KR20120063190A - 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법 - Google Patents

가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법에 관한 것으로, 기존의 전동식 조향장치에 조향 스트로크 가변시스템을 구현할 수 있는 VRS 제어로직부만을 추가함으로써 별도의 하드웨어 없이도 랙스트로크를 용이하게 가변할 수 있어 간단한 제어로직만으로 가변 조향시스템의 구현이 가능하므로 경제적으로 매우 유리하다.

Description

가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법{MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS WITH VARIABLE RACK STROKE SYSTEM FUNCTION AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 기존의 전동식 조향장치에 조향 스트로크 가변시스템을 구현할 수 있는 VRS 제어로직부만을 추가함으로써 별도의 하드웨어 없이도 랙스트로크를 용이하게 가변할 수 있도록 한 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현재 차량에는 조향 스트로크 가변 시스템(Variable Rack Stroke System: VRS)이 장착되고 있는데, 이 조향 스트로크 가변 시스템(VRS)은 조향축 기어박스의 랙 스트로크를 감소시켜 차량의 회전반경이 증가되도록 하는 등의 차량의 최대 조향각이 가변될 수 있게 함으로써 조향휠에 스노우 체인을 체결하는 등의 경우에는 조향휠의 최대 조향각을 제한하여 차체와 스노우 체인의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 스노우 체인을 사용하지 않는 평상시의 경우에는 차량의 최소 회전반경의 축소가 가능하다.
도 1a는 종래의 조향 스트로크 가변 시스템의 제어장치를 도시한 것으로서, 조향 스트로크 가변 시스템의 작동을 위한 작동스위치(1)와; 상기 작동스위치(1)의 온동작시 조향축(3)의 기어박스에 구비된 구동모터(4)를 구동시켜 랙 스트로크가 증대되도록 하는 제어부(2)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래기술은 도 1b에 도시된 바와 같이, 운전자가 작동스위치(1)를 ON 동작시켰을 때 제어부(2)가 구동모터(4)를 구동시켜 랙 스트로크가 감소되도록 함으로써 차량의 회전반경이 증대되도록 하여 스노우 체인 등의 장착시에도 용이하게 조향이 가능하게 되는 것이다.
그러나, 종래의 조향 스트로크 가변 시스템(Variable Rack Stroke System: VRS)은 별도의 복수개의 모터 등의 하드웨어가 필요하므로 차량의 가격 상승 요인이 되었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기존의 전동식 조향장치에 조향 스트로크 가변시스템을 구현할 수 있는 VRS 제어로직부만을 추가함으로써 별도의 하드웨어 없이도 랙스트로크를 용이하게 가변할 수 있도록 한 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치는 차속 및 기울기, 조향각, 토크와 같은 센서신호를 수신받아 입력하는 센서신호 입력부와; 가변 랙스트로크 기능이 구현되도록 조작하는 VRS 조작버튼과; 상기 센서신호 입력부를 통해 인가된 센서신호를 처리하여 조향 토크값을 연산하는 MDPS 로직부와; 운전자의 조향각이 VRS 설정조향각 이상일 때 구동되어 VRS 제어값을 연산하는 VRS 제어로직부와; 상기 VRS 조작버튼의 조작신호에 의해 상기 센서신호 입력부의 출력신호를 상기 VRS 제어로직부로도 스위칭하는 스위칭부와; 상기 MDPS 로직부로부터 출력값과 VRS 제어로직부의 출력값의 차이를 연산하는 감산기와; 상기 감산기로부터 토크 출력값을 인가받아 조향각을 일정하게 제한하는 모터제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 MDPS 로직부는 조향각이 VRS 조향각 이상인지의 여부를 판단하여 상기 VRS 제어로직부로 해당 초과신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 VRS 제어로직부는 상기 MDPS 로직부로부터 입력 조향각이 VRS 조향각 이상임을 나타내는 신호를 수신받아 상기 VRS 조작버튼이 ON 인지의 여부를 판단하여 구동되게 된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 VRS 제어로직부는 상기 MDPS 로직부에서 제공된 보타토크와 조향각에 따른 게인값을 적용하여 처리하는 VRS 댐핑 제어부와; 운전자의 조작토크(MDPS 인가분) 및 VRS 조향각에 따른 반력토크를 생성하는 VRS 외란제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향방법은 