KR101163253B1 - 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법및 전동식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법 및 전동식 조향장치에 관한 것이다. 본 발명은 전동식 조향장치에 있어서, 차량이 제동하는 경우 브레이크 램프 신호를 생성하여 전송하는 브레이크 램프; 차속을 감지하고 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 전송하는 차속 센서; 엔진 rpm을 감지하고 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 전송하는 엔진속 센서; 브레이크 램프로부터 브레이크 램프 신호를 수신하지 않은 경우, 차속 센서로부터 차속 펄스 값을 수신하고, 엔진속 센서로부터 엔진속 펄스 값을 수신하여, 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값이 일정 상수배(K)를 유지하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 일정 상수배(K)를 유지하지 않는 경우, 차속 센서와 엔진속 센서에 단락이 발생하였다고 판단하여 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 동작하도록 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 전동식 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 단락으로 인한 사고의 위험을 줄일 수 있는 조향을 할 수 있게 되므로, 운전자는 조향 중에 보다 안전할 수 있는 효과가 있다.

EPS, 차속, 엔진속, 페일-세이프 로직

Description

차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법 및 전동식 조향장치{Method and Electric Power Steering Apparatus for Sensing Short by using Engine Center Sensor and Vehicle Speed Sensor}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용한 단락 감지 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,

도 2a는 차속 센서와 엔진속 센서가 정상인 경우의 차속 펄스 값 및 엔진속 펄스 값을 비교한 도표,

도 2b는 차속 센서와 엔진속 센서에 단락이 발생한 경우의 차속 펄스 값 및 엔진속 펄스 값을 비교한 도표,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

112: 토크 센서 114: 차속 센서

116: 엔진속 센서 118: 브레이크 램프

120: ECU 130: 모터

본 발명은 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법 및 전동식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량이 제동 상태가 아닌 경우, 차속 센서로부터 차량 속도에 대응하는 차속 펄스 값을 수신하고, 엔진속 센서로부터 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신하여, 엔진속 펄스 값과 차속 펄스 값이 일정시간 동안 일정 상수배(K)의 관계를 유지하지 않는 경우 단락이 발생했다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하는 방법 및 전동식 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전동 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 조향 휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전기식 조향장치는 조향 휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 조향장치를 사용하는 경우 유압식 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

종래의 전동식 조향장치는 차속 센서로부터 차속 신호를 수신한 후 페일(Fail) 여부를 판단하기 위해 엔진속 센서로부터 엔진속 신호를 수신하고, 엔진속 신호가 특정 rpm 이상인 경우 차속 신호가 일정 시간 동안 0으로 출력되면 차속 신호에 페일이 있다고 판단하거나, 엔진속 신호가 특정 rpm 이하인 데도 차속 신호 가 일정 시간 동안 특정 속도 이상으로 출력되면 엔진속 신호에 페일이 있다고 판단하고 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 실행하였다. 여기서, 페일-세이프 로직은 센서 등의 오동작으로 인하여 비정상 상태로 판단되는 경우 조향을 제어하는 모터의 구동을 중지시키거나 변경시키는 동작을 수행하는 로직을 의미한다.

하지만, 종래의 방법은 엔진속 센서와 차속 센서에 단락이 발생하는 경우 그에 따른 페일이 발생하였는지의 여부를 판단할 수 없다는 단점이 있었다. 따라서, 엔진속 센서와 차속 센서에 단락이 발생한 경우 이를 감지할 수 있는 방법 및 전동식 조향장치가 필요하나 이는 아직까지 제공되지 않고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 차량이 제동 상태가 아닌 경우, 차속 센서로부터 차량 속도에 대응하는 차속 펄스 값을 수신하고, 엔진속 센서로부터 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신하여, 엔진속 펄스 값과 차속 펄스 값이 일정시간 동안 일정 상수배(K)의 관계를 유지하지 않는 경우 단락이 발생했다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하는 방법 및 전동식 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전동식 조향장치에 있어서, 차량이 제동하는 경우 브레이크 램프 신호를 생성하여 전송하는 브레이크 램프; 차속을 감지하고 감지된 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 전송하는 차속 센서; 엔진 rpm을 감지하여 감지된 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 전송하는 엔진속 센서; 브 레이크 램프로부터 브레이크 램프 신호를 수신하지 않은 경우, 차속 센서로부터 차속 펄스 값을 수신하고, 엔진속 센서로부터 엔진속 펄스 값을 수신하여, 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값이 일정 상수배(K)를 유지하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 일정 상수배(K)를 유지하지 않는 경우, 차속 센서와 엔진속 센서에 단락이 발생하였다고 판단하여 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 동작하도록 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 전동식 조향장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, ECU(Electronic Control Unit)가 브레이크 램프, 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법에 있어서, (a) 차속 센서로부터 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 수신하는 단계; (b) 엔진속 센서로부터 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신하는 단계; (c) 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값이 일정 상수배(K)를 유지하는지의 여부를 확인하는 단계; 및 (d) 단계 (e)의 확인 결과, 일정 상수배(K)를 유지하지 않는 경우, 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 동작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용한 전동식 조향장치의 단락 감지 방법을 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 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용한 단락 감지 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용한 단락 감지 시스템은 토크 센서(112), 차속 센서(114), 엔진속 센서(116), 브레이크 램프(118), ECU(120) 및 모터(130)를 포함한다.

