KR20110084620A - 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법 Download PDF

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KR20110084620A
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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법에 관한 것으로, 조향 모터의 동작에 따라 조향 모터의 각 코일에 인가되는 배터리(BAT) 전압과 접지(GND)전압 중에 하나가 되는 상전압을 직접 모니터링 하여, 전동식 파워 스티어링 시스템의 동작 이상 유무를 판단하므로 전류 급변화로 인한 모니터링 오류를 제거할 수 있고, 시스템 동작 이상 여부를 빠르게 판단할 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법{FAIL-SAFE METHOD OF ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리 전압과 접지 전압 중에 하나의 값이 되는 상전압을 직접 모니터링 하여 상전압 이상 유무를 빠르게 판단하고 이를 통해 안전 조치를 실행하므로, 전류의 급 변화에 따라 발생될 수 있는 모니터링 오류를 제거할 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS: Motor Driven Power Steering)은 통상적으로 파워 펌프의 구동으로 오일이 순환되어 파워핸들을 작동시켜 주는 원리가 아닌 조향 휠 축 하단부에 조향 모터가 따로 설치되어 차량의 시동을 걸면 조향 모터가 작동하여 파워핸들을 작동시킨다.
이러한 전동식 파워 스티어링 시스템은 전자 제어기에서 인가되는 신호에 의해서 온/오프 되어 조향 모터로 인가되는 전류와 전압을 제어하는 전자 제어기의 복수의 트랜지스터(Field Effect Transistor)를 포함한다. 즉, 운전자의 운전 조향 토크에 대응되도록 전자 제어기는 복수의 트랜지스터의 동작을 제어하고 이를 통해 조향 모터를 구동시킨다.
이러한 전동식 파워 스티어링 시스템은 상전압을 모니터링 하고 이를 통해 시스템의 동작 오류 또는 이상 여부를 검출한다. 이러한 상전압 모니터링은 일반적으로 조향 모터의 각 코일로 인가되는 조향 전류를 별도의 전류 센서를 통해서 검출하고 이를 전압으로 환산하여 상전압 이상 유무를 판단한다.
그러나 운전자의 조향 요구 토크가 급 변화하는 급조타 등과 같이 전류 변동이 극심할 경우에 센싱된 전류를 환산한 상전압으로 전동식 파워 스티어링 시스템의 이상 유무를 판단할 경우에는 정상 동작과 이상 발생 시 전류에 대한 구별이 모호하여, 전동식 파워 스티어링 시스템의 동작 이상 유무 판단이 모호해 지는 오류가 발생된다. 그러므로 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 실행에 급 변화하는 전류에 대한 제한이 발생되어, 안정성이 저하될 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 전압과 접지 전압 중에 하나의 값이 되는 상전압을 직접 모니터링 하여 상전압 이상 유무를 빠르게 판단할 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 급조타등으로 인한 조향 전류 변화가 크더라도, 상전압을 직접 모니터링 하므로 전류의 급 변화에 따라 발생될 수 있는 모니터링 오류를 제거할 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법은 조향 모터 회전각에 따라 상기 조향 모터로 이상적인 조향 전류가 인가되도록 복수의 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어신호를 전자 제어기에서 복수의 트랜지스터로 인가하는 단계 및 상기 조향모터의 각 코일로 인가되는 전압인 상전압을 모니터링 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상전압 모니터링은 상기 복수의 트랜지스터의 동작 주기에 따라 상전압을 모니터링하기 위한 시점인 모니터링 시점에 실행할 수 있다.
상기 상전압을 모니터링 하기 이전에, 상기 모니터링 시점에 상기 제어신호가 상기 복수의 트랜지스터로 인가될 때, 상기 조향 모터의 각 코일에서 모니터링 되어야할 이상적인 상전압인 요구 상전압을 산출하는 단계를 더 실행할 수 있다.
상기 모니터링한 상전압 모니터링 값이 상기 요구 상전압과 동일한지 여부를 판단하고, 상기 상전압 모니터링 값이 상기 요구 상전압과 상이하다면 복수의 트랜지스터의 동작 이상을 판단하고 안전 조치를 실행할 수 있다.
상기 상전압 모니터링은 상기 조향 모터의 각 코일로 인가되는 전압을 직접 모니터링할 수 있다.
