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KR20150077813A - 차량 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR20150077813A
KR20150077813A KR1020130166673A KR20130166673A KR20150077813A KR 20150077813 A KR20150077813 A KR 20150077813A KR 1020130166673 A KR1020130166673 A KR 1020130166673A KR 20130166673 A KR20130166673 A KR 20130166673A KR 20150077813 A KR20150077813 A KR 20150077813A
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vibration
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signal
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박성준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 스티어링휠 진동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 스티어링휠 진동에 대한 단순 억제 방식이 아닌 운전자가 주관적인 판단에 의거 진동 제어 상태나 진동 감쇄 정도를 직접 설정하여 입력할 경우 운전자 설정에 따라 스티어링휠 진동을 능동적으로 제어할 수 있는 차량 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

차량 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법{Active control system and method for steering wheel vibration}
본 발명은 스티어링휠 진동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자 설정에 따라 스티어링휠 진동을 능동적으로 제어할 수 있는 진동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차의 조향시 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향장치로는, 유압펌프에서 유압을 형성하여 조타력을 보조하는 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering)와, 전동모터의 구동토크(회전력)를 이용하여 조타력을 보조하는 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering, 이하 'MDPS'라 함)가 널리 알려져 있다.
이 중에서 MDPS는 차량의 주행조건에 따라 전동모터가 자동으로 제어되어 운전자 스티어링휠 조작에 따른 조타력 보조 기능을 수행하므로 유압식 조향장치에 비해 더욱 향상된 조타성능과 조타감을 제공한다.
상기 MDPS는 차속 등에 따라 스티어링휠의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는바, 이를 위한 기본 구성으로 토크센서, 조향각센서, 차속센서 등의 센서류와 제어기(ECU), 전동모터를 포함하며, 제어기가 전동모터의 구동을 제어하기 위해 상기한 센서들로부터 조향정보(조향각, 스티어링휠 토크 등의 조향 입력정보)와 차량의 주행정보(차속 등의 차량정보)를 수신하도록 되어 있다.
이때, 제어기는 조향정보와 주행정보에 기초하여 결정된 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 전동모터에 공급하고, 전동모터의 회전 및 회전 감속을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘을 발생시킨다.
이러한 MDPS의 기구적 구성을 살펴보면, 조향축(steering shaft)에 결합되어 있는 MDPS 축상의 웜휠(worm wheel)과, 상기 웜휠에 치합되어 결합된 웜축(worm shaft)과, 상기 웜축의 일단에 연결된 상태로 제어기(이하, 'MDPS 제어기'라 칭함)의 제어에 의해 구동하여 웜축에 동력을 전달하는 전동모터(이하, 'MDPS 모터'라 칭함)를 포함하고, 상기 MDPS 모터 및 이에 연결된 웜축이 MDPS 축의 웜휠(worm wheel)을 회전시켜 조타력을 보조하게 된다.
한편, 최근 자동차의 감성에 대한 관심이 증가하고 있으며, 더불어 제어기들 간의 통합을 통하여 새로운 기능들을 추가하는 추세이다.
또한 노면 상태나 엔진 또는 엔진 마운팅 요소의 노후화로 인해 발생하는 진동이 스티어링휠로 유입되면, 스티어링휠 회전방향으로의 좌우 진동(쉬미(shimmy) 진동)이 발생한다.
따라서, 댐퍼나 댐핑력을 발휘할 수 있는 부재나 요소들을 추가하여 스티어링휠 진동을 억제하는 기술이 적용되고 있다.
스티어링휠 진동 억제와 관련한 선행기술문헌으로는 공개특허 제10-2011-0072871호(2011.6.29), 공개특허 제10-2010-0029890호(2010.3.18), 공개특허 제10-2010-0022352호(2010.3.2), 공개특허 제10-2009-0110576호(2009.10.22)를 들 수 있다.
그러나, 종래의 스티어링휠 진동 억제 기술은 스티어링휠 진동에 대한 단순 억제를 목표로 하고 있는 만큼 운전자의 다양한 운전 취향을 만족시킬 수 없으며, 스티어링휠 쉬미 진동을 완전히 억제하여 운전자가 차량 거동 문제를 사전에 파악하지 못하는 문제를 초래하게 된다.