토크 센서(Torque Sensor)(112)는 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지하여 전기적 신호를 생성하여 ECU(120)로 전송하는 기능을 수행한다.

차속 센서(114)는 차량의 속도를 감지하고, 감지된 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 생성하여 ECU(120)로 전송하는 기능을 수행하며, 엔진속 센서(116)는 자동차의 시동시 또는 고속 및 급가속시 등 고출력을 요구할 때 엔진의 rpm을 감지하고, 감지된 엔진의 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 생성하여 ECU(120)로 전송하는 기능을 수행한다.

브레이크 램프(118)는 차량이 제동하는 경우 브레이크 램프 신호를 생성하여 ECU(120)로 전송하는 역할을 수행한다.

ECU(Electronic Control Unit)(120)는 페일-세이프 로직(122)을 포함하며, 토크 센서(112)로부터 신호를 수신하여 자동차의 주행 상태를 파악한 후 모터에 흐르는 전류량을 조절함으로써 모터의 구동을 제어하는 역할을 수행한다. 또한, ECU(120)는 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생한 것으로 판단한 경 우 페일-세이프 로직(122)을 이용하여 모터(130)의 구동을 정지시키는 기능을 수행한다. 여기서, 페일-세이프 로직(122)은 모터의 구동을 정지하도록 하는 제어 명령을 저장한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ECU(120)는 브레이크 램프(118)로부터 브레이크 램프 신호를 수신하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 브레이크 램프 신호를 수신하지 않는 경우, ECU(120)는 차량이 제동 상태가 아니라고 판단하여, 차속 센서(114)로부터 차속 대응하는 차속 펄스 값을 수신하고, 엔진속 센서(116)로부터 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신한다.

차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)는 차속 속도와 엔진 회전수(rpm)에 대응되는 펄스 신호를 출력하며, ECU(120)에서 이 값을 연산하여 실제 차량의 주행 속도와 엔진속도를 산출하는 것이다. 예를 들면, 도 2a에서와 같이 차량이 정상적인 상태에서 100 kph의 속도로 주행하고 있다면 차속 센서(114)에서는 70 Hz의 차속 펄스 값을 생성하고, 엔진속 센서(116)에서는 차속 100 kph에 대응되는 엔진 회전수인 3000 rpm에 해당되는 엔진속 펄스 값을 출력하게 된다.

여기서, 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값은 차량의 종류 및 주행 속도에 따라 변경될 수 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의상 도 2a 및 도 2b의 예를 들어 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값을 설명하도록 하겠다. 도 2a와 같이 차량의 주행 속도가 100 kph인 경우 100 kph에 대응하는 펄스 값은 70 Hz로 가정하고, 이때 엔진의 rpm은 3000 rpm이며 3000 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값이 100 Hz인 것으로 가정하여 설명하도록 하겠다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ECU(120)는 전동식 조향장치에 단락이 발생했는지의 여부를 확인하기 위해 수학식 1을 제공한다.

여기서, K는 일정 상수배이다. 상수 K는 차량 또는 엔진에 따라서 미리 결정되어 있는 상수값으로서 정상적인 주행 상태에서는 일정한 값으로 유지된다. 즉, 도 2a에서와 같이 각각의 센서에서 출력되는 펄스 신호의 크기(Hz)는 차량의 주행 속도와 엔진속도(회전수)의 증가에 따른 각각의 각각 다른 기울기를 가지며 선형적으로 변화하며, 이러한 두 선형 기울기의 상대적인 비율, 즉 정상상태에서의 엔진속 펄스 값/차속 펄스 값이 바로 상수 K로 결정되므로, 정상 상태라면 속도가 변하더라도 차속 센서 및 엔진속 센서가 출력하는 펄스 신호 사이에는 항상 K배의 관계가 유지되는 것이다. 따라서, 상기 수학식 1에서와 같이 이상적인 정상 상태인 경우 수학식 1의 좌변의 값은 0이 될 것이다.

