 댐핑력을 생성하고, 이들을 조합하여 최종적인 전류값 제어신호를 상기 조향조작부(100)에 장착된 조향감 생성모터(200)에 인가함으로써 운전자가 실차와 유사한 조향감을 가질 수 있도록 해준다.
종래의 스티어 바이 와이어 시스템에서는 조향감을 생성하기 위하여 상기 중앙 제어부(300)에서 차속, 조타토크, 조향각 신호만을 입력받아 조향반력 및 복원력만을 생성하는데 초점을 맞추어 설계된 제어 로직만을 사용하였다.
이에 반해, 본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템은 상기 중앙 제어부(300)에 조향각속도 신호를 추가로 입력받아 조향반력 및 복원력을 보다 정밀하게 제어하는 한편 상기 조향반력 및 복원력과는 반대 방향으로 작용하는 댐핑력을 추가로 생성하는 제어 로직을 포함한다. 그리고, 상기 조향반력, 복원력 및 댐핑력을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류값 제어신호를 최종적으로 출력함으로써 실차와의 조향 이질감을 최소화한다.
나아가, 본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템은 랙모터의 좌우 조향 방향에 따른 마찰력의 차이값을 보정하고, 노면의 상태에 따라 조향감을 조절할 수 있는 제어 로직을 추가함으로써 조향감을 향상시킨다.
본 발명은 상기한 특징적 기술구성으로 인해 유압식 파워 스티어링 장치를 장착한 차량을 운전하는 것과 동일한 조향감을 가질 수 있도록 하였을 뿐만 아니라, 차량의 주행속도, 운전자의 스티어링 휠 조작 상황에 맞는 최적의 조향감을 생성하여 주행의 안전성을 향상시켜준다.
이하에서는 첨부된 도 2 및 도 8을 참조로 본 발명에 따른 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템의 일 실시예를 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 스티 어 바이 와이어 시스템의 주요 구성요소인 중앙 제어부(300)와 신호 입력부(500)을 나타낸다.
전술한 바와 같이 상기 신호 입력부(500)는 차속 센서(510), 조향각 센서(520), 토크 센서(530) 및 조향각속도 센서(540)로 구성된다. 상기 차속 센서(510)는 차량의 소정 위치에 설치되어 차량의 주행 속도를 센싱하고, 나머지 조향각 센서(520), 토크 센서(530) 및 조향각속도 센서(540)는 스티어링 휠에 연결 설치되어 그 움직임에 따라 생성되는 조향각, 운전자의 조타토크, 조향각속도를 센싱하여 중앙 제어부(300)로 입력한다.
상기 중앙 제어부(300)는 크게 상기 신호 입력부(500)로부터 차속, 조향각, 조타토크, 조향각속도 신호를 입력받아 조타토크와 반대방향으로 작용하는 조향반력 및 복원력[편의상 (+)로 표시]을 생성시키는 반력 생성부(310)와 상기 조향반력 및 복원력과 반대반향(조타토크와 동일한 방향)으로 작용하는 댐핑력[편의상 (-)로 표시]을 생성시키는 댐핑력 생성부(340)로 구성된다.
그리고, 상기 중앙 제어부(300)는 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력한다. 이와 같이 본 발명에서는 운전자의 조타토크와 반대 방향으로 작용하던 조향반력 및 복원력만을 사용하던 종래와 달리 운전자의 조타토크와 동일한 방향으로 작용하는 댐핑력을 추가하여 이를 적절히 조합함으로써 조향감을 더욱 향상시켜준다. 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)의 구체적인 구성은 도 4 및 도 5를 참조로 후술하기로 한다.
상기 중앙 제어부(300)는 조향반력 또는 복원력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 조향각 신호를 입력받아 이를 비례미분 연산한 다음 그 결과값을 상기 반력 생성부(310)로 출력하는 피디 제어부(320)을 더 포함한다. 즉, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 조향각에 따른 조향감 조절을 위하여 비례미분 제어(PD 제어, Proportional Derivative control) 방식을 채택한다.
