KR20120020937A

KR20120020937A - 전동식 동력보조 조향장치

Info

Publication number: KR20120020937A
Application number: KR1020100084884A
Authority: KR
Inventors: 이진환
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-08
Also published as: CN102381351A; US20120055731A1; US8485308B2; CN102381351B; JP2012051558A

Abstract

본 발명은 전동기를 포함하는 전동식 동력보조 조향장치에 관한 것으로, 핸들에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응한 조타 토크 신호를 출력하는 조타 토크 센서, 차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서, 점진적으로 증가하거나 감소하는 선형적 변화를 나타내는 신호를 출력하는 조타 보조력 설정부, 상기 조타 보조력 설정부로부터 출력된 신호를 입력받아 특정 속도에서 최대 조타 토오크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토오크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 하여 조타 보조력 맵을 설정하는 맵 설정부, 상기 조타 토크 신호 및 차속 신호에 해당되는 목표 전동기 전류 신호를 상기 조타 보조력 맵에 따라 출력하는 전류 신호 공급부 및 상기 목표 전동기 전류 신호에 대응하는 전류를 상기 전동기에 공급하는 전동기 구동부를 포함한다.

Description

전동식 동력보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 전동식 동력보조 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.

자동차의 동력보조 조향장치는 운전자가 자동차의 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 배력 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 차량의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.

최근의 동력보조 조향장치는 차량의 고속 주행시 조향 휠의 조작이 무겁도록 하고, 차량의 저속 주행시에는 조향 휠의 조작이 가볍도록 한다. 차속에 따른 조작력의 보조량은 운전자에 따라 다를 수 있으며, 따라서 운전자에 맞는 조타 보조력을 제공할 수 있는 동력보조 조향장치에 대한 요구가 증대되고 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 운전자에 맞는 조타 보조력을 제공할 수 있는 전동식 동력보조 조향장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 전동기, 핸들에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응한 조타 토크 신호를 출력하는 조타 토크 센서, 차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서, 점진적으로 증가하거나 감소하는 선형적 변화를 나타내는 신호를 출력하는 조타 보조력 설정부, 상기 조타 보조력 설정부로부터 출력된 신호를 입력받아 특정 속도에서 최대 조타 토오크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토오크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 하여 조타 보조력 맵을 설정하는 맵 설정부, 상기 조타 토크 신호 및 차속 신호에 해당되는 목표 전동기 전류 신호를 상기 조타 보조력 맵에 따라 출력하는 전류 신호 공급부 및 상기 목표 전동기 전류 신호에 대응하는 전류를 상기 전동기에 공급하는 전동기 구동부를 포함한다.

상기 조타 보조력 설정부는 연속적으로 움직이는 스위치 또는 노브, 또는 연속적 움직임을 표시하는 터치 스크린을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 전류 신호 공급부로부터 입력된 목표 전동기 전류 신호와 상기 전동기에 흐르는 실제 전류에 해당되는 실제 전동기 전류 신호의 전류차 신호를 출력하는 피드백부, 상기 피드백부로부터 상기 전류차 신호를 입력받아 목표 전동기 전류와 실제 전동기 전류의 차이를 보상하는 제어 신호를 출력하는 전동기 전류 제어부, 및 상기 전동기에 흐르는 전동기 전류를 검출하여 상기 실제 전동기 전류 신호를 상기 피드백부로 출력하는 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 최대 조타 토크, 상기 최대 목표 전동기 전류 또는 상기 비율이 경계값 이내에 있는지를 판단하는 경계값 비교부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자는 조타 보조력을 선형적으로 변하게 할 수 있고, 운전자의 조작이 조향장치의 성능 한계 이내에서 이루어지는 지가 판단되어 안정적으로 조타 보조력이 설정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조타 보조력 설정부를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 사용되는 조타 보조력 맵의 일례를 나타낸다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전동식 동력보조 조향장치(100)는 래크/피니언 기구(105), 지지봉(106), 차륜(107), 및 조타 보조력을 발생하는 전동기(108)을 포함한다. 이 때 래크/피니언 기구(105)는 핸들(102), 스티어링축(103), 하이포이드 기어(hypoid gear)(104), 피니언(pinion)(105a) 및 래크(rack)축(105b)을 포함한다.

또한, 전동식 동력보조 조향장치(100)는 조타 토크 센서(110), 차속 센서(111), 제어부(112), 전동기 구동부(113), 전동기 전류 검출부(114)을 포함한다.

조타 토크 센서(110)는 핸들(102)에 작용하는 조타 토크(torque)를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타 토크 신호를 출력한다. 차속 센서(111)는 차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속 신호를 출력한다. 제어부(112)는 조타 토크 신호 및 차속 신호에 따라 전동기(108)을 구동하기 위한 목표 전동기 전류 신호를 설정하고, 목표 전동기 전류 신호에 대응한 신호를 발생한다. 전동기 구동부(113)은 제어부(112)로부터 출력된 신호에 근거한 전동기 전압으로 전동기(108)를 구동한다. 전동기 전류 검출부(114)는 전동기(108)의 정회전 및 역회전에 대응한 실제 전동기 전류를 검출하고 실제 전동기 전류 신호로 변환한다.