스티어링휠 진동 제어에 있어서 만약 전 영역의 주파수를 상쇄시킨다면 운전자가 오히려 차량 상태와 노면 상태를 인지할 수 없게 되며, 특히 차량 상태를 인지하지 못할 경우 차량 점검을 지연시킬 수 있는바, 예를 들어 등속 조인트 이상으로 인해 특정 차속에서 스티어링휠의 떨림이 발생할 때 점검 및 교체 시기를 놓칠 수가 있다.
또한 노면 상태에 따른 진동을 상쇄하여 운전자로 하여금 노면 상태를 인지할 수 없게 하므로 오히려 오프로드(off-road) 주행을 즐기는 운전자의 주행 재미를 반감시킬 수 있고, 노면 상태에 따른 적절한 제동, 동력분배와 같은 운전자 대응과 판단에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 스티어링휠 진동에 대한 단순 억제 방식이 아닌 운전자가 주관적인 판단에 의거 진동 제어 상태나 진동 감쇄 정도를 직접 설정하여 입력할 경우 운전자 설정에 따라 스티어링휠 진동을 능동적으로 제어할 수 있는 차량 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전동식 조향장치를 구비한 차량의 스티어링휠 진동 능동 제어 장치에 있어서, 조향각센서 또는 진동센서의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하여 출력하는 주파수 검출부; 운전자가 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 구비되는 입력부; 상기 주파수 검출부에서 출력되는 진동 주파수 성분의 신호를 상기 진동 제어 모드의 설정정보에 따라 처리하여 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부에서 출력되는 진동 주파수 신호에 대한 위상 반전신호를 생성하여 출력하는 위상 반전부; 및 상기 위상 반전부에서 출력되는 위상 반전신호로부터 진동 감쇄를 위한 진동 제어 전류를 연산하여 출력하는 제어전류 연산부;포함하고, 조향 모터의 구동을 위한 목표 전류에 대해 상기 제어전류 연산부가 출력하는 진동 제어 전류의 보상이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치를 제공한다.
그리고, 본 발명은, 운전자에 의해 진동 제어 모드가 설정 및 입력되는 단계; 조향각센서 또는 진동센서의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하는 단계; 검출된 진동 주파수 성분의 신호를 상기 진동 제어 모드의 설정정보에 따라 처리하여 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 단계; 상기 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호에 대한 위상 반전신호를 생성하는 단계; 및 상기 위상 반전신호로부터 진동 감쇄를 위한 진동 제어 전류를 연산하여 단계;포함하고, 조향 모터의 구동을 위한 목표 전류에 대해 상기 진동 제어 전류의 보상이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 스티어링휠 진동 능동 제어 장치 및 방법에 의하면, 스티어링휠의 진동을 단순 억제하는 것이 아닌, 운전자가 주관적인 판단에 의거 진동 제어 상태나 진동 감쇄 정도를 직접 설정 및 입력할 경우 설정에 따라 스티어링휠 진동을 능동적으로 제어하도록 구성됨으로써, 운전자 성향을 반영한 스티어링휠 진동 제어를 통해 감성 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 운전자가 노면의 상태를 파악하지 못할 경우 주파수 특성 분석을 통해 거친 노면 상태(off-road)를 판단하여 4WD 동력 구배를 자동으로 재설정하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에서 모드 입력 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 모드 설정 화면을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 진동 주파수 검출 방법을 나타내는 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 장치 구성을 나타내는 블록도로서, 전동식 조향장치(MDPS)의 조타력 보조 제어를 위한 장치 구성, 즉 스티어링휠 토크를 검출하는 토크센서(11), 스티어링휠의 조향각도를 검출하는 조향각센서(12), 차량의 속도를 검출하는 차속센서(13), 각 센서에 의해 검출된 정보에 기초하여 목표 토크를 결정하고 결정된 목표 토크에 해당하는 목표 전류를 산출하여 출력하는 토크 제어부(14), 및 조타 보조력을 발생시키는 MDPS 모터(조향 모터)(16)의 구동 제어를 위해 토크 제어부(14)로부터 입력되는 목표 전류에 기초하여 모터 인가 전류를 제어하는 모터 제어부(15)를 포함하는 장치 구성이 도시되어 있다.
