KR20090040170A - 조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법 - Google Patents

조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법 Download PDF

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KR20090040170A
KR20090040170A KR1020070105817A KR20070105817A KR20090040170A KR 20090040170 A KR20090040170 A KR 20090040170A KR 1020070105817 A KR1020070105817 A KR 1020070105817A KR 20070105817 A KR20070105817 A KR 20070105817A KR 20090040170 A KR20090040170 A KR 20090040170A
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    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/307—Torque sensors

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에서 조향휠 회전에 따른 조향각 센서의 고장을 진단하고 조치하는 조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법에 관한 것으로서, 조향각 센서를 이용하여 조향각을 측정하고 토크 센서를 이용하여 토크를 계산하여 모터에 인가하고, 토크가 인가된 모터의 회전에 의한 모터의 회전각을 계산하며, 모터의 회전각을 이용하여 모터의 회전각에 따른 조향각을 계산하며, 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단한 후, 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 설정 범위 이외이면 조향각 센서를 고장으로 판단하고, 이러한 조향각 센서의 고장을 조치하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 조향각 센서에 의해 측정된 조향각을 측정하고, 모터의 회전각과 조향휠 사이의 기어비에 따른 조향각을 계산하여 이들 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인지에 따라 조향각 센서의 고장을 진단할 수 있다.
EPS(Electronis power steering), 토크 센서, 토션 맵,

