KR20070064484A - Electronic control power steering system for vehicle and method thereof - Google Patents

Electronic control power steering system for vehicle and method thereof

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Abstract

An electronic control power steering system for a vehicle and a method thereof are provided to detect the torque according to rotation of a steering wheel by embedding a drive motor in the steering column. An electronic control power steering system for a vehicle includes a steering wheel(2), a steering column(6), a pinion gear(8), and a rack gear(10). The steering column transfers the manipulation force of the steering wheel to a steering shaft. The pinion gear is provided at an end of the steering column. The rack gear is enmeshed with the pinion gear to move the steering shaft by converting the rotation of the steering wheel to a linear movement. The electronic control power steering system includes a torque sensor(4), a motor(20), and an ECU. The torque sensor is disposed on one side of the steering wheel to detect the torque due to the rotation of the steering wheel. The motor is mounted to the steering column to supplement the manipulation force of the steering wheel. The ECU calculates the amount of current for controlling the motor and controls the motor by using the calculated amount of current.

Description

전자제어 파워 스티어링 시스템 및 그것의 제어방법{ELECTRONIC CONTROL POWER STEERING SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}ELECTRICAL CONTROL POWER STEERING SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF

도 1은 본 발명에 따른 전자제어 파워 스티어링 시스템의 구성도.1 is a block diagram of an electronically controlled power steering system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전자제어 파우 스티어링 시스템의 제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flow chart of one embodiment for performing control of an electronically controlled plow steering system in accordance with the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

2 : 스티어링 휠 4 : 토크센서2: steering wheel 4: torque sensor

6 : 스티어링 컬럼 8 : 피니언 기어6: steering column 8: pinion gear

10 : 랙 기어 12 : 조향축10 rack gear 12 steering shaft

20 : 모터 21 : 코어20: motor 21: core

23 : 코일 25 : 자석23: coil 25: magnet

본 발명은 전자제어 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 스티어링 컬럼(Steering Culm)에 구동 모터를 내장하여 스티어링 휠의 회전에 따른 토크의 검출로 조향륜이 조정에 편의성을 제공하도록 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템 및 그것의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronically controlled power steering system, and more particularly, to an electronic control in which a steering motor is provided with a built-in driving motor in a steering column to provide convenience for adjustment of a steering wheel by detecting torque according to rotation of a steering wheel. The present invention relates to a power steering system and a control method thereof.

자동차의 대형화에 따른 바퀴의 접지 저항 증가로 동력 조향이 개발되어 적용되고 있으며, 이러한 동력 조향을 좀 더 가볍고 신속한 조작을 제공하는 전자제어 파워 스티어링 시스템이 개발되어 적용되고 있다.Power steering has been developed and applied as the ground resistance of wheels increases due to the increase in size of automobiles, and an electronically controlled power steering system has been developed and applied to provide lighter and faster operation of such power steering.

전자제어 파워 스티어링 시스템은 차량의 주행속도에 따라 핸들의 조타력을 전자제어 모터로 구동시켜 주차 또는 저속시에는 조타력을 가볍게 제공하고, 고속 주행시에는 조타력을 무겁게 제공하여 고속 주행에 안전성을 제공하는 장치이다.The electronically controlled power steering system drives the steering power of the steering wheel with an electronically controlled motor according to the vehicle's driving speed, providing light steering power during parking or low speed, and providing high steering speed during high speed driving to provide safety at high speeds. Device.

전자제어 파워 스티어링 시스템은 랙에 모터를 장착하여 구성되며, 모터는 스테이터에 코일이 권선되고, 로터에 영구자석을 배치되는 3상 직류 브러시 없는 모터가 적용된다.The electronically controlled power steering system is constructed by mounting a motor in a rack. The motor is a three-phase DC brushless motor in which a coil is wound around the stator and a permanent magnet is placed on the rotor.

그리고, 상기 모터의 로터 내측에 랙축과 볼 너트를 배치하고, 모터의 회전에 의해 랙축과 일체로 직선운동한다.The rack shaft and the ball nut are disposed inside the rotor of the motor, and linearly move integrally with the rack shaft by the rotation of the motor.

이와 같이 랙에 모터를 장착하는 구조의 전자제어 파워 스티어링 시스템은 모터축의 회전 관성의 영향으로 인하여 조타 반전시에 이질감이 발생되는 문제점이 있다.As such, the electronically controlled power steering system having a structure in which a motor is mounted in a rack has a problem in that heterogeneity is generated during steering inversion due to the influence of rotational inertia of the motor shaft.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 스티어링 휠의 조향에 대하여 반력 토크를 제공하는 반력 모터에 추가로 장착하여 방법이 적용되고 있다.In order to remedy this problem, a method has been applied in addition to a reaction force motor that provides a reaction torque against steering of a steering wheel.