이와 함께 실시예에 따른 스티어링휠 진동 능동 제어 장치는, 조향각센서(12) 또는 진동센서(17)의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하여 출력하는 주파수 검출부(18), 운전자가 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 구비되는 입력부(19), 상기 주파수 검출부(18)에서 검출되어 입력되는 진동 주파수 성분의 신호를 운전자가 설정 및 입력한 진동 제어 모드의 설정정보에 따라 처리하여 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 신호 처리부(21), 상기 신호 처리부(21)에서 출력되는 진동 주파수 신호에 대한 위상 반전신호를 생성하여 출력하는 위상 반전부(22), 그리고 상기 위상 반전부(22)에서 출력되는 위상 반전신호로부터 진동 감쇄를 위한 진동 제어 전류를 연산하여 출력하는 제어전류 연산부(23)를 포함한다.
이러한 구성에서 상기 제어전류 연산부(23)가 출력하는 진동 제어 전류 값은 토크 제어부(14)에서 출력되는 목표 전류 값을 보정하는데 이용되며, 목표 전류에 대한 진동 제어 전류 값의 보상이 이루어지면서 모터 제어부(15)가 보상이 이루어진 목표 전류를 MDPS 모터(16)에 인가하여 MDPS 모터의 구동을 제어하게 된다.
결국, 실시예의 진동 능동 제어 장치에서는 상기한 구성에 의해 스티어링휠의 좌우 진동인 쉬미(shimmy) 진동에 대한 능동 제어가 운전자가 주관적인 감성을 바탕으로 상기 입력부(19)를 통해 직접 설정 및 입력한 진동 제어 모드(진동 감쇄 제어 모드)에 따라 수행될 수 있게 된다.
먼저, 스티어링휠의 좌우 진동인 쉬미 진동을 검출하기 위해 조향각센서(12)가 이용되거나 별도의 진동센서(17)가 이용될 수 있는데, 상기 진동센서(17)는 진동 측정이 가능한 부위, 예컨대 스티어링 컬럼이나 스티어링휠 등에 장착된 진동센서(17)(압전소자 또는 스트레인게이지)가 될 수 있다.
상기 주파수 검출부(18)는 조향각센서(12) 또는 진동센서(17)의 검출신호를 입력받아 좌우 변동하는 스티어링휠의 각 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출한다.
이때, 주파수 검출부(18)에서는 조향각센서(12) 또는 진동센서(17)의 출력신호(진동검출신호)에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용한 주파수 성분 분석이 이루어지고, FFT를 통해 스티어링휠의 진동을 주파수 및 주파수 대역별 세기로 변환하고 이 세기 정보를 포함하는 주파수 성분의 신호가 출력된다.
상기 입력부(19)는 운전자가 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 차량에 구비되는 것으로, 스티어링휠에 구비되는 버튼과 같은 조작기기가 될 수 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이 운전자가 클러스터 내 표시부에 표시되는 모드 설정 화면을 보면서 스티어링휠의 버튼을 조작하여 원하는 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 한다.
이를 위해, 사용자 설정 메뉴(USM:User Setting Menu)에 진동 제어 모드의 설정 및 입력을 위한 모드 설정 메뉴가 추가되며, 클러스터 제어기가 사용자 설정 메뉴 중 하나인 모드 설정 메뉴를 선택하기 위한 화면, 그리고 선택된 모드 설정 화면을 클러스터 내 표시부를 통해 표시하여 제공하도록 구비된다.
또는 상기 입력부(19)는 도 3에 나타낸 바와 같이 AVN(Audio, Video & Navigation) 시스템 또는 텔레매틱스 시스템(예, Mozen Telematics System, MTS)과 같은 차량 단말기에 구비되는 버튼이나 스위치, 조그 다이얼과 같은 조작기기가 될 수 있으며, 단말기의 제어부가 제공하여 표시부에 표시되는 모드 설정 화면을 보면서 운전자가 상기한 조작기기를 조작하여 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 한다.