또한, 전동식 동력보조 조향장치(100)는 조타 보조력 설정부(115)를 포함하고, 조타 보조력 설정부(115)를 통해 제어부(112)에 의해 목표 전동기 전류 신호의 특성이 제어된다. 본 발명의 실시예에 따른 조타 보조력 설정부(115)는 조타 보조력을 불연속적이 아니라 선형적으로 변할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 조타 보조력 설정부(115)는 연속적으로 움직이는 스위치 또는 노브(knob), 또는 연속적 움직임을 표시하는 터치 스크린을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 조타 보조력 설정부(115)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 또는 노브가 Normal, Mode1, 또는 Mode2 중 하나를 선택하는 불연속적 변화에 해당되는 신호를 출력하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 조타 보조력 설정부(115)는 점진적으로 증가하거나 감소하는 선형적 변화를 나타내는 신호를 출력한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 운전자가 노브를 점진적으로 시계 방향으로 회전시킴에 따라 조타 보조력 설정부(115)는 노브의 회전의 따라 특정 차속에서의 조타 보조력이 점진적으로 증가하도록 하는 신호를 출력할 수 있다. 또한 운전자가 노브를 점진적으로 반시계 방향으로 회전시킴에 따라 조타 보조력 설정부(115)는 특정 차속에서의 조타 보조력이 점진적으로 감소하도록 하는 신호를 출력할 수 있다.

도 4는 터치 스크린을 포함하는 조타 보조력 설정부를 통하여 사용자가 조타 보조력을 설정하는 모습을 나타낸다.

운전자가 핸들(102)을 조작하면, 스티어링축(103)에 설치되는 조타 토크 센서(110)가 조타 토크를 검출하여 조타 토크 신호를 제어부 (112)에 공급한다.

스티어링축(103)에 가해지는 조타 토크는, 피니언(105a)의 회전력이 래크축(105b)의 축방향의 직선 운동에 변환되고, 지지봉(106)을 통하여 차륜(107)의 진행방향을 변화시킨다.

제어부(112)는 각종 연산을 처리하기 위한 마이크로 프로세서와 메모리 등을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(112)는 맵 설정부(112a), 경계값 비교부(112b), 및 전류 신호 공급부(112c)를 포함한다.

맵 설정부(112a)는 조타 보조력 설정부(115)로부터 출력된 신호를 입력받아 특정 속도에서 최대 조타 토오크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토오크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 하여 조타 보조력 맵을 설정한다.

예를 들어, 운전자가 도 3의 노브를 시계방향으로 서서히 돌리면 맵 설정부(112a)는 조타 보조력 설정부(115)로부터 출력된 신호를 입력받아 특정 속도에서 최대 조타 토오크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토오크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 점진적으로 증가하도록 한다. 운전자가 노브의 회전을 정지하면 정지된 위치에 해당되는 조타 보조력 맵이 설정된다.

도 6는 본 발명의 실시예에서 사용되는 조타 보조력 맵의 일례를 나타낸다. 도 6의 가로축은 조타 토크를 나타내고, 우측 세로축은 차량의 속도를 나타내며, 좌측 세로축은 목표 전동기 전류를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 고속에서는 조타 토크에 대한 전동기 전류의 비율이 작으므로 운전자는 차량이 고속으로 주행 시 핸들 조작에 많은 힘이 필요하다. 또한 저속에서는 조타 토크에 대한 전동기 전류의 비율이 크므로 운전자는 차량이 저속으로 주행 시 핸들 조작에 상대적으로 적은 힘이 필요하다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 특정 속도에서 최대 조타 토크 및 최대 목표 전동기 전류가 설정된다. 예를 들어, 차량의 속도가 8 kph인 경우 최대 조타 토크는 45 kgf-cm이고 최대 목표 전동기 전류는 듀티비가 93 %인 신호에 의해서 설정된다. 이와 같은 최대 조타 토크 및 최대 목표 전동기 전류의 변화에 의하여 조타 보조력의 특성이 변화될 수 있다.

경계값 비교부(112b)는 맵 설정부(112a)에 의하여 설정된 조타 보조력 맵의 최대 조타 토크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 경계값 이내에 있는지를 판단한다. 경계값은 조향장치의 성능 한계를 나타내는 것으로 최대 조타 토크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 경계값보다 작으면 차량의 조향장치가 정상적으로 동작할 수 있다.

경계값 비교부(112b)로부터 최대 조타 토크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 경계값 이내라는 신호가 입력될 경우, 전류 신호 공급부(112c)는 조타 토크 센서(110) 및 차속 센서(111)로부터 각각 입력받은 조타 토크 신호 및 차속 신호에 해당되는 목표 전동기 전류 신호를 조타 보조력 맵에 따라 출력한다.

