KR101882499B1

KR101882499B1 - 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조

Info

Publication number: KR101882499B1
Application number: KR1020120136232A
Authority: KR
Inventors: 박기응
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2018-07-27
Also published as: KR20140068575A

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 전기-유압식 파워 스티어링 시스템(EHPS)을 사용하는 하이브리드 차량에 있어서, 차량의 정상 주행시에는 차량 내의 배터리로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 상기 EHPS를 작동하다가 고장 상황이 발생하였을 때에는 차량의 엔진의 동력으로 펌프의 동력원을 전환함으로써, 조향장치의 보조 동력을 계속 공급하는 구조에 관한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조 {Fail-Safe Structure for Electro Hydroulic Power Steering System of Hybrid Car}

일반적으로, 차량에 적용되는 조향장치를 보조하는 시스템으로서 전동식 파워 스티어링(MDPS, Motor Driven Power Steering)이 널리 사용되고 있으며, 대형 승용차나 상용차와 같이 차량 중량이 큰 경우에는 전기-유압식 파워 스티어링(EHPS : Electro Hydroulic Power Steering)이 개발되어 사용되고 있다. 상기 전자 하이브리드 파워 스티어링은 차량의 조향장치, 즉, 핸들의 회전을 감지한 모터에 의해 발생된 유압으로 랙 바를 제어함으로써, 조향시 보조 동력을 제공하여 운전자의 조향을 보조하는 기능을 한다.

상기 EHPS는 엔진 동력을 이용하던 종래의 장치들이 차량의 연비향상을 위하여 점차적으로 전동화되고 있는 추세에 따라, 그 사용이 증가되고 있는 실정에 있다. 상기 EHPS는 기존의 기계식 유압 펌프 대신 전기 에너지를 이용한 모터펌프로 유압을 형성하여 조향이 필요할 때, 필요한 만큼만 에너지를 소모하므로 전체적인 차량 연비 향상에 기여하고 있다.

그러나 상기 EHPS는 기계식 펌프를 전동화하면서 발생할 수 있는 다양한 고장 상황에 대처해야 하는 어려움이 있었다. 제어적인 오류나 기타 전기적인 요인 등에 의해 EHPS가 정상 동작하지 못하고 정지하게 되면, 차량의 운전자는 조향 보조력을 공급받지 못하게 되고, 이는 운전자로 하여금 갑작스럽게 핸들이 잠겼다는 인식을 줄 정도로 조향력 격차가 커서 주행 중에는 자칫 위험한 상황으로 발전할 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서,

EHPS를 사용하는 하이브리드 차량에서 EHPS의 모터가 정지하여 더 이상 펌프를 구동할 수 없는 경우를 가정하여 그 해결 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 차량의 정상 주행시에는 차량 내의 배터리로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 EHPS를 작동하다가 고장 상황이 발생하였을 때에는 차량의 엔진의 동력으로 펌프의 동력원을 전환함으로써, 조향장치의 보조 동력을 계속 공급하는 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조에 있어서, EHPS의 유압 펌프는 EHPS에 포함된 전기 모터와 차량의 엔진과 연결된 클러치에 의하여 구동되도록 연결되어 이루어지고, EHPS의 제어부와 상기 클러치를 구동시키는 클러치 회로 사이에 노멀 오픈 릴레이로 이루어진 클러치 동작 릴레이가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 정상 작동시에 상기 전기 모터를 제어함과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 전원을 인가하고, 오류 발생시에 상기 전기 모터를 정지시킴과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 인가되는 전원을 차단하여 상기 클러치 동작 릴레이를 구동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, EHPS의 제어부와 차량의 배터리 사이에 노멀 클로즈 릴레이로 이루어진 역류 방지 릴레이가 배치되고, 상기 제어부는 오류 발생시에 상기 전기 모터를 정지시킴과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 인가되는 전원 및 상기 역류 방지 릴레이에 인가되는 전원을 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은,

