KR20060054775A - Motor driven steering system in vehicle - Google Patents

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KR20060054775A KR1020040093463A KR20040093463A KR20060054775A KR 20060054775 A KR20060054775 A KR 20060054775A KR 1020040093463 A KR1020040093463 A KR 1020040093463A KR 20040093463 A KR20040093463 A KR 20040093463A KR 20060054775 A KR20060054775 A KR 20060054775A
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Abstract

본 발명은 모터 구동 차량용 조향장치에 관한 것으로, 브러시리스 모터와 홀센서 및 조향각센서를 이용해 조향 정도에 따라 요구되는 모터의 작동 소음 저하는 물론 조향장치의 복원 제어시 발생되는 이질감과 떨림등을 저하시키면서도 저렴한 제조 비용으로 구성할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a steering apparatus for a motor-driven vehicle, using a brushless motor, a hall sensor, and a steering angle sensor to reduce operating noise of the motor required according to the steering degree, as well as to reduce heterogeneity and vibration generated during restoration control of the steering apparatus. Its purpose is to be able to configure at a low manufacturing cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터 구동 조향장치가 조향휠(1)의 조작력을 전달받는 스티어링컬럼(2)에 치합되어 차륜을 조작하는 랙기어기기(3)와, 상기 조향휠(1)의 조작에 따른 제어 신호를 발생하는 콘트롤러(8), 상기 콘트롤러(8)의 제어 신호에 따라 공급되는 전류를 통해 회전되어 랙기어기기(3)를 구동하는 브러시리스 타입 구동모터(4) 및 조향 복원시 콘트롤러(8)의 정밀한 제어 특성을 위한 측정값을 발생하는 조향각·토크·회전각 홀센서(7,6,5)로 이루어진 제어센서로 구성된 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object is a rack gear device (3) and the steering wheel for driving the wheel is meshed with the steering column (2) that the motor-driven steering device receives the operating force of the steering wheel (1), Controller 8 for generating a control signal according to the operation of (1), brushless drive motor (4) is rotated through the current supplied in accordance with the control signal of the controller 8 to drive the rack gear device (4) ) And a control sensor comprising steering angle, torque, rotation angle Hall sensors (7, 6, 5) for generating measured values for precise control characteristics of the controller (8) during steering restoration.

Description

모터 구동 차량용 조향장치{Motor driven steering system in vehicle}Motor driven steering system in vehicle

도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 차량용 조향장치의 구성도1 is a block diagram of a steering apparatus for a motor driving vehicle according to the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>    <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 조향휠 2 : 스티어링컬럼1: steering wheel 2: steering column

3 : 랙기어기기 4 : 구동모터3: rack gear device 4: driving motor

5 : 홀센서 6 : 토크센서5 Hall sensor 6 Torque sensor

7 : 조향각센서 8 : 콘트롤러7: steering angle sensor 8: controller

본 발명은 차량용 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브러시리스 모터의 동력을 이용해 조향 조작력을 발생하도록 된 모터 구동 차량용 조향장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly, to a motor-driven vehicle steering apparatus to generate a steering operation force using the power of a brushless motor.

일반적으로 동력조향장치는 엔진의 동력을 벨트등으로 구동되는 오일펌프를 이용하여 소정의 오일압을 형성하고, 이 오일압을 구동동력으로 작용하는 유압회로를 구성하여 운전자의 조향력에 대하여 증력된 힘으로서 차륜을 조향하도록 구성하 는 유압작동회로가 일반적인 구성이다.In general, the power steering device forms a predetermined oil pressure using an oil pump driven by a belt or the like, and constructs a hydraulic circuit that operates the oil pressure as a driving power to increase the driver's steering force. As a general configuration, a hydraulic actuating circuit configured to steer a wheel is common.

그러나, 상기와 같은 유압작동에 의한 동력조향장치는 오일펌프 및 다수의 오일회로를 구성하기 위한 오일관로, 로우터리밸브등과 같은 작동부재가 요구되어 상당히 복잡한 구성을 가지게 되고 많은 수량의 부품이 소요됨으로서 조향장치의 경량화와 원가저감에 부담이 되는 현상이 있게 된다.However, the power steering apparatus by the hydraulic operation as described above is an oil pipe for constructing an oil pump and a plurality of oil circuits, requires an operation member such as a rotary valve, and thus has a considerably complicated configuration and requires a large number of parts. As a result, there is a burden on the weight reduction and cost reduction of the steering system.