Description

조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법{Fault diagnosis and management method of steering angle sensor}
본 발명은 자동차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 파워 스티어링 장치에서 조향휠 회전에 따른 조향각 센서의 고장을 진단하고 조치하는 조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 조향 상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 (Power Steering) 장치가 적용되는바, 파워 스티어링 장치는 기존에 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(Hydraulic Power Steering;HPS)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 도와주는 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(Motor Driven Power Steering;MDPS)의 설치가 증가되는 추세이다.
이러한 전동식 파워 스티어링 장치는 차속센서 및 토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어유닛(Electronic Control Unit;ECU)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에 는 무겁고 안전한 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하도록 하고 있다.
도 1 은 종래의 전동 조향 장치의 블럭 구성도로서, 종래의 전동 조향 장치는 조향휠(미도시)에 설치된 토션 바(미도시)의 회전에 따른 토크 및 조향각을 감지하는 토크 센서(20)와 조향각 센서(10), 이 토크 센서(20)와 조향각 센서(10)에 의해 감지된 감지신호에 따라 모터(40)의 구동 보조력을 산출하는 ECU(30)를 구비한다. 이에 따라, 모터(40)는
아울러, 모터(40)는 영구 자석형 3상 모터로서, 로터의 절대각을 감지하는 3개의 홀 센서와 증분각을 감지하는 엔코더를 구비한다.
특히, 조향각 센서(10)에 의해 측정되는 조향각은 자동차 중속에서 자동차의 복원 제어에 사용되어지는 것으로서, 이 각도에 오류가 발생하는 경우에는 고속에서 자동차의 쏠림 및 미복원 형상이 발생하게 되므로 조향각을 측정하는 토크 센서의 고장 유무를 판별하는 방법은 매우 중요하다할 것이다.
하지만, 종래의 전동 조향 장치는 조향각을 감지하는 조향각 센서의 고장을 판단하는 경우 단순히 하드웨어적인 고장, 즉 감지 신호의 입력 여부에 따른 와이어의 단선 및 단락에 국한되어져 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 조향각 센서에 의해 측정된 조향각을 측정하고, 모터의 회전각과 조향휠 사이의 기어비에 따른 조향각을 계산하여 이들 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인지에 따라 조향각 센서에 의해 측정된 조향각 센서의 고장을 진단 및 조치 조향각 센서 고장 진단 및 조치 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 조향각 센서에 의한 고장 유무를 판별하고, 고장의 경우 그 정밀도를 판별할 수 있도록 하는 데 있다. 또한, 경미한 고장의 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 하며, 조향각 센서의 치명적 고장인 경우에도 토션 맵을 이용하여 짧은 시간동안 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 함으로써, 자동차 안정운전에도 도움을 줄 수 있도록 하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명의 전동식 파워 스티어링 장치의 조향각 센서 고장 진단 방법은 조향각 센서와 토크 센서로부터 입력되는 조향각과 토크를 이용하여 모터에 입력되는 구동 보조력을 계산하고 상기 구동 보조력에 따라 상기 모터를 구동시키는 전동식 파워 스티어링 장치의 조향각 센서 고장 진단 방법에 있어서, 조향각 센서를 이용하여 조향각을 측정하고 토크 센서를 이용하여 토크를 계산하여 모터에 인가하는 단계, 상기 토크가 인가된 모터의 회전에 의한 모터의 회전각을 계산하는 단계, 상기 모터의 회전각을 이용하여 모터의 회전각에 따른 조향각을 계산하는 단계, 상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단하는 단계 및 상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 상기 설정 범위 이외이면 상기 조향각 센서를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은 조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비인 것을 특징으로 한다.
상기 조향각 센서에 의해 측정되는 조향각이 입력되는 지에 따라 상기 조향각 센서의 단락 또는 단선을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조향각 센서 고장 조치 방법은 조향각 센서와 토크 센서로부터 입력되는 조향각과 토크를 이용하여 모터에 입력되는 구동 보조력을 계산하고 상기 구동 보조력에 따라 상기 모터를 구동시키는 전동식 파워 스티어링 장치의 조향각 센서 고장 조치 방법에 있어서, 조향각 센서를 이용하여 조향각을 측정하고 토크 센서를 이용하여 토크를 계산하여 모터에 인가하는 단계, 상기 토크가 인가된 모터의 회전에 의한 모터의 회전각을 계산하는 단계, 상기 모터의 회전각을 이용하여 모터의 회전각에 따른 조향각을 계산하는 단계, 상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단하는 단계, 상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 상기 설정 범위 이외이면 상기 조향각 센서를 고장으로 판단하는 단계 및 상기 조향각 센서가 고장으로 판단되면 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 조향각을 계산하여 상기 구동 보조력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은 조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비인 것을 특징으로 한다.
상기 조향각 센서에 의해 측정되는 조향각이 입력되는 지에 따라 상기 조향각 센서의 단락 또는 단선을 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은 조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비인 것을 특징으로 한다.
상기 조향각 센서가 단락 또는 단선된 것으로 판단되면, 상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각을 적용하여 보조 구동력을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은 조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 조향각 센서에 의해 측정된 조향각을 측정하고, 모터의 회전각과 조향휠 사이의 기어비에 따른 조향각을 계산하여 이들 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인지에 따라 조향각 센서의 고장을 진단할 수 있다.
본 발명의 다른 효과는 조향각 센서 고장시 그 정밀도를 판별할 수 있고, 경미한 고장의 경우 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 하며, 조향각 센서의 치명적 고장인 경우에도 토션 맵을 이용하여 짧은 시간동안 정상적인 동작을 수행할 수 있다. 이를 통해, 자동차 안정운전에도 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각 고장 진단 및 조치 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 고장 진단 및 조치 장치의 블럭 구성도이고, 도 3 은 일반적인 토션 맵 그래프를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각 고장 진단 및 조치 장치는 도 2 에 도시된 바와 같이, 조향각 센서(110), 모터(120), ECU(130), 메모리부(140) 및 토크 센서(150)를 구비한다.
