KR20110081608A - 전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향 핸들의 조작에 따라 발생하는 조향 토크를 감지하는 조향 토크 센서, 조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 센서, 차량의 속도를 감지하는 차속 센서 및 노면마찰계수를 추정하고, 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛을 포함한다. 이에 의해, 전동식 파워 조향 장치에 의한 전력 소비를 절감하여 전기자동차 구동시 주행 거리를 증대시킬 수 있다.

Description

전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법{Electric Power Steering and control method thereof}
본 발명은 전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 파워 조향 장치에 의한 전력 소비를 절감하여 전기자동차 구동시 주행 거리를 증대시킬 수 있는 전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전기자동차는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전기자동차(Electric vehicle;EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
또한, 하이브리드 전기자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다.
또한, 최근 모터/제어기술도 점점 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있다. DC모터를 AC모터로 변환함에 따라 출력과 EV의 동력성능(가속성능,최고속도)이 크게 향상되어 가솔린차에 비하여 손색없는 수준에 도달하였다. 고출력화를 추진하면서 고회전화함에 따라 모터가 경량소형화되어 탑재중량이나 용적도 크게 감소하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하여 모터 구동부를 통해 모터를 제어함으로써 전동식 파워 조향 장치에 의한 전력 소비를 절감하여 전기자동차 구동시 주행 거리를 증대시킬 수 있는 전동식 파워 조향 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향 핸들의 조작에 따라 발생하는 조향 토크를 감지하는 조향 토크 센서, 조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 센서, 차량의 속도를 감지하는 차속 센서 및 노면마찰계수를 추정하고, 상기 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 상기 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛을 포함한다.
상기 전자 제어 유닛은, 상기 조향 토크, 상기 차속 및 상기 노면마찰계수에 근거하여 어시스트 전류를 결정하고, 상기 결정된 어시스트 전류에 근거하여 상기 모터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자 제어 유닛은, 상기 추정된 노면마찰계수가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하고, 상기 추정된 노면마찰계수가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자 제어 유닛은, 상기 감지된 조향 토크가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하고, 상기 감지된 조향 토크가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자 제어 유닛은, 상기 감지된 차량의 속도가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하고, 상기 감지된 차량의 속도가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법은 조향 핸들의 조작에 따른 조향 토크를 감지하는 단계, 조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 단계, 차량의 속도를 감지하는 단계, 노면마찰계수를 추정하는 단계 및 상기 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 상기 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하여 모터 구동부를 통해 모터를 제어함으로써 전동식 파워 조향 장치에 의한 전력 소비를 절감하여 전기자동차 구동시 주행 거리를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 조향토크, 차속과 어시스트 전류 결정과의 관계를 나타낸 도면.
도 3은 노면마찰계수와 어시스트 전류 결정과의 관계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향각 센서(102), 조향 토크 센서(104), 차속 센서(106), 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit: ECU)(100), 모터 구동부(112), 모터(114), 조향 액츄레이터(116)를 포함하며, 전자 제어 유닛(100)은 노면마찰계수 추정부(108)와 모터 제어 신호 생성부(110)를 포함할 수 있다. 이때, 전동식 파워 조향 장치(Electric Power Steering)는 운전자가 차량의 조향 핸들을 용이하게 조작할 수 있도록 한 조향 보조 장치로서, 모터의 회전력을 보조 조향력으로 사용할 수 있다.
조향각 센서(102)는 조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하고, 조향 토크 센서(104)는 조향 핸들의 조작에 따라 발생하는 조향 토크를 감지하며, 차속 센서(106)는 차량의 속도를 감지할 수 있다. 즉, 조향각 센서(102)는 운전자에 의한 조향 핸들의 회전에 따른 회전각을 감지하여 전자 제어 유닛(100)으로 제공하고, 조향 토크 센서(104)는 운전자에 의한 조향 핸들의 회전에 의해 발생하는 조향 토크를 감지하여 전자 제어 유닛(100)으로 제공하며, 차속 센서(106)는 차량의 속도를 감지하여 전자 제어 유닛(100)으로 제공할 수 있다.
전자 제어 유닛(100)은 노면마찰계수를 추정하고, 조향 토크, 조향각, 차속 및 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
즉, 전제 제어 유닛(100)은 노면마찰계수 추청부(108)를 통해 노면마찰계수를 추정하고, 모터 제어 신호 생성부(110)를 통해 조향 토크, 조향각, 차속 및 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
한편, 전자 제어 유닛(100)은 차량의 자세를 제어하기 위한 ESC(Electronic Stability Control)에 의해 노면마찰계수를 추정할 수 있다. 예를 들어, ESC(Electronic Stability Control)는 차속과 각 바퀴의 제동토크, 기준 미끄럼율 및 룩업테이블(Look-up table) 등을 참조하여 노면마찰계수를 추정할 수 있다.
또한, 모터 제어 신호 생성부(110)는 어시스트 맵을 이용하여 해당 조향 토크, 조향각, 차속, 노면마찰계수에 상응하는 어시스트 전류를 결정하여, 결정된 어시스트 전류에 근거하여 조향 제어를 수행하기 위한 모터 제어 신호를 생성하여 모터 구동부(112)로 제공할 수 있다.
이때, 전자 제어 유닛(100)은 추정된 노면마찰계수가 작은 경우 어시스트 전류를 작게 결정하고, 추정된 노면마찰계수가 큰 경우 어시스트 전류를 크게 결정할 수 있다.
또한, 전자 제어 유닛(100)은 감지된 조향 토크가 작은 경우 어시스트 전류를 작게 결정하고, 감지된 조향 토크가 큰 경우 어시스트 전류를 크게 결정할 수 있다.
또한, 전자 제어 유닛(100)은 감지된 차량의 속도가 작은 경우 어시스트 전류를 크게 결정하고, 감지된 차량의 속도가 큰 경우 어시스트 전류를 작게 결정할 수 있다.
한편, 모터 구동부(112)는 전자 제어 유닛(100)으로부터 제공된 제어 신호에 근거하여 해당 어시스트 전류에 상응하는 구동 전류를 발생시켜 모터(114)를 회전시키게 되고, 모터(114)의 회전력은 조향 액츄에이터(160)에 전달되어 보조 조향력을 제공할 수 있다.
도 2는 조향토크, 차속과 어시스트 전류 결정과의 관계를 나타낸 도면이고, 도 3은 노면마찰계수와 어시스트 전류 결정과의 관계를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 전자 제어 유닛에 기 설정된 어시스트 전류는 조향 토크에 비례하고, 차속에 반비례하며, 노면마찰계수에 비례할 수 있다.
즉, 운전자의 조향 핸들 조작에 의해 발생하는 조향 토크가 크면 큰 어시스트 전류를 선택하여 보조 조향력을 크게 하여, 운전자가 조향 핸들을 이용하여 용이하게 조작하도록 한다. 또한, 차속이 크면 작은 어시스트 전류를 선택하여 보조 조향력을 작게 하여, 큰 힘이 가해져야 조향 핸들이 조작되도록 하여 안전 운행이 가능하도록 하고, 차속이 작으면 큰 어시스트 전류를 출력하여 보조 조향력을 크게하여 핸들 조작이 더욱 용이하도록 할 수 있다.
또한, 노면마찰계수가 작으면 보통의 노면 상태 보다 마찰력이 작으므로 작은 어시스트 전류를 선택하여 보조 조향력을 작게하고, 노면마찰계수가 크면 큰 어시스트 전류를 선택하여, 운전자가 조향 핸들을 이용하여 더욱 용이하게 조작하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향각 센서를 통해 조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하고(S402), 조향 토크 센서를 통해 조향 핸들의 조작에 따라 발생하는 조향 토크를 감지하며(S404), 차속 센서를 통해 차량의 속도를 감지할 수 있다(S406).
또한, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 노면마찰계수를 추정할 수 있다(S408). 이때, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 ESC(Electronic Stability Control)에 의해 노면마찰계수를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향 토크, 차속 및 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성할 수 있다(S410). 또한, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 조향 토크, 조향각, 차속 및 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 어시스트 맵을 이용하여 해당 조향 토크, 차속, 노면마찰계수에 상응하는 어시스트 전류를 결정하여, 결정된 어시스트 전류에 근거하여 조향 제어를 수행하기 위한 모터 제어 신호를 생성하여 모터 구동부로 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 추정된 노면마찰계수가 작은 경우 어시스트 전류를 작게 결정하고, 추정된 노면마찰계수가 큰 경우 어시스트 전류를 크게 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 장치는 모터 제어 신호에 근거하여 해당 어시스트 전류에 상응하는 구동 전류를 발생(S412)시켜 모터를 회전시키게 되고(S414), 이에 따라, 모터의 회전력은 조향 액츄에이터에 전달되어 보조 조향력을 제공할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (8)

