KR20070020815A - 능동 전륜 조향 시스템에서의 페일세이프 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법에 관한 것으로, 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 상기 각 센서의 출력값에 따른 기구적인 구속조건과 입출력 조향 기어비 관계식으로부터 연산된 3개의 구속조건중 하나의 구속조건을 선정하여 허용 오차량 이내에 들어오도록 AFS 모터의 위치제어를 수행하도록 하고, 상기 센서에 페일이 발생하는 경우 나머지 다른 구속조건에 따라 AFS 모터의 위치제어를 계속 수행하여 정상적인 AFS 시스템의 작동이 가능하도록 하며, 해당 센서의 페일을 표시하여 이후 조치가 신속히 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
AFS, 조향 기어비 가변기구, 페일세이프, 구속조건
Description
도 1은 차량의 조향 시스템에 적용되는 AFS 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법을 보인 동작 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 조향핸들 2 : 조향칼럼
3 : 입력각 센서 4 : ECU
5 : 능동 조향 메카니즘 6 : 조향 액츄에이터
7 : 출력각 센서
본 발명은 능동 전륜 조향(Active Front Steering : 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템에서의 페일세이프 제어방법에 관한 것으로, 특히 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 기구적인 구속조건과 입출력 조향 기어비 관계식으로부터 연산된 3개의 구속조건중 하나의 구속조건을 선 정하여 허용 오차량 이내에 들어오도록 AFS 모터의 위치제어를 수행하도록 하고, 상기 센서에 페일이 발생하는 경우 나머지 다른 구속조건에 따라 AFS 모터의 위치제어를 계속 수행하여 정상적인 AFS 시스템의 작동이 가능하도록 하며, 해당 센서의 페일을 표시하여 이후 조치가 신속히 이루어질 수 있도록 한 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 적용되는, 전자제어장치(Electronic Control Unit ; 이하, '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 기어비 가변기구를 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.
즉, 도 1은 차량의 조향 시스템에 적용되는 AFS 시스템의 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 조향칼럼(2)에 결합된 조향핸들(1), 입력축의 조향 입력각을 검출하는 입력각 센서(3), AFS 시스템의 전반적인 동작 제어를 위한 능동 제어기(Active Controller)인 ECU(4), 조향기어 또는 조향칼럼(2)에 장착되고 조향 기어 비 가변기구와 AFS 모터 및 모터위치 센서로 이루어져 조향 기어비를 가변하기 위한 능동 조향 메카니즘(Active Steering Mecanism)(5), EPS 모터로 이루어져 EPS 시스템의 조향 어시스트를 위한 조타 보조력을 생성하는 조향 액츄에이터(Steering Actuator)(6), 출력축의 조향 출력각을 검출하는 출력각 센서(7)로 구성되어 있으며, 상기 ECU(4)에서 입력각, 차속, 횡가속도, 요 레이트(Yaw Rate) 등의 차량 상태정보를 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하여 능동 조향 메카니즘(5)을 구동시킴으로써 최적의 전륜 조향각 보상 제어를 수행한다.
이때, 상기 능동 조향 메카니즘(5)내 조향 기어비 가변기구는 선기어와 링기어 및 캐리어 등으로 이루어진 유성기어 세트로 구성된다.
상기와 같이 구성된 AFS 시스템에서는 상기 ECU(4)에서 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 추종할 수 있도록 AFS 모터의 위치제어를 수행한다.
한편, 종래에는 상기 입력각 센서(3)에서 검출되는 입력각에 상기 목표 조향 기어비를 곱하여 구한 출력각과 상기 출력각 센서(7)에서 검출되는 실제 출력각간의 차이값을 구하고, 이 구한 차이값이 기준값 이상인 경우 AFS 시스템, 특히 AFS 모터에 페일이 발생한 것으로 판단하여, AFS 시스템내 AFS 모터와 연결된 락킹기구를 작동시켜 AFS 모터의 회전을 방지함으로써 입력축의 회전이 출력축의 회전으로 연결되는 최소한의 기구적 동력전달이 이루어져 입출력 간에 고정된 기어비로 작동 하도록 하였다.
