KR101090642B1 - 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 및 전류 제한 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 및 전류 제한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 및 전류 제한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 내연기관 자동차 기술과 전기 자동차의 기술을 조합한 차량 형태인 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치에 있어서, 주행중 또는 정차시에 엔진은 정지하고 모터의 힘으로만 구동할 때 엔진 RPM 신호의 입력이 전동식 조향장치에 입력되지 않아도 일정 속도 이상 차량이 주행한다면 정상적으로 전동식 조향장치이 동작하며 일정 속도 이상 차량이 주행하지 않았다면 전동식 조향장치의 전류 제한을 실시 하는것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 및 전류 제한 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 하이브리드 자동차의 특성상 시동시에만 엔진이 회전하여 RPM신호가 나오며 주행 도중에 일정 시간 정차하였을 경우 엔진은 회전하지 않고 단지 모터만 회전하게 된다. 이때 전동식 조향장치가 정지하지 않고 계속 작동되게 하여 차량의 재 출발시 운전자가 조향을 용이하게 할 수 있게 하는 효과가 있다.
하이브리드, 전동식, 조향장치, 페일 세이프

Description

하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 및 전류 제한 방법{Electric Power Steering System and Fail Safe Logic for Hybrid Emission Vehicle}
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 구성 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 구성 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 전류 제한 방법 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 토크센서 120: 차속센서
130: 조향각 센서 140: ECU
150: 구동회로부 160: EPS
200: RPM센서
본 발명은 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 하이브리드 자동차(Hybrid Emission Vehicle)의 전동식 조향장치(Electric Power Steering System)에서의 페일 세이프(Fail Safe)제어 방법에 관한 것으로, 특히 각종 센서를 통해 입력되는 정보, 즉 토크 신호, 차속 신호, 엔진 RPM 신호, 모터의 양단 전압 및 모터의 입/출력 전류로부터 EPS시스템의 페일 세이프를 제어하고 엔진 신호가 발생하지 않을 경우 무리한 조향 휠 조향시 밧데리의 전압에 무리를 주는 것을 방지하기 위한 전류 제한 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차는 자동차가 발명된 이후로 발전해 온 내연기관을 이용하는 자동차와 전기 자동차를 조합한 복합 기능 차량 형태로 연비의 향상과 배기가스의 저감이라는 이익을 얻을 수 있다.
하이브리드 자동차는 동력원의 사용 방법에 따라 다양한 구조와 주행 방법을 가진다. 그 중에서 가장 널리 개발하고 있는 대표적인 형태의 하이브리드 자동차는 병렬형 하이브리드 자동차와 직렬형 하이브리드 자동차이다.
병렬형 하이브리드 자동차는 전기 자동차와 마찬가지로 모터와 축전지를 동력원으로 이용하여 차량을 구동시키며 동시에 또는 독립적으로 엔진, 가스 터빈 등의 내연기관을 구동시킨다.
직렬형 하이브리드 자동차는 축전지를 주동력원으로 이용하여 자동차를 구동시키며 내연기관에서 발생하는 기계에너지를 발전기를 이용하여 전기에너지로 전환하여 동력원으로 이용한다.
이중 병렬형 하이브리드 자동차는 일반 주행 모드(엔진 모드)시 엔진의 구동에 의해 자동차를 구동시키며, 엔진에 연계되어 발전기가 구동되고 전기에너지가 생성되어 배터리에 축전하고, 하이브리드 모드 시에는 엔진은 정지하고 순수한 배 터리 힘으로 트랙션 모터에 전류를 가해 차량을 구동한다. 이와 같은 이유로 하이브리드 자동차는 일반적인 내연기관 자동차에 비해 훨씬 낮은 수준의 배기가스를 방출하고 좋은 연비를 가질 수 있으며, 전기 자동차에 비해서는 훨씬 긴 주행거리를 갖는다.
