KR101509918B1 - 비상 조향 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비상 조향 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 트랜스 미션 구동 방식에서 전자식으로 비상 조향을 수행하는 것을 가능하게 하는 비상 조향 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 트랜스 미션 구동 방식 대신에 전자식 구동 방식을 사용하게 되므로 연비에 효과적이며, 제조 비용도 감소된다.

Description

비상 조향 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling emergency steering in commercial vehicle}
본 발명은 비상 조향 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 트랜스 미션 구동 방식에서 전자식으로 비상 조향을 수행하는 것을 가능하게 하는 비상 조향 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 조향(Power steering) 장치는 엔진의 동력에 의하여 유압을 생성하는 오일펌프와 조향핸들에 구비된 조향 밸브 유니트와 바퀴를 조향하는 조향 실린더로 구성되어 조향핸들을 적은 힘으로도 유연하게 조향할 수 있게 하고 있다.
그러나, 조향 장치는 주행중 엔진의 작동이 정지되거나 오일펌프에 고장이 발생하여 조향 실린더에 압유를 공급하지 못할 경우 조향핸들의 기능이 마비된다.
이 경우 운전자의 체력에 의해서만 핸들을 조작하여야 하므로 조작이 용이하지 않아 사고로 이어질 위험이 있으므로, 조향 장치를 구비한 차량은 비상시 조향을 위하여 엔진에 의하여 작동되는 메인 오일펌프와는 별도로 전기 모터나 변속기에 의하여 작동하는 보조오일 펌프를 구비한다.
따라서, 엔진이 작동중지된다거나 메인 오일펌프에 고장이 발생하는 등의 비상시에는 보조오일펌프를 신속하게 작동시켜 조향 실린더에 압유를 공급함으로써 조향불능에 따른 사고를 방지하게 하고 있다.
또한, 상용 자동차의 주행시 동력 조향 장치의 페일시 최대 조타력을 법규로 제한하고 있다. 이를 위해 전 2축 상용 자동차 등에는 주행중 매뉴얼 조타만으로 조향을 할 수 없는 경우를 대비하여 주행 중 동력 조향 장치의 페일시 조타력을 보조해 주는 장치가 구비되어 있는 바, 이를 비상 동력 조향 장치라고 통칭하고 있다.
일반적인 비상 동력 조향 장치는 크게 통상적인 상황에서 엔진에 의해 작동이 이루어지는 메인 유압회로와, 이 메인 유압 회로의 페일과 같은 비상시 변속기에 의해 작동이 이루어지는 보조 유압 회로로 구분된다.
이러한 상용 자동차에 주로 적용되고 있는 비상 동력 조향 장치의 일례가 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 비상 펌프(110), 보조 탱크(120), 비상 고압 호스(130), 보조 리턴 튜브(140) 및 보고 고압 튜브(150) 등이 구성된다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 비상 펌프(110)가 트랜스 미션에 장착된다.
따라서, 도 1의 경우 작동원리는 조향 펌프가 페일(fail)이 되면, 트랜스 미션의 구동 모터로 조향 작동이 이루어져 조향 effort가 가벼워진다. 부연하면, 보조 펌프 구동 방식이 트랜스 미션 구동 방식이 된다.
그러나, 이 경우 평상시에도 계속적으로 비상 펌프가 구동되어야 하므로 연비에 불리하다.
또한, 비상 펌프와 함께 보조 탱크를 복수로 구성해야 하므로 제조비용도 증가한다는 문제점이 있었다.
1. 한국공개특허 제10-2003-0087701호 2. 한국공개특허 제10-2008-0103180호 3. 한국공개특허 제10-2003-0058382호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 트랜스 미션 구동 방식을 대신하여 전자식 구동 방식이 가능한 비상 조향 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 트랜스 미션 구동 방식을 대신하여 전자식 구동 방식이 가능한 비상 조향 제어 장치트랜스 미션 구동 방식을 대신하여 전자식 구동 방식이 가능한 비상 조향 제어 장치를 제공한다.
상기 비상 조향 제어 장치는,
메인 펌프;
상기 메인 펌프로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 1 회로부;
상기 메인 펌프의 고장시 구동되는 전자식 펌프;
상기 전자식 펌프로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 2 회로부;
상기 메인 펌프가 고장난 경우 상기 메인 펌프로부터 전자식 펌프로 유압의 흐름을 전환하는 전환 밸브; 및
상기 전환밸브로부터 상기 제 1 회로부의 고장 신호를 수신받으면 상기 전자식 펌프를 구동시키는 ECU(Electronic Control Unit);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 전환 밸브에 의해 유압이 유입되는 오일 저장소를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전환 밸브와 오일 저장소 사이에 놓여 상기 유압을 측정하는 유압 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전자식 펌프의 구동은 차속 정보 및 상기 전환 밸브로부터의 고장 정보를 이용하여 차량이 주행중인 때만 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전환 밸브는 기어와 일체화된 밸브 일체형인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전자식 펌프는 ESS MPU(Electric Speed switch Motor Pump Unit)이며, 차량이 정상 주행이면 슬리프 모드인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 슬리프 모드는 저 RPM(Revolutions per minute), 저압, 주행중 작동인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로 본 발명의 다른 일실시예는, 메인 펌프가 동작하는 단계; 전환 밸브로부터 메인 펌프가 고장이 있는지를 확인하는 고장 확인 단계; 확인 결과, 메인 펌프로부터 고장이 있으면 상기 메인 펌프로부터 전자식 펌프로 유압의 흐름을 전환하는 유압 흐름 전환단계; 상기 전자식 펌프를 구동하는 전자식 펌프 구동 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 전환 밸브에 의해 유압이 오일 저장소로 유압이 유입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 트랜스 미션 구동 방식 대신에 전자식 구동 방식을 