KR101947191B1 - 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법에 관한 것으로, 조향 장치의 스티어링 휠의 토크 값과 상기 조향 장치의 모터 토크 값의 벡터 곱이 영(0)보다 작은지 판단하는 단계, 차량의 속도가 기설정된 기준 속도보다 빠른지 판단하는 단계; 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 변화율 값과 상기 조향 장치의 모터 토크의 변화율 값을 스칼라 곱한 값이 기설정된 변화율 값보다 작은지를 판단하는 단계, 조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값과 기설정된 토크의 값의 차이를 기설정된 일정시간 적분한 값이 기설정된 토크 누적값보다 큰지를 판단하는 단계 및 각 단계의 판단 조건이 모두 만족하면 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단하고, 어느 한 단계라도 만족하지 않으면 조향 장치가 정상 상태에 있다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 상태를 효과적으로 감지하여 재난 상황에 대비할 수 있다.

Description

전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법 {Under Steering Detection Method of MDPS(Motor Drive Power System)}

본 발명은 차량의 전동식 조향 장치(MDPS, Motor Drive Power System)에 관한 발명이다.

차량 내 부품들이 전자화됨에 따라서 차량의 기능 안전에 대한 관심이 높아져 가고 있으며, 차량 기능 안전에 관한 국제 표준인 ISO26262가 자동차 관련 업체들에게 큰 관심을 불러 일으키고 있다.

차량의 전동식 조향 장치에서도 이러한 ISO26262를 만족하는 조향 장치를 제공하고자 하는 노력이 가속화되고 있다.

그리고, 이러한 전동식 조향 장치에서 발생할 수 있는 문제 중의 하나로써, 언더 스티어링(Under Steering)이 있다. 언더 스티어링이란 운전자가 선회 주행시 전동식 조향 장치의 기능 고장에 의해 운전자 주행 방향과 반대 방향으로 작은 토크가 발생하여 운전자가 가고자 하는 주행방향에서 벗어나는 상황을 가리키는 용어이다.

도면 4도는 차량의 선회 주행시 언더 스티어링이 발생한 경우를 보여주는 도면이다.

도면 4도의 ①지점에서 차량은 선회를 시작하고 ②지점에서 전동식 조향 장치가 정상적으로 작동하면 차량은 정상 경로로 코너를 선회할 수 있으나, 만일 ②지점에서 전동식 조향 장치의 고장이 발생하게 되면 차량은 정상적으로 코너를 선회하지 못하고 ③지점을 따라 고장시 경로를 따르게 된다.

따라서, 주행중에 이러한 언더 스티어링 현상이 심하게 발생하면 차량이 코너를 돌지 못하고 도로 밖으로 튀어나갈 수도 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동식 조향 장치에 있어 언더 스티어링 현상이 발생하는 것을 조기에 감지하는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 언더 스티어링 현상이 발생하면 전동식 조향 장치의 모터의 전류 인가를 차단하여 수동으로 조향 장치의 조작이 가능하게 하는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 언더 스티어링 현상이 발생하면 전동식 조향 장치를 리셋하고 재작동시켜서 오류가 발생하는 것을 막는 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 조향 장치의 스티어링 휠의 토크 값과 상기 조향 장치의 모터 토크 값의 벡터 곱이 영(0)보다 작은지 판단하는 단계; 차량의 속도가 기설정된 기준 속도보다 빠른지 판단하는 단계; 상기 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 변화율 값과 상기 조향 장치의 모터 토크의 변화율 값을 스칼라 곱한 값이 기설정된 변화율 값보다 작은지를 판단하는 단계; 상기 조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값과 기설정된 토크의 값의 차이를 기설정된 일정시간 적분한 값이 기설정된 토크 누적값보다 큰지를 판단하는 단계; 및 상기 각 단계의 판단 조건이 모두 만족하면 상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단하고, 어느 한 단계라도 만족하지 않으면 상기 조향 장치가 정상 상태에 있다고 판단하는 단계;를 포함하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법을 제공한다.

또한, 상기 각 단계의 판단 조건이 모두 만족하면 상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단하고, 어느 한 단계라도 만족하지 않으면 상기 조향 장치가 정상 상태에 있다고 판단하는 단계에서, 상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단되면, 상기 조향장치의 모터에 공급되는 전류를 차단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법을 제공한다.

또한, 상기 조향장치의 모터에 공급되는 전류를 차단하는 단계 이후에, 상기 조향 장치를 리셋하여 재시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법을 제공한다.

또한, 상기 각 단계를 순서적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 상태를 효과적으로 감지하여 재난 상황에 대비할 수 있다.

