KR101942249B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 기능상 오류가 발생하여 수동모드로 진입할 때 모터를 안전하게 정지시킬 수 있도록 메인 마이컴과 함께 왓치독부를 통해 기능상 오류가 발생할 경우 상호 보완적으로 제어신호를 구성하여 모터 구동 드라이버와 릴레이를 제어하여 안전하게 모터를 정지시킬 수 있으며, 릴레이의 제어측 상단과 하단에 각각 상단 드라이버 스위치와 제 1하단 드라이버 스위치를 상호 보완적으로 설치하여 모터의 구동전류 패스를 안전하게 차단할 수 있고, 상전압 센싱신호와 구동전압 센싱신호를 통해 모터 구동 인버터의 정상정지 상태를 판단하면서 모터를 정지시킬 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR DRIVING MOTOR OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 파워 스티어링 시스템에서 기능상 오류가 발생하여 수동모드로 진입할 때 모터를 안전하게 정지시킬 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 적용되는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)로써 차량의 속도에 따라 차량 조향휠의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템(Motor Driven Power Steering System: MDPS)가 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 ECU가 조향휠의 조타시 조향각 센서와 토크 센서 및 차속 센서와 엔진 회전수 센서로부터 입력신호를 전달받아서 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 모터로 공급하게 되고, MDPS 모터는 회전과 감속을 통해 파워 어시스트력을 발생하여 유니버설 조인트를 회전시키게 되며, 유니버설 조인트의 회전력으로 피니언과 랙을 동작시킴으로써 타이로드를 통해 차륜의 조향이 이루어지도록 구성되어 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2011-0076132호(2011.07.06.) "전동식 파워 스티어링 시스템"이 있다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 모터 구동장치는 메인 마이컴(10)에서 모터 구동 드라이버 제어신호2와 인버터 구동 제어신호1~6을 출력하게 되면 모터 구동 드라이버(20)는 모터 구동 인버터(30)를 작동시켜 릴레이(40)를 통해 인가되는 배터리 전원을 모터(미도시)로 공급하여 모터를 구동시킨다.
또한, 보조 마이컴(50)을 통해 메인 마이컴(10)의 이상상태를 감지하여 모터 구동 드라이버 제어신호1을 모터 구동 드라이버(20)로 출력하여 오프시킴으로써 모터의 구동을 정지시킨다.
한편, 메인 마이컴(10)은 하단 드라이버 스위치 제어신호를 출력하여 하단 드라이버 스위치(42)를 작동시켜 릴레이(40)를 구동시킴으로써 모터로 인가되는 배터리 전원을 단속하게 된다.
이와 같이 메인 마이컴(10)과 보조 마이컴(50)을 통해 모터 구동 드라이버(20)는 독립적으로 제어할 수 있지만 릴레이(40)의 구동은 메인 마이컴(10)에서만 하단 드라이버 스위치(42)를 통해 작동시키고 있어 스위치 구조가 취약함으로써 모터의 구동을 정지시키고 수동모드로 진입하고자 할 때 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 기능상 오류가 발생하여 수동모드로 진입할 때 모터를 안전하게 정지시킬 수 있도록 다중 스위치 구조로 릴레이를 구동시켜 모터를 정지시킬 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치는 배터리 전원을 단속하는 릴레이; 릴레이로부터 공급된 배터리 전원을 3상으로 변환하여 모터로 공급하기 위한 모터 구동 인버터; 모터 구동 인버터의 스위칭신호를 출력하는 모터 구동 드라이버; 모터 구동 인버터의 구동 제어신호를 생성하여 모터 구동 드라이버로 출력하고 모터 구동 드라이버의 구동을 위한 제어신호와 릴레이의 작동을 위한 제어신호를 출력하는 메인 마이컴; 메인 마이컴에서 출력되는 상단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 릴레이의 제어측 상단에서 배터리 전원을 단속하는 상단 드라이버 스위치; 릴레이의 제어측 하단에서 배터리 전원을 단속하는 제 1하단 드라이버 스위치; 메인 마이컴에서 출력되는 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 제 1하단 드라이버 스위치를 작동시키는 제 2하단 드라이버 스위치; 전원단과 접지단 사이에 풀업저항을 매개로 연결되어 제 2하단 드라이버 스위치를 작동시키고 모터 구동 드라이버로 제 1모터 구동 드라이버 제어신호를 인가하는 제 3하단 드라이버 스위치; 및 메인 마이컴의 왓치독 신호를 입력받아 제 3하단 드라이버 스위치를 작동시키는 왓치독부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터 구동 인버터에 걸리는 상전압을 감지하여 메인 마이컴으로 