KR102004720B1 - 세이프티 향상을 위해 리던던시를 구성한 전동식 조향 장치 - Google Patents

세이프티 향상을 위해 리던던시를 구성한 전동식 조향 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전동식 조향 장치 내부의 전자 시스템에 대한 redundancy를 구성하여, 기존에 비해 신뢰성이 향상된 전동식 조향 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 일 실시예는 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 토크 센서, 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 조향각 센서, 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 모터 위치 센서, 내부에 제1 winding 모터와 제2 winding 모터를 포함하는 Dual-wound BLAC(Brushless AC) 모터, 제1 전자 제어 장치, 제2 전자 제어 장치 및 상기 제1 전자 제어 장치와 상기 제2 전자 제어 장치 중에서 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 선택하는 선택부를 포함하되, 상기 제1 전자 제어 장치와 제2 전자 제어 장치는 서로 분리된 별도의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받고, 상기 Dual-wound BLAC 모터의 제1 winding 모터는 상기 제1 전자 제어 장치의 인버터와 연결되고, 제2 winding 모터는 상기 제2 전자 제어 장치의 인버터와 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치를 제공한다.

Description

세이프티 향상을 위해 리던던시를 구성한 전동식 조향 장치{Apparatus of electronic power steering having redundancy for safety enhancement}
본 발명은 전동식 조향 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향 장치 내부의 장치에 대한 redundancy를 구성하여 내부 시스템에 이상이 발생하여도 정상적으로 조향이 동작하도록 하는 전동식 조향 장치에 관한 것이다.
최근 차량들은 점점 더 전자적인 기능들이 증가하고 있으며, 이에 따라 차량에는 다양한 전자장치들이 설치되어 사용되고 있다.
이러한 전자장치들을 제어하기 위해, 일반적으로 차량에는 각종 입력센서에서 검출되는 전기적 신호를 입력받아 출력측의 각종 액츄에이터를 구동하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 차량용 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; 이하, 'ECU'라 칭함)가 구비되어 있다. 전동식 조향 장치는 상술한 전자 제어 장치를 중심으로 하여 차량의 조향을 제어할 수 있다.
최근 이러한 전동식 조향 장치에 대한 신뢰성 요구 사항이 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 전동식 조향 장치의 구성품 중 신뢰성에 기여도가 가장 큰 전자 시스템에 대한 안전성 레벨을 향상시키는 방법을 모색할 필요성이 증대되고 있다. 특히, 전동식 조향 장치의 안전도 향상은 향후 자동 주행과 같은 신기술과도 접목될 수 있다는 점에서 그 중요성이 강조되고 있다.
따라서 본 발명은, 전동식 조향 장치 내부의 전자 시스템에 대한 redundancy를 구성하여, 기존에 비해 신뢰성이 향상된 전동식 조향 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 토크 센서, 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 조향각 센서, 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 모터 위치 센서, 내부에 제1 winding 모터와 제2 winding 모터를 포함하는 Dual-wound BLAC(Brushless AC) 모터, 제1 전자 제어 장치, 제2 전자 제어 장치 및 상기 제1 전자 제어 장치와 상기 제2 전자 제어 장치 중에서 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 선택하는 선택부를 포함하되, 상기 제1 전자 제어 장치와 제2 전자 제어 장치는 서로 분리된 별도의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받고, 상기 Dual-wound BLAC 모터의 제1 winding 모터는 상기 제1 전자 제어 장치의 인버터와 연결되고, 제2 winding 모터는 상기 제2 전자 제어 장치의 인버터와 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 전동식 조향 장치를 구성하는 전자 제어 장치 또는 센서 에 이상이 발생한 경우에도 다른 전자 제어 장치 또는 센서를 이용하여 정상적으로 조향을 제어할 수 있으며 차량 전체의 안전성 레벨을 향상시킬 수 있다.