조향력을 보조하기 위한 유압 펌프의 동력원을 EHPS의 전기 모터와 차량의 엔진 두 가지로 이원화하여 구성하고, 상기 전기 모터의 동작이 불가능할 경우, 엔진으로 펌프를 돌릴 수 있게 함으로써, EHPS를 사용하는 하이브리드 차량의 운전자는 갑작스런 EHPS 고장상태에서도 지속적으로 조향력을 차량의 엔진으로부터 보조받아 원활한 운전이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 운전자가 지속적으로 조향력을 보조받고 있다가 갑자기 보조가 중단될 경우 운전자는 기존의 몇 배의 힘으로 스티어링 휠을 조작해야 하는데, 이때, 운전자는 당황하여 조작해야 할 타이밍을 순간적으로 놓칠 수가 있다. 만약 그 순간에 급히 조향을 해야 하는 상황이었다면 자칫 큰 사고로 이어질 가능성이 있다. 그러므로 본 발명은 운전자의 생명과 직결된 조향력 보조를 EHPS가 고장났을 경우에도 지속적으로 제공할 수 있다는 점에서 안전성 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조의 바람직한 실시예를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조의 바람직한 실시예의 제어 회로 구조를 나타낸다.
도 3은 EHPS의 제어부가 상기 EHPS의 폴트 상태를 인식하는 구조를 나타낸다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조의 바람직한 실시예를 나타내는 블럭도이다.

본 발명은 전기-유압식 파워 스티어링(EHPS)을 사용하는 하이브리드 차량에서 고장에 의하여 상기 EHPS가 정상적으로 작동하지 않을 경우, 즉, 상기 EHPS의 모터(200)가 정지하여 더 이상 펌프(100)를 구동할 수 없는 경우를 가정하여 그 해결 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은 차량의 조향력을 보조하기 위한 조향 보조력을 제공하는 유압 펌프(100)의 동력원을 상기 EHPS에 포함된 전기모터(200)와 차량의 엔진으로 이루어지는 두 가지로 이원화하여 전기 모터(200)의 동작이 불가능할 경우, 차량의 엔진으로 상기 펌프(100)를 구동시킬 수 있게 함으로써, 상기 EHPS의 고장 발생시에도 조향 보조력을 조향장치에 제공할 수 있도록 이루어진다.

본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조는 도 1에 도시된다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조에서 조향 보조력을 제공하기 위한 유압펌프(100)는 구동모터(200)에 의하여 구동되고, 상기 구동모터(200)는 제어부(10)와 마그네틱 클러치(300)에 연결된다. 여기에서 상기 펌프(100)를 구동시키는 전기 모터(200)가 정지되는 경우는, 제어부(10)의 기능은 정상적이지만 모터(200)가 정지한 경우(모드1)와 상기 제어부(10) 자체의 오류로 인하여 모터(200)가 정지한 경우(모드2)로 크게 구분할 수 있으며, 본 발명은 이 두 가지 상황에 의하여 발생하는 구동모터(200)의 정지 문제를 모두 해결하도록 구성된다.

상기 모드1, 즉 제어부(10)의 기능은 정상이지만 모터(200)가 정지한 경우는 상기 제어부(10)의 판단에 의하여 상기 제어부(10)가 모터(200)를 고의적으로 정지시킨 상태이거나, 차량에서 보내주는 요구 신호의 오류로 모터(200) 동작이 불가한 경우, 파워 소자 소손이나 커넥터 불량등 전기적인 손상 또는 오류로 인하여 상기 모터(200)가 동작하지 않는 경우, 또는 캔 버스 오프(CAN Bus Off)상태, 즉, 상기 제어부(10)가 발생시키는 오류신호가 일정 숫자 이상 누적되었을 때 송수신 불가가 되는 상태로 인하여 발생할 수 있다.

상기 모드2, 즉 제어부(10) 자체 오류로 인하여 모터(200)가 정지한 경우는 상기 제어부(10)로 공급되는 전력이 차단되거나, 또는 상기 제어부(10) 자체의 소손에 의한 제어 불가능으로 인하여 발생할 수 있다.

