KR20110080757A

KR20110080757A - 엠디피에스의 페일세이프 회로

Info

Publication number: KR20110080757A
Application number: KR1020100001142A
Authority: KR
Inventors: 박승영
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-13

Abstract

이 발명은 전동식 파워 스티어링(MDPS; Motor Driven Power Steering) 구동장치의 고장을 감지하는 페일세이프 회로에 관한 것이다.
배터리 전압이 입력되는 배터리전압입력단과, 상기 배터리전압입력단에 연결된 페일세이프릴레이와, 상기 페일세이프릴레이를 통해 배터리전압을 입력받아 충전하는 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 모터릴레이를 제어하는 모터릴레이FET와, 상기 페일세이프릴레이의 양단에 병렬로 연결된 세틀저항과, 상기 모터릴레이FET에 펄스폭변조 신호를 출력하면서 상기 페일세이프릴레이의 양단 전압을 측정하고 상기 페일세이프릴레이의 손상여부를 검증하는 마이크로프로세서를 포함한다.

Description

엠디피에스의 페일세이프 회로{fail safe circuit of MDPS}

이 발명은 전동식 파워 스티어링(MDPS; Motor Driven Power Steering)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 파워 스티어링 구동장치를 고장으로부터 보호하는 페일세이프 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 스티어링 휠(핸들)의 조타력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 파워 스티어링 장치가 적용되는 바, 이와 같은 파워 스티어링 장치로서 기존에는 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유해물질 감소, 연비 개선, 조립성 개선 등의 이유로 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주는 환경 친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electrical Power Steering, MDPS; Motor Driven Power Steering)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공한다.

도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 구동장치를 도시한 구성 블록도이고, 도 2는 종래의 전동식 파워 스티어링 구동장치의 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전동식 파워 스티어링 구동장치는 12V 배터리 전압이 입력되는 배터리전압입력단(10)과, 배터리전압입력단(10)에 연결된 페일세이프릴레이(11)와, 페일세이프릴레이(11)의 일단에 연결되어 마이크로프로세서(미도시)에 의해 제어되는 제1트랜지스터(12)와, 페일세이프릴레이(11)의 타단에 연결되어 마이크로프로세서(미도시)에 의해 제어되는 제2트랜지스터(13)와, 페일세이프릴레이(11)를 통해 배터리전압을 입력받아 충전하는 커패시터(14)와, 커패시터(14)에 연결되어 모터릴레이(16)를 제어하는 모터릴레이FET(15)로 이루어진다.

전동식 파워 스티어링 시스템은 모터에 전원단을 차단할 수 있는 모터릴레이(16)를 구비하며, 모터릴레이(16)가 손상될 경우 전동식 파워 스티어링 시스템을 보호하는 페일세이프를 위해 페일세이프릴레이(11)가 구비된다.

종래의 전동식 파워 스티어링 시스템은 페일세이프릴레이(11)의 손상을 검증하는 방법이 없거나, 도 1 및 도 2와 같이 페일세이프릴레이(11)의 양단에 제1트랜지스터(12) 및 제2트랜지스터(13)를 연결하고, 마이크로프로세서가 제1트랜지스터(12) 및 제2트랜지스터(13)를 구동함으로써, 페일세이프릴레이(11)의 손상 여부를 검증한다.

즉, 시동을 온한 상태에서, 제1트랜지스터(12)와 제2트랜지스터(13)의 베이스단자에 전원을 공급하여 제1트랜지스터(12)와 제2트랜지스터(13)를 턴 온하고, 페일세이프릴레이(11)의 양단의 전압(Va, Vb)을 체크한다. 이때, 양단의 전압이 동일하면, 즉 Va = Vb 이면, 페일세이프릴레이(11)가 정상인 것으로 판정하고, Va와 Vb가 동일하지 않으면 페일세이프릴레이(11)가 쇼트 이상이 발생한 것으로 판정한다.

이와 같이 종래의 전동식 파워 스티어링 구동장치는 2개의 트랜지스터를 이용하여 페일세이프릴레이의 이상 여부를 검증하기 때문에, 비용 상승 요인이 있고 생산성 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은, 전동식 파워 스티어링 시스템에서, 트랜지스터를 사용하지 않고도 소프트웨어적 처리로 페일세이프릴레이의 손상 여부를 검증할 수 있는 엠디피에스의 페일세이프 회로를 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 엠디피에스의 페일세이프 회로는, 배터리 전압이 입력되는 배터리전압입력단과, 상기 배터리전압입력단에 연결된 페일세이프릴레이와, 상기 페일세이프릴레이를 통해 배터리전압을 입력받아 충전하는 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 모터릴레이를 제어하는 모터릴레이FET를 포함한 전동식 파워 스티어링 구동장치에서의 페일세이프 회로에 있어서, 상기 페일세이프릴레이의 양단에 병렬로 연결된 세틀저항과, 상기 모터릴레이FET에 펄스폭변조 신호를 출력하면서 상기 페일세이프릴레이의 양단 전압을 측정하고 상기 페일세이프릴레이의 손상여부를 검증하는 마이크로프로세서를 포함한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 이 발명에 따르면 트랜지스터를 사용하지 않고 페일세이프릴레이의 손상 여부를 검증할 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 페일세이프 기능을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 구동장치를 도시한 구성 블록도,
도 2는 종래의 전동식 파워 스티어링 구동장치의 회로도,
도 3은 이 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 구동장치를 도시한 구성 블록도,
도 4는 이 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 구동장치의 회로도,
도 5는 마이크로프로세서가 모터릴레이FET에게 펄스폭변조 신호를 출력할 때 페일세이프릴레이의 양단 전압의 변화를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 엠디피에스의 페일세이프 회로를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 이 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 구동장치를 도시한 구성 블록도이고, 도 4는 이 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 구동장치의 회로도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전동식 파워 스티어링 구동장치는 12V 배터리 전압이 입력되는 배터리전압입력단(20)과, 배터리전압입력단(20)에 연결된 페일세이프릴레이(21)와, 페일세이프릴레이(21)의 양단에 병렬로 연결된 세틀저항(22)과, 페일세이프릴레이(21)를 통해 배터리전압을 입력받아 충전하는 커패시터(14)와, 커패시터(14)에 연결되어 모터릴레이(16)를 제어하고 마이크로프로세서(24)에 의해 제어되는 모터릴레이FET(23)를 포함한다.

