KR101734251B1 - 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법 - Google Patents

파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 슬립 모드(Sleep mode) 진입 조건을 확대하여 불필요한 에너지 소모를 최소화할 수 있는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치는 스티어링 펌프의 구동력인 모터; 상기 차량의 운전상태 정보를 검출하는 정보 검출부; 및 ISG(Idle Stop & Go) 시스템 또는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 작동 중이면 슬립 모드(Sleep mode)로 진입하고, 상기 운전상태 정보를 기반으로 슬립 모드를 해제하는 제어부를 포함한다.

Description

파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD CONTROLLING MODE FOR POWER STREERING SYSTEM}
본 발명은 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 슬립 모드(Sleep mode) 진입 조건을 확대하여 불필요한 에너지 소모를 최소화할 수 있는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조타력을 발생하는 파워 스티어링 시스템은 조향 휠의 조작력을 가볍고 원활하게 하면서도 신속한 조향이 가능하도록 유압을 이용하게 된다.
이러한 파워 스티어링 시스템은 마찰력이 높은 정지 시나 저속에서 큰 조타 보조력을 위해 펌프에서 토출되는 유량이 많아야 하며, 반대로 타이어의 마찰력이 낮고 안전성이 중요한 중속, 고속에서는 상대적으로 적은 조타 보조력을 위해 펌프에서 토출되는 유량이 적은 것이 요구되어진다.
그러나, 파워 스티어링 시스템에서 사용되는 펌프는 엔진 회전수에 비례하여 회전하는 특성으로 인해, 저속에 비해 중속, 고속에서 더 많은 유량을 토출하여 동력(연비) 손실 유발과 더불어, 엔진 부위로 한정되는 펌프 장착 위치 제약에 따른 각 구성 부품들 간 모듈화가 불가능하였다.
이로 인해 파워 스티어링 시스템에서 엔진으로 펌프를 구동하지 않도록 하는 전동 유압식 파워 스티어링(Electro-Hydraulic Power Steering: EHPS) 시스템이 구현된다. EHPS는 엔진 동력을 사용하지 않고 별도의 모터로 스티어링 펌프를 구동하므로 스티어링 장치에 필요한 유량만 토출하도록 모터의 회전수를 제어할 수 있다.
EHPS는 엔진 동력을 사용하지 않으므로 차량의 연비를 개선할 수 있으며, 프레임에 모터와 펌프 일체를 장착할 수 있어 조향 장치의 모듈화가 가능할 수 있다.
EHPS는 연비 측면에서 가장 큰 장점이 주행 중 무조타 상태에서 부하를 조절할 수 있다는 것이다. 조타 중 에너지 소모는 기존 유압식이든 전동 유압식이든 동일한 수준이지만 무조타 상태에서는 유압식인 경우에 엔진과 벨트로 연결되어 있기 때문에 펌프 스피드와 마찰이라는 측면에서 자유로울 수 없으며, 전동 유압식의 경우는 전동모터로 펌프를 조작하므로 제어 로직 변화에 따른 에너지 효율을 극대화할 수 있는 것이다.
이러한 무조타 상태를 슬립(Sleep)이라는 모드를 정의하고 있으며, 일정 차속 이하, 스티어링 변화율일 일정수준 이하, 작동전류가 일정 전류 이하, 모든 조건이 일정 시간 유지될 경우에 슬립모드로 진입할 수 있다.
즉, 종래의 경우에는 슬립 모드 진입 조건에 ISG(Idle Stop & Go) 및 SCC(Smart Cruise Control)가 작동할 경우가 포함되어 있지 않았다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
공개특허공보 제10-2009-0120718호(2009.11.25.) 등록특허공보 제10-0897271호(2009.05.06.)
