KR101133859B1 - 운전자의 운전 특성을 반영하는 전동식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은, 모터와, 상기 모터에 대한 목표 전류를 설정하는 목표 전류 연산부 및 상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하되 차속 센서, 토크 센서 및 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받아 상기 모터를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서, 상기 차속 센서로부터 전달되는 차속 신호로부터 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하는 한편 상기 조향각 센서로부터 전달되는 조향각 신호를 통해 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하여 상기 자동차의 모터 제어 전류를 연산하는 운전 특성 보조 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 운전자의 급가속, 급감속 또는 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 운전 특성 연산부를 구비함으로써 운전자의 조향 특성에 따라 조향 보조 동력을 가감하여 조향 안정성을 확보하는 효과가 있다.
차속, 가속도, 조향각, 조향각속도, 급가속, 급감속, 급조타, 조향장치

Description

운전자의 운전 특성을 반영하는 전동식 조향장치{Electric Power Steering Apparauts Reflecting Driving Charateristics of Driver}
도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 작동 과정을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 작동 과정을 나타내는 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
113: 차속 센서115: 조향각 센서
121: 토크 센서123: 전자 제어 장치
130: 모터201: 목표 전류 연산부
205: 전류 제어부207: 전류 검출부
301: 제 1 감산기303: 제 2 감산기
310: 운전 특성 보조 제어부311: 운전 특성 연산부
313: 조향 특성 연산부315: 제어 전류 연산부
본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 가속도의 평균 제곱근 값을 통해 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하는 한편 조향각속도의 평균 제곱근 값을 통해 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 운전 특성 연산부를 구비함으로써 운전자의 운전 특성에 따라 조향 보조 동력을 가감하여 조향 안정성을 확보할 수 있는 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.
기존의 유압식 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부에 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전동식 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 조향장치를 사용하는 경우 유압식 조향장치를 사용하는 경우에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 일반적으로 전동식 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향 축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙 바(109)에 연결되고, 랙 바(109)의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 양쪽 바퀴(108)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어부(111)와 랙 바(109)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향 계통(100)에서 토크가 발생하고, 발생한 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력 기구(120)는, 차속을 감지하여 감지된 차속에 비례하는 전기 신호를 출력하는 차속 센서(113), 조향각을 감지하여 감지된 조향각에 비례하는 전기 신호를 출력하는 조향각 센서(115), 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(121), 차속 센서(113), 조향각 센서(115) 및 토크 센서(121)로부터 전해지는 각각의 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 랙 바(109)에 전달하는 전동장치(140)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙 바(109)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 전동장치(140)에 의해 볼 스크류부(150)를 거쳐서 랙 바(109)에 전달되도록 형성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙 바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
한편, 전동식 조향장치 중에는 모터에서 발생한 조향 보조 동력을 조향축에 공급하는 방식 또는 피니언축에 공급하는 방식으로 구성되는 것도 있는데, 조향 보조 동력을 공급하여 조향을 보조하는 원리는 모두 동일하다.
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 작동 과정을 나타내는 블록도이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 전자 제어 장치(123)는 목표 전류 연산부(201), 감산기(203), 전류 제어부(205) 및 전류 검출부(207)를 포함하여 구성된다.
목표 전류 연산부(201)는 토크 센서(121), 차속 센서(113) 및 조향각 센서(115)로부터 각각 토크 신호, 차속 신호 및 조향각 신호를 전달받은 후 이를 기초로 하여 모터(130)에 흘려 줄 모터 제어 전류 값을 산출한다.
전류 검출부(207)는 모터(130)에 실제로 흐르는 전류 값을 검출한다.
감산기(203)는 목표 전류 연산부(201)에서 산출된 모터 제어 전류 값과 전류 검출부(207)에서 검출한 전류 값의 차이를 연산한다.
전류 제어부(205)는 감산기(203)에서 연산된 전류 값의 차이를 반영하여 모터 제어 전류를 모터(130)에 흘려준다.
그런데, 이러한 구성을 가지는 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 경우 운전자의 운전 특성, 즉 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기나 급조타의 빈도 또는 크기에 따라 조향 보조 동력을 제어할 수는 없는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 차속의 평균 제곱근 값을 통해 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하는 한편 조향각속도의 평균 제곱근 값을 통해 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 운전 특성 연산부를 구비함으로써 운전자의 운전 특성에 따라 조향 보조 동력을 가감하여 조향 안정성을 확보할 수 있는 전동식 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 모터와, 상기 모터에 대한 목표 전류를 설정하는 목표 전류 연산부 및 상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하되 차속 센서, 토크 센서 및 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받아 상기 모터를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서, 상기 차속 센서로부터 전달되는 차속 신호로부터 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하고, 상기 조향각 센서로부터 전달되는 조향각 신호를 통해 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하여 상기 자동차의 모터 제어 전류를 연산하는 운전 특성 보조 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 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 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 작동 과정을 나타내는 블록도이다.