그러나 이러한 방법의 경우 반력 모터의 추가 장착에 따른 비용의 상승이 유발되고, 반력 모터가 내는 반력 토크를 운전 상황에 따라 적절히 조절할 수 있는 제어 알고리즘이 요구된다.However, such a method causes an increase in cost due to the additional mounting of the reaction force motor, and a control algorithm capable of appropriately adjusting the reaction torque generated by the reaction force motor according to the driving situation is required.

또한, 반력 토크를 차속에 의해서만 결정하게 되면, 스티어링 휠의 조향각에 따른 조절이 안되므로 최적의 조향감을 얻을 수 없어 안정성을 저하시키게 된다. In addition, if the reaction torque is determined only by the vehicle speed, the steering wheel may not be adjusted according to the steering angle, and thus the optimum steering feeling may not be obtained, thereby reducing stability.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 스티어링 컬럼에 구동 모터를 내장하여 스티어링 휠의 회전에 따른 토크의 검출로 조향륜이 조정에 편의성을 제공하도록 한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is to provide a convenience to the steering wheel adjustment by the detection of the torque according to the rotation of the steering wheel by embedding a drive motor in the steering column.

또한, 스티어링 휠의 반전시 인위적인 관성감이 발생되지 않도록 하며, 차량의 속도와 조향각의 정도에 따라 안전 운전이 제공될 수 있는 능동적인 제어가 수반되도록 한 것이다. In addition, artificial inertia is not generated when the steering wheel is inverted, and active control is provided in which safe driving can be provided according to the speed and steering angle of the vehicle.

즉, 차량 속도가 증가할수록 조향을 무겁게 하여 안전운전이 될 수 있도록 하고, 조향각이 커질수록 조향을 무겁게 하여 과도하게 조향되지 못하도록 함으로서 안전운전이 제공되도록 한 것이다.In other words, as the vehicle speed increases, the steering becomes heavier and the driving becomes safer. As the steering angle becomes larger, the steering becomes heavier so that the safe driving is provided by preventing excessive steering.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 스티어링 휠과; 스티어링 휠의 조작력을 조향축에 전달하는 스티어링 컬럼과; 스티어링 컬럼의 종단부에 구성되는 피니언 기어와; 상기 피니언 기어와 치결합되어 스티어링 휠의 회전 운동을 직선운동으로 전환시켜 조향축을 이동시키는 랙 기어를 포함하며, The present invention for realizing the above object and a steering wheel; A steering column for transmitting an operating force of the steering wheel to the steering shaft; A pinion gear configured at an end of the steering column; It is coupled to the pinion gear includes a rack gear for moving the steering shaft by converting the rotational movement of the steering wheel to linear movement,

상기 스티어링 휠의 일측에 배치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 토크를 검출하는 토크센서와; 상기 스티어링 컬럼의 소정 위치에 장착되어 스티어링 휠의 조작력을 보조하는 모터 및; 상기 토크센서의 신호에 따라 스티어링 휠의 조작 방향 과 조향각을 판단하여 상기 모터 제어를 위한 전류량을 산출하며, 산출된 전류량으로 모터를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템을 제공한다.A torque sensor disposed at one side of the steering wheel and detecting torque according to rotation of the steering wheel; A motor mounted at a predetermined position of the steering column to assist an operation force of the steering wheel; Provides an electronically controlled power steering system comprising an ECU for controlling the motor by calculating the amount of current for controlling the motor by determining the steering direction and the steering angle of the steering wheel according to the signal of the torque sensor. do.

또한, 본 발명은 스티어링 휠의 조작에 대한 토크를 검출하는 과정과; 스티어링 휠의 조작 토크로부터 조향 방향 및 각도를 추출하는 과정과; 추출된 조향 방향과 각도 및 현재의 차속에 따라 모터 제어를 위한 전류량을 산출하여 모터의 구동 제어로 조향력을 보조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템의 제어방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of detecting the torque for the steering wheel operation; Extracting a steering direction and an angle from the operating torque of the steering wheel; The present invention provides a control method of an electronically controlled power steering system comprising calculating a current amount for controlling a motor according to an extracted steering direction, an angle, and a current vehicle speed, and assisting steering force by driving control of a motor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전자제어 파워 스티어링 시스템의 구성도로, 운전자가 조향을 위해 직접 조작하는 스티어링 휠(2)의 일측에 배치되어 상기 스티어링 휠(2)의 회전에 따른 토크를 검출하여 그에 대한 신호를 출력하는 토크센서(4)가 장착된다.1 is a configuration diagram of an electronically controlled power steering system according to the present invention, which is disposed on one side of a steering wheel 2 directly operated by a driver for steering and detects torque according to rotation of the steering wheel 2. The torque sensor 4 which outputs a signal is mounted.

