KR102662631B1 - Sbw 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법에 관한 것으로, 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하는 제1 제어 장치 및 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하는 제2 제어 장치를 포함하고, 상기 제1 제어 장치의 제1 제어부는, 제1 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 제3 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되고, 상기 제2 제어 장치의 제어부는 제4 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는, 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제1 스위치를 오프(off) 시키고 상기 제3 스위치를 온(on) 시켜 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.

Description

SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법{STEER-BY-WIRE STEERING SYSTEM AND FAIL SAFE CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리던던시 사양을 확보한 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법에 관한 것이다.

SBW(STEER BY WIRE) 조향 시스템은 스티어링휠과 차량의 구동바퀴의 기구적 연결을 제거한 조향 시스템으로, 스티어링휠의 회전 신호를 전자제어유닛(ECU)을 통해 처리하고, 처리된 회전 신호를 바탕으로 구동바퀴에 연결된 조향모터를 작동시켜 차량을 조향하도록 구성된다.

이러한 SBW 조향 시스템은 기존의 기구적 연결구조가 제거됨으로써, 조향 시스템 설계에 대한 자유도를 증가시키고, 연비를 개선하며, 외란에 강하다는 등의 장점이 있다.

그러나, 이러한 기구적 연결구조가 제거됨에 따라 운전자가 조향 정보를 피드백 받을 수 없기 때문에, 스프링 또는 모터 등을 이용하여 조향반력 또는 복원반력을 생성하여 준다.

즉, 이러한 SBW 조향 시스템은 운전자의 스티어링휠 조작에 따른 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치와 이에 대한 반력을 운전자에게 제공하는 반력시스템으로 구성되는 것이 일반적이다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0066995호(2019.06.14)에 개시되어 있다.

차량의 전장 시스템이 고도화되고, 자율주행 차량 등이 등장함에 따라, 제어 시스템의 이상 발생시에도 정상 작동이 가능하도록 하는 리던던시(redundancy) 시스템에 대한 요구가 늘어나고 있다.

본 발명은 상기와 같은 요구를 반영하기 위한 것으로, 리던던시 사양을 만족할 수 있는 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 SBW 조향 시스템은 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하는 제1 제어 장치; 및 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하는 제2 제어 장치를 포함하고, 상기 제1 제어 장치의 제1 제어부는, 제1 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 제3 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되고, 상기 제2 제어 장치의 제어부는 제4 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는, 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제1 스위치를 오프(off) 시키고 상기 제3 스위치를 온(on) 시켜 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는, 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제4 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치의 제2 제어부는, 제2 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치와 상기 제2 제어 장치 사이에 통신 채널이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1 제어 장치 및 상기 제2 제어 장치는, 각각의 제어부에 각각 연결되어 각각의 이중 권선 모터의 권선에 전류를 인가하는 복수의 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어 방법은, 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하는 제1 제어 장치와, 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하는 제2 제어 장치를 포함하는 SBW 조향 시스템에 있어서, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나가 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 여부를 모니터링 하는 단계; 및 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나가 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 제어 장치의 제1 제어부는, 제1 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 제3 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되고, 상기 제2 제어 장치의 제어부는 제4 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계에서, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는 상기 제1 스위치를 오프 시키고 상기 제3 스위치를 온 시켜 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계에서, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는 상기 제4 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법은 두 개의 제어장치 중 하나의 제어장치에만 이중화된 모듈을 구비하더라도 나머지 제어장치의 페일-세이프 기능을 구현할 수 있도록 함으로써, 두 개의 제어장치 모두에 이중화된 모듈을 구비하는 경우 대비 사용되는 부품을 감소시켜 제조 원가를 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 조향 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SBW 조향 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SBW 조향 시스템 및 그 페일 세이프 제어방법의 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 따른 SBW 조향 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 조향 시스템은 주 조향장치(1) 및 반력시스템(2)을 포함한다.

주 조향장치(1) 및 반력시스템(2)은 각각 전원부(11, 21), 제어부(12, 22), 구동부(13, 23) 및 모터(15, 25) 등을 포함하여 차량의 조향을 제어하거나, 차량의 조향에 대한 반력을 제공할 수 있다.

이러한 조향 제어나 반력 제공은 스티어링휠의 회전, 차속 등을 센서 등을 이용하여 측정 및 수신하고, 이를 바탕으로 조향 제어 맵, 반력 맵 등을 이용하여 모터에 인가될 전류를 산출하며, 산출된 전류를 모터에 인가하는 방식으로 수행될 수 있다.