상기 모드 1의 경우에는 EHPS 제어부(10)가 정상적으로 작동하고 있는 상황이기 때문에, 상기 모터(200)의 고장 모드를 판단하여 클러치(300)를 동작시킬 수 있으나, 상기 모드2의 경우에는 상기 제어부(10) 자체의 오류로 인하여 상기 제어부(10)가 동작 불능상태이기 때문에 상기 제어부(10)가 오류 상태를 판단하는 것이 불가능하며, 클러치(300)를 동작시킬 수도 없다.

이를 해결하기 위한 본 발명의 제어 회로는 도 2에 도시된다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제어 회로는 클러치(300)와 제어부(10)의 사이에 노멀 오픈 릴레이(normal open relay)를 포함하여 이루어진 클러치 동작 릴레이(20)가 배치되는 구성을 가진다. 상기 노멀 오픈 릴레이는 전원이 인가된 상황에서 오픈(open)되고 전원이 차단되면 클로즈(close)되는 공지의 릴레이이다.

따라서, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 제어 회로는 상기 제어부(10)와 상기 클러치(300) 사이에 상기 클러치 동작 릴레이(20)가 배치되므로, 상기 제어부(10)가 정상적으로 작동하여 상기 제어부(10)로부터 전원이 인가되면 릴레이가 오픈되어 상기 클러치(300)의 회로를 오픈시킴으로써, 상기 클러치(300) 동작이 이루어지지 않도록 제어하고, 상기 제어부(10)가 정상적인 작동을 하지 않아 상기 제어부(10)로부터 전원이 인가되지 않으면 클로즈되어 상기 클러치(300)의 회로를 클로즈시키도록 이루어진다.

기본적인 클러치 회로는 EHPS가 정상 동작을 할 때는 상기 제어부(10)에서 상기 노멀 오픈 릴레이로 전원을 인가하여 클러치 회로를 오픈상태로 유지하다가, EHPS가 폴트(Fault) 상태, 즉, EHPS에 오류가 발생했을 때, 상기 제어부(10)는 상기 노멀 오픈 릴레이로 인가되는 전원을 차단하여 상기 클러치 회로를 클로즈로 만들어 클러치(300)가 동작할 수 있도록 한다.

상기와 같은 구조에 의하여 EHPS의 오류시 클러치(300)가 동작이 가능하게 되고, EHPS는 상기 클러치(300) 동작에 의하여 엔진과 직결되어 기계식 펌프(100)처럼 동작하게 되고, 이는 차량의 시동을 끌 때까지 지속된다.

도 3은 EHPS의 제어부(10)가 상기 EHPS의 폴트 상태를 인식하는 구조를 나타낸다. 상기 도 3은 다양한 오류 발생조건들이 or조건으로 입력되어 마그넷 클러치(300)를 작동시키는 구조를 간략하게 나타낸 것으로서, 상기 제어부(10)는 오류 파악에 있어서 이러한 or조건을 사용할 수 있다.

따라서, 상기 EHPS에서 발생한 오류가 모드1에 해당할 경우에는 상기 제어부(10)가 고장이 발생할 수 있는 다양한 상황들을 or 조건으로 수신하여 그 중 하나의 경우라도 해당이 된다면 인위적으로 전원을 차단하여 클러치 회로를 동작시킨다.

만일, 상기 EHPS에서 발생한 오류가 모드2에 해당하는 경우(즉, 제어부(10)에 오류가 발생한 경우)에는 제어부(10)가 동작 불능이 되었으므로 자동으로 전원이 차단되어 마찬가지로 클러치 회로가 동작된다. 따라서, 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조에서는 모드1 뿐만 아니라 모드2의 경우에도 클러치 회로를 작동시킬 수 있으며, 이로 인하여 차량의 엔진으로부터 조향 보조력을 공급받을 수 있도록 이루어진다.

