KR102172578B1 - 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 관한 것으로, 컬럼 조향각 오류 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프 모드로의 전환 기능이 있는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 있어서, 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)을 검출하는 단계, 상기 제어부가 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 미리 설정된 시간 동안 보류시키는 단계, 상기 제어부가 상기 에이에프에스 시스템의 모터 제어를 위해 입력하는 컬럼 출력각으로서 모터 엔코더 각을 입력하는 단계, 및 상기 제어부가 상기 입력한 엔코더 각을 이용해 모터를 제어하여 상기 에이에프 시스템을 구동하고, 상기 미리 설정된 시간이 경과되면 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법{FAIL SAFE CONTROL METHOD OF AN AFS SYSTEM}

본 발명은 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에이에프에스(AFS : Active Front Steer) 시스템의 컬럼 조향각 오류 발생 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프(FailSafe) 모드로 전환될 경우에 발생할 수 있는 솔레노이드의 파손 및 운전자 위험성에 대해서 모터 엔코더의 위치를 추정하여 조향각을 제어함으로써 안정성을 증대시킬 수 있도록 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자제어장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)를 이용하여 차량의 속도에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향조작이 가능하도록 한 조향 시스템은, 기존의 유압식 파워 조향 시스템에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향(Electronic Power Steering) 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 전동식 파워 조향(Electric Power Steering) 시스템으로 구분된다.

종래에는 상기와 같은 조향 시스템을 장착한 차량에 있어서, 운전자 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 조향 기어비 가변 기구를 구비시켜, 이 조향 기어비 가변 기구의 작동을 통해 운전자 핸들의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템이 적용되고 있다.

그런데 종래의 AFS 시스템에서는 컬럼 조향각 오류 시 솔레노이드가 락킹(Locking) 작동하고, 상기 솔레노이드 락킹 시 발생하는 충격에 의해 솔레노이드에 손상이 발생할 가능성에 의하여 주행 중 운전자 위험성이 커지는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1005759호(2010.12.28.등록, 능동 전류 조향 시스템에서의 페일 세이프 제어방법)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 에이에프에스(AFS) 시스템의 컬럼 조향각 오류 발생 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프 모드로 전환될 경우에 발생할 수 있는 솔레노이드의 파손 및 운전자 위험성에 대해서 모터 엔코더의 위치를 추정하여 조향각을 제어함으로써 안정성을 증대시킬 수 있도록 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법은, 컬럼 조향각 오류 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프 모드로의 전환 기능이 있는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 있어서, 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)을 검출하는 단계: 상기 페일이 검출되면, 상기 제어부가 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 미리 설정된 시간 동안 보류시키는 단계; 상기 제어부가 상기 에이에프에스 시스템의 모터 제어를 위해 입력하는 컬럼 출력각으로서 모터 엔코더 각을 입력하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 입력한 엔코더 각을 이용해 모터를 제어하여 상기 에이에프 시스템을 구동하고, 상기 미리 설정된 시간이 경과되면 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 엔코더 각은, 현재의 출력 조향각에 대응하도록 계산된 상기 모터의 엔코더 각인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 엔코더 각을 이용해 모터를 제어하여 상기 에이에프 시스템을 구동하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 미리 설정된 시간 동안 미리 설정된 방식으로 경고를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 미리 설정된 방식으로 경고를 출력하는 단계에서, 상기 경고는 시각적, 청각적, 및 촉각적 경고 중 적어도 하나이며, 상기 방식은 경고를 출력하는 패턴이나 형식인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 컬럼 출력 페일은, 컬럼 출력각 센서의 검출 오류인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)을 검출하는 단계 이후, 상기 제어부가 상기 모터 제어를 위해 인가되는 컬럼 출력각의 인가를 차단시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 모터 엔코더 각을 입력하는 단계에서, 상기 제어부는, 차량의 이그니션(Ignition)이 온 되면 컬럼 출력각 센서로부터 검출된 정보를 이용하여 모터 엔코더의 각을 초기 각으로 동기화 시키고, 이후 상기 엔코더의 각을 계산하여 이전각과 현재각의 차이 각으로 델타각을 계산하고, 현재의 출력 조향각으로 초기화된 엔코더 각에 상기 델타각을 보상하여 계산된 최종 엔코더 각을 입력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 엔코더 각의 계산은, 상기 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)이 발생하기 전까지 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은, 운전자가 고장에 대응할 수 있는 여유 시간으로서, 분 단위로 설정된 시간인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 페일세이프 제어 방법은, 상기 제어부가 차량 주행 중인 상태에서 컬럼 출력 페일이 발생하는 경우에 수행하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명은 에이에프에스(AFS) 시스템의 컬럼 조향각 오류 발생 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프 모드로 전환될 경우에 발생할 수 있는 솔레노이드의 파손 및 운전자 위험성에 대해서 모터 엔코더의 위치를 추정하여 조향각을 제어함으로써 안정성을 증대시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 차량 조향 시스템에 적용되는 AFS 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, AFS 시스템내 AFS 액츄에이터 및 락킹 기구를 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법의 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 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 차량 조향 시스템에 적용되는 AFS 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 AFS 시스템은 AFS 액츄에이터(Actuator)(3) 및 이를 제어하는 AFS ECU(4)로 구성되며, 이때 AFS 액츄에이터(3)는 조향핸들(1)에 결합되고, 그 하단이 인터미디어트 샤프트(Intermediate Shaft)(5)를 통해 로터리 밸브(Rotary Valve)(6) 및 조향기어(7)에 연결된 조향컬럼(2)에 위치하거나 도 2에 도시된 바와 같이 로터리 밸브(6)와 랙(35)과 결합되는 피니언(36)축에 위치된다.

