KR101285423B1

KR101285423B1 - 전동식 조향장치와 이의 전류제어방법

Info

Publication number: KR101285423B1
Application number: KR1020090087004A
Authority: KR
Inventors: 김성주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2013-07-12
Also published as: US20110066330A1; CN102019956A; KR20110029363A; US8554418B2

Abstract

본 발명은, 조향휠의 조향토크를 받아 바퀴를 조향하도록 된 조향계통과, 이 조향계통에 조향보조동력을 부가하는 보조동력기구를 포함하는 전동식 조향장치 및 이의 전류제어방법에 관한 것으로, 자동차의 시동시 온도를 계측하도록 된 온도센서와, 모터의 상대조향각을 검출하는 모터위치센서와, 이 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바의 누적이송량을 연산하는 누적이송량연산부와, 시동시부터 경과시간을 계산하는 카운터와, 상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 마찰계수결정부 및, 이 마찰계수결정부에서 결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 목표전류연산부를 포함하여서, 동절기와 같은 저온시 수축 또는 점도의 증가로 인한 마찰의 증대에 대응하여 자동차의 조향보조동력을 증대시키도록 모터의 전류를 보상하는 전류제어를 할 수 있게 됨으로써, 운전자의 편의가 증대되고 상품성을 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 조향장치와 이의 전류제어방법 {Electric power steering apparatus and control method for current thereof}

본 발명은 전체적으로 전동식 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 동절기와 같은 저온시 수축 또는 점도의 증가로 인한 마찰의 증대에 대응하여 자동차의 조향보조동력을 증대시키도록 모터의 전류를 보상하는 전류제어를 할 수 있는 전동식 조향장치와 전류제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 모터를 이용한 전동식 조향장치가 점차로 보편화되어 가고 있다.

기존의 유압식 조향장치는 조향보조동력을 공급하는 동력원인 유압펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데에 비해서 전동식 조향장치는 조향휠의 회전에 의해 조향토크가 발생되면 모터가 발생된 조향토크에 비례하는 조향보조동력을 공급한다. 따라서 전동식 조향장치를 사용하는 경우에는 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 조향계통(100) 및 이 조향계통에 조향보조동력을 공급하는 보조동력기구(120)를 포함하여 구성된다.

조향계통(100)은, 상단이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바(109)에 연결되고, 랙바(109)의 양단은 타이로드(106) 및 너클암(107)을 통해 자동차의 바퀴(108)에 연결된다.

랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)의 하단에 형성되는 피니언기어(111)와 랙바(109)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙기어(112)가 서로 맞물려서 형성되며, 랙-피니언 기구부(105)를 통해 피니언축(104)의 회전 운동이 랙바(109)의 직선 운동으로 변화한다. 따라서, 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 피니언축(104)이 회전하고, 피니언축(104)의 회전에 따라 랙바(109)가 축 방향으로 직선 운동을 하며, 랙바(109)의 직선 운동이 타이로드(106) 및 너클암(107)을 통해 바퀴(108)를 조향하게 된다.

보조동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 조향토크를 감지하고 감지된 조향토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크센서(121)와, 이 토크센서(121)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어신호를 발생하는 전자제어장치(ECU:123)와, 이 전자제어장치(123)로부터 전해지는 제어신호에 기초하여 조향보 조동력을 발생시키는 모터(130) 및, 기어나 벨트 등을 매개로 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 랙바(109)에 전달하는 전동장치(140)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기와 같은 전동식 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 조향토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙바(109)에 전달되고, 발생된 조향토크에 따라 모터(130)에서 발생한 조향보조동력이 전동장치(140)에 의해 랙바(109)에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향계통(100)에서 발생한 조향토크와 모터(130)에서 발생한 조향보조동력이 합쳐져서 랙바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.

한편, 도 1에 도시된 바와 달리, 전동식 조향장치는 모터(130)에서 발생한 조향보조동력을 전동(傳動)장치(140)를 매개로 하여 조향축(102) 또는 피니언축(104)에 전달하는 방식으로 구성될 수도 있다.

그런데 상기와 같은 전동식 조향장치에서는, 예컨대 동절기와 같이 날씨 또는 기후가 저온일 때 자동차가 오랫동안 방치된 후 시동을 걸고 최초 조향을 하는 경우에 정상상태(상온(常溫))보다 큰 조향력이 필요하게 된다. 이러한 현상은 전동장치를 구성하는 부재들이 저온에서 수축하거나, 그리스 등과 같은 윤활유의 점도가 증대되어 일어나게 된다.

