KR102322185B1 - 공기 압축기와 파워스티어링 펌프의 모터 일체형 구동 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 일체형 구동 시스템과 관련된다. 본 발명은 실시예로 전기로 구동되는 차량의 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 일체로 구동시키기 위한 시스템으로서, 모터, 상기 모터과 연결되는 제1축과 상기 제1축의 외측에 상기 제1축과 간섭되지 않도록 상기 제1축을 둘러싸는 제2축으로 이루어지는 구동축을 구비하고, 클러치를 구비하여 상기 클러치의 작동에 의해 상기 제1축의 구동력이 상기 제2축으로 전달되며, 상기 제2축의 구동에 따라 공기를 압축하는 공기 압축기 및 상기 공기 압축기의 상기 제1축에 연결되고 상기 모터의 구동에 따라 조향계통의 압력을 생성하는 파워스티어링 펌프를 포함하는 모터 일체형 구동 시스템을 제시한다.

Description

공기 압축기와 파워스티어링 펌프의 모터 일체형 구동 시스템 및 이의 제어방법{Motor integrated drive system of air compressor and power steering pump and control method thereof}

본 발명은 모터 일체형 구동 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서 상세하게는 전기 자동차에서 공기 압축기와 파워스티어링 펌프가 하나의 모터로 구동될 수 있도록 일체화시킨 모터 일체형 구동 시스템 및 이의 제어방법과 관련된다.

자동차는 이동을 위한 유용한 수단으로서 내연기관 자동차가 개발된 이후 현재까지 널리 사용되고 있다. 이러한 내연기관 자동차에서는 엔진의 구동력을 이용하여 다른 요소들을 작동시킨다.

최근에는 전기 자동차가 널리 보급되고 있다. 종래의 내연기관 자동차는 엔진의 종류에 따라 가솔린차량, 디젤차량, LPG 및 CNG 차량 등으로 구성되어 있었으나, 근래 대도시 위주로 배출가스로 인한 대기 오염이 심화되면서, 기존 내연기관에 비하여 배출가스 오염이 없는 전기 자동차의 도입이 점진적으로 이루어지고 있다.

특히 대중교통 수단인 버스와 화물을 운송하는 트럭과 같은 차량의 경우 크기가 크고 운행이 계속적으로 이루어지므로 배출가스의 양도 많아 그 도입에 대한 효과가 크게 기대된다.

종래의 내연기관을 이용한 버스, 트럭의 경우 공기 압축기, 파워스티어링 펌프, 에어콘 컴프레서 등이 엔진에 직결되어 구동되므로 필요한 동력을 얻을 수 있었다. 하지만 전기 자동차의 경우 차량의 엔진 역할을 하는 주모터에 이러한 요소들을 연결하기가 어렵다.

따라서 별도의 보조 모터를 이용하여 이러한 요소들을 구동시킬 필요가 있다. 다만, 각 요소들을 구동시키는 보조 모터를 각각 구비하는 경우 넓은 공간이 필요하다. 이러한 점을 고려하여 단일한 보조 모터를 구비하되 풀리와 벨트를 이용하여 2가지의 요소를 함께 구동하는 방안이 대한민국 공개특허 10-2017-0125624호에 제시되었다.

하지만 종래기술의 경우 파워스티어링 펌프와 에어콘 컴프레서를 함께 구동하는 방식이므로 공기 압축기에 대한 고려가 없다. 또한 2가지 요소를 하나의 모터로 구동시킴에 있어 모터의 출력을 효율적으로 분배하거나 적절한 출력의 모터를 선정하는 방법에 대해서는 제시하고 있지 못하다.

또한 풀리, 마운팅 시스템, 벨트 등의 부품들이 필요하고 모터의 구동력이 벨트에 의해 전달되는 구성이므로 장착되는 부품 수가 많고 전체적인 크기도 크다. 한편 장착시 벨트의 장력 조절 및 얼라인먼트 조정 등이 필요하며 장착시 세밀한 작업을 하여야만 얼라인먼트 오류로 인한 벨트 하자를 방지할 수 있다. 더불어 주기적으로 벨트의 장력 관리 및 교환을 필요로 한다. 이에 따라 벨트 슬립으로 인한 동력 손실 발생 및 정비관리 비용 증가, 장착 공간 등의 제약이 따른다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0125624호 (2017.11.15)