한편 자동차에는 조향력을 보조하기 동력 보조 조향장치가 구비되어 있다. 동력보조 조향장치는 크게 유압식 동력 보조 조향장치와 전동식 조향장치 두가지로 나뉜다. 유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 회전축에 연결된 동력 보조 조향장치 펌프로부터 생성된 동력 보조 조향장치 오일의 압력을 조향장치의 실린더 좌우 양측에 선택적으로 공급하여 조향력을 보조하는 장치이고, 전동식 조향장치는 조향 휠을 조작할 때 생기는 조향력 및 조향각을 토크 센서와 조향각 센서가 감지하여 배터리의 힘으로 전동식 모터를 구동하여 조향력을 보조하는 장치이다.
차량의 속도에 따라 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 전동식 조향장치(Electric Power Steering, 이하 EPS라 칭함)는 토크 신호, 차속 신호, 조향각 신호등의 차량의 상태 정보를 검출하는 각종 센서와, 센서에서 검출된 차량의 상태 정보에 따라 조향휠의 조작력을 줄여주기 위한 모터 제어 및 구동 신호를 출력하는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit, 이하 ECU라 칭함)와, ECU에서 출력되는 제어 및 구동 신호를 수신하여 EPS로 입력하는 구동 회로부를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 구성 블록도이다.
토크 센서(110)는 조향 컬럼 중앙에 일체로 장착되어 있고, 운전자가 조향휠 을 돌려 스티어링 컬럼 및 기어박스를 통해 랙과 피니언의 치합으로 바퀴를 선회할때 발생하는 토크를 측정한다. 토크 센서(110)는 컬럼에 비접촉식으로 부착된 형식으로 전류에 생기는 자기장을 이용하여 축의 비틀림에 걸리는 전류의 값을 이용하여 측정하게 되어 있으며 증폭회로가 내장되어 있다.
차속 센서(120)는 일반적으로 변속기 출력축에 장착되어 있으며 홀 센서 방식으로, 차량 속도를 ECU(140)로 입력하며 주행 상태를 판정하여 점화시기 및 연료 분사량을 보정하며 공회전 속도 보정을 비롯하여 냉각팬 제어의 신호로 사용한다. EPS시스템에서는 속도에 따른 조향력 제어를 위한 신호로 사용한다.
조향휠을 회전할 때 ECU(140)는 토크 센서(110)가 감지한 조향력 신호를 받아 구동 회로부(150)로 보내 EPS(160)를 구동한다. EPS(160)의 구동력은 조향휠을 조작하는 토크에 비례하여 구동하고 구동 회로부(150)는 일반적으로 조향 컬럼에 부착되어 있다.
조향각 센서(130)는 일반적으로 조향휠의 다기능 스위치(Multi Function Switch) 내에 설치되어 조향 속도 및 조향휠의 회전 각도를 측정하여 운전자가 조향휠을 돌림에 따라 변화하는 차량의 자세를 인식하기 위한 센서이다.
일반적인 내연기관 자동차에 구비된 전동식 파워 스티어링 시스템을 동작 시키기 위해서는 토크 신호, 차속 신호, 엔진 RPM 신호가 ECU(140)에 입력되어야 한다. 그러나 하이브리드 자동차의 특성상 시동시 또는 고속 및 급가속시 등 고 출력을 요구할 때 엔진이 회전하여 RPM 신호가 발생하며, 주행 도중 일정 시간 정차하는 경우 등에는 엔진은 회전하지 않고 단지 모터만 회전하여 RPM 신호가 발생하지 않는다. 이때 ECU(140)에서 RPM 신호를 입력받지 않으면 Fail이 발생하여 조향장치가 매뉴얼 상태로 돌아가게 되는데 하이브리드 자동차에서는 정차시에 엔진의 RPM이 '0' 으로 바뀌기 때문에 기존 장치에서는 입력되는 엔진 RPM신호를 ECU에서 입력받지 않는 것으로 하였다.
