KR20120137087A - 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 전동식 파워 스티어링이 장착된 차량에서 후진시에 발생할 수 있는 구동축 및 볼조인트의 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 이를 위해, 변속기의 후진단 상태를 검출하는 후진단 검출부와; 후진시 운전자의 스티어링 휠 조작에 의해 스티어링 구동축 및 이에 연결된 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 차량 운전 조건을 검출하기 위한 검출부와; 상기 각 검출부를 통해 후진단 상태와 스티어링 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건이 검출되는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 제어부;를 포함하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치가 개시된다.

Description

전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법{System and method for controlling motor driven power steering}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 파워 스티어링이 장착된 차량에서 후진시에 발생할 수 있는 구동축 및 볼조인트의 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 파워 스티어링 시스템은 유압을 이용하는 유압식과 전기모터의 동력을 이용하는 전동식이 있다.
유압식은 유압펌프가 엔진의 힘으로 유체를 펌핑하여 유압을 형성하고 있다가 운전자가 핸들(스티어링 휠)을 돌릴 때 조향하는 방향으로 유압을 보내어 핸들링이 가벼워지도록 하는 것이고, 전동식 파워 스티어링(Motor Driven Power Steering; 이하, MDPS라 한다)은 전기모터를 이용하여 조타력을 향상시키도록 하는 것이다.
상기 MDPS는 주행 조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘하게 되므로 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 제공하게 된다.
이와 같은 MDPS는 스티어링 휠과 결합된 스티어링 샤프트에 일체로 결합된 웜휠과, 상기 웜휠에 치합되어 결합된 웜샤프트와, 상기 웜샤프트의 일단과 연결되면서 제어부의 제어에 의해 구동하여 상기 웜샤프트로 동력을 전달하는 MDPS 모터를 포함하여 구성된다.
한편, 파워 스티어링 시스템이 장착된 차량에서 후진시에 운전자가 스티어링 휠을 과다하게 턴 조작하는 경우 스티어링 구동축(drive shaft), 특히 구동축에 연결된 볼조인트가 파손될 수 있는 문제가 있다.
이로 인해 운전자의 클레임 발생 및 A/S 비용 상승의 문제점이 초래되고 있는바, 이는 차량의 상품성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하고 있다.
이와 같이 차량 후진시 발생할 수 있는 구동축 및 볼조인트 파손 문제를 해소하기 위해서는 파손이 발생할 수 있는 조건에서 스티어링 랙의 스트로크를 제한하고 구동축의 과도한 절각 증가를 방지하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출된 것으로서, 전동식 파워 스티어링이 장착된 차량에서 후진시에 발생할 수 있는 구동축 및 볼조인트의 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 변속기의 후진단 상태를 검출하는 후진단 검출부와; 후진시 운전자의 스티어링 휠 조작에 의해 스티어링 구동축 및 이에 연결된 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 차량 운전 조건을 검출하기 위한 검출부와; 상기 각 검출부를 통해 후진단 상태와 스티어링 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건이 검출되는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 제어부;를 포함하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 차량 운전 조건을 검출하기 위한 검출부는, 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와; 차속을 검출하는 차속 검출부와; 조향각을 검출하는 조향각 검출부;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제어부는 후진단 상태에서 엔진 회전수가 기준 RPM 이상이면서 차속이 기준속도 이상이고 조향각이 기준각 이상인 차량 운전 조건에서 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하도록 설정됨이 바람직하다.
또한 상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터가 보조하는 조타력이 저감되도록 MDPS 모터의 구동력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터에서 운전자의 조타방향과 반대방향인 역 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 후진단 검출부에서 변속기의 후진단 상태가 검출되어 제어부에 입력되는 단계와; 후진시 차량 내 검출부에서 차량 운전 조건이 검출되어 제어부에 입력되는 단계와; 상기 제어부가 상기 각 검출부를 통해 후진단 상태와 스티어링 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건을 검출하는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제어부는 후진단 상태에서 엔진 회전수가 기준 RPM 이상이면서 차속이 기준속도 이상이고 조향각이 기준각 이상인 차량 운전 조건에서 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터가 보조하는 조타력이 저감되도록 MDPS 모터의 구동력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터에서 운전자의 조타방향과 반대방향인 역 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 후진시 구동축 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건(후진단에서 엔진 회전수 및 차속, 조향각 과다 조건)을 검출한 경우 제어부가 MDPS 모터의 구동을 제어하여 운전자 스티어링 휠 조작을 억제(조타 억제)시킴으로써, 스티어링 랙의 스트로크를 제한하고, 구동축의 과도한 절각 증가를 방지하여 구동축 및 볼조인트의 파손 방지를 도모할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 종래의 문제점, 즉 후진 주차/주행 모드 전 영역에서 랙 스트로크를 줄임으로 인한 운전자의 불편 사항을 해소할 수 있고, 구동축 및 볼조인트 파손으로 인한 필드 클레임 발생 방지, A/S 비용 절감, 볼조인트 경 축소에 따른 원가 절감 등의 여러 이점이 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 전동식 파워 스티어링이 장착된 차량에서 후진시에 발생할 수 있는 구동축 및 볼조인트의 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는 후진시 구동축 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건, 즉 후진단(R단), 일정 수준 이상의 엔진 회전수 및 차속 조건, 조향각 과다 조건을 검출한 경우 제어부가 MDPS 모터의 구동을 제어하여 운전자 스티어링 휠 조작을 억제(조타 억제)시킴으로써, 스티어링 랙의 스트로크를 제한하고, 구동축의 과도한 절각 증가를 방지하여 구동축 및 볼조인트의 파손 방지를 도모할 수 있도록 한 점에 주된 특징이 있는 것이다.