출력하는 상전압 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 릴레이에서 모터 구동 인버터로 인기되는 구동전압을 감지하여 메인 마이컴으로 출력하는 구동전압 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법은 메인 마이컴이 기능오류로 인한 왓치독 신호가 발생되지 않은 상태에서 모터의 구동정지가 필요한 경우 인버터 구동 제어신호와 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시킨 후 모터의 상전압 센싱신호를 입력받는 단계; 상전압 센싱신호를 통해 모터 구동 인버터의 정상정지 상태를 판단하는 단계; 모터 구동 인버터가 비정상인 경우 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시키고 모터의 구동전압 센싱신호를 입력받는 단계; 구동전압 센싱신호를 통해 모터 구동 인버터의 정상정지 상태를 판단하는 단계; 및 모터 구동 인버터가 비정상인 경우 상단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시킨 후 수동모드로 진입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 왓치독 신호가 발생된 경우 왓치독부의 정상 여부를 판단하는 단계; 왓치독부가 비정상인 경우 메인 마이컴에 의한 인버터 구동 제어신호와 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시키는 단계로 리턴되는 단계; 및 왓치독부가 정상인 경우 왓치독부에 의해 하단 제 3하단 드라이버 스위치 제어신호를 온시키고, 제 1모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에서 기능상 오류가 발생하여 수동모드로 진입할 때 모터를 안전하게 정지시킬 수 있도록 다중 스위치 구조로 릴레이를 구동시켜 모터를 정지시킴으로써 안전하게 수동모드로 진입할 수 있다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치는 릴레이(40), 모터 구동 인버터(30), 모터 구동 드라이버(20), 메인 마이컴(10), 상단 드라이버 스위치(44), 제 1하단 드라이버 스위치(42), 제 2하단 드라이버 스위치(46), 제 3하단 드라이버 스위치(48) 및 왓치독부(70)를 비롯하여 구동전압 센싱부(45)와 상전압 센싱부(35)를 포함한다.
릴레이(40)는 배터리의 전원을 단속하여 모터 구동 인버터(30)로 배터리 전원을 공급한다.
모터 구동 인버터(30)는 릴레이(40)로부터 공급된 배터리 전원을 3상으로 변환하여 모터(미도시)로 공급하여 모터를 구동시킨다.
모터 구동 드라이버(20)는 모터 구동 인버터(30)의 스위칭신호를 출력한다.
메인 마이컴(10)은 모터 구동 인버터(30)의 구동 제어신호를 생성하여 모터 구동 드라이버(20)로 출력하고 모터 구동 드라이버(20)의 구동을 위한 제어신호와 릴레이(40)의 작동을 위한 상단 드라이버 스위치 제어신호와 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호를 출력한다.
상단 드라이버 스위치(44)는 메인 마이컴(10)에서 출력되는 상단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 릴레이(40)의 제어측 상단에서 모터 구동 인버터(30)로 인가되는 배터리 전원을 단속한다.
제 1하단 드라이버 스위치(42)는 릴레이(40)의 제어측 하단에서 모터 구동 인버터(30)로 인가되는 배터리 전원을 단속한다.
제 2하단 드라이버 스위치(46)는 메인 마이컴(10)에서 출력되는 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 제 1하단 드라이버 스위치(46)를 작동시킴으로써 제 1하단 드라이버 스위치(42)를 통해 릴레이를 작동시킨다.
제 3하단 드라이버 스위치(48)는 전원단과 접지단 사이에 풀업저항을 매개로 연결된다. 따라서, 제 3하단 드라이버 스위치(48)가 오프 상태인 경우에는 풀업저항에 의해 전원단의 전압이 제 2하단 드라이버 스위치(46)에 인가되어 제 2하단 드라이버 스위치(46)를 온시킬 뿐만 아니라 제 1하단 드라이버 스위치(42)도 온시켜 릴레이(40)가 작동됨에 따라 배터리 전원이 모터 구동 인버터(30)에 인가된다. 또한, 제 2하단 드라이버 스위치(46)가 온됨에 따라 제 1모터 구동 드라이버 제어신호도 하이신호로 출력된다.
그러나, 제 3하단 드라이버 스위치(48)가 온 상태일 경우에는 접지단의 전압이 제 2하단 드라이버 스위치(46)에 인가되어 제 2하단 드라이버 스위치(46)를 오프시킬 뿐만 아니라 제 1하단 드라이버 스위치(42)도 오프됨에 따라 릴레이(40)가 오프되면서 모터 구동 인버터(30)에 인가되는 배터리 전원을 차단한다.
또한, 제 2하단 드라이버 스위치(46)가 오프됨에 따라 제 1모터 구동 드라이버 제어신호도 로우신호로 출력된다.
왓치독부(70)는 메인 마이컴(10)의 왓치독(Watch dog) 신호를 입력받아 제 3하단 드라이버 스위치(48)를 작동시키면서 메인 마이컴(10)에 이상이 발생한 경우 릴레이(40)와 모터 구동 드라이버(20)를 제어한다.
