KR20060101977A

KR20060101977A - 차량용 능동 전륜 조향 시스템

Info

Publication number: KR20060101977A
Application number: KR1020050023659A
Authority: KR
Inventors: 김성주; 표종현
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-09-27
Also published as: KR101031057B1

Abstract

본 발명은 차량용 AFS 시스템에 관한 것으로, 차량의 조향 시스템에 적용되어, 운전자 핸들의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템에 있어서, 입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서와, 조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 입력각에 대한 출력각도를 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구와, 상기 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터와, 상기 AFS 모터의 위치를 검출하기 위한 모터 위치 센서와, 상기 AFS 모터의 회전을 구속하기 위한 락킹기구와, 차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 목표 조향 기어비에 상기 입력각 센서에서 검출되는 입력각을 곱하여 구한 값과 상기 모터 위치 센서에서 검출되는 모터 위치 정보간에 조합되는 관계구속조건이 정해진 오차범위 이내가 되도록 상기 AFS 모터의 작동을 제어하는 AFS ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 입력각 센서와 모터 위치 센서만을 구비하고, 이 두 개의 센서중 하나는 절대각 센서를, 나머지 하나는 상대각 센서를 사용하여 종래의 출력각 센서가 필요없는 단순 구조의 AFS 시스템을 구현함으로써 AFS 시스템 구성시 제조상의 비용을 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

AFS, 입력각 센서, 모터 위치 센서, 절대각 센서, 상대각 센서

Description

차량용 능동 전륜 조향 시스템{ACTIVE FRONT STEERING SYSTEM FOR CAR}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 AFS 시스템의 구성을 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향핸들 2 : 조향칼럼

3 : 입력각 센서 4 : 조향 기어비 가변기구

5 : AFS 모터 6 : 출력각 센서

7 : 락킹기구 8 : AFS ECU

본 발명은 차량용 능동 전륜 조향(Active Front Steering : 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템에 관한 것으로, 특히 유성기어 세트로 이루어진 조향 기어비 가변기구를 포함하는 AFS 시스템에 있어서, 출력각 센서를 제외한 입력각 센서와 모터 위치 센서만을 구비하고, 이 두 개의 센서중 하나는 절대각 센서를, 나머지 하나는 상대각 센서를 사용함으로써 AFS 시스템의 구조를 단순화시켜 제조상의 비용을 감소시킬 수 있도록 한 차량용 AFS 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 적용되는, 전자제어장치(Electronic Control Unit ; 이 하, '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 기어비를 가변하기 위한 조향 기어비 가변기구 및 AFS 모터를 구비시켜, 이 조향 기어비 가변기구의 작동을 통해 운전자 핸들의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템이 적용되고 있다.

이때, 상기 조향 기어비 가변기구는 선기어와 링기어 및 캐리어 등으로 이루어진 유성기어 세트로 구성되고, 이 유성기어 세트로 구성된 조향 기어비 가변기구를 포함하는 AFS 시스템은 입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서와, 출력축의 조향 출력각을 검출하는 출력각 센서와, 모터의 위치를 검출하는 모터 위치 센서와, 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하여 AFS 모터 및 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS ECU로 구성된다.

상기와 같이 구성된 AFS 시스템은 AFS ECU에서 차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비와 입력각으로부터 출력각을 연산하며, 이 연산된 출력각을 추 종할 수 있도록 AFS 모터의 위치제어를 수행한다.

한편, 종래 AFS 시스템에서는 상기 입력각 센서에서 검출되는 입력각, 상기 출력각 센서에서 검출되는 출력각, 상기 모터 위치 센서에서 검출되는 모터 위치 간의 신호 비교를 통해 AFS 시스템이 정상 작동중인지를 판별하고, 이상이 발견될 경우 AFS 모터와 연결된 락킹기구를 작동시켜 AFS 모터의 회전을 방지함으로써 입력축의 회전이 출력축의 회전으로 연결되는 최소한의 기구적 동력전달만이 이루어져 입출력 간에 고정된 기어비로 작동하도록 하였다.

