KR20120137032A - 전동식 동력 조향장치의 제어방법 - Google Patents

전동식 동력 조향장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 관한 것으로서, 전동식 동력 조향장치에서 운전자의 조향휠 조작에 의해 작동하는 스티어링 기어의 랙 스트로크를 최대로 이용하여 조향휠의 풀턴시 회전 반경을 최소로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 필요시 선택적으로 랙 스트로크를 모터의 구동을 통해 조향휠의 최대각도를 제한할 수 있어 부품수 감소로 인한 원가 절감이 가능하고, 유턴이나 주차시 편의성을 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 동력 조향장치의 제어방법{CONTROL METHOD OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS}
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전자의 조향휠 조작에 의해 작동하는 스티어링 기어의 랙 스트로크를 선택적으로 제한할 수 있도록 한 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 적용되는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)를 이용하여 차량의 속도에 따라 차량 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 조향 시스템은, 기존의 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering Apparatus: MDPS)로 구분된다.
위에서 설명한 기술은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
차량의 조향 장치는 조향 휠, 컬럼, 랙 기어 등으로 구성된다. 조향 휠을 조작함에 따라 랙 기어가 좌우로 움직이고, 랙 기어의 작동에 의해 타이어가 회전하여 차량 조향을 가능하게 한다.
이때 타이어의 최대 회전각은 랙 기어의 최대 스트로크에 따라 달라진다. 차량은 조향 휠의 최대 조향시에 조향바퀴의 회전에 따라 차체와 간섭이 발생하지 않도록 일정한 간격을 가지도록 설계되며 이로 인해 조향바퀴에 스노우체인을 장착할 수 있는 공간이 생기게 된다.
그러나 이러한 공간 때문에 조향바퀴의 최대 회전각을 이용할 수 없고, 따라서 조향 휠의 최대 회전, 즉 풀턴(Full Turn) 시에 차량의 회전반경에 일정 부분 손해를 볼 수 있다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치에서 운전자의 조향휠 조작에 의해 작동하는 스티어링 기어의 랙 스트로크를 최대로 이용하여 조향휠의 풀턴시 회전 반경을 최소로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 필요시 선택적으로 랙 스트로크를 제한하여 조향휠의 최대각도를 제한할 수 있도록 한 전동식 동력 조향장치의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법은 조향제어부가 조향상태를 입력받는 단계; 조향상태에 따라 보타력을 계산하는 단계; 및 보타력을 계산한 후 조향각도 제한스위치의 작동상태에 따라 모터의 구동을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 조향상태를 입력받는 단계는 조향각 센서, 토크센서 및 차속센서로부터 핸들의 조향각, 칼럼토크 및 차량의 주행속도를 입력받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 모터의 구동을 정시키는 단계는 조향각도 제한스위치의 작동상태를 판단하는 단계; 작동상태를 판단하여 조향각도 제한스위치가 작동상태가 아닌 경우 보타력에 따라 모터를 구동시키는 단계; 및 작동상태를 판단하여 조향각도 제한스위치가 작동상태인 경우 조향상태가 설정각을 초과하면 모터의 구동을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 모터의 구동을 정지시키는 단계는 모터에 인가되는 전기각을 고정시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치에서 운전자의 조향휠 조작에 의해 작동하는 스티어링 기어의 랙 스트로크를 최대로 이용하여 조향휠의 풀턴시 회전 반경을 최소로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 필요시 선택적으로 랙 스트로크를 모터의 구동을 통해 조향휠의 최대각도를 제한할 수 있어 부품수 감소로 인한 원가 절감이 가능하고, 유턴이나 주차시 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 의해 모터로 인가되는 전류파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법의 적용에 의한 조향상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법의 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향장치를 나타낸 사시도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치는 C-EPS 타입으로서, 운전자에 의해 조작되는 핸들(5)의 조향조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 센서(10), 핸들(5)의 칼럼토크를 감지하는 토크센서(20), 차량의 속도를 감지하는 차속센서(30), 핸들(5)의 최대각도를 제한을 선택하기 위한 조향각도 제한 스위치(40), 핸들(5)의 조향력에 모터(미도시)의 동력을 부가하는 감속기구(60) 및 조향각 센서(10), 토크센서(20) 및 차속센서(30)를 통해 조향각, 칼럼토크 및 차량의 주행속도를 입력받아 조향각도 제한스위치(40)의 상태에 따라 감속기구(60)의 모터의 동작을 제어하는 조향제어부(50)를 포함한다.