이와 같은 현상을 감안하여 종래에도 모터로서 구동하는 동력조향장치가 개발되어 있지만 감속기가 별도로 요구되고, 또한 조향 복원시 정확성을 위한 조향휠과 모터의 회전 정도에 대한 정밀한 측정 즉, 모터에서 U,V,W 절대각의 위치를 측정하는 절대각 신호와 절대각으로부터 현재의 회전각을 측정하는 A,B 증분신호의 측정을 위해 고가의 엔코더와 리졸버등이 요구되는 단점이 있게 된다.In view of such a phenomenon, a conventional power steering device for driving as a motor has been developed, but a reduction gear is required separately, and a precise measurement of the steering wheel and the degree of rotation of the motor for accuracy in steering restoration, that is, U, V in the motor In order to measure the absolute angle signal measuring the position of the absolute angle and the A and B incremental signals measuring the current rotation angle from the absolute angle, expensive encoders and resolvers are required.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 브러시리스 모터와 홀센서 및 조향각센서를 이용해 조향 정도에 따라 요구되는 모터의 작동 소음 저하는 물론 조향장치의 복원 제어시 발생되는 이질감과 떨림등을 저하시키면서도 저렴한 제조 비용으로 구성할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented in view of the above-described problems, and the heterogeneity and tremor generated during the restoration control of the steering device, as well as the reduction of the operating noise of the motor required according to the steering degree using the brushless motor, the hall sensor, and the steering angle sensor. The purpose is to be able to constitute a low manufacturing cost while lowering the back.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터 구동 조향장치가 조향휠의 조작력을 전달받는 스티어링컬럼에 치합되어 차륜을 조작하는 랙기어기기와, 상기 조향휠의 조작에 따른 제어 신호를 발생하는 콘트롤러, 상기 콘트롤러의 제어 신호에 따라 공급되는 전류를 통해 회전되어 랙기어기기를 구동하는 브러시리스 타 입 구동모터 및 조향 복원시 콘트롤러의 정밀한 제어 특성을 위한 측정값을 발생하는 제어센서로 구성되되, The present invention for achieving the above object, the motor-driven steering device is engaged with the steering column receiving the operating force of the steering wheel rack gear device for operating the wheel, and generating a control signal according to the operation of the steering wheel Consists of a controller, a brushless type drive motor that rotates through a current supplied according to a control signal of the controller and drives a rack gear device, and a control sensor that generates measured values for precise control characteristics of the controller when steering is restored.

상기 제어센서는 조향휠의 조작에 따른 조타각을 측정하도록 조향휠과 스티어링컬럼의 결합부위로 위치된 조향각센서와, 상기 조향휠의 회전력을 전달받는 스티어링컬럼에 내재된 토션바의 비틀리는 정도를 측정하는 토크센서 및 상기 구동모터의 회전각을 마그네틱을 이용해 측정하는 홀센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.
The control sensor is a steering angle sensor positioned at the coupling portion of the steering wheel and the steering column to measure the steering angle according to the operation of the steering wheel, and the degree of twist of the torsion bar embedded in the steering column receiving the rotational force of the steering wheel. Characterized in that consisting of a torque sensor to measure and the Hall sensor to measure the rotation angle of the drive motor using a magnetic.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 차량용 조향장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 조향장치는 조향휠(1)의 조작력을 전달받는 스티어링컬럼(2)에 치합되어 차륜을 조작하는 랙기어기기(3)와, 상기 조향휠(1)의 조작에 따른 제어 신호를 발생하는 콘트롤러(8), 상기 콘트롤러(8)의 제어 신호에 따라 공급되는 전류를 통해 회전되어 랙기어기기(3)를 구동하는 구동모터(4) 및 조향 복원시 콘트롤러(8)의 정밀한 제어 특성을 위한 측정값을 발생하는 제어센서로 구성되어진다.1 is a block diagram of a steering apparatus for a motor-driven vehicle according to the present invention, the steering apparatus of the present invention is engaged with the steering column (2) receiving the operating force of the steering wheel (1) rack for operating the wheel The rack gear device 3 is rotated by the gear 8, the controller 8 generating a control signal according to the operation of the steering wheel 1, and a current supplied according to the control signal of the controller 8. It consists of a drive motor 4 for driving the control sensor and a control sensor for generating a measurement value for precise control characteristics of the controller 8 during steering restoration.