마이크로프로세서(24)는 모터릴레이FET(23)의 베이스단자에 펄스폭변조(PWM)신호를 입력하면서, 페일세이프릴레이(21)의 양단 전압을 측정하여 페일세이프릴레이(21)의 손상 여부를 검증한다.

세틀저항(22)과 커패시터(14)와 모터릴레이FET(23) 및 마이크로프로세서(24)가 페일세이프릴레이의 손상을 검증하는 기능을 수행하며, 이때 펄스폭변조 신호의 듀티비는 33% 인 것이 바람직하다.

도 5는 마이크로프로세서(24)가 모터릴레이FET(23)에게 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력할 때 페일세이프릴레이(21)의 양단 전압의 변화를 도시한다.

마이크로프로세서(24)가 모터릴레이FET(23)를 구동하지 않으면 배터리전압입력단의 전압이 세틀저항(22)을 통해 커패시터(14)에 충전되어 페일세이프릴레이(21)의 양단 전압 즉, Va와 Vb가 동일한 배터리 전압을 유지한다.

마이크로프로세서(24)가 모터릴레이FET(23)에게 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하면, 펄스폭변조 신호의 하이 레벨에서 모터릴레이FET(23)가 턴온되고 커패시터(14)에 충전된 전압이 모터릴레이FET(23)를 통해 방전되어 Vb는 점차 감소한다. 그러다가 펄스폭변조 신호가 로우 레벨로 떨어지면 모터릴레이FET(23)가 턴오프되고 배터리전압입력단의 전압이 세틀저항(22)을 통해 커패시터(14)에 충전되어 Vb가 점차 증가하여 배터리 전압까지 상승한다.

마이크로프로세서(24)는 모터릴레이FET(23)에게 펄스폭변조 신호를 출력하면서 페일세이프릴레이(21)의 양단 전압을 입력받아 페일세이프릴레이(21)의 손상 여부를 판정하는데, 펄스폭변조 신호가 하이 레벨일 때 Vb가 임계전압까지 하강하였다가(릴레이 오픈 상태로 인정할 수 있을 정도의 전압강하) 펄스폭변조 신호가 로우 레벨로 될 때 Vb가 상승하면 페일세이프릴레이(21)가 정상인 것으로 판정한다. 그러나 펄스폭변조 신호가 인가되더라도 Va와 Vb가 차이가 없으면 페일세이프릴레이(21)가 쇼트 이상이 발생한 것으로 판단한다.

여기서, 마이크로프로세서가 모터릴레이FET에 출력하는 펄스폭변조 신호는 모터릴레이(16)가 동작되지 않는 범위에서 듀티비를 조절한다.

이 발명에 따르면 모터 구동에 대한 페일세이프 기능을 구비함과 동시에, 그 페일세이프릴레이에 대한 쇼트 이상 여부를 체크함으로써, 시스템 외부 데미지(damage)에 인한 모터의 과전류를 방지하는 효과가 있으며, 2개의 트랜지스터 대신에 1개의 저항으로 구현됨으로써 원가 절감의 효과가 있다.

20 : 배터리전압입력단 21 : 페일세이프릴레이
22 : 세틀저항 23 : 모터릴레이FET
24 : 마이크로프로세서 14 : 커패시터
16 : 모터릴레이

Claims

배터리 전압이 입력되는 배터리전압입력단과, 상기 배터리전압입력단에 연결된 페일세이프릴레이와, 상기 페일세이프릴레이를 통해 배터리전압을 입력받아 충전하는 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 모터릴레이를 제어하는 모터릴레이FET를 포함한 전동식 파워 스티어링 구동장치에서의 페일세이프 회로에 있어서,
상기 페일세이프릴레이의 양단에 병렬로 연결된 세틀저항과,
상기 모터릴레이FET에 펄스폭변조 신호를 출력하면서 상기 페일세이프릴레이의 양단 전압을 측정하고 상기 페일세이프릴레이의 손상여부를 검증하는 마이크로프로세서를 포함한 것을 특징으로 하는 엠디피에스의 페일세이프 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 펄스폭변조 신호의 듀티비가 33% 인 것을 특징으로 하는 엠디피에스의 페일세이프 회로.