KR101294069B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 운전 상황에 따라 보타력을 최적으로 제어하여 차량의 쏠림을 억제하고, 조타감의 향상을 제공하도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템 제어방법이 개시된다.
본 발명은 스티어링 휠의 구동에 따른 조향각의 변화를 검출하는 제1조향각센서; 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 조향각의 변위 혹은 중립 위치에서 멀어지는 조향각의 변위를 검출하는 제2조향각센서; 제1조향각센서 혹은 제2조향각센서 중 먼저 입력되는 센서의 신호를 우선하여 보타력을 결정하고, 선회에 따른 보타력 혹은 복원에 따른 보타력을 제어하는 제어부; 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 보타력을 발생시켜 조타감을 안정화시키는 모터를 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템 및 제어방법{MOTOR DRIVING POWER STEERING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 운전 상황에 따라 보타력을 최적으로 제어하여 차량의 쏠림을 억제하고, 조타감의 향상을 제공하도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
차량에 적용되는 파워 스티어링 시스템은 엔진의 구동력이 이용되는 유압식 파워 스트어링 시스템이 적용되고 있으나, 엔진의 구동력이 사용됨에 따른 연비 악화의 단점을 개선하기 위하여 전동식 파워 스티어링(MDPS; Motor Drive Power Steering) 시스템이 적용되고 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은 엔진의 구동력을 전혀 사용하지 않고, 별도로 장착되는 모터의 동력으로 보타력을 제공할 수 있어 엔진의 부하를 저감시키므로 연비 향상에 탁월한 효과를 나타낼 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은 주행 중 스티어링 휠의 조작에 따른 조향각의 변위를 검출하여 보타력을 제공하기 위한 전류 제어값을 결정한 다음 모터의 구동을 통해 스티어링 휠을 이용한 조타력에 보타력을 제공함으로써, 편리한 조타감을 제공한다.
이때, 스티어링 휠의 조작에 따른 조타토크가 더 적용될 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 차량의 선회시 보타력이 너무 무거운 경우 운전자가 쉽게 피로를 느끼게 되고, 너무 가벼운 경우는 선회시 반력에 둔감하게 되어 급조타 등의 위험한 상황을 초래하는 문제점이 발생될 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 일반적으로 운전자의 조향 의지인 조타력에 대해서만 보타력을 제공하고 있을 뿐 차량의 특성으로 발생되는 선회 후 복원 모멘트에 의한 복원력에 대해서는 보타력을 제공하는 기능이 적용되어 있지 않다.
또한, 도로 노면의 좌우측 구배와 타이어의 편마모 등의 외란에 의해 어느 한 쪽의 방향으로 쏠림이 발생하는 경우 이를 보정하기 위한 보타력을 제공하는 기능이 적용되어 있지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 조향각의 변화가 검출되면 조향각의 변화가 운전자의 의지에 의한 것인지 혹은 차량의 특성상 발생되는 복원 모멘트에 의한 것인지 또는 도로 노면의 굴곡이나 타이어의 편마모에 의한 것인지를 판정하여 전동식 파워 스티어링 시스템의 보타력 제어를 상황에 맞게 최적으로 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 특징은 스티어링 휠의 구동에 따른 조향각의 변화를 검출하는 제1조향각센서; 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 조향각의 변위 혹은 중립 위치에서 멀어지는 조향각의 변위를 검출하는 제2조향각센서; 제1조향각센서 혹은 제2조향각센서 중 먼저 입력되는 센서의 신호를 우선하여 보타력을 결정하고, 선회에 따른 보타력 혹은 복원에 따른 보타력을 제어하는 제어부; 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 보타력을 발생시켜 조타감을 안정화시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템이 제공된다.
상기 제1조향각센서는 스티어링 휠의 회전축이 연결되는 스티어링 컬럼의 상측 소정위치에 장착되어 운전자에 의한 차량의 선회 요구를 검출할 수 있다.
상기 제2조향각센서는 조향기어박스와 유니버셜 조인트로 연결되는 스티어링 컬럼의 하측 소정 위치에 장착되어 복원력 혹은 외란에 의한 조향각의 변위를 검출할 수 있다.
상기 제어부는 제1조향각센서에서 조향각의 변화가 먼저 검출되면 운전자의 조향 의지에 따른 조향각의 변화로 판정하고, 조타 보타력을 결정하여 모터의 구동을 제어하여 선회 조타력에 대한 보타력을 제공할 수 있다.
상기 제어부는 제2조향각센서에서 조향각의 변화가 먼저 검출되고, 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보이면 복원력에 의한 조향각의 변위로 판정하며, 조향각의 변위에 따라 복원 보타력을 결정하여 모터의 구동을 제어하여 복원력에 대한 보타력을 제공할 수 있다.