본 발명은 하나의 모터로 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 구동할 수 있도록 하여 장착 공간을 줄이며, 부품 수를 저감시킴으로써 가격 절감 및 정비성을 향상시킴과 동시에 에너지 소모를 개선할 수 있게 하는 모터 일체형 구동 시스템을 제시한다. 또한 이러한 모터 일체형 구동 시스템을 제어하는 방법을 제시한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 전기로 구동되는 차량의 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 일체로 구동시키기 위한 시스템으로서, 모터, 상기 모터과 연결되는 제1축과 상기 제1축의 외측에 상기 제1축과 간섭되지 않도록 상기 제1축을 둘러싸는 제2축으로 이루어지는 구동축을 구비하고, 클러치를 구비하여 상기 클러치의 작동에 의해 상기 제1축의 구동력이 상기 제2축으로 전달되며, 상기 제2축의 구동에 따라 공기를 압축하는 공기 압축기 및 상기 공기 압축기의 상기 제1축에 연결되고 상기 모터의 구동에 따라 조향계통의 압력을 생성하는 파워스티어링 펌프를 포함하는 모터 일체형 구동 시스템을 제시한다.

여기에서 상기 모터 일체형 구동 시스템은, 차량속도, 상기 파워스티어링 펌프와 연결된 유압라인의 압력 및 상기 공기 압축기에 의해 압축된 공기가 저장되는 에어탱크의 압력을 입력받고, 상기 클러치의 작동과 상기 모터의 회전속도를 조절하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 제어기는, 차량속도를 입력받아 일정 속도를 기준으로 저속과 고속을 판단하고, 차속이 저속인 경우 제1제어신호를 출력하고 상기 모터의 회전속도를 유지시키며, 차속이 고속인 경우 제2제어신호를 출력하고 상기 모터의 회전속도를 감소시키는 모터제어모듈, 상기 모터제어모듈로부터 제1제어신호를 입력받고 상기 유압라인의 압력을 입력받으며 제1제어신호가 입력된 상태에서 상기 유압라인의 압력이 일정값 이상인 경우 상기 클러치를 차단하고 상기 유압라인의 압력이 일정값 미만인 경우 제3제어신호를 출력하는 제1클러치제어모듈, 상기 에어탱크의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 상기 제1클러치제어모듈로부터 제3제어신호를 입력받는 한편 상기 에어탱크의 압력을 입력받으며, 상기 제3제어신호가 입력되었을 때 상기 에어탱크의 압력 범위에 따라 상기 클러치를 작동 또는 차단시키는 제2클러치제어모듈 및 상기 에어탱크의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 상기 모터제어모듈로부터 제2제어신호를 입력받는 한편 상기 에어탱크의 압력을 입력받으며, 상기 제2제어신호가 입력되었을 때 상기 에어탱크의 압력 범위에 따라 클러치를 작동 또는 차단시키는 제3클러치제어모듈을 포함할 수 있다.

한편 상기 제2클러치제어모듈 또는 제3클러치제어모듈은, 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 큰 경우 상기 클러치를 차단하고 상기 에어탱크의 압력이 하한 압력보다 작은 경우 상기 클러치를 작동시키며 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력과 하한 압력 사이인 경우 상기 클러치의 현재 작동 상태를 유지할 수 있다.

한편 위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 전기로 구동되는 차량에서 하나의 모터에 공기 압축기와 파워스티어링 펌프가 연결된 시스템을 제어하는 방법으로서, 차량의 속도를 측정하는 제1단계, 차량의 속도가 일정 속도보다 높은 경우 모터의 회전속도를 낮추는 제2단계, 차량의 속도가 일정 속도보다 낮은 경우 파워스티어링 펌프의 부하를 측정하는 제3단계, 차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하인 경우 클러치를 차단하는 제4단계, 차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하가 아닌 경우 공기 압축기에 의해 압축된 공기가 저장되는 에어탱크의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제5단계 및 모터의 회전속도가 일정 속도보다 낮은 경우 상기 에어탱크의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제6단계를 포함하는 모터 일체형 구동 시스템의 제어방법을 제시한다.