또는 상기 입력부(19)는 AVN 시스템 또는 텔레매틱스 시스템과 무선 통신망(블루투스(bluetooth), 와이파이(WiFi) 등)을 통해 연결되는 휴대 단말기, 즉 스마트폰 등의 스마트 기기가 될 수 있으며, 운전자가 스마트 기기에서 응용프로그램(앱(APP.))을 실행시켜 표시되는 모드 설정 화면에서 진동 제어를 위한 모드 설정 값들을 입력하게 된다.
이때, 신호 처리부(21)가 입력부(19)를 통해 운전자 설정정보를 입력받을 수 있도록, 상기 신호 처리부(21)는 모드 설정 화면의 제공을 제어하는 상기한 클러스터 제어기 또는 시스템 제어기와 직접 연동하도록 구비되거나, 별도 제어부를 개재하여서 이를 통해 상기 제어기와 연동하도록 구성될 수 있다.
실시예에서 입력부(19)로 상기한 입력수단 중 어느 하나가 적용 가능하며, 그 밖에 진동 제어 설정을 위해 원하는 설정정보를 입력할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 모드 설정 화면을 예시한 도면으로, 운전자가 미리 정해진 방식으로 신호 처리가 이루어지는 강, 중, 약의 진동 제어 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 되어 있다.
이와 더불어, 사용자 정의 모드에서 운전자가 이퀄라이저(equalizer) 방식으로 조정, 입력할 수 있도록 구비되는 그래픽 화면, 즉 감쇄하고 싶은 진동 주파수를 이퀄라이저 형태로 선택하여 주파수별 게인(gain) 값을 설정할 수 있는 그래픽 화면이 모드 설정 화면 내에 추가로 제공될 수 있다.
상기 입력부(19)에서 운전자가 선택 가능한 주파수 대역은 6 ~ 60Hz로 설정되는데, 일반적으로 사람이 손으로 할 수 있는 스티어링휠 조작의 최대 주파수가 5Hz이고, 더불어 도로 노면으로부터 타이어를 통해 전달되는 노이즈의 최대 주파수가 60Hz이기 때문이다.
따라서, 주파수 검출부(18)에서 센서로부터 출력되는 스티어링휠 진동 검출정보, 즉 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 주파수를 분석함에 있어서, 실제 운전자가 스티어링휠 조작을 할 수 없는 주파수인 6Hz 이상, 그리고 거친 노면에 따라 발생 가능한 주파수 60Hz 이하의 범위로 분석 대상 주파수 범위가 정해진다.
또한 운전자가 상기한 주파수 범위 내에서 오디오의 이퀄라이저를 조정하는 것과 유사하게 필터링 컷-오프(cut-off) 주파수를 직접 설정 및 입력하거나, 몇 단계로 나누어진 모드 중 하나를 선택하여 원하는 진동 제어 상태 및 진동 감쇄 정도를 설정하게 된다.
또한 입력부(19)에서 설정 가능한 게인의 범위는 차량마다의 동특성을 고려하여 실험적으로 선정되어 적용된다.
상기한 구성에서 운전자가 모드 설정 화면을 참조하여 입력부(19)를 통해 입력한 설정정보는 신호 처리부(21)에서 주파수 검출부(18)로부터 입력된 주파수 신호를 처리하는데 이용되는데, 신호 처리부(21)에서는 운전자 설정정보에 따라 필터링하여 선정한 감쇄 대상 주파수의 신호를 출력하게 된다.
즉, 강, 중, 약의 진동 제어 모드 중 어느 하나가 선택되면 신호 처리부(21)가 주파수 검출부(18)로부터 입력된 진동 주파수 신호 중 각 모드에 따라 정해진 대역의 진동 주파수를 선정하고 선정된 감쇄 대상 진동 주파수의 신호를 출력하게 되는 것이다(운전자가 선택한 진동 제어 모드를 바탕으로 감쇄 대상 주파수를 선정하여 그 주파수의 신호를 출력함).
