KR101241509B1 - 전동식 동력보조 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전동식 동력보조 조향장치는 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타토크신호를 출력하는 토크센서, 차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속신호를 출력하는 차속센서, 모터의 회전자의 위치를 센싱하여 위치센싱신호를 출력하는 모터위치센서, 제동력이 발생하는 동안 제동력발생신호를 출력하는 제동부, 상기 제동부로부터 제동력발생신호를 입력받으면 상기 조타토크신호 또는 상기 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 필터링된 신호에 따라 역방향 토크를 발생시키기 위한 역방향토크신호를 출력하고, 상기 조타토크신호 및 상기 차속신호에 따라 상기 모터를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하여 상기 역방향토크신호에 따라 상기 목표전류값을 수정하여 상기 최종전류값신호를 출력하는 전자제어유닛, 및 상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 최종전류값신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터구동부를 포함한다.

Description

전동식 동력보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 전동식 동력보조 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 스티어링 휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 스티어링 장치를 포함한다. 스티어링 장치의 종류는 다양하며, 최근에는 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 보조하는 스티어링 장치가 보급되고 있다.

이와 같이 모터를 이용하여 조향력을 보조하는 스티어링 장치는 차량의 운행조건에 따라 전자제어유닛이 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 제공하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 제공한다.

한편, 운전자가 브레이크를 밟으면 브레이크 디스크가 작동하여 차량의 속도를 늦추거나 정지시킨다. 이 때 브레이크 디스크(brake disc)의 두께가 일정하지 않아 제동량이 변하며 이와 같은 제동량의 변화로 인하여 진동이 발생한다. 이와 같이 브레이크 시스템으로부터 발생하는 진동은 조향휠 (steering wheel)에 전달되어 운전자가 불안감을 느낄 수 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 브레이크 시스템의 작동에 따라 조향휠에 전달된 진동을 줄이거나 제거할 수 있는 전동식 동력보조 조향장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명의 전동식 동력보조 조향장치는 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타토크신호를 출력하는 토크센서, 차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속신호를 출력하는 차속센서, 모터의 회전자의 위치를 센싱하여 위치센싱신호를 출력하는 모터위치센서, 제동력이 발생하는 동안 제동력발생신호를 출력하는 제동부, 상기 제동부로부터 제동력발생신호를 입력받으면 상기 조타토크신호 또는 상기 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 필터링된 신호에 따라 역방향 토크를 발생시키기 위한 역방향토크신호를 출력하고, 상기 조타토크신호 및 상기 차속신호에 따라 상기 모터를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하여 상기 역방향토크신호에 따라 상기 목표전류값을 수정하여 상기 최종전류값신호를 출력하는 전자제어유닛, 및 상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 최종전류값신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터구동부를 포함한다.

상기 전자제어유닛은 상기 제동력발생신호를 입력받으면 상기 조타토크신호 또는 상기 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 역방향토크신호를 출력하는 필터, 상기 조타토크신호 및 상기 차속신호에 따라 상기 모터를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하는 목표전류값설정부, 및 상기 역방향토크신호에 따라 목표전류값을 수정하여 최종전류값신호를 출력하는 최종전류값설정부를 포함할 수 있다.

상기 역방향토크신호의 주파수는 상기 필터에 의하여 필터링된 신호의 주파수와 같을 수 있다.

상기 필터는 대역 통과 필터 또는 고주파 통과 필터를 포함할 수 있다.

상기 전자제어유닛은 상기 역방향토크신호에 적정 게인을 곱하여 역방향토크를 감소시키거나 증가시키기 위한 게인설정부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 제동부의 동작에 따른 진동의 주파수에 따른 역방향토크를 발생시켜 진동을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 전자제어유닛의 블록도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전동식 동력보조 조향장치는 토크센서(110), 차속센서(120), 모터위치센서(130), 제동부(140), 전자제어유닛(150), 및 모터구동부(160)를 포함한다.

토크센서(110)는 조향 휠(102)에 작용하는 조타 토크를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타토크신호를 출력한다. 운전자가 조향 휠(102)을 조작하면, 스티어링축(103)에 설치되는 토크센서(110)가 조타 토크를 검출하여 조타토크신호를 전자제어유닛(150)에 공급한다. 스티어링축(103)에 가해지는 조타 토크에 의하여 피니언(105a)의 회전력이 래크축(105b)의 축방향 직선 운동을 일으키고, 래크축(105b)의 직선 운동은 지지봉(106)을 통하여 차륜(107)의 진행방향을 변화시킨다.

차속센서(120)는 차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속신호를 출력한다.

모터위치센서(130)는 모터(108)의 회전자의 위치를 센싱하여 위치센싱신호를 출력한다.

제동부(140)는 제동력이 발생하는 동안 제동력발생신호를 출력한다. 예를 들어, 운전자가 브레이크 페달을 조작하여 제동력이 발생할 경우 제동부(140)는 제동력발생신호를 출력한다.

전자제어유닛(150)은 제동부(140)로부터 제동력발생신호를 입력받으면 토크센서(110) 또는 모터위치센서(130)로부터 입력받은 조타토크신호 또는 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 필터링된 신호에 따라 역방향 토크를 발생시키기 위한 역방향토크신호를 출력한다. 또한 전자제어유닛(150)은 조타토크신호 및 차속신호에 따라 모터(108)를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하고 역방향토크신호에 따라 목표전류값을 수정하여 최종전류값신호를 출력한다.