이때 운전자에 의해 입력된 조향입력은 조향각과 조향 토크로 구성되는데, 조향각은 AFS 액츄에이터(3)를 지나면서 적정한 기어비에 의해 변환되어 인터미디어트 샤프트(5)를 거쳐 로터리 밸브(6)로 전달되며, 이후 조향기어(7)에 의해 직선운동으로 변환되어 차량 바퀴(8)의 회전운동을 발생시킨다. 그리고 조향 토크는 AFS 액츄에이터(3)를 지나면서 일정한 기어비로 변환되고, 인터미디어트 샤프트(5)를 거쳐 로터리 밸브(6)로 전달되어 바퀴(8)의 회전운동을 돕는다.

상기와 같이 AFS 시스템은 운전자가 가한 조향핸들(1)의 입력을 받아 차속에 따라 적정한 조향 기어비를 계산하여 출력각으로 내어줌으로써 조향 기어비 가변 기능을 하며, 차량이 위험 상황에 있을 때(스핀, 드리프트-아웃) 최적의 조향 기어비를 계산하여 운전자가 가한 조향입력 외에 추가적인 각을 내어줌으로써(중첩각 기능) 차량의 안정성 향상에 기여하고 있다.

한편, 상기와 같은 AFS 시스템내 AFS 액츄에이터(3)는 유성기어 세트로 구성되며, 도 2에 도시된 바와 같이 AFS 액츄에이터(3)가 로터리 밸브(6)와 랙(35)과 결합되는 피니언(36)축에 위치된 경우, 입력 선기어(Sun Gear)(31)와 출력 선기어, 그리고 단차가 진 복수의 유성기어(플레닛 기어(Planet Gear))(32)와 이를 공전시킬 수 있는 캐리어(Carrier)(33)로 구성된다. 이때 캐리어(33)는 외면에 기어치가 형성되어 일종의 웜기어(Warm Gear)(33-1)로 역할하며, 측면에 위치한 AFS 모터(34)에서 발생되는 구동력, 즉 회전력이 웜(34-1)을 통해 캐리어(33)의 회전운동을 발생시킴으로써 입출력간의 조향 기어비를 가변시키게 된다.

이때 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 상기 AFS 모터(34)에는 모터 엔코더(미도시)가 포함되어 있다. 상기 모터 엔코더(미도시)는 모터의 회전수, 회전속도, 회전방향, 및 초기 원점을 기준으로 회전각을 검출할 수 있다. 즉, 상기 모터 엔코더(미도시)를 통해 모터의 회전 위치 및 모터의 회전 속도 정보 등을 감지할 수 있으며, 상기 감지된 정보는 다시 모터의 속도 제어에 이용된다.