예를 들어, 운전자가 진동 제어 모드에서 진동 감쇄 정도를 강으로 선택할 경우 6 ~ 60Hz 대역 중 세기가 가장 큰 주파수가 선정되고, 선정된 주파수 신호에 대해 위상 반전부(22)에서 위상이 반대인(180°반전된) 위상 반전신호를 생성하여 출력하게 된다.
또한 세기가 가장 큰 주파수를 선정하여 위상 반전시킨 후 제어전류 연산부(23)에서 위상 반전신호로부터 해당 진동 제어 모드의 게인 값이 적용된 진동 감쇄용 진동 제어 전류를 연산 및 출력하게 된다.
아울러, 이퀄라이저 입력 방식에서 운전자가 감쇄하고 싶은 진동 주파수 및 그 게인 값을 이퀄라이저 방식으로 입력하면, 위상 반전신호와 주파수별 게인 값에 기초하여 진동 제어 전류가 연산 및 출력되므로, MDPS 모터(16)에 의한 진동 제어 상태 및 진동 감쇄 정도를 운전자가 주관적인 감성에 맞게 조정하는 것이 가능해진다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 진동 주파수 검출 방법을 나타내는 도면으로, 주파수 검출부(18)에서 조향각센서(12)(또는 진동센서)의 검출신호가 입력되어 FFT를 통해 주파수 대역별 세기가 구해지는 예를 나타내고 있다.
이하, 실시예의 작동상태에 대해 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전동식 조향장치에 있어서 토크센서(11)와 조향각센서(12), 차속센서(13)에서 검출된 조향휠 토크, 조향각, 차속의 검출정보에 기초하여 토크 제어부(14)에서 조타 보조력을 생성하기 위한 목표 전류를 산출하여 출력한다.
또한 운전자가 입력부(19)를 통해 원하는 진동 제어 상태 및 진동 감쇄 정도, 주파수 필터링(6 ~ 60Hz) 설정(감쇄 대상 주파수 선정이 이루어지도록 설정정보 입력)을 위한 모드 선택(강/중/약의 진동 감쇄 제어 모드 선택) 내지 정보 설정 및 입력 상태(이퀄라이저를 통한 설정 및 입력 상태)에서, 주파수 검출부(18)가 조향각센서(12) 또는 진동센서(17)의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하여 신호 출력한다.
이어 신호 처리부(21)에서는 주파수 검출부(18)에서 검출 및 전달된 주파수 신호를 운전자가 입력한 모드 설정정보(강/중/약의 각 모드 설정정보 또는 이퀄라이저 입력 설정정보)에 따라 필터링하여 운전자가 감쇄를 원하는 설정 주파수 대역의 신호를 출력한다.
이에 위상 반전부(22)에서는 신호 처리부(21)에서 입력되는 신호에 대해 위상이 반대인 위상 반전신호를 생성하고, 이후 제어전류 연산부(23)가 운전자에 의해 선택된 강/중/약 모드의 게인 값 내지 주파수별 설정된 게인 값을 적용하여 위상 반전신호로부터 진동 감쇄에 필요한 진동 제어 전류를 연산한다.
결국, 토크 제어부(14)가 출력하는 목표 전류에 대해 제어전류 연산부(23)가 출력한 진동 제어 전류의 보상이 이루어지면서 모터 제어부(15)가 보상된 목표 전류를 MDPS 모터(16)에 인가하여 MDPS 모터의 구동을 제어하게 된다.
따라서, 상기한 과정을 통해 운전자 설정정보에 따른 조향휠 진동 능동 제어가 가능해지며, 운전자 성향이 반영된 스티어링휠 진동 제어가 이루어지면서 차량의 감성 품질이 향상될 수 있게 된다.
