KR20080015317A - 전동식 조향 장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법 및시스템 - Google Patents

전동식 조향 장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향 장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전동식 조향장치에 있어서, 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 전송하는 조향각 센서; 조향을 원할하게 하는 보조 동력을 생성하며 회전에 따른 전류 및 전압을 전송하는 모터; 및 모터로부터 상기 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지하고, 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하도록 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 모터에 위치 센서가 구비되어 있지 않더라도 모터로부터 전류 및 전압을 수신하여 모터의 회전방향을 감지할 수 있으므로, 조향각 센서의 페일을 감지하는데 있어서 비용 절감의 효과가 있다.
전동식 조향장치, 페일, 감지, 모터 회전 방향, 조향휠의 회전 방향

Description

전동식 조향 장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법 및 시스템{Method and System for Detecting Fail of Steering Angle Sensor for use in Electric Power Steering Apparatus}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일 감지 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 조향각 센서 120: 토크 센서
130: 모터 132: 위치 센서
140: ECU 142: 페일-세이프 로직
본 발명은 전동식 조향 장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 모터로부터 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향(정방향/역방향)을 감지한 후 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠 의 제 1 회전 방향을 감지하고, 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향과 일치하지 않는 경우 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전동 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.
기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전기식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 전자제어식 브레이크 시스템은 차량의 슬립현상을 효율적으로 방지하여 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 것으로서, 제동시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS: Anti-Lock Brake System)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동륜의 슬립을 방지하는 브레이크 트랙션 제어 시스템(BTCS: Brake Traction Control System)과, 안티록브레이크 시스템과 트랙션 제어를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행상태를 안정적으로 유지시키는 차량 거동 안전 제어 장치(ESP: Electronic Stability Program, 이하 ESP라 칭함) 등 이 존재한다.
종래의 ESP는 위험한 운전상황에서 자동차 스스로 브레이크를 밟거나 엔진토크를 제어해서 위험으로부터 벗어나게 하는 장치로서, ABS가 브레이크를 직접 밟아야 효과를 발휘하고 또 제동하는 과정에서만 효과를 발휘하는 장치라면, ESP는 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 스스로 최적의 차량 운전을 찾아주는 장치이다.
한편 일반적인 ESP의 동작 방법은 조향각 센서, 차량의 종방향 가속도를 검출하기 위한 G 센서 및 차량의 선회 주행시 발생하는 안쪽으로의 기울어짐을 검출하기 위한 Yaw 센서 등에 의해 휠의 회전속도, 요잉 모멘트(Yawing Moment), 스티어링 휠의 각도, 가속페달의 답력 등을 감지한 후 ECU에서 이를 분석하고, 그 분석된 결과에 따라서 각 바퀴에 걸리는 제동력 및 구동력이 최적으로 제어되도록 함으로써, 차량의 주행 안정성이 확보되도록 동작한다.
종래의 조향각 센서는 차량의 거동을 감지하는 ESP에 주로 이용되었으나, 최근 들어 EPS와 같은 조향 시스템에 이용되고 있다. EPS에 이용되는 조향각 센서는 운전자의 조작에 의해 회전하는 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 ECU로 전송하는 기능을 수행한다.
일반적으로 조향각 센서를 구비한 EPS 시스템은 조향각 센서로부터 수신한 조향각 신호에 페일이 있는지의 여부를 확인하여, 조향각 신호에 페일이 있는 경우 페일-세이프 로직을 동작하는 방법을 이용하였다. 하지만, 종래의 이러한 방법만으로는 조향각 신호에 페일이 있는지의 여부를 정확하게 판단하지 못한다는 단점이 있었다. 따라서, 조향각 센서를 구비한 EPS 시스템에서 모터의 회전 방향을 이용하 여 조향각 센서의 오장착 또는 조향각 신호의 페일을 감지하는 방법이 필요하나 이러한 방법은 아직까지 제공되지 않고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 모터로부터 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향(정방향/역방향)을 감지한 후 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지하고, 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향과 일치하지 않는 경우 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하는 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전동식 조향장치에 있어서, 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 전송하는 조향각 센서; 조향을 원할하게 하는 보조 동력을 생성하며 회전에 따른 전류 및 전압을 전송하는 모터; 및 모터로부터 상기 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지하고, 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하도록 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 전동식 조향장치에 있어서, 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 전송하는 조향각 센서; 회전에 따른 모 터 위치 신호를 전송하는 위치 센서를 구비하며, 조향을 원할하게 하는 보조 동력을 생성하는 모터; 및 위치 센서로부터 모터 위치 신호를 수신하여 모터 회전 방향을 감지하고, 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하도록 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 전동식 조향장치의 ECU가 모터와 연동하여 조향각 센서의 페일(Fail)을 감지하는 방법에 있어서, (a) 모터로부터 모터 회전에 따른 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지하는 단계; (b) 조향각 센서로부터 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인하는 단계; 및 (c) 단계 (b)의 확인 결과, 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우, 조향각 센서가 오장착되었거나 조향각 신호에 페일이 발생한 것으로 판단하여 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 동작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도 록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일 감지 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 모터 회전 방향을 이용한 조향각 센서의 페일 감지 시스템은 조향각 센서(110), 토크 센서(120), 모터(130) 및 ECU(140)를 포함한다.