그러나, 본원 발명에서는 측정 오차 등의 미세한 오차를 고려하여 “기준값”을 설정하여 사용하도록 하며, 따라서 상기 기준값은 0에 가까운 값이면서 오차 등으로 인한 오류를 방지할 수 있는 적절한 값을 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ECU(120)는 기 설정된 일정 시간 동안 수학식 1을 만족하지 않는 경우, 엔진속 센서(116) 및 차속 센서(114)에 발생한 단락이 일정시간 동안 유지된다고 판단하여, 페일-세이프 로직(122)을 동작한다.

한편, 엔진속 센서(116) 및 차속 센서(114)에 단락이 발생한 경우에는 도 2b와 같이 차속과 엔진속 중 전압이 높은 쪽만이 출력된다. 즉, 차량이 100 kph의 속도로 주행하는 경우에 단락이 발생하면 도 2b와 같이 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값은 동일하게 높은값인 100 Hz로 출력되므로, 차량의 실제 주행 속도가 100 kph이지만, ECU(120)는 차속 펄스 값이 100이므로 정상 상태에서 차속 펄스 값 100 Hz에 대응되는(도 2b에서 점선으로 표시) 차량의 주행 속도인 141 kph으로 잘못 인식하게 된다. 이를 방지하기 위하여 상기의 조건에서 ECU(120)가 페일-세이프 로직을 동작하는 것이다.

모터(130)는 ECU(120)로부터 전달된 제어 전류에 따라 조향을 원활하게 하기 위한 보조 동력을 생성하여 전달하는 기능을 수행하며, 페일-세이프 로직(122)으로부터 구동을 정지하는 제어 명령을 수신한 경우 구동을 정지하는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

ECU(120)는 브레이크 램프(118)로부터 브레이크 램프 신호가 수신되었는지의 여부를 확인한다(S310).

단계 S310의 확인 결과, 브레이크 램프 신호가 수신되지 않은 경우, ECU(120)는 차량이 제동 상태가 아니라고 판단하고, 차속 센서(114)로부터 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 수신한다(S320).

브레이크가 구동중인 경우에는 본원 발명을 적용하지 않는 것은, 제동력이 인가되면 차량의 주행 속도에 따른 차속 펄스 값과 엔진속도에 따른 엔진속 펄스 값의 관계가 정상상태에서 벗어나게 되므로 K값이 변화하게 되고, 결과적으로 수학식 1에 의한 조건만으로 페일 상태를 판정할 수 없기 때문이다.

예를 들어, 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생하지 않은 경우에는 도 2a와 같이 차속이 100 kph인 경우 100 kph에 대응하는 차속 펄스 값은 70을 수신하지만, 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생한 경우에는 차속과 엔진속 중 전압이 높은 쪽만이 출력되므로, 도 2b와 같이 ECU(120)는 100 Hz를 차속 펄스 값으로 수신하게 된다.

다음으로, ECU(120)는 엔진속 센서(116)로부터 엔진 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신한다(S330).

예를 들어, 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생하지 않은 경우에는 도 2a와 같이 차속 100 kph에 대응하는 엔진의 rpm이 3000 rpm인 경우 3000 rpm에 대응하는 엔진속 펄스 값인 100 Hz의 엔진속 펄스 값을 수신하게 된다.

ECU(120)는 차속 펄스 값, 엔진속 펄스 값 및 일정 상수배(K)를 이용하여 수학식 1을 만족하는지의 여부를 확인한다(S340).

여기서, 수학식 1의 차속 펄스 값, 엔진속 펄스 값, 일정 상수배(K) 및 기준 값은 차량의 종류 또는 주행 속도에 따라 변경될 수 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의상 도 2a 및 도 2b의 예를 들어 설명하도록 하겠다.

차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생하지 않은 경우에는 도 2a와 같이 일정한 상수배(K)의 관계로 동일한 출력을 보인다. 예를 들어, 도 2a와 같이 정상 상태에서 차량의 주행 속도가 100 kph이며 그에 대응하는 엔진속도인 3000 rpm에 따른 차속 펄스 값을 70이라 가정하고, 엔진속 펄스 값을 100이라 가정하면, 일정한 상수배 K는 약 1.428이 된다. 기준 값을 1이라 가정해보면, │100 -(1.428 * 70) │은 0.04이므로 기준 값(1)의 미만이 이므로, 단락이 발생하지 않은 경우에는 수학식 1을 만족하게 된다. 즉, 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값이 도 2a와 같이 일정 상수배(K)를 유지하게 되므로, ECU(120)는 수학식 1을 만족하는 경우 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생하지 않았다고 판단한다.