따라서 하이브리드 자동차는 엔진 RPM 신호를 입력받지 않더라도 전동식 조향장치는 Fail이 되지 않도록 해야 하는데, 하이브리드 자동차가 일정 속도 이상 주행하지 않고 엔진 신호가 발생하지 않을 때 과도한 조향을 할 경우 밧데리의 전압에 무리가 갈 수 있는 문제가 있어서 이를 해결할 시스템이 필요하게 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 하이브리드 자동차의 주행시 발생하는 엔진 RPM신호의 입력이 전동식 조향장치에 들어오지 않아도 일정 속도 이상 차량이 주행한다면 정상적으로 전동식 조향장치가 작동하고 일정 속도 이상 차량이 주행하지 않는다면, 차량의 밧데리와 전동식 조향장치 시스템의 모터 보호를 목적으로 동력 보조 조향장치의 전류 제한을 실시하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하이브리드 자동차 주행 시 발생하는 엔진 RPM 신호의 입력이 전동식 조향장치에 들어오지 않아도 일정속도 이상 차량이 주행한다면 정상적으로 전동식 조향장치가 동작하며 일정 속도 이상 차량이 주행하지 않았다면 차량 시스템의 보호를 목적으로 동력 보조 조향장치의 전류 제 한을 실시하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 전동식 조향 장치에는 RPM 센서로부터 RPM 신호를 추가로 입력받는다. 일반적으로 하이브리드 자동차는 시동시 또는 고속 및 급가속시 등 고 출력을 요구할 때 엔진이 회전하여 RPM 신호가 발생하며, 주행 도중 일정 시간 정차하는 경우 등에는 엔진은 회전하지 않고 단지 모터만 회전하여 RPM 신호가 발생하지 않기 때문에 EPS(160)를 구동하는 데 RPM 신호를 적용하기 위해서는 ECU 로직(Logic)의 변화가 필요하며 ECU 로직에 대해서는 도 3에서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치의 작동 순서도이다.
하이브리드 자동차의 시동을 걸기 위해 운전자로부터 시동 신호를 입력받으면, 하이브리드 자동차의 엔진에 시동이 걸리고 EPS(160)에 전원이 인가되고, 운전 자로부터 가감속 신호 및 조향 신호 등을 입력 받아 주행을 시작한다(S310).
주행을 시작하면 ECU(140)는 토크 센서(110), 차속 센서(120), 조향각 센서(130), RPM 센서(200)로부터 신호를 입력받는다(S320). ECU(140)가 차속 센서(120)로부터 수신한 하이브리드 자동차의 속도가 기준속도 A보다 빠른지 판단한다(S330). 저속 주행시나 주차시 하이브리드 모드일 때 조향을 하게 되면 타이어와 지면과의 저항으로 조향시 큰 힘을 필요로 하기 때문에 전력 소모가 커서 배터리에 무리를 주는 반면에 기준속도 A를 넘어서면 조향시 타이어와 지면과의 저항이 줄어들어 비교적 작은 힘으로도 조향이 가능하기 때문에 전력 소모가 적다. 따라서 기준속도 A는 하이브리드 모드로 주행할 때 조향시 배터리에 무리가 적은 최소한의 속도이고, 기준속도는 차종에 따라 달리 정해진다.
하이브리드 자동차의 속도가 기준속도 A 보다 느린 경우 ECU(140)가 차속이 '0' 인지 판단하고, 차속이 '0' 인 경우 하이브리드 자동차의 RPM이 '0' 인지 판단한다(S340, S350). 주행 도중 차속과 RPM이 모두 '0' 인 경우는 신호대기 등의 정차시이므로 구동 회로부(150)에서 EPS(160)로 신호를 보내어 무리한 조타로 EPS(160)를 구동할 경우 배터리 전압에 무리가 갈 수 있기 때문에 EPS(160)로 흐르는 전류를 제한하여 시스템을 보호한다(S360, S370).
S330 단계에서 기준속도 A 보다 차속이 빠른 경우에는 엔진이 구동하는 것과 상관없이 지면과 타이어 사이의 저항이 작아서 배터리 전압에 무리가 없기 때문에 구동 회로부(150)에서 EPS(160)로 신호를 보내어 EPS(160)가 정상 작동하도록 한다(S390, S395).
