KR20100034519A - 조향각 센서의 불량검출방법 - Google Patents

조향각 센서의 불량검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향각 센서의 불량검출방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 차량의 주행거동을 이용하여 조향각센서의 불량여부를 판단함으로써 조향각의 중심이나 회전각도가 잘못 검출되거나, 향각센서의 불량을 효과적으로 검출할 수 있고, 조향각센서의 불량여부를 센서 자체의 펄스신호들 간의 특성을 이용하여 조향각센서의 불량여부를 판단함으로써 조향각센서로부터 출력되는 세 개의 펄스신호 중 어느 하나라도 불량이더라도 이를 효과적으로 검출할 수 있어 차량을 안정적으로 주행시킬 수 있다.

Description

조향각 센서의 불량검출방법{Failure detecting method for steering angle sensor}
본 발명은 조향각 센서의 불량검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 등에 마련된 핸들의 회전각도, 회전방향, 그리고 중심위치를 검출하는 조향각센서의 불량검출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 핸들의 회전각도와 회전방향을 검출할 수 있도록 핸들의 조작과 연동하여 회전하는 회전원판에 등각도 간격으로 여러 개의 슬릿이 마련된다. 조향각센서는 이 슬릿의 통과 위치에 인접 배치되어 핸들 조작시에 동일 파형으로 위상이 서로 다른 펄스신호를 출력하는 2개의 포토 커플러를 이용하여 빛이 슬릿에 통과하는지 여부와 그 횟수를 카운트하여 핸들의 회전각도와 회전방향을 검출한다.
또한, 핸들은 좌우로 2 내지 3회전하기 때문에 핸들의 중심위치를 검출하기 위해서 회전원판에는 중심 위치검출용 슬릿이 마련된다. 조향각센서는 이 슬릿의 통과위치에 인접 배치되어 핸들 조작시에 펄스신호를 출력하는 제3의 포토커플러를 이용하여 빛이 슬릿에 통과하는지 여부를 검출하여 핸들의 중심위치를 검출한다.
하지만, 조향각센서에서 출력되는 3개의 펄스신호 중 어느 하나라도 고장이 나서 펄스가 발생하지 않으면 잘못된 조향각 정보로 인해 결국 차량이 안정적으로 주행되지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 차량의 주행거동을 이용하여 조향각센서의 불량여부를 효과적으로 검출할 수 있는 조향각센서의 불량검출방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조향각센서의 불량여부를 센서 자체의 펄스신호들 간의 특성을 이용하여 효과적으로 검출할 수 있는 조향각센서의 불량검출방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조향각센서의 불량검출방법은 차량용 핸들에 연동하여 회전하는 회전원판과, 상기 회전원판의 외주부에 그 회전중심과 동심상에 배열되도록 형성된 복수 개의 슬릿, 상기 회전원판에 상기 복수 개의 슬릿과 별도로 형성된 중심검출용 슬릿과, 상기 복수 개의 슬릿 중 두 개의 슬릿에 마련된 제1센서부와 제2센서부와, 상기 중심검출용 슬릿에 마련된 제3센서부를 구비하고, 상기 제1센서부, 제2센서부 및 제3센서부로부터 출력된 제1펄스신호, 제2펄스신호, 제3펄스신호를 근거로 조향각센서의 불량을 검출하는 조향각센서의 불량검출방법에 있어서, 차량의 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도를 검출하는 단계와, 상기 검출된 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도에 기초하여 차량이 회전중인지를 판단하는 단계와, 상기 차량이 회전 중이면 상기 차량이 회전하는 동안 상기 제3펄스신 호가 상 변화하는지를 판단하는 단계와, 상기 제3펄스신호가 상 변화하지 않으면, 상기 제3센서부의 불량으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제3펄스신호가 상변화하는 구간에서 상기 제1펄스신호는 상변화하고 상기 제2펄스신호는 상변화하지 않으면 상기 제2센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제3펄스신호가 상변화하는 구간에서 상기 제2펄스신호는 상변화하고 상기 제1펄스신호가 상변화하지 않으면, 상기 제1센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차량이 회전 중이면 상기 차량이 회전하는 동안 상기 제1펄스신호 및 제2펄스신호에 의해 정해지는 조향각이 미리 설정된 각도보다 적은지를 판단하는 단계와, 상기 조향각이 미리 설정된 각도보다 적으면 상기 제1센서부 및 제2센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량의 주행거동을 이용하여 조향각센서의 불량여부를 판단함으로써 조향각의 중심이나 회전각도가 잘못 검출되더라도 조향각센서의 불량을 효과적으로 검출할 수 있어 차량을 안정적으로 주행시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향각센서의 불량여부를 센서 자체의 펄스신호들 간의 특성을 이용하여 조향각센서의 불량여부를 판단함으로써 조향각센서로부터 출력되는 세 개의 펄스신호 중 어느 하나라도 불량이더라도 이를 효과적으로 검출할 수 있어 차량을 안정적으로 주행시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 조향각센서의 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조향각센서(10)는 핸들과 연결된 회전축에 회동가능하게 마련되는 회전원판(11), 이 회전원판(11)에 마련되어 핸들의 회전각도와 회전방향을 검출하는 제1센서부(12)와 제2센서부(13), 그리고 이 회전원판(11)에 마련되어 핸들의 중심위치를 검출하는 제3센서부(14)를 구비한다.
