KR102661397B1 - Sbw 시스템용 에너지 하베스팅 장치 - Google Patents

Sbw 시스템용 에너지 하베스팅 장치 Download PDF

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Abstract

SBW(Steer By Wire) 시스템용 에너지 하베스팅 장치가 개시된다. SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는, 운전자에 의하여 조작되는 스티어링 휠(Steering wheel)의 중심에 연결된 조향축에 연결되어 조향축의 조향각도 및 토크를 측정하는 제1 센서부, 조향축에 조향반력 또는 복원반력을 생성하는 반력모터, 조향축의 회전을 이용하여 발전을 수행하는 발전기, 발전기에 의하여 생성된 전력을 전달받아 배터리에 충전시키는 충전부, 정보를 출력하는 출력부 및 충전부로부터 배터리의 충전상태를 획득하고, 배터리가 방전된 것으로 확인되는 경우, 반력모터로의 전원공급을 차단한 후, 운전자가 스티어링 휠을 돌리도록 배터리가 방전되어 충전이 필요함을 알리는 안내 메시지를 출력부가 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치{Energy harvesting device for SBW(Steer By Wire) system}
본 발명은 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.
내연기관 자동차는 고성능을 발휘하며, 전기 자동차보다 연료의 충전이 간편한 장점 때문에 자동차 시장에서 최대의 점유율을 보이고 있다. 하지만, 내연기관 자동차는 몇 가지 불편한 점이 존재하는데, 그 중 하나가 바로 배터리의 방전 문제이다. 내연기관 자동차는 특성상 초기 시동 시 배터리에 충전된 전력을 이용하여 스타트 모터를 가동시켜 엔진의 시동을 걸 수 있다. 그런데, 장시간 운행하지 않았거나 배터리 효율이 급감하는 겨울철 등에 배터리가 방전되면 시동을 걸 수 없다. 이러한 경우, 배터리 충전을 위한 정비차량을 요청하여 해결하게 되는데, 이때 상당한 시간이 소요되며, 비용 또한 발생하게 된다.
한편, 도 1은 SBW(Steer-By-Wire) 시스템의 개념을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, SBW 시스템은 스티어링 휠 및 바퀴 사이에 기계적으로 연결된 각종 연결장치를 제거하여 전자화한 차세대 조향 시스템 중의 하나이다. 이러한 SBW 시스템은 각종 센서 및 모터 등을 이용하여 전자적으로 조향을 수행할 수 있다.
따라서, 최근 차량들은 SBW 시스템과 같은 전자장비를 많이 탑재함에 따라 많은 전력을 소모하는 만큼 배터리 방전 시 임시적으로 배터리를 충전할 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국공개특허공보 제10-2021-0113463호(2021.09.16)
본 발명은 SBW(Steer By Wire) 시스템이 탑재된 차량에서 배터리 방전 시 스티어링 휠(Steering wheel)을 회전시켜 발전하는 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, SBW(Steer By Wire) 시스템용 에너지 하베스팅 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는, 운전자에 의하여 조작되는 스티어링 휠(Steering wheel)의 중심에 연결된 조향축에 연결되어 조향축의 조향각도 및 토크를 측정하는 제1 센서부, 상기 조향축에 조향반력 또는 복원반력을 생성하는 반력모터, 상기 조향축의 회전을 이용하여 발전을 수행하는 발전기, 상기 발전기에 의하여 생성된 전력을 전달받아 배터리에 충전시키는 충전부, 정보를 출력하는 출력부 및 상기 충전부로부터 상기 배터리의 충전상태를 획득하고, 상기 배터리가 방전된 것으로 확인되는 경우, 상기 반력모터로의 전원공급을 차단한 후, 상기 운전자가 상기 스티어링 휠을 돌리도록 상기 배터리가 방전되어 충전이 필요함을 알리는 안내 메시지를 상기 출력부가 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는, 상기 반력모터와 상기 조향축을 연결하는 제1 벨트 및 상기 발전기와 상기 조향축을 연결하는 제2 벨트를 더 포함한다.
상기 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는, 바퀴에 연결되며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 스티어링 휠의 회전각에 상응하게 회전하는 구동모터 및 상기 구동모터의 회전각도를 측정하는 제2 센서부를 더 포함한다.
상기 제어부는 상기 조향각도에 상응하게 바퀴가 조향되도록 상기 구동모터의 회전을 제어하고, 상기 토크에 상응하게 상기 반력모터의 회전을 제어한다.
상기 제어부는 상기 제2 센서부로부터 획득되는 상기 구동모터의 회전각도를 확인하여, 상기 스티어링 휠의 회전각도에 상응하게 조향이 이루어졌는지를 판단한다.
본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는, SBW(Steer By Wire) 시스템이 탑재된 차량에서 배터리 방전 시 스티어링 휠을 회전시켜 발전함으로써, 배터리 방전으로 차량의 시동이 걸리지 않는 경우에 스타트 모터가 동작할 만큼의 전력을 배터리에 충전시켜 차량의 시동을 걸 수 있다.