조향각 센서(110)는 조향휠(미도시)에 설치된 토션 바(미도시)의 회전에 따른 조향각을 측정하여 ECU(130)로 출력한다.
토크 센서(120)는 조향휠에 설치된 토션 바의 회전에 따른 토크를 계산하여 ECU(130)로 출력한다.
모터(120)는 영구 자석형 3상 모터로서, 로터의 절대각을 감지하는 3개의 홀 센서와 증분각을 감지하는 엔코더를 구비하는데, 특히 홀 센서를 모터(120)의 회전각을 계산한다.
메모리부(140)는 토션 맵을 저장하는 데, 이 토션 맵은 모터(120)의 홀 센서와 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각 사이의 관계를 이용한 것으로서, 이러한 조향각은
조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
의 관계에 있는 것으로서, 상기한 바와 같이, 모터(120)의 홀 센서로부터 감지된 모터(120)의 회전각은 모터(120)와 조향휠 사이의 기어비 만큼의 관계식이 있다.
그러나, 조향휠과 모터(120) 사이에는 강성체만 존재하는 것이 아니기 때문에 모터(120)에 토크가 인가되어 조향휠의 각도가 변하더라도 모터(120)의 회전각과 비례하지는 않는다.
토션 맵은 이러한 비선형적인 관계식을 실험적으로 테이블화한 것으로서, 메모리부(140)에 저장된다.
도 3 은 토션 맵의 일반적인 그래프를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 모터(120)에 인가되는 토크가 증감하더라도 모터(120)의 회전각이 선형적으로 증감하지 않음을 알 수 있다.
마지막으로, ECU(130)는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 진단 및 조치 장치를 전반적으로 제어하는 것으로서, 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 인가된 토크에 의해 회전하는 모터(120)의 회전각을 통해 조향각을 계산하여 이들 조향각의 차가 설정 범위 이내인 지에 따라 조향각 센서(110)에 고장이 발생하였는 지를 진단하고, 그 판단 결과에 따라 전동 조향 장치가 정상적으로 동작할 수 있도록 조치하도록 제어한다.
이하, 상기 ECU(130)의 동작 과정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 조향각 에러 진단 및 조치 방법을 상세하게 설명한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 진단 방법의 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 진단 방법은 도시된 바와 같이, 조향각 센서(110)와 토크 센서(150)가 조향휠에 설치된 토션 바의 회전을 감지하여 조향각과 토크를 측정(S10)한다.
조향각이 측정되면, 토크 센서(150)에 의해 계산된 토크를 모터(120)에 인가하여 모터(120)를 구동시키고, 이 때 모터(120)에 구비된 홀 센서를 통해 회전각을 계산(S20)한다.
모터(120)의 회전각이 계산되면, 이 모터(120)의 회전각을 이용하여 조향각을 산출(S30)한다.
조향각을 계산하는 계산식은
조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
와 같다.
이와 같이, 모터(120)의 회전각을 이용하여 조향각이 산출되면, 조향각 센서(110)가 단선 또는 단락되었는 지를 판단(S40)하는 데, 조향각 센서(110)로부터 측정된 조향각이 입력되었는 지를 판단하여 조향각이 입력되었으면, 조향각 센서(110)가 현재 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판단하고, 조향각 센서가 입력되지 않았으면, 조향각 센서(110)가 단락 또는 단선된 것으로 판단한다.
조향각 센서(110)가 단선 또는 단락된 것으로 판단되면, 전동 조향 장치의 동작을 정지(S60)시킨다.
한편, 조향각 센서(110)가 단락 또는 단선되지 않은 것으로 판단되면, 상기한 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단(S50)한다.
판단 결과, 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 설정 범위 이내이면, 상기한 과정을 반복하고, 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 설정 범위를 이외이면, 전동 조향 장치의 동작을 정지(S60)시킨다.
이와 같이, 조향각 센서 고장 진단 방법에 의해 조향각 센서(110)가 고장으로 판단되면, 다음과 같은 조향각 센서 고장 조치 방법에 따라 전동 조향 장치를 정상적으로 동작시킬 수 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 조치 방법의 순서도이다.
다음은, 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 조치 방법은 도 5 에 도 시된 바와 같이, 조향각 센서(110)와 토크 센서(150)가 조향휠에 설치된 토션 바의 회전을 감지하여 조향각과 토크를 측정(S110)한다.
조향각이 측정되면, 토크 센서(150)에 의해 계산된 토크를 모터(120)에 인가하여 모터(120)를 구동시키고, 이 때 모터(120)에 구비된 홀 센서를 통해 회전각을 계산(S120)한다.
모터(120)의 회전각이 계산되면, 이 모터(120)의 회전각을 이용하여 조향각을 산출(S130)한다.
조향각을 계산하는 계산식은
조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
와 같다.
이와 같이, 모터(120)의 회전각을 이용하여 조향각이 산출되면, 조향각 센서(110)가 단선 또는 단락되었는 지를 판단(S140)하는 데, 조향각 센서(110)로부터 측정된 조향각이 입력되었는 지를 판단하여 조향각이 입력되었으면, 조향각 센서(110)가 현재 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판단하고, 조향각이 입력되지 않았으면, 조향각 센서(110)가 단락 또는 단선된 것으로 판단한다.
한편, 조향각 센서(110)가 단락 또는 단선되지 않은 것으로 판단되면, 상기한 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단(S150)한다.
판단 결과, 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 설정 범위 이내이면, 상기한 과정을 반복하고, 조향각 센서(110)에 의해 측정된 조향각과 모터(120)의 회전각에 의해 계산된 조향각의 차가 설정 범위 이외이면, 조향각 센서(110)를 고장으로 판단한다.
조향각 센서(110)를 고장으로 판단하면, 토션 맵에 설정된 모터(120)의 회전각에 따라 조향각을 계산하고, 토션 맵에 설정된 모터(120)의 회전각에 따라 계산된 조향각을 적용하여 보조 구동력을 계산한다.
여기서, 토션 맵에 설정된 모터(120)의 회전각에 따라 조향각을 계산하는 방법은 상기한 바와 같이,
조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
와 같다.
여기서, 모터의 회전각은 토션 맵에 설정된 모터의 회전각이다.
이와 같이 계산된 모터(140)의 보조 구동력에 따라 모터(140)을 구동시킴으로써, 진동 조향 장치를 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 한다(S160). 따라서, 조향각 센서(110) 고장시에도 정상적으로 전동 조향 장치를 동작시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 1 은 종래의 전동 조향 장치의 블럭 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 및 조치 진단 장치의 블럭 구성도.
도 3 은 일반적인 토션 맵 그래프를 도시한 도면.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 센서 고장 진단 방법의 순서도.
도 5 는 본 발명의 실시예에 다른 조향각 센서 고장 조치 방법의 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 조향각 센서 120: 모터
130: ECU 140: 메모리부
150: 토크 센서