회전원판(11)에는 외주연과 인접되는 표면에 외주연을 따라 등간격으로 형성된 다수의 슬릿(11a)이 마련되고, 이 슬릿(11a)이 이루는 외주연 내측에는 핸들의 중심위치를 검출하기 위해 마련된 중심 위치검출용 슬릿(11b)이 마련된다. 이 슬릿(11a)은 둘레 방향의 폭이 각각 같은 사이즈에 형성되고, 등간격으로 일정한 피치각이 형성되어 있다. 한편, 슬릿(11b)는 슬릿(11a)보다 둘레방향의 폭이 더 넓게 형성되어 있다.
제1센서부(12)와 제2센서부(13)는 슬릿(11a)의 상부와 하부에 상호간에 서로 이격된 채로 설치되고, 제3센서부는 슬릿(11b)의 상부와 하부에 설치된다.
제1센서부(12)와 제2센서부(13)는 발광소자와 수광소자로 이루어지며, 발광소자와 수광소자사이의 공간에 회전원판의 슬릿(11a)이 위치되도록 각각 설치된다. 발광소자와 수광소자사이의 대향위치에 슬릿(11a)이 존재할 때에는 발광소자에서 방출된 빛이 슬릿(11a)을 투과하여 수광소자에 수광된다. 이러한 경우, 하이 레 벨(H) "1" 의 펄스신호를 출력한다. 반면에, 발광소자와 수광소자사이의 대향위치에 슬릿(11a)이 존재하지 않을 때에는 발광소자에서 방출된 빛은 수광소자에 수광되지 못한다. 이러한 경우, 로우 레벨(L) "0"의 펄스신호를 출력하도록 구성된다.
제3센서부(14)도 발광소자와 수광소자로 이루어지며, 발광소자와 수광소자사이의 공간에 회전원판의 슬릿(11b)이 위치되도록 각각 설치되며, 제1센서부(12)와 제2센서부(13)과는 반대로, 발광소자와 수광소자사이의 대향위치에 슬릿(11b)이 존재할 때에는 로우 레벨(L) "0"의 펄스신호를 출력하고, 슬릿(11b)이 존재하지 않을 때에는 하이 레벨(H) "1"의 펄스신호를 출력하도록 구성된다.
이러한 제1센서부(11), 제2센서부(12), 제3센서부(13)의 펄스신호들은 조향각센서와 전기적으로 연결된 제어부(1)로 전송되고, 제어부(1)는 이 펄스신호들에 기초하여 핸들의 회전각도와 회전방향, 그리고, 중심위치를 검출한다. 아울러, 제어부(1)는 이 펄스신호들에 기초하여 조향각센서의 불량여부를 판단한다.
핸들의 회전축이 회전되면, 회전원판(11)이 회전을 하게 되고, 제1센서부(12)와 제2센서부(13)의 발광소자와 수광소자 사이에 위치하는 슬릿(11a)이 검출되면서 핸들의 회전각도와 회전방향을 검출할 수 있게 된다.
즉, 회전원판(11)의 슬릿(11a)이 발광소자와 수광소자의 사이에 위치되면 발광소자에서 나오는 빛이 슬릿(11a)을 관통하여 수광소자로 들어가게 되고, 슬릿(11a)이 형성되지 않은 회전원판 면이 발광소자와 수광소자 사이에 위치되면 빛이 통과하지 못하게 된다. 따라서, 제1센서부(12)와 제2센서부(13)는 빛의 통과여부 및 그 횟수를 검출하여 회전각도와 회전방향을 검출할 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 제1센서부, 제2센서부, 제3센서부의 펄스신호에 대한 파형도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, ST1은 제1센서부(12)의 펄스신호이고, ST2는 제2센서부(13)의 펄스신호이고, STN은 제3센서부(14)의 펄스신호이다.
ST1, ST2, STN은 일반적인 조향각센서의 출력신호들이다.
STN이 상 변화하는 구간(서로 다른(H/L) 상황인 구간)에서는 ST1이 상변화를 하게 되면 그 동안 ST2의 상이 한번 이상 변화를 한다. 즉, 일반적으로 회전각도 계산시 에지(edge)를 카운트하므로 STN의 상이 서로 다른 상황에서 ST1이 하이인 동안 ST2의 카운트값이 0이라면 ST2에서는 하강에지(down edge) 또는 상승에지(rising edge)가 발생하지 않은 것이므로 ST2의 불량으로 판단할 수 있다.