또한, 상전압 센싱부(35)는 모터 구동 인버터(30)에 걸리는 모터의 상전압을 감지하여 메인 마이컴(10)으로 출력함으로써 메인 마이컴(10)에서 모터 구동 인버터(30)가 정상적으로 작동되는지 정지된 상태인지를 판단할 수 있도록 한다.
구동전압 센싱부(45)는 릴레이(40)에서 모터 구동 인버터(30)로 인기되는 모터의 구동전압을 감지하여 메인 마이컴(10)으로 출력함으로써 메인 마이컴(10)에서 모터 구동 인버터(30)가 정상적으로 작동되는지 정지된 상태인지를 판단할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치에 따르면, 메인 마이컴(10)과 함께 왓치독부(70)를 통해 기능상 오류가 발생할 경우 상호 보완적으로 제어신호를 구성하여 모터 구동 드라이버(20)와 릴레이(40)를 제어하여 안전하게 모터를 정지시킬 수 있으며, 릴레이(40)의 제어측 상단과 하단에 각각 상단 드라이버 스위치(44)와 제 1하단 드라이버 스위치(42)를 상호 보완적으로 설치하여 모터의 구동전류 패스를 안전하게 차단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법은 메인 마이컴(10)이 전동식 파워 스티어링 시스템의 기능 오류가 발생한 경우 왓치독 신호의 발생여부를 판단한다(S10).
왓치독 신호가 발생되지 않은 경우 모터의 구동정지가 필요한가 판단한다(S12).
이때 모터(미도시)의 구동정지가 필요하지 않은 경우에는 정상조향을 수행하거나 비상조향을 수행할 수 있다(S14).
그러나 모터의 구동정지가 필요한 경우에는 인버터 구동 제어신호와 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시켜 모터 구동 드라이버(20)의 작동을 정지시킴으로써 모터 구동 인버터(20)의 작동을 정지시켜 모터를 정지시킨다(S16)(S18).
이렇게 모터를 정지시킨 후 상전압 센싱부(35)로부터 모터의 상전압 센싱신호를 입력받아 모터 구동 인버터(30)의 정상정지 상태를 판단한다(S20).
이때 모터 구동 인버터(30)가 정상적으로 정지된 상태일 경우에는 수동모드로 진입한다(S22)(S32).
그러나, 모터 구동 인버터(30)가 비정상적인 상태일 경우에는 메인 마이컴(10)이 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시켜 제 2하단 드라이버 스위치(46)를 오프시킴으로써 제 1하단 드라이버 스위치(42)를 오프시킨다(S24).
이렇게 제 1하단 드라이버 스위치(42)가 오프되면서 릴레이(40)가 차단되어 모터 구동 인버터(30)로 인가되는 배터리 전원을 차단한다.
이와 같이 배터리 전원을 차단하여 모터 구동 인버터(30)를 정지시킨 후 구동전압 센싱부(45)로부터 모터의 구동전압 센싱신호를 입력받아 다시 한 번 모터 구동 인버터(30)의 정상정지 상태를 판단한다(S26)(S28).
이때 정상적으로 모터 구동 인버터(30)가 정지된 상태일 경우에는 수동모드로 진입한다(S32).
그러나, 모터 구동 인버터(30)가 비정상적인 상태일 경우에는 메인 마이컴(10)이 상단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시켜 상단 드라이버 스위치(44)가 오프되면서 릴레이(40)가 차단되어 모터 구동 인버터(30)로 인가되는 배터리 전원을 차단하게 된다(S30).
이렇게 릴레이(40)의 제어측 상단과 하단에서 상단 드라이버 스위치(44)와 제 1하단 드라이버 스위치(42)를 차단하여 배터리 전원을 완전히 차단함으로써 모터를 안전하게 정지시킨 후 수동모드로 진입한다(S32).
한편, 왓치독 신호의 발생여부를 판단하여 왓치독 신호가 발생된 경우에는 먼저 왓치독부(70)가 정상상태인가 판단한다(S34).
이때 왓치독부(70)가 비정상인 경우에는 메인 마이컴(10)에 의한 인버터 구동 제어신호와 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시키는 단계로 리턴되어 모터의 정지시키게 된다(S16)(S18).
반면, 왓치독부(70)가 정상인 경우 왓치독부(70)에 의해 하단 제 3하단 드라이버 스위치 제어신호를 온시킴으로써 제 3하단 드라이버 스위치(48)가 온되면서 제 2하단 스위치 드라이버 스위치(46)와 제 1하단 스위치 드라이버 스위치(42)가 오프되면서 릴레이(40)를 차단함으로써 모터 구동 인버터(30)로 인가되는 배터리 전원을 차단한다(S26).