그리고 만약 상기 AFS 모터(34) 등, AFS 시스템에 고장이 발생하게 되면 솔레노이드로 구성된 락킹기구(37)가 AFS 모터(34)의 웜(34-1)을 구속하여 AFS 모터(34)의 구동이 멈춰지게 되고, 이때 입력축의 회전이 출력축의 회전으로 연결되는 최소한의 기구적 동력전달만 이루어져 입출력 간에 고정된 기어비로 작동하게 된다. 그런데 상술한 바와 같이 상기 AFS 시스템에서 컬럼 조향각 오류(예 : 센서에서 컬럼 조향각을 정확히 검출하지 못함)가 발생하여 솔레노이드가 락킹(Locking) 작동할 경우, 이때 발생하는 충격에 의해 솔레노이드에 손상이 발생할 가능성이 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 솔레노이드의 락킹이 작동하기 이전에 미리 설정된 일정시간 동안(예 : 5분) 모터 엔코더(미도시)를 통해 검출된 엔코더 각도를 이용해 모터의 위치를 추정하여 그 추정된 값으로 모터(AFS 모터)를 제어할 수 있게 하고, 아울러 상기 미리 설정된 일정시간 동안(예 : 5분) 경고를 통해 운전자가 솔레노이드의 락킹 이전에 대응(예 : 안전지역으로 이동하여 주차, 혹은 핸들이 무거워질 것에 대한 대비 등)할 수 있도록 함으로써 안전성을 향상시킬 수 있도록 한다.

이하 그 구체적인 방법에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3은 참조하면, 본 실시예에 따른 제어부(예 : ECU, AFS ECU 등)(미도시)는 차량의 이그니션(Ignition)이 온 되면(S101) 컬럼 출력각 센서(미도시)로부터 검출된 정보를 이용하여 모터 엔코더(미도시, 이하 엔코더)의 각을 초기 각(즉, 초기 원점)으로 동기화 시킨다(S102).

이후 상기 제어부(미도시)는 상기 엔코더의 각을 계산하여 이전각과 현재각의 차이 각으로 상기 엔코더 각의 델타(delata)각(즉, 각의 변화량)을 계산한다(S103).

그리고 상기 제어부(미도시)는 현재의 출력 조향각으로 초기화된 상기 엔코더 각에 델타각을 보상(예 : (+) 혹은 (-) 보상)하여 최종 엔코더 각을 계산한다(S104). 즉, 상기 엔코더 각을 계산하여 그에 대응되는 출력 조향각을 알 수 있게 된다.

상기 연산(현재의 출력 조향각에 대응하는 엔코더 각 계산)은 컬럼 출력 페일(Fail)이 발생하기 전까지 반복적으로 수행된다(S105의 아니오).

그런데 만약 컬럼 출력 페일(Fail)이 검출될 경우(즉, 컬럼 출력각 센서의 오류가 검출될 경우)(S105의 예), 상기 제어부(미도시)는 상기 계산된 엔코더 각을 AFS 시스템에 조향각 위치 보상각으로서 입력하여 상기 보상각(즉, 현재의 출력 조향각에 대응하는 엔코더 각)AFS 모터를 미리 설정된 일정시간 동안(예 : 5분) 제어할 수 있도록 한다(S106).

즉, 종래에는 컬럼 출력 페일(Fail)이 검출될 경우 곧바로 상기 솔레노이드의 락킹을 작동시킴으로써 오히려 운전자의 안전성을 떨어뜨리게 하는 문제점(예 : 조향 핸들이 무거워져 조향이 어려워짐)이 있었으나, 본 실시예에서는 상기 솔레노이드의 락킹이 바로 작동시키지 않고 미리 설정된 일정시간 동안(예 : 5분) 보상각을 이용해 작동시킴으로써 운전자가 미리 대응할 수 있도록 함으로써 안전성을 향상시킨다.

이하 상기 컬럼 출력각 페일 검출 시의 본 실시예에 따른 페일세이프 제어 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 컬럼 출력 페일(Fail)이 검출될 경우(즉, 컬럼 출력각 센서의 오류가 검출될 경우)(S201), 제어부(미도시)는 솔레노이드의 락킹 작동을 미리 설정된 시간 동안(예 : 5분) 보류하고, 모터(AFS 모터) 제어에 인가되는 컬럼 출력각(즉, 센서를 이용해 검출되는 컬럼 출력각)을 오프시킨다(S202).

그리고 제어부(미도시)는 상기 보상각(즉, 도 3에서 계산된 현재의 출력 조향각에 대응하는 엔코더 각)을 모터 제어를 위한 컬럼 출력각으로서 입력한다(S203).