다만 이러한 조향 제어나 반력 제공을 위한 전원부(11, 21), 제어부(12, 22), 구동부(13, 23) 및 모터(15, 25) 등의 세부 동작 및 해당 구성의 설계 등은 통상의 기술자에게 이미 널리 알려진 기술에 해당하므로, 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 주 조향장치(1) 및 반력시스템(2)의 리던던시 사양을 충족하기 위해 두 개의 제어 장치 중 하나는 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하도록 설계되고, 다른 하나는 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하도록 설계될 수 있다.

이때 제1 제어 장치는 전원부, 구동부 등 또한 제어부의 개수와 동일한 개수를 포함하도록 구성될 수도 있다.

즉, 제1 제어 장치는 제어부, 전원부, 구동부 등의 이중화시켜 어느 하나에 고장, 이상 등이 발생하더라도 모터에 정상적인 전류를 인가할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에서는 주 조향장치(1)가 제1 제어 장치이고, 반력시스템(2)이 제2 제어 장치인 것으로 설명하기로 하나, 주 조향장치(1)가 제2 제어 장치이고, 반력시스템(2)이 제1 제어 장치인 것으로 설계될 수도 있다. 이러한 설계는 도 2에서 확인할 수 있다.

또한 본 발명에서는 리던던시 동작을 위해 이중 권선 모터(15, 25)를 사용하는데, 이중 권선 모터(15, 25)는 단일 로터에 대해서 독립된 두 개의 코일권선을 구비한 고정자를 포함하는 등의 방식으로 두 개의 권선에 인가되는 전류를 합하여 동작할 수 있으며, 두 개의 권선 중 하나의 권선에만 전류가 인가되더라도 정상적으로 동작할 수 있도록 구성된다.

이러한 주 조향장치(1) 및 반력시스템(2)의 구성을 바탕으로 주 조향장치(1)의 리던던시 구성을 이용한 반력시스템(2)의 리던던시 동작을 설명하면 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

주 조향장치(1) 및 반력시스템(2) 사이에는 통신 채널이 연결되어 있으며, 이를 통해 주 조향장치(1)의 제어부(12-1, 12-2) 및 반력시스템(2)의 제어부(22)는 서로 데이터를 주고받을 수 있다.

이러한 통신 채널을 통해 주 조향장치(1)의 제어부(12-1, 12-2)는 반력시스템(2)에 이상이 발생하였는지 여부를 파악할 수 있으며, 예를 들어, 응답 신호 등의 통신 신호가 반력시스템(2)으로부터 정상적으로 수신되지 않는 경우, 반력시스템(2)으로부터 수신된 신호에 이상 상황에 대한 플래그(flag) 데이터가 포함되어 있는 경우 등에 반력시스템(2)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 이외에도 통신을 이용하여 이상 여부를 판단하는 다양한 방식이 적용될 수 있다.

주 조향장치(1)의 제어부(12-1, 12-2)는 본 실시예에 따른 SBW 조향 시스템의 스위치(14, 16, 24)의 온(on)-오프(off)를 제어할 수 있으며, 예를 들어 스위치(14, 16, 24)의 온-오프를 직접 제어하거나, 구동부(13, 23)를 통해 각각의 스위치(14, 16, 24)를 제어하도록 설계될 수 있다.

이러한 스위치(14, 16, 24)는 회로의 절환이 가능한 구성이라면 어떠한 구성이라도 채용 가능하며, 트랜지스터 등의 스위칭 소자가 사용될 경우 제어부(12-1, 12-2)는 직접 또는 구동부(13, 23)를 통해 스위치(14, 16, 24)에 인가되는 턴-온 전압 등을 제어하여 스위치(14, 16, 24)의 온-오프를 제어할 수 있다.

주 조향장치(1)의 제1 제어부(12-1)는, 제1 스위치(14-1)를 통해 모터(15)의 제1 권선(15-1)에 연결되고, 주 조향장치(1)의 제2 제어부(12-2)는 제2 스위치(14-2)를 통해 모터(15)의 제2 권선(15-2)에 연결된다.

이렇게 주 조향장치(1)의 제1 제어부(12-1) 및 제2 제어부(12-2)는 이중화된 모듈 구성과 이중 권선 모터를 이용하여 리던던시 동작을 수행할 수 있다. 즉, 어느 하나의 제어부 등에 이상이 발생한 경우 나머지 제어부에 의한 모터 전류 인가를 통해 정상적인 동작이 가능하도록 한다.

반력시스템(2)의 제어부(22)는 제4 스위치(24)를 통해 모터(25)의 제1 권선(25-1)에 연결되며, 이를 통해 정상 상태인 경우의 반력 제공을 수행한다.