둘째, 언더 스티어링 상태 감지시 전동식 조향 장치의 모터에 인가되는 전류를 차단하여 전동식 조향 장치를 메뉴얼(manual) 상태로 조작 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

셋쩨, 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 상태 감지시 조향 장치의 모터에 인가되는 전류를 차단함과 동시에 리셋하고 재동작 시킴으로서 전동식 조향 장치의 계속적인 올바른 동작을 가능하게 하는 효과가 있다.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스트어링 현상 검출 과정을 보여주는 순서도이다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 검출 조건을 로직 다이어그램으로 표현한 도면이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법을 시뮬레이션을 통하여 확인한 도면이다.
도면 4도는 차량의 선회 주행시 언더 스티어링이 발생한 경우를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스트어링 현상 검출 과정을 보여주는 순서도이다.

차량의 주행 중에 전동식 조향 장치의 스티어링 휠이 조절되면 이러한 스티어링 휠의 각도 변화나 토크 변화에 따라 조향 장치 내의 모터가 작동하여 차량의 주행 방향을 바꿀 수 있게 된다. 즉, 전동식 조향 장치는 운전자가 손으로 잡고 운전하는 스티어링 휠을 조작하면 토크 센서가 이를 감지하고 자동차의 전자제어장치(ECU)가 스티어링 휠의 조향 방향과 토크의 값에 대응되는 지령을 조향 장치 내의 모터에 내리고, 모터가 이에 상응되게 동작하여 차량의 앞바퀴 축을 움직임으로써 차량의 진행 방향을 바꾸게 하는 장치이다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 운전자가 조작하는 조향 장치의 스티어링 휠의 토크 값과 조향 장치 내의 모터의 토크 값을 측정하게 된다. 그리고, 이러한 조향 장치의 토크 값과 조향 장치 내의 모터의 토크 값을 벡터 곱을 하게 된다.(S1)

그리고, 그 다음으로 이렇게 벡터 곱한 값이 음의 값인지 양의 값인지 판단하는 과정을 거치게 된다.(S2)

언더 스티어링 상황의 경우 운전자의 조향 장치의 회전 토크는 일정하게 유지되는 상태에서 모터만 움직이기 때문에 모터에서의 조향 토크는 반대 방향으로 발생하게 된다. 따라서, 정상적인 주행 상황에서는 조향 장치의 토크 값과 조향 장치 내의 모터의 토크 값을 곱하면 같은 방향을 향하므로 그 벡터 곱이 양의 값을 가지나, 언더 스티어링 상황에서는 모터의 조향 토크 방향이 반대가 되므로 음의 값을 가지게 된다.

이를 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 전동식 조향 장치의 모터가 스티어링 휠에 제대로 반응하지 못하고 언더 스티어링 단계에 빠지는 것은 아닌지 판단하게 된다.

그 다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 차량의 속도를 이미 설정되어 있는 차량 속도값(THR1)과 비교하는 단계를 거칠 수 있다.(S3)

기 설정된 차량 속도값(THR1)은 60 킬로미터/아워(Km/hr)도 될 수 있고, 10 킬로미터/아워도 될 수 있으며, 언더 스티어링 현상 검출에 더 민감하게 작동되어야 할 속도 시점을 결정하여 임의로 선택될 수 있다. 차량이 저속으로 동작할 때는 무시할 수 있었던 언더 스티어링 현상도 고속 주행에서는 심각한 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 기 설정된 차량 속도값(THR1)은 조절에 따라 언더 스티어링 발생에 대한 민감도를 결정할 수 있다.

차량의 현재 속도가 기설정되어 있는 속도값(THR1)보다 큰 값으로 판단되면(S4), 그 다음으로 차량의 스티어링 휠의 조향 토크의 변화율과 차량 내 모터의 토크 변화율을 곱하여 기설정된 토크 변화율 값(THR2)보다 작은 값을 갖는지를 판단하는 단계를 수행할 수 있다.(S5)

전동식 조향 장치의 정상적인 작동 상황에서는 운전자의 입력이 증가함에 따라 조향 장치의 모터 토크의 변화율도 일정하게 증가하게 된다. 다시 말하면 운전자의 잡고 있는 조향 장치, 이를 테면 스티어링 휠의 토크 변화율이 양의 값을 가지면 모터의 토크 변화율도 양의 값을 가지게 된다. 그러나, 언더 스티어링 현상이 발생하는 경우 고장으로 인하여 차량 내의 모터는 운전자가 스티어링 휠을 통하여 입력하는 압력에 따라 변화하지 못하고 순간적으로 감소하게 된다. 따라서, 모터의 토크 변화율이 음의 값으로 떨어지게 되고, 결과적을 조향 장치의 토크 변화율과 모터 토크의 변화율의 스칼라 곱은 음의 값을 가지게 된다.