조향각이 VRS 조향각보다 큰 지의 여부를 판단하는 제 1단계와; VRS 조작버튼이 ON 인지의 여부를 판단하는 제 2단계와; VRS 댐핑 제어값을 산출하는 제 3단계와; VRS 외란 제어값을 산출하는 제 4단계와; VRS 댐핑 제어값 및 VRS 외란 제어값을 합산하여 MDPS 토크값에 오버레이하는 제 5단계와; 최종 토크값을 산출하여 모터를 제어하는 제 6단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 3단계는 MDPS에서 출력된 보타토크에 VRS 조향각에 대한 게인값을 곱하며, 게인값은 0 내지 1로 이루어지고, VRS 조향각이 0 이상인 값은 무시하며, 0인 경우에는 게인값을 0으로 적용하고, -10인 경우에는 게인값을 1로 적용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 조향각속도가 기설정값 이상인 경우라면, 댐핑 제어값에 추가 조향각속도 게인값을 곱하여 적용하며, 조향각속도 게인값은 1 내지 1.5이고, 조향각속도에 비례하여 증가하게 된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 4단계는 MDPS를 조작하는 운전자의 조작토크에 대한 반력토크를 생성하는 단계이며, VRS 조향각이 -10도보다 더 작은 경우라면 VRS 제어값을 증가시켜 최대각 이상의 조향이 이루어지지 않게 반력토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법은 가변 조향 시스템을 구현하기 위한 하드웨어의 구성이 필요하지 않고, 간단한 제어로직만으로 가변 조향시스템의 구현이 가능하므로 경제적으로 매우 유리하다는 장점이 있다.
도 1a, 1b는 종래의 실시예에 따른 가변 조향시스템의 구성 및 동작상태를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치의 구성을 도시한 블록구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법의 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 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치의 구성을 도시한 블록구성도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 기존의 전동식 조향장치에 조향 스트로크 가변시스템을 구현할 수 있는 VRS 제어로직부만을 추가함으로써 별도의 하드웨어 없이도 랙스트로크를 용이하게 가변할 수 있도록 한 장치이다.
보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 하드웨어의 장착없이 소프트웨어만의 추가로 가변 조향시스템을 구현할 수 있는 장치로서, 기본적으로 전동식 조향장치(MDPS)가 구성되어져 있다.
이러한 전동식 조향장치(MDPS)는 일반적인 공지 기술로서, 다양한 센서(예컨대, 차속센서, 토크센서, 기울기 센서 등)로부터 센서신호를 인가받아 모터(4)에 조향력을 발생시키는 수단이다.
이에, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 차속 및 기울기, 조향각, 토크와 같은 센서신호를 수신받아 입력하는 센서신호 입력부(6)와; 가변 랙스트로크 기능이 구현되도록 조작하는 VRS 조작버튼(12)과; 상기 센서신호 입력부(6)를 통해 인가된 센서신호를 처리하여 조향 토크값을 연산하는 MDPS 로직부(8)를 포함한다.
이때, 상기 MDPS 로직부(8)는 전동식 조향장치(MDPS)의 내부에 탑재된 공지의 알고리즘으로, 센서신호를 통해 토크값을 연산하는 구성이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 그 내부에 운전자의 조향각이 VRS 설정조향각 이상일 때 구동되어 VRS 제어값을 연산하는 VRS 제어로직부(16)와; 상기 VRS 조작버튼(12)의 조작신호에 의해 상기 센서신호 입력부(6)의 출력신호를 상기 VRS 제어로직부(12)로도 스위칭하는 스위칭부(14)를 포함한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 상시 상기 VRS 제어로직부(16)가 작동되는 것이 아니고, 두가지 조건을 만족할 때 작동되는 바, 우선 조건은 조향각이 VRS 조향각보다 큰 경우이며, 다음 조건으로 상기 VRS 조작버튼(12)이 ON 된 상태인 것이다.
상기 VRS 조작버튼(12)이 ON 된 상태에는 상기 스위칭부(14)가 작동되어 상기 VRS 제어로직부(16)로도 상기 센서신호 입력부(6)의 출력신호가 입력되게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)는 그 내부에 상기 MDPS 로직부(8)로부터 출력값과 VRS 제어로직부(16)의 출력값의 차이를 연산하는 감산기(22)와; 상기 감산기(22)로부터 토크 출력값을 인가받아 조향각을 일정하게 제한하는 모터제어부(10)로 이루어진다.
