KR101683568B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치 및 그 방법 Download PDF

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김용규
배상진
서형덕
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 태양에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치는, 조향각의 변화에 따른 토크값의 변화를 측정하는 측정부, 상기 조향각의 변화에 따른 상기 토크값을 나타내는 그래프상의 복수의 계단형 패턴을 검출하는 검출부, 검출된 복수의 상기 계단형 패턴 각각의 계단 너비 및 계단 높이를 이용하여 복수의 상기 계단형 패턴에 대응되는 복수의 연결부의 이상 여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치 및 그 방법{Apparatus and method for examining Motor Driven Power Steering System}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템(Motor Driven Power Steering; MDPS)의 진단 장치 및 진단 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 스티어링 휠의 조향각 및 스티어링 휠의 조향각 변화에 따라 발생하는 토크값을 분석하여, 전동식 파워 스티어링 시스템을 구성하는 각각의 연결부의 결함 또는 이상 여부를 조기에 진단할 수 있도록 하는 진단 장치 및 진단 방법에 관한 것이다.
차량의 파워 스티어링 시스템(동력조향장치)는 운전자의 스티어링휠에 대한 조작이 더욱 편리하도록 하는 장치이다.
그 중, 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 유압을 대신하여 모터의 힘을 이용하는 장치로서, 종래의 유압식 파워 스티어링 시스템과 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없으므로 승용 차량에 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
전동식 파워 스티어링 시스템(100)에는 스티어링휠(101)과 기어박스(103)를 구비한 조향컬럼(102)에 웜축(Worm-Shaft)과 웜휠(Worm-Wheel)로 이루어진 감속기를 갖춘 모터유닛(105)이 장착되고, 조향컬럼(102)을 틸트(Tilt)나 텔레(Telescopic) 이동시키기 위한 틸트-텔레유닛(106)이 장착된다. 또한, 전동식 파워 스티어링 시스템(100)에는 모터유닛(105)을 제어하는 전자제어유닛(104)과 함께 스티어링휠(101)의 조향에 따른 조타정도를 토크값으로 검출하여 전자제어유닛(104)에 제공하는 토크센서(107)가 장착된다. 따라서, 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 모터유닛(105)이 조향 입력을 토크센서(107)로 감지한 전자제어유닛(104)의 제어로 구동되면, 모터유닛(105)에 의하여 생성된 동력이 감속기를 통해 출력토크로 전환됨으로써 운전자의 조향력을 보조하는 방식으로 동작한다.
한편, 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 상술한 구성 요소들을 서로 연결하여 조향력을 전달하는 제1 내지 제6 연결부(201~206)를 포함한다. 제1 내지 제6 연결부(201~206)의 예로는 유니버설 조인트 등으로 구성되는 조인트 유닛(201, 202, 203), 랙 피니언 기구부(204), 타이로드(205_1, 205_2), 너클 암(206_1, 206_2) 등을 들 수 있다.