조향각 센서(110)는 운전자의 조작에 의해 회전하는 조향휠의 회전각도를 측정한 신호를 생성하여 ECU로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 조향각 센서(110)에서 조향휠의 회전각도를 측정한 신호를 조향각 신호로 가정하여 설명하도록 하겠다. 여기서, 조향각 신호는 조향휠의 제 1 회전 방향을 포함한다.
토크 센서(Torque Sensor)(120)는 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지한 전기적인 신호를 생성한 후 ECU(140)로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 토크 센서(120)에서 생성한 전기적인 신호를 토크 신호로 가정하여 설명하도록 하겠다. 여기서, 토크 신호는 조향휠의 제 2 회전 방향을 포함한다.
모터(130)는 ECU(140)로부터 전달된 제어 전류에 따라 조향을 원활하게 하기 위한 보조 동력을 생성하여 전달하는 기능을 수행하며, 모터(130)의 회전에 따른 전류 및 전압을 ECU(140)로 전송하는 기능을 수행한다. 또한, 모터(130)가 위치 센서(132)를 구비한 경우, 위치 센서(132)는 모터의 회전 방향에 부합하는 고정 부호를 포함한 모터 위치 신호를 출력하는 기능을 수행한다.
ECU(140)(Electronic Control Unit)는 조향각 센서(110) 및 토크 센서(120)로부터 조향각 신호 및 토크 신호를 수신하여 페일(Fail)이 발생하였는지의 여부를 점검하고, 점검 결과 페일이 발생한 경우 페일-세이프 로직(142)에 따라 모터(130)의 구동을 정지하는 제어 전류를 모터(130)로 전송하는 기능을 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ECU(140)는 모터(130)로부터 모터 회전에 따른 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향(정방향/역방향)을 감지한다. 한편, 모터(130)가 위치 센서(132)를 포함한 경우, ECU(140)는 위치 센서(132)로부터 모터의 회전 방향에 부합되는 고정 부호를 포함하는 모터 위치 신호를 수신하여 모터 회전 방향을 감지할 수도 있다.
ECU(140)는 조향각 센서(110)로부터 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 모터 회전 방향과 비교하여 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향이 일치하지 않는 경우, ECU(140)는 조향각 센서(110)가 오장착되었거나 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 토크 센서(120)로부터 토크 신호를 수신하여 토크 신호의 출력으로부터 조향휠의 제 2 회전 방향을 감지한다. ECU(140)는 모터 회전 방향과 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인하고, 확인 결과 모터 회전 방향과 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하지 않는 경우 조향각 센서(110)가 오장착되었거나 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직(142)을 동작한다. 또한, ECU(140)는 조향각 센서(110)의 페일을 ESP(Electronic Stability Program) 및 현가 제어 장치 중 하나 이상의 장치와 공유한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
ECU(140)는 모터(130)로부터 모터 회전에 따른 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향(정방향/역방향)을 감지한다(S210). 여기서, 모터(130)가 위치 센서(132)를 구비한 경우, 위치 센서(132)는 모터의 회전 방향에 부합되는 고정 부호를 포함하는 모터 위치 신호를 ECU(140)로 전송하고, ECU(140)는 모터 위치 신호를 이용하여 모터 회전 방향을 감지할 수도 있다.
ECU(140)는 조향각 센서(110)로부터 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한다(S220). ECU(140)는 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인한다(S230).