전동기 구동부(113)는 목표 전동기 전류 신호에 대응하는 전류를 전동기(108)에 공급한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동시 동력보조 조향장치는 목표 전동기 전류와 실제 전동기 전류 사이의 오차를 줄이거나 없애기 위하여 피드백부(112d), 전동기 전류 제어부(112e) 및 전류 검출부(114)를 더 포함할 수 있다.

피드백부(112d)는 전류 신호 공급부(112c)로부터 입력된 목표 전동기 전류 신호와 전동기(108)에 흐르는 실제 전류에 해당되는 실제 전동기 전류 신호의 전류차 신호를 출력한다.

전동기 전류 제어부(112e)는 피드백부(112d)로부터 전류차 신호를 입력받아 목표 전동기 전류와 실제 전동기 전류의 차이를 보상하는 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 전류차 신호가 실제 전동기 전류가 목표 전동기 전류보다 크다는 것을 나타낼 경우 전동기 전류 제어부(112e)는 그 차이만큼 실제 전동기 전류를 감소시키기 위한 제어 신호를 출력한다. 또한 전류차 신호가 실제 전동기 전류가 목표 전동기 전류보다 작다는 것을 나타낼 경우 전동기 전류 제어부(112e)는 그 차이만큼 실제 전동기 전류를 증가시키기 위한 제어 신호를 출력한다.

이와 같은 제어 신호를 입력받은 전동기 구동부(113)는 전동기(108)에 제어 신호에 해당되는 전류를 공급함으로써 전동기(108)을 구동시킨다.

전류 검출부(114)는 전동기(108)에 흐르는 전동기 전류를 검출하여 이에 해당되는 실제 전동기 전류 신호를 피드백부(112d)로 출력한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 운전자가 다수의 모드들 중 하나의 모드를 선택할 경우, 선택의 폭이 제한적이어서 운전자의 요구를 만족시키기 어려우며 모드 선택의 폭을 늘리기 위해서는 조타 보조력 맵을 모드의 개수만큼 만들어야 하므로 제어부의 메모리 크기 부담이 그만큼 커지게 된다.

이에 비하여 본 발명의 실시예의 경우 운전자는 조타 보조력을 불연속적이 아니라 선형적으로 변하게 할 수 있고, 이와 같은 운전자의 조작이 조향장치의 성능 한계, 즉 경계값 이내에서 이루어지는 지가 판단되므로 안정적으로 조타 보조력이 설정될 수 있다.

운전자가 차량을 주행할 때 느끼는 조타 보조력은 매우 주관적이므로 다수의 모드들 중 하나의 모드하여 조타 보조력을 설정하는 방식은 많은 운전자들을 만족시킬 수 없다. 반면에 본 발명의 실시예의 경우 조타 보조력이 불연속적이 아니라 선형적으로 변하게 할 수 있으므로 운전자들에 맞는 조타 보조력의 설정이 가능하다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

전동기를 포함하는 전동식 동력보조 조향장치에 있어서,
핸들에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응한 조타 토크 신호를 출력하는 조타 토크 센서;
차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서;
점진적으로 증가하거나 감소하는 선형적 변화를 나타내는 신호를 출력하는 조타 보조력 설정부;
상기 조타 보조력 설정부로부터 출력된 신호를 입력받아 특정 속도에서 최대 조타 토오크, 최대 목표 전동기 전류 또는 조타 토오크에 대한 목표 전동기 전류의 비율이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 하여 조타 보조력 맵을 설정하는 맵 설정부;
상기 조타 토크 신호 및 차속 신호에 해당되는 목표 전동기 전류 신호를 상기 조타 보조력 맵에 따라 출력하는 전류 신호 공급부; 및
상기 목표 전동기 전류 신호에 대응하는 전류를 상기 전동기에 공급하는 전동기 구동부를 포함하는 전동식 동력보조 조향장치.
제1항에 있어서,
상기 조타 보조력 설정부는 연속적으로 움직이는 스위치 또는 노브, 또는 연속적 움직임을 표시하는 터치 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 신호 공급부로부터 입력된 목표 전동기 전류 신호와 상기 전동기에 흐르는 실제 전류에 해당되는 실제 전동기 전류 신호의 전류차 신호를 출력하는 피드백부, 상기 피드백부로부터 상기 전류차 신호를 입력받아 목표 전동기 전류와 실제 전동기 전류의 차이를 보상하는 제어 신호를 출력하는 전동기 전류 제어부, 및 상기 전동기에 흐르는 전동기 전류를 검출하여 상기 실제 전동기 전류 신호를 상기 피드백부로 출력하는 전류 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
제1항에 있어서,
상기 최대 조타 토크, 상기 최대 목표 전동기 전류 또는 상기 비율이 경계값 이내에 있는지를 판단하는 경계값 비교부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.