도 1은 SBW(Steer-By-Wire) 시스템의 개념을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치의 반력모터와 발전기의 연결관계를 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치의 반력모터와 발전기의 연결관계를 나타낸 도면이다. 이하, 도 2를 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치에 대하여 설명하되, 도 3을 참조한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치는 제1 센서부(10), 반력모터(20), 발전기(30), 충전부(40), 배터리(41), 구동모터(50), 제2 센서부(60), 출력부(70) 및 제어부(80)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 센서부(10)는 운전자에 의하여 조작되는 스티어링 휠(Steering wheel)(1)의 중심에 연결된 조향축에 연결되어 조향축의 조향각도 및 토크를 측정한다.
즉, 제1 센서부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠(1)의 조타에 따른 조향축의 회전각도를 검출하는 각도센서(11) 및 조향축의 회전 동작에 따른 회전토크를 검출하는 토크센서(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
반력모터(20)는 조향축에 연결되어, 후술할 제어부(80)의 제어에 따라 조향축에 조향반력 또는 복원반력을 생성하는 역할을 수행한다.
즉, 반력모터(20)는 스티어링 휠(1)의 회전방향과 반대방향의 힘을 발생시켜 운전자에게 조향감을 제공할 수 있다.
발전기(30)는 조향축에 연결되어, 후술할 제어부(80)의 제어에 따라 조향축의 회전을 이용하여 발전을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치가 탑재된 차량이 평소 운행 중인 상태 또는 배터리(41)가 충분히 충전된 상태에서는, 반력모터(20)가 동작하여 조향축에 힘을 가하다가, 배터리(41)가 방전된 경우, 반력모터(20)의 동작이 중지되고, 운전자의 조작에 의하여 스티어링 휠(1)이 회전하면 조향축에 연결된 발전기(30)가 동작하여 발전이 수행될 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 조향축에는 스티어링 횔(1), 각도센서(11), 토크센서(12), 반력모터(20) 및 발전기(30)가 연결될 수 있다. 여기서, 반력모터(20) 및 발전기(30)는 각각 제1 벨트(21) 및 제2 벨트(31)을 통해 조향축에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 벨트(21) 및 제2 벨트(31)는 제어부(80)에 의하여 조향축에 결합 또는 결합해제될 수도 있으며, 이에 따라 반력모터(20)가 조향축에 결합되거나 발전기(30)가 조향축에 결합되도록 제어될 수 있다.
충전부(40)는 발전기(30)에 의하여 생성된 전력을 전달받아 배터리(41)에 충전시킨다.
구동모터(50)는 바퀴(2)에 연결되며, 제어부(80)에 제어에 따라 운전자에 의하여 조작되는 스티어링 휠(1)의 회전각에 상응하게 회전한다.
구동모터(50)의 회전에 따른 조향력은 랙바(5) 및 타이로드(70)를 통해 바퀴(2)로 전달된다.
제2 센서부(60)는 구동모터(50)의 회전 각도를 측정한다. 예를 들어, 제2 센서부(60)는 구동모터(50)의 회전에 따른 랙바(5)의 변위를 측정하여 제어부(80)로 전달할 수 있다.
출력부(70)는 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치가 수신하거나 처리한 각종 정보를 출력한다. 예를 들어, 출력부(70)는 정보를 화면에 출력하는 디스플레이, 정보를 음성 또는 음향으로 출력하는 소리출력기 등을 포함할 수 있다.
제어부(80)는 본 발명의 실시예에 따른 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치의 전반적인 동작을 제어한다.
즉, 제어부(80)는 제1 센서부(10)로부터 획득되는 조향축의 조향각도에 상응하게 바퀴(2)가 조향되도록 구동모터(50)의 회전을 제어하고, 제1 센서부(10)로부터 획득되는 조향축의 토크에 상응하게 반력모터(20)의 회전을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(80)는 제2 센서부(60)로부터 획득되는 구동모터(50)의 회전각도를 확인하여, 운전자에 의하여 조작된 스티어링 휠(1)의 회전각도에 상응하게 조향이 이루어졌는지를 판단하고, 스티어링 휠(1)의 회전각도에 상응하게 조향이 이루지지 않은 것으로 판단된 경우 보정을 수행할 수 있다.
한편, 제어부(80)는 충전부(40)로부터 배터리(41)의 충전상태를 획득하고, 배터리(41)가 방전된 것으로 확인되는 경우, 반력모터(20)로의 전원공급을 차단한 후, 운전자가 스티어링 휠(1)을 돌리도록 출력부(70)가 통해 배터리(41)가 방전되어 충전이 필요함을 알리는 안내 메시지를 출력하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 반력모터(20) 및 발전기(30)가 각각 제1 벨트(21) 및 제2 벨트(31)를 통해 조향축에 연결되어 있는 경우, 제1 벨트(21) 및 제2 벨트(31)와 조향축 사이에는 조향축과 벨트(21, 31)를 물리적으로 결합 또는 결합 해제하는 연결수단이 구비될 수 있다. 그래서, 제어부(80)는 필요에 따라 조향축에 반력모터(20) 또는 발전기(30)가 결합되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(80)는 배터리(41)가 충전된 상태에서는 조향축에 반력모터(20)가 결합되고, 배터리(41)가 방전된 상태에서는 조향축에 발전기(30)가 결합되도록 제어함으로써, 배터리(41) 방전 시, 운전자에 의한 스티어링 휠(1)의 회전으로 발전을 수행하고 발전된 전력을 배터리(41)에 충전시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 제1 센서부
20: 반력모터
30: 발전기
40: 충전부
41: 배터리
50: 구동모터
60: 제2 센서부
70: 출력부
80: 제어부