한편, 상기 클러치 회로가 동작하여 엔진의 회전력으로 모터(200) 펌프(100)를 돌릴 수 있게 되면 모터(200)가 회전하면서 반대방향으로 전압이 발생하게 되는데, 발생된 전압이 차량 배터리의 전압보다 높으면 전류가 반대로 상기 차량 배터리 방향으로 흐르게 되어 발전기와 같이 쓰일 수 있다. 그러나 이 경우에, 상기 제어부(10)에 오류가 발생하여 제어가 불가능한 상태에서 전류가 흐를 경우 스위칭 소자의 수명이 낮아지거나 파손될 수 있는데, 본 발명은 이를 해결하기 위하여 상기 제어부(10)와 차량 배터리 사이에 역류 방지 릴레이(30)를 구비한다.

상기 역류 방지 릴레이(30)는 노멀 클로즈(close) 릴레이로 이루어지며, 상기 제어부(10)로부터 전원을 인가받아 작동되되, 상기 제어부(10)로부터 인가되는 전원이 차단되면, 상기 배터리와 상기 제어부(10)의 연결을 차단하여 모터(200)의 회전에 의해 발생하는 전압이 상기 배터리로 역류해 들어가는 것을 방지하도록 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 본원 발명의 제어 회로는 상술한 모드1의 오류, 즉, 제어부(10)의 기능은 정상적이지만 모터(200)가 정지한 경우와 모드2의 오류, 즉, 상기 제어부(10) 자체의 오류로 인하여 모터(200)가 정지한 경우 모두 클러치 회로를 작동시켜 엔진으로부터 조향 보조력을 공급받을 수 있다.

본 발명의 구조는 오류의 모드 별로 다음과 같이 동작한다.

모드 1의 경우,

상기 EHPS에 오류가 발생(상기 EHPS에 과전류 발생 등)하면, 상기 제어부(10)는 부품을 보호하기 위하여 제어를 중지하고, 이에 따라 모터(200)가 정지한다. 따라서, 상기 제어부(10)는 스스로 제어 중지 상태를 인식하고 상기 클러치 동작 릴레이(20)를 동작시킨다.

상기 클러치 동작 릴레이(20)에 의하여 클러치(300)가 동작하면 차량의 엔진회전축과 EHPS 모터(200)의 회전축이 기계적으로 연결된다. 따라서, 상기 차량의 엔진회전축의 구동에 의하여 상기 EHPS의 모터(200)에 조향 보조력이 제공된다.

이때, 상기 EHPS의 모터(200)의 회전에 의해 전압이 발생하고, 발생되는 전압이 차량의 배터리 전압보다 높으면, 발생하는 전압이 상기 배터리로 역류해 들어갈 수 있다. 따라서, 상기 제어부(10)는 상기 역류 방지 릴레이(30)를 동작시켜 고장안전모드 유지하고, 차량의 시동을 껐다 다시 켜서 제어부(10)가 초기화될 때까지 유지된다.

상기 모드 1의 경우는 예를 들어, EHPS 모터(200)로 들어가는 전류가 기준치 이상으로 높아졌을 때, 부품을 보호하기 위해 제어를 중단하고 모터(200)가 정지하게 된다. 이때, 제어부(10)는 스스로 과전류 고장 상태임을 인식하고, 클러치 동작 릴레이(20)로 들어가는 전류를 차단하여 클러치 동작 릴레이(20)를 연결하고, 클러치(300)가 동작하여 모터(200)의 회전축이 엔진 회전축과 기계적으로 연결된다. 이 순간 펌프(100)의 토출 유량에 차이가 발생하여 운전자의 이질감이 없을 수는 없으나 그 차이를 최소화하여 안정적인 운전을 지속할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

모드 2의 경우,

상기 제어부(10) 자체의 손상에 의하여 제어부(10)의 작동이 중지되어 모터(200)가 정지하면, 상기 클러치 동작 릴레이(20)는 코일에 흐르는 전류가 끊기면서 오픈되어 상기 클러치 회로를 클로즈시키고, 이에 따라 클러치(300)가 동작한다.