따라서, 온도에 따라 조향력을 보조하는 동력을 발생시키는 모터의 전류제어를 위한 보상수단이 요구되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 요구를 만족시키기 위해 안출된 것으로, 동절기와 같은 저온시 마찰 또는 점도의 증가로 인한 자동차의 조향보조동력을 증대시키도록 모터의 전류를 보상하는 전류제어를 할 수 있게 된 전동식 조향장치와 이의 전류제어방법을 제공하는 데에 그 목적에 있다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은, 조향휠의 조향토크를 받아 바퀴를 조향하도록 된 조향계통과, 이 조향계통에 조향보조동력을 부가하도록 토크센서와 전자제어장치, 모터 및 전동장치로 구성되는 보조동력기구를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서, 상기 전자제어장치 내에 위치하여 자동차의 시동시 온도를 계측하도록 된 온도센서와, 상기 모터에 장착되고서 모터의 상대조향각을 검출하는 모터위치센서와, 이 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바의 누적이송량을 연산하는 누적이송량연산부와, 상기 전자제어장치 내에 위치하여 시동시부터 경과시간을 계산하는 카운터와, 상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 마찰계수결정부 및, 이 마찰계수결정부에서 결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 목표전류연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 전류제어방법은, 자동차의 시동시 온도를 계측하는 단계와, 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바의 누적이송량을 연산하는 단계와, 시동시부터 경과시간을 계산하는 단계와, 검출된 온도와 누적 이송량 및 시간에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 단계와, 결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 단계와, 결정된 목표전류로 모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 동절기와 같은 저온시 수축 또는 점도의 증가로 인한 마찰의 증대에 대응하여 자동차의 조향보조동력을 증대시키도록 모터의 전류를 보상하는 전류제어를 할 수 있게 됨으로써, 운전자의 편의가 증대되고 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

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.

본 발명에 따른 전동식 조향장치는, 도 1에 도시된 것과 마찬가지로 조향휠(101)의 조향토크를 받아 바퀴(108)를 조향하도록 된 조향계통(100)과, 이 조향계통(100)에 조향보조동력을 부가하도록 토크센서(121)와 전자제어장치(123), 모터(130) 및 전동장치(140)를 구비하는 보조동력기구(120)를 포함하고 있다.

또한, 도 2는 본 발명에 따라 전류제어를 할 수 있게 된 전동식 조향장치의 일부를 나타낸 블록구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 조향장치는, 상기 전자제어장치(123) 내에 위치하여 자동차의 시동시 온도를 계측하도록 된 온도센서와, 상기 모터(130)에 장착되고서 모터의 상대조향각을 검출하는 모터위치센서와, 이 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바(109)의 누적이송량을 연산하는 누적이송량연산부와, 상기 전자제어장치(123) 내에 위치하여 시동시부터 경과시간을 계산하는 카운터와, 상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 마찰계수결정부 및, 이 마찰계수결정부에서 결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 목표전류연산부를 구비한다.

온도센서는 전자제어장치(123) 내에 위치하고서 전체 조향시스템의 시동 초기의 온도를 계측하도록 되어 있다. 시동 이후에는 전자제어장치(123) 자체의 발열에 의해 전자제어장치(123) 내의 온도가 상승하게 되므로, 시동 초기의 저온 수축에 따른 마찰 수준을 예측할 수 있는 정도로만 이용되게 된다.

그리스 등과 같은 윤활유의 점도가 증대되어 일어나게 되는 마찰은 전동장치(140) 및 랙바(109) 등의 움직임에 따라 감소하게 되므로, 이들의 이송량을 계산하여야 한다. 모터(130)에 장착되고서 모터의 상대조향각을 검출하는 모터위치센서를 이용해서, 누적이송량연산부는 랙바(109)의 누적이송량을 연산할 수 있다. 이송량이 많을수록 전동장치(140) 및 랙바(109) 등의 온도가 상승하여서, 점차 점도에 따른 마찰이 감소하게 된다.

또, 시동 후 엔진 자체의 온도 상승에 따라 전체 조향시스템의 온도가 올라갈 수 있기 때문에, 시동시부터 경과시간을 계산하는 카운터를 통해 이를 보정해야 한다. 카운터는 전자제어장치(123) 내에 위치할 수 있다.

여기서, 경과시간에 대한 전체 조향시스템의 온도는 각종 열원에 의해 점진적으로 상승하는 시험치 등을 토대로 예측가능하게 된다.

