KR20130000813A - 오프셋 보정이 가능한 전동식 동력보조 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응하는 조타 토크 신호를 출력하는 토크 센서, 차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서, 상기 모터에 초기 구동 전류가 공급되기 전에 상기 실제전류신호를 입력받아 오프셋 성분을 보상하고, 상기 조타 토크 신호 및 상기 차속 신호에 따라 목표 전류값을 설정하고, 실제전류신호를 입력받아 모터에 흐르는 실제전류와 상기 목표 전류값을 비교하여 상기 목표 전류값을 현재의 차속 및 조타 토크에 따라 정정하여 모터제어신호를 출력하는 전자제어유닛, 상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 모터제어신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터 구동부 및 상기 모터에 흐르는 실제전류를 검출하고 상기 실제전류에 대응하는 상기 실제전류신호를 상기 전자제어유닛으로 출력하는 모터전류센서를 포함한다.

Description

오프셋 보정이 가능한 전동식 동력보조 조향장치{Electric Power Steering Apparatus Capable of Adjusting Offset}

본 발명은 오프셋 보정이 가능한 전동식 동력보조 조향장치에 관한 것이다.

전동식 동력보조 조향 장치의 전자제어유닛(ECU: Electronic Control Unit)은 토크 센서 및 차속 센서와 같은 다양한 센서를 통해 토크 신호 및 차속 신호와 같은 각종 신호를 입력받아 적정한 토크 목표값 및 전류 목표값을 발생시켜 모터제어장치에 전달하고, 모터제어장치는 전자제어유닛으로부터 입력된 토크 목표값 및 전류 목표값에 근거하여 모터의 토크 제어를 수행한다. 모터의 토크 제어를 수행하기 위해서는 모터의 회전 상태 및 부하 전류 등에 대한 실시간 피드백 정보가 필요하다. 이때 사용되는 것이 모터전류센서다.

모터전류센서는 모터에 흐르는 실제 전류인 모터 전류를 측정하여 측정된 모터 전류를 모터 제어 장치에 피드백한다. 모터전류센서는 그 작동 원리에 따라 전류에 의해 발생되는 자기장의 크기를 전기 신호로 전달하는 홀 아이씨(Hall IC) 방식 모터전류센서와, 모터에 흐르는 전류를 저항에 걸리는 전압으로서 피드백하는 션트 저항(Shunt Register) 방식 모터전류센서 등으로 나뉠 수 있다.

모터전류센서의 전류측정은 온도 등의 외부 환경과, 회로 자체가 가지는 정확도, 선형성(Linearity) 등에 의해 제약을 받을 수밖에 없다. 그 중 가장 대표적인 제약 사항은 모터전류센서가 가지는 오프셋 성분으로서, 모터전류센서의 오프셋 성분은 모터 전류를 왜곡시켜 모터에서의 토크 리플(torque ripple)을 유발시킨다. 유발된 토크 리플은 조향 장치 전반에 리플로서 작용한다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 모터전류센서의 오프셋 성분을 보상할 수 있는 전동식 동력보조 조향장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응하는 조타 토크 신호를 출력하는 토크 센서, 차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서, 상기 모터에 초기 구동 전류가 공급되기 전에 상기 실제전류신호를 입력받아 오프셋 성분을 보상하고, 상기 조타 토크 신호 및 상기 차속 신호에 따라 목표 전류값을 설정하고, 실제전류신호를 입력받아 모터에 흐르는 실제전류와 상기 목표 전류값을 비교하여 상기 목표 전류값을 현재의 차속 및 조타 토크에 따라 정정하여 모터제어신호를 출력하는 전자제어유닛, 상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 모터제어신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터 구동부 및 상기 모터에 흐르는 실제전류를 검출하고 상기 실제전류에 대응하는 상기 실제전류신호를 상기 전자제어유닛으로 출력하는 모터전류센서를 포함한다.