한편 주 조향장치(1)의 제1 제어부(12-1)는 제3 스위치(16)를 통해 반력시스템(2)의 모터(25)의 제2 권선(25-2)에 연결되어, 리던던시 동작을 수행할 수 있도록 한다.

즉, 제1 제어부(12-1) 및 제2 제어부(12-2) 중 어느 하나가 반력시스템(2)의 이상 발생을 파악하면, 제1 스위치(14-1)를 오프 시키고 제3 스위치(16)를 온 시켜 제1 제어부(12-1)가 반력시스템(2)의 모터(25)를 구동하도록 할 수 있다.

이때 주 조향장치(1)의 모터(15)는 제2 제어부(12-2)가 정상 구동하여 조향 제어를 수행하도록 할 수 있다. 또한 제1 제어부(12-1) 및 제2 제어부(12-2) 중 어느 하나는 제4 스위치(24)를 오프시켜 반력시스템(2)의 제어부(22)에 의한 모터(25) 제어를 차단할 수 있다.

이와 같은 방식으로 리던던시를 구현할 경우, 주 조향장치(1)에만 이중화된 모듈을 구비하더라도 반력시스템(2)의 페일-세이프 기능을 구현할 수 있으므로, 반력시스템(2)에도 이중화된 모듈을 구비하는 경우 대비 사용되는 부품을 감소시켜 제조 원가를 절감할 수 있도록 한다.

한편 제어부(12, 22)는 모터(15, 25)에 인가되는 전류를 직접 인가하도록 구성될 수도 있으나, 도 1에 도시된 것과 같이, 전류를 인가할 수 있는 구동부(13, 23)을 구비하여 구동부(13, 23)에서 모터(15, 25)에 전류를 인가하도록 구성하고, 각각의 구동부(13, 23)를 제어하도록 구성될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2에 도시된 것과 같이, 주 조향장치(1)의 제어부(12)가 반력시스템(2)의 이상 발생을 파악하면(S20), 주 조향장치(1)의 제어부(12)는 반력시스템(2)의 제어부(22)와 모터(25) 사이에 연결된 구동 스위치(24)를 오프 시킨다(S21).

이어서, 주 조향장치(1)의 제어부(12)가 제1 구동부(13-1)에 연결된 제1 스위치(14-1)를 오프 시키고, 반력시스템에 연결된 제3 스위치(16)를 온 시킨다(S22). 이를 통해 주 조향장치(1)의 제1 제어부(12-1)가 반력시스템(2)의 모터(25) 구동을 제어하도록 할 수 있다.

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: 주 조향장치
2: 반력시스템
11, 21: 전원부
12, 22: 제어부
13, 23: 구동부
14, 16, 24: 스위치
15, 25: 모터

Claims (12)

1. 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하는 제1 제어 장치; 및
   이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하는 제2 제어 장치를 포함하고,
   상기 제1 제어 장치의 제1 제어부는, 제1 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며, 제3 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되고,
   상기 제2 제어 장치의 제어부는 제4 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며,
   상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는, 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제1 스위치를 오프(off) 시키고 상기 제3 스위치를 온(on) 시켜 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는, 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제4 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치의 제2 제어부는, 제2 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치와 상기 제2 제어 장치 사이에 통신 채널이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템인 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치인 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 장치 및 상기 제2 제어 장치는, 각각의 제어부에 각각 연결되어 각각의 이중 권선 모터의 권선에 전류를 인가하는 복수의 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 각각의 제어부는 상기 복수의 구동부 각각을 제어하여 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 온-오프 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템.
   
9. 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 두 개의 제어부를 포함하는 제1 제어 장치와, 이중 권선 모터 및 이중 권선 모터를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 포함하는 제2 제어 장치를 포함하는 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법에 있어서,
   상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나가 상기 제2 제어 장치의 이상 발생 여부를 모니터링 하는 단계; 및
   상기 제2 제어 장치의 이상 발생 시, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나가 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 제어 장치의 제1 제어부는, 제1 스위치를 통해 상기 제1 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며 제3 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제2 권선에 연결되고, 상기 제2 제어 장치의 제어부는 제4 스위치를 통해 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터의 제1 권선에 연결되며,
   상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계에서, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는 상기 제1 스위치를 오프 시키고 상기 제3 스위치를 온 시켜 상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 제어 장치의 이중 권선 모터를 제어하는 단계에서, 상기 제1 제어 장치의 두 개의 제어부 중 적어도 하나는 상기 제4 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템인 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 제어 장치는 차량의 조향에 대한 반력을 제공하는 반력시스템이고, 상기 제2 제어 장치는 차량의 조향을 제어하는 주 조향장치인 것을 특징으로 하는 SBW 조향 시스템의 페일 세이프 제어방법.

Images