여기에서, 제5단계 또는 제6단계는, 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 큰지 판단하고 상한 압력보다 큰 경우 클러치를 차단하는 단계, 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 작은 경우 상기 에어탱크의 압력이 하한 압력보다 작은지 판단하고 하한 압력보다 작은 경우 클러치를 작동시키는 단계, 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 작고 하한 압력보다 큰 경우 공기 압축기가 충전 중인지 판단하는 단계 및 공기 압축기가 충전 중인 경우 클러치의 작동 상태를 유지시키고 공기 압축기가 충전 중이 아닌 경우 클러치의 차단 상태를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 모터로 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 함께 구동함으로써 장착 공간을 줄이고 부품 수를 저감할 수 있으며 제작원가를 줄일 수 있다.

또한 공기 압축기와 파워스티어링 펌프가 상시 구동되는 것이 아니라 제한된 상태에서만 구동되도록 하고 차량의 각 정보를 제어기에서 받아 적절하게 구동을 제어함으로써 모터 용량을 최적화시킬 수 있으며 에너지 효율도 증대시킬 수 있다.

그리고 차량 속도에 따라 모터의 회전속도를 변화시킴으로써 파워스티어링 펌프가 저속에서는 고회전으로 구동되고 고속에서는 저회전으로 구동되도록 하여 속도에 맞는 조향력을 설정할 수 있고 차량의 조향 성능을 개선한다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템을 나타내는 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 모터, 공기 압축기 및 파워스티어링 펌프의 결합 상태를 나타내는 개략도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 제어기를 나타내는 블럭도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 일체형 구동 시스템의 모터, 공기 압축기, 파워스티어링 펌프의 구동 조건을 나타내는 표.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템 및 이의 제어방법에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템(100)은, 전기 자동차의 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3)를 일체로 구동시키기 위한 시스템으로서, 모터(1), 공기 압축기(2) 및 파워스티어링 펌프(3)를 포함한다.

모터(1)는 일반적으로 알려진 바와 같이 전기를 이용한 동력구동원으로서 축에 회전력을 발생시킨다.

공기 압축기(2)는 모터(1)과 연결되는 제1축(221)과 제1축(221)의 외측에 제1축(221)과 간섭되지 않도록 제1축(221)을 둘러싸는 제2축(222)을 포함하는 구동축(22)을 구비한다. 한편 클러치(24)를 구비하여 클러치의 작동에 의해 제1축(221)의 구동력이 제2축(222)으로 전달되고 제2축(222)의 구동에 따라 공기를 압축한다.

즉 공기 압축기(2)는 일반적인 상태에서는 모터(1)에 연결된 제1축(221)이 회전하고, 클러치(24)가 작동되면 제1축(221)의 회전력이 제2축(222)까지 전달되어 제1축(221)과 제2축(222)이 함께 회전하게 된다.

한편 파워스티어링 펌프(3)는 공기 압축기(2)의 제1축(221)에 연결되고 모터(1)의 구동에 따라 제1축(221)으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 조향계통의 압력을 생성한다.

이와 같이 하나의 모터로 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 함께 구동할 수 있으므로 장착 공간을 줄이고 부품 수를 저감할 수 있으며 제작원가를 줄일 수 있는 효과를 가진다.

이하 각 부의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템을 나타내는 블럭도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 모터, 공기 압축기 및 파워스티어링 펌프의 결합 상태를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템(100)은 모터(1), 공기 압축기(2) 및 파워스티어링 펌프(3)를 포함하고 이를 제어하기 위한 제어기(4)를 더 구비할 수 있다.

본 발명에서는 하나의 모터(1)의 회전력에 의해 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3)를 함께 구동시킬 수 있다. 모터(1)의 사양은 공기 압축기(2)의 사용비율(대략 20~40%) 및 파워스티어링 펌프(3) 사용비율(대략 10% 미만)의 각 요소의 사용조건을 감안하여 적절하게 선정할 수 있다. 이를 통해 장착 공간을 최소화하면서 과다한 동력을 사용하지 않도록 제한할 수 있다.

공기 압축기(2)는 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 장치이다. 도면을 참조하면 공기 압축기(2)는 하우징(21)과, 구동축(22), 압축부재(23) 및 클러치(24)를 포함한다. 또한 구동축(22)은 제1축(221)과 제2축(222)을 포함하여 이루어진다.