  1. 조향 핸들의 조작에 따라 발생하는 조향 토크를 감지하는 조향 토크 센서;
    조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 센서;
    차량의 속도를 감지하는 차속 센서; 및
    노면마찰계수를 추정하고, 상기 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 상기 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛을 포함하는 전동식 파워 조향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 조향 토크, 상기 차속 및 상기 노면마찰계수에 근거하여 어시스트 전류를 결정하고, 상기 결정된 어시스트 전류에 근거하여 상기 모터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 추정된 노면마찰계수가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하고, 상기 추정된 노면마찰계수가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 감지된 조향 토크가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하고, 상기 감지된 조향 토크가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 감지된 차량의 속도가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하고, 상기 감지된 차량의 속도가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치.
  6. 조향 핸들의 조작에 따른 조향 토크를 감지하는 단계;
    조향 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 단계;
    차량의 속도를 감지하는 단계;
    노면마찰계수를 추정하는 단계; 및
    상기 감지된 조향 토크, 조향각, 차속 및 상기 추정된 노면마찰계수에 근거하여 모터 제어 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모터 제어 신호 생성 단계는, 상기 조향 토크, 상기 차속 및 상기 노면마찰계수에 근거하여 어시스트 전류를 결정하고, 상기 결정된 어시스트 전류에 근거하여 상기 모터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터 제어 신호 생성 단계는, 상기 추정된 노면마찰계수가 작은 경우 상기 어시스트 전류를 작게 결정하고, 상기 추정된 노면마찰계수가 큰 경우 상기 어시스트 전류를 크게 결정하여, 상기 모터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 장치의 제어 방법.
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