도 1는 기존의 전동식 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4채널 토크 센서에서 토크 신호가 전달되는 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4채널 모터 위치 센서에서 모터 위치 신호가 전달되는 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Dual-wound BLAC 모터의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1는 기존의 전동식 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
기존의 전동식 조향 장치에서는 TAS(Torque & Angle Sensor)(110)에서 제1 토크 신호와 제2 토크 신호가 전자 제어 장치(ECU)(120)로 전달된다. TAS(110)에서 전달되는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호는 각각 ASIL(Automobile Safety Integrity Level) B를 만족한다. ASIL은 ISO 26262에서 정의된 항목으로 차량 내 기능 요소들에 대한 리스크 관리 기준을 나타낸다. ASIL 레벨은 A에서 D로 올라갈수록 요구되는 신뢰성의 수준이 높아진다. 기존의 전동식 조향 장치는 ASIL B 수준의 제1 토크 신호와 제2 토크 신호를 받아서 각각 ASIL B 레벨로 신호 처리를 수행하여 ASIL D 수준의 토크 입력 신호를 구현할 수 있다.
기존의 전동식 조향 장치의 전자 제어 장치(120)에서는 내부에 MCU(MicroController Unit)(121)와 인버터(122)가 포함되어 있다.
MCU(121)는 전자 제어 장치(120)에 입력되는 토크 신호, 조향각 신호 및 모터 위치 신호를 처리하고 인버터(122)를 제어하는 기능을 수행한다. 신호를 처리하는 MCU(121)는 물리적으로 하나이지만 내부에 Check Core를 이용한 self diagnosis 기능이 구현되어 있다.
인버터(122)는 Single-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(130)의 U, V, W 단자에 연결되어 Single-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(130)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. BLAC 모터는 브러쉬가 없는 모터로서 역기전력이 정현파 형태를 지니는 모터를 의미하며, Single-Wound BLAC 모터(130)의 내부에는 1개의 winding 모터가 존재한다.
그리고 기존의 전동식 조향 장치에서는 모터 위치 센서(140)에서 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호가 전자 제어 장치(120)로 전달된다. TAS(110)와 마찬가지로 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호는 각각 ASIL B를 만족하며, 기존의 전동식 조향 장치는 ASIL B 수준의 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호를 받아서 각각 ASIL B 레벨로 신호 처리를 수행하여 ASIL D 수준의 모터 위치 입력 신호를 구현할 수 있다. 두 개의 ASIL B 수준의 신호를 합성하여 ASIL D 수준의 신호를 구현하는 내용은 ISO 26262에 정의되어 있다.
배터리(150)는 전자 제어 장치(120)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 만약 배터리(150)에 이상이 발생하여 공급되는 전압이 임계치 이하가 되면 전자 제어 장치(120)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 하나의 전동식 조향 장치 내의 각 구성 요소에 대한 redundancy가 구성되어 있다. 즉, 동일한 동작과 safety coverage를 가지는 두 개의 전자 제어 장치가 하나의 전동식 조향 장치 내에 존재하고,둘 중 하나의 전자 제어 장치가 정상적으로 동작할 수 없는 상황에서 다른 하나의 전자 제어 장치를 이용하여 전동식 조향 장치를 동작하게 하는 것을 목표로 한다. 따라서, 하나의 전자 제어 장치의 동작에 이상이 발생하여도, 다른 전자 제어 장치를 이용해 조향 제어를 수행할 수 있어 전동식 조향 장치의 전체적인 안정성이 향상될 수 있다.
전동식 조향 장치는 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)를 포함할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210) 내부에는 제1 MCU(211)와 제1 인버터(212)를 포함할 수 있고, 제2 전자 제어 장치(220) 내부에는 제2 MCU(221)와 제2 인버터(222)를 포함할 수 있다.
제1 MCU(211)는 제1 전자 제어 장치(210)에 입력되는 토크 신호, 조향각 신호 및 모터 위치 신호를 처리하고 제1 인버터(212)를 제어하는 기능을 수행할 수 있으며, 제1 인버터(212)는 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 U1, V1, W1 단자와 연결되어 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 제1 winding 모터의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 제1 인버터(212)와 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 사이에는 제1 전자 제어 장치(210)의 고장이 감지된 경우에 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 제1 winding 모터로의 전원 공급을 차단할 수 있는 phase cut off 모듈이 삽입될 수 있다.
