KR101465862B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 출력 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 출력 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절대 조향각 및 상대 조향각을 측정하는 소자를 이용하여 최종 절대 조향각을 계산하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서 절대각에 고신뢰성을 제공하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 출력 방법{Electric Power Steering System and Steering Angle Outputting Method Thereof}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 출력 방법에 관한 것이다.
차량에는 스티어링 휠의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 파워 스티어링 시스템이 적용될 수 있다. 파워 스티어링 시스템은 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링(Hydraulic Power Steering, HPS) 시스템, 및 모터의 회전력을 이용한 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS) 시스템을 포함할 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서, 차량의 속도를 감지하는 차속 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)이 모터 구동을 제어하여 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 줄 수 있고, 고속 운행시에는 무겁고 양호한 방향 안정성을 줄 수 있으며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어질 수 있도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공할 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템에서 토크 센서는 절대 조향각을 측정하는 소자와 상대 조향각을 측정하는 소자를 포함할 수 있다. 전자 제어 장치(Electronic Control Unit, ECU)는 측정된 절대 조향각과 상대 조향각을 이용하여 원하는 최종 절대 조향각을 계산할 수 있다.
계산된 최종 절대 조향각의 신뢰성을 위해, 측정 소자로부터 측정된 절대 조향각 및 상대 조향각은 검증될 필요가 있다. 특히, ISO 26262("Road vehicles -- Functional safety") 표준 도입에 따라 절대 조향각에 대한 고신뢰성이 요구되고 있다.
본 발명은 절대 조향각 및 상대 조향각을 측정하는 소자를 이용하여 최종 절대 조향각을 계산하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서 절대각에 고신뢰성을 제공하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 절대각 계산을 위해 하나 또는 둘 이상의 홀 IC(Hall IC)를 사용하는 토크 센서로부터 절대각을 보증(fail safety)하는 방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 입력축에 연결된 제 1 로터, 출력축에 연결된 제 2 로터, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자 및 상기 제 2 로터의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자를 갖는 토크 센서; 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 예비 검증부 및 상기 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 제공하는 예비 조향각 제공부를 갖는 제 1 전자 제어 유닛; 및 상기 예비 절대 조향각 및 상대 조향각에 기초하여 기준 조향각을 결정하는 기준 조향각 결정부, 상기 예비 절대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 제 1 추적부, 상기 상대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하고 누적하는 제 2 및 제 3 추적부, 상기 PWM 신호, 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 검증부 및 상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 제공하는 최종 조향각 제공부를 갖는 제 2 전자 제어 유닛을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 입력축에 연결된 제 1 로터, 출력축에 연결된 제 2 로터, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자 및 상기 제 2 로터의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자를 갖는 토크 센서를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법으로서, 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 예비 판단 단계; 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 제공하는 단계; 상기 상기 예비 절대 조향각 및 상대 조향각에 기초하여 기준 조향각을 결정하는 단계; 상기 예비 절대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 단계; 상기 상대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하고 누적하는 단계; 상기 PWM 신호, 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 제공하는 단계를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 절대 조향각 및 상대 조향각을 측정하는 소자를 이용하여 최종 절대 조향각을 계산하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서 절대각에 고신뢰성을 제공하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 특히, 절대각 계산을 위해 복수의 홀 IC(Hall IC)를 사용하는 토크 센서로부터 절대각을 보증(fail safety)하는 방식을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(300)의 조향각 출력 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 스티어링 휠(11), 입력축(12), 토션바(13), 및 출력축(14)을 포함하는 스티어링 축에 결합될 수 있다. 운전자가 스티어링 휠(11)을 회전 조작하면, 스티어링 휠(11)의 회전력은 입력축(12), 토션바(13), 및 출력축(14)을 통해 전달되어, 스티어링 바퀴(미도시)의 방향을 변경할 수 있게 한다. 토션바(13)는 입력축(12)과 출력축(14) 사이에 구비되어 입력축(12)과 출력축(14)에 발생하는 비틀림 정도를 측정할 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 스티어링 축에 인가되는 토크를 감지하는 토크 센서, 및 토크 센서에서 감지된 토크 신호에 기초하여 조향각을 계산하고 출력하는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)(120)을 포함한다.
토크 센서는 입력축(12)과 연결되는 제 1 로터(111), 출력축(14)과 연결되는 제 2 로터(112), 제 1 로터(111)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 각도 소자(113), 제 2 로터(112)의 상대 조향각을 측정하는 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)를 포함한다.
