KR101028724B1 - 가변 랙 스트로크 시스템의 전자제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 VRS 시스템의 ECU에 관한 것으로, VRS 시스템의 동작을 온/오프시키기 위한 스위치와, 이 스위치의 온/오프 동작에 따라 모터를 구동시켜 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키는 VRS 기구부로 구성되는 차량의 VRS 시스템에 있어서, 상기 VRS 기구부내 모터의 전류를 검출하는 전류센서 또는 각종 기구부의 위치를 검출하는 위치센서 등의 센서부와, 상기 VRS 시스템의 온 동작시 상기 VRS 기구부내 모터의 구동을 제어하고, 상기 센서부에서 검출된 센서 신호로부터 모터 및 상기 VRS 기구부의 이상 유무와 모터 및 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 이를 운전자에게 알려 주도록 제어하는 ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, VRS 시스템의 모터를 구동 제어함에 있어서, 모터 및 VRS 기구부의 이상 유무와 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 다이오드의 점멸 동작을 통해 운전자에게 알려 줌으로써 모터 및 VRS 기구부의 파손 및 손상을 미연에 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
VRS, ECU, 센서부, 페일-세이프, 다이오드

Description

가변 랙 스트로크 시스템의 전자제어장치{ECU OF VARIABLE RACK STROKE SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 VRS 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 외관 및 핀 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 동작 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : ECU 11 : 전원 안정화 회로부
12 : 입력 인터페이스부 13 : 모터 제어부
14 : 마이컴 20 : LH 액츄에이터
30 : RH 액츄에이터 40 : VRS 기구부
43 : 스톱기어 47 : 가동수단
48 : 케이싱 49 : 스톱링
S1 : 스위치 D1 : 다이오드
본 발명은 가변 랙 스트로크(Variable Rack Stroke ; 이하, 'VRS'라 칭함) 시스템의 전자제어장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)에 관한 것으로, 특히 VRS 시스템의 모터를 구동 제어함에 있어서, 모터 및 VRS 기구부의 이상 유무와 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 이를 운전자에게 알려 줌으로써 페일-세이프(Fail-Safe) 기능을 수행할 수 있도록 한 VRS 시스템의 ECU에 관한 것이다.
종래 차량에는 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키기 위한 VRS 시스템이 구비되어 있으며, 이러한 VRS 시스템을 통해 스티어링 휠의 과대한 회전 조작시 차륜의 과도한 회전각도 및 이에 따른 급격한 회전으로 인한 사고발생을 미연에 방지하도록 하고 있다.
한편, 종래 VRS 시스템에서는 단순 스위치를 구비하고, 이 단순 스위치의 온/오프 신호에 따라 모터의 정/역회전 구동을 제어하고 있다.
그러나, 상기와 같이 종래 VRS 시스템이 단순 스위치로 작동하는 형태임에 따라 비용이 저렴한 반면에, 모터나 VRS 기구부에 이상 및 고장이 발생하는 경우 이러한 이상 및 고장을 감지하고 원인을 파악하기 위한 페일-세이프 기능이 없다고 하는 단점이 있다.
즉, 모터의 단선, 쇼트(Short), 과부하 등에 의한 페일이 발생하거나, VRS 기구부가 이상 및 고장으로 정위치를 벗어나는 경우 VRS 기구부의 이상 파손이 있을 수 있고, 또한 파손 조각이 기어 박스내에 침투되어 스티어링 장치에 결함을 유발시킬 수 있게 되는 문제점이 있다.
