KR20120036203A - 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법에 관한 것으로서, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 조향각 센서를 사용하지 않고 모터의 전기각, 컬럼토크, 차속 및 좌/우측 휠의 휠 스피드를 이용하여 조향각을 산출함으로써 고가의 조향각 센서를 사용하지 않음으로 부품수를 줄이고 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 조향각 센서의 장착 및 교정 등 제조공정을 단순화할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법{METHOD FOR CALCULATING STEERING ANGLE IN MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 파워 스티어링 시스템에서 조향각 센서를 사용하지 않고 모터의 전기각, 컬럼토크, 차속 및 좌/우측 휠의 휠 스피드를 이용하여 조향각을 산출하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법에 관한 것이다.
전동식 파워 스티어링 시스템(Motor Driven Power Steering system ; MDPS)은 운전자의 조향 의지를 전기 신호로 검출하고 검출한 전기 신호에 따른 보조 조향력을 출력함으로써 운전자에게 조향 편의를 제공한다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 일반적인 스티어링 센서를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 전동식 파워 스티어링 시스템은 운전자가 핸들(110)을 조작하면 토크 센서(130)에서 이를 감지하여 전기적인 신호인 토크 신호를 출력하고, ECU(Electronic Controller Unit)(170)는 토크 센서(130)에서 출력한 토크 신호를 이용하여 EPS 모터(150)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하여 EPS 모터(150)를 제어한다.
ECU(170)는 스티어링 컬럼 샤프트(180)에 장착된 조향각 센서(SAS: Steering Angle Sensor)(120)로부터 조향각 신호를 수신함으로써, 핸들(110)의 정확한 위치를 확인하고 이를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 복원 제어 등을 수행한다.
여기서, 조향각 센서(120)는 도 2와 같이 스티어링 컬럼 샤프트(180)에 장착되어 스티어링 컬럼 샤프트(180)와 같이 회전하는 메인 기어(210), 각기 다른 기어비(Ratio)를 가지는 제 1 서브 기어(220) 및 제 2 서브 기어(230), 제 1 서브 기어(220)의 회전량을 감지하는 제 1 감지 센서(240), 제 2 서브 기어(230)의 회전량을 감지하는 제 2 감지 센서(250) 및 제 1 감지 센서(240) 및 제 2 감지 센서(250)에서 감지한 회전량을 이용하여 핸들(110)의 절대 회전각에 해당하는 조향각 신호, 다시 말해서 핸들(110)의 절대 회전각에 해당하는 조향각 정보를 생성하여 ECU(170)로 전달하는 MCU 및 인터페이스 회로부(270)를 포함한다.
위에서 설명한 기술은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
이러한 조향각 센서(120)는 시동 오프(OFF) 또는 전동식 파워 스티어링 시스템의 페일 세이프 작동 등으로 인해 ECU(170)로부터 전원이 차단된 후, 시동 온(ON) 또는 전동식 파워 스티어링 시스템의 정상 상태 복귀 등으로 인해 전원이 다시 공급되더라도 핸들(110)의 절대 회전각에 해당하는 조향각 정보를 출력할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 이와 같이 조향각 센서(120)을 통해 조향각 정보를 생성할 경우 조향각 센서(120)의 가격이 고가이고, 조향각 센서(120)를 스티어링 컬럼 샤프트(180)에 장착할 때에 제 1 서브 기어(220) 및 제 1 감지 센서(240) 간의 간격과 제 2 서브 기어(230) 및 제 2 감지 센서(250) 간의 간격이 일치하지 않는 경우에는 조향각 정보의 정확도가 저하되는 문제점 및 조향각 정보를 ECU(170)로 전송하기 위해 CAN(Controller Area Network) 통신 및 PWM(Pulse Width Modulation) 등의 신호 인터페이스를 추가로 구성해야 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 조향각 센서를 사용하지 않고 모터의 전기각, 컬럼토크, 차속 및 좌/우측 휠의 휠 스피드를 이용하여 조향각을 산출하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법은 모터의 전기각을 입력받는 단계; 전기각을 기반으로 컬럼의 회전각을 산출하는 단계; 핸들의 초기위치를 연산하는 단계; 