아울러 제 3하단 드라이버 스위치(48)가 온되면서 제 1모터 구동 드라이버 제어신호가 로우신호로 출력되어 모터 구동 드라이버(20)의 작동을 정지시킴으로써 모터 구동 인버터(30)의 작동을 정지시켜 모터를 정지시킨다(S38).
이렇게 메인 마이컴(10)에 이상이 발생한 경우 왓치독 신호에 의해 왓치독부(70)를 통해 모터를 안전하게 정지시킨 후 수동모드로 진입한다(S32).
이와 같이 본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법에 따르면, 메인 마이컴(10)과 함께 왓치독부(70)를 통해 기능상 오류가 발생할 경우 상호 보완적으로 제어신호를 구성하여 모터 구동 드라이버(20)와 릴레이(40)를 제어하여 안전하게 모터를 정지시킬 수 있으며, 릴레이(40)의 제어측 상단과 하단에 각각 상단 드라이버 스위치(44)와 제 1하단 드라이버 스위치(42)를 상호 보완적으로 설치하여 모터의 구동전류 패스를 안전하게 차단할 수 있다. 또한 상전압 센싱신호와 구동전압 센싱신호를 통해 모터 구동 인버터(30)의 정상정지 상태를 판단하면서 모터를 정지시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10 : 메인 마이컴 20 : 모터 구동 드라이버
30 : 모터 구동 인버터 35 : 상전압 센싱부
40 : 릴레이 42 : 제 1하단 드라이버 스위치
44 : 상단 드라이버 스위치 45 : 구동전압 센싱부
46 : 제 2하단 드라이버 스위치 48 : 제 3하단 드라이버 스위치
50 : 보조 마이컴 70 : 왓치독부

Claims (5)

  1. 배터리 전원을 단속하는 릴레이;
    상기 릴레이로부터 공급된 상기 배터리 전원을 3상으로 변환하여 모터로 공급하기 위한 모터 구동 인버터;
    상기 모터 구동 인버터의 스위칭신호를 출력하는 모터 구동 드라이버;
    상기 모터 구동 인버터의 구동 제어신호를 생성하여 상기 모터 구동 드라이버로 출력하고 상기 모터 구동 드라이버의 구동을 위한 제어신호와 상기 릴레이의 작동을 위한 제어신호를 출력하는 메인 마이컴;
    상기 메인 마이컴에서 출력되는 상단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 상기 릴레이의 제어측 상단에서 상기 배터리 전원을 단속하는 상단 드라이버 스위치;
    상기 릴레이의 제어측 하단에서 상기 배터리 전원을 단속하는 제 1하단 드라이버 스위치;
    상기 메인 마이컴에서 출력되는 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호에 따라 상기 제 1하단 드라이버 스위치를 작동시키는 제 2하단 드라이버 스위치;
    전원단과 접지단 사이에 풀업저항을 매개로 연결되어 상기 제 2하단 드라이버 스위치를 작동시키고 상기 모터 구동 드라이버로 제 1모터 구동 드라이버 제어신호를 인가하는 제 3하단 드라이버 스위치; 및
    상기 메인 마이컴의 왓치독 신호를 입력받아 상기 제 3하단 드라이버 스위치를 작동시키는 왓치독부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터 구동 인버터에 걸리는 상전압을 감지하여 상기 메인 마이컴으로 출력하는 상전압 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 릴레이에서 상기 모터 구동 인버터로 인기되는 전압을 감지하여 상기 메인 마이컴으로 출력하는 구동전압 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치.
  4. 메인 마이컴이 기능오류로 인한 왓치독 신호가 발생되지 않은 상태에서 모터의 구동정지가 필요한 경우 인버터 구동 제어신호와 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시킨 후 상기 모터의 상전압 센싱신호를 입력받는 단계;
    상기 상전압 센싱신호를 통해 모터 구동 인버터의 정상정지 상태를 판단하는 단계;
    상기 모터 구동 인버터가 비정상인 경우 제 2하단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시키고 상기 모터의 구동전압 센싱신호를 입력받는 단계;
    상기 구동전압 센싱신호를 통해 상기 모터 구동 인버터의 정상정지 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 모터 구동 인버터가 비정상인 경우 상단 드라이버 스위치 제어신호를 오프시킨 후 수동모드로 진입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 왓치독 신호가 발생된 경우 왓치독부의 정상 여부를 판단하는 단계;
    상기 왓치독부가 비정상인 경우 상기 메인 마이컴에 의한 상기 인버터 구동 제어신호와 상기 제 2모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시키는 단계로 리턴되는 단계; 및
    상기 왓치독부가 정상인 경우 상기 왓치독부에 의해 하단 제 3하단 드라이버 스위치 제어신호를 온시키고, 제 1모터 구동 드라이버 제어신호를 오프시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동장치의 제어방법.
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