이러한 기설정된 토크 변화율 값(THR2)도 역시 언더 스티어링 현상 감지 민감도 등을 고려하여 설계시에 적절한 값으로 선택될 수 있다.

전동식 조향 장치의 스티어링 휠의 조향 토크의 변화율과 차량 내 모터의 토크 변화율을 곱한 값이 기설정된 토크 변화율 값(THR2)보다 작은 값을 갖는 조건을 만족하면(S6), 그 다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 모터 토크의 크기의 절대값과 기설정된 기준 토크 값(THR3)의 차이를 일정 시간 동안 적분하여 이미 설정되어 있는 토크 누적량의 값(THR4)보다 큰 값을 가지는지 판단하는 단계를 수행할 수 있다.(S7)

이렇게 일정시간 동안 그 차를 적분한 값을 가지고 기설정된 토크 누적량의 값(THR4)와 비교하여 언더스티어링을 판단하는 이유는 전동식 조향 장치의 조작 중에 일시적으로 언더 스티어링 현상이 발생하더라도 곧바로 정상 상태로 복귀하게 되면 언더 스티어링이라고 판단하여 모터의 전류를 차단하는 등의 조치를 취할 필요가 없기 때문이다.

하지만, 이러한 상태가 일정시간 동안 계속 발생하여 기설정된 토크 누적량의 값(THR4)를 초과하게 되면 언더 스티어링 현상에 대한 대응책이 필요하므로 전동식 조향장치의 모터 토크의 크기를 기설정된 기준 토크 값(THR3)의 차를 적분하여 기 설정되어 있는 토크 누적량의 값(THR4)보다 큰지 여부를 판단하는 것이다.

이러한 기설정된 기준 토크 값(THR3)와 토크 누적량의 값(THR4)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 민감도를 결정하는 과정에서 설계자가 자유롭게 선택할 수 있는 사항이다.

모터 토크의 크기의 절대값과 기설정된 기준 토크 값(THR3)의 차이를 일정 시간 동안 적분하여 이미 설정되어 있는 토크 누적량의 값(THR4)보다 큰 값을 가진다고 판단한 이후(S7)에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 언더 스티어링 현상의 해당 조건을 모두 만족하고 있는지 판단하는 과정을 거칠 수 있다.(S8)

해당 조건을 모두 만족한 경우(S8), 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법은 모터에 공급되는 전류를 차단하는 단계를 거칠 수 있다.(S9)

모터의 전류를 차단하게 되면, 전동식 조향 장치는 더 이상 모터의 힘에 의하여 차량의 주행 방향을 조절하는 것이 아니라 메뉴얼적으로 조향 장치를 조작하는 과정을 수행할 수 있다.

또한, 언더 스티어링 상태인 것을 감지한 후 모터에 인가되는 전류를 차단한 이후에 다시 빠르게 리셋되고 재부팅되어 전동식 조향 장치가 올바르게 작동할 수 있는 것을 보장할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 각 단계는 전동식 조향 장치 내의 제어부에 의하여 판단될 수도 있고 차량 내의 다른 마이크로프로세서에 의해서 처리될 수도 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 검출 조건을 로직 다이어그램으로 표현한 도면이다.

전동식 조향 장치의 스티어링 휠의 조향 토크와 조향장치 내의 모터의 토크의 방향이 같은 방향인지 판단하는 과정은 블록 100으로 표현하여 나타낼 수 있다.

또한, 차량의 속도가 기 설정되어 있는 차량의 속도보다 빠른지를 판단하는 과정은 블록 200으로 나타낼 수 있다. 블록 200에서는 기 설정된 기준 속도(THR1)가 10으로 표시된 것을 알 수 있다.

블록 300은 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 변화율과 모터 토크의 변화율을 곱하여 기 설정된 변화율 값(THR2)보다 작은지를 판단하는 단계를 나타내는 블록이다. 도면 2도 상에서 기 설정된 변화율 값(THR2)은 -2000으로 설정된 것을 확인할 수 있다.

조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값과 기설정된 토크의 값(THR3)의 차이를 기설정된 일정시간 동안 적분한 값이 기설정된 토크 누적량(THR4)보다 큰지를 판단하는 단계는 블록 400으로 표현할 수 있다.

블록 400에서 조향 장치의 모터 토크의 크기의 값의 절대값과 기 설정된 토크의 값(THR3)의 차는 스위치 3를 통하여 적분기로 입력된다. 여기서 기 설정된 토크의 값(THR3)는 2로 설정되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 기설정되어 있는 토크 누적량(THR4)은 0.5로 설정되어 있는 것을 확인할 수 있다.

블록 500은 앤드(AND) 논리 소자를 나타내는 블록으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 각 조건을 앤드(AND) 조건으로 파악하여 만족하는지를 결정하는 부분이고, 블록 600은 최종적으로 언더 스티어링 여부를 판단하여 출력하는 출력단자이다.