제1 내지 제6 연결부(201~206)는 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)를 고정하는 볼트, 너트 및 관련 부속품들의 고정 상태 또는 유격 정도에 따라 공차를 갖는다. 다만, 이러한 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)의 마찰력 또는 공차가 허용 범위 이상으로 커져 발생하는 불량은, 그 불량으로 인하여 전동식 파워 스티어링 시스템(100)에 치명적인 결함이 실제로 나타나기 전까지는 사전에 예측하거나 진단할 수 없었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 조향각 및 조향각의 변화에 따른 토크값을 분석하여 전동식 파워 스티어링 시스템의 이상 여부를 사전에 진단하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치는, 조향각의 변화에 따른 토크값의 변화를 측정하는 측정부, 상기 조향각의 변화에 따른 상기 토크값을 나타내는 그래프상의 복수의 계단형 패턴을 검출하는 검출부, 검출된 복수의 상기 계단형 패턴 각각의 계단 너비 및 계단 높이를 이용하여 복수의 상기 계단형 패턴에 대응되는 복수의 연결부의 이상 여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상기 측정부는, 상기 조향각이 기 설정된 기준 조향각 이하일 경우 상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우보다 상기 토크값의 변화를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 검출부는, 상기 조향각이 상기 기준 조향각 이하일 경우 상기 계단형 패턴을 검출할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 판단부는, 각각의 상기 계단형 패턴의 상기 계단 너비가 기 설정된 최대 허용 계단 너비보다 크거나, 상기 계단 높이가 기 설정된 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 상기 연결부에 이상이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 작은 경우 제1 이상 상태로 판단하고, 상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 작고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 제2 이상 상태로 판단하고, 상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 제3 이상 상태로 판단하고, 상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 작고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 작은 경우 정상 상태로 판단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법은, 조향각의 변화에 따른 토크값의 변화을 측정하는 단계, 상기 조향각의 변화에 따른 상기 토크값을 나타내는 그래프상의 복수의 계단형 패턴을 검출하는 단계, 검출된 복수의 상기 계단형 패턴 각각의 계단 너비 및 계단 높이를 이용하여 각각의 상기 계단형 패턴에 대응되는 복수의 연결부의 이상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 토크값의 변화를 측정하는 단계 이후에, 상기 조향각이 기 설정된 기준 조향각 이하인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우, 다시 상기 토크값의 변화를 측정하는 단계로 되돌아갈 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 조향각이 상기 기준 조향각 이하인 경우, 상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우보다 상기 토크값의 변화를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 다르면, 전동식 파워 스티어링 시스템에 실질적인 결함이 발생하기 이전에 전동식 파워 스티어링 시스템의 이상 여부를 진단할 수 있다.
또한, 조향각 및 토크값의 분석만으로 전동식 파워 스티어링 시스템의 각 연결부 중 어느 연결부에 이상이 발생하였는지 여부를 판별해낼 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치의 각 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 조향각 및 조향각에 따른 토크값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 및 토크값 측정 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 및 토크값 측정 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단형 패턴 검출 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 제1 내지 제6 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각각의 제1 내지 제6 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치(10)는 측정부(11), 검출부(12), 판단부(13)를 포함한다.
측정부(11)는 스티어링 휠(101)의 조향각 및 전동식 파워 스티어링 시스템(100)에 의하여 발생한 토크값을 측정한다. 측정부(11)는 스티어링 휠(101)과 연결되어 스티어링 휠(101)로부터 조향각에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 또한, 측정부(11)는 전동식 파워 스티어링 시스템(100)에 의하여 발생한 토크값을 측정하는 토크 센서(107)와 연결되어, 토크 센서(107)로부터 토크값에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
사용자는 스티어링 휠(101)을 조작함으로써 전동식 파워 스티어링 시스템(100)이 토크를 발생시키도록 하며, 스티어링 휠(101)의 조향각에 대응하여 변화하는 토크값이 측정된다.
이 때, 조향각이 0도인 초기 상태에서 스티어링 휠(101)을 조작하여 조향각을 증가시킴에 따라 발생되는 토크값은 대체로 조향각의 변화량에 비례하여 발생된다. 여기서, 조향각이라 함은 스티어링 휠(101)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킴에 따른 초기 상태와 발생하는 사이각을 의미하며, 초기 상태는 전동식 파워 스티어링 시스템(100)이 장착되는 차량이 회전하지 않고 일직선으로 직진할 경우의 스티어링 휠(101)의 상태를 의미한다. 또한, 스티어링 휠(101)을 시계 방향으로 회전하는 경우와 반시계 방향으로 회전하는 경우 서로 유사한 특성이 나타나는 바, 본 명세서에서는 이를 특별히 구분하지 않기로 한다.
다만, 조향각이 0도인 초기 상태 근처에서는, 조향각이 증가하더라도 토크값은 변화하지 않다가 일정한 조향각에 이르러 급격한 토크값의 변화가 관찰되는 구간이 다수 나타날 수 있다. 이는 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 각 연결부(201~206)에 마찰력 및 공차가 존재함에 의하여 발생할 수 있으며, 이러한 구간을 분석할 경우 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 각 연결부(201~206)의 이상 여부를 진단할 수 있다. 이에 대한 더욱 구체적인 설명을 위하여 도 3이 참조된다.