여기에서 제1축(221)은 모터(1)와 연결되고 제2축(222)은 중공된 형태로 제1축(221)이 삽입된다. 이에 따라 제2축(222)은 제1축(221)의 외측에서 제1축(221)을 감싸도록 배치된다. 압축부재(23)는 제2축(222)과 결합되고 상하 운동에 의해 공기를 압축한다. 제1축(221)과 제2축(222)의 일단부에는 제1축(221)의 구동력을 제2축(222)으로 전달하는 클러치(24)가 설치된다.

이때 모터(1)에 연결된 제1축(221)은 주구동축의 역할을 하며 제2축(222)은 크랭크 샤프트의 역할을 한다. 이에 따라 제1축(221)이 회전할 때 압축부재(23)는 상하운동을 하게 됨으로써 공기를 압축하게 된다.

한편 클러치(24)는 구동축(22)에 결합되고 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3) 사이에 개재되며 제1축(221)과 상기 제2축(222)을 연결하거나 연결을 차단하여 모터(1)의 구동력을 압축부재(23)에 선택적으로 전달한다.

클러치(24)는 제1축(221)에 결합되는 고정판 및 상기 제2축(222)에 결합되고 고정판과 결합되거나 결합이 해제되어 모터(1)의 구동력을 압축부재(23)에 선택적으로 전달하는 작동판을 포함할 수 있고 작동판이 고정판과 결합됨으로써 공기의 압축이 가능해 진다.

이와 같이 클러치(24)가 구비된 공기 압축기(2)의 구성 및 작동은 공개된 국내특허 10-2004-0034082 차량용 클러치 타잎 공기 압축기에 제시되어 있는 내용과 실질적으로 동일하므로 더 상세한 설명은 생략한다.

한편 제1축(221)은 하우징(21) 외부로 연장될 수 있고 커플링 등을 개재하여 파워스티어링 펌프(3)와 연결될 수 있다. 또한 클러치(24)는 특정조건(에어탱크(6) 만충 또는 제어기(4)의 신호시)에서 압축부재(23)로 전달되는 동력을 차단할 수 있다.

공기 압축기(2)에서 압축된 공기는 공압라인(L1)을 통해 에어탱크(6)에 저장되고 에어탱크(6)에는 제1압력센서(SS1)가 설치되어 에어탱크(6)의 압력을 제어기(4)에 전달할 수 있다. 또한 에어탱크(6)의 공압신호(IN3)가 설정된 압력에 도달하게 되면 제어기(4)가 클러치(24)를 차단하여 동력이 전달되지 않도록 하여 더 이상 압축공기가 생성되지 않도록 한다.

파워스티어링은 알려진 바와 같이 적은 힘을 가지고도 운전자가 차의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조정하는 조향장치이다. 파워스티어링 펌프(3)는 파워스티어링 오일의 압력을 생성하고 그 유압을 이용하여 스티어링 기어를 움직이도록 한다.

파워스티어링 펌프(3)는 공기 압축기(2)의 제1축(221)과 연결되고 모터(1)의 구동에 따라 제1축(221)으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 조향계통의 압력을 생성한다. 생성된 압력(유압)은 유압라인(L2)을 통해 조향계통에 전달되며 유압라인(L2)에는 제2압력센서(SS2)가 설치될 수 있다. 또한 제2압력센서(SS2)에서 감지된 유압신호(IN2)는 제어기(4)로 입력될 수 있다.

제어기(4)는 차량속도(IN1), 유압신호(IN2) 및 공압신호(IN3)를 입력받고 클러치제어신호(OUT1)와 모터제어신호(OUT2)를 출력하여 클러치의 작동과 모터의 회전속도를 조절한다.

차량속도(IN1)는 ECU(5)(Electronic Control Unit)로부터 입력받을 수 있고, 유압신호(IN2)는 유압라인(L2)에 장착된 제2압력센서(SS2)로부터 입력받을 수 있으며, 공압신호(IN3)는 에어탱크(6)에 장착된 제1압력센서(SS1)로부터 입력받을 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 제어기를 나타내는 블럭도이다.

도면을 참조하면 제어기(4)는 모터제어모듈(41), 제1클러치제어모듈(24), 제2클러치제어모듈(43) 및 제3클러치제어모듈(44)을 포함한다.

모터제어모듈(41)은 차량속도(IN1)를 입력받아 일정 속도를 기준으로 저속과 고속을 판단하고, 차속이 저속인 경우 제1제어신호를 출력하고 모터의 회전속도를 유지시키며, 차속이 고속인 경우 모터의 회전속도를 감소시키는 한편 제2제어신호를 출력한다.