Claims (5)

  1. SBW(Steer By Wire) 시스템용 에너지 하베스팅 장치에 있어서,
    운전자에 의하여 조작되는 스티어링 휠(Steering wheel)의 중심에 연결된 조향축에 연결되어 조향축의 조향각도 및 토크를 측정하는 제1 센서부;
    상기 조향축에 조향반력 또는 복원반력을 생성하는 반력모터;
    상기 조향축의 회전을 이용하여 발전을 수행하는 발전기;
    상기 반력모터와 상기 조향축을 연결하는 제1 벨트;
    상기 발전기와 상기 조향축을 연결하는 제2 벨트;
    바퀴에 연결되며, 상기 스티어링 휠의 회전각에 상응하게 회전하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전각도를 측정하는 제2 센서부;
    상기 발전기에 의하여 생성된 전력을 전달받아 배터리에 충전시키는 충전부;
    정보를 출력하는 출력부; 및
    상기 조향각도에 상응하게 바퀴가 조향되도록 상기 구동모터의 회전을 제어하고, 상기 토크에 상응하게 상기 반력모터의 회전을 제어하고, 상기 제2 센서부로부터 획득되는 상기 구동모터의 회전각도를 확인하여, 상기 스티어링 휠의 회전각도에 상응하게 조향이 이루어졌는지를 판단하고, 상기 스티어링 휠의 회전각도에 상응하게 조향이 이루지지 않은 것으로 판단된 경우 보정을 수행하고, 상기 충전부로부터 상기 배터리의 충전상태를 획득하고, 상기 배터리가 방전된 것으로 확인되는 경우, 상기 반력모터로의 전원공급을 차단한 후, 상기 운전자가 상기 스티어링 휠을 돌리도록 상기 배터리가 방전되어 충전이 필요함을 알리는 안내 메시지를 상기 출력부가 출력하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제1 벨트 및 상기 제2 벨트와 상기 조향축 사이에는 상기 조향축과 상기 제1 벨트 및 상기 제2 벨트를 결합 또는 결합 해제하는 연결수단이 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리가 충전된 상태에서 상기 조향축에 상기 반력모터가 결합되고,
    상기 배터리가 방전된 상태에서 상기 조향축에 상기 발전기가 결합되도록 상기 연결수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW 시스템용 에너지 하베스팅 장치.
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