마찬가지로, STN이 상 변화하는 구간에서는 ST2가 상변화를 하게 되면 그 동안 ST1이 한 번 이상 상변화를 한다. 즉, 일반적으로 회전각도 계산시 에지(edge)를 카운트하므로 STN의 상이 서로 다른 상황에서 ST2가 하이인 동안 ST1의 카운트값이 0이라면 ST1에서는 하강에지 또는 상승에지가 발생하지 않은 것이므로 ST1의 불량으로 판단할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(1)는 먼저, STN이 상 변화하는지를 판단한다(100). STN 상 변화하면, STN 상 변화하는 구간에서 ST1과 ST2가 상 변화하는지를 판단한다(101).
STN 상 변화하는 구간에서 ST1만이 상변화하고 ST2가 상 변화하지 않으면, ST2의 불량으로 판단한다(102). ST2의 불량으로 판단되면 제2센서부(13)가 불량이므로 제2센서부(13)가 불량임을 나타내는 고장코드를 저장하고 이를 사용자에게 경 고한다.
한편, STN 상 변화하는 구간에서 ST1 및 ST2가 모두 상 변화하면 ST1 및 ST2가 정상으로 판단한다(103).
한편, STN 상 변화하는 구간에서 ST2만이 상변화하고 ST1이 상 변화하지 않으면, ST1의 불량으로 판단한다(104). ST1의 불량으로 판단되면 제1센서부(12)가 불량이므로 제1센서부(12)가 불량임을 나타내는 고장코드를 저장하고 이를 사용자에게 경고한다.
상술한 실시예는 STN 이 정상적인 펄스신호인 경우에만 ST1과 ST2의 불량여부를 검출할 수 있다.
하지만, STN 이 비정상적인 펄스신호여서 제3센서부(14)가 불량인 경우에는 ST1과 ST2의 불량여부를 검출할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 후술하겠지만, 이러한 경우에 대비하여 본 발명의 실시예에서는 STN의 불량여부를 차량의 주행상태를 이용하여 판단한다.
일반적으로, 차량에 장착되는 전자 브레이크 장치 일예로, 차량 자세제어장치(Electronic Stability Program ; 이하 ESP 시스템이라 칭함)는 운전자의 운전 중 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 상황에서 적절한 바퀴를 제어함으로써 차량을 운전자가 원하는 방향으로 운동시키는 장치이다.
이러한 ESP 시스템에는 차량의 거동을 판단하기 위한 각종센서들이 접속되어 있다. 특히 상술한 구성을 갖는 조향각센서 외에도 각 바퀴의 휠 속도를 검출하는 휠 속도센서와, 차량의 요레이트(yaw rate)를 검출하는 요레이트센서와, 차량의 횡 가속도를 검출하는 횡가속도센서 등이 접속된다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각센서불량검출장치는 전반적인 제어를 수행하는 제어부(50)를 구비한다. 이 제어부(50)의 입력측에는 조향각센서(10) 외에도 각 바퀴의 휠 속도를 검출하는 휠 속도센서(20)와, 차량의 요레이트(yaw rate)를 검출하는 요레이트센서(30)와, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도센서(40) 등이 전기적으로 접속된다. 또한, 이 제어부(50)의 출력측에는 휠 실린더에 제공되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 제동력을 조절하는 제동력조절부(60)와, 엔진토크를 제어하여 차량의 구동력을 조절하는 구동력조절부(70) 등이 전기적으로 접속된다.
제어부(50)는 차량의 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도를 검출하여 차량이 회전중인지를 판단하고, 차량이 회전 중이면 차량이 회전하는 동안 STN이 상 변화하는지를 판단하여 상 변화하지 않으면, 제3센서부(14)의 불량으로 판단한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 먼저 휠 속도센서(20), 요레이트센서(30), 횡가속도센서(40)를 통해 각각 휠 속도, 요레이트, 횡가속도를 검출한다(200). 그리고, 검출된 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도를 이용하여 차량이 회전중인지를 판단한다(201). 차량 주행 중 요레이트와 횡가속도가 일정값 이상인 경우 차량이 회전 중이라고 판단할 수 있다.
차량이 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전중이면, 조향각센서(10)를 통해 조향각을 검출한다(202). 검출된 조향각에 대하여 조향각 중심이 검출되었는지를 판단한다(203). 조향각 중심이 검출되었으면, STN을 정상으로 판단하고(204), 조향각중심이 검출되지 않았으면, STN을 불량으로 판단한다(205). 이러한 경우, 제3센서 부(14)의 불량으로 판단하여 그에 따른 제어를 수행한다. 이는 차량의 주행상태가 좌/우 회전을 했음에도 조향각 중심이 검출되지 않았음을 의미하므로, STN 신호에 문제가 있다고 판단하여 고장을 검출한다.