모터구동부(160)는 전자제어유닛(150)으로부터 출력된 최종전류값신호에 따라 모터(108)에 전류를 공급한다.

이와 같은 과정을 통하여 모터(108)가 구동하면, 모터(108)의 구동력은 모터(108)의 회전축과 연결된 하이포이드 기어(hypoid gear)(104)를 통하여 래크/피니언 기구(105), 지지봉(106), 차륜(107)으로 전달된다. 이 때 래크/피니언 기구(105)는 피니언(pinion)(105a) 및 래크(rack)축(105b)을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 전자제어유닛(150)의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 전자제어유닛(150)은 필터(151), 게인설정부(153), 목표전류값설정부(155), 및 최종전류값설정부(157)를 포함한다.

필터(151)는 제동력발생신호를 입력받으면 조타토크신호 또는 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 역방향토크신호를 출력한다. 앞서 설명된 바와 같이 운전자의 조작에 의하여 제동부(140)가 동작하면 제동부(140)의 디스크가 작동하여 차량의 속도를 줄인다. 이 때 디스크의 두께가 일정하지 않으므로 제동력 역시 일정하게 유지되는 것이 아니라 제동력의 증가 및 감소가 주기적으로 발생하며, 이에 따라 발생하는 진동은 모터 및 조향 휠에 전달된다.

진동은 모터 및 조향 휠에 전달되므로 모터의 회전자의 위치와 조향 휠에 작용하는 조타 토크가 진동에 영향을 받으므로 조타토크신호 또는 위치센싱신호의 주파수 성분에는 진동의 주파수 성분이 섞여있다. 이 때 필터(151)는 진동의 주파수 성분을 검출하기 위하여 조타토크신호 또는 위치센싱신호의 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시킨다.

이 때 역방향토크신호의 주파수는 필터(151)에 의하여 필터링된 신호의 주파수와 같을 수 있다. 이에 따라 모터는 진동을 상쇄하는 역토크를 발생시킴으로써 진동을 저감시킨다.

본 발명의 실시예에서 필터(151)는 특정 대역의 주파수를 지닌 신호를 통과시키므로 대역 통과 필터(band pass filter)를 포함할 수 있다. 또한 제동부(140)의 디스크로 인한 진동은 고주파수 성부을 지니고 있으므로 필터(151)는 고주파 통과 필터(high pass filter)를 포함할 수 있다.

게인설정부(153)는 역방향토크신호에 적정 게인을 곱하여 역방향토크를 감소시키거나 증가시키기 위한 것이다. 이에 따라 차량의 특성이나 차량의 주행 환경에 맞도록 역방향토크가 조절될 수 있다. 도 2에는 전자제어유닛(150)이 게인설정부(153)를 포함하나 포함하지 않을 수 있다. 전자제어유닛(150)이 게인설정부(153)를 포함하지 않을 경우 역방향토크신호는 필터(151)부로부터 최종전류값설정부(157)로 입력된다.

목표전류값설정부(155)는 조타토크신호 및 차속신호에 따라 모터(108)를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정한다. 이 때 목표전류값설정부(155)는 현재의 조타토크 및 차속에 따른 보조조향력을 생성하기 위하여 모터(108)에 공급되는 전류를 나타내는 전류맵(current map)을 저장할 수 있다.

최종전류값설정부(157)는 역방향토크신호에 따라 목표전류값을 수정하여 최종전류값신호를 출력한다. 이와 같은 최종전류값신호는 모터구동부(160)로 출력되고 모터구동부(160)는 최종전류값신호를 입력받아 해당 전류를 모터로 공급한다. 이에 따라 모터는 진동을 상쇄시키는 구동력과 더불어 조향력을 보조할 수 있는 보조조향력을 생성한다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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.

Claims (5)

1. 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타토크신호를 출력하는 토크센서;
   차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속신호를 출력하는 차속센서;
   모터의 회전자의 위치를 센싱하여 위치센싱신호를 출력하는 모터위치센서;
   제동력이 발생하는 동안 제동력발생신호를 출력하는 제동부;
   상기 제동부로부터 제동력발생신호를 입력받으면 상기 조타토크신호 또는 상기 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 필터링된 신호에 따라 역방향 토크를 발생시키기 위한 역방향토크신호를 출력하고, 상기 조타토크신호 및 상기 차속신호에 따라 상기 모터를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하여 상기 역방향토크신호에 따라 상기 목표전류값을 수정하여 최종전류값신호를 출력하는 전자제어유닛;
   상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 최종전류값신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터구동부
   를 포함하는 전동식 동력보조 조향장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전자제어유닛은
   상기 제동력발생신호를 입력받으면 상기 조타토크신호 또는 상기 위치센싱신호의 전체 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 지닌 신호를 통과시키는 필터링 동작을 수행하여 역방향토크신호를 출력하는 필터,
   상기 조타토크신호 및 상기 차속신호에 따라 상기 모터를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하는 목표전류값설정부, 및
   상기 역방향토크신호에 따라 목표전류값을 수정하여 최종전류값신호를 출력하는 최종전류값설정부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 역방향토크신호의 주파수는 상기 필터에 의하여 필터링된 신호의 주파수와 같은 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 필터는 대역 통과 필터 또는 고주파 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 전자제어유닛은
   상기 역방향토크신호에 적정 게인을 곱하여 역방향토크를 감소시키거나 증가시키기 위한 게인설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.

Images