도 3은 조향각 및 조향각에 따른 토크값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 그래프의 x축은 조향각의 변화를 나타내며, 그래프의 y축은 토크값의 변화를 나타낸다.
구체적으로, 조향각이 0도인 초기 상태에서 조향각이 증가함에 따라 그래프는 여러 개의 계단형 패턴(331~336)을 나타낸 이후 선형으로 증가한다. 각각의 계단형 패턴 (331~336)은 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 각 연결부(201~206)의 마찰력 및 공차를 반영할 수 있다. 조향각이 계속 증가하여 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 각 연결부(201~206)의 마찰력 및 공차를 전부 극복하고 바퀴를 회전시키는 실질적인 토크가 발생하는 경우, 토크값이 선형으로 증가하는 선형 패턴(337)이 관찰된다.
도 3에 도시된 그래프는, 도 1의 전동식 파워 스티어링 시스템(100)에서 측정된 조향각 및 토크값을 도시한다. 따라서, 도 1의 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 제1 내지 제6 연결부(201~206)를 포함하므로, 계단형 패턴(331~336)은 최대 6개가 나타날 수 있다. 여기서, 제1 계단형 패턴(331)은 제1 연결부(201)의 특성을 반영하고 있으며, 제2 계단형 패턴(332)은 제2 연결부(202)의 특성을 반영하고, 제3 계단형 패턴(333)은 제3 연결부(203)의 특성을 반영하며, 제4 계단형 패턴(334)은 제4 연결부(204)의 특성을 반영하고, 제5 계단형 패턴(335)은 제5 연결부(205)의 특성을 반영하며, 제6 계단형 패턴(336)은 제6 연결부(206)의 특성을 반영한다. 다만, 도 1에 도시된 전동식 파워 스티어링 시스템(100)은 더 많은 수의 연결부를 포함할 수도 있고, 일부 연결부가 생략될 수도 있는 만큼, 도 3에 도시된 계단형 패턴의 개수는 이에 제한되지 않음은 물론이다.
한편, 각각의 제1 내지 제6 계단형 패턴(331~336)은 각각 계단 너비(341) 및 계단 높이(342)를 갖는다. 계단 너비(341)는 각각의 제1 내지 제6 계단형 패턴(331~336)의 x축 변화량에 해당하며, 계단 높이(342)는 각각의 제1 내지 제6 계단형 패턴(331~336)의 y축 변화량에 해당한다.
이 경우, 각각의 제1 내지 제6 계단형 패턴(331~336)은 각각의 제1 내지 제6 계단형 패턴(331~336)별로 독립적으로 설정된 최대 허용 계단 너비 및 계단 허용 계단 높이와 비교하여, 대응되는 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
예시적으로, 제1 계단형 패턴(331)의 계단 너비(341)가 제1 계단형 패턴(331)의 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 경우, 이는 제1 연결부(201)를 구성하는 구성 요소의 유격이 비정상적으로 크다고 볼 수 있다. 이 경우, 제1 연결부(201)를 구성하는 볼트가 풀어지거나 마모도가 심한 것으로 판단될 수 있으며, 제1 연결부(201)에 이상이 있는 것으로 판단될 수 있다.
또한, 제1 계단형 패턴(331)의 계단 높이(342)가 제1 계단형 패턴(331)의 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우, 이는 제1 연결부(201)를 구성하는 구성 요소의 마찰력이 비정상적으로 크다고 볼 수 있다. 이 경우, 제1 연결부(201)를 구성하는 구성 요소 사이에 이물질이 첨가되었거나, 구성 요소들간 연결 부위에 간섭이 있는 것으로 판단될 수 있으며, 제1 연결부(201)에 이상이 있는 것으로 판단될 수 있다.
상술한 제1 계단형 패턴(331)의 분석과 동일하게 제2 내지 제6 계단형 패턴(332~336)에 대하여도 분석할 수 있으며, 제2 내지 제6 연결부(202~206)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
한편, 상기 최대 허용 계단 너비 및 최대 허용 계단 높이는 제품 출고 시에 미리 설정될 수 있으며, 제품 출고 이후에도 업데이트 등을 통하여 설정값이 변경될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 각각의 계단형 패턴(331~336)의 설정 기준에 대하여 설명하기로 한다.