그러나, 상기와 같이 종래에는 상기 연산된 출력각과 실제 출력각간의 차이값을 이용하여 AFS 시스템의 페일 여부를 판단한 후 AFS 시스템의 작동을 중단하게 되는데, 이때 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서 등에 페일이 발생한 경우에도 단순히 AFS 모터 측에 페일이 발생한 것으로 판단함에 따라 페일의 정확한 발생 원인을 파악하지 못하고, 따라서 조치 또한 제대로 이루어지지 못하게 되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 기구적인 구속조건과 입출력 조향 기어비 관계식으로부터 연산된 3개의 구속조건중 하나의 구속조건을 선정하여 허용 오차량 이내에 들어오도록 AFS 모터의 위치제어를 수행하도록 하고, 상기 센서에 페일이 발생하는 경우 나머지 다른 구속조건에 따라 AFS 모터의 위치제어를 계속 수행하여 정상적인 AFS 시스템의 작동이 가능하도록 하며, 해당 센서의 페일을 표시하여 이후 조치가 신속히 이루어질 수 있도록 한 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법은, 차량의 조향 시스템에 적용되고, 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성되어, 차속에 근거하여 조향 액츄에이터에 장착된 조 향 기어비 가변기구를 통해 조향 기어비를 가변하는 AFS 시스템에 있어서, 상기 AFS 시스템의 ECU에서 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비와 입력각으로부터 출력각을 연산하는 제1단계와, 상기 입력각 센서, 출력각 센서, 모터위치 센서에서 검출되는 각도신호에 따른 기구적인 구속조건 및 상기 제1단계에서 설정된 조향 기어비로부터 의 구속조건을 연산하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 연산된 의 구속조건중 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하는 제3단계와, 상기 제3단계 수행 중, 상기 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면 출력각 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하고, 입력각 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제5단계와, 상기 제4단계에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하고, 모터위치 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제6단계와, 상기 제6단계에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 입력각 센서, 모터위치 센서 및 출력각 센서에 모두 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 AFS 시스템의 능동 조향 메카니즘(5)내 조향 기어비 가변기구를 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 장착 하고 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, 이후 상기 수학식 1과 수학식 3을 통합하면 아래 수학식 4와 같은 구속조건식의 조합이 가능하다.
여기서, 는 입력각 센서(3)로부터 검출되는 입력각이고, 는 출력각 센서(7)로부터 검출되는 출력각이며, 는 모터위치 센서로부터 검출되는 모터 회전각이다. 는 입력축에 대한 제어축의 관계 구속조건이고, 는 출력축에 대한 제어축의 관계 구속조건이며, 은 입력축에 대한 출력축의 관계 구속조건이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 AFS 시스템에서는 상기 입력각 센서(3), 출력각 센서(7), 모터위치 센서의 각도신호에 따른 기구적인 구속조건식과 입출력 조향 기어비로부터 3개의 의 구속조건을 연산하고, 이중 하나의 구속조건을 선정하여 제어축에 장착된 AFS 모터를 구동시켜 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오도록 AFS 모터의 위치제어를 수행한다.
이때, 각 센서의 출력이 정상출력 범위내에서도 구속조건을 만족하지 않으면, 나머지 두 구속조건중 하나를 다시 선정하여 AFS 모터의 위치제어를 수행하고, 이때 또 다시 구속조건을 만족하지 않으면 나머지 마지막 구속조건으로 절환하여 AFS 모터의 위치 제어를 수행하며, 이 경우에도 구속조건을 만족하지 않으면 AFS 시스템에 페일이 발생한 것으로 최종 판별하도록 한다. 또한 각각의 페일이 발생한 해당 센서를 표시하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 AFS 시스템에서의 페일세이프 제어방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, AFS 시스템의 ECU(4)에서 차속센서를 통해 감지되어 입력되는 차량의 속도를 연산하여 차속을 구하고(S1), 이어 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 상기 단계(S1)에서 구한 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비(K)를 설정한다(S2).