초기위치가 연산되어 입력될 경우 현재 회전각을 기준위치로 설정하는 단계; 현재 회전각에서 감속기어에 의한 오차를 보정하는 단계; 및 기준위치를 기반으로 컬럼의 회전각을 통해 조향각을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 핸들의 초기위치를 연산하는 단계는 좌/우측 휠 스피드와 컬럼토크와 차속을 입력받는 단계; 좌/우측 휠 스피드와 컬럼토크와 차속으로 핸들의 중립위치를 판단하는 단계; 및 핸들의 중립위치가 판단되면 초기위치를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 핸들의 중립위치를 판단하는 단계는 좌/우측 휠 스피드의 편차가 기준 휠 스피드 이하이고 차속이 기준차속 이상일 경우인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 핸들의 중립위치를 판단하는 단계는 컬럼토크가 기준 토크 이하이고 차속이 기준차속 이상일 경우인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에서 조향각 센서를 사용하지 않고 모터의 전기각, 컬럼토크, 차속 및 좌/우측 휠의 휠 스피드를 이용하여 조향각을 산출함으로써 고가의 조향각 센서를 사용하지 않음으로 부품수를 줄이고 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 조향각 센서의 장착 및 교정 등 제조공정을 단순화할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 전동식 파워 스티어링 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 일반적인 스티어링 센서를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 간략하게 나타낸 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법에서 초기위치를 연산하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 간략하게 나타낸 블록구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 전동식 파워 스티어링 시스템은 토크 센서(310), 감속 기어(320), 모터 위치 센서(330), 좌/우측 휠 스피드 센서(360)(365), 차속센서(370), ECU(Electronic Controller Unit)(340) 및 EPS(Electric Power Steering) 모터(350)를 포함한다.
토크 센서(310)는 핸들(110)의 조향 토크를 검출한 신호인 토크 센서 출력 전압, 즉 토크 신호를 ECU(340)에 전송한다.
감속기어(320)는 스티어링 컬럼 샤프트(180)의 외주에 끼워지는 웜휠(미도시)과 EPS 모터축에 일체로 조립되어 웜휠에 구동력을 전달하는 웜(미도시)으로 구성되어 핸들(110)의 조향시에 EPS 모터(350)의 회전수를 소정의 감속비로 감속하여 스티어링 컬럼 샤프트(180)에 전달한다.
예를 들어, 감속기어(320)의 감속비가 16:1인 경우, EPS 모터(350)가 20바퀴 회전하면 감속 기어(320)는 EPS 모터(350)의 회전수를 감속하여 핸들(110), 즉 스티어링 컬럼 샤프트(180)가 1.25바퀴 회전하도록 한다.
모터 위치 센서(330)는 EPS 모터(350)의 일측에 구비되어 EPS 모터축의 상대 회전각을 감지하고, 상대 회전각에 해당하는 상대 회전각 신호를 발생하여 ECU(340)에 전송하며, EPS 모터 회전축이 1회전 할 때마다 회전 감지 신호를 발생하여 ECU(340)에 전송하다. 여기서, 모터 위치 센서(330)는 엔코더(Encoder), 레졸버(Resolver) 및 홀 센서(Hall Sensor)를 포함한다.
좌/우측 휠 스피드 센서(360)(365)는 차량의 전방 좌/우측 휠의 휠 스피드를 측정하여 ECU(340)로 출력하여, 휠 스피드의 편차를 통해 초기위치를 판단할 수 있도록 한다.
차속센서(370)는 차량의 속도를 측정하여 ECU(340)로 출력한다.
ECU(340)는 토크 센서(310), 모터 위치 센서(330), 좌/우측 휠 스피드 센서(360)(365), 차속센서(370)를 포함한 각 센서에서 검출되는 각종 입력신호에 따라 EPS모터(350)의 출력을 조절하기 위한 모터 제어 전류를 생성하여 EPS 모터(350)를 제어한다.
또한, ECU(340)는 좌/우측 휠 스피드 센서(360)(365)와 차속센서(370)와 토크 센서(310)의 입력값을 통해 핸들(110)의 중립위치를 판단하고 이를 기반으로 EPS 모터축의 상대적 회전각을 산출할 뿐만 아니라 핸들의 절대적 회전각을 산출하여 조향각 정보를 산출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법에서 초기위치를 연산하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법은 먼저, EPS 모터(350)의 전기각을 모터 위치 센서(330)를 통해 입력받는다(S10).