이를 위하여 모터제어모듈(41)에는 저속과 고속을 판단하기 위한 기준이 되는 속도가 저장될 수 있고 이 기준이 되는 속도는 사용자에 의해 변경될 수 있다. 또한 여기에서 저속의 개념에는 차량이 정지한 상태가 포함된다.

제1클러치제어모듈(24)은 모터제어모듈(41)로부터 제1제어신호를 입력받는 동시에 제2압력센서(SS2)로부터 유압신호(IN2)를 입력받으며, 제1제어신호가 입력된 상태(정지 및 저속)에서 유압신호(IN2)가 일정값 이상인 경우 클러치(24)를 차단하고 반대로 유압신호(IN2)가 일정값 미만인 경우에는 제3제어신호를 출력한다.

제2클러치제어모듈(43)은 에어탱크(6)의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 제1클러치제어모듈(24)로부터 제3제어신호(정지 및 저속에서 파워스티어링 펌프의 부하가 낮음)를 입력받는 한편 에어탱크(6)의 공압신호(IN3)를 입력받으며, 제3제어신호가 입력되었을 때 에어탱크(6)의 압력 범위에 따라 클러치(24)를 작동 또는 차단시킨다.

제3클러치제어모듈(44)은 에어탱크(6)의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 모터제어모듈(41)로부터 제2제어신호(차속은 고속, 모터회전속도는 감소)를 입력받는 한편 에어탱크(6)의 공압신호(IN3)를 입력받으며, 제2제어신호가 입력되었을 때 에어탱크(6)의 압력 범위에 따라 클러치(24)를 작동 또는 차단시킨다.

여기에서 제2클러치제어모듈(43) 또는 제3클러치제어모듈(44)은, 공기 압축기(2)의 압력이 상한 압력보다 큰 경우 상기 클러치(24)를 차단하고 공기 압축기(2)의 압력이 하한 압력보다 작은 경우 상기 클러치(24)를 작동시키며 공기 압축기(2)의 압력이 상한 압력과 하한 압력 사이인 경우 상기 클러치(24)의 현재 작동 상태를 유지한다.

이러한 구성에 따라 모터(1)의 출력을 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3)에 적절하게 분배할 수 있고 모터(1)의 효율을 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템을 제어하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 도 1에 도시된 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템 제어방법은, 전기로 구동되는 차량에서 하나의 모터(1)에 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3)가 연결된 시스템을 제어하는 방법으로서, 차량의 속도를 측정하는 제1단계(S1), 차량의 속도에 따라 모터의 회전속도를 제어하는 제2단계(S2), 파워스티어링 펌프의 부하를 측정하는 제3단계(S3), 파워스티어링 펌프의 부하에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제4단계(S4), 에어탱크의 압력 조건에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제5단계(S5)와 제6단계(S6)를 포함한다.

한편 각 단계는 반드시 순차적으로 이루어지는 것은 아니고 동시에 이루어질 수도 있다. 또한 이러한 구동 시스템의 제어는 제어기(4)를 통해 이루어질 수 있다.

이에 대하여 구체적으로 설명하면 먼저 제1단계에서는 차량의 속도를 측정한다(S1). 차량의 속도는 ECU(5)에 기록이 되며 제어기(4)에서 ECU(5)에 기록된 속도를 입력받아 차량의 속도를 측정하는 것이 가능하다.

다음으로 제2단계에서는 차량의 속도가 일정 속도보다 높은 경우 모터의 회전속도를 낮춘다(S2). 제어기(4)에는 고속과 저속을 판단하는 기준속도가 저장될 수 있고 측정된 차량의 속도가 기준속도보다 높은 경우에는 회전속도를 줄이도록 모터(1)를 제어할 수 있다.

다음으로 제3단계에서는 차량의 속도가 일정 속도보다 낮은 경우 파워스티어링 펌프의 부하를 측정한다(S3).

여기에서 파워스티어링 펌프의 부하는 유압라인(L2)에 설치된 제2압력센서(SS2)를 통해 측정할 수 있다. 유압이 일정 압력 이상인 경우 최대 부하라고 판단할 수 있고 일정 압력 미만인 경우 최대 부하가 아닌 경우로 판단할 수 있다

다음으로 제4단계에서는 차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하인 경우 클러치(24)를 차단한다(S4). 차량의 속도가 낮을 때 파워스티어링 펌프의 부하가 높으면 모터(1)의 동력을 파워스티어링 펌프(3)로 지속적으로 공급해 주어야 조향이 원활하다. 따라서 이 경우에는 클러치(24)를 차단하여 모터(1)의 동력이 파워스티어링 펌프(3)로 모두 공급될 수 있도록 한다.