또한, 스위치 일체형으로 VRS 시스템을 개발할 경우 사이즈(Size)가 증대됨에 따라 공간확보를 위한 차량 레이아웃(Lay Out) 확인이 필요하게 되고, PROTO 스위치를 사용할 경우에는 모터의 구동 방향, 구동 시간을 제어하기 위한 별도의 간단한 회로부가 더 필요하게 되는 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 VRS 시스템의 모터를 구동 제어함에 있어서, 모터 및 VRS 기구부의 이상 유무와 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 다이오드의 점멸 동작을 통해 운전자에게 알려 줌으로써 모터 및 VRS 기구부의 파손 및 손상을 미연에 방지할 수 있도록 한 페일-세이프 기능을 수행하는 VRS 시스템의 ECU를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 VRS 시스템의 ECU는, VRS 시스템의 동작을 온/오프시키기 위한 스위치와, 이 스위치의 온/오프 동작에 따라 모터를 구동시켜 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키는 VRS 기구부로 구성되는 차량의 VRS 시스템에 있어서, 상기 VRS 기구부내 모터의 전류를 검출하는 전류센서 또는 각종 기구부의 위치를 검출하는 위치센서 등의 센서부와, 상기 VRS 시스템의 온 동작시 상기 VRS 기구부내 모터의 구동을 제어하고, 상기 센서부에서 검출된 센서 신호로부터 모터 및 상기 VRS 기구부의 이상 유무와 모터 및 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 이를 운전자에게 알려 주도록 제어하는 ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 VRS 시스템의 구성도로서, 도 1A에 도시된 바와 같이 VRS 시스템은 VRS 시스템의 동작을 온/오프시키기 위한 스위치(S1)와, VRS 시스템의 온 동작시 모터의 구동을 제어하고, 모터 및 후술될 VRS 기구부(40)의 이상 유무와 모터 및 VRS 기구부(40)의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 이를 운전자에게 알려 주도록 제어하는 ECU(10)와, 이 ECU(10)에서 출력되는 구동 제어신호에 따라 모터를 구동시켜 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키는 VRS 기구부(40)로 구성된다.
이때, 상기 VRS 기구부(40)는 도 1B에 도시된 바와 같이, 내경에는 변위홈(430)이 마련되며 외경에는 기어치(432)가 형성된 스톱기어(43)와, 상기 스톱기어(43)를 회전시키기 위해 랙 하우징(41) 단부에 설치되는 모터(44)와 이 모터(44)의 피니언 기어(45)와 스톱기어(43) 사이에 마련되는 중간기어(46)를 포함한 가동수단(47)과, 이러한 가동수단(47) 및 상기 스톱기어(43)를 덮으며 랙 하우징(41) 단부에 체결되는 케이싱(48)과, 랙(42) 단부에 체결되는 볼 하우징(50)에 설치되며 외경에는 상기 스톱기어(43)의 변위홈(430)과 맞물리거나 엊물려 랙 스트로크를 가변시킬 수 있도록 스톱돌기(490)를 갖는 스톱링(49)을 포함하여 구성된다.
특히, 상기 가동수단(47)의 모터(44)는 링형 지지구(470)를 매개로 랙바가 관통된 랙 하우징(41) 단부에 체결되어 고정이 이루어지며, 상기 링형 지지구(470) 내측에는 전술한 스톱기어(43)가 회전가능하게 설치되되, 이러한 스톱기어(43)는 모터(44) 단부에 축삽된 피니언 기어(45)와 중간기어(45)를 매개로하여 치합되어 모터(44)의 구동력을 전달받아 회전할 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 VRS 기구부(40)는 도 1C에 도시된 바와 같이 스위치(S1)가 오프(OFF) 동작하는 경우에는 모터(44)의 피니언 기어(45)가 원점으로부터 설정된 범위만큼 회전하게 되고, 이러한 피니언 기어(45)의 회전력은 중간기어(46)를 거쳐 스톱기어(43)에 전달되어 이 스톱기어(43)를 설정된 범위만큼 회전시키게 되는데, 스톱기어(43)에 형성된 변위홈(430)이 볼 하우징(50)에 장착되어 있는 스톱링(49)의 스톱돌기(490)와 일직선상에 위치할 수 있도록 회전시킨다.