본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법은 배터리 전압과 접지 전압 중에 하나의 값이 되는 상전압을 직접 모니터링 하여 상전압 이상 유무를 빠르게 판단할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법은 급조타등으로 인한 조향 전류 변화가 크더라도, 상전압을 직접 모니터링 하므로 전류의 급 변화에 따라 발생될 수 있는 모니터링 오류를 제거할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1을 수행하기 위한 조향 모터와 복수의 트랜지스터들의 연결 관계를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 조향 모터의 회전각에 따른 복수의 트랜지스터의 동작을 도시한 타이밍도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 그리고 도 2를 참조하면, 조향 모터와 복수의 트랜지스터들의 연결 관계가 도시되어 있다. 그리고 도 3을 참조하면, 조향 모터의 회전각에 따른 복수의 트랜지스터의 동작을 도시한 타이밍도가 도시되어 있다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 조향 모터(M)는 3상 코일 모터로 U상, V상, W상을 각각 형성하는 각각의 코일을 포함한다. 즉, 조향 모터(M)는 U상 코일(U), V상 코일(V) 및 W상 코일(W)을 포함한다.
그리고 조향 모터(M)로 인가되는 전류를 제어하는 복수의 트랜지스터는 배터리(BAT)와 전기적으로 연결된 제1상트랜지스터(TFET1), 제2상트랜지스터(TFET2) 및 제3상트랜지스터(TFET3)를 포함하고, 접지(GND)와 전기적으로 연결된 제1하트랜지스터(BFET1), 제2하트랜지스터(BFET2) 및 제3하트랜지스터(BFET3)를 포함한다.
그리고 조향 모터(M)의 U상 코일(U)의 일 측은 제1상트랜지스터(TFET1)와 제1하트랜지스터(BFET1) 사이인 제1모니터링 점(S1)에 전기적으로 연결된다. 그러므로 U상 코일(U)은 제1상트랜지스터(TFET1)가 온 되면 배터리(BAT) 전압을 인가받고 제1하트랜지스터(BFET1)가 온 되면 접지(GND) 전압을 인가받는다. 즉 U상 코일(U)에 인가되는 전압은 제1상트랜지스터(TFET1) 및 제1하트랜지스터(BFET1)의 동작에 의해서 상이해 진다.
그리고 조향 모터(M)의 V상 코일(V)의 일 측은 제2상트랜지스터(TFET2)와 제2하트랜지스터(BFET2) 사이인 제2모니터링 점(S2)에 전기적으로 연결된다. 그러므로 V상 코일(V)은 제2상트랜지스터(TFET2)가 온 되면 배터리(BAT) 전압을 인가받고 제2하트랜지스터(BFET2)가 온 되면 접지(GND) 전압을 인가받는다. 즉 U상 코일(U)에 인가되는 전압은 제2상트랜지스터(TFET2) 및 제2하트랜지스터(BFET2)의 동작에 의해서 상이해 진다.
그리고 조향 모터(M)의 W상 코일(W)의 일 측은 제3상트랜지스터(TFET3)와 제3하트랜지스터(BFET3) 사이인 제3모니터링 점(S3)에 전기적으로 연결된다. 그러므로 W상 코일(W)은 제3상트랜지스터(TFET3)가 온 되면 배터리(BAT) 전압을 인가받고 제3하트랜지스터(BFET3)가 온 되면 접지(GND) 전압을 인가받는다. 즉 U상 코일(U)에 인가되는 전압은 제3상트랜지스터(TFET3) 및 제3하트랜지스터(BFET3)의 동작에 의해서 상이해 진다.
이러한 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)는 전자 제어기(미도시)에서 인가되는 제어 신호에 의해서 온/오프 동작한다. 그리고 상트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3)가 온 되면, 이와 모니터 점(S1, S2, S3)에서 전기적으로 연결되는 하트랜지스터(BFET1, BFET2, BFET3)는 오프 되고, 상트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3)가 오프 되면 이와 모니터 점(S1, S2, S3)에서 전기적으로 연결되는 하트랜지스터(BFET1, BFET2, BFET3)는 온 된다.
그리고 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 조향 모터(M)로 인가되는 전압인 상전압을 모니터링 하기 위한 방법은 도 1에 도시되어 있으며, 도 2 및 도 3을 참조하여 이하에서 설명하고자 한다.
우선 운전자의 조향 요구 토크에 따른 조향 모터(M)의 회전각(Ma)을 추정(S1)한다. 그리고 조향 모터(M)의 회전각(Ma)에 따라, 조향 모터(M)의 U상 코일(U), V상 코일(V) 및 W상 코일(W)에 인가되어야 하는 이상적인 조향 전류(Iu, Iv, Iw)는 도 3에 도시된 바와 같다.
예를 들어 조향 모터(M)의 회전각(Ma)이 110°라고하면, 이때 U상 코일(U)에 인가되는 이상적인 조향 전류(Iu)는 a, V상 코일(V)에 인가되는 이상적인 조향 전류(Iv)는 b 및 W상 코일(W)에 인가되는 이상적인 조향 전류(Iw)는 c가 되는 것이 바람직하다.