이렇게 입력받은 전기각을 적분하여 컬럼의 회전각을 산출한다(S20).
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 핸들(110)의 중립위치를 판단하기 위해 핸들(110)의 초기위치를 연산한다(S30).
핸들(110)의 초기위치를 연산하기 위해 좌/우측 휠 스피드 센서(360)(365)로부터 전방 좌/우측 휠의 휠 스피드를 입력받는다. 또한, 토크 센서(310)를 통해 컴럼토크를 입력받고, 차속센서(370)로부터 차속을 입력받는다(S31).
이렇게 입력받은 센서값을 통해 핸들(110)의 중립위치를 판단한다(S32).
핸들(110)의 중립위치는 먼저 좌/우측 휠 스피드의 편차가 기준 휠 스피드 이하이고 차속이 기준차속 이상일 경우로 판단할 수 있다.
즉, 좌/우측 휠의 스피드의 편차가 기준 휠 스피드 이하로 발생하지 않을 경우 핸들(110)을 돌리지 않은 상태에서 차량이 움직이는 것으로써 핸들(110)의 중립위치로 판단할 수 있다.
또한, 핸들(110)의 중립위치는 컬럼토크가 기준 토크 이하이고 차속이 기준차속 이상일 경우일 경우로 판단할 수 있다.
즉, 핸들(110)을 돌릴 경우 발생되는 컬럼토크가 기준 토크 이하일 경우 핸들(110)을 돌리지 않은 상태에서 차량이 움직이는 것으로 핸들(110)의 중립위치로 판단할 수 있다.
이렇게 핸들(110)의 중립위치를 판단할 경우 이 상태를 초기위치로 출력한다(S33).
이와 같이 핸들(110)의 초기위치가 연산되어 입력될 경우 컬럼 회전각에 의한 현재 회전각을 기준위치로 설정한다(S40)(S50).
그리고, 현재 회전각에서 기구적인 오차보정을 위해 감속기어인 웜휠기어와 모터 연결구조에서의 오차나 토션바의 비틀림 각 및 히스테리시스에 의한 오차를 보정한다(S60).
이후 이를 기반으로 EPS 모터축의 절대적 회전각 및 핸들(110)의 절대적 회전각을 산출하여 조향각 정보를 산출한다(S70).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110: 핸들 120: 조향각 센서
130, 310: 토크 센서 140, 320: 감속 기어
150, 350: EPS 모터 160, 330: 모터 위치 센서
170, 340 : ECU 180: 스티어링 컬럼 샤프트
210: 메인 기어 220: 제 1 서브 기어
230: 제 2 서브 기어 240: 제 1 감지 센서
250: 제 2 감지 센서 260: MCU 및 인터페이스 회로부
360 : 좌측 휠 스피드 센서 365 : 우측 휠 스피드 센서
370 : 차속센서

Claims (4)

  1. 모터의 전기각을 입력받는 단계;
    상기 전기각을 기반으로 컬럼의 회전각을 산출하는 단계;
    핸들의 초기위치를 연산하는 단계;
    상기 초기위치가 연산되어 입력될 경우 현재 회전각을 기준위치로 설정하는 단계;
    상기 현재 회전각에서 감속기어에 의한 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 기준위치를 기반으로 상기 컬럼의 회전각을 통해 조향각을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 핸들의 초기위치를 연산하는 단계는
    좌/우측 휠 스피드와 컬럼토크와 차속을 입력받는 단계;
    상기 좌/우측 휠 스피드와 상기 컬럼토크와 상기 차속으로 핸들의 중립위치를 판단하는 단계; 및
    상기 핸들의 중립위치가 판단되면 상기 초기위치를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 핸들의 중립위치를 판단하는 단계는
    상기 좌/우측 휠 스피드의 편차가 상기 기준 휠 스피드 이하이고 상기 차속이 기준차속 이상일 경우인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 핸들의 중립위치를 판단하는 단계는
    상기 컬럼토크가 기준 토크 이하이고 상기 차속이 기준차속 이상일 경우인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017024439A (ja) * 2015-07-15 2017-02-02 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
KR20220026725A (ko) * 2020-08-26 2022-03-07 남양넥스모 주식회사 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법

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