조향장치는 운전자가 핸들(5)을 조작하게 되면 핸들(5)과 연결된 조향축(62)이 회전하면서 조향축(62)의 회전력에 의해 좌우 이동될 수 있는 랙 기어를 포함하는 랙 기어 어셈블리(64)에 의해 랙 기어와 연결된 타이로드(66)에 의해 조향바퀴(80)에 조향력을 전달하게 된다.
이때 조향각 센서(10)를 통해 핸들(5)의 조향각을 입력받고, 토크센서(20)를 통해 핸들의 칼럼토크를 입력받으며, 차속센서(30)로부터 차량의 주행속도를 입력받은 조향제어부(50)에서는 차량의 주행상태를 파악하여 핸들(5)의 조타력이 상대적으로 가볍거나 무거워질 수 있도록 감속기구(60)의 모터를 제어한다.
특히, 조향제어부(50)는 조향바퀴(80)에 스노우체인(82)이 감기거나 광폭타이어가 적용되어 조향각도 제한스위치(40)가 작동된 경우에는 최대 스트로크를 제한하여 핸들(5)이 기 설정된 최대 조향각보다 작은 설정각까지만 조향 조작될 수 있도록 감속기구(60)의 모터를 제어한다.
즉, 조향제어부(50)는 조향각도 제한스위치(40)의 선택에 따라 핸들(5)이 기 설정된 최대 조향각까지 조향 조작되도록 하거나, 핸들(5)의 최대 조향각도보다 작은 값으로 기 설정된 설정각까지만 조향 조작되도록 제한한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 의해 모터로 인가되는 전류파형을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법의 적용에 의한 조향상태를 나타낸 도면이다.
도 3내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 제어방법은 먼저, 조향제어부(50)가 조향상태를 운전자에 의해 조작되는 핸들(5)의 조향조작에 따른 조향각, 핸들의 칼럼토크 및 차량의 주행속도를 조향각 센서(10), 토크센서(20) 및 차속센서(30)로부터 각각 입력받는다(S10)(S12)(S14).
이렇게 입력된 조향상태를 기반으로 조향제어부(50)에서는 차량의 주행상태를 파악하여 핸들(5)의 조타력이 상대적으로 가볍거나 무거워질 수 있도록 감속기구(60)의 모터를 제어하기 위한 보타력을 계산한다(S16).
이와 같이 조향제어부(50)는 보타력을 계산한 후 조향각도 제한스위치(40)의 작동상태를 판단한다(S18).
이때 조향각도 제한스위치(40)가 작동상태가 아닐 경우에는 정상적으로 계산된 보타력에 따라 모터를 구동하기 위한 전기각을 출력하여 모터를 구동시킨다(S24).
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 감속기구(60)의 모터가 3상 동기 모터인 경우 모터에 인가되는 전기각에 따라서 120deg 위상 차이를 갖는 세 전류 파형에 따라 모터가 구동된다. 따라서 어떤 일정한 각도에서 계산된 전류값을 모터에 인가하면 모터는 전류가 인가된 방향으로 회전하고, 회전에 따라 모터의 각도가 움직이면서 그에 따라 인가해야 할 전류값이 다시 계산된다. 이와 같이 계산된 보타력에 따라 전기각 및 전류값을 모터에 인가함으로써 모터를 구동시킨다.