또한, 제어부(50)는 STN 외에도 ST1과 ST2의 동시 불량을 판단할 수 있다. 즉, 제어부(50)는 차량이 회전 중이면 차량이 회전하는 동안 ST1 및 ST2에 의해 정해지는 조향각이 미리 설정된 각도보다 적은지를 판단하여 조향각이 미리 설정된 각도보다 적으면, 제1센서부(12) 및 제2센서부(13)의 불량으로 판단한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 먼저 휠 속도센서(20), 요레이트센서(30), 횡가속도센서(40)를 통해 각각 휠 속도, 요레이트, 횡가속도를 검출한다(300). 그리고, 검출된 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도를 이용하여 차량이 회전중인지를 판단한다(301). 차량 주행 중 요레이트와 횡가속도가 일정값 이상인 경우 차량이 회전 중이라고 판단할 수 있다.
차량이 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전중이면, 조향각센서(10)를 통해 조향각을 검출한다(302). 검출된 조향각에 대하여 조향각이 일정조향각 이하인지를 판단한다(303). 일정조향각 이하이면 ST1 및 ST2를 불량으로 판단한다(304). 이러한 경우, 제1센서부(12) 및 제2센서부(13)의 불량으로 판단하여 그에 따른 제어를 수행한다. 이는 차량의 주행상태가 좌/우 회전을 했음에도 일정 조향각 수준으로 유지하는 것이므로, ST1 및 ST2 신호에 문제가 있다고 판단하여 고장을 검출한다. 한편, 일정조향각 이상이면 ST1 및 ST2를 정상으로 판단한다(305).
도 1은 본 발명에 적용되는 조향각센서의 사시도이다.
도 2는 핸들 좌회전시 도 1에 도시된 제1센서부, 제2센서부, 제3센서부로부터 출력되는 펄스신호의 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 조향각센서의 STN, ST1, ST2 간의 펄스 특성차이를 이용하여 ST1 혹은 ST2의 불량을 검출하는 방법에 대한 제어흐름도이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 전자 브레이크 장치의 제어블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 차량의 주행상태를 이용하여 조향각센서의 STN 불량을 검출하는 방법에 대한 제어흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 차량의 주행상태를 이용하여 조향각센서의 ST1 혹은 ST2의 불량을 검출하는 방법에 대한 제어흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10 : 조향각센서 11 : 회전원판
11a: 슬릿 11b: 중심위치 검출용 슬릿
12 : 제1센서부 13 : 제2센서부
14 : 제3센서부 20 : 제어부

Claims (4)

  1. 차량용 핸들에 연동하여 회전하는 회전원판과, 상기 회전원판의 외주부에 그 회전중심과 동심상에 배열되도록 형성된 복수 개의 슬릿, 상기 회전원판에 상기 복수 개의 슬릿과 별도로 형성된 중심검출용 슬릿과, 상기 복수 개의 슬릿 중 두 개의 슬릿에 마련된 제1센서부와 제2센서부와, 상기 중심검출용 슬릿에 마련된 제3센서부를 구비하고, 상기 제1센서부, 제2센서부 및 제3센서부로부터 출력된 제1펄스신호, 제2펄스신호, 제3펄스신호를 근거로 조향각센서의 불량을 검출하는 조향각센서의 불량검출방법에 있어서,
    차량의 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도를 검출하는 단계;
    상기 검출된 휠 속도, 요레이트 및 횡가속도에 기초하여 차량이 회전중인지를 판단하는 단계;
    상기 차량이 회전 중이면 상기 차량이 회전하는 동안 상기 제3펄스신호가 상 변화하는지를 판단하는 단계;
    상기 제3펄스신호가 상 변화하지 않으면, 상기 제3센서부의 불량으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각센서의 불량 검출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3펄스신호가 상변화하는 구간에서 상기 제1펄스신호는 상변화하고 상기 제2펄스신호는 상변화하지 않으면 상기 제2센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각센서의 불량검출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3펄스신호가 상변화하는 구간에서 상기 제2펄스신호는 상변화하고 상기 제1펄스신호가 상변화하지 않으면, 상기 제1센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각센서의 불량검출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량이 회전 중이면 상기 차량이 회전하는 동안 상기 제1펄스신호 및 제2펄스신호에 의해 정해지는 조향각이 미리 설정된 각도보다 적은지를 판단하는 단계와, 상기 조향각이 미리 설정된 각도보다 적으면 상기 제1센서부 및 제2센서부의 불량으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각센서의 불량 검출방법.
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