그러나, 상기와 같이 종래 AFS 시스템에서는 입력각 센서 및 모터 위치 센서에서 검출되는 신호만으로 충분히 AFS 모터의 위치제어가 가능함에도 불구하고 입력각 센서 및 모터 위치 센서 이외에 출력각 센서를 더 구비함에 따라 AFS 시스템의 전체적인 구조가 복잡해지고 제고 비용 역시 더 소요되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 유성기어 세트로 이루어진 조향 기어비 가변기구를 포함하는 AFS 시스템에 있어서, 출력각 센서를 제외한 입력각 센서와 모터 위치 센서만을 구비하고, 이 두 개의 센서중 하나는 절대각 센서를, 나머지 하나는 상대각 센서를 사용함으로써 AFS 시스템의 구조를 단순화시켜 제조상의 비용을 감소시킬 수 있도록 한 차량용 AFS 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 AFS 시스템은, 차 량의 조향 시스템에 적용되어, 운전자 핸들의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템에 있어서, 입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서와, 조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 입력각에 대한 출력각도를 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구와, 상기 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터와, 상기 AFS 모터의 위치를 검출하기 위한 모터 위치 센서와, 상기 AFS 모터의 회전을 구속하기 위한 락킹기구와, 차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 목표 조향 기어비에 상기 입력각 센서에서 검출되는 입력각을 곱하여 구한 값과 상기 모터 위치 센서에서 검출되는 모터 위치 정보간에 조합되는 관계구속조건이 정해진 오차범위 이내가 되도록 상기 AFS 모터의 작동을 제어하는 AFS ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 AFS 시스템의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 AFS 시스템의 구성을 보인 도면으로서, 조향칼럼(2)에 결합된 조향핸들(1)과, 입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서(3)와, 조향기어 또는 상기 조향칼럼(2)에 장착되어 입력각에 대한 출력각도를 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구(4)와, 상기 조향 기어비 가변기구(4)를 작동시키는 AFS 모터(5)와, 상기 AFS 모터(5)의 위치를 검출하는 모터 위치 센서(6)와, 상기 AFS 모터(5)의 회전을 구속하기 위한 락킹기구(7)와, 차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 목표 조향 기어비에 상기 입력각 센서(3)에서 검출되는 입력각을 곱하여 구한 값과 상기 모터 위치 센서(6)에서 검출되는 모터 위치 정보간에 조합되는 관계구속조건이 정해진 오차범위 이내가 되도록 상기 AFS 모터(5)의 작동을 제어하는 등, AFS 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 AFS ECU(8)로 구성된다.

이때, 상기 조향 기어비 가변기구(4)는 선기어와 링기어 및 캐리어 등으로 이루어진 유성기어 세트로 구성된다.

상기와 같이 구성된 AFS 시스템에서는 종래 출력축의 조향 출력각을 검출하기 위한 출력각 센서를 제외하고, 입력각 센서(3)와 모터 위치 센서(6)만을 구비하며, 이 두 개의 센서중 하나는 절대각 센서를, 나머지 하나는 상대각 센서를 사용하도록 한다.

즉, 입력각 센서(3)로 절대각 센서를 사용한 경우라면 모터 위치 센서(6)로 상대각 센서를 사용하고, 반대로 입력각 센서(3)로 상대각 센서를 사용한 경우라면 모터 위치 센서(6)로 절대각 센서를 사용하여 출력각 센서가 필요없는 단순 구조의 AFS 시스템을 구현하도록 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 AFS 시스템내 조향 기어비 가변기구(4)를 이루는 유성기어에 있어서, 아래첨자 A를 선기어, B를 링기어, C를 캐리어라고 가정하면, 기구적인 구속조건식은 아래 수학식 1, 2와 같이 표현된다.

상기와 같은 수학식에 있어서, 링기어를 생략하고, 또 하나의 선기어를 장착하고 단이 있는 플레닛(Planet) 기어를 채택하여도 동일한 결과를 얻게 된다. 상기 세 개의 기어에 각각 입력축, AFS 모터의 제어축, 출력축을 연결하면 조향 기어비 가변기구가 구현되고, 이때 연결순서는 제한이 없다.