그러나, 조향각도 제한스위치(40)가 작동상태일 경우에는 입력받은 조향상태에 따라 운전자가 조작하는 핸들(5)의 조향각이 설정각을 초과하여 조작되는가 판단한다(S20).
이때 조향각이 설정각 이하로 조작되는 경우에는 정상적으로 계산된 보타력에 따라 전기각 및 전류값을 모터에 인가함으로써 모터를 구동시켜 보타력이 발생되도록 한다(S24).
그런데, 조향각이 설정각을 초과하여 조작되는 경우에는 모터에 인가되는 전기각을 고정시킴으로써 모터의 구동을 정지시킨다(S22).
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 'A'위치의 전기각 및 'B'의 전류값을 고정적으로 모터에 인가하게 되면 모터는 정지되고 전류의 크기가 클 수록 더 강한 힘으로 정지한다.
이처럼 조향각도 제한스위치(40)가 작동상태일 경우에는 조향각이 설정각을 초과하여 커지게 되면 모터를 고정시키고 작아지면 모터를 정상적으로 되돌림으로써 설정각 이상일 경우 반력 토크를 발생시키는 방법보다 이질감을 줄일 수 있다.
예를들어 조향각도 제한스위치(40)가 작동상태가 아닐 경우에는 도 5의 (가)에 도시된 바와 같이 조향바퀴(80)가 차체(90)와 접촉되지 않는 범위에서 최대 조향각까지 조향 조작이 가능하지만, 도 5의 (나)에 도시된 바와 같이 조향바퀴(80)에 스노우체인(82)을 감기거나 광폭타이어를 적용된 경우에는 조향각도 제한스위치(40)를 작동상태로 선택함으로써 최대 조향각보다 작은 설정각까지만 조향 조작이 가능하게 하여 스노우체인(82)이 차체(90)에 접촉되지 않도록 한다.
한편, 본 실시예에서는 C-EPS에 한정하여 설명하였지만, 감속기구(60)가 적용되는 R-EPS와 P-EPS, 그리고 유압식 파워 스티어링 시스템 등에서도 실시 가능하다.
이와 같이 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치의 제어방법에 따르면, 조향각도 제한스위치를(40) 작동상태에 따라 모터를 구동시키거나 구동을 정지시켜 최대 조향각까지 조향 조작이 가능하도록 함으로써 조향휠의 풀턴시 회전 반경을 줄일 수 있으면서도 스노우체인(82)의 장착이나 광폭타이어의 적용시 최대 조향각을 제한하여 설정각까지만 조향 조작이 가능하도록 한다.
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.
5 : 핸들 10 : 조향각 센서
20 : 토크센서 30 : 차속센서
40 : 조향각도 제한스위치 50 : 조향제어부
60 : 감속기구 62 : 조향축
64 : 랙기어 어셈블리 66 : 타이로드
80 : 조향바퀴 90 : 차체

Claims (4)

  1. 조향제어부가 조향상태를 입력받는 단계;
    상기 조향상태에 따라 보타력을 계산하는 단계; 및
    상기 보타력을 계산한 후 조향각도 제한스위치의 작동상태에 따라 모터의 구동을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조향상태를 입력받는 단계는 조향각 센서, 토크센서 및 차속센서로부터 핸들의 조향각, 칼럼토크 및 차량의 주행속도를 입력받는 것을 특징으로 한다.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모터의 구동을 정시키는 단계는
    상기 조향각도 제한스위치의 작동상태를 판단하는 단계;
    상기 작동상태를 판단하여 상기 조향각도 제한스위치가 작동상태가 아닌 경우 상기 보타력에 따라 상기 모터를 구동시키는 단계; 및
    상기 작동상태를 판단하여 상기 조향각도 제한스위치가 작동상태인 경우 상기 조향상태가 설정각을 초과하면 상기 모터의 구동을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 모터의 구동을 정지시키는 단계는 상기 모터에 인가되는 전기각을 고정시키는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 제어방법.
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