즉, 상기 피디 제어부(320)는 조향각 신호는 0도를 기준으로 하고 나머지는 모두 에러값으로 입력하면서 에러의 크기에 비례하여 P 게인(Kp, 321)을 추가하는 연산 로직(322)과 에러값 크기의 변화비에 따라 D 게인(Kd, 323)을 추가하는 연산 로직(324)을 함께 조합하여 사용함으로써 조향반력(또는 복원력)의 요동을 작게하면서 이를 생성시킨다. 이에 따르면 스티어링 휠의 복원시에 과도한 복원력에 따른 오버슈트가 감소되어 중립각에서의 온 센터 필을 향상시켜준다.
한편, 상기 중앙 제어부(300)는 노면의 상태에 따라 조향감을 조절하기 위하여 상기 랙모터의 전류값을 피드백 받고 이를 상기 회전각속도 센서(540)로부터 입력되는 회전각속도 신호와 연산하여 그 결과값을 출력하는 피드백 신호부(350)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 이 피드백 신호부(350)에서 연산된 결과값과 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력한다.
노면의 상태에 따라 랙모터의 전류값이 달라지는데, 거친 노면의 경우에는 저항값이 높아지므로 랙모터 전류값이 증가하고 반대로 미끄러운 노면에서는 저항값이 낮아지므로 랙모터 전류값이 감소한다. 그리고 노면의 상태에 따라서 운전자 가 동일한 힘을 가해도 스티어링 회전각속도가 달라진다. 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 랙모터 전류값을 피드백하여 구간별(1구간: 15암페어 이상, 2구간:10~14암페어, 3구간: 10암페이 이하)로 구분한 다음, 이를 회전각속도 신호와 연산하여 각 구간별로 조향반력 증감에 반영함으로써 최적의 조향감을 가질 수 있도록 해준다.
한편, 조향각 센서(520)로부터 입력받은 조향각 신호를 이용하여 랙모터 토크의 좌우 마찰력 차이값을 보정하는 모터토크 보정부(330)가 별도로 포함될 수도 있다. 모터토크 보정에 대한 상세한 내용은 하기 반력 생성부(310)의 기술구성 부분에서 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 반력 생성부(310)의 구체적인 기술구성을 나타낸다.
반력 생성부(310)는 운전자의 조타토크와 반대 방향으로 작용하는 조향반력 또는 복원력을 생성하는데 필요한 연산을 수행하는 제어 로직으로서 크게 조향반력 생성블럭과 복원력 생성블럭으로 구성된다. 참고로 본 발명에서 제어 로직은 하드웨어적인 구성이 아니라 소프트웨어적인 프로그램을 의미한다.
조향반력 생성블럭은 조향반력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 조타토크 신호로부터 조향 방향을 판단하고 이를 이용하여 상기 랙모터의 좌우 회전에 따른 마찰력의 차이를 보정하기 위한 조향반력의 크기를 연산하는 모터 보정 유니트(311), 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 조향반력의 크기를 연산하는 차속 가변 유니트(312) 및 상기 조타토크 신호로부터 조향 여부에 따라 가변하는 조향반력의 크기를 연산하는 토크 가변 유니트(313)를 포함한다.
상기 모터 보정 유니트(311)는 상기 모터토크 보정부(330)와 동일한 기능을 수행한다. 통상적으로 랙모터는 좌우 조향 방향에 따라 마찰력에 차이가 있는데, 종래에는 이 차이값을 보정하지 않아 운전자가 스티어링 휠을 좌우로 회전할 때 미세한 차이를 느끼게 되었다. 본 발명에서는 상기 모터 보정 유니트(311)와 모터토크 보정부(330)를 통해 이 좌우 편차를 방지하는 조향반력을 생성함으로써 실차와의 조향 이질감을 최소화한다.
상기 차속 가변 유니트(312)는 차속 센서(530)로부터 입력되는 차속 신호에 따라 달라지는 조향반력의 크기를 연산한다. 예를 들어 정차시에는 조향반력을 크게 하고 차속이 점차 증가함에 따라 조향반력을 감소시키다가 일정 차속 이상이 되면 조향반력을 다시 크게 하여 스티어링 휠이 무거워지도록 해준다.
상기 토크 가변 유니트(313)는 스티어링 휠이 일정 각도 이상 회전시(조향시)에는 조향반력을 크게 하여 스티어링 휠이 쉽게 돌아가지 않도록 하고 일정 각도 이하 회전시(비조향시)에는 조향반력을 작게 하여 조향감을 조절한다.