Claims (9)

  1. 조향각 센서와 토크 센서로부터 입력되는 조향각과 토크를 이용하여 모터에 입력되는 구동 보조력을 계산하고 상기 구동 보조력에 따라 상기 모터를 구동시키는 전동식 파워 스티어링 장치의 조향각 센서 고장 진단 방법에 있어서,
    조향각 센서를 이용하여 조향각을 측정하고 토크 센서를 이용하여 토크를 계산하여 모터에 인가하는 단계;
    상기 토크가 인가된 모터의 회전에 의한 모터의 회전각을 계산하는 단계;
    상기 모터의 회전각을 이용하여 모터의 회전각에 따른 조향각을 계산하는 단계;
    상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단하는 단계; 및
    상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 상기 설정 범위 이외이면 상기 조향각 센서를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 조향각 센서 고장 진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은
    조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
    인 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 진단 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조향각 센서에 의해 측정되는 조향각이 입력되는 지에 따라 상기 조향각 센서의 단락 또는 단선을 판단하는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 진단 방법.
  4. 조향각 센서와 토크 센서로부터 입력되는 조향각과 토크를 이용하여 모터에 입력되는 구동 보조력을 계산하고 상기 구동 보조력에 따라 상기 모터를 구동시키는 전동식 파워 스티어링 장치의 조향각 센서 고장 조치 방법에 있어서,
    조향각 센서를 이용하여 조향각을 측정하고 토크 센서를 이용하여 토크를 계산하여 모터에 인가하는 단계;
    상기 토크가 인가된 모터의 회전에 의한 모터의 회전각을 계산하는 단계;
    상기 모터의 회전각을 이용하여 모터의 회전각에 따른 조향각을 계산하는 단계;
    상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 기 설정된 설정 범위 이내인 지를 판단하는 단계;
    상기 조향각 센서에 의해 측정된 조향각과 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 차가 상기 설정 범위 이외이면 상기 조향각 센서를 고장으로 판단하는 단계; 및
    상기 조향각 센서가 고장으로 판단되면 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 조향각을 계산하여 상기 구동 보조력을 계산하는 단계를 포함하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은
    조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
    인 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 조향각 센서에 의해 측정되는 조향각이 입력되는 지에 따라 상기 조향각 센서의 단락 또는 단선을 판단하는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은
    조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
    인 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 조향각 센서가 단락 또는 단선된 것으로 판단되면, 상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각을 적용하여 보조 구동력을 계산하는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 토션 맵에 설정된 상기 모터의 회전각에 따라 계산된 조향각의 계산식은
    조향각 = (모터의 회전각+토션)/기어 비
    인 것을 특징으로 하는 조향각 센서 고장 조치 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160036756A (ko) * 2014-09-25 2016-04-05 현대모비스 주식회사 전동식 동력 조향장치의 고장 진단장치 및 그 제어방법

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