사용하게 되므로 연비에 효과적이며, 제조 비용도 감소된다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 ESS MPU(Electric Speed switch Motor Pump Unit)를 사용하므로 차량 주행시 저 rmp(Revolutions per minute)으로 항시 작동될 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 ESS MPU를 사용하므로 유량 센서를 통해 고장 여부를 항시 점검할 수 있으며, 비상시 시간 지연없이 조향력 보조가 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 비상 동력 조향 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비상 조향 제어 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 ESS MPU를 적용한 경우 구동 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비상 조향 제어 장치의 구현예를 보여주
는 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 비상 조향 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비상 조향 제어 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 비상 조향 제어 장치(200)는, 조향 장치가 정상적으로 동작할 때 구동되는 메인 펌프(220), 상기 메인 펌프(220)로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 1 회로부(230), 상기 메인 펌프(220)의 고장시 비상 조향 시스템이 작동하는 경우 구동되는 전자식 펌프(210), 상기 전자식 펌프(210)로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 2 회로부(240), 상기 메인 펌프(220)가 고장난 경우 상기 메인 펌프(220)로부터 전자식 펌프(210)로 유압의 흐름을 전환하는 전환 밸브(250), 및 상기 전환밸브(250)로부터 상기 제 1 회로부(230)의 고장 신호를 수신받으면 상기 전자식 펌프를 구동시키는 ECU(Electronic Control Unit)(280) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 비상 조향 제어 장치(200)에는 이때, 상기 전환 밸브(250)에 의해 유압이 유입되는 오일 저장소(270), 파워 실린더(290), 및 유압 센서(260) 등이 더 포함된다.
유압 센서(260)는 상기 전환 밸브(250)와 오일 저장소(270) 사이에 놓여 상기 유압을 측정하는 기능을 수행한다.
메인 펌프(220)는 엔진 구동을 위한 베인 펌프(VANE PUMP) 등이 될 수 있다.
전환 밸브(250)는 기어와 전환 밸브가 일체화된 밸브 일체형으로서, Steering Gear(기어 박스) 등이 된다.
또한, 전자식 펌프(210)는 ESS MPU(Electric Speed switch Motor Pump Unit) 등이 된다.
따라서, 조향 시스템이 정상적으로 동작하면, 메인 펌프(220)가 작동을 하고, 전환 밸브(250)는 제 1 회로부(230)와 연결된다.
이와 달리, 메인 펌프(220)가 고장이 나게 되면, 즉 차량 주행 중에 메인 펌프(220)가 고장이 나게 되면, 전환 밸브(250)는 제 2 회로부(240)와 연결된다.
전자식 펌프(210)의 동작은 정상 주행시 슬리프 모드(저 RPM, 저압, 주행 중 항시 작동)이고, 주행중 엔진 구동 펄프 고장시 오퍼레이팅(Operating) 모드(고 RPM, 고압, 비상시만 작동)가 된다.
부연하면, 정상작동일 경우와 조향 펌프인 메인 펌프(220)가 고장(Failure)나서 비상 조향(Emergency Steering) 시스템이 작동하는 경우이다.
　　　　　 정상 작동시는 엔진에 장착되어 있는 펌프가 유압을 형성하여 전환 밸브(250)로 보내어 주어 압력을 형성하여 조향을 할 수 있는 Normal한 조건에서의 작동조건이다.
이와 달리, 펌프에 고장(Failure)이 생겼을 때 조향 조종력 법규(45kg의 이내로 24m 원을 6초 이내로 들어와야 한다)를 만족시키기 위해 별도의 모터구동 스티어링 펌프인 전자식 펌프(210)를 장착하여　법규를 만족시키기 위한 장치 구성이다.
ECU(280)에서는 항상 차속정보, 조향, 및/또는 오일 압력 등을 모니터링하고 있으며 메인 펌프(220)에　고장(Failure)이 발생했다는 정보를 ECU(280)가 획득하게 되면 ECU(280)가 전자식 펌프(210)를 구동하게끔 하는 방식입니다.
전자식 펌프(210)의 구동은 차속정보 및/또는 전환 밸브의 정보로부터 제 1 회로부(230)가 고장상태이고, 차량이 주행 중이면 전자식 펌프(210)에 정보를 전달하여, RPM을 상승시켜 유압을 형성하는 원리이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 ESS MPU를 적용한 경우 구동 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 메인 펌프가 동작하고, ECU(280)가 ECU 정보를 생성한다(단계 S300,S310,S311 내지 S314).
이와 함께, DTC(Diagnostic Trouble Code)에 따라 전자식 펌프(210)의 모터 구동 및 펌프 토출에 따른 유압이 생성된다(단계 S301, S370).
부연하면, 전환 밸브로부터 메인 펌프가 고장이 있는지를 확인하고, 확인 결과, 메인 펌프로부터 고장이 있으면 상기 메인 펌프로부터 전자식 펌프로 유압의 흐름을 전환하고, 전자식 펌프를 구동한다.
모터 온도, 전류&전압, 차량 속도, 전환밸브 신호 및/또는 유압 센싱 신호 등에 따라 모드 진입이 이루어지고, 이 모드 진입에 따라 슬리프 모드, 락 종료 모드, 동작 모드 등이 선택된다(단계 S320, S330, S340 및 S350).
이중 슬리프 모드의 경우는 모드 해제 조건에 따라 슬리프 모드가 동작 모드가 되거나 다시 슬리프 모드를 유지하게 된다(단계 S360).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비상 조향 제어 장치의 구현예를 보여주는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 프레임에 전자식 구동 방식인 전자식 펌프(210)가 구성된다. 또한, 체크 밸브(410)가 구성된다.
200: 비상 조향 제어 장치
210: 전자식 펌프
220: 메인 펌프
230: 제 1 회로부 240: 제 2 회로부
250: 전환 밸브
260: 유압 센서
270: 오일 저장소
280: ECU(Electronic Control Unit) 290: 파워 실린더
410: 체크 밸브 430: 비상 고압 호스
450: 보조 고압 튜브