제 1 각도 소자(113)는 제 1 로터(111)의 절대 조향각을 측정한 데이터를 전자 제어 유닛(120)에 제공한다. 제 1 각도 소자(113)는 제 1 로터(111)와 나란하게 배치될 수 있다. 제 1 각도 소자(113)는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다.
제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)는 제 2 로터(112)의 상대 조향각을 측정한 데이터를 전자 제어 유닛(120)에 제공한다. 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)는 제 1 로터(111)와 제 2 로터(112) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)가 제 1 로터(111)의 상대 조향각을 측정하는 것도 가능하다.
제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)가 제 1 로터(111)를 통해 입력축(12)의 각도를 측정할 때, 특정 상황에서 각도 검출이 어려울 수 있다. 전기식 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS)의 경우, 입력축(12)과 출력축(14)은 기구적으로 EPS의 모터 작동시 동일한 각도 변위를 가지게 되어 있다. 그러나, 특정 상황에서, 예를 들면, 순간적인 스티어링 휠(11)의 변위 상황이나 미세 조타시에서, 입력축(12)의 각도만이 변화할 수 있기 때문에 각도를 보증하기 어려울 수 있다. 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)가 제 2 로터(112)를 통해 출력축(14)의 각도를 측정하는 경우, 이러한 특정 상황에서도 각도 검출이 가능할 수 있다.
전자 제어 유닛(120)은 기준 조향각 결정부(121), 제 1 추적부(122), 제 2 추적부(123), 제 3 추적부(124), 검증부(125), 조향각 제공부(126), 경고 출력부(127), 및 리셋부(128)를 포함한다.
기준 조향각 결정부(121)는 제 1 로터(111)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 각도 소자(113)로부터 절대 조향각 신호를 수신하고, 제 2 로터(112)의 상대 조향각을 측정하는 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)로부터 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호를 수신한다. 기준 조향각 결정부(121)는 버니어(vernier) 알고리즘을 이용하여 절대 조향각 신호, 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호로부터 기준 조향각을 결정한다. 즉, 기준 조향각 결정부(121)는 본척(本尺)과 버니어를 사용하여 길이를 측정하는 버니어 캘리퍼스와 유사한 방식으로 조향각을 측정하기 위해 사용된다.
제 1 추적부(122)는 기준 조향각 결정부로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 1 각도 소자(113)로부터 절대 조향각을 제공받으며, 이에 기초하여 절대 조향각의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 생성한다.
제 2 추적부(123)는 기준 조향각 결정부로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 2 각도 소자(114)로부터 제 1 상대 조향각을 제공받아, 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 1 절대 조향각을 누적한다.
제 3 추적부(124)는 기준 조향각 결정부로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 3 각도 소자(115)로부터 제 2 상대 조향각을 제공받아, 기준 조향각으로부터 회전된 제 2 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 2 절대 조향각을 누적한다.
검증부(125)는 제 1 내지 제 3 추적부(122 내지 124)에서 생성된 조향각 신호들의 신뢰성을 검증한다.
우선, 검증부(125)는 제 2 추적부(123)에서 추적된 제 1 절대 조향각과 제 3 추적부(124)에서 추적된 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다. 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우, 검증부(125)는 또한 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 제 1 추적부(122)에서 추적된 PWM 신호 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다. 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 비교할 때 사용되는 기준치와 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호를 비교할 때 사용되는 기준치는 같거나 다를 수 있다.
제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각의 비교는 상대 조향각을 측정하는 제 2 각도 소자(114)와 제 3 각도 소자(115) 사이의 중복(redundancy) 체크를 가능하게 할 수 있다. 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호의 비교는 절대 조향각을 측정하는 제 1 각도 소자(113)의 중복 체크를 가능하게 할 수 있다.
제 1 절대 조향각, 제 2 절대 조향각, 및 PWM 신호 사이의 차이가 기준치 이내인 경우는 정상적인 상태로 판단된다. 그러나, 제 1 절대 조향각, 제 2 절대 조향각, 및 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우는 토크 센서에 이상이 있거나 로터에 이상이 있는 비정상적인 상태로 판단된다.
검증부(125)에서 정상적인 상태로 판단된 경우, 조향각 제공부(126)는 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다.
한편, 검증부(125)에서 비정상적인 상태로 판단된 경우, 조향각 제공부(126)는 비정상적인 상태 이전의 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다. 조향각 제공부(126)에서 제공되는 최종 절대 조향각은 파워 스티어링을 위해 사용될 수 있다.