제2 MCU(221)는 제2 전자 제어 장치(220)에 입력되는 토크 신호, 조향각 신호 및 모터 위치 신호를 처리하고 제2 인버터(222)를 제어하는 기능을 수행할 수 있으며, 제2 인버터(222)는 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 U2, V2, W2 단자와 연결되어 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 제2 winding 모터의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 제2 인버터(222)와 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 사이에는 제2 전자 제어 장치(220)의 고장이 감지된 경우에 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 제2 winding 모터로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행하는 phase cut off 모듈이 삽입될 수 있다.
제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)는 각 전자 제어 장치의 MCU의 I/O Port의 pin 하나를 제외하고는 동일한 구성을 가지고 있다. 이 때, 제1 전자 제어 장치(210)의 제1 MCU(211)의 I/O Port의 pin에 연결된 전압과 제2 전자 제어 장치(220)의 제2 MCU(221)의 I/O Port의 pin에 연결된 전압은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 제어 장치(210)에는 그라운드(grounnd)가 연결될 수 있으며 제2 전자 제어 장치(220)에는 5V가 연결될 수 있다. 따라서, 각 전자 제어 장치는 I/O port의 pin에 연결된 전압 정보를 이용하여 자신이 제1 전자 제어 장치인지 제2 전자 제어 장치인지 구분할 수 있다.
그리고 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)는 차량 통신(CAN) Bus를 통해 차량의 다른 장치와 통신을 수행하고, OEM의 사양에 따른 진단 정보를 송출할 수 있으며, 전자 제어 장치 상호간에 CAN 통신을 이용하여 서로 정보를 교환할 수도 있다.
4채널 토크 센서(230)는 토크 신호 값을 제1 전자 제어 장치(210) 및 제2 전자 제어 장치(220)로 전달할 수 있다. 4채널 토크 센서(230)는 제1 토크 신호, 제2 토크 신호, 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호를 전달할 수 있으며 정상 동작 시에는 상술한 4개의 토크 신호는 모두 동일한 값을 가진다.
이 때, 4채널 토크 센서(230)는 내부에 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함할 수 있으며, 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제1 토크 신호 및 제2 토크 신호가 생성되고, 다른 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호가 생성될 수 있다. 그리고 4채널 토크 센서(230)는 제1 토크 신호 및 제2 토크 신호를 제1 전자 제어 장치(210)로 전달하고, 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호를 제2 전자 제어 장치(220)로 전달하여 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 토크 신호를 사용하도록 할 수 있다. 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 토크 신호를 사용하기 때문에 하나의 전자 제어 장치에 입력되는 토크 신호에 이상이 있는 경우에도 다른 전자 제어 장치는 정상적인 토크 신호를 수신할 수 있다. 이하, 도 3에서 4채널 토크 센서(230)의 동작에 대해 더 자세히 설명한다.
4채널 조향각 센서(240)는 조향각 신호값을 제1 전자 제어 장치(210) 및 제2 전자 제어 장치(220)로 전달할 수 있다. 4채널 조향각 센서(240)는 제1 조향각 신호, 제2 조향각 신호, 제3 조향각 신호 및 제4 조향각 신호를 전달할 수 있으며 정상 동작 시에는 상술한 4개의 조향각 신호는 모두 동일한 값을 가진다. 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제1 조향각 신호 및 제2 조향각 신호가 생성되고, 다른 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제3 조향각 신호 및 제4 조향각 신호가 생성될 수 있다. 그리고 4채널 조향각 센서(240)는 제1 조향각 신호 및 제2 조향각 신호를 제1 전자 제어 장치(210)로 전달하고, 제3 조향각 신호 및 제4 조향각 신호를 제2 전자 제어 장치(220)로 전달하여 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 조향각 신호를 사용하도록 할 수 있다. 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 조향각 신호를 사용하기 때문에 하나의 전자 제어 장치에 입력되는 조향각 신호에 이상이 있는 경우에도 다른 전자 제어 장치는 정상적인 조향각 신호를 수신할 수 있다.
Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)는 외부에서는 하나의 모터로 보이지만, 실질적으로 2개의 모터로 구성되어 있으며 내부에 제1 winding 모터와 제2 winding 모터를 포함하고 있다. 제1 winding 모터는 U1, V1, W1 단자를 통해 제1 전자 제어 장치(210)와 연결될 수 있으며, 제2 winding 모터는 U2, V2, W2 단자를 통해 제2 전자 제어 장치(220)와 연결될 수 있다. 이하, 도 5에서 Dual-Wound BLAC(Brushless AC) 모터(250)의 동작에 대해 더 자세히 설명한다.