그리고, 상기 스티어링 휠(2)의 조작력을 조향축(12)에 전달하는 스티어링 컬럼(6)의 종단부에 피니언 기어(8)가 구성되며, 상기 피니언 기어(8)는 조향축(12)에 구성되는 랙 기어(10)와 치결합된다.The pinion gear 8 is configured at the end of the steering column 6 which transmits the operating force of the steering wheel 2 to the steering shaft 12, and the pinion gear 8 is connected to the steering shaft 12. To be engaged with the rack gear 10 is configured.

상기 피니언 기어(8)와 랙 기어(10)의 치결합은 스티어링 휠(2)의 회전 운동을 직선운동으로 전환시켜 조향축(12)의 이동을 통한 조향 작동이 이루어질 수 있도록 한다.The tooth coupling of the pinion gear 8 and the rack gear 10 converts the rotational movement of the steering wheel 2 into a linear movement so that steering operation can be performed through the movement of the steering shaft 12.

상기 스티어링 컬럼(6)의 소정 위치에 장착되어 스티어링 휠(2)의 조작력을 보조하는 모터(20)를 포함하여 구성되고, 스티어링 휠(2)의 일측에 배치되는 토크센서(4)의 정보와 조타각 및 차속에 따라 상기 모터(20)의 작동을 제어하는 ECU(14)가 더 포함된다. And a motor 20 mounted at a predetermined position of the steering column 6 to assist the operating force of the steering wheel 2, and information of the torque sensor 4 disposed at one side of the steering wheel 2; The ECU 14 further controls the operation of the motor 20 according to the steering angle and the vehicle speed.

상기 스티어링 컬럼(6)의 소정 위치에 장착되는 모터(20)는 상기 스티어링 컬럼(6)을 회전축으로 하여 코어(21)가 배치되고, 상기 코어(21)에 코일(23)이 권선되어 회전자의 역할이 수행되도록 하며, 외측에 고정자의 역할을 하는 자석(25)이 배치되는 구조를 갖는다.In the motor 20 mounted at a predetermined position of the steering column 6, a core 21 is disposed with the steering column 6 as a rotation axis, and a coil 23 is wound around the core 21 to rotate the rotor. To have a role of, and has a structure in which a magnet 25 to serve as a stator on the outside.

상기 모터(20)는 감속기를 배치하지 않는 상태에서 스티어링 컬럼(6)을 직접 구동하며, 이를 위해 상기의 자석(25)은 초전도 자석을 적용한다.The motor 20 directly drives the steering column 6 in a state in which the speed reducer is not disposed, and the magnet 25 applies a superconducting magnet for this purpose.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 이루어지는 본 발명의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention including the function as described above is as follows.

운전자가 차량의 조향을 위해 스티어링 휠(2)을 조작하게 되면 운전자의 조작력은 스티어링 휠(2)의 일측에 배치되는 토크센서(4)에 검출되어 ECU(14)에 입력된다(S101)(S102).When the driver operates the steering wheel 2 to steer the vehicle, the driver's operating force is detected by the torque sensor 4 disposed on one side of the steering wheel 2 and input to the ECU 14 (S101) (S102). ).

이때, ECU(14)는 토크센서(4)로부터 검출되는 신호로부터 스티어링 휠(2)의 회전방향과 조향각을 판단하여(S103) 우측 방향으로의 회전인지를 판단한다(S104).At this time, the ECU 14 determines the rotation direction and the steering angle of the steering wheel 2 from the signal detected from the torque sensor 4 (S103) to determine whether the rotation to the right direction (S104).

상기 S104의 판단에서 우측 방향으로의 회전으로 판단되면 ECU(14)는 현재의 차속 조건을 감안하여 스티어링 컬럼(6)을 우측 방향으로 구동시키기 위한 전류량을 산출한 후 모터(20)측에 공급하여 모터(20)의 구동으로 스티어링 휠(2)의 조향 력을 보조한다(S105)(S106).If it is determined in the determination of S104 that the rotation in the right direction is determined, the ECU 14 calculates an amount of current for driving the steering column 6 in the right direction in consideration of the current vehicle speed condition, and supplies it to the motor 20 side. The driving force of the motor 20 assists the steering force of the steering wheel 2 (S105) (S106).