따라서, 상기 MDPS 로직부(8)로부터 출력값과 VRS 제어로직부(16)의 출력값이 상기 감산기(22)에서 오버레이된다.
이때, 상기 MDPS 로직부(8)는 조향각이 VRS 조향각 이상인지의 여부를 판단하여 상기 VRS 제어로직부(16)로 해당 초과신호를 전송하여 VRS 작동의 제 1조건을 만족하게 한다.
또한, 상기 VRS 제어로직부(16)는 상기 MDPS 로직부(8)로부터 입력 조향각이 VRS 조향각 이상임을 나타내는 신호를 수신받아 상기 VRS 조작버튼(12)이 ON 인지의 여부를 판단하여 구동되는 바, 상기 VRS 조작버튼(12)이 ON된 경우라면 앞서 설명한 바와 같이 제 2조건도 만족하게 되므로 VRS 기능이 작동되게 된다.
한편, 상기 VRS 제어로직부(16)는 상기 MDPS 로직부(8)에서 제공된 보타토크와 조향각에 따른 게인값을 적용하여 처리하는 VRS 댐핑 제어부(18)와; 운전자의 조작토크(MDPS 인가분) 및 VRS 조향각에 따른 반력토크를 생성하는 VRS 외란제어부(20)로 이루어진다.
상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)에 포함된 상기 MDPS 로직부(8)는 센서신호 입력부(6)로부터 차속센서, 기울기 센서 및 조향각센서 등의 센서로부터 센서신호를 수신한다.
그 상태에서, 상기 MDPS 로직부(8)는 조향각이 연산된 VRS 조향각(VRS_ANGLE)보다 큰 지의 여부를 판단한다(S10). 만약, 입력받은 조향각이 VRS 조향각(VRS_ANGLE)보다 큰 경우라면 VRS 작동을 위한 제 1조건을 만족한 것이다.
이때, 상기 VRS 조향각(VRS_ANGLE)의 연산은 현 조향각과 최대각의 차이에 최종 R_ANGLE을 뺀 값을 연산하는 것으로, R_ANGLE(Reference Residual Angle) 최대각(450도)보다 10도 이전에서 제어를 시작하고, R_ANGLE 게인은 조향각속도가 빠를 경우 가중치(1 내지 2)를 곱하여 R_ANGLE 값을 변화시키는 연산을 수행한다.
그러면, 상기 MDPS 로직부(8)는 제 1조건을 만족함에 따른 신호를 상기 VRS 제어로직부(16)로 전송하고, 상기 VRS 제어로직부(16)는 VRS 조작버튼이 ON 인지의 여부를 판단한다(S11). 즉, 상기 센서신호 입력부(6)로부터 신호가 인가되는 지를 판단한다. 신호가 인가된다면 제 2조건도 만족한 것으로 상기 VRS 제어로직부(16)가 작동할 조건을 모두 만족한 것이다.
만약, 상기 제 1, 2 조건중 어느 한 조건이라도 만족하지 않는 경우라면, VRS 작동 상황이 아닌 것으로 판단하고, 기본적인 공지의 MDSP 기능을 수행한다(S12).
상기 제 1, 2 조건을 모두 만족하여 상기 VRS 제어로직부(16)가 작동되면, 상기 VRS 제어로직부(16)에 구비된 VRS 댐핑 제어부(18)가 VRS 댐핑 제어값을 산출하고(S13), 상기 VRS 제어로직부(16)에 구비된 VRS 외란제어부(20)가 VRS 외란 제어값을 산출한다(S14).
이때, 상기 VRS 댐핑 제어값 산출은 MDPS에서 출력된 보타토크에 VRS 조향각에 대한 게인값을 곱하며, 게인값은 0 내지 1로 이루어지고, VRS 조향각이 0 이상인 값은 무시하며, 0인 경우에는 게인값을 0으로 적용하고, -10인 경우에는 게인값을 1로 적용하여 이루어진다.
더불어, 조향각속도가 기설정값 이상인 경우라면, 댐핑 제어값에 추가 조향각속도 게인값을 곱하여 적용하며, 조향각속도 게인값은 1 내지 1.5이고, 조향각속도에 비례하여 증가하게 된다.
또한, 상기 VRS 외란 제어값의 산출은 MDPS를 조작하는 운전자의 조작토크에 대한 반력토크를 생성하는 것이며, VRS 조향각이 -10도보다 더 작은 경우라면 VRS 제어값을 증가시켜 최대각 이상의 조향이 이루어지지 않게 반력토크를 생성한다.