또한, 상기 중앙 제어부(300)는 상기 피디 제어부(320)에서 입력된 결과값과 상기 토크 가변 유니트(313)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 조향시에는 피디 제어부의 출력값을 그대로 사용하여 조향반력을 크게 하고 비조향시에는 피디 제어부의 출력값을 감소시켜 댐핑력의 영향이 커지도록 한다.
한편, 복원력 생성블럭은 스티어링 휠의 복원시에 생성되는 복원력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 복원력의 크기를 연산하는 차속 복원 유니트(314) 및 상기 조향각 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 복원력의 크기를 연산하는 조향각 복원 유니트(315)를 포함한다.
상기 차속 복원 유니트(314)는 차속이 증가함에 따라 복원력을 크게 하고, 상기 조향각 복원 유니트(315)는 조향각의 좌우 방향 및 크기에 따라 복원력을 증감시켜 조향감을 조절한다.
한편, 상기 반력 생성부(310)는 스티어링 휠의 복원 여부를 연산하는 복원여부 판단함수(316)를 더 포함할 수 있다. 이 복원여부 판단함수(316)는 조향각 센서(520)로부터 입력되는 조향각 신호의 방향 및 크기에 따라 스티어링 휠의 복원여부를 판단한다. 상기 차속 복원 유니트(314)와 조향각 복원 유니트(315)의 결과값은 연산 로직(318)에 의해 조합되고, 그 결과값이 스위치(319)를 통해 상기 복원여부 판단함수(316)의 신호에 따라 선택적으로 출력된다.
도 5는 본 발명에 따른 가장 특징적인 기술 구성인 댐핑력 생성부(340)를 나타낸다.
댐핑력 생성부(340)는 댐핑력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 차속 댐핑 유니트(341), 상기 조향각속도 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 조향각속도 댐핑 유니트(343) 및 상기 조향각 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 조향각 댐핑 유니트(344)를 포함한다.
상기 차속 댐핑 유니트(341)는 실차와 유사한 조향감을 생성하기 위해 차속이 높을 때에는 댐핑력을 작게 하여 댐핑 영향을 감소시키고(일정 속도 이상에서는 음의 댐핑력을 발생하여 조향반력을 크게 할 수도 있다), 차속이 낮을 때에는 댐핑력을 크게 하여 댐핑 영향을 높게 한다. 하지만 차속이 높을 때에 댐핑력이 너무 작으면 차량의 주행 안정성이 떨어지기 때문에 고속일 때에는 실차보다 댐핑력을 크게 하여 수방 안정성을 확보한다.
상기 조향각속도 댐핑 유니트(343)는 조향각속도가 높을수록 댐핑력의 크게 하여 조향반력을 감소시킴으로써 캐치 업 현상을 방지한다. 하지만 아주 급격한 조향각속도에서 큰 댐핑력 발생할 경우 조향반력이 약해져 주행 안정성이 떨어질 수 있기 때문에 HILS를 통해 실차와 유사한 댐핑감과 조향반력을 나타내도록 한다.
상기 조향각 댐핑 유니트(344)는 온 센터 구간에서는 댐핑력을 크게 하여 전체적으로 모터 구동 토크를 감소시킴으로써 오버슈트를 억제하고 조향각 복원시에 조향각별 복원속도를 조절한다. 조향각이 증가할 때에는 댐핑력을 작게 하여 보다 빠른 응답을 얻을 수 있도록 댐핑 영향을 감소시킨다.
한편, 상기 댐핑력 생성부(340)는 상기 조타토크 신호로부터 조향부호를 판단하는 조향부호 판단함수(342)를 더 포함할 수 있다. 이 조향부호 판단함수(342)는 토크센서(530)를 이용하여 핸들 조향시와 비조향시를 구분하는데 사용한다. 운전자가 조향시 댐핑력이 존재하게 되면 모터 구동 토크값을 감소하기 때문에 조향반력이 작아져서 캐치 업을 방지할 수 있고 운전자가 비조향시에는 댐핑력을 감소시켜 자연스러운 복원 성능을 확보할 수 있으므로, 상기 조향부호 판단함수(342)는 이러한 댐핑력 제어에 이용될 수 있다.