여기서, 상기 제어센서는 조향휠(1)의 조작에 따른 조타각을 측정하도록 조향휠(1)과 스티어링컬럼(2)의 결합부위로 위치된 조향각센서(7)와, 상기 조향휠(1)의 회전력을 전달받는 스티어링컬럼(2)에 내재된 토션바의 비틀리는 정도를 측정해 운전자가 가하는 조향력을 측정하는 토크센서(6) 및 상기 구동모터(4)의 회전각을 마그네틱을 이용해 측정하는 홀센서(5)로 이루어진다.Here, the control sensor is a steering angle sensor (7) positioned at the coupling portion of the steering wheel (1) and the steering column (2) to measure the steering angle according to the operation of the steering wheel (1), the steering wheel (1) Measuring the rotation angle of the torque sensor 6 and the drive motor 4 to measure the steering force applied by the driver by measuring the twisting degree of the torsion bar in the steering column (2) receiving the rotational force of the magnetic using a magnetic It consists of a Hall sensor (5).

그리고, 상기 구동모터(4)는 브러시리스(Brushless) 타입 모터이다.The drive motor 4 is a brushless type motor.

또한, 상기 홀센서(5)는 자계를 검출하는 자기 센서로서 브러시리스 모터를 구성하기 위한 소자로써 널리 이용되며, 이와 같은 홀센서(5)는 통상적으로 2개의 입력단자와 2개의 출력 단자를 갖추어 상기 입력단자에 제어 전류를 흘리고 센서면에 자계를 가하면 상기 출력단자에는 자계와 제어 전류의 곱에 비례하는 홀 전압을 얻을 수 있는 특성을 갖고 있다.In addition, the Hall sensor 5 is a magnetic sensor for detecting a magnetic field, and is widely used as an element for constructing a brushless motor. Such a Hall sensor 5 is generally provided with two input terminals and two output terminals. When a control current flows through the input terminal and a magnetic field is applied to the sensor surface, the output terminal has a characteristic of obtaining a hall voltage proportional to the product of the magnetic field and the control current.

한편, 상기 콘트롤러(8)는 통상적으로 내장된 로직에 따라 조향장치의 조작과 작동 과정을 여러 가지 제어하는 알고리즘을 갖게 되는데 즉, 운전자의 조향력을 보조하기 위한 조향보조 알고리즘을 기본으로 하여 스티어링컬럼(2)과 랙기어기기(3)등의 기계적인 마찰력을 보상함과 더불어 댐핑을 보상해주는 마찰력 보상·댐핑 알고리즘이 있으면서 또한, 차륜의 토인(Toe In)에 따른 조향휠(1)의 복귀를 제어하는 복원제어 알고리즘등을 수행하게 됨은 물론이다.On the other hand, the controller (8) has an algorithm for controlling the operation and operation of the steering device in accordance with the conventionally built-in logic, that is, the steering column based on the steering assistant algorithm for assisting the steering power of the driver ( 2) and a frictional force compensation and damping algorithm that compensates for damping as well as mechanical frictional force of rack gears (3), and also controls the return of the steering wheel (1) to the toe of the wheel. Of course, the restoration control algorithm is performed.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 조향장치는 운전자가 차량의 방향을 바꾸고자 조향휠(1)을 조작하면, 상기 조향휠(1)을 조작하는 운전자의 조작력을 모터의 구동력을 통해 보조하게 되는데 즉, 상기 조향휠(1)의 조타 정도에 따라 콘트롤러(8)가 구동모터(4)에서 필요한 회전력을 발생시켜 스티어링컬럼(2)에 치합된 랙기어기기(3)를 조작하게 되며, 이에 따라 운전자의 조향휠(1)조작력이 구동모터(4)의 구동력을 이용해 보조 하게 된다.When the driver manipulates the steering wheel 1 to change the direction of the vehicle, the steering apparatus of the present invention assists the driver's operating force of the steering wheel 1 through the driving force of the motor, that is, the steering wheel ( According to the steering degree of 1), the controller 8 generates the required rotational force in the driving motor 4 to operate the rack gear device 3 engaged with the steering column 2, and accordingly the driver's steering wheel 1 The operating force is assisted by using the driving force of the driving motor (4).

