KR101202893B1 - 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향장치 - Google Patents

차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향 장치에 관한 것이다.
본 발명은 토크 메인 신호와 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하며, 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하고, 확인 결과, 토크 평균값이 제 1 기준값을 초과하고 제 2 기준값 미만인 경우, 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한 후 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하여 토크 서브 신호를 활성화한 후 상기 토크 서브 신호에 따른 어시스트(Assist) 전류를 생성하여 모터로 전송하도록 제어하는 전자제어부(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 전동식 조향 장치를 제공한다.
페일, 세이프, 전동식 조향 장치, 토크 신호

Description

차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향 장치{Method And Electric Power Steering Apparatus Providing Fail-Safe of Vehicle}
본 발명은 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 운전자가 차량을 조향하는 과정에서 토크 센서로부터 수신한 토크 메인 신호와 토크 서브 신호 중 페일이 발생하지 않은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용할 수 있는 모드로 전환한 후 선별된 신호 따른 어시스트 전류를 생성함으로써, 조향에 따른 오동작을 방지할 수 있고, 운전자의 편의성이 증대되는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향 장치에 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 페일-세이프 기능을 제공하는 전동식 조향장치는 센서부로부터 수신된 신호 중 기 설정된 기준값을 초과하는 신호가 발생하는 경우, 해당 센서에 따른 모터의 보조 동력을 중지하도록 제어하여 오동작을 방지하였다. 하지만, 종래와 같은 방식을 이용하는 경우 운전자는 조향에 따른 보조 동력이 제공받지 못하므로, 운전자가 직접 큰 힘을 가하여 조향을 해야 하므로 운전자의 편의성이 저하되는 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 운전자가 차량을 조향하는 과정에서 토크 센서로부터 수신한 토크 메인 신호와 토크 서브 신호 중 페일이 발생하지 않은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용할 수 있는 모드로 전환한 후 선별된 신호 따른 어시스트 전류를 생성함으로써, 조향에 따른 오동작을 방지할 수 있고, 운전자의 편의성이 증대되는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 및 전동식 조향 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지한 전기적 신호인 토크 메인(Torque Main) 신호 및 토크 서브(Torque Sub) 신호를 생성하는 토크 센서; 조향을 원활하게 하는 보조 동력을 생성하는 모터; 및 상기 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하며, 상기 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우 상기 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 상기 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하고, 확인 결과, 상기 토크 평균값이 상기 제 1 기준값을 초과하고 상기 제 2 기준값 미만인 경우, 상기 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여 상기 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한 후 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하여 상기 토크 서브 신호를 활성화한 후 상기 토크 서브 신호에 따른 어시스트(Assist) 전류를 생성하여 상기 모터로 전송하도록 제어하는 전자제어부(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법 전동식 조향 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, (a) 토크 메인 신호와 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하는 단계; (b) 상기 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인지의 여부를 확인하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 확인 결과, 상기 상한값을 초과하거나 상기 하한값 미만인 경우, 상기 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주 하며, 상기 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하는 단계; (d) 상기 단계 (c)의 확인 결과, 상기 토크 평균값이 상기 제 1 기준값을 초과하고 상기 제 2 기준값 미만인 경우, 상기 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여, 상기 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화하는 단계; 및 (e) 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하여 상기 토크 서브 신호를 활성화한 후 상기 토크 서브 신호에 따른 어시스트 전류를 생성하여 상기 모터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자가 차량을 조향하는 과정에서 토크 센서로부터 수신한 토크 메인 신호와 토크 서브 신호 중 페일이 발생하지 않은 신호를 선별하고, 선별된 신호를 이용할 수 있는 모드로 전환한 후 선별된 신호 따른 어시스트 전류를 생성함으로써, 조향에 따른 오동작을 방지할 수 있고, 운전자의 편의성이 증대되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 페일-세이프를 제어하는 전동식 조향 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 페일-세이프 기능을 제공하는 전동식 조향 장치는 센서부(110), 전자제어부(ECU: Electronic Control Unit)(120) 및 모터(130)를 포함하여 구성된다.
센서부(110)는 토크 센서(112), 차속 센서(114) 및 조향각 센서(116)를 포함한다.
본 발명에서는 센서부(110)가 토크 센서(112), 차속 센서(114) 및 조향각 센서(116)만을 포함한 것으로 기재하고 있으나, 이는 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 센서부(110)에 포함되는 구성 요소를 다양하게 수정 및 변형할 수 있을 것이다.
토크 센서(Torque Sensor)(112)는 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력 축의 상대 회전 변위를 감지하여 전기적 신호를 생성하고 전자제어부(120)로 전송하는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 토크 센서(112)에서 생성된 전기적인 신호를 토크 메인(Torque Main) 신호 및 토크 서브(Torque Sub) 신호로 가정하여 설명하도록 하겠다.
여기서, 토크 메인 신호 및 토크 서브 신호는 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력 축의 상대 회전 변위를 감지한 전기적 신호를 안정성 확보 측면에서 구분한 신호의 개념이다.
차속 센서(114)는 차량의 차속을 감지하며, 감지된 차속에 비례하는 전기적 신호를 생성하여 전자제어부(120)로 전송한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 차속 센서(114)에서 생성된 전기적인 신호를 차속 신호로 가정하여 설명하도록 하겠다.