본 발명자는 해당 차종에 대하여 반복된 선행 테스트를 통해 차량 후진시 일정 수준 이상의 엔진 회전수 및 차속 조건에서 스티어링 휠을 풀턴(full turn)(최대로 회전 조작되는 상태) 수준에 근접하는 조향각으로 조작하는 경우 구동축 파단 또는 볼조인트 파손이 발생하는 것을 실험적으로 확인하여 본 발명을 완성하였다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링(MDPS) 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 본 발명의 제어 장치는 후진단 입력 및 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 차량 운전 조건을 검출하기 위한 구성부를 포함하는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 변속기의 후진단(R단) 입력 상태를 검출하는 후진단 검출부(11)와; 현재의 엔진 회전수(rpm)를 검출하는 엔진 회전수 검출부(12)와; 현재의 차속을 검출하는 차속 검출부(13)와; 스티어링 휠의 각도, 즉 조향각을 검출하는 조향각 검출부(14)와; 상기 각 검출부(11~14)를 통해 후진단에서 스티어링 구동축 및 이에 연결된 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 차량 운전 조건을 검출하는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제(조타 억제)시킬 수 있도록 MDPS 모터(30)의 구동을 제어하는 제어부(20)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 후진단 검출부(11)는 변속기 정보를 수집하기 위한 것으로, 특히 변속단이 후진단인 조건을 검출하는데 사용되며, 이는 운전자의 변속레버 조작상태에 따른 변속레버 위치 신호를 출력하는 변속레버 검출부(즉, 변속레버 포지션 센서)가 될 수 있다.
상기 변속레버 검출부는 운전자가 변속레버를 조작할 경우에 변속레버의 조작된 위치에 따른 신호, 특히 제어부(20)가 변속레버 위치를 인식할 수 있도록 변속레버 위치에 따른 구분된 신호를 출력하게 되며, 제어부(20)가 변속레버 검출부의 신호를 입력받음으로써 변속기의 후진단 입력 상태를 인식할 수 있게 된다.
또한 상기 엔진 회전수 검출부(12)는 차량에 기 장착된 엔진 회전수 센서, 그리고 상기 차속 검출부(13)는 차량에 기 장착된 통상의 차속 센서, 상기 조향각 검출부(14)는 차량에 기 장착된 통상의 조향각 센서(SAS)가 될 수 있다.
상기 제어부(20)는 후진단 검출부(변속레버 검출부)(11), 엔진 회전수 검출부(12), 차속 검출부(13), 및 조향각 검출부(14)의 검출신호를 입력받아, 그로부터 후진시 차량 운전 조건이 스티어링 구동축 및 이에 연결된 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 기 설정된 조건에 해당하는지를 판정하는데, 차량의 변속단이 후진단이면서 엔진 회전수가 기준 RPM 이상인 조건, 차속이 기준속도 이상인 조건, 조향각이 스티어링 휠의 풀턴 수준에 근접하는 기준각 이상인 조건을 모두 만족하는 경우 조타 억제를 위한 MDPS 모터 제어를 수행한다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 일 실시예로서, 상기한 차량 운전 조건을 만족하는 경우(S11~S14), 제어부(20)가 전류값 제한으로 MDPS 모터(30)의 구동력을 저감시켜 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하도록 설정될 수 있다(S15).
상기와 같이 MDPS 모터(30)의 구동력을 저감시키는 경우, MDPS 모터(30)가 보조하는 조타력이 저감되고, 결국 운전자가 느끼는 스티어링 휠의 조작감이 무거워지면서 스티어링 랙의 스트로크를 제한할 수 있게 된다.
또한 구동축의 절각 증가가 방지되면서 구동축의 파단 또는 볼조인트의 파손이 방지될 수 있게 된다.
상기와 같이 MDPS 모터(30)의 구동력 저감(조타 보조력(steering assist) 저감)은 운전자로 하여금 스티어링 휠을 같은 방향으로 더 이상 조작하는 것이 어려워지도록 하는 것(조타 억제)을 의미한다.
이러한 본 발명의 조타 억제 제어 과정에서, 상기 기준 RPM, 기준속도는, 해당 차종에 대해 선행 테스트를 실시하여, 후진단에서 스티어링 휠의 풀턴 수준 조작시 구동축 또는 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 엔진 회전수 및 차속의 임계값을 획득하고, 이어 반복된 선행 테스트를 통해 구해지는 임계값으로부터 설정되어 제어부(20)에 입력되는 값이 될 수 있다.
이러한 기준 RPM과 기준속도는 차종에 따라 달라질 수 있으므로 본 발명에서 특정하게 한정하지는 않는다.
한편, 상기와 같이 MDPS 모터(30)의 구동력을 저감시키는 방식 대신, 도 3에 나타낸 바와 같이, 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 MDPS 모터(30)에 미리 설정된 역 구동력을 발생(S15')시키는 방식이 채택될 수 있다.
즉, 제어부(20)가 조타토크 방향과 반대방향의 역 토크를 MDPS 모터(30)에 인가하여 운전자로 하여금 스티어링 휠을 더 이상 조작하는 것이 어려워지도록 하는 것이다.
이 경우도 도 2의 실시예와 마찬가지로 운전자가 스티어링 휠을 어느 한 방향으로 일정 수준 이상 조작하는 것을 억제하므로, 스티어링 랙의 스트로크가 제한될 수 있고, 결국 구동축의 절각 증가가 방지되면서 구동축의 파단 또는 볼조인트의 파손이 방지될 수 있게 된다.
이와 같이 하여, 상술한 본 발명의 전동식 파워 스티어링 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 후진시 구동축 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건(후진단에서 엔진 회전수 및 차속, 조향각 과다 조건)을 검출한 경우 제어부가 MDPS 모터의 구동을 제어하여 운전자 스티어링 휠 조작을 억제(조타 억제)시킴으로써, 스티어링 랙의 스트로크를 제한하고, 구동축의 과도한 절각 증가를 방지하여 구동축 및 볼조인트의 파손 방지를 도모할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 종래의 문제점, 즉 후진 주차/주행 모드 전 영역에서 랙 스트로크를 줄임으로 인한 운전자의 불편 사항을 해소할 수 있고, 구동축 및 볼조인트 파손으로 인한 필드 클레임 발생 방지, A/S 비용 절감, 볼조인트 경 축소에 따른 원가 절감 등의 여러 이점이 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 변속레버 검출부 12 : 엔진 회전수 검출부
13 : 차속 검출부 14 : 조향각 검출부
20 : 제어부 30 : MDPS 모터