다음으로 제5단계에서는 차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하가 아닌 경우 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어한다(S5). 차량의 속도가 낮을 때 파워스티어링 펌프의 부하가 높지 않으면 모터(1)의 동력을 분산시키는 것이 가능하다. 다만, 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치의 작동 및 차단을 제어할 수 있고 이에 따라 파워스티어링 펌프(3)에만 동력을 전달하거나 파워스티어링 펌프(3)와 공기 압축기(2)에 동시에 동력을 전달하는 것을 선택할 수 있다.

다음으로 제6단계에서는 모터의 회전속도가 일정 속도보다 낮은 경우 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어한다(S6). 모터의 회전속도가 낮은 경우는 차량의 주행에 따라 모터의 회전속도를 낮게 제어한 결과이므로 차량이 주행 상태임을 의미한다. 주행 상태에서는 그 자체로 조향이 원활해 지므로 모터(1)의 동력을 분산시키는 것이 가능하다. 따라서 제5단계와 마찬가지로 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치(24)를 제어할 수 있다.

여기에서 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치(24)를 제어하는 제5단계 또는 제6단계는, 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.

먼저 에어탱크(6)의 압력이 설정된 상한 압력보다 큰지 판단하고 상한 압력보다 큰 경우 클러치(24)를 차단한다(S11). 에어탱크(6)의 압력이 상한 압력보다 큰 경우 에어탱크(6)에 충분한 압축공기가 있는 것이므로 클러치(24)를 차단하여 공기 압축기(2)를 작동시키지 않고 파워스티어링 펌프(3)만 작동되도록 한다.

다음으로 에어탱크(6)의 압력이 상한 압력보다 작은 경우 에어탱크(6)의 압력이 하한 압력보다 작은지 판단하고 하한 압력보다 작은 경우 클러치(24)를 작동시킨다(S12). 에어탱크(6)의 압력이 하한 압력보다 작은 경우 에어탱크(6)에 압축공기가 충분하지 않은 것이므로 클러치(24)를 작동시켜 공기 압축기(2)와 파워스티어링 펌프(3)가 모두 작동되도록 한다.

한편 에어탱크(6)의 압력이 상한 압력보다 작고 하한 압력보다 큰 경우 공기 압축기(2)가 충전 중인지 판단한다(S13). 이때 공기 압축기(2)가 충전 중인 경우 클러치(24)의 작동을 유지시키고 공기 압축기(2)가 충전 중이 아닌 경우 클러치(24)가 차단된 상태를 유지한다.

이와 같은 방법에 따라 파워스티어링 펌프의 부하와 에어탱크의 압력에 따른 효율적인 제어가 가능하다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템의 작동에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 일체형 구동 시스템의 공기 압축 유닛과 펌프 유닛의 구동 조건을 나타내는 표이다.

CASE 1 정지 또는 저속 주행 중 파워스티어링 펌프의 부하가 높은 경우

차량이 정지된 상태에서 시동을 켜거나 주차시 또는 저속 주행시에 파워스티어링 펌프의 부하가 일정 이상이 되면 클러치(24)는 차단된다. 이에 따라 공기 압축기(2)는 정지된 상태가 된다. 이때 모터(1)는 비교적 높은 회전속도(예를 들어 2000rpm)를 가질 수 있다. 이에 따라 모터(1)의 동력은 모두 파워스티어링 펌프(3)에 전달된다.

이와 같이 차량이 정지해 있거나 저속인 경우에는 파워스티어링 펌프의 상태를 에어탱크의 압력보다 먼저 체크하여 우선권을 준다. 즉 정지 또는 저속에서는 파워스티어링 펌프의 부하를 먼저 확인하고 파워스티어링 펌프의 부하가 높으면 클러치를 차단하여 모터의 전체 동력이 파워스티어링 펌프에 전달될 수 있도록 한다. 이후 파워스티어링 펌프의 부하가 낮아지면 공기의 압축도 동시에 진행할 수 있도록 한다.