한편, 검증부(125)는 또한 비정상적인 상태(제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 상태)의 연속 검출 회수가 기준 회수를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다.
검증부(125)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수를 초과하여 검출되는 경우, 경고 출력부(126)는 사전에 설정된 경고 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.
한편, 검증부(125)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수 이하로 검출된 후 정상적인 상태가 검출되는 경우, 리셋부(127)는 비정상적인 상태의 누적 횟수를 '0'으로 초기화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 조향각 출력 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 전자 제어 유닛(120)은 제 1 로터(111)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 각도 소자(113)로부터 절대 조향각 신호를 수신하고, 제 2 로터(112)의 상대 조향각을 측정하는 제 2 및 제 3 각도 소자(114 및 115)로부터 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호를 수신한다(S210).
전자 제어 유닛(120)은 버니어 알고리즘을 이용하여 절대 조향각 신호와 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호로부터 기준 조향각을 결정한다(S220).
전자 제어 유닛(120)은 절대 조향각 신호와 기준 조향각 신호에 기초하여 PWM 신호를 생성하고(S230), 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호와 기준 조향각 신호에 기초하여 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각을 생성한다(S240).
전자 제어 유닛(120)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다(S250). 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우(S250에서 예), 전자 제어 유닛(120)은 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다(S260). 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내이고 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이 또한 기준치 이내인 경우(S250에서 예, S260에서 예), 전자 제어 유닛(120)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각의 평균으로서 최종 절대 조향각을 계산한다(S270).
한편, 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우(S250에서 아니오), 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우(S260에서 아니오), 전자 제어 유닛(120)은 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고(S280), 카운트된 회수가 일정 회수 이내인지 여부를 판단한다(S290). 카운트된 회수가 일정 회수 이내인 경우(S290에서 예), 전자 제어 유닛(120)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하기 이전에, 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하기 이전에 누적된 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산한다(S300).
S310 단계에서, 전자 제어 유닛(120)은 S270 단계에서 계산된 최종 절대 조향각 또는 S300 단계에서 계산된 최종 절대 조향각을 파워 스티어링을 위해 출력한다.
한편, 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하는 경우(S290에서 아니오), 전자 제어 유닛(120)은 경고 정보를 출력한다(S320).
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 절대 조향각과 상대 조향각을 이용해 기준 조향각을 설정하고 이러한 기준 조향각을 다시 측정된 절대 조향각 및 상대 조향각과 비교 연산하는 과정이 추가되어 계산되는 최종 절대 조향각의 신뢰도가 높아지는 효과가 발생한다.
이상 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(100)과 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 조향각 출력 방법에 관하여 설명하였다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 실시예는 본 발명의 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 내용은 전술한 바에 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 실시예에서 전자 제어 유닛(120)이 기준 조향각을 계산하기 위해 사용하는 제 1 각도 소자(113)의 절대 조향각 신호의 중복(redundancy) 체크를 위해 제 1 로터(111)의 절대 조향각 측정을 위한 각도 소자가 추가될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기준 조향각 결정 전 절대 조향각 신호의 중복(redundancy) 체크를 위해 제 1 로터에 각도 소자가 더 추가된 전동식 파워 스티어링 시스템과 그 조향각 출력 방법에 관하여 설명하겠다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(300)은 도 1에서 도시한 전동식 파워 스티어링 시스템(100)과 같이, 티어링 휠(31), 입력축(32), 토션바(33), 및 출력축(34)을 포함하는 스티어링 축에 결합될 수 있다.
도 3에서 도시한 전동식 파워 스티어링 시스템(300)은 스티어링 축에 인가되는 토크를 감지하는 토크 센서, 토크센서에서 감지된 절대 조향각 신호에 기초하여 예비 절대 조향각을 계산하여 출력하는 제 1 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)(320) 및 출력된 예비 절대 조향각과 토크센서에서 감지된 상대 조향각 신호에 기초하여 최종 절대 조향각을 계산하고 출력하는 제 2 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)(330)을 포함한다.
이 때 제 1 전자 제어 유닛(320)과 제 2 전자 제어 유닛(330)은 같은 하드웨어 자원을 공유하여 형성될 수도 있고 서로 분리된 하드웨어 자원일 수도 있다.
토크 센서는 입력축(32)과 연결되는 제 1 로터(311), 출력축(34)과 연결되는 제 2 로터(312), 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314), 제 2 로터(312)의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 316)를 포함한다.