조향각 센서(116)는 운전자의 조작에 의해 회전하는 조향휠의 회전각도를 측정한 신호를 생성하여 전자제어부(120)로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 조향각 센서(116)에서 조향휠의 회전각도를 측정한 신호를 조향각 신호로 가정하여 설명하도록 하겠다.
전자제어부(120)는 센서부(110)로부터 각종 신호를 수신하여 자동차의 주행 상태를 파악한 후 모터(130)에 흐르는 전류량을 조절함으로써 모터(130)의 구동을 제어하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자제어부(120)는 토크 센서(112)로부터 수신된 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하며, 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하고, 확인 결과, 토크 평균값이 제 1 기준값을 초과하고 제 2 기준값 미만인 경우, 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한 후 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하 여 토크 서브 신호를 활성화한 후 토크 서브 신호에 따른 어시스트(Assist) 전류를 생성하여 모터(130)로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자제어부(120)는 토크 서브 신호의 이상 현상 발생에 따른 오동작을 최소화하기 위해 어시스트 전류에서 기 설정된 전류량만큼을 감소한 감소 어시스트 전류를 모터(130)로 전송하도록 제어하는 기능을 수행한다.
모터(130)는 조향을 원활하게 하는 보조 동력을 생성하는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 메인 신호의 페일 여부를 확인하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전자제어부(120)는 토크 센서(112)로부터 수신된 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호를 수신한다.
전자제어부(120)는 토크 센서(112)로부터 수신된 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성한다(S210).
전자제어부(120)는 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인지의 여부를 확인한다(S220).
단계 S220의 확인 결과, 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우, 전자제어부(120)는 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인한다(S230).
예를 들어서, 전자제어부(120)는 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과 하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우 토크 센서(112)에 단선 또는 단락이 발생하여 토크 메인 신호에 페일이 발생한 것으로 간주하는 것이다.
단계 S230의 확인 결과, 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인 경우, 전자제어부(120)는 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한다(S240).
예를 들어서, 전자제어부(120)는 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인 경우, 토크 메인 신호에는 페일이 발생하였으나 토크 평균값이 적정 범위에 있으므로, 토크 서브 신호는 정상인 것으로 판단하는 것이다.
전자제어부(120)는 림프 홈 모드로 전환한다(S250).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크 서브 신호에 따라 모터를 구동하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전자제어부(120)는 림프 홈 모드를 동작한다(S310).
전자제어부(120)는 토크 센서(112)로부터 수신된 토크 서브 신호를 활성화한 후 토크 서브 신호에 따른 어시스트 전류를 생성한다(S320).
즉, 전자제어부(120)는 토크 메인 신호에 페일이 발생하여 비활성화되었으므로, 정상으로 판단된 토크 서브 신호를 활성화한 후 토크 서브 신호에 따른 어시스트 전류를 생성하는 것이다.
전자제어부(120)는 토크 서브 신호의 이상 현상 발생에 따른 오동작을 최소 화하기 위해 어시스트 전류에서 기 설정된 전류량만큼을 감소한 감소 어시스트 전류를 모터(130)로 전송한다(S330).
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 토크 센서(112)로부터 수신된 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호는 크로스(Cross) 형태일 수 있으며, 전자제어부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성할 수 있는 것이다.
전자제어부(120)가 토크 메인 신호 또는 토크 서브 신호 중 하나의 신호에서라도 페일이 발생한 경우 오동작을 방지하기 위해 어시스트 전류를 중지하게 되는 경우, 운전자는 조향에 따른 보조 동력이 제공받지 못하므로, 운전자가 직접 큰 힘을 가하여 조향을 해야는 불편함이 발생하게 된다. 따라서, 전자제어부(120)가 토크 메인 신호 또는 토크 서브 신호 중 페일이 발생하지 않은 신호를 이용하여 어시스트 전류를 생성할 수 있도록 하는 것이다.
하지만, 토크 메인 신호에서 페일이 발생한 경우, 단순히 토크 서브 신호를 이용하도록 제어하는 모드로 전환하는 경우, 운전자의 조향에 따른 보조 동력을 제공할 수는 있지만, 전환시점에 토크 서브 신호 역시 페일이 발생한 경우, 오동작이 발생할 수 있다.
따라서, 토크 메인 신호와 토크 서브 신호의 페일 여부를 확인하는 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우, 전자제어부(120)는 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하는 것이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 전자제어부(120)는 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주한 경우, 토크 평균값에 이상 여부를 판별하기 위해 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값(0.5 V)을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값(4.5 V) 미만인지의 여부를 확인하는 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값(0.5 V)을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값(4.5 V) 미만인 경우, 전자제어부(120)는 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하는 것이다.
예를 들어서, 전자제어부(120)는 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인 경우, 토크 메인 신호에는 페일이 발생하였으나 토크 평균값이 적정 범위에 있으므로, 토크 서브 신호는 정상인 것으로 판단하는 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 전자제어부(120)는 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한 후 림프 홈 모드로 전환하여 정상인 것으로 판단된 토크 서브 신호를 활성화한 후 토크 서브 신호에 따른 어시스트 전류를 생성하여 모터(130)로 전송하게 되는 것이다.
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 아 니라 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 페일-세이프를 제어하는 전동식 조향 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 메인 신호의 페일 여부를 확인하는 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크 서브 신호에 따라 모터를 구동하는 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 센서부 120: 전자제어부
130: 모터