그러나, 상기 S104의 판단에서 좌측 방향으로의 회전으로 판단되면 ECU(14)는 현재의 차속 조건을 감안하여 스티어링 컬럼(6)을 좌측 방향으로 구동시키기 위한 전류량을 산출한 후 모터(20)측에 공급하여 모터(20)의 구동으로 스티어링 휠(2)의 조향력을 보조한다(S106)(S107).However, when it is determined in the determination of S104 that the rotation is to the left direction, the ECU 14 calculates the amount of current for driving the steering column 6 to the left direction in consideration of the current vehicle speed condition, and then returns to the motor 20 side. It supplies and assists the steering force of the steering wheel 2 by the drive of the motor 20 (S106) (S107).

또한, 상기 ECU(14)는 차속의 조건에 따라 스티어링 컬럼(6)을 구속하여, 고속 주행의 조건에서 스티어링 휠(2)의 조작력을 무겁게 유지하고 저속 주행 조건에서 스티어링 휠(2)의 조작력을 가볍게 유지하여 주는 제어를 포함한다.In addition, the ECU 14 restrains the steering column 6 in accordance with the condition of the vehicle speed, thereby keeping the operating force of the steering wheel 2 heavy under the high speed driving condition and maintaining the operating force of the steering wheel 2 under the low speed driving condition. Includes controls that keep light.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 스티어링 컬럼에 모터를 배치하여 스티어링 휠의 조작력을 보조하도록 함으로써, 전자제어 파워 스티어링 시스템의 구현에 있어 레이 아웃이 간편하게 이루어지며, 별도의 감속기를 구비하지 않아 시스템의 구성이 간략화되는 효과가 있다.As described above, in the present invention, by arranging a motor in the steering column to assist the operating force of the steering wheel, the layout is easily realized in the implementation of the electronically controlled power steering system, and the system is not provided with a separate reducer. This has the effect of being simplified.

또한, 스티어링 휠의 반전시 인위적인 관성감이 발생되지 않아 조향감이 향상되는 효과가 있다. In addition, the artificial inertial feeling does not occur when the steering wheel is inverted, so that the steering feeling is improved.

Claims (5)

스티어링 휠과;A steering wheel; 스티어링 휠의 조작력을 조향축에 전달하는 스티어링 컬럼과;A steering column for transmitting an operating force of the steering wheel to the steering shaft; 스티어링 컬럼의 종단부에 구성되는 피니언 기어와;A pinion gear configured at an end of the steering column; 상기 피니언 기어와 치결합되어 스티어링 휠의 회전 운동을 직선운동으로 전환시켜 조향축을 이동시키는 랙 기어를 포함하며, It is coupled to the pinion gear includes a rack gear for moving the steering shaft by converting the rotational movement of the steering wheel to linear movement, 상기 스티어링 휠의 일측에 배치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 토크를 검출하는 토크센서와;A torque sensor disposed at one side of the steering wheel and detecting torque according to rotation of the steering wheel; 상기 스티어링 컬럼의 소정 위치에 장착되어 스티어링 휠의 조작력을 보조하는 모터 및;A motor mounted at a predetermined position of the steering column to assist an operation force of the steering wheel; 상기 토크센서의 신호에 따라 스티어링 휠의 조작 방향과 조향각을 판단하여 상기 모터 제어를 위한 전류량을 산출하며, 산출된 전류량으로 모터를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템.And an ECU configured to determine an operation direction and a steering angle of the steering wheel according to the signal of the torque sensor to calculate an amount of current for controlling the motor, and to control the motor with the calculated amount of current. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 모터는 스티어링 컬럼을 회전축으로 코어가 배치되고, 상기 코어에 코일이 권선되어 회전자의 역할이 수행되도록 하며, 외측에 고정자의 역할을 하는 자석이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템.The motor has a core arranged on the axis of rotation of the steering column, the coil is wound around the core to perform the role of the rotor, an electronically controlled power steering system, characterized in that the magnet is disposed on the outside to serve as a stator . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모터는 감속기를 배치하지 않는 상태에서 스티어링 컬럼을 직접 구동시키는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템.And the motor drives the steering column directly without the reduction gear. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 모터에 구비되는 자석은 초전도 자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템.The magnet provided in the motor is an electronically controlled power steering system, characterized in that consisting of a superconducting magnet. 스티어링 휠의 조작에 대한 토크를 검출하는 과정과;Detecting torque for manipulation of the steering wheel; 스티어링 휠의 조작 토크로부터 조향 방향 및 각도를 추출하는 과정과;Extracting a steering direction and an angle from the operating torque of the steering wheel; 추출된 조향 방향과 각도 및 현재의 차속에 따라 모터 제어를 위한 전류량을 산출하여 모터의 구동 제어로 조향력을 보조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템의 제어방법. And calculating a current amount for controlling the motor according to the extracted steering direction, the angle, and the current vehicle speed, and assisting the steering force with the driving control of the motor.
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