본 발명의 실시 예는 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 ISG(Idle Stop & Go) 및 SCC(Smart Cruise Control)가 작동할 경우 슬립 모드로 진입할 수 있는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 슬립 모드(Sleep mode) 진입 조건을 확대하여 불필요한 에너지 소모를 최소화할 수 있는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 스티어링 펌프의 구동력인 모터; 상기 차량의 운전상태 정보를 검출하는 정보 검출부; 및 ISG(Idle Stop & Go) 시스템 또는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 작동 중이면 슬립 모드(Sleep mode)로 진입하고, 상기 운전상태 정보를 기반으로 슬립 모드를 해제하는 제어부를 포함하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 ISG 시스템이 작동 중이면 슬립 모드로 진입하여 제1 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 SCC 시스템이 작동 중이면 슬립 모드로 진입하여 제2 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 제어토크와 상기 제2 제어토크를 서로 상이하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 운전상태 정보에 포함된 조향각속도가 기준 각속도를 초과하면 슬립 모드를 해제할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 조향각속도에 의해 슬립 모드를 해제한 후에 상기 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 슬립 모드로 진입하여 제3 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 운전상태 정보는 조향각속도, 모터의 입력전류, 차속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템 또는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 온(ON)되는지를 판단하는 단계; ISG 시스템 또는 SCC 시스템이 온(ON)되면 슬립 모드로 진입하는 단계; 차량의 조향각속도를 검출하는 단계; 및 상기 조향각속도가 기준 각속도를 초과하면 슬립 모드를 해제하는 단계를 포함하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 슬립 모드(Sleep mode) 진입 조건을 확대하여 불필요한 에너지 소모를 최소화할 수 있으며, 연비를 개선할 수 있다.
또한, 전기 유압식 파워 스티어링 시스템에서 ISG 및 SCC가 작동할 경우에 슬립 모드로 진입할 수 있으므로 모터 작동으로 인한 소음을 감소시킬 수 있으며, 정속 주행 시 운전자의 조정 안정성을 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 스트리어링 시스템의 모드 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치 및 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치(이하 '모드 제어 장치'로 통칭함, 100)는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템(30) 및 SCC(Smart Cruise Control) 시스템(50)과 연동된다. 여기서, 파워 스티어링 시스템은 전동 유압식 전동 유압식 파워 스티어링(Electro-Hydraulic Power Steering: EHPS) 시스템일 수 있다. EHPS는 엔진의 동력을 사용하지 않고 별도의 모터로 스티어링 펌프를 구동하므로 스티어링 장치에 필요한 유량만 토출하도록 모터의 회전수를 제어할 수 있다.
ISG 시스템(30)은 차속, 엔진 회전속도, 냉각수온 등의 정보를 입력 받아, 차량이 정지하게 되면 공회전 중인 엔진을 자동으로 정지(Idle Stop)시키고, 소정 시간 후에 운전자의 의지 및 차량 자체 조건에 의해 재출발이 요구되면 엔진을 재시동(Idle Go)시켜 정상 운전이 가능하게 하는 엔진 제어시스템이다.
ISG 시스템(30)은 엔진의 공회전을 최소화하고, 불필요한 연료 소모를 차단하여 차량의 연비를 개선할 수 있다.
SCC 시스템(50)은 운전자의 편의를 도모하기 위해 레이더 센서 등를 통해 선행 차량의 유무를 확인 후, 선행 차량이 검지되지 않았을 때는 운전자가 설정한 속도로 주행하는 모드, 선행 차량이 검지되었을 때는 운전자가 설정한 거리를 유지하기 위해 자동으로 가/감속을 하는 모드 등으로 주행할 수 있는 시스템이다.
모드 제어 장치(100)는 정보 검출부(120), 제어부(150) 및 모터(170)를 포함한다.
정보 검출부(120)는 슬립 모드를 진입하거나 해제하기 위한 운전상태 정보를 검출한다. 정보 검출부(120)는 운전상태 정보를 검출하여 제어부(150)에 제공한다.
이를 위해 정보 검출부(120)는 조향각 센서(130), 전류 센서(135), 속도 센서(140)를 포함할 수 있다.
조향각 센서(130)는 차량의 조향각속도를 검출한다. 즉, 조향각 센서(130)는 차량이 진행하고자 하는 방향을 검출할 수 있다.
전류 센서(135)는 모터(170)의 입력 전류를 검출한다. 즉, 입력 전류는 모터(170)로 입력되는 전류를 나타낼 수 있다.
속도 센서(140)는 차량의 속도를 측정하며, 차량의 휠에 장착되어 형성될 수 있다. 한편, 속도 센서(140)가 구비되지 않을 경우에 제어부(150)는 GPS신호를 기차로 차량 속도를 연산할 수도 있다.
제어부(150)는 정보 검출부(120) 및 모터(170)와 연결되어 정보 검출부(120) 및 모터(170)를 제어한다. 다시 말하면, 제어부(150)는 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)이 작동 중이면 슬립 모드로 진입한다. 제어부(150)는 슬립 모드로 진입한 후 운전상태 정보를 검출하고, 운전상태 정보를 기반으로 슬립 모드를 해제한다.