Claims (12)

  1. 메인 펌프;
    상기 메인 펌프로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 1 회로부;
    상기 메인 펌프의 고장시 구동되는 전자식 펌프;
    상기 전자식 펌프로부터의 유압을 오픈 또는 클로즈하는 제 2 회로부;
    상기 메인 펌프가 고장난 경우 상기 메인 펌프로부터 전자식 펌프로 유압의 흐름을 전환하는 전환 밸브; 및
    상기 전환밸브로부터 상기 제 1 회로부의 고장 신호를 수신받으면 상기 전자식 펌프를 구동시키는 ECU(Electronic Control Unit);를 포함하되,
    상기 전자식 펌프의 구동은 차속 정보 및 상기 전환 밸브로부터의 고장 정보를 이용하여 차량이 주행중인 때만 이루어지며,
    상기 전자식 펌프는 ESS MPU(Electric Speed switch Motor Pump Unit)이며, 차량이 정상 주행이면 슬리프 모드로서, 저 RPM(Revolutions per minute), 저압, 주행중 작동하고,
    상기 차량이 주행중 엔진 구동 펌프 고장이면 오퍼레이팅 모드로서, 고 RPM, 고압, 비상시 작동하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전환 밸브에 의해 유압이 유입되는 오일 저장소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전환 밸브와 오일 저장소 사이에 놓여 상기 유압을 측정하는 유압 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전환 밸브는 기어와 일체화되어 밸브 일체형인 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 메인 펌프가 동작하는 단계;
    전환 밸브로부터 메인 펌프가 고장이 있는지를 확인하는 고장 확인 단계;
    확인 결과, 메인 펌프로부터 고장이 있으면 상기 메인 펌프로부터 전자식 펌프로 유압의 흐름을 전환하는 유압 흐름 전환단계;
    상기 전자식 펌프를 구동하는 전자식 펌프 구동 단계;를 포함하되,
    상기 전자식 펌프의 구동은 차속 정보 및 상기 전환 밸브로부터의 고장 정보를 이용하여 차량이 주행중인 때만 이루어지며,
    상기 전자식 펌프는 ESS MPU(Electric Speed switch Motor Pump Unit)이며, 차량이 정상 주행이면 슬리프 모드로서, 저 RPM(Revolutions per minute), 저압, 주행중 작동하고,
    상기 차량이 주행중 엔진 구동 펌프 고장이면 오퍼레이팅 모드로서, 고 RPM, 고압, 비상시 작동하는 특징으로 하는 비상 조향 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전환 밸브에 의해 유압이 오일 저장소로 유입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전환 밸브와 오일 저장소 사이에 놓여 상기 유압을 측정하는 유압 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 전환 밸브는 기어와 일체화되어 밸브 일체형인 것을 특징으로 하는 비상 조향 제어 방법.

  12. 삭제
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