그리고, 입력축을 아래첨자 A, 출력축을 아래첨자 B, 제어축을 아래첨자 C라고 가정하면, 목표 조향 기어비(K)에 따른 입출력 관계식은 아래 수학식 3과 같고, 추가의 감속기어를 통해 구동되는 캐리어와 모터의 관계식은 아래 수학식 4와 같으며, 수학식 1, 3, 4를 통합하면 아래 수학식 5와 같은 구속조건의 조합이 가능하다.

≤

여기서,

는 입력각 센서(3)로부터 검출되는 입력각이고,

는 출력각 센서로부터 검출되는 출력각이며,

는 모터 위치 센서(6)로부터 검출되는 모터 회전각이다.

는 입력각 센서(3)의 입력각과 이 입력각 및 상기 모터 위치 센서(6)의 모터 위치 정보로부터 구한 모터 위치 센서의 절대 위치 정보를 통해 조합되는 입력축에 대한 제어축의 관계구속조건이다.

상기와 같이 구성된 AFS 시스템에서는 상기 AFS ECU(8)에서 차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비와 상기 입력각 센서(3)에서 검출된 입력각으로부터 출력각을 연산하며, 이 연산된 출력각을 추종하도록 상기 AFS 모터(5)의 위치제어를 수행한다.

이때, 상기 AFS ECU(8)는 상기 입력각 센서(3)에서 검출되는 입력각에 목표 조향 기어비를 곱하여 구한 값과 상기 모터 위치 센서(6)에서 검출되는 모터 위치 정보간에 조합되는 관계구속조건

을 구하고, 이 구한 관계구속조건

의 값이 0에 가까워지도록, 즉 정해진 오차(

) 범위 이내가 되도록 AFS 모터(5) 및 조향 기어비 가변기구(4)를 제어하게 된다.

만약, 일정 시간 이내에 상기 관계구속조건

을 만족하지 않으면, 즉 관계구속조건

이 오차(

) 범위를 초과하여 벗어나는 경우라면 AFS 시스템에 페 일이 발생한 것으로 판단하여, AFS 시스템내 AFS 모터(5)와 연결된 락킹기구(7)를 작동시켜 이 락킹기구(7)에 의해 AFS 모터(5)의 구동을 구속함으로써 입력축의 회전이 출력축의 회전으로 연결되는 최소한의 기구적 동력전달만이 이루어져 입출력 간에 고정된 기어비로 작동하도록 한다.

그리고, 본 발명에 있어서, 상기 AFS 모터(5)로 BLDC 모터를 사용하는 경우 별도의 모터 위치 센서를 필요로 하지 않고 AFS 모터(5)의 위치 검출이 가능하게 된다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 유성기어 세트로 이루어진 조향 기어비 가변기구를 포함하는 AFS 시스템에 있어서, 입력각 센서와 모터 위치 센서만을 구비하고, 이 두 개의 센서중 하나는 절대각 센서를, 나머지 하나는 상대각 센서를 사용하여 종래의 출력각 센서가 필요없는 단순 구조의 AFS 시스템을 구현함으로써 AFS 시스템 구성시 제조상의 비용을 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

차량의 조향 시스템에 적용되어, 운전자 핸들의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템에 있어서,

입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서와,

조향기어 또는 조향칼럼에 장착되어 입력각에 대한 출력각도를 변화시켜 조향 기어비를 가변시키는 조향 기어비 가변기구와,

상기 조향 기어비 가변기구를 작동시키는 AFS 모터와,

상기 AFS 모터의 위치를 검출하기 위한 모터 위치 센서와,

상기 AFS 모터의 회전을 구속하기 위한 락킹기구와,

차속을 입력받아 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 목표 조향 기어비에 상기 입력각 센서에서 검출되는 입력각을 곱하여 구한 값과 상기 모터 위치 센서에서 검출되는 모터 위치 정보간에 조합되는 관계구속조건이 정해진 오차범위 이내가 되도록 상기 AFS 모터의 작동을 제어하는 AFS ECU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 전륜 조향 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 입력각 센서로 절대각 센서를 사용하고, 상기 모터 위치 센서로 상대각 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 전륜 조향 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 입력각 센서로 상대각 센서를 사용하고, 상기 모터 위치 센서로 절대각 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 전륜 조향 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 모터 위치 센서로 BLDC 모터를 사용하여 상기 모터 위치 센서 없이 모터 위치 검출이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 능동 전륜 조향 시스템.