상기 댐핑력 생성부(340)는 상기 조향부호 판단함수(342), 조향각속도 댐핑 유니트(343) 및 조향각 댐핑 유니트(344)에 의해 연산된 결과값을 조합하는 연산 로직(345)을 포함하고, 이 연산 로직(345)에 의해 조합된 결과값과 상기 차속 댐핑 유니트(341)에 의해 연산된 결과값을 조합하는 연산 로직(346)을 포함하며, 이 연산 로직(346)의 결과값에 따라 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력한다.
이와 같이 본 발명의 댐핑력 생성부(340)는 상기 차속 댐핑 유니트(341)의 연산값과 상기 조향부호 판단함수(342)를 이용하는 조향각속도 댐핑 유니트(343) 및 조향각 댐핑 유니트(344)의 연산값을 모두 조합함으로써 최적의 조향감을 생성시킬 수 있는 댐핑력을 출력할 수 있다.
도 6은 상기와 같이 구성된 본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템를 이용한 한 가지 제어방법을 예시한 것이다.
먼저, 중앙 제어부(300)는 조향각 센서(520) 및 토크 센서(530)로부터 입력된 신호로부터 스티어링 휠의 복원여부를 판단한다(S10). 이러한 판단은 반력 생성부(310)의 복원여부 판단함수(316)에 의해 이루어질 수 있다. 복원여부 판단 결과 스티어링 휠이 비복원 시인 때에는 토크 센서(530)로부터 입력된 운전자의 조타토크 신호를 피디 제어부(320)로 입력하고 그 결과값을 토크 가변 유니트(313)에서 연산하여 (+) 방향으로의 조향반력의 결과값을 산출한다.
한편, 차속 센서(510)로부터 입력된 차속 신호를 이용하여 차속 댐핑 유니트(341)에서는 차속의 가변에 따른 댐핑력의 크기를 연산하고, 조향각속도 센서(540)으로부터 입력된 조향각속도 신호를 이용하여 조향각속도 댐핑 유니트(343) 에서는 조향각속도에 따른 댐핑력의 크기를 연산한 후, 이 (-) 방향으로의 결과값을 상기 토크 가변 유니트(313)에서 산출한 (+) 방향으로의 결과값과 조합하여 랙모터에 인가되는 최종적인 전류값 제어신호를 출력한다(S20).
한편 상기 S10 단계의 복원여부 판단 결과 스티어링 휠이 복원 시인 때에는 피디 제어부(320) 및 토크 가변 유니트(313)에서 상기 토크 센서(530)로부터 입력된 운전자의 조타토크 신호에 따른 조향반력의 크기를 연산하고, 차속 복원 유니트(314)에서는 차속 센서(510)로부터 입력된 차속에 따른 복원력의 크기를 연산하며, 조향각 복원 유니트(315)에서는 조향각 센서(520)로부터 입력된 조향각에 따른 복원력의 크기를 연산한 다음 이들 3가지 조향반력 및 복원력을 조합하여 (+) 방향으로의 결과값을 산출한다(S30).
한편, 상기 비복원 시와 동일한 방법으로 차속 댐핑 유니트(341) 및 조향각속도 댐핑 유니트(343)에서는 댐핑력의 크기를 산출한 후, 이 (-) 방향으로의 결과값을 상기 S30단계에서 산출한 (+) 방향으로의 결과값과 조합하여 랙모터에 인가되는 최종적인 전류값 제어신호를 출력한다(S40).
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 제어 시스템을 이용한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 보듯이 종래의 제어 시스템은 스티어링 휠의 조향각이 커짐에 따라 조향 토크가 불균일하게 나타난 반면, 본 발명의 제어 시스템은 조향각이 커지더라도 조향 토크가 균일하게 나타나 실차와 유사한 조향감을 나타내었다.
도 8은 일정한 속도와 조향각으로 주행하는 차량에서 스티어링 휠을 놓았을 경우 복원되는 정도를 측정한 것이다. 종래의 제어 시스템에 따르면 복원력이 과도 하여 조향각이 (-) 방향으로 넘어간 반면(오버슈트가 발생하였음을 의미함), 본 발명의 제어 시스템은 조향각이 (+) 방향의 20 ~ 30°부근에서 수렴하여 실차와 유사한 조향감을 나타내었다.