각각의 계단형 패턴(331~336)은 서로 인접하는 하나의 마찰력 비극복 구간(321~326) 및 하나의 마찰력 극복 구간(311~316)을 포함한다. 즉, 제1 계단형 패턴(331)은 제1 마찰력 비극복 구간(321) 및 제1 마찰력 극복 구간(311)을 포함하고, 제2 계단형 패턴(332)은 제2 마찰력 비극복 구간(322) 및 제2 마찰력 극복 구간(312)을 포함하며, 제3 계단형 패턴(333)은 제3 마찰력 비극복 구간(323) 및 제3 마찰력 극복 구간(313)을 포함하고, 제4 계단형 패턴(334)은 제4 마찰력 비극복 구간(324) 및 제2 마찰력 극복 구간(314)을 포함하며, 제5 계단형 패턴(335)은 제5 마찰력 비극복 구간(325) 및 제1 마찰력 극복 구간(315)을 포함하고, 제6 계단형 패턴(336)은 제6 마찰력 비극복 구간(326) 및 제2 마찰력 극복 구간(316)을 포함한다.
각각의 제1 내지 제6 마찰력 비극복 구간(321~326)은, 조향각이 증가함에도 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소들의 마찰력에 따라 토크값이 변화하지 않는 구간에 해당한다. 각각의 제1 내지 제6 마찰력 비극복 구간(311~316)은, 조향각의 증가량이 상대적으로 작다 하더라도, 앞서 배치되는 각각의 제1 내지 제6 마찰력 비극복 구간(321~326)동안 누적된 조향각 증가량에 의한 영향이 합산되어 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소들의 마찰력을 극복하여 토크값이 급격히 증가하는 구간에 해당한다.
이 때, 각각의 제1 내지 제6 마찰력 극복 구간(311~316)은 조향각이 기 설정된 단위 조향각 변화량만큼 증가함에 따라 토크값이 기 설정된 단위 토크값 변화량보다 더 증가하는 구간으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 단위 조향각 변화량 및 단위 토크값 변화량은, 제1 내지 제6 연결부(201~206)가 서로 다른 모양 및 구조를 가짐을 반영하여, 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206)별로 독립적으로 설정될 수 있다.
또한, 제1 마찰력 비극복 구간(321)은 조향각이 0도인 초기 상태로부터 조향각이 증가함에 따라 최초로 인접하는 제1 마찰력 극복 구간(311)까지의 구간으로 정의될 수 있다.
또한, 각각의 제2 내지 제6 마찰력 비극복 구간(322~326)은 각각의 제1 내지 제6 마찰력 극복 구간(311~316) 사이 구간으로 정의될 수 있다.
즉, 제1 마찰력 극복 구간(311)이 종료되는 점으로부터 제2 마찰력 극복 구간(312)이 시작되는 점까지의 구간은 제2 마찰력 비극복 구간(322)에 해당하며, 제2 마찰력 극복 구간(312)이 종료되는 점으로부터 제3 마찰력 극복 구간(313)이 시작되는 점까지의 구간은 제3 마찰력 비극복 구간(313)에 해당하고, 제3 마찰력 극복 구간(313)이 종료되는 점으로부터 제4 마찰력 극복 구간(314)이 시작되는 점까지의 구간은 제4 마찰력 비극복 구간(324)에 해당하며, 제4 마찰력 극복 구간(314)이 종료되는 점으로부터 제5 마찰력 극복 구간(315)이 시작되는 점까지의 구간은 제5 마찰력 비극복 구간(325)에 해당하고, 제5 마찰력 극복 구간(315)이 종료되는 점으로부터 제6 마찰력 극복 구간(316)이 시작되는 점까지의 구간은 제6 마찰력 비극복 구간(326)에 해당한다.
한편, 상기 단위 조향각 변화량 및 단위 토크값 변화량은 제품 출고 시에 미리 설정될 수 있으며, 제품 출고 이후에도 업데이트 등을 통하여 설정값이 변경될 수 있음은 물론이다.
다시 도 2를 참조하여, 나머지 구성인 검출부(12) 및 판단부(13)에 대하여 설명하기로 한다.