Claims (9)

  1. 변속기의 후진단 상태를 검출하는 후진단 검출부와;
    후진시 운전자의 스티어링 휠 조작에 의해 스티어링 구동축 및 이에 연결된 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 차량 운전 조건을 검출하기 위한 검출부와;
    상기 각 검출부를 통해 후진단 상태와 스티어링 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건이 검출되는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 제어부;
    를 포함하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 운전 조건을 검출하기 위한 검출부는,
    엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와;
    차속을 검출하는 차속 검출부와;
    조향각을 검출하는 조향각 검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 후진단 상태에서 엔진 회전수가 기준 RPM 이상이면서 차속이 기준속도 이상이고 조향각이 기준각 이상인 차량 운전 조건에서 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터가 보조하는 조타력이 저감되도록 MDPS 모터의 구동력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터에서 운전자의 조타방향과 반대방향인 역 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  6. 후진단 검출부에서 변속기의 후진단 상태가 검출되어 제어부에 입력되는 단계와;
    후진시 차량 내 검출부에서 차량 운전 조건이 검출되어 제어부에 입력되는 단계와;
    상기 제어부가 상기 각 검출부를 통해 후진단 상태와 스티어링 구동축 및 볼조인트의 파손이 발생할 수 있는 설정된 차량 운전 조건을 검출하는 경우 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 후진단 상태에서 엔진 회전수가 기준 RPM 이상이면서 차속이 기준속도 이상이고 조향각이 기준각 이상인 차량 운전 조건에서 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위한 MDPS 모터의 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터가 보조하는 조타력이 저감되도록 MDPS 모터의 구동력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작을 억제하기 위해 상기 MDPS 모터에서 운전자의 조타방향과 반대방향인 역 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.





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