또한 실시예의 제어 장치는 차량이 4WD(4 Wheel Drive) 모드로 주행하고 있는 상태에서 조향각센서(12)(또는 진동센서)의 출력신호(진동검출신호)로부터 주파수 검출부(18)가 검출한 스티어링휠의 진동 주파수와 오프로드(off-road) 주행시로 설정된 주파수(이하, 설정 주파수)를 비교하여 그 차이가 설정값 이하로 작은 경우(즉, 거의 일치할 경우) 전/후륜의 1:1 동력 분배가 이루어지는 4WD 락(lock) 모드로의 전환을 위한 요청 신호를 출력하도록 구비될 수 있다.
여기서, 4WD 락 모드는 차량의 동력분배장치에 의해 전륜과 후륜의 1:1 동력 분배가 이루어지는 모드로서, 상기 락 모드 전환 요청 신호를 CAN 통신을 통해 전달받은 4WD 제어기의 제어신호에 따라 동력분배장치의 4WD 락 모드 전환이 이루어지게 된다.
이때, MDPS 제어기 내 별도의 제어부가 상기 주파수 검출부(18)로부터 스티어링휠의 진동 주파수를 전달받아 설정 주파수와 비교한 뒤 조건 만족시 4WD 락 모드 전환 신호를 출력하도록 구성하는 것이 가능하다.
상기 설정 주파수는 오프로드 주행시 발생할 수 있는 스티어링휠 진동 주파수로 설정되며, 이는 실험적으로 구해져 설정된다.
또한 진동 주파수와 설정 주파수의 비교를 통해 상기 설정범위 이내의 조건을 만족하지 않을 경우 차량의 4WD 모드가 그대로 유지된다.
이와 같이 운전자가 노면의 상태를 파악하지 못하더라도 스티어링휠 진동의 주파수 특성 분석을 통해 차량의 주행조건, 즉 거친 노면 상태의 험로(오프로드) 주행상태를 판단 및 인지하여 4WD 제어기와의 협조 제어를 통해 4WD 동력분배를 자동으로 재설정(주파수 비교를 통한 4WD 락 모드로의 자동 전환)할 수 있는 시스템의 구성이 가능하다,
한편, 도 7은 실시예의 제어 장치가 스티어링휠 진동 발생 제어를 수행하는 과정의 순서도를 나타내는 도면으로, 전기자동차나 연료전지 자동차와 같은 환경차량에 부가할 수 있는 제어 과정을 보여주고 있다.
환경차량에서는 내연기관 자동차에서 시동 후 발생하는 아이들(idle) 소음과 진동을 느낄 수 없고, 내연기관 자동차에서와 같은 스티어링휠의 진동을 느낄 수 없는바, 단지 운전자가 클러스터의 'Ready' 표시를 통해서만 차량이 주행 가능한 상태임을 인지할 수 있다.
이에 대해, 실시예의 제어 장치는 운전자가 주관적인 감성을 바탕으로 상기 입력부(19)를 통해 입력한 설정정보에 따라 스티어링휠 진동(shimmy)을 MDPS 모터(16)에서 인위적으로 발생시키도록 구성될 수 있고, 이를 통해 운전자로 하여금 'Ready' 상태를 쉽게 인지할 수 있도록 하는 동시에 내연기관 자동차와 유사한 감성을 재현할 수 있다.
환경차량에서 내연기관 자동차의 시동시와 같이 차량이 주행 가능한 대기 상태가 되었을 때('Ready'시) 내연기관 자동차의 아이들 상태에서 발생하는 스티어링휠 진동을 MDPS 모터(16)가 재현하도록 하여 운전자가 주행 대기 상태인지를 쉽게 알 수 있도록 하는 것이다.
이때, 운전자가 자신의 성향에 따라 입력부(19)를 통해 스티어링휠의 진동 제어 모드를 상술한 진동 감쇄 모드에서와 동일한 방식(강/중/약의 진동 감쇄 제어 모드 선택 또는 이퀄라이저 입력)으로 설정 및 입력한 뒤, 환경차량에서 주행 대기시 내연기관 자동차의 아이들시와 유사한 스티어링휠 진동을 느낄 수 있도록 한다.