제어부(150)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모드 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다. 이러한 모드 제어 방법은 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
모터(170)는 제어부(150)로부터 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시킨다. 모터(170)는 타행 주행 또는 회생 제동 시 발전기로 동작되어 전압을 배터리에 공급한다.
이하에서는 파워 스트리어링 시스템에서 모드를 제어하는 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 스트리어링 시스템의 모드 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 제어부(150)는 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)이 작동 중인지를 판단한다(S210). 구체적으로 제어부(150)는 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)으로부터 수신한 작동 신호 또는 운전상태 정보를 기반으로 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)이 작동 중인지를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)으로부터 작동 신호를 제공받고, 작동 신호를 기반으로 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)이 작동 중인지를 판단할 수 있다. 이때, 작동 신호는 ISG 시스템(30) 또는 SCC 시스템(50)이 작동 중인지 작동 중이지 않는지를 확인할 수 있는 신호이다.
예를 들어, ISG 시스템(30)이 작동 중이면 ISG 시스템(30)으로부터 제공받은 작동 신호는 ON을 나타내는 정보를 포함할 수 있으며, ISG 시스템(30)이 작동 중이지 않으면 ISG 시스템(30)으로부터 제공받은 작동 신호는 OFF를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 운전상태 정보를 기반으로 ISG 시스템(30)이 작동 중인지, 아니면 SCC 시스템(50)이 작동 중인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 운전상태 정보를 기반으로 차량이 정차 중이고, 일정 시간 이상 차량이 움직이고 있지 않으면 ISG 시스템(30)이 작동 중인지를 판단할 수 있다.
제어부(150)는 ISG 시스템(30)이 온(ON)인지를 판단한다(S220).
한편, 제어부(150)는 ISG 시스템(30)이 오프이면 온되는지를 모니터링할 수 있다.
제어부(150)는 ISG 시스템(30) 온이면 슬립 모드로 진입한다(S225). 즉, 제어부(150)는 ISG 시스템(30)이 온되면 슬립 모드로 진입하여 제1 제어토크를 기반으로 모터(170)를 제어한다. 제1 제어토크는 ISG 시스템(30)이 활성화 상태일 때 슬립 모드로 모터(170)를 제어하기 위해 설정된 토크를 나타낼 수 있다.
제어부(150)는 SCC 시스템(50)이 온인지를 판단한다(S230).
한편, 제어부(150)는 SCC 시스템(50)이 오프이면 온되는지를 모니터링할 수 있다.
제어부(150)는 SCC 시스템(50)이 온이면 슬립 모드로 진입한다(S235). 즉, 제어부(150)는 SCC 시스템(50)이 온되면 슬립 모드로 진입하여 제2 제어토크를 기반으로 모터(170)를 제어한다. 여기서, 제2 제어토크는 SCC 시스템(50)이 활성화 상태일 때 슬립 모드로 모터(170)를 제어하기 위해 설정된 토크일 수 있다.
정보 검출부(120)는 차량의 조향각속도를 검출한다(S240). 즉, 정보 검출부(120)는 운전자가 차량을 조향할 의지가 있는지를 확인하기 위해 조향각속도를 검출하여 제어부(150)에 제공한다.
제어부(150)는 조향각속도가 기준 각속도를 초과하는지를 판단한다(S245). 이때, 기준 각속도는 운전자가 운전할 의향이 있는지를 판단하기 위해 기준이 되는 각속도를 나타내며, 예를 들어 0일 수 있다.
한편, 제어부(150)는 조향각속도가 기준 각속도 이하이면 운전자가 운전할 의지가 없으므로 슬립 모드를 유지하고, 조향각속도를 모니터링한다.
제어부(150)는 조향각속도가 기준 각속도를 초과하면 슬립 모드를 해제한다(S250). 그리고 제어부(150)는 파워 스티어링 시스템을 구현하기 위한 모드로 진입하여 차량을 제어한다.
제어부(150)는 운전상태 정보를 검출한다(S255). 즉, 제어부(150)는 차량의 속도, 모터(170)의 입력전류, 조향각속도 중 적어도 하나를 포함하는 운전상태 정보를 검출할 수 있다.