반면, 스위치(S1)가 온(ON) 동작하는 경우에는 모터(44)의 피니언 기어(45)가 상기 오프동작과는 역방향으로 회전하여 스톱기어(43)의 변위홈(430)이 스톱링(49)의 스톱돌기(49)와 엊갈릴 수 있도록 스톱기어(43)를 회전시킨다.
이로써, 스티어링 휠의 조작에 따라 랙바(42) 단부에 체결된 볼 하우징(50)이 랙 하우징(41) 단부측으로 이동했을 때, 스위치(S1)의 온/오프 동작에 따라 상기 볼 하우징(50)에 장착된 스톱링(49)의 스톱돌기(490)가 랙 하우징(41) 단부에 설치된 스톱기어(43)의 변위홈(430)에 맞물려 삽입되거나 엊물려 삽입이 제한됨으로써, 그 삽입 거리의 차 만큼 랙바의 이동 스트로크를 가변시킬 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 블록 구성도로서, ECU(10)는 입력되는 이그니션 전압(VIG)에 대한 전원 전압 이상 유무를 검출하여 과전압 또는 저전압 검출시 동작을 정지한 후 정상 전압 복귀시 동작을 개시하는 전원 안정화 회로부(11)와, 상기 VRS 기구부(40), 즉 후술될 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터 (30)내 모터(22,32)의 전류를 검출하는 전류센서 또는 각종 기구부의 위치를 검출하는 위치센서 등의 센서부(23,33)로부터 출력되는 각각의 센서 신호(LH S, RH S)를 입력하는 입력 인터페이스부(12)와, 상기 입력 인터페이스부(12)에서 입력되는 각각의 센서 신호(LH S, RH S)에 따라 상기 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터(30)로 모터 구동을 위한 각각의 구동 제어신호(MCW, MCCW)를 출력하는 모터 제어부(13)와, 상기 전원 안정화 회로부(11), 입력 인터페이스부(12), 모터 제어부(13)의 각 동작을 제어하는 마이컴(14)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 ECU(10)에는 VRS 기구부(40)의 구성으로서 PTC(21,31), 모터(22,32), 센서부(전류센서, 위치센서)(23,33)를 포함하여 이루어져, 센서부(23,33)에서 검출된 각각의 센서 신호(LH S, RH S)를 출력하고, 상기 모터 제어부(13)에서 출력되는 각각의 구동 제어신호(MCW, MCCW)에 따라 모터의 구동을 제어하는 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터(30)가 연결되어 있고, 상기 ECU(10)내 마이컴(14)에는 스위치(S1)와 모터 및 VRS 기구부(40)의 페일 발생시 이를 운전자에게 알려 페일-세이프 기능을 수행하기 위한 다이오드(D1)가 스위치 박스(S/B) 형태로 연결되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 VRS 시스템내 ECU의 외관 및 핀 구성도로서, 도 3A는 ECU(10)의 외관 형상을 보인 도면이고, 도 3B는 ECU(10)의 외관중 핀 연결면을 보인 도면이며, 도 3C는 ECU(10)내 각 신호의 입/출력을 위한 핀 번호 구성을 보인 도면으로서, 1번은 시계방향 구동 제어신호(MCW), 2번은 왼쪽 센서 신호(LH S), 3번은 스위치 온/오프 신호(S/W), 4번은 이그니션 전압(VIG), 5번은 반시계방향 구동 제어신호(MCCW), 6번은 오른쪽 센서 신호(RH S), 7번은 다이오드 제어신호(LED), 8번은 그라운드(GND)로 이루어지며, 이와 같이 ECU(10)는 8핀의 컨넥터(Connector)를 갖는 구조임을 알 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 VRS 시스템의 ECU의 동작을 도 4의 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
VRS 시스템의 동작은, 스위치(S1) 온/오프에 따라 VRS 기구부(40)가 동작하여 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키게 된다.