검출부(12)는 측정부(11)로부터 제공받은 조향각 및 토크값에 대한 정보를 이용하여 조향각 및 조향각의 변화에 따른 토크값 변화를 그래프로 구성하며, 구성된 그래프상의 계단형 패턴(331~336)을 검출한다.
검출부(12)는 제1 저장부(16)와 연결될 수 있으며, 제1 저장부(16)는 계단형 패턴(331~336)을 검출하는 데 필요한 상기 단위 조향각 변화량 및 단위 토크값 변화량에 대한 정보를 저장하며, 이를 검출부(12)로 제공할 수 있다.
계단형 패턴(331~336)의 판단 기준에 대하여는 도 3을 참조하여 전술한 바와 동일한 바, 이는 생략하기로 한다.
판단부(13)는 검출부(12)로부터 제공받은 계단형 패턴(331~336)에 대한 정보를 이용하여 각각의 연결부(201~206)의 이상 여부를 판단한다.
판단부(13)는 제2 저장부(17)와 연결될 수 있고, 제2 저장부(17)는 각각의 연결부(201~206)의 이상 여부를 판단하는 데 필요한 상기 최대 허용 계단 너비 및 최대 허용 계단 높이에 대한 정보를 저장하며, 이를 판단부(13)로 제공할 수 있다.
연결부(201~206)의 이상 여부의 판단 기준에 대하여는 도 3을 참조하여 전술한 바와 동일한 바, 이는 생략하기로 한다.
한편, 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치(10)는 출력부(20)와 연결될 수 있다. 출력부(20)는 전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치(10)에 포함되는 판단부(13)와 연결될 수 있으며, 판단부(13)로부터 각각의 연결부(201~206)의 이상 여부에 대한 정보를 제공받아, 사용자가 각각의 연결부(201~206)의 이상 여부에 대하여 인지하도록 할 수 있다. 예시적으로, 제1 연결부(201)에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 제1 연결부(201)의 정비를 위한 경고를 표시할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치(10)는 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 전자제어유닛(104)에 내장될 수 있으며, 이에 제한되지 아니하고 차량의 통합 제어를 담당하는 통합 전자제어유닛에 내장될 수도 있음은 물론이다. 또한, 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 스티어링 휠(101)과 토크 센서(107)와 별도로 연결되어, 외장형으로 차량에 별도로 장착될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 방법은, 먼저 조향각 및 토크값을 측정한다(S100). 조향각 및 토크값에 대한 정보는 측정부(11)와 연결된 스티어링 휠(101) 및 토크 센서(107)로부터 제공받을 수 있음은 전술한 바와 같다.
다음으로, 계단형 패턴(331~336)을 검출한다(S200). 계단형 패턴(331~336)의 검출은 검출부(12)에서 수행될 수 있으며, 검출부(12)는 측정부(11)로부터 조향각 및 토크값에 대한 정보를 제공받아 이를 수행한다. 계단형 패턴(331~336)에 대한 구체적인 설명은 도 3에 대한 설명에서 설명한 바 있으므로, 이는 생략하기로 한다.
다음으로, 연결부(201~206)의 이상여부를 판단한다(S300). 연결부(201~206)의 이상여부 판단은 판단부(13)에서 수행될 수 있으며, 판단부(13)는 검출부(12)로부터 계단형 패턴(331~336)에 대한 정보를 제공받아 이를 수행한다.
위와 같은 과정을 거쳐, 각각의 연결부(201~206)별 이상 여부를 체크할 수 있으며, 연결부(201~206)에 이상이 발생하였을 경우, 어느 연결부(201~206)에 이상이 발생하였는지 정확히 알아낼 수 있다.
이하에서는, 각각의 단계에 대한 더욱 구체적인 판단 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 및 토크값 측정 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 조향각이 기 설정된 상기 기준 조향각보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S101).
만약, 조향각이 상기 기준 조향각보다 크지 않다면, 제1 측정 모드로 진입하여 토크값을 측정하며(S102), 조향각이 상기 기준 조향각보다 크다면 제2 측정 모드로 진입하여 토크값을 측정한다(S103).