즉, 운전자의 진동 제어 모드(진동 발생 제어 모드) 설정 및 입력이 가능하도록 전술한 예처럼 클러스터의 표시부 또는 AVN 시스템의 표시부에서 사용자 설정 메뉴 중 모드 설정 메뉴의 화면(모드 설정 화면)을 제공하고, 운전자가 입력부(19)를 통해 원하는 진동 제어 모드(강/중/약의 진동 발생 제어 모드)를 선택하거나 이퀄라이저 입력 방식으로 주파수별 게인 값을 직접 설정 및 입력하는 것이 가능하다.
또는 AVN 시스템 또는 텔레매틱스 시스템이 장착된 차량인 경우 이들 시스템과 무선 통신망을 통해 연결된 스마트 기기에서 모드 설정 화면을 제공하여 운전자가 진동 제어 모드(진동 발생 제어 모드)의 설정 및 입력을 할 수 있도록 하며, 운전자가 스마트 기기를 통해 설정 및 입력한 설정정보를 상기 시스템의 제어기가 전달받아 본 발명의 진동 능동 제어 장치를 구성하는 MDPS 제어기 내 진동 발생 제어를 수행하는 제어부로 전달하게 된다.
이와 같이 운전자가 입력부(19)를 통해 원하는 진동 특성(진동 발생 제어 모드의 설정정보)을 입력하고 나면, 환경차량 구동 후 'Ready' 동작상태에서 제어부가 운전자 설정정보에 따른 진동 제어 전류 출력을 위한 신호를 출력하고, 이에 제어전류 연산부(23)가 제어부의 신호에 따라 필요한 진동 제어 전류를 연산하여 출력한다.
이와 같이 제어전류 연산부(23)가 출력하는 진동 제어 전류에 따라 기본적으로 진동 감쇄 제어 모드에서와 같이 목표 전류의 보정이 이루어지며, 목표 전류에 대한 진동 제어 전류의 보상이 이루어지면서 모터 제어부(15)가 보상이 이루어진 목표 전류를 MDPS 모터(16)에 인가하여 MDPS 모터의 구동을 제어하게 된다.
다만, 'Ready' 상태에서 대부분의 경우 운전자에 의한 스티어링휠 조작이 이루어지지 않으므로 제어전류 연산부(23)가 출력하는 진동 제어 전류를 기준으로 스티어링휠의 진동 발생을 위한 MDPS 모터(16)의 구동이 제어되고, 차량 주행시 스티어링휠 조작이 있게 되면 조타 보조력을 얻기 위한 목표 전류에 대해 상기 진동 제어 전류의 보상이 이루어지면서 모터 제어부(15)가 보상이 이루어진 목표 전류를 MDPS 모터(16)에 인가하여 MDPS 모터의 구동을 제어하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 스티어링휠 진동을 운전자 개입 없이 임의로 제거할 경우 운전자가 실 노면 상태와 차량 거동 상태를 인지하지 못하여 발생하는 문제를 해소할 수 있고, 운전자가 원하는 특성으로 스티어링휠에 대한 진동 감쇄 제어 또는 진동 발생 제어가 이루어질 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 토크센서 12 : 조향각센서
13 : 차속센서 14 : 토크 제어부
15 : 모터 제어부 16 : MDPS 모터
17 : 진동센서 18 : 주파수 검출부
19 : 입력부 21 : 신호 처리부
22 : 위상 반전부 23 : 제어전류 연산부

Claims (15)

  1. 전동식 조향장치를 구비한 차량의 스티어링휠 진동 능동 제어 장치에 있어서,
    조향각센서 또는 진동센서의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하여 출력하는 주파수 검출부;
    운전자가 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 구비되는 입력부;
    상기 주파수 검출부에서 출력되는 진동 주파수 성분의 신호를 상기 진동 제어 모드의 설정정보에 따라 처리하여 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 신호 처리부;
    상기 신호 처리부에서 출력되는 진동 주파수 신호에 대한 위상 반전신호를 생성하여 출력하는 위상 반전부; 및
    상기 위상 반전부에서 출력되는 위상 반전신호로부터 진동 감쇄를 위한 진동 제어 전류를 연산하여 출력하는 제어전류 연산부;
    포함하고, 조향 모터의 구동을 위한 목표 전류에 대해 상기 제어전류 연산부가 출력하는 진동 제어 전류의 보상이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 검출부는 조향각센서 또는 진동센서의 검출신호를 FFT(Fast Fourier Transform)로 신호 처리하여 주파수 및 주파수 대역별 세기로 변환하고 상기 세기 정보를 포함하는 주파수 성분의 신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부는 차량에 구비되는 조작기기이고,