도면 2도 상에서는 도면 3도의 시뮬레이션을 위하여 두 개의 조건만을 앤드연산을 거치는 것을 볼 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 블록 100과 블록 200도 모두 앤드 논리 소자에 연결될 수 있다.

도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법을 시뮬레이션을 통하여 확인한 도면이다.

시뮬레이션 조건을 보면 차량은 ①지점에서 80 시간당킬로미터(KPH)로 직진을 시작하고 2초 후 ②지점에서 선회를 시작한다. 그리고, 4.5초 후 ③지점에서 고장이 발생하고 ④지점에서 언더 스티어링 현상이 발생하는 조건으로 실험을 실시하였다.

고장 판단 조건으로는 전동식 조향 장치의 스티어링 휠의 조향 토크 변화율과 조향 장치의 모터 토크의 변화율을 곱한 값이 임의로 정한 한계치보다 작은지와 모터의 토크의 크기가 임의로 정한 한계치보다 큰지를 여부를 가지고 판단하였으며, 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법을 각 단계를 간략하게 표현한 것이다.

시뮬레이션 결과를 보면, 4.5초에서 언더 스티어링 상황이 발생하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법의 스티어링 휠의 조향 토크 변화율과 조향장치내의 모터 토크의 변화율이 영(0) 이하로 떨어지는 것을 볼 수 있으며, 모터 토크의 크기 값은 4.5초에서 떨어졌다가 일정한 적분이 진행됨에 따라 10 이상으로 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 차량의 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 값과 조향 장치내의 모터의 토크 값을 벡터 곱한 값이 영(0)보다 작고, 차량의 속도가 기설정된 기준 속도보다 빠르며, 스티어링 휠의 토크의 변화율 값과 조향 장치의 모터 토크의 변화율 값을 스칼라한 값이 기설정된 조건이 변화율 값보다 작으며, 조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값과 기설정된 토크의 값의 차이를 기설정된 시간(여기서는 대략 1초 정도) 적분한 값이 기설정된 토크 누적값보다 크면 모든 조건을 만족하므로 고장 플래그는 '하이(1)'로 설정될 수 있다.

이를 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 언더 스티어링 검출 방법도 오류 없이 작동하는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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.

100 : 전동식 조향 장치의 스티어링 휠의 조향 토크와 조향장치 내의 모터의 토크의 방향이 같은 방향인지 판단하는 과정을 나타내는 블록
200 : 차량의 속도가 기설정되어 있는 차량의 속도보다 빠른지를 판단하는 과정을 나타내는 블록
300 : 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 변화율과 모터 토크의 변화율을 곱하여 기설정된 변화율 값보다 작은지를 판단하는 단계를 나타내는 블록
400 : 조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값와 기설정된 토크의 값의 차이를 기설정된 일정시간 동안 적분한 값이 기설정된 토크 누적량보다 큰지를 판단하는 단계를 나타내는 블록
500 : 앤드(AND) 논리 소자를 나타내는 블록
600 : 언더 스티어링 여부를 출력하는 출력단자를 나타내는 블록

Claims (4)

1. 조향 장치의 스티어링 휠의 토크 값과 상기 조향 장치의 모터 토크 값의 벡터 곱이 영(0)보다 작은지 판단하는 단계;
   차량의 속도가 기설정된 기준 속도보다 빠른지 판단하는 단계;
   상기 조향 장치의 스티어링 휠의 토크의 변화율 값과 상기 조향 장치의 모터 토크의 변화율 값을 스칼라 곱한 값이 기설정된 변화율 값보다 작은지를 판단하는 단계;
   상기 조향 장치의 모터의 토크의 크기의 절대값과 기설정된 토크의 값의 차이를 기설정된 일정시간 적분한 값이 기설정된 토크 누적값보다 큰지를 판단하는 단계; 및
   상기 각 단계의 판단 조건이 모두 만족하면 상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단하고, 어느 한 단계라도 만족하지 않으면 상기 조향 장치가 정상 상태에 있다고 판단하는 단계;를 포함하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 단계의 판단 조건이 모두 만족하면 상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단하고, 어느 한 단계라도 만족하지 않으면 상기 조향 장치가 정상 상태에 있다고 판단하는 단계에서,
   상기 조향 장치가 언더 스티어링 상태에 있다고 판단되면,
   상기 조향장치의 모터에 공급되는 전류를 차단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 조향장치의 모터에 공급되는 전류를 차단하는 단계 이후에,
   상기 조향 장치를 리셋하여 재시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 각 단계를 순서적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 언더 스티어링 검출 방법.
   
   
   
   
   

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