제1 측정 모드로 진입(S102)하여 토크값을 측정하는 경우에는, 제2 측정 모드로 진입(S103)하여 토크값을 측정하는 경우보다 더욱 정밀하게 토크값을 측정할 수 있다.
이는 제1 측정 모드로 진입(S102)하여 토크값을 측정하는 경우 조향각이 상대적으로 작은 범위에 해당하여 계단형 패턴(331~336)이 나타날 수 있으며, 따라서 매우 정밀한 토크값의 측정이 요구되는 반면, 제2 측정 모드로 진입(S103)하여 토크값을 측정하는 경우 조향각이 상대적으로 큰 범위에 해당하여 계단형 패턴(331~336)이 나타나기보다는 선형 패턴(337)만 나타날 수 있기 때문이다. 선형 패턴(337)만 나타날 경우에는, 각각의 연결부(201~206)의 마찰력 및 유격 공차로 인한 영향이 모두 반영된 이후의 상태에 대한 측정 결과이기 때문에, 계단형 패턴(331~336)이 나타나는 경우처럼 토크값이 정밀하게 측정될 필요가 없다. 따라서, 관련 부품들의 원가를 절감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 및 토크값 측정 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 조향각이 기 설정된 기준 조향각보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단(S111)한다.
만약, 조향각이 상기 기준 조향각보다 크지 않다면, 계단형 패턴(331~336)을 검출하는 단계(S200)로 진입하며, 조향각이 상기 기준 조향각보다 크다면, 계단형 패턴(331~336)이 검출되지 않을 가능성이 높으므로 다시 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단하는 단계(S111)로 진입하여 이를 반복한다.
이러한 구성에 의하여, 계단형 패턴(331~336)이 나타날 가능성이 있는 조향각 범위에서만 전동식 파워 스티어링 시스템의 진단 장치(10)가 동작하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단형 패턴 검출 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계단형 패턴(331~336) 검출 방법(S200)은, 먼저 마찰력 극복 구간(311~316)을 설정한다(S201).
마찰력 극복 구간(311~316)에 대한 정의 및 관련 설명은 도 3에 대한 설명에서 전술한 바와 동일한 바 이는 생략하기로 한다. 마찰력 극복 구간(311~316)의 설정은 측정부(11)로부터 제공받은 조향각 및 토크값에 대한 정보에 기초하여 수행되며, 마찰력 극복 구간(311~316) 설정의 기준이 되는 상기 단위 조향각 변화량 및 단위 토크값 변화량에 대한 정보는 제1 저장부(16)로부터 제공받을 수 있다.
다음으로, 마찰력 비극복 구간(321~326)을 설정한다(S202). 마찰력 비극복 구간(321~326)에 대한 정의 및 관련 설명은 도 3에 대한 설명에서 전술한 바와 동일한 바 이는 생략하기로 한다.
다음으로, 계단형 패턴(331~336)을 설정한다(S203). 계단형 패턴(331~336)은 서로 인접하는 하나의 마찰력 비극복 구간(321~326)과 하나의 마찰력 극복 구간(311~316)을 포함하여 설정된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 연결부(201~206) 이상여부 판단 방법(S300)은, 먼저 제1 연결부(201)의 이상 여부를 판단하고(S321), 다음으로, 제2 연결부(202)의 이상 여부를 판단한다(S322). 이러한 과정을 연결부의 개수만큼 반복한 후, 마지막으로 제n 연결부의 이상 여부를 판단한다(S323). 여기서 n은 임의의 자연수이며, 연결부의 개수에 대응된다. 예시적으로, 도 1에 도시된 전동식 파워 스티어링 시스템(100)의 경우, 제6 연결부(206)의 이상 여부를 판단하는 과정을 마지막으로 종료될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 제1 내지 제6 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
도 9에 도시된 순서도는 개별적인 하나의 연결부(201~206)에 대한 이상 여부 판단 방법을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 제1 내지 제6 연결부(201~206) 이상 여부 판단 방법은, 먼저 계단 너비(341)가 기 설정된 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S301).
계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크다면, 해당 연결부(201~206)는 이상이 존재하는 것으로 판단한다(S304).
계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크지 않다면, 다음으로 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S302).