그리고 나서, 상기 단계(S2)에서 설정된 조향 기어비와 입력각으로부터 출력각을 연산한다(S3).
이후, AFS 시스템의 ECU(4)는 상기 입력각 센서(3), 출력각 센서(7), 모터위치 센서에서 검출되는 각도신호에 따른 상기 수학식1,2와 같은 기구적인 구속조건식과 상기 단계(S2)에서 설정된 조향 기어비(K)로부터 3개의 의 구속조건을 연산한다(S4).
여기서, 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터의 위치 제어를 수행함에 따라 입력각 센서(3) 및 제어축의 모터위치 센서의 경우 그 출력값이 구속조건을 만족하여 페일이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이때, 상기 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여(S7), 만약 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 즉 출력각 센서(7)의 출력값이 구속조건을 만족하지 않는다면 출력각 센서(7)에 페일이 발생한 것으로 이를 표시하도록 한다(S8).
여기서, 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터의 위치 제어를 수행함에 따라 제어축의 모터위치 센서 및 출력각 센서(7)의 경우 그 출력값이 구속조건을 만족하여 페일이 발생하지 않음을 알 수 있고, 대신에 상기 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않으므로 입력각 센서(3)에 페일이 발생한 것으로 간주하여 이를 표시하도록 한다(S11).
상기 단계(S12)에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어온다면, 상기 의 구속조건을 기준으로 제어축에 장착된 AFS 모터를 구동시켜 AFS 모터의 위치제어를 수행한다(S13).
여기서, 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터의 위치 제어를 수행함에 따라 입력각 센서(3) 및 출력각 센서(7)에는 페일이 발생하지 않음을 알 수 있고, 대신에 상기 의 구속조건과 의 구속조건이 각각 허용 오차량 , 이내에 들어오지 않으므로 제어축의 모터위치 센서에 페일이 발생한 것으로 간주하여 이를 표시하도록 한다(S14).
이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 상기 각 센서의 출력값에 따른 기구적인 구속조건과 입출력 조향 기어비 관계식으로부터 연산된 3개의 구속조건중 하나의 구속조건을 선정하여 허용 오차량 이내에 들어오도록 AFS 모터의 위치 제어를 수행하도록 하고, 상기 센서에 페일이 발생하는 경우 나머지 다른 구속조건에 따라 AFS 모터의 위치제어를 계속 수행하여 정상적인 AFS 시스템의 작동이 가능하도록 하며, 해당 센서의 페일을 표시하여 이후 조치가 신속히 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
Claims (2)
- 차량의 조향 시스템에 적용되고, 입력각 센서, 모터위치 센서, 출력각 센서를 포함하여 구성되어, 차속에 근거하여 조향 액츄에이터에 장착된 조향 기어비 가변기구를 통해 조향 기어비를 가변하는 AFS 시스템에 있어서,상기 AFS 시스템의 ECU에서 차속별 목표 조향 기어비의 설정 맵을 통해 해당 차속에 따른 목표 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비와 입력각으로부터 출력각을 연산하는 제1단계와,상기 제2단계에서 연산된 의 구속조건중 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하는 제3단계와,상기 제3단계 수행 중, 상기 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면 출력각 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제4단계와,상기 제3단계에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하고, 입력각 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제5단계와,상기 제4단계에서 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오지 않는다면, 의 구속조건이 허용 오차량 이내에 들어오는지를 판단하여, 허용 오차량 이내에 들어온다면 상기 의 구속조건을 기준으로 AFS 모터를 구동시켜 위치제어를 수행하고, 모터위치 센서에 페일이 발생한 것으로 판별하여 이를 표시하는 제6단계와,
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Cited By (2)
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KR101306257B1 (ko) * | 2011-11-21 | 2013-09-09 | 현대자동차주식회사 | 조향각 센서의 페일 세이프 모드 구동방법 |
KR20160041163A (ko) * | 2014-10-06 | 2016-04-18 | 현대모비스 주식회사 | 에이에프에스 시스템의 페일세이프 제어 방법 |
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- 2005-08-17 KR KR1020050075114A patent/KR20070020815A/ko not_active Application Discontinuation
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