4채널 모터 위치 센서(260)는 모터 위치 신호 값을 제1 전자 제어 장치(210) 및 제2 전자 제어 장치(220)로 전달할 수 있다. 4채널 모터 위치 센서(260)는 제1 모터 위치 신호, 제2 모터 위치 신호, 제3 모터 위치 신호 및 제4 모터 위치 신호를 전달할 수 있으며 정상 동작 시에는 상술한 4개의 모터 위치 신호는 모두 동일한 값을 가진다.
이 때, 4채널 모터 위치 센서(260)는 내부에 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함할 수 있으며, 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제1 모터 위치 신호 및 제2 모터 위치 신호가 생성되고, 다른 하나의 듀얼 다이 집적 회로에서 제3 모터 위치 신호 및 제4 모터 위치 신호가 생성될 수 있다. 그리고 4채널 모터 위치 센서(260)는 제1 모터 위치 신호 및 제2 모터 위치 신호를 제1 전자 제어 장치(210)로 전달하고, 제3 모터 위치 신호 및 제4 모터 위치 신호를 제2 전자 제어 장치(220)로 전달하여 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 모터 위치 신호를 사용하도록 할 수 있다. 각 전자 제어 장치가 서로 독립된 모터 위치 신호를 사용하기 때문에 하나의 전자 제어 장치에 입력되는 모터 위치 신호에 이상이 있는 경우에도 다른 전자 제어 장치는 정상적인 모터 위치 신호를 수신할 수 있다. 이하, 도 4에서 4채널 모터 위치 센서(260)의 동작에 대해 더 자세히 설명한다.
선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220) 중에서 조향을 제어하기 위한 전자 제어 장치를 선택할 수 있다. 본 발명에서 2개의 전자 제어 장치가 병렬적으로 존재하는 이유는 2개의 전자 제어 장치 중 하나의 전자 제어 장치에 이상이 발생하였을 경우에 다른 전자 제어 장치를 사용하여 전동식 조향 장치를 동작시키기 위해서이다.
따라서, 선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220) 중 하나만을 조향을 제어하기 위한 전자 제어 장치로 선택하고, 선택되지 않은 전자 제어 장치는 조향의 제어에 영향을 미치지 않는다. 즉, 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)가 동시에 조향을 제어하는 상황은 발생하지 않는다.
선택부(270)는 차량이 주행을 시작하는 경우 제1 전자 제어 장치(210)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택한다. 이 때 제2 전자 제어 장치(220)는 대기 상태로 존재하게 된다.
선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210)로 조향을 제어하는 도중 제1 전자 제어 장치(210)에 이상이 발생하여 제1 전자 제어 장치(210)로는 조향 제어가 불가능하다고 판단되는 경우에는 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택할 수 있다. 일단 제어권이 제1 전자 제어 장치(210)에서 제2 전자 제어 장치(220)로 넘어간 이후에는 선택부(270)는 차량의 주행이 종료할 때까지 제1 전자 제어 장치(210)로 다시 제어권을 넘기지 않는다.
상술한 이상 발생을 판단하기 위한 일 예로, 선택부(270)는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호의 신호값을 비교하여 이상 발생을 판단할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)로 전달되는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호가 서로 동일하다면 수신된 2개의 토크 신호의 값을 신뢰할 수 있지만, 서로 차이가 발생하면 제1 전자 제어 장치(210)로 수신된 토크 신호의 값 중 어떤 토크 신호의 값을 사용해야 할 지 판단할 수 없다. 따라서, 선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210) 대신에 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하게 된다.
상술한 이상 발생을 판단하기 위한 다른 예로, 선택부(270)는 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호의 신호값을 비교하여 이상 발생을 판단할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)로 전달되는 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호가 서로 동일하다면 수신된 2개의 모터 위치 신호의 값을 신뢰할 수 있지만, 서로 차이가 발생하면 제1 전자 제어 장치(210)로 수신된 모터 위치 신호의 값 중 어떤 모터 위치 신호의 값을 사용해야 할 지 판단할 수 없다. 따라서, 선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210) 대신에 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하게 된다.