즉, 스위치(S1)가 오프 동작하는 경우에는 모터(44)의 피니언 기어(45)가 원점으로부터 설정된 범위만큼 회전하게 되고, 이러한 피니언 기어(45)의 회전력은 중간기어(46)를 거쳐 스톱기어(43)에 전달되어 이 스톱기어(43)를 설정된 범위만큼 회전시키게 되는데, 스톱기어(43)에 형성된 변위홈(430)이 볼 하우징(50)에 장착되어 있는 스톱링(49)의 스톱돌기(490)와 일직선상에 위치할 수 있도록 회전시킨다.
반면, 스위치(S1)가 온 동작하는 경우에는 모터(44)의 피니언 기어(45)가 상기 오프동작과는 역방향으로 회전하여 스톱기어(43)의 변위홈(430)이 스톱링(49)의 스톱돌기(49)와 엊갈릴 수 있도록 스톱기어(43)를 회전시킨다.
따라서, 스티어링 휠의 조작에 따라 랙바(42) 단부에 체결된 볼 하우징(50)이 랙 하우징(41) 단부측으로 이동했을 때, 스위치(S1)의 온/오프 동작에 따라 상기 볼 하우징(50)에 장착된 스톱링(49)의 스톱돌기(490)가 랙 하우징(41) 단부에 설치된 스톱기어(43)의 변위홈(430)에 맞물려 삽입되거나 엊물려 삽입이 제한됨으로써, 그 삽입 거리의 차 만큼 랙바의 이동 스트로크를 가변시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 동작하는 VRS 시스템에서 페일-세이프 기능을 수행하기 위한 ECU(10)의 동작은 다음과 같다.
먼저, ECU(10)내 마이컴(14)은 운전자가 VRS 시스템의 온 동작을 위해 스위치(S1)를 온 동작시켰는지 판단하고(S1), 이때 스위치(S1)를 온 동작시켰다면, 이어 다이오드(D1)가 온 동작되어 점등되어 있는지를 판단한다(S2).
상기 단계(S2)의 판단 결과, 다이오드(D1)가 온 동작되어 있다면 VRS 기구부(40), 즉 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터(30)내 각 센서부(23,33)에서 검출 및 출력되는 각각의 센서 신호(LH S, RH S)를 입력 인터페이스부(12)를 통해 입력받아 모터(22,32)의 이상 유무 확인 및 각종 기구부의 정위치 여부에 대한 확인을 수행한다(S3).
이후, 마이컴(14)은 상기 단계(S3)의 확인 결과에 따라 모터의 정/역회전을 위한 구동 제어신호, 즉 MCW, MCCW를 결정하게 되는데(S4), 이때 MCW가 결정되면 모터 제어부(13)를 통해 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터(30)로 시계방향 구동 제어신호(MCW)를 출력하여 MCW 구동이 이루어지도록 한다(S5).
여기서, 다시한번 각각의 센서신호(LH S, RH S)로부터 모터(22,32)의 이상 유무 및 각종 기구부의 정위치 여부를 확인하여 에러 확인을 수행하는데(S6), 이때 에러가 없다면 MCW 구동이 계속해서 이루어지도록 하고(S7), 에러가 있다면 마이컴(14)은 다이오드(D1)를 온 동작시켜 플래싱하도록 함으로써(S8) 운전자에게 이를 알려주도록 한다.
한편, 상기 단계(S4)에서 MCCW가 결정되는 경우에도 상기와 마찬가지로, 모 터 제어부(13)를 통해 LH 액츄에이터(20)와 RH 액츄에이터(30)로 반시계방향 구동 제어신호(MCCW)를 출력하여 MCCW 구동이 이루어지도록 한다(S9).