CASE 2 정지 또는 저속 주행 중 파워스티어링 펌프의 부하가 낮은 경우

한편 위와 같은 상태에서 파워스티어링 펌프의 부하가 일정 미만이 되면 기본적으로는 클러치(24)를 작동시켜 공기 압축기(2)가 함께 작동되도록 한다. 다만, 에어탱크(6)의 압력에 따라 클러치의 작동을 더 세밀하게 제어할 수 있다. 즉 상술한 바와 같이 에어탱크(6)의 압력이 상한값 이상인 경우 클러치(24)를 차단하여 더 이상 공기의 압축이 없도록 하고 하한값 미만인 경우에는 클러치(24)를 작동시켜 공기를 압축하도록 한다.

이는 에어탱크(6)의 압력이 너무 높은 경우에는 더 이상 공기의 압축이 이루어지지 않도록 하고 에어탱크(6)의 압력이 너무 낮은 경우에는 공기의 압축이 이루어지게 하기 위함이다. 또한 압력이 하한값에서 상한값 사이인 경우에는 클러치(24)의 현 상태를 유지하도록 한다. 이에 따라 압축공기의 충전이 시작되면 압축공기의 압력이 상한이 될 때까지 충전이 계속적으로 이루어지도록 하여 모터의 에너지 효율을 높일 수 있다.

CASE 3 중속 또는 고속으로 주행 중인 경우

다음으로 차량이 중속 또는 고속으로 운행하는 상태에서는 먼저 모터의 회전속도를 줄인다. 중속 이상으로 주행 중인 상태에서는 파워스티어링 펌프의 부하가 낮은 상태에서도 조향이 원활하게 이루어지므로 조향력을 줄이는 대신 주행시 차량 안정성을 확보할 수 있다.

이 경우는 모터의 회전속도가 낮아진 상태(예를 들어 1500rpm)에서 파워스티어링 펌프(3)가 작동되거나 공기 압축기(2)가 동시에 작동될 수 있다.

한편 차량의 속도가 중속 또는 고속인 경우에는 파워스티어링 펌프의 부하 정도에 대한 판단을 생략하고 압축공기의 압력 정도에 따라 클러치의 작동 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라 차량의 속도가 중속 또는 고속인 경우 압축공기의 충전이 원활하게 이루어질 수 있다.

이와 같이 제어함으로써 필요한 상황에서만 클러치가 작동하도록 하여 에너지를 최대한 절약할 수 있다. 한편 CASE 1 내지 CASE 3의 경우는 본 발명의 실시예에 따른 모터 일체형 구동 시스템의 전체 운행 조건에 해당하므로 각 CASE에서 공기 압축기와 파워스티어링 펌프의 작동에 필요한 동력을 산출한 후 비교하여 필요한 최대 동력을 산출할 수 있고 이를 근거로 적절한 동력을 가진 모터를 결정할 수 있다.

상기와 같이 모터 일체형 구동 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 모터
2 : 공기 압축기
21 : 하우징 22 : 구동축 221 : 제1축 222 : 제2축
23 : 압축부재 24 : 클러치
3 : 파워스티어링 펌프
4 : 제어기
41 : 모터제어모듈 42 : 제1클러치제어모듈 43 : 제2클러치제어모듈
44 : 제3클러치제어모듈
5 : ECU
6 : 에어탱크
L1 : 공압라인 L2 : 유압라인 SS1 : 제1압력센서 SS2 : 제2압력센서
IN1 : 차량속도 IN2 : 유압신호 IN3 : 공압신호
OUT1 : 클러치제어신호 OUT2 : 모터제어신호
100 : 모터 일체형 구동 시스템

Claims (6)