마찰계수결정부는 저장되어 있는 마찰계수의 설정맵을 이용해서, 상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보, 즉 온도와 누적이송량 및 시간에 따라 적절한 마찰계수를 결정하게 된다.

이 마찰계수결정부에서 결정된 마찰계수를 이용하여 목표전류연산부는 마찰에 대한 보상량을 연산하고 이에 상응하게 모터(130)의 구동에 필요한 목표전류를 결정한다. 이때의 목표전류는 운전자의 조향력을 감소시킬 수 있도록 모터(130)의 출력이 정상상태일 때보다 상기 보상량만큼 증대될 수 있게 결정되는 것이다.

상기 목표전류연산부에서 결정된 목표전류는 전류공급기를 통해 모터(130)에 인가되어 모터(130)를 구동하게 되고, 이러한 모터(130)의 구동이 있게 되면 전류검출기를 통해 모터(130)의 실제전류를 검출하게 된다.

시간이 경과하면서 각종 열원에 의해 조향시스템의 온도는 상승되고 랙바(109)의 이송량이 많아지게 됨에 따라 점차 전술한 저온시 수축 및 점도에 따른 마찰이 감소하게 되므로 상기 보상량, 궁극적으로는 목표전류가 점진적으로 감소하게 될 것이다. 따라서, 상기 보상량이 점진적으로 감소하여 정상상태(상온)의 목표전류만 남게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 작동에 대해 설명하자면, 자동차의 시동시 온도센서가 전체 조향시스템의 온도를 계측하고, 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 누적이송량연산부가 랙바(109)의 누적이송량을 연산하며, 카운터가 시동시부터의 경과시간을 계산하게 된다.

이어서, 마찰계수결정부가 저장되어 있는 마찰계수의 설정맵을 이용해서, 상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보에 따라 적절한 마찰계수를 결정하면, 결정된 마찰계수를 이용하여 목표전류연산부가 마찰에 대한 보상량을 연산하고 이에 상응하게 모터(130)의 구동에 필요한 목표전류를 결정하게 된다.

다음으로, 목표전류연산부에서 결정된 목표전류는 전류공급기를 통해 모터(130)에 인가되어 모터(130)를 구동하게 되고, 이러한 모터(130)의 구동이 있게 되면 전류검출기를 통해 모터(130)의 실제 전류를 검출하게 된다.

그 후에, 시간이 경과하면서 각종 열원에 의해 조향시스템의 온도는 상승되고 랙바(109)의 이송량이 많아지게 됨에 따라 상기 보상량이 점진적으로 감소하여 정상상태의 목표전류만 남게 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 실시예는 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.

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 조향장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따라 전류제어를 할 수 있게 된 전동식 조향장치의 일부를 나타낸 블록구성도이다.

Claims

조향휠의 조향토크를 받아 바퀴를 조향하도록 된 조향계통과, 이 조향계통에 조향보조동력을 부가하도록 토크센서와 전자제어장치, 모터 및 전동장치로 구성되는 보조동력기구를 포함하는 전동식 조향장치에 있어서,

상기 전자제어장치 내에 위치하여 자동차의 시동시 온도를 계측하도록 된 온도센서와,

상기 모터에 장착되고서 모터의 상대조향각을 검출하는 모터위치센서와,

이 모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바의 누적이송량을 연산하는 누적이송량연산부와,

상기 전자제어장치 내에 위치하여 시동시부터 경과시간을 계산하는 카운터와,

상기 온도센서와 상기 누적이송량연산부 및 상기 카운터로부터 각각 입력된 정보에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 마찰계수결정부 및,

이 마찰계수결정부에서 결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 목표전류연산부를 포함하되,

상기 온도센서는,

전동장치를 구성하는 부재, 랙바 및 피니언 축을 포함하는 조향시스템의 시동 초기 온도를 계측하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
자동차의 시동시 온도를 계측하는 단계와,

모터위치센서에서 검출된 정보로부터 랙바의 누적이송량을 연산하는 단계와,

시동시부터 경과시간을 계산하는 단계와,

검출된 온도와 누적이송량 및 시간에 따라 마찰계수의 설정맵을 이용하여 마찰계수를 결정하는 단계와,

결정된 마찰계수를 이용하여 마찰에 대한 보상량을 연산하여 목표전류를 결정하는 단계와,

결정된 목표전류로 모터를 구동하는 단계를 포함하되,

상기 온도센서는,

전동장치를 구성하는 부재, 랙바 및 피니언 축을 포함하는 조향시스템의 시동 초기 온도를 계측하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 전류제어방법.