한편, 차속 센서(114) 및 엔진속 센서(116)에 단락이 발생한 경우에는 도 2b와 같이 차속과 엔진속 중 전압이 높은 쪽만이 출력되므로, 차속 펄스 값을 100, 엔진속 펄스 값을 100, K를 약 1.428로 가정해보면, │100-(1.428 * 100)│은 42.8이므로 기준 값(1)의 미만이 아니므로, 수학식 1을 만족하지 못하게 된다. 즉, 차속 펄스 값과 엔진속 펄스 값이 도 2b와 같이 동일하게 출력되므로, ECU(120)는 수학식 1을 만족하지 못하는 경우 차속 센서(114)와 엔진속 센서(116)에 단락이 발생한 것으로 판단한다.

단계 S340의 확인 결과, 수학식 1을 만족하지 못하는 경우, ECU(120)는 기 설정된 일정 시간이 도래하였는지의 여부를 확인한다(S350).

단계 S350의 확인 결과, 기 설정된 일정 시간이 도래한 경우, ECU(120)는 차속 센서(114) 및 엔진속 센서(116)에 일정 시간동안 단락이 발생하였다고 판단하여 페일-세이프 로직(122)을 동작한다(S360).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 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, 차량이 제동 상태가 아닌 경우, 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 전동식 조향장치에 단락이 발생하였는지의 여부를 더욱 정확하게 파악할 수 있어, 전동식 조향장치의 조향 성능을 보다 향상시키는 효과가 있다.

또한, 단락으로 인한 사고의 위험을 줄일 수 있는 조향을 할 수 있게 되므로, 운전자는 조향 중에 보다 안전할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 전동식 조향장치에 있어서,

   차량이 제동하는 경우 브레이크 램프 신호를 생성하여 전송하는 브레이크 램프;

   차속을 감지하고 상기 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 전송하는 차속 센서;

   엔진 분당회전수(rpm)를 감지하고 상기 엔진 분당회전수(rpm)에 대응하는 엔진속 펄스 값을 전송하는 엔진속 센서; 및

   상기 브레이크 램프로부터 상기 브레이크 램프 신호를 수신하지 않은 경우, 상기 차속 센서로부터 상기 차속 펄스 값을 수신하고, 상기 엔진속 센서로부터 상기 엔진속 펄스 값을 수신하여, 상기 차속 펄스 값과 상기 엔진속 펄스 값이 일정 상수배(K)를 유지하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 상기 일정 상수배(K)를 유지하지 않는 경우, 상기 차속 센서와 상기 엔진속 센서에 단락이 발생하였다고 판단하여, 모터의 구동을 정지시키는 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit)

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 전동식 조향장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전자 제어 유닛은 상기 차속 펄스 값과 상기 엔진속 펄스 값이 상기 일정 상수배(K)를 유지않는 경우, 기 설정된 일정 시간이 도래하였는지의 여부를 확인하고, 확인 결과, 상기 일정 시간이 도래한 경우, 상기 일정 시간동안 상기 차속 센서와 상기 엔진속 센서에 단락이 발생한 것으로 판단하여, 상기 모터의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차속 센서 및 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 전동식 조향장치.
3. 전동식 조향장치가 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 차속 센서로부터 차속에 대응하는 차속 펄스 값을 수신하는 단계;

   (b) 상기 엔진속 센서로부터 엔진 분당회전수(rpm)에 대응하는 엔진속 펄스 값을 수신하는 단계;

   (c) 상기 차속 펄스 값과 상기 엔진속 펄스 값이 일정 상수배(K)를 유지하는지의 여부를 확인하는 단계; 및

   (d) 상기 단계 (c)의 확인 결과, 상기 일정 상수배(K)를 유지하지 않는 경우, 모터의 구동을 정지시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치가 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 단계 (a) 이전에,

   브레이크 램프로부터 브레이크 램프 신호가 수신되었는지의 여부를 확인하는 단계를 더 포함하고,

   상기 단계 (a)는,

   상기 브레이크 램프 신호가 수신되지 않은 것으로 확인되면, 상기 차속 센서로부터 상기 차속 펄스 값을 수신하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치가 차속 센서와 엔진속 센서를 이용하여 단락을 감지하는 방법.

Images