제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)는 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 측정하여 이를 제 1 전자 제어 유닛(320)에 제공한다. 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)는 제 1 로터(311)와 나란하게 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 각도 소자(113 및 114)는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다.
제 1 전자 제어 유닛(320)은 예비 검증부(322), 예비 절대 조향각 제공부(324), 예비 경고 출력부(326) 및 리셋부(328)를 포함한다.
예비 검증부(322)는 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 비교하여 그 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인 지 여부를 판단한다. 이렇게 제 1 로터(311)의 절대 조향각 측정을 위해 복수의 각도 소자 즉 제 1 및 제 2 각도 소자를 두고 각 소자에서의 측정값을 비교하게 되면 제 1 로터(311)의 절대 조향각 측정값이 중복(redundancy) 체크 과정을 거치면서 신뢰도가 높아지는 효과가 발생한다.
제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우는 정상적인 상태로 판단된다. 그러나, 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우는 제 1 로터(311)에 이상이 있거나 제 1 로터(311)의 절대 조향각 측정을 위한 토크센서의 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)중 어느 하나 이상에 이상이 있는 비정상적인 상태로 판단된다.
예비 검증부(322)에서 정상적인 상태로 판단된 경우, 예비 절대 조향각 제공부(324)는 제 1 및 제 2 각도소자에서 측정된 제 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다.
한편, 예비 검증부(322)에서 비정상적인 상태로 판단된 경우, 예비 절대 조향각 제공부(324)는 비정상적인 상태 이전의 제 1 및 제 2 각도소자에서 측정된 제 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다. 예비 절대 조향각 제공부(324)에서 제공되는 예비 절대 조향각은 제 2 전자 제어 유닛(330)에서 기준 절대 조향각 계산 및 PWM 신호 생성을 위해 사용된다.
한편, 예비 검증부(322)는 또한 비정상적인 상태(제 1 및 제 2 각도 소자(113 및 114)에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 상태)의 연속 검출 회수가 기준 회수를 초과하는지 여부를 판단할 수도 있다.
예비 검증부(322)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수를 초과하여 검출되는 경우, 예비 경고 출력부(326)는 사전에 설정된 경고 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.
한편, 예비 검증부(322)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수 이하로 검출된 후 정상적인 상태가 검출되는 경우, 리셋부(328)는 비정상적인 상태의 누적 횟수를 '0'으로 초기화할 수 있다.
제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 316)는 제 2 로터(312)의 상대 조향각을 측정한 데이터를 제 2 전자 제어 유닛(120)에 제공한다. 제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 116)는 제 1 로터(311)와 제 2 로터(312) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 116)가 제 1 로터(311)의 상대 조향각을 측정하는 것도 가능하다.
제 3 및 제 4 각도 소자(314 및 315)가 제 1 로터(311)를 통해 입력축(32)의 각도를 측정할 때, 특정 상황에서 각도 검출이 어려울 수 있다. 전기식 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS)의 경우, 입력축(32)과 출력축(34)은 기구적으로 EPS의 모터 작동시 동일한 각도 변위를 가지게 되어 있다. 그러나, 특정 상황에서, 예를 들면, 순간적인 스티어링 휠(31)의 변위 상황이나 미세 조타시에서, 입력축(32)의 각도만이 변화할 수 있기 때문에 각도를 보증하기 어려울 수 있다. 제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 316)가 제 2 로터(312)를 통해 출력축(34)의 각도를 측정하는 경우, 이러한 특정 상황에서도 각도 검출이 가능할 수 있다.
전자 제어 유닛(330)은 기준 조향각 결정부(331), 제 1 추적부(322), 제 2 추적부(323), 제 3 추적부(324), 검증부(335), 조향각 제공부(336), 경고 출력부(337), 및 리셋부(338)를 포함한다.
기준 조향각 결정부(331)는 제 1 전자 제어 유닛(320)으로부터 예비 절대 조향각 신호를 수신하고, 제 2 로터(312)의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자(315 및 316)로부터 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호를 수신한다. 기준 조향각 결정부(331)는 버니어(vernier) 알고리즘을 이용하여 예비 절대 조향각 신호, 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호로부터 기준 조향각을 결정한다. 즉, 기준 조향각 결정부(321)는 본척(本尺)과 버니어를 사용하여 길이를 측정하는 버니어 캘리퍼스와 유사한 방식으로 조향각을 측정하기 위해 사용된다.