    표시되는 모드 설정 화면을 보면서 상기 조작기기를 조작할 수 있도록 진동 제어 모드의 설정 및 입력을 위한 모드 설정 화면을 표시하는 차량의 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부는 차량 단말기와 통신 연결되는 휴대 단말기이고, 휴대 단말기에 표시되는 모드 설정 화면에서 진동 제어 모드를 설정 및 입력할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부의 진동 제어 모드는 상기 모드 설정 화면에서 이퀄라이저 형태의 그래픽 화면을 제공하여 이퀄라이저 조정 방식으로 진동 주파수 중 감쇄하고 싶은 주파수별 게인 값 조정 및 필터링 컷-오프 주파수 설정을 수행할 수 있도록 한 사용자 정의 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리부는 입력부의 진동 제어 모드의 설정에 따라 선정되거나, 필터링되어 게인 값 조정된 진동 주파수 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 입력부의 진동 제어 모드에서 감쇄하고 싶은 주파수의 선정이 이루어지거나 선택된 주파수별 게인 값의 조정 및 필터링 컷-오프 주파수의 설정이 이루어지는 진동 주파수 대역이 6 ~ 60Hz의 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  8. 운전자에 의해 진동 제어 모드가 설정 및 입력되는 단계;
    조향각센서 또는 진동센서의 검출신호로부터 스티어링휠의 좌우 회전 변위에 대한 진동 주파수 성분을 검출하는 단계;
    검출된 진동 주파수 성분의 신호를 상기 진동 제어 모드의 설정정보에 따라 처리하여 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 단계;
    상기 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호에 대한 위상 반전신호를 생성하는 단계; 및
    상기 위상 반전신호로부터 진동 감쇄를 위한 진동 제어 전류를 연산하여 단계;
    포함하고, 조향 모터의 구동을 위한 목표 전류에 대해 상기 진동 제어 전류의 보상이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 주파수 성분을 검출하는 단계에서,
    상기 조향각센서 또는 진동센서의 검출신호를 FFT(Fast Fourier Transform)로 신호 처리하여 주파수 및 주파수 대역별 세기로 변환하고 상기 세기 정보를 포함하는 주파수 성분의 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    운전자가 표시되는 모드 설정 화면을 보면서 진동 제어 모드의 설정 및 입력을 수행할 수 있도록 모드 설정 화면을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    차량 단말기와 통신 가능하도록 연결된 휴대 단말기에서 운전자에 의한 진동 제어 모드의 설정 및 입력이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 진동 제어 모드는 상기 모드 설정 화면에서 이퀄라이저 형태의 그래픽 화면을 제공하여 이퀄라이저 조정 방식으로 진동 주파수 중 감쇄하고 싶은 주파수별 게인 값 조정 및 필터링 컷-오프 주파수 설정을 수행할 수 있도록 한 사용자 정의 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 운전자 설정이 반영된 진동 주파수 신호로 출력하는 단계에서,
    상기 진동 제어 모드의 설정에 따라 선정되거나, 필터링되어 게인 값 조정된 진동 주파수 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 진동 제어 모드에서 감쇄하고 싶은 주파수의 선정이 이루어지거나 선택된 주파수별 게인 값의 조정 및 필터링 컷-오프 주파수의 설정이 이루어지는 진동 주파수 대역이 6 ~ 60Hz의 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    차량이 4WD 모드로 주행하고 있는 상태에서, 상기 조향각센서 또는 진동센서의 검출신호로부터 검출된 진동 주파수와 오프로드(off-road) 주행시의 설정 주파수가 설정값 이하의 차이를 가지는 경우 전/후륜의 1:1 동력 분배이 이루어지는 4WD 락(lock) 모드로의 전환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 진동 능동 제어 방법.
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