상술한 이상 발생을 판단하기 위한 또 다른 예로, 선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210)에 공급되는 배터리 전원의 전압이 미리 설정된 임계 전압 미만인 경우에 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택할 수 있다. 배터리에 이상이 발생하거나 혹은 배터리를 충전시키는 액츄에이터에 이상이 발생하게 되면 전자 제어 장치에 공급되는 배터리 전압이 계속 감소하게 된다. 따라서 제1 전자 제어 장치(210)에 공급되는 배터리 전원의 전압이 미리 설정된 임계 전압 미만으로 감소하게 되면 제1 전자 제어 장치(210)는 동작에 필요한 전원을 계속 공급받지 못하기 때문에 이상 동작을 할 가능성이 높아진다. 따라서, 선택부(270)는 제1 전자 제어 장치(210) 대신에 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택할 수 있다.
만약, 선택부가 제2 전자 제어 장치(220)를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택한 경우에는, 제2 전자 제어 장치(220)는 제3 토크 신호와 제4 토크 신호 뿐 아니라 제1 전자 제어 장치(210)로 전달되는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호를 사용하여 토크값 계산의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
만약 제3 토크 신호와 제4 토크 신호의 값이 동일하면 제2 전자 제어 장치(220)는 2개의 토크 신호 중 하나를 이용하여 토크값을 계산할 수 있다. 그러나 2개의 토크 신호의 값에 차이가 발생한 경우에는 제2 전자 제어 장치(220)는 어떤 토크 신호의 값이 정확한 값인지를 확인하기 위해 제1 토크 신호와 제2 토크 신호의 값을 사용할 수 있다. 이 때, 제1 토크 신호와 제2 토크 신호는 제2 전자 제어 장치(220)로 직접 전달되지 않기 때문에 제2 전자 제어 장치(220)는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호값을 가지고 있는 제1 전자 제어 장치(210)로부터 CAN 통신을 통해 제1 토크 신호값과 제2 토크 신호값을 수신할 수 있다.
제2 전자 제어 장치(220)는 제1 토크 신호, 제2 토크 신호, 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호 중 2개 이상의 토크 신호의 값이 동일하면, 동일한 토크 신호값을 기초로 토크값을 계산할 수 있다. 2개 이상이 토크 신호의 값이 동일하다면 동일하지 않은 다른 토크 신호의 값에 비해서 정상일 가능성이 높기 때문이다.
조향 제어에 사용하는 토크 신호를 선택하는 것을 표로 나타내면 아래 표 1과 같다.
Figure 112017104810130-pat00001
표 1에서 OK는 신호값이 동일한 다른 토크 신호가 존재하는 경우를 의미하고 NG는 신호값이 동일한 다른 토크 신호가 없는 경우를 의미한다. 표 1을 참조하면 적어도 2개 이상의 토크 신호의 값이 동일한 경우가 존재하면 토크 값을 계산할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 3개 이상의 토크 신호의 값이 동일한 경우에는 번호가 적은 토크 신호값 2개를 사용하여 토크값을 계산할 수 있다. 상술한 바와 같이 2개의 동일한 토크 신호값만 존재하면 ASIL D 수준의 신뢰성을 확보할 수 있기 때문이다.
한편, 모터 위치 센서의 경우에는 신호가 전달되는 주기가 1/16000초 정도로 토크 센서의 1/1000초에 비해 매우 짧기 때문에 CAN 통신으로 전달된 정보의 신뢰성을 확보하기가 어렵다. 따라서 제2 전자 제어 장치(220)에서는 토크 신호와 마찬가지로 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호를 CAN 통신으로 수신하여 모터 위치 값의 신뢰성을 높이는 동작을 구현하기는 어렵고, 제3 모터 위치 신호와 제4 모터 위치 신호만을 사용하게 된다.
제1 배터리(280)는 제1 전자 제어 장치(210)에 전원을 공급하는 역할을 수행하며, 제2 배터리(290)는 제2 전자 제어 장치(220)에 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 즉, 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)에 공급되는 전원이 별도로 분리되어 있다.