1. 전기로 구동되는 차량의 공기 압축기와 파워스티어링 펌프를 일체로 구동시키기 위한 시스템으로서,
   모터,
   상기 모터과 연결되는 제1축과 상기 제1축의 외측에 상기 제1축과 간섭되지 않도록 상기 제1축을 둘러싸는 제2축으로 이루어지는 구동축을 구비하고, 클러치를 구비하여 상기 클러치의 작동에 의해 상기 제1축의 구동력이 상기 제2축으로 전달되며, 상기 제2축의 구동에 따라 공기를 압축하는 공기 압축기 및
   상기 공기 압축기의 상기 제1축에 연결되고 상기 모터의 구동에 따라 조향계통의 압력을 생성하는 파워스티어링 펌프
   를 포함하고,
   차량속도, 상기 파워스티어링 펌프와 연결된 유압라인의 압력 및 상기 공기 압축기에 의해 압축된 공기가 저장되는 에어탱크의 압력을 입력받고, 상기 클러치의 작동과 상기 모터의 회전속도를 조절하는 제어기를 더 포함하며,
   상기 제어기는, 차량속도가 일정 속도보다 낮은 경우 파워스티어링 펌프의 부하를 측정하여 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하인 경우 클러치를 차단시키고, 파워스티어링펌프의 부하가 최대 부하가 아닌 경우 에어탱크의 압력을 측정하여 에어탱크의 압력 범위에 따라 클러치를 선택적으로 작동시키는
   모터 일체형 구동 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는,
   차량속도를 입력받아 일정 속도를 기준으로 저속과 고속을 판단하고, 차속이 저속인 경우 제1제어신호를 출력하고 상기 모터의 회전속도를 유지시키며, 차속이 고속인 경우 제2제어신호를 출력하고 상기 모터의 회전속도를 감소시키는 모터제어모듈,
   상기 모터제어모듈로부터 제1제어신호를 입력받고 상기 유압라인의 압력을 입력받으며 제1제어신호가 입력된 상태에서 상기 유압라인의 압력이 일정값 이상인 경우 상기 클러치를 차단하고 상기 유압라인의 압력이 일정값 미만인 경우 제3제어신호를 출력하는 제1클러치제어모듈,
   상기 에어탱크의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 상기 제1클러치제어모듈로부터 제3제어신호를 입력받는 한편 상기 에어탱크의 압력을 입력받으며, 상기 제3제어신호가 입력되었을 때 상기 에어탱크의 압력 범위에 따라 상기 클러치를 작동 또는 차단시키는 제2클러치제어모듈 및
   상기 에어탱크의 상한 압력과 하한 압력이 저장되고, 상기 모터제어모듈로부터 제2제어신호를 입력받는 한편 상기 에어탱크의 압력을 입력받으며, 상기 제2제어신호가 입력되었을 때 상기 에어탱크의 압력 범위에 따라 클러치를 작동 또는 차단시키는 제3클러치제어모듈
   을 포함하는 모터 일체형 구동 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2클러치제어모듈 또는 제3클러치제어모듈은,
   상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 큰 경우 상기 클러치를 차단하고 상기 에어탱크의 압력이 하한 압력보다 작은 경우 상기 클러치를 작동시키며 상기 에어탱크의 압력이 상한 압력과 하한 압력 사이인 경우 상기 클러치의 현재 작동 상태를 유지하는 모터 일체형 구동 시스템.
5. 청구항 제1항, 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항의 모터 일체형 구동 시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
   차량의 속도를 측정하는 제1단계,
   차량의 속도가 일정 속도보다 높은 경우 모터의 회전속도를 낮추는 제2단계,
   차량의 속도가 일정 속도보다 낮은 경우 파워스티어링 펌프의 부하를 측정하는 제3단계,
   차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하인 경우 클러치를 차단하는 제4단계,
   차량의 속도가 일정 속도보다 낮고 파워스티어링 펌프의 부하가 최대 부하가 아닌 경우 공기 압축기에 의해 압축된 공기가 저장되는 에어탱크의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제5단계 및
   모터의 회전속도가 일정 속도보다 낮은 경우 상기 에어탱크의 압력에 따라 클러치의 작동을 제어하는 제6단계
   를 포함하는 모터 일체형 구동 시스템의 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   제5단계 또는 제6단계는,
   상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 큰지 판단하고 상한 압력보다 큰 경우 클러치를 차단하는 단계,
   상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 작은 경우 상기 에어탱크의 압력이 하한 압력보다 작은지 판단하고 하한 압력보다 작은 경우 클러치를 작동시키는 단계,
   상기 에어탱크의 압력이 상한 압력보다 작고 하한 압력보다 큰 경우 공기 압축기가 충전 중인지 판단하는 단계 및
   공기 압축기가 충전 중인 경우 클러치의 작동 상태를 유지시키고 공기 압축기가 충전 중이 아닌 경우 클러치의 차단 상태를 유지하는 단계
   를 포함하는 모터 일체형 구동 시스템의 제어방법.

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