상기 제어부는 제2조향각센서에서 조향각 변화가 먼저 검출되고, 조향각 변화가 스티어링 휠이 중립 위치에서 멀어지는 정보이면 도로 노면의 구배, 타이어 편마모에 의한 조향각 변화로 판정하며 조향각 변화에 따른 보타력이 발생되지 않도록 하여 차량의 쏠림이 발생하는 것으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 제1조향각센서 및 제2조향각센서로부터 신호의 입력을 검출하는 과정; 제1조향각센서의 신호가 먼저 입력되면 선회 조타력에 따른 조향각의 변화로 판정하여 보타력을 결정하고, 모터의 구동을 제어하여 선회 조타력에 대한 보타력을 제공하는 과정; 제2조향각센서의 신호가 먼저 입력되고 조향각 변화가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보이면 타이어의 복원력에 의한 조향각 변화로 판정하고, 조향각의 변화에 따라 복원 보타력을 결정하며 모터의 구동을 제어하여 복원력에 대한 보타력을 제공하는 과정; 제2조향각센서의 신호가 먼저 입력되고 조향각 변화가 스티어링 휠이 중립 위치에서 멀어지는 정보이면 도로 노면의 구배, 타이어 편마모에 의한 조향각 변화로 판정하고 조향각 변화에 따른 보타력이 발생되지 않도록 하여 차량의 쏠림이 발생하는 것으로 방지하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템 제어방법이 제공될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예는 조향각의 변화가 검출되는 경우 운전자의 의지여부를 판정하여 상황에 맞게 보타력을 최적화하여 제어함으로 보다 안정감이 제공되는 보타력이 제공될 수 있다.
또한, 차량의 특성에 따른 복원 모멘트에 의한 조향각의 변화이면 그에 따라 보타력을 최적화 제어하여 스티어링 휠의 복원 성능을 극대화를 제공할 수 있다.
그리고, 도로 노면의 구배 혹은 타이머 편마모 등의 외란 영향에 따른 조향각의 변화이면 미세한 조향각의 변화에도 보타력을 최적화 제어함으로써 쏠림이 발생되지 않는 안정된 주행성 및 조타감을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 제1조향각센서(101)와 제2조향각센서(102), 제어부(103) 및 모터(104)를 포함한다.
제1조향각센서(101)는 스티어링 휠의 회전축이 연결되는 스티어링 컬럼의 상측 소정위치에 장착되어 운전자가 차량의 선회를 위해 스티어링 휠로 구동하는 조향각의 변화를 검출하여 운전자의 조향 의지와 조향각의 변위를 제어부(103)에 제공한다.
제2조향각센서(102)는 조향기어박스와 유니버셜 조인트로 연결되는 스티어링 컬럼의 하측 소정 위치에 장착되어 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 조향각의 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(103)에 제공한다.
상기 중립 위치는 스티어링 휠에 아무 힘이 가해지지 않는 위치를 의미한다.
또한, 상기 제2조향각센서(102)는 스티어링 휠이 중립 위치로부터 멀어져가는 조향각의 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(102)에 제공한다.
제어부(103)는 제1조향각센서(101)로부터 조향각의 변화가 먼저 검출되면 운전자의 조향 의지가 있는 것으로 판단하고 조향각의 변위에 따라 보타력을 결정하여 모터(104)의 구동을 제어함으로써 선회 조타력에 대하여 최적의 보타력을 제공함으로써 안정된 조타감을 제공한다.
상기 제어부(103)는 제2조향각센서(102)로부터 조향각의 변화가 먼저 검출되고, 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보이면 복원력에 의해 타이어가 돌아가는 것으로 판정하고 복원 보타력을 결정하여 모터(104)의 구동을 제어함으로써, 직진 방향으로의 복원에 최적의 조타감을 제공한다.
상기 제어부(103)는 제2조향각센서(102)로부터 조향각의 변화가 먼저 검출되고, 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치에서 멀어지는 정보이면 도로 노면의 구배나 타이어의 편마모 등 외란에 의해 운전자의 의지에 관계없는 조향이 발생된 것으로 판정하여 반대 방향의 보타력을 발생시키거나 보타력이 발생되지 않도록 함으로써, 차량의 쏠림이 발생하는 것으로 방지하여 안정된 운전성을 제공한다.
모터(104)는 제어부(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 구동되어 보타력을 발생시킴으로써, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 안정된 조타감이 제공될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작을 도 2와 같이 설명하면 다음과 같이 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템이 적용되는 차량이 운행되면(S101) 제어부(103)는 제1조향각센서(101)와 제2조향각센서(102)의 입력을 검출하며(S102), 제1조향각센서(101)의 입력이 먼저 검출되는지 판단한다(S103).
상기 S103에서 제어부(103)는 제1조향각센서(101)의 입력이 먼저 검출되면 운전자의 조향 의지가 있는 것으로 판단하고(S104), 조향각의 변위와 조향각의 방향을 판정한다(S105).