그리고 이와 같이 이상적인 조향 전류(Iu, Iv, Iw)가 조향 모터(M)로 인가되기 위해서, 전자 제어기는 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)에 제어신호를 인가하여 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)의 온/오프 동작을 제어(S2)한다. 그리고 조향 모터(M)의 회전각(Ma)에 대한 제어신호는 전자 제어기에서 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)로 동작 주기(T)에 한번 인가된다.
그리고 동일한 조향 모터(M)의 회전각(Ma)에 대해서는 동작 주기(T)를 주기로 동일한 제어신호가 전자 제어기에서 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)로 주기적으로 인가된다. 이러한 동작 주기(T)는 20Khz로 설정할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
만약, 조향 모터(M)의 회전각(Ma)이 110°라면, 이상적인 조향 전류 a를 조향 모터(M)의 U상 코일(U)로 인가하기 위해서, 동작 주기(T)동안 제1상트랜지스터(TFET1)는 Ta1 시간동안 온 되고, 제1하트랜지스터(BFET1)는 Ta2시간동안 온 되도록 제어신호가 인가된다. 또한, 이때 이상적인 조향 전류 b를 조향 모터(M)의 V상 코일(V)로 인가하기 위해서, 동작 주기(T)동안 제2상트랜지스터(TFET2)는 Tb1 시간동안 온 되고, 제2하트랜지스터(BFET2)는 Tb2시간동안 온 되도록 제어신호가 인가된다. 또한, 이때 이상적인 조향 전류 c를 조향 모터(M)의 W상 코일(W)로 인가하기 위해서, 동작 주기(T)동안 제3상트랜지스터(TFET3)는 Tc1 시간동안 온 되고, 제3하트랜지스터(BFET3)는 Tc2시간동안 온 되도록 제어신호가 인가된다.
또한, 전자 제어기는 동작 주기(T)의 반이 되는 중심점(C)을 중심으로 반주기(T/2)가 서로 대칭되는 제어 신호를 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)로 인가한다. 예를 들어, 전자 제어기는 상트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3)가 온 되는 시간(Ta1, Tb1, Tc1)의 중심이 동작 주기(T)의 중심점(C)에 위치하는 제어신호를 인가한다.
그러면 전자 제어기는 동작 주기(T)의 반주기(T/2)에서 제1기간(T1)에 하트랜지스터(BFET1, BFET2, BFET3)를 온 시키는 제어신호를 인가하고, 제2기간(T2)에 제1상트랜지스터(TFET1)와, 제2하트랜지스터(BFET2) 및 제3하트랜지스터(BFET3)를 온 시키는 제어신호를 인가하고, 제3기간(T3)에 제1상트랜지스터(TFET1), 제2상트랜지스터(TFET2) 및 제3하트랜지스터(BFET3)를 온 시키는 제어신호를 인가하며, 제4기간(T4)에 상트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3)를 온 시키는 제어신호를 인가한다.
그리고 이와 같이 동작 주기(T)동안 복수의 트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3, BFET1, BFET2, BFET3)의 동작에 의해서, 각각의 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 모니터링 되어야 하는 이상적인 상전압인 각각의 코일(U, V, W)의 요구 상전압을 산출(S3)한다.
만약, 조향 모터(M)의 회전각(Ma)이 110°라면, 제1모니터링 점(S1)에서 모니터링 되어야 하는 U상 코일(U)의 요구 상전압은 제1기간(T1)에서는 접지(GND) 전압이고, 제2기간(T2), 제3기간(T3) 및 제4기간(T4)에서는 배터리(BAT) 전압이 된다. 그리고 제2모니터링 점(S2)에서 모니터링 되어야 하는 V상 코일(V)의 요구 상전압은 제1기간(T1)과 제2기간(T2)에서는 접지(GND) 전압이고, 제3기간(T3)과 제4기간(T4)에서는 배터리(BAT) 전압이 된다. 그리고 제3모니터링 점(S3)에서 모니터링 되어야 하는 W상 코일(W)의 요구 상전압은 제1기간(T1), 제2기간(T2) 및 제3기간(T3)에서는 접지(GND) 전압이고, 제4기간(T4)에서는 배터리(BAT) 전압이 된다. 즉, 요구 상전압은 모니터링 시점에 따라 배터리(BAT) 전압이거나 접지(GND) 전압 중에 하나의 값이 된다.