S340 단계에서 차속이 '0' 이 아닌 경우 RPM이 '0' 인지 판단하여 RPM이 '0' 인 경우에는 정차중은 아니지만 모터의 힘으로 저속 주행하는 경우이므로 구동 회로부(150)에서는 EPS(160)로 신호를 보내어 무리한 조타로 EPS(160)를 구동할 경우 배터리 전압에 무리가 갈 수 있기 때문에 EPS(160)로 흐르는 전류를 제한하여 시스템을 보호한다(S380, S360, S370).
S380 단계에서 RPM이 '0' 이 아닌 경우 차속은 기준속도 A 보다 느리지만 엔진이 구동하고 있기 때문에 배터리에 무리가 갈 상황이 아니므로 구동 회로부(150)에서 EPS(160)로 신호를 보내어 EPS(160)가 정상 작동하도록 한다(S390, S395).
S350 단계에서 RPM이 '0' 이 아닌 경우 차속은 '0' 이지만 엔진은 구동하고 있기 때문에 배터리에 무리가 갈 상황이 아니므로 구동 회로부(150)에서 EPS(160)로 신호를 보내어 EPS(160)가 정상 작동하도록 한다(S390, S395).
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.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 하이브리드 자동차의 전동식 조향 시스템의 구성에 RPM 센서를 추가하여 엔진의 구동 여부와 속도에 따라 구동 회로부가 EPS로 인가하는 전류를 제한 및 인가함으로써 하이브리드 자동차의 배터리를 보호하여 수명을 향상하고 전동식 조향 시스템의 모터를 보호하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치에 있어서,
    상기 하이브리드 자동차에 구비된 ECU가 RPM센서로부터 신호를 입력받아 상기 하이브리드 자동차의 차속이 기준속도 이하이고 RPM이 '0'인 경우 상기 전동식 조향장치로 인가되는 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치.
  2. 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치(EPS)에 있어서,
    (a) 상기 하이브리드 자동차의 시동을 걸기 위해 사용자로부터 시동 신호를 입력받아, 상기 하이브리드 자동차의 상기 시동이 걸려 상기 EPS가 Power On 되는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계 후, ECU가 토크 센서, 차속 센서, 조향각 센서, RPM센서로 부터 신호를 수신하는 단계;
    (c) 상기 ECU가 상기 차속 센서로부터 수신한 상기 하이브리드 자동차의 차속이 기준속도 A보다 빠른지 판단하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서 상기 하이브리드 자동차의 차속이 상기 기준속도 A보다 느린 경우 상기 ECU가 차속이 '0' 인지 판단하는 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 상기 차속이 '0' 인 경우 상기 하이브리드 차동차의 RPM이 '0'인지 판단하는 단계; 및
    (f) 상기 단계 (e)에서 상기 RPM이 '0'인 경우 상기 ECU가 구동 회로부에 신호를 보내고, 상기 구동 회로부는 EPS의 전류 제한을 실시하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (c) 다음에,
    (c1) 상기 차속이 상기 기준속도 A 보다 빠른 경우 상기 구동 회로부는 상기 EPS를 정상 작동하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (d) 다음에,
    (d1) 상기 차속이 '0' 이 아닌 경우 상기 RPM이 '0' 인지 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(d1) 다음에,
    (d2) 상기 RPM이 '0' 인 경우 ECU가 구동 회로부에 신호를 보내고, 상기 구동 회로부는 상기 EPS의 전류를 제한하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (d2) 다음에,
    (d3) 상기 RPM이 '0' 이 아닌 경우 상기 ECU가 상기 구동 회로부에 신호를 보내고, 상기 구동 회로부는 상기 EPS를 정상 작동하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (e) 다음에,
    (e1) 상기 RPM이 '0' 이 아닌 경우 상기 ECU가 상기 구동 회로부에 신호를 보내고, 상기 구동 회로부는 상기 EPS를 정상 작동하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 전동식 조향장치 전류 제한 방법.
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