도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치는 토크 센서(121), 차속 센서(113) 및 조향각 센서(115)를 포함하며, 각각의 센서로부터 전기 신호를 전달받는 전자 제어 장치(123)는 목표 전류 연산부(201), 제 1 감산기(301), 제 2 감산기(303), 전류 제어부(205), 전류 검출부(207) 및 운전 특성 보조 제어부(310)를 포함하여 구성된다.
운전 특성 보조 제어부(310)는 운전 특성 연산부(311), 조향 특성 연산부(313) 및 제어 전류 연산부(315)를 포함하여 구성된다.
운전 특성 연산부(311)는 차속 센서(113)로부터 전달되는 차속(V) 신호에 기초하여 가속도(
Figure 112006053221834-pat00001
)의 평균 제곱근 값(
Figure 112006053221834-pat00002
)을 연산하여 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 연산한 후 이를 전기적 신호로 변환하여 제어 전류 연산부(315)에 전달한다.
조향 특성 연산부(313)는 조향각 센서(115)로부터 전달되는 조향각(θ) 신호에 기초하여 조향각속도(
Figure 112006053221834-pat00003
)의 평균 제곱근 값(
Figure 112006053221834-pat00004
)을 연산하여 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 연산한 후 이를 전기적 신호로 변환하여 제어 전류 연산부(315)에 전달한다.
제어 전류 연산부(315)는 차속 센서(113)로부터 전달되는 차속 신호, 운전 특성 연산부(311)로부터 전달되는 신호 및 조향 특성 연산부(313)로부터 전달되는 신호를 종합하여 모터 제어 전류 값을 연산한 후 제 1 감산기(301)에 전달한다.
제 1 감산기(301)는 목표 전류 연산부(201)에서 구해진 모터 제어 전류 값과 제어 전류 연산부(315)에서 구해진 모터 제어 전류 값의 차이를 연산하여 제 2 감산기(303)에 전달한다.
제 2 감산기(303)는 제 1 감산기(301)에서 구해진 모터 제어 전류 값의 차이와 전류 검출부(207)에서 구해진 실제 전류 값의 차이를 연산하여 전류 제어부(205)에 전달한다.
최종적으로 전류 제어부(205)는 제 2 감산기(303)를 통해 보정된 모터 제어 전류를 모터(130)에 인가하여 모터(130)를 구동한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에 의하는 경우, 운전자의 평소 운전 습관에 따른 급가속, 급감속 또는 급조타의 빈도 또는 크기에 의한 운전 특성과 차속과 같은 특정한 주행 조건에 따라 모터에 인가되는 전류 값이 변화하여 조향 보조 동력이 가감되므로 조향 안정성을 확보할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자의 급가속, 급감속 또는 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 조향 특성 연산부를 구비함으로써 운전자의 조향 특성에 따라 조향 보조 동력을 가감하여 조향 안정성을 확보하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 모터와, 상기 모터에 대한 목표 전류를 설정하는 목표 전류 연산부 및 상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하되 차속 센서, 토크 센서 및 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받아 상기 모터를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서,
    상기 차속 센서로부터 전달되는 차속 신호로부터 가속도를 산출하여 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하고, 상기 조향각 센서로부터 전달되는 조향각 신호를 통해 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하여 상기 모터로 인가되는 모터 제어 전류를 연산하는 운전 특성 보조 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전 특성 보조 제어부는,
    상기 차속 센서로부터 전달되는 상기 차속 신호를 통해 상기 운전자의 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하는 운전 특성 연산부;
    상기 조향각 센서로부터 전달되는 상기 조향각 신호를 통해 상기 운전자의 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 조향 특성 연산부; 및
    상기 차속 센서, 상기 운전 특성 연산부 및 상기 조향 특성 연산부로부터 각각 차속 신호, 운전 특성 신호 및 조향 특성 신호를 전달받아 상기 자동차의 상기 모터 제어 전류를 연산하는 제어 전류 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 운전 특성 연산부는 가속도의 평균 제곱근(Root mean square)을 연산하여 급가속 또는 급감속의 빈도 또는 크기를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 조향 특성 연산부는 조향각속도의 평균 제곱근을 연산하여 급조타의 빈도 또는 크기를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 목표 전류 연산부에서 구해진 모터 제어 전류 값과 상기 제어 전류 연산부에서 구해진 모터 제어 전류 값의 차이를 연산하는 감산기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
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