이때, 상기 콘트롤러(8)는 운전자가 가하는 조향력을 토크 값으로 측정하는 토크센서(6)의 측정값을 입력받아 상기 구동모터(4)의 정확한 회전력 즉, 운전자가 조작하는 조향휠(1)의 회전에 비례해서 발생되는 토크센서(6)의 측정값에 따라 차륜의 이동 정도를 정확히 제어하게 됨은 물론이다.At this time, the controller 8 receives the measured value of the torque sensor 6 which measures the steering force applied by the driver as the torque value, so that the exact rotational force of the driving motor 4, that is, the steering wheel 1 of the driver operates. Of course, the degree of movement of the wheel is accurately controlled according to the measured value of the torque sensor 6 generated in proportion to the rotation.

그리고, 상기 구동모터(4)는 브러시리스 타입으로서 모터의 구동에 따라 모터를 이루는 구성요소인 브러시에 의해 발생되는 소음과 진동 및 분진등이 발생되지 않게 되며 또한, 운전자의 이와 같은 조향 조작은 콘트롤러(8)에 내장된 로직인 조향 보조 알고리즘에 따라 수행됨은 물론이다.In addition, the driving motor 4 is a brushless type, and noise, vibration, and dust generated by a brush, which is a component of the motor, are not generated according to the driving of the motor, and the steering operation of the driver is performed by the controller. Of course, it is performed according to the steering assistance algorithm which is logic embedded in (8).

한편, 운전자의 조향휠(1)조작 후 조향휠(1)의 자세 복귀시에는 콘트롤러(8)의 복원제어 알고리즘에 따라 수행되는데, 이와 같은 조향휠(1)의 복귀를 제어는 차륜에서 발생된 토인(Toe In)에 따른 영향을 고려해야 만 하고, 이를 위해 상기 콘트롤러(8)는 제어센서의 측정값을 전송 받아 구동 모터(4)를 제어하게 된다.On the other hand, when the driver returns to the posture of the steering wheel 1 after the steering wheel 1 operation, it is performed according to the restoration control algorithm of the controller 8, and such control of the return of the steering wheel 1 is generated from the wheel. It is necessary to consider the effect of Toe In. To this end, the controller 8 receives the measured value of the control sensor to control the driving motor 4.

즉, 상기 제어센서 중 조향각센서(7)는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향 후 차륜에서 발생된 틀어진 각도인 토인에 의한 조향휠(1)의 실제적인 회전각도를 측정해 콘트롤러(8)로 전송해 주게 된다.That is, the steering angle sensor 7 of the control sensor, as shown in Figure 1, by measuring the actual rotation angle of the steering wheel (1) by the toe that is a twisted angle generated in the wheel after steering to the controller (8) Will be sent.

또한, 상기 제어센서 중 홀센서(5)는 모터(4)의 회전각에 대한 정확한 측정값을 측정해 각각 콘트롤러(8)로 전송해 주게 된다.In addition, the Hall sensor (5) of the control sensor is to measure the exact measurement value for the rotation angle of the motor (4) and transmit to each controller (8).

이어, 상기 콘트롤러(8)는 제어센서의 각 측정값을 이용해 조향휠(1)의 복귀를 위한 구동 모터(4)의 회전 정도를 제어하게 되는데 즉, 상기 콘트롤러(8)는 조 향각센서(7)의 측정값을 통해 복귀 시점에서 조향휠(1)의 정확한 회전 각도를 판단하여 구동 모터(4)로 제어신호를 보내게 된다.Subsequently, the controller 8 controls the degree of rotation of the drive motor 4 for the return of the steering wheel 1 by using each measured value of the control sensor, that is, the controller 8 controls the steering angle sensor 7. The control value is transmitted to the drive motor 4 by determining the exact rotation angle of the steering wheel 1 at the return time based on the measured value of.