Claims (3)

  1. 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지한 전기적 신호인 토크 메인(Torque Main) 신호 및 토크 서브(Torque Sub) 신호를 생성하는 토크 센서;
    조향을 원활하게 하는 보조 동력을 생성하는 모터; 및
    상기 토크 메인 신호와 상기 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하며, 상기 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인 경우 상기 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 상기 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하고, 확인 결과, 상기 토크 평균값이 상기 제 1 기준값을 초과하고 상기 제 2 기준값 미만인 경우, 상기 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여 상기 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화한 후 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하여 상기 토크 서브 신호를 활성화한 후 상기 토크 서브 신호에 따른 어시스트(Assist) 전류를 생성하여 상기 모터로 전송하도록 제어하는 전자제어부(ECU: Electronic Control Unit)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 전동식 조향 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 토크 서브 신호의 이상 현상 발생에 따른 오동작을 최소화하기 위해 상기 어시스트 전류에서 기 설정된 전류량만큼을 감소한 감소 어시스트 전류를 상기 모터로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 전동식 조향 장치.
  3. (a) 토크 메인 신호와 토크 서브 신호의 합에 대한 절대값의 평균을 산출한 토크 평균값을 생성하는 단계;
    (b) 상기 토크 메인 신호가 기 설정된 상한값을 초과하거나 기 설정된 하한값 미만인지의 여부를 확인하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)의 확인 결과, 상기 상한값을 초과하거나 상기 하한값 미만인 경우, 상기 토크 메인 신호에 페일(Fail)이 발생한 것으로 간주하며, 상기 토크 평균값이 기 설정된 제 1 기준값을 초과하고 기 설정된 제 2 기준값 미만인지의 여부를 확인하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)의 확인 결과, 상기 토크 평균값이 상기 제 1 기준값을 초과하고 상기 제 2 기준값 미만인 경우, 상기 토크 서브 신호가 정상인 것으로 판단하여, 상기 토크 메인 신호에 페일-세이프(Fail-Safe)를 적용하여 비활성화하는 단계; 및
    (e) 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하여 상기 토크 서브 신호를 활성화한 후 상기 토크 서브 신호에 따른 어시스트 전류를 생성하여 모터로 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 페일-세이프를 제어하기 위한 방법.
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