제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)에 공급되는 전원이 별도로 분리되어 있기 때문에 하나의 전자 제어 장치에 공급되는 전원에 이상이 발생하여도 다른 전자 제어 장치는 정상적으로 동작할 수 있다.
즉, 전동식 조향 장치의 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)는 별도의 신호값을 수신하고, 사실상 별도의 모터와 연결된 구성되어 있다. 따라서, 비록 전동식 조향 장치가 하나의 하우징 안에 구성되어 있어도 내부적으로는 별도의 서브 시스템이 구성된 것과 동일하므로 redundancy를 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4채널 토크 센서에서 토크 신호가 전달되는 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 4채널 토크 센서(230)의 내부에는 제1 토크 듀얼 다이 집적 회로(231)와 제2 토크 듀얼 다이 집적 회로(232)가 포함될 수 있다. 이 때, 각 듀얼 다이 집적 회로는 동일한 종류의 칩으로 구현될 수 있다.
제1 토크 듀얼 다이 집적 회로(231)는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호를 제1 전자 제어 장치(210)로 송출하며, 제2 토크 듀얼 다이 집적 회로(232)는 제3 토크 신호와 제4 토크 신호를 제2 전자 제어 장치(220)로 송출할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)의 제1 MCU(211)에서는 제1 토크 신호와 제2 토크 신호를 수신하고, 제2 전자 제어 장치(220)의 제2 MCU(221)에서는 제3 토크 신호와 제4 토크 신호를 수신할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)는 각각 자신에게 전송되는 2개의 ASIL B 레벨의 토크 신호를 조합하여 ASIL D 수준의 토크 신호를 구현할 수 있다.
이 때, 상술한 각 토크 신호는 SENT 프로토콜을 사용하여 전송될 수 있다. SENT(Single Edge Nibble Transmission) 프로토콜은 자동차에서 온도, 압력, 위치 등 높은 분해능의 센서 데이터를 송수신하는 데 사용될 수 있는 단방향 프로토콜 표준이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4채널 모터 위치 센서에서 모터 위치 신호가 전달되는 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 4채널 모터 위치 센서(260)의 내부에는 제1 모터 위치 듀얼 다이 집적 회로(261)와 제2 모터 위치 듀얼 다이 집적 회로(262)가 포함될 수 있다. 이 때, 각 듀얼 다이 집적 회로는 동일한 종류의 칩으로 구현될 수 있다.
제1 모터 위치 듀얼 다이 집적 회로(261)는 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호를 제1 전자 제어 장치(210)로 송출하며, 제2 모터 위치 듀얼 다이 집적 회로(262)는 제3 모터 위치 신호와 제4 모터 위치 신호를 제2 전자 제어 장치(220)로 송출할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)의 제1 MCU(211)에서는 제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호를 수신하고, 제2 전자 제어 장치(220)의 제2 MCU(221)에서는 제3 모터 위치 신호와 제4 모터 위치 신호를 수신할 수 있다. 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)는 각각 자신에게 전송되는 2개의 ASIL B 레벨의 모터 위치 신호를 조합하여 ASIL D 수준의 모터 위치 신호를 구현할 수 있다.
이 때, 상술한 각 모터 위치 신호는 SPI 프로토콜을 사용하여 전송될 수 있다. SPI는 MCU와 주변 장치간의 Serial 통신을 위한 규약으로서, 주변 장치와 클럭(clock)을 통해 동기화하는 동기식 통신 방식으로서 하나의 마스터와 하나 이상의 슬레이브간의 통신을 지원한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Dual-wound BLAC 모터의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 기존의 전동식 조향 장치에서 사용되는 Single-wound BLAC 모터와의 비교를 통해서 Dual-wound BLAC 모터의 특성에 대해 설명한다.
전동식 조향 장치에서 사용되는 BLAC 모터는 특정 로터의 각에서 특정한 전압 벡터를 인가해야만 토크가 발생되는 특성을 가지고 있다. 따라서 Dual-wound BLAC 모터에서는 내부의 제1 winding 모터와 제2 winding 모터가 별도로 동작하기 위해 각 winding 모터에 대한 모터 스테이터 3상 와인딩을 별도로 구성해야 한다. 그러므로 Dual-wound BLAC 모터의 외부에 노출되는 단자의 개수는 총 6개가 된다. 즉 Single-wound BLAC 모터는 U,V,W 단자가 외부로 노출되는 반면에, Dual-Wound BLAC 모터는 U1, U2, V1, V2, W1, W2 단자가 외부로 노출되게 된다. 여기서 U1, V1, W1은 내부의 제1 winding 모터에 연결되는 단자이고, U2, V2, W2는 내주의 제2 winding 모터에 연결되는 단자이다.