제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 미만인지를 판단한다(S260). 이때, 기준 정보는 슬립 모드로 진입하기 위한 정보를 나타내며, 운전상태 정보에 포함된 데이터 각각의 기준 정보를 포함할 수 있다. 기준 정보는 차량의 구성 부품에 따라 상이하게 설정될 수 있으며, 외부로부터 입력받아 설정되거나, 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수도 있다.
예를 들어, 모터(170)의 입력전류에 대한 기준 정보는 11A로 설정될 수 있으며, 조향각속도에 대한 기준 정보는 16°/s로 설정될 수 있고, 차량 속도에 대한 기준 정보는 5KPH일 수 있다.
한편, 제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 이상이면 현재 구동하고 있는 모드로 차량을 제어하고, 운전상태 정보를 모터(170)니링한다.
제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 슬립 모드로 진입한다(S265). 다시 말하면, 제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 슬립 모드로 진입하여 제3 제어토크로 모터(170)를 제어한다.
여기서, 제3 제어토크는 파워 스티어링 시스템이 구동될 때 슬립 모드로 모터(170)를 제어하기 위해 설정된 토크일 수 있다. 제1 제어토크, 제2 제어토크 및 제3 제어토크 각각은 서로 상이한 토크값을 나타낼 수 있다. 제3 제어토크는 제1 제어토크와 제2 제어토크 보다 크게 설정될 수 있다. 이렇게 구동되는 시스템에 따라 모터(170)의 제어토크를 상이하게 설정하는 이유는 시스템을 활성화시키기 위해 사용해야 하는 모터(170)의 토크가 상이하기 때문이다.
제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 이상인지를 판단한다(S270).
한편, 제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 계속 슬립 모드로 차량을 제어한다.
제어부(150)는 운전상태 정보가 기준 정보 이상이면 슬립 모드를 해제한다(S275).
이에 따라, 본 발명에 따른 모드 제어 장치(100)는 ISG 시스템(30) 및 SCC 시스템(50)이 활성화되면 슬립 모드로 진입하여 에너지 소모를 최소화하고, 운전자의 조향 성능을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
30: ISG 시스템
50: SCC 시스템
100: 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치
120: 정보 검출부
130: 조향각 센서
135: 전류 센서
140: 속도 센서
150: 제어부
170: 모터

Claims (12)

  1. 스티어링 펌프의 구동력인 모터;
    상기 차량의 운전상태 정보를 검출하는 정보 검출부; 및
    ISG(Idle Stop & Go) 시스템 또는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 작동 중이면 슬립 모드(Sleep mode)로 진입하고, 상기 운전상태 정보를 기반으로 슬립 모드를 해제하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 ISG 시스템이 작동 중이면 슬립 모드로 진입하여 제1 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어하고, 상기 SCC 시스템이 작동 중이면 슬립 모드로 진입하여 제2 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어하며, 상기 운전상태 정보에 포함된 조향각속도가 기준 각속도를 초과하면 슬립 모드를 해제하고, 상기 조향각속도에 의해 슬립 모드를 해제한 후에 상기 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 슬립 모드로 진입하여 제3 제어토크를 기반으로 상기 모터를 제어하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 제어토크와 상기 제2 제어토크를 서로 상이하게 설정하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 운전상태 정보는 조향각속도, 모터의 입력전류, 차속 중 적어도 하나를 포함하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 장치.
  8. ISG(Idle Stop & Go) 시스템 또는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 온(ON)되는지를 판단하는 단계;
    ISG 시스템 또는 SCC 시스템이 온(ON)되면 슬립 모드로 진입하는 단계;
    차량의 조향각속도를 검출하는 단계; 및
    상기 조향각속도가 기준 각속도를 초과하면 슬립 모드를 해제하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 슬립 모드로 진입하는 단계는
    상기 ISG 시스템이 온되면 슬립 모드로 진입하여 제1 제어토크를 기반으로 모터를 제어하는 단계 또는 상기 SCC 시스템이 온되면 슬립 모드로 진입하여 제2 제어토크를 기반으로 모터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 슬립 모드를 해제하는 단계 이후에
    상기 차량의 운전상태 정보를 검출하는 단계;
    상기 운전상태 정보가 기준 정보 미만인지 판단하는 단계;
    상기 운전상태 정보가 기준 정보 미만이면 슬립 모드로 진입하여 제3 제어토크를 기반으로 모터를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 제어토크, 제2 제어토크, 제3 제어토크 각각은 서로 상이한 파워 스티어링 시스템의 모드 제어 방법.
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