그리고 제어부(미도시)는 미리 설정된 시간 동안(예 : 5분) 상기 보상각(즉, 도 3에서 계산된 현재의 출력 조향각에 대응하는 엔코더 각)을 이용해 모터의 위치를 추정하여 AFS 시스템을 동작시킨다(S204).

아울러 제어부(미도시)는 미리 설정된 시간 동안(예 : 5분) 미리 설정된 방식으로 경고(예 : 시각적 경고, 청각적 경고, 촉각적 경고 등)를 출력하여 운전자가 고장(또는 조향 핸들의 조향감각 변화)에 대응할 수 있도록 한다(S205).

여기서 상기 경고는 시각적, 청각적, 및 촉각적 경고 중 적어도 하나이며, 상기 방식은 경고를 출력하는 패턴이나 형식을 의미한다.

그리고 상기 미리 설정된 시간(예 : 5분)이 경과되면 비로소 솔레노이드 락킹 작동을 수행한다(S206).

상기와 같이 본 실시예는 운전자의 차량 주행 중 컬럼 출력각 오류가 발생할 경우 곧바로 솔레노이드의 락킹 작동을 수행하는 것이 아니라, 모터 엔코더를 이용한 추정한 모터 위치 정보를 대신 이용하여 AFS 시스템을 미리 설정된 시간(운전자가 고장에 대응할 수 있는 여유 시간)동안 제어함으로써 갑작스런 조향 감각 변화에 대응할 수 있도록 하여 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

이상으로 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. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 조향핸들 2 : 조향칼럼
3 : AFS 액츄에이터 4 : AFS ECU
5 : 인터미디어트 샤프트 6 : 로터리 밸브
7 : 조향기어 8 : 차량 바퀴
31 : 선기어 32 : 플레닛 기어
33 : 캐리어 34 : AFS 모터
37 : 락킹기구

Claims (10)

1. 컬럼 조향각 오류 시 솔레노이드에 의해서 페일세이프 모드로의 전환 기능이 있는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법에 있어서,
   제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)을 검출하는 단계:
   상기 페일이 검출되면, 상기 제어부가 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 미리 설정된 시간 동안 보류시키는 단계;
   상기 제어부가 상기 에이에프에스 시스템의 모터 제어를 위해 입력하는 컬럼 출력각으로서 모터 엔코더 각을 입력하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 입력한 엔코더 각을 이용해 모터를 제어하여 상기 에이에프에스 시스템을 구동하고, 상기 미리 설정된 시간이 경과되면 상기 솔레노이드의 락킹 작동을 수행하는 단계;를 포함하되,
   상기 모터 엔코더 각을 입력하는 단계에서,
   상기 제어부는,
   차량의 이그니션(Ignition)이 온 되면 컬럼 출력각 센서로부터 검출된 정보를 이용하여 모터 엔코더의 각을 초기 각으로 동기화 시키고,
   이후 상기 엔코더의 각을 계산하여 이전각과 현재각의 차이 각으로 델타각을 계산하고,
   현재의 출력 조향각으로 초기화된 엔코더 각에 상기 델타각을 보상하여 계산된 최종 엔코더 각을 입력하는 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더 각은,
   현재의 출력 조향각에 대응하도록 계산된 상기 모터의 엔코더 각인 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더 각을 이용해 모터를 제어하여 상기 에이에프에스 시스템을 구동하는 단계에서,
   상기 제어부는, 상기 미리 설정된 시간 동안 미리 설정된 방식으로 경고를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 미리 설정된 방식으로 경고를 출력하는 단계에서,
   상기 경고는 시각적, 청각적, 및 촉각적 경고 중 적어도 하나이며,
   상기 방식은 경고를 출력하는 패턴이나 형식인 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 컬럼 출력 페일은,
   컬럼 출력각 센서의 검출 오류인 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)을 검출하는 단계 이후,
   상기 제어부가 상기 모터 제어를 위해 인가되는 컬럼 출력각의 인가를 차단시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더 각의 계산은,
   상기 제어부가 컬럼 출력 페일(Fail)이 발생하기 전까지 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은,
   운전자가 고장에 대응할 수 있는 여유 시간으로서, 분 단위로 설정된 시간인 것을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 페일세이프 제어 방법은,
    상기 제어부가 차량 주행 중인 상태에서 컬럼 출력 페일이 발생하는 경우에 수행하는 것임을 특징으로 하는 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법.

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