제 1 추적부(332)는 기준 조향각 결정부로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 1 전자 제어 유닛(320)으로부터 예비 절대 조향각을 제공받으며, 이에 기초하여 절대 조향각의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 생성한다.
제 2 추적부(333)는 기준 조향각 결정부(331)로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 3 각도 소자(315)로부터 제 1 상대 조향각을 제공받아, 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 1 절대 조향각을 누적한다.
제 3 추적부(334)는 기준 조향각 결정부로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 4 각도 소자(316)로부터 제 2 상대 조향각을 제공받아, 기준 조향각으로부터 회전된 제 2 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 2 절대 조향각을 누적한다.
검증부(335)는 제 1 내지 제 3 추적부(332 내지 334)에서 생성된 조향각 신호들의 신뢰성을 검증한다.
우선, 검증부(335)는 제 2 추적부(333)에서 추적된 제 1 절대 조향각과 제 3 추적부(134)에서 추적된 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다. 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우, 검증부(335)는 또한 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 제 1 추적부(332)에서 추적된 PWM 신호 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다. 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 비교할 때 사용되는 기준치와 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호를 비교할 때 사용되는 기준치는 같거나 다를 수 있다.
제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각의 비교는 상대 조향각을 측정하는 제 2 각도 소자(315)와 제 3 각도 소자(316) 사이의 중복(redundancy) 체크를 가능하게 할 수 있다. 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호의 비교는 예비 절대 조향각을 제공하는 제 1 전자 제어 유닛(320)의 중복 체크를 가능하게 할 수 있다.
제 1 절대 조향각, 제 2 절대 조향각, 및 PWM 신호 사이의 차이가 기준치 이내인 경우는 정상적인 상태로 판단된다. 그러나, 제 1 절대 조향각, 제 2 절대 조향각, 및 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우는 토크 센서에 이상이 있거나 로터에 이상이 있는 비정상적인 상태로 판단된다.
검증부(335)에서 정상적인 상태로 판단된 경우, 조향각 제공부(336)는 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다.
한편, 검증부(335)에서 비정상적인 상태로 판단된 경우, 조향각 제공부(326)는 비정상적인 상태 이전의 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산하고 이를 출력한다. 조향각 제공부(336)에서 제공되는 최종 절대 조향각은 파워 스티어링을 위해 사용될 수 있다.
한편, 검증부(335)는 또한 비정상적인 상태(제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 상태)의 연속 검출 회수가 기준 회수를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다.
검증부(325)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수를 초과하여 검출되는 경우, 경고 출력부(326)는 사전에 설정된 경고 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.
한편, 검증부(325)에서 비정상적인 상태가 연속적으로 기준 회수 이하로 검출된 후 정상적인 상태가 검출되는 경우, 리셋부(127)는 비정상적인 상태의 누적 횟수를 '0'으로 초기화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(300)의 조향각 출력 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 전자 제어 유닛(320)은 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)로부터 절대 조향각 신호를 수신한다(S410).
제 1 전자 제어 유닛(320)은 제 1 및 제 2 각도 소자(313 및 314)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다(S420).
제 1 및 제 2 각도소자(113 및 114)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우(S420에서 예) 제 1 전자 제어 유닛(320)은 제 1 및 제 2 각도소자(313 및 314)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 계산한다(S430).
한편, 제 1 및 제 2 각도소자(313 및 314)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우(S420에서 아니오), 제 1 전자 제어 유닛(320)은 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고(S440), 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하는지 판단한다(S442). 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하지 않는 경우(S442에서 아니오), 제 1 전자 제어 유닛(320)은 기준치를 초과하기 이전의 제 1 및 제 2 각도소자(313 및 314)에서 측정된 제 1 로터(311)의 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 계산한다(S444).
한편, 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하는 경우(S442에서 예), 전자 제어 유닛(320)은 경고 정보를 출력한다(S420).
제 2 전자 제어 유닛(330)은 제 1 전자 제어 유닛(320)에서 계산된 예비 절대 조향각 신호와 제 3 및 제 4 각도소자에서 측정된 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호를 수신한다(S450).
제 2 전자 제어 유닛(330)은 버니어 알고리즘을 이용하여 예비 절대 조향각 신호와 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호로부터 기준 조향각을 결정한다(S460).
제 2 전자 제어 유닛(330)은 절대 조향각 신호와 기준 조향각 신호에 기초하여 PWM 신호를 생성하고(S470), 제 1 및 제 2 상대 조향각 신호와 기준 조향각 신호에 기초하여 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각을 생성한다(S480).