이후, 조향각의 변위와 방향에 따라 보타력을 결정한 다음(S106) 모터(104)의 구동을 제어함으로써, 운전자의 선회 조타력에 최적의 보타력을 제공하여 선회 조향에 대하여 안정된 조타감을 제공한다(S107).
이때, 결정된 보타력은 모터 구동전류를 증대시켜 모터(104)의 구동 토크가 높게 형성되도록 함으로써, 선회 조타력에 최소의 마찰력이 유지되고 보타력이 증대되도록 제어하여 선회 조향에 대하여 최적의 조타감이 제공될 수 있도록 한다.
그러나, 상기 S103에서 제1조향각센서(101)의 입력이 먼저 검출되지 않으면 제2조향각센서(102)의 입력이 먼저 검출되는지 판단한다(S108).
상기 S108에서 제어부(103)는 제2조향각센서(102)의 입력이 먼저 검출되면 조향각의 방향을 분석하여(S109), 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보인지 판단한다(S110).
상기 S110에서 제어부(103)는 제2조향각센서(102)에서 검출되는 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보이면 복원력에 의해 타이어가 돌아가는 것으로 판정하고(S111) 복원 보타력을 결정한다(S112).
그리고, 결정된 복원 보타력으로 모터(104)의 구동을 제어하여 복원 보타력을 제공함으로써, 최적의 조향감이 제공될 수 있도록 한다.
이때, 복원 보타력은 모터의 구동 전류를 증대시켜 보타력을 증대시키고, 마찰력을 최소화시켜 스티어링 휠의 복원 조타력에 최적의 조타감을 제공한다.
또한, 상기 110에서 제어부(103)는 제2조향각센서(102)에서 검출되는 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치에서 멀어지는 정보이면 도로 노면의 구배나 타이어의 편마모 등 외란에 의해 운전자의 의지에 관계없는 조향이 발생된 것으로 판정하여(S114) 반대 방향의 보타력을 발생시키거나 보타력이 발생되지 않도록 보타력을 결정한 다음 모터(104)의 구동을 제어한다(S115).
이때, 모터(104)의 구동 전류는 최소로 제한되어 조향 방향으로의 보타력이 발생되지 않도록 하고, 마찰력을 증대시켜 차량의 쏠림이 발생하는 것으로 방지하여 안정된 운전성을 제공한다(S116).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
101 : 제1조향각센서 102 : 제2조향각센서
103 : 제어부 104 : 모터

Claims (7)

  1. 스티어링 휠의 구동에 따른 조향각의 변화를 검출하는 제1조향각센서(101);
    스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 조향각의 변위 혹은 중립 위치에서 멀어지는 조향각의 변위를 검출하는 제2조향각센서(102);
    상기 제1조향각센서(101) 혹은 제2조향각센서(102) 중 먼저 입력되는 센서의 신호를 우선하여 보타력을 결정하고, 선회에 따른 보타력 혹은 복원에 따른 보타력을 제어하는 제어부(103);
    상기 제어부(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 보타력을 발생시켜 조타감을 안정화시키는 모터(104);
    를 포함하고,
    상기 제2조향각센서(102)는 조향기어박스와 유니버셜 조인트로 연결되는 스티어링 컬럼의 하측 소정 위치에 장착되어 복원력 혹은 외란에 의한 조향각의 변위를 검출하여 제어부(103)에 제공하는 것을 특징으로 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1조향각센서(101)는 스티어링 휠의 회전축이 연결되는 스티어링 컬럼의 상측 소정위치에 장착되어 운전자에 의한 차량의 선회 요구를 검출하여 제어부(103)에 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(103)는 제1조향각센서(101)에서 조향각의 변화가 먼저 검출되면 운전자의 조향 의지에 따른 조향각의 변화로 판정하고, 조타 보타력을 결정하여 모터(104)의 구동을 제어하여 선회 조타력에 대한 보타력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(103)는 제2조향각센서(102)에서 조향각의 변화가 먼저 검출되고, 조향각의 변위가 스티어링 휠이 중립 위치로 돌아가는 정보이면 복원력에 의한 조향각의 변위로 판정하며, 조향각의 변위에 따라 복원 보타력을 결정하여 모터(104)의 구동을 제어하여 복원력에 대한 보타력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(103)는 제2조향각센서(102)에서 조향각 변화가 먼저 검출되고, 조향각 변화가 스티어링 휠이 중립 위치에서 멀어지는 정보이면 도로 노면의 구배, 타이어 편마모에 의한 조향각 변화로 판정하며 조향각 변화에 따른 보타력이 발생되지 않도록 하여 차량의 쏠림이 발생하는 것으로 방지하여 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  7. 삭제
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