그리고 나서, 다시한번 각각의 센서 신호(LH S, RH S)로부터 모터(22,32)의 이상 유무 및 각종 기구부의 정위치 여부를 확인하여 에러 확인을 수행하며(S10), 이때 에러가 없다면 MCCW 구동이 계속해서 이루어지도록 하고(S11), 에러가 있다면 다이오드(D1)를 온 동작시켜 플래싱하도록 함으로써(S12) 운전자에게 이를 알려주도록 한다.
이때, 마이컴(14)은 다이오드(D1) 이외에도 통신 프로토콜을 사용하여 스캔 툴(Scan Tool)에 페일 코드를 출력함으로써 운전자에게 페일 발생을 알려줄 수도 있다.
이에 따라, 운전자는 다이오드(D1)의 플래싱 동작을 통해 모터의 단선, 쇼트, 과부하 등의 페일 원인을 용이하게 파악할 수 있게 되고, 모터를 보호할 수 있으며, VRS 기구부의 이상시 VRS 기구부를 분해하지 않고도 페일의 유형을 파악할 수 있게 된다.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 VRS 시스템의 모터를 구동 제어함에 있어서, 모터 및 VRS 기구부의 이상 유무와 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 다이오드의 점멸 동작을 통해 운전자에게 알려 줌으로써 모터 및 VRS 기구부의 파손 및 손상을 미연에 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
즉, 페일-세이프 기능을 갖는 ECU를 구비한 VRS 시스템을 구현함으로써 모터 의 단선, 쇼트, 과부하 등의 페일 원인을 용이하게 파악할 수 있게 되고, 모터의 부하 증대시 전류를 검출함에 따라 모터를 보호할 수 있으며, VRS 기구부의 정위치 동작 여부 파악이 가능함에 따라 VRS 기구부의 이상시에도 VRS 기구부를 분해하지 않고 페일의 유형을 용이하게 파악할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. VRS 시스템의 동작을 온 또는 오프시키기 위한 스위치와, 이 스위치의 온 또는 오프 동작에 따라 모터를 구동시켜 랙 스트로크를 가변적으로 변화시키는 VRS 기구부로 구성되는 차량의 VRS 시스템에 있어서,
    상기 VRS 기구부내 모터의 전류를 검출하는 전류센서 또는 각종 기구부의 위치를 검출하는 위치센서를 포함하는 센서부와,
    상기 VRS 시스템의 온 동작시 상기 VRS 기구부내 모터의 구동을 제어하고, 상기 센서부에서 검출된 센서 신호로부터 모터 및 상기 VRS 기구부의 이상 유무와 모터 및 VRS 기구부의 이상으로 인한 페일 발생을 감지하여 이를 운전자에게 알려 주도록 제어하는 ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 랙 스트로크 시스템의 전자제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ECU가, 이그니션 전압에 대한 전원 전압 이상 유무를 검출하여 과전압 또는 저전압 검출시 동작을 정지한 후 정상 전압 복귀시 동작을 개시하는 전원 안정화 회로부와, 상기 VRS 기구부내 센서부로부터 출력되는 센서 신호를 입력하는 입력 인터페이스부와, 상기 입력 인터페이스부에서 입력되는 센서 신호에 따라 상기 VRS 기구부로 모터 구동을 위한 구동 제어신호를 출력하는 모터 제어부와, 상기 전원 안정화 회로부, 입력 인터페이스부, 모터 제어부의 각 동작을 제어하는 마이컴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 랙 스트로크 시스템의 전자제어장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 ECU의 마이컴에 상기 스위치와, 모터 및 VRS 기구부의 페일 발생시 이를 운전자에게 알려 페일-세이프 기능을 수행하기 위한 다이오드가 스위치 박스 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 랙 스트로크 시스템의 전자제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 및 VRS 기구부의 페일 발생시, 상기 ECU내 마이컴이 통신 프로토콜을 사용하여 스캔 툴에 페일 코드를 출력함으로써 운전자에게 페일 발생을 알려페일-세이프 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 가변 랙 스트로크 시스템의 전자 제어 장치.
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