제 2 전자 제어 유닛(330)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다(S490). 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우(S490에서 예), 제 2 전자 제어 유닛(330)은 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 사전에 설정된 기준치 이내인지 여부를 판단한다(S492). 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내이고 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이 또한 기준치 이내인 경우(S490에서 예, S492에서 예), 전자 제어 유닛(320)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각의 평균으로서 최종 절대 조향각을 계산한다(S500).
한편, 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우(S490에서 아니오), 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우(S492에서 아니오), 제 2 전자 제어 유닛(330)은 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고(S494), 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하는지 판단한다(S496). 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하지 않는 경우(S496에서 아니오), 제 2 전자 제어 유닛(330)은 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하기 이전에, 또는 제 1 절대 조향각 및 제 2 절대 조향각과 PWM 신호 사이의 차이가 기준치를 초과하기 이전에 누적된 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산한다(S498).
S510 단계에서, 제 2 전자 제어 유닛(320)은 S500 단계에서 계산된 최종 절대 조향각 또는 S498 단계에서 계산된 최종 절대 조향각을 파워 스티어링을 위해 출력한다.
한편, 카운트된 회수가 일정 회수를 초과하는 경우(S496에서 예), 제 2 전자 제어 유닛(330)은 경고 정보를 출력한다(S520).
이상 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템(300)과 전동식 파워 스티어링 시스템(300)의 조향각 출력 방법에 관하여 설명하였다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 기준 조향각 측정 전에 절대 조향각 신호의 비교 과정과 기준 조향각 측정 후 기준 조향각과 절대 조향각 및 상대 조향각 간의 비교과정을 통해 절대 조향각 측정값의 중복(redundancy) 체크 과정이 여러 번 이루어지게 됨으로써 절대 조향각 계산에 신뢰도가 높아지게 되는 효과가 발생한다
본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않고, 첨부한 청구항에서 정의된 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 변경을 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 입력축에 연결된 제 1 로터, 출력축에 연결된 제 2 로터, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자 및 상기 제 2 로터의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자를 갖는 토크 센서;
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 예비 검증부 및 상기 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 제공하는 예비 조향각 제공부를 갖는 제 1 전자 제어 유닛; 및
    상기 예비 절대 조향각 및 상대 조향각에 기초하여 기준 조향각을 결정하는 기준 조향각 결정부, 상기 예비 절대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 제 1 추적부, 상기 상대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하고 누적하는 제 2 및 제 3 추적부, 상기 PWM 신호, 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 검증부 및 상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 제공하는 최종 조향각 제공부를 갖는 제 2 전자 제어 유닛을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검증부는, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하고, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 PWM 신호와 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 예비 조향각 제공부는 초과 직전에 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각의 평균값을 예비 절대 조향각으로 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 회수가 기준 회수를 초과한 경우 사전에 설정된 경고 정보를 출력하는 예비 경고 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 최종 조향각 제공부는 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 상기 최종 절대 조향각을 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 회수가 기준 회수를 초과한 경우 사전에 설정된 경고 정보를 출력하는 경고 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서
    상기 제 1 내지 제 4 각도 소자는 홀 IC로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  8. 입력축에 연결된 제 1 로터, 출력축에 연결된 제 2 로터, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하는 제 1 및 제 2 각도 소자 및 상기 제 2 로터의 상대 조향각을 측정하는 제 3 및 제 4 각도 소자를 갖는 토크 센서를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법으로서,
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 예비 판단 단계;
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각을 평균하여 예비 절대 조향각을 제공하는 단계;
    상기 예비 절대 조향각 및 상대 조향각에 기초하여 기준 조향각을 결정하는 단계;
    상기 예비 절대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 단계;
    상기 상대 조향각 및 기준 조향각에 기초하여 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하고 누적하는 단계;
    상기 PWM 신호, 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 PWM 신호, 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인 경우 상기 PWM 신호와 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치 이내인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 최종 예비 절대 조향각을 제공하는 단계는 초과 직전에 상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각을 평균하여 상기 예비 절대 조향각을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 각도 소자에서 측정된 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 회수가 기준 회수를 초과한 경우 사전에 설정된 예비 경고 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 최종 절대 조향각을 제공하는 단계는 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 상기 최종 절대 조향각을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 PWM 신호, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각 사이의 차이가 기준치를 초과하는 회수가 기준 회수를 초과한 경우 사전에 설정된 경고 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 각도 소자는 홀 IC로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 출력 방법.
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