계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크다면, 해당 연결부(201~206)는 이상이 존재하는 것으로 판단한다(S304).
계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크지 않다면, 해당 연결부(201~206)는 이상이 존재하지 않으며, 정상인 것으로 판단한다(S303).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각각의 제1 내지 제6 연결부 이상여부 판단 방법의 순서도이다.
도 10에 도시된 순서도는 도 9와 마찬가지로 개별적인 하나의 연결부(201~206)에 대한 이상 여부 판단 방법을 나타낸다. 다만, 본 실시예는 도 9에 도시된 실시예와는 달리 이상의 종류를 세분화하여 판단할 수 있다는 점에서 이점을 갖는다.
도 10을 참조하면, 먼저 계단 너비(341)가 기 설정된 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S311).
계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크다면, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S313).
이 때, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크다면, 해당 연결부(201~206)는 제3 이상 상태인 것으로 판단한다(S317).
반면, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크지 않다면, 해당 연결부(201~206)는 제2 이상 상태인 것으로 판단한다(S316).
한편, 계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 갖는지 여부에 대한 판단(S311)에서, 계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크지 않다면, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단한다(S312).
이 때, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크다면, 해당 연결부(201~206)는 제1 이상 상태인 것으로 판단한다(S315).
반면, 계단 높이(342)가 상기 최대 허용 계단 높이보다 크지 않다면, 해당 연결부(201~206)는 정상인 것으로 판단한다(S314).
여기서, 제1 이상 상태는 계단 너비(341)는 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 갖지 않아 정상인 범위에 속하나, 계단 높이(342)는 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 가져 비정상인 범위에 속하므로, 해당 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소의 마찰력이 비정상적으로 큰 상태로 볼 수 있으며, 이를 제1 이상 상태로 판단할 수 있다. 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소의 마찰력이 비정상적으로 큰 상태에 대하여는 도 3에 대한 설명에서 전술한 바와 같으므로, 이는 생략하기로 한다.
제2 이상 상태는 계단 높이(342)는 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 갖지 않아 정상인 범위에 속하나, 계단 너비(341)는 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 가져 비정상인 범위에 속하므로, 해당 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소의 유격이 비정상적으로 큰 상태로 볼 수 있으며, 이를 제2 이상 상태로 판단할 수 있다. 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소의 유격이 비정상적으로 큰 상태에 대하여는 도 3에 대한 설명에서 전술한 바와 같으므로, 이는 생략하기로 한다.
제3 이상 상태는 계단 너비(341)가 상기 최대 허용 계단 너비보다 큰 값을 가지면서도, 계단 높이(342) 또한 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 값을 가져, 해당 연결부(201~206)를 구성하는 구성 요소의 유격이 비정상적으로 크면서도, 특정 구성 요소간의 마찰력은 비정상적으로 큰 상태로 볼 수 있다. 이를 제3 이상 상태로 판단할 수 있다. 이는 상술한 두 가지 결함을 모두 갖는 상태에 해당할 수 있다.