도 1은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 주요 부분을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 피디제어기의 제어 로직을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 반력 생성부의 제어 로직을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 댐핑력 생성부의 제어 로직을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 조향감 제어 방법의 일 실시예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 조향감 향상 정도를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 조향감 향상 정도를 나타낸 또 다른 그래프.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
100: 조향 조작부 200: 조향감 생성모터
300: 중앙 제어부 400: 조향 기구부
500: 신호 입력부

Claims (10)

  1. 스티어링 휠이 결합된 조향조작부(100), 이 조향조작부(100)에 장착된 조향감 생성모터(200), 상기 스티어링 휠의 움직임에 따라서 조향 제어신호 및 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 중앙 제어부(300), 이 중앙 제어부(300)로부터 입력된 조향 제어신호에 의해 차바퀴를 작동시키는 랙모터가 포함된 조향기구부(400) 및 차속 센서(510), 조향각 센서(520), 토크 센서(530), 조향각속도 센서(540)로 구성되어 상기 중앙 제어부(300)에서 조향감 생성모터(200)를 제어하는데 필요한 센싱 신호를 입력하는 신호 입력부(500)로 이루어지고;
    상기 중앙 제어부(300)는 상기 신호 입력부(500)로부터 차속, 조향각, 조타토크, 조향각속도 신호를 입력받아 조타토크와 반대방향으로 작용하는 조향반력 또는 복원력을 생성시키는 반력 생성부(310)와 상기 조향반력 또는 복원력과 반대반향(조타토크와 동일한 방향)으로 작용하는 댐핑력을 생성시키는 댐핑력 생성부(340)를 포함하고, 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 중앙 제어부(300)는 조향반력 또는 복원력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 조향각 신호를 입력받아 이를 비례미분 연산한 다 음 그 결과값을 상기 반력 생성부(310)로 출력하는 피디 제어부(320)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 중앙 제어부(300)는 노면 상태에 따라 조향감을 조절하기 위하여 상기 랙모터의 전류값을 피드백 받고 이를 상기 회전각속도 신호와 연산하여 그 결과값을 출력하는 피드백 신호부(350)를 더 포함하고, 이 피드백 신호부(350)에서 연산된 결과값과 상기 반력 생성부(310)와 댐핑력 생성부(340)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 반력 생성부(310)는 조향반력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 조타토크 신호로부터 조향 방향을 판단하고 이를 이용하여 상기 랙모터의 좌우 회전에 따른 마찰력의 차이를 보정하기 위한 조향반력의 크기를 연산하는 모터 보정 유니트(311), 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 조향반력의 크기를 연산하는 차속 가변 유니트(312) 및 상기 조타토크 신호로부터 조향 여부에 따라 가변하는 조향반력의 크기를 연산하는 토크 가변 유니트(313)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 중앙 제어부(300)는 상기 피디 제어부(320)에서 입력된 결과값과 상기 토크 가변 유니트(313)에서 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 반력 생성부(310)는 복원력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 복원력의 크기를 연산하는 차속 복원 유니트(314) 및 상기 조향각 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 복원력의 크기를 연산하는 조향각 복원 유니트(315)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 반력 생성부(310)는 상기 스티어링 휠의 복원 여부를 연산하는 복원여부 판단함수(316)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 댐핑력 생성부(340)는 댐핑력을 보다 정밀하게 제어하기 위하여 상기 차속 신호로부터 차속에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 차속 댐핑 유니트(341), 상기 조향각속도 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 조향각속도 댐핑 유니트(343) 및 상기 조향각 신호로부터 조향각에 따라 가변하는 댐핑력의 크기를 연산하는 조향각 댐핑 유니트(344)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 댐핑력 생성부(340)는 상기 조타토크 신호로부터 조향부호를 판단하는 조향부호 판단함수(342)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 댐핑력 생성부(340)는 상기 조향부호 판단함수(342), 조향각속도 댐핑 유니트(343) 및 조향각 댐핑 유니트(344)에 의해 연산된 결과값을 조합하고, 이 조합된 결과값과 상기 차속 댐핑 유니트(341)에 의해 연산된 결과값을 조합하여 상기 조향감 생성모터(200)에 인가되는 전류량 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.
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