그리고 전자 제어기는 각 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 U상 코일(U), V상 코일(V) 및 W상 코일(W)로 인가되는 상전압을 각각 모니터링 (S4)한다. 그리고 전자 제어기는 상전압 모니터링을 전자 제어기에 미리 설정되어 있는 모니터링 시점에 시행한다. 이와 같은 상전압 모니터링은 조향 모터(M)의 동작을 제어하는 모터 제어기의 전압 센싱 핀을 통해서 직접적으로 상전압을 측정함으로써, 모니터링 한다.
예를 들어, 모니터링 시점이 제1모니터링 시점(TM1)과 제2모니터링 시점(TM2)라고 하면, 전자 제어기는 각 모니터링 시점(TM1, TM2)에 각각의 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 각각의 코일(U, V, W)에 대한 상전압을 모니터링 한다. 이때 모니터링 상전압 역시 모니터링 시점에 따라 배터리(BAT) 전압이거나 접지(GND) 전압 중에 하나의 값이 된다. 그리고 운전자의 조향 요구 토크가 급 변화하여, 조향 전류(Iu, Iv, Iw) 파형이 급변한다고 하여도, 배터리(BAT) 전압 이거나 접지(GND) 전압 중에 하나가 되는 상전압을 직접 모니터링 하므로, 조향 전류 급변으로 인해서 발생될 수 있는 모니터링 오류를 제거할 수 있다.
그리고 제2기간(T2)에 포함되는 제1모니터링 시점(TM1)에서 요구 상전압은 제1모니터링 점(S1)에선 배터리(BAT) 전압이고, 제2모니터링 점(S2)과 제3모니터링 점(S3)에선 접지(GND) 전압이다. 또한 제3기간(T3)에 포함되는 제2모니터링 시점(TM2)에서 요구 상전압은 제1모니터링 점(S1)과 제2모니터링 점(S2)에선 배터리(BAT) 전압이고, 제3모니터링 점(S3)에선 접지(GND) 전압이다.
그리고 각 모니터링 시점(TM1, TM2)에 각 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 모니터링된 상전압 모니터링 값이 이와 대응되는 요구 상전압과 동일한지 여부를 판단(S5)한다. 이때 요구 상전압과 상전압 모니터링 값이 동일하다면, 전동식 파워 스티어링 시스템이 정상적으로 동작하는 것으로 판단(S6)한다. 그리고 상전압 모니터링 값이 요구 상전압과 동일하지 않다면, 전동식 파워 스티어링 시스템의 동작에 이상이 발생된 것으로 판단하고 안전 조치를 실행(S7)한다.
이와 같은 본원 발명은 각각의 상트랜지스터(TFET1, TFET2, TFET3)와 각각의 하트랜지스터(BFET1, BFET2, BFET3)의 동작에 의해서 모니터링 점(S1, S2, S3)에서 모니터링 되는 상전압이 배터리(BAT) 전압과 접지(GND)전압 중에 하나의 값이 되므로 상전압 이상을 유무 판단이 용이하여, 안전성을 높일 수 있다.
또한 본원 발명은 급조타등으로 인해서 조향 전류의 변화가 크더라도 상전압을 직접 모니터링 하므로, 전류 급변화로 인한 모니터링 오류를 제거할 수 있으며, 시스템 동작 이상 여부를 빠르게 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
M; 조향 모터 TFET1; 제1상트랜지스터
TFET2; 제2상트랜지스터 TFET3; 제3상트랜지스터
BFET1; 제1하트랜지스터 BFET2; 제2하트랜지스터
BFET3; 제3하트랜지스터

Claims (5)

  1. 조향 모터 회전각에 따라 상기 조향 모터로 이상적인 조향 전류가 인가되도록 복수의 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어신호를 전자 제어기에서 복수의 트랜지스터로 인가하는 단계; 및
    상기 조향모터의 각 코일로 인가되는 전압인 상전압을 모니터링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상전압 모니터링은 상기 복수의 트랜지스터의 동작 주기에 따라 상전압을 모니터링하기 위한 시점인 모니터링 시점에 실행하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상전압을 모니터링 하기 이전에,
    상기 모니터링 시점에 상기 제어신호가 상기 복수의 트랜지스터로 인가될 때, 상기 조향 모터의 각 코일에서 모니터링 되어야할 이상적인 상전압인 요구 상전압을 산출하는 단계를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모니터링한 상전압 모니터링 값이 상기 요구 상전압과 동일한지 여부를 판단하고, 상기 상전압 모니터링 값이 상기 요구 상전압과 상이하다면 복수의 트랜지스터의 동작 이상을 판단하고 안전 조치를 실행하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상전압 모니터링은 상기 조향 모터의 각 코일로 인가되는 전압을 직접 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 비상 안전 조치 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140037602A (ko) * 2012-09-19 2014-03-27 현대모비스 주식회사 모터 상전압 이상 검출 방법 및 장치

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