상기 클러치 회로가 동작하면, 차량의 엔진회전축과 상기 EHPS 모터(200)의 회전축이 기계적으로 연결되어 엔진으로부터 조향 보조력을 제공받는다.

이 경우에는, 상기 제어부(10)의 고장을 고치지 않는 이상, 차량의 시동을 껐다 다시 켜도 제어부(10)가 살아나지 않으므로 계속 고장 안전모드를 유지한다. 따라서, 상기 제어부(10)를 교체한다면, 고장 안전모드를 해제할 수 있다.

상기 모드 2의 경우는 예를 들어, EHPS 제어부(10)의 스위칭 소자가 과열되어 소손 되어 회로 내에 단락이 발생하여 제어부(10) 전반적으로 큰 손상을 입어 제어부(10)가 고장상태를 판단할 수 없는 상황이 될 수 있다. 그러나 상기 제어부(10)가 손상되면, 자연히 상기 클러치 동작 릴레이(20)로 인가되는 전류가 차단되어 상기 클러치 동작 릴레이(20)가 연결되고 클러치 회로가 동작하여 모터(200)의 회전축이 엔진 회전축과 기계적으로 연결된다. 따라서, 상기 제어부(10)가 손상된 상태에서도 엔진 회전축으로부터 조향 보조력을 제공받을 수 있다.

한편, 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조가 적용되는 대상이 되는 차량은 공지의 하이브리드 차량으로서 12V나 24V의 배터리를 충전하기 위해 알티네이터가 사용되지 않으며 LDC가 사용된다. 그 이유는 하이브리드 차량에서의 EV모드(엔진이 정지한 채 구동모터(200)에 의해서 움직일 때)에서는 알티네이터가 동작하지 않으므로 배터리 충전이 불가능해지기 때문에 용량이 큰 고전압 배터리를 12V나 24V로 변압하여 충전해주기 때문이다. 따라서, 종래의 차량에 구비되던 알티네이터가 삭제된 공간을 통하여 본 발명의 구조가 적용된 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조를 장착할 공간이 확보될 수 있다.

이상으로 본 발명의 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 제어부 20: 클러치 동작 릴레이
30: 역류 방지 릴레이
100: 펌프 200: 모터
300: 클러치

Claims

하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링(EHPS, Electro Hydroulic Power Steering) 시스템의 고장 안전 구조에 있어서,
EHPS의 유압 펌프는 상기 EHPS에 포함된 전기 모터와 차량의 엔진과 연결된 클러치에 의하여 구동되도록 서로 연결되어 이루어지고,
EHPS의 제어부와 상기 클러치를 구동시키는 클러치 회로 사이에 노멀 오픈 릴레이로 이루어진 클러치 동작 릴레이가 배치되고,
상기 클러치 동작 릴레이는,
상기 제어부가 정상적인 작동을 하지 않아 상기 제어부로부터 전원이 인가되지 않으면 클로즈되어 상기 클러치의 회로를 클로즈 시켜 상기 클러치 동작이 이루어지도록 하는것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는 정상 작동시에 상기 전기 모터를 제어함과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 전원을 인가하고, 오류 발생시에 상기 전기 모터를 정지시킴과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 인가되는 전원을 차단하여 상기 클러치 동작 릴레이를 구동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조.
제 1항에 있어서,
EHPS의 제어부와 차량의 배터리 사이에 노멀 클로즈 릴레이로 이루어진 역류 방지 릴레이가 배치되고,
상기 제어부는 오류 발생시에 상기 전기 모터를 정지시킴과 동시에 상기 클러치 동작 릴레이에 인가되는 전원 및 상기 역류 방지 릴레이에 인가되는 전원을 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전기-유압식 파워 스티어링 시스템의 고장 안전 구조.