이에 따라, 상기 구동 모터(4)는 조향휠(1)을 정확히 복귀시켜 주게 되고 이때, 상기 구동 모터(4)는 콘트롤러(8)에 의해 지속적으로 제어받는데 즉, 상기 구동 모터(4)에 내장된 홀센서(5)가 모터(4)의 회전각을 측정해 콘트롤러(8)로 전송하게 되면, 상기 콘트롤러(8)는 조향각센서(7)에 의한 조향휠(1)의 회전각과 모터(4)의 회전각을 서로 비교한 후 상기 모터(4)의 회전을 조절하면서 조향휠(1)의 정확한 복귀를 수행하게 된다. Accordingly, the drive motor 4 returns the steering wheel 1 accurately, and at this time, the drive motor 4 is continuously controlled by the controller 8, that is, embedded in the drive motor 4. When the hall sensor 5 measures the rotation angle of the motor 4 and transmits it to the controller 8, the controller 8 transmits the rotation angle of the steering wheel 1 by the steering angle sensor 7 and the motor 4. After comparing the rotation angles of each other with each other, the steering wheel 1 is accurately returned while adjusting the rotation of the motor 4.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자의 조향력을 보조하도록 브러시리스 모터를 이용해 모터를 이루는 구성요소인 브러시에 의해 발생되는 소음과 진동 및 분진등이 발생되지 않는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, there is an effect that noise, vibration, dust, etc. generated by the brush, which is a component of the motor, are generated using the brushless motor to assist the driver's steering force.

또한, 본 발명은 브러시 타입 모터의 회전각을 측정하기 위한 고가의 엔코더와 리졸버등이 요구되지 않는 홀센서를 이용한 브러시리스 모터와 조향휠의 회전각을 측정하는 조향각 센서를 이용하여 조향휠의 복귀 제어를 정밀하게 수행함에 따라 전체적인 비용 절감을 달성할 수 있는 효과가 있게 됨은 물론이다.In addition, the present invention is the return of the steering wheel using a steering angle sensor for measuring the rotation angle of the steering wheel and the brushless motor using a Hall sensor that does not require expensive encoders and resolvers, etc. for measuring the rotation angle of the brush-type motor As a result of precise control, the overall cost savings can be achieved.

Claims (1)

조향휠(1)의 조작력을 전달받는 스티어링컬럼(2)에 치합되어 차륜을 조작하는 랙기어기기(3)와, 상기 조향휠(1)의 조작에 따른 제어 신호를 발생하는 콘트롤러(8), 상기 콘트롤러(8)의 제어 신호에 따라 공급되는 전류를 통해 회전되어 랙기어기기(3)를 구동하는 브러시리스 타입 구동모터(4) 및 조향 복원시 콘트롤러(8)의 정밀한 제어 특성을 위한 측정값을 발생하는 제어센서로 구성되되, A rack gear device 3 engaged with the steering column 2 receiving the operating force of the steering wheel 1 to operate the wheel, a controller 8 for generating a control signal according to the operation of the steering wheel 1; A brushless drive motor 4 which rotates through a current supplied according to a control signal of the controller 8 to drive the rack gear device 3 and a measured value for precise control characteristics of the controller 8 when steering is restored. Consists of a control sensor that generates 상기 제어센서는 조향휠(1)의 조작에 따른 조타각을 측정하도록 조향휠(1)과 스티어링컬럼(2)의 결합부위로 위치된 조향각센서(7)와, 상기 조향휠(1)의 회전력을 전달받는 스티어링컬럼(2)에 내재된 토션바의 비틀리는 정도를 측정하는 토크센서(6) 및 상기 구동모터(4)의 회전각을 마그네틱을 이용해 측정하는 홀센서(5)로 이루어진 모터 구동 차량용 조향장치.The control sensor is a steering angle sensor (7) positioned at the coupling portion of the steering wheel (1) and the steering column (2) to measure the steering angle according to the operation of the steering wheel (1), and the rotational force of the steering wheel (1) Motor drive consisting of a torque sensor 6 for measuring the twisting degree of the torsion bar in the steering column (2) receiving the transmission and the Hall sensor (5) for measuring the rotation angle of the drive motor (4) using magnetic Vehicle steering.
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