따라서, 상기 VRS 댐핑 제어값 및 VRS 외란 제어값이 산출되면, 상기 VRS 제어로직부(16)는 VRS 댐핑 제어값 및 VRS 외란 제어값을 합산하여 상기 감산기(22)로 인가함으로써 MDPS 토크값과 오버레이한다(S15)(S16).
그 결과로서, 토크값 오버레이를 통해 산출된 최종 토크값으로 모터를 제어하게 된다(S17).
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치(100)를 이용하면 가변 조향 시스템을 구현하기 위한 하드웨어의 구성이 필요하지 않고, 간단한 제어로직만으로 가변 조향시스템의 구현이 가능하므로 경제적으로 매우 유리하다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치 및 그 방법은 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
6 : 센서신호입력부 8 : MDPS 로직부
10 : 모터제어부 12 : VRS 조작버튼
14 : 스위칭부 16 : VRS 제어로직부
18 : VRS 댐핑제어부 20 : VRS 외란제어부
22 : 감산기

Claims (8)

  1. 차속 및 기울기, 조향각, 토크와 같은 센서신호를 수신받아 입력하는 센서신호 입력부와;
    가변 랙스트로크 기능이 구현되도록 조작하는 VRS 조작버튼과;
    상기 센서신호 입력부를 통해 인가된 센서신호를 처리하여 조향 토크값을 연산하는 MDPS 로직부와;
    운전자의 조향각이 VRS 설정조향각 이상일 때 구동되어 VRS 제어값을 연산하는 VRS 제어로직부와;
    상기 VRS 조작버튼의 조작신호에 의해 상기 센서신호 입력부의 출력신호를 상기 VRS 제어로직부로도 스위칭하는 스위칭부와;
    상기 MDPS 로직부로부터 출력값과 VRS 제어로직부의 출력값의 차이를 연산하는 감산기와;
    상기 감산기로부터 토크 출력값을 인가받아 조향각을 일정하게 제한하는 모터제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 MDPS 로직부는 조향각이 VRS 조향각 이상인지의 여부를 판단하여 상기 VRS 제어로직부로 해당 초과신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 VRS 제어로직부는 상기 MDPS 로직부로부터 입력 조향각이 VRS 조향각 이상임을 나타내는 신호를 수신받아 상기 VRS 조작버튼이 ON 인지의 여부를 판단하여 구동되게 된 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 VRS 제어로직부는 상기 MDPS 로직부에서 제공된 보타토크와 조향각에 따른 게인값을 적용하여 처리하는 VRS 댐핑 제어부와;
    운전자의 조작토크(MDPS 인가분) 및 VRS 조향각에 따른 반력토크를 생성하는 VRS 외란제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향장치.
  5. 조향각이 VRS 조향각보다 큰 지의 여부를 판단하는 제 1단계와;
    VRS 조작버튼이 ON 인지의 여부를 판단하는 제 2단계와;
    VRS 댐핑 제어값을 산출하는 제 3단계와;
    VRS 외란 제어값을 산출하는 제 4단계와;
    VRS 댐핑 제어값 및 VRS 외란 제어값을 합산하여 MDPS 토크값에 오버레이하는 제 5단계와;
    최종 토크값을 산출하여 모터를 제어하는 제 6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 3단계는 MDPS에서 출력된 보타토크에 VRS 조향각에 대한 게인값을 곱하며, 게인값은 0 내지 1로 이루어지고, VRS 조향각이 0 이상인 값은 무시하며, 0인 경우에는 게인값을 0으로 적용하고, -10인 경우에는 게인값을 1로 적용하는 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    조향각속도가 기설정값 이상인 경우라면, 댐핑 제어값에 추가 조향각속도 게인값을 곱하여 적용하며, 조향각속도 게인값은 1 내지 1.5이고, 조향각속도에 비례하여 증가하게 된 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 4단계는 MDPS를 조작하는 운전자의 조작토크에 대한 반력토크를 생성하는 단계이며, VRS 조향각이 -10도보다 더 작은 경우라면 VRS 제어값을 증가시켜 최대각 이상의 조향이 이루어지지 않게 반력토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 가변 랙스트로크 구현이 가능한 전동식 조향방법.
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KR20190020859A (ko) 2017-08-21 2019-03-05 현대자동차주식회사 비접촉식 랙스트로크 센서

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