단계 S230의 확인 결과, 조향휠의 제 1 회전 방향과 모터 회전 방향이 일치하지 않는 경우, ECU(140)는 조향각 센서(110)가 오장착되었거나 조향각 센서(110)에 페일이 있다고 판단하고, ECU(140)는 토크 센서(120)로부터 토크 신호를 수신한 후 토크 신호의 출력으로부터 조향휠의 제 2 회전 방향을 감지한다(S240).
ECU(140)는 모터 회전 방향과 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인한다(S250).
단계 S250의 확인 결과 모터 회전 방향과 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하지 않는 경우, ECU(140)는 조향각 센서(110)가 오장착되었거나 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직(142)을 동작하여 모터(140)로 구동을 정지하는 제어 전류를 전송한다(S260).
ECU(140)는 조향각 센서(110)가 오장착되었거나 조향각 신호에 페일이 있다고 판단한 경우 ESP 및 현가 제어 장치 중 하나 이상의 장치와 조향각 신호의 페일을 공유한다(S270).
한편, 단계 S230의 확인 결과, 조향각 신호로부터 감지한 조향휠의 제 1 회전 방향 및 모터 위치 신호(또는 전류/전압)로부터 감지한 모터 회전 방향이 일치하는 경우, ECU(140)는 정상 모드 동작하는 제어 전류를 모터(130)로 전송한다(S280).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터로부터 전류/전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지한 후, 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지하고, 모터 회전 방향과 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인함으로써 조향각 센서의 페일을 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터에 위치 센서가 구비되어 있지 않더라도 모터로부터 전류 및 전압을 수신하여 모터의 회전방향을 감지할 수 있으므로, 조향각 센서의 페일을 감지하는데 있어서 비용 절감의 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 전동식 조향장치에 있어서,
    조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 전송하는 조향각 센서;
    조향을 원할하게 하는 보조 동력을 생성하며 회전에 따른 전류 및 전압을 전송하는 모터; 및
    상기 모터로부터 상기 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지하고, 상기 조향각 센서로부터 상기 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우 상기 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하도록 제어하는 ECU
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동식 조향장치는,
    상기 조향휠의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지한 토크 신호를 생성하는 전송하는 토크 센서
    를 추가로 포함하는 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 ECU는 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우, 상기 토크 센서로부터 상기 토크 신호를 수신하여 조향휠의 제 2 회전 방향을 감지하고, 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하지 않는 경우, 상기 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 상기 페일-세이프 로직을 동작하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 ECU는 상기 조향각 신호에 페일을 ESP(Electronic Stability Program) 및 현가 제어 장치 중 하나 이상의 장치와 공유하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치.
  5. 전동식 조향장치에 있어서,
    조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 전송하는 조향각 센서;
    회전에 따른 모터 위치 신호를 전송하는 위치 센서를 구비하며, 조향을 원할하게 하는 보조 동력을 생성하는 모터; 및
    상기 위치 센서로부터 상기 모터 위치 신호를 수신하여 모터 회전 방향을 감지하고, 상기 조향각 센서로부터 상기 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우 상기 조향각 신호에 페일이 있다고 판단하여 페일-세이프 로직을 동작하도록 제어하는 ECU
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 전동식 조향장치.
  6. 전동식 조향장치의 ECU가 모터와 연동하여 조향각 센서의 페일(Fail)을 감지하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 모터로부터 모터 회전에 따른 전류 및 전압을 수신하여 모터 회전 방향을 감지하는 단계;
    (b) 조향각 센서로부터 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 수신하여 조향휠의 제 1 회전 방향을 감지한 후 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인하는 단계; 및
    (c) 상기 단계 (b)의 확인 결과, 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 1 회전 방향이 일치하지 않는 경우, 상기 조향각 센서가 오장착되었거나 상기 조향각 신호에 페일이 발생한 것으로 판단하여 페일-세이프 로직(Fail-Safe Logic)을 동작하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후에,
    (d) 토크 센서로부터 토크 신호를 수신한 후 상기 토크 신호의 출력으로부터 조향휠의 제 2 회전 방향을 감지하는 단계;
    (e) 상기 모터 회전 방향과 상기 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하는지의 여부를 확인하는 단계; 및
    (f) 상기 단계 (e)의 확인 결과, 상기 모터 회전 방향과 조향휠의 제 2 회전 방향이 일치하지 않는 경우, 상기 페일-세이프 로직을 동작하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치에서 조향각 센서의 페일을 감지하는 방법.
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