본 실시예에서는 계단 너비(341)에 대한 판단을 먼저 수행한 후, 계단 높이(342)에 대한 판단을 수행하는 실시예에 대하여 서술하였으나, 이에 제한되지 아니하고 판단 순서는 변경될 수도 있음은 물론이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
11: 측정부
12: 검출부
13: 판단부
311: 제1 마찰력 극복 구간
321: 제1 마찰력 비극복 구간
331: 제1 계단형 패턴
337: 선형 패턴
341: 계단 너비
342: 계단 높이

Claims (14)

  1. 조향각의 변화에 따른 토크값의 변화를 측정하는 측정부;
    상기 조향각의 변화에 따른 상기 토크값을 나타내는 그래프상의 복수의 계단형 패턴을 검출하는 검출부;
    검출된 복수의 상기 계단형 패턴 각각의 계단 너비 및 계단 높이를 이용하여 복수의 상기 계단형 패턴에 대응되는 복수의 연결부의 이상 여부를 판단하는 판단부를 포함하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 조향각이 기 설정된 기준 조향각 이하일 경우 상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우보다 상기 토크값의 변화를 더욱 정밀하게 측정하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 조향각이 기 설정된 기준 조향각 이하일 경우 상기 계단형 패턴을 검출하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 계단형 패턴은 서로 인접하는 하나의 마찰력 비극복 구간과 하나의 마찰력 극복 구간을 포함하되,
    상기 마찰력 극복 구간은 상기 조향각이 기 설정된 단위 조향각 변화량만큼 증가함에 따라 상기 토크값이 기 설정된 단위 토크값 변화량보다 더 증가하는 구간에 대응되고,
    상기 마찰력 비극복 구간은 상기 조향각이 0도인 초기 상태로부터 상기 조향각이 증가함에 따라 최초로 인접하는 상기 마찰력 극복 구간까지의 구간 또는 각각의 상기 마찰력 극복 구간 사이 구간인 마찰력 비극복 구간에 대응되는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    각각의 상기 계단형 패턴의 상기 계단 너비가 기 설정된 최대 허용 계단 너비보다 크거나, 상기 계단 높이가 기 설정된 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 상기 연결부에 이상이 존재하는 것으로 판단하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 작은 경우 제1 이상 상태로 판단하고,
    상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 작고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 제2 이상 상태로 판단하고,
    상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 크고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 제3 이상 상태로 판단하고,
    상기 계단 너비가 상기 최대 허용 계단 너비보다 작고, 상기 계단 높이가 상기 최대 허용 계단 높이보다 작은 경우 정상 상태로 판단하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    복수의 상기 계단형 패턴은 상기 조향각이 증가함에 따라 연속하여 배치되는 제1 내지 제n 계단형 패턴을 포함하고,
    복수의 상기 연결부는 토크센서로부터 멀어짐에 따라 연속하여 배치되는 제1 내지 제n 연결부를 포함하되,
    각각의 상기 제1 내지 제n 연결부의 이상 여부는 각각의 상기 제1 내지 제n 계단형 패턴에 의하여 판단되는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    각각의 상기 제1 내지 제n 연결부는 각각 독립적으로 기 설정된 최대 허용 계단 너비 및 최대 허용 계단 높이에 의하여 이상 여부가 판단되는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 장치.
  9. 조향각의 변화에 따른 토크값의 변화을 측정하는 단계;
    상기 조향각의 변화에 따른 상기 토크값을 나타내는 그래프상의 복수의 계단형 패턴을 검출하는 단계;
    검출된 복수의 상기 계단형 패턴 각각의 계단 너비 및 계단 높이를 이용하여 각각의 상기 계단형 패턴에 대응되는 복수의 연결부의 이상 여부를 판단하는 단계를 포함하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 토크값의 변화를 측정하는 단계 이후에,
    상기 조향각이 기 설정된 기준 조향각 이하인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우, 다시 상기 토크값의 변화를 측정하는 단계로 되돌아가는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 조향각이 상기 기준 조향각 이하인 경우, 상기 조향각이 상기 기준 조향각보다 큰 경우보다 상기 토크값의 변화를 더욱 정밀하게 측정하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 계단형 패턴을 검출하는 단계는,
    상기 조향각이 기 설정된 단위 조향각 변화량만큼 증가함에 따라 상기 토크값이 기 설정된 단위 토크값 변화량보다 더 증가하는 경우 해당 구간을 마찰력 극복 구간으로 설정하는 단계;
    상기 조향각이 0도인 초기 상태로부터 상기 조향각이 증가함에 따라 최초로 인접하는 상기 마찰력 극복 구간까지의 구간 및 각각의 상기 마찰력 극복 구간 사이 구간을 마찰력 비극복 구간으로 설정하는 단계;
    서로 인접하는 하나의 상기 마찰력 비극복 구간과 하나의 상기 마찰력 극복 구간을 하나의 상기 계단형 패턴으로 설정하는 단계를 포함하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 연결부의 이상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 계단 너비가 기 설정된 최대 허용 계단 너비보다 크거나, 상기 계단 높이가 기 설정된 최대 허용 계단 높이보다 큰 경우 상기 연결부에 이상이 존재하는 것으로 판단하는
    전동식 파워 스티어링 시스템 진단 방법.
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