각 winding 모터는 연결된 3상 단자에 별도로 공급되는 전압에 의하여 구동된다. 이 때, 각 winding 모터는 서로 다른 인버터와 연결되어야만 서로 독립적으로 동작이 가능하다. 본 발명의 전동식 조향 장치에서는 제1 전자 제어 장치(210)와 제2 전자 제어 장치(220)가 각각 인버터를 가지고 있고, Dual-wound BLAC 모터의 제1 winding 모터와 제2 winding 모터가 연결되는 인버터가 각각 다르기 때문에 서로 독립적으로 동작할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 토크 센서;
    2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 조향각 센서;
    2개의 독립된 듀얼 다이 집적 회로(dual die IC)를 포함하는 4채널 모터 위치 센서;
    내부에 제1 winding 모터와 제2 winding 모터를 포함하는 Dual-wound BLAC(Brushless AC) 모터;
    제1 인버터를 포함하는 제1 전자 제어 장치;
    제2 인버터를 포함하는 제2 전자 제어 장치;
    상기 제1 전자 제어 장치와 상기 제2 전자 제어 장치 중에서 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 선택하는 선택부;를 포함하되,
    상기 제1 인버터와 상기 Dual-wound BLAC 모터 사이에 삽입된 제1 phase cut off 모듈과 상기 제2 인버터와 상기 Dual-wound BLAC 모터 사이에 삽입된 제2 phase cut off 모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 전자 제어 장치와 제2 전자 제어 장치는 서로 분리된 별도의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받고,
    상기 제1 winding 모터는 상기 제1 인버터와 연결되고, 제2 winding 모터는 상기 제2 인버터와 연결되고,
    상기 선택부는,
    선택된 제1 전자 제어 장치에 공급되는 제1 배터리의 전압이 미리 설정된 임계 전압 미만인 경우에는 상기 제2 전자 제어 장치를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하거나,
    선택된 제2 전자 제어 장치에 공급되는 제2 배터리의 전압이 상기 임계 전압 미만인 경우에는 상기 제1 전자 제어 장치를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하고,
    상기 제1 phase cut off 모듈은,
    상기 제1 배터리의 전압이 상기 임계 전압 미만일 때, 상기 제1 인버터에서 상기 제1 winding 모터로의 전원 공급을 차단하고,
    상기 제2 phase cut off 모듈은,
    상기 제2 배터리의 전압이 상기 임계 전압 미만일 때, 상기 제2 인버터에서 상기 제2 winding 모터로의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 4채널 토크 센서는,
    제1 토크 신호 및 제2 토크 신호를 제1 전자 제어 장치로 전달하고, 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호를 제2 전자 제어 장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 4채널 모터 위치 센서는,
    제1 모터 위치 신호 및 제2 모터 위치 신호를 제1 전자 제어 장치로 전달하고, 제3 모터 위치 신호 및 제4 모터 위치 신호를 제2 전자 제어 장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 선택부는,
    제1 토크 신호와 제2 토크 신호의 신호값에 차이가 발생한 경우는 제2 전자 제어 장치를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 선택부는,
    제1 모터 위치 신호와 제2 모터 위치 신호의 신호값에 차이가 발생한 경우는 제2 전자 제어 장치를 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전자 제어 장치는,
    상기 선택부에 의해 조향을 제어하는 전자 제어 장치로 선택된 경우에, 제3 토크 신호와 제4 토크 신호의 신호값에 차이가 발생하면 제1 전자 제어 장치로부터 제1 토크 신호와 제2 토크 신호를 CAN 통신을 통해 수신하고, 제1 토크 신호, 제2 토크 신호, 제3 토크 신호 및 제4 토크 신호 중 2개 이상의 토크 신호의 값이 동일하면, 동일한 토크 신호값을 기초로 토크값을 계산하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
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