상기 초기 구동 전류가 공급되기 전에 상기 모터에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.

상기 전자제어유닛은 시동 신호를 입력받은 후 상기 모터구동부를 제어하여 일정 시간 동안 상기 모터에 초기 구동 전류가 공급되지 않을 수 있다.

상기 전자제어유닛은 상기 오프셋 성분이 보상되도록 상기 오프셋 성분을 쉬프팅할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 모터에 초기 구동 전류가 공급되기 이전에 모터전류센서의 오프셋 성분이 보상됨으로써 오프셋 성분이 정확하게 보상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 오프셋 성분 보상 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 오프셋 성분의 보상이 이루어지지 않은 상태에서 모터에 흐르는 전류를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 통하여 오프셋 성분에 대한 보상이 이루어진 상태에서 모터에 흐르는 전류를 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 토크 센서(110), 차속 센서(111), 전자제어유닛(112), 모터 구동부(113), 및 모터전류센서(114)를 포함한다.

토크 센서(110)는 조향 휠(steering wheel)(102)에 작용하는 조타 토크를 검출하고 조타 토크에 대응한 조타 토크 신호를 출력한다. 운전자가 조향 휠(102)을 조작하면, 스티어링축(103)에 설치되는 토크 센서(110)가 조타 토크를 검출하여 조타 토크 신호를 전자제어유닛 (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.

차속 센서(111)는 차량 속도를 검출하고 차량 속도에 대응한 차속 신호를 출력한다.

전자제어유닛(112)은 조타 토크 신호 및 차속 신호에 따라 모터(108)를 구동하기 위한 목표 전류값을 설정하고, 모터전류센서(114)로부터 실제전류신호를 입력받아 모터(108)에 흐르는 실제전류와 목표 전류값을 비교하여 목표 전류값을 현재의 차속 및 조타 토크에 따라 정정하여 모터제어신호를 출력한다. 이 때 모터제어신호는 3상 PWM (Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다.

모터 구동부(113)는 전자제어유닛(112)으로부터 출력된 모터제어신호에 따라 모터(108)에 전류를 공급한다.

모터전류센서(114)는 모터(108)에 흐르는 실제전류를 검출하고 실제전류에 대응하는 실제전류신호를 전자제어유닛(112)으로 출력한다.

이와 같은 과정을 통하여 모터(108)가 구동하면, 모터(108)의 구동력은 모터(108)의 회전축과 연결된 하이포이드 기어(hypoid gear)(104)를 통하여 래크/피니언 기구(105), 지지봉(106), 차륜(107)으로 전달된다. 이 때 래크/피니언 기구(105)는 피니언(pinion)(105a) 및 래크(rack)축(105b)을 포함할 수 있다.

이 때 전자제어유닛(112)은 모터(108)에 전류가 공급되지 않은 상태에서 모터전류센서(114)로부터 실제전류신호를 입력받는다. 예를 들어, 전자제어유닛(112)은 시동 신호를 입력받은 후 모터구동부(113)를 제어하여 일정 시간 동안 모터(108)에 초기 구동 전류가 공급되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라 초기 구동 전류가 공급되기 전에는 모터(108)에는 전류가 흐르지 않는다.

이와 같이 모터(108)에 전류가 공급되지 않은 상태에서 전자제어유닛(112)이 모터전류센서(114)로부터 실제전류신호를 입력받는 것은 모터전류센서(114)의 오프셋 성분을 정확하게 측정하기 위해서이다.

이상적으로는 모터(108)에 전류가 공급되지 않으면 모터전류센서(114)는 전류를 검출할 수 없다. 그러나 모터(108)에 전류가 공급되지 않더라도 모터전류센서(114)의 오프셋 성분에 의하여 모터전류센서(114)는 전자제어유닛(112)으로 전류값이 0이 아닌 실제전류신호를 출력할 수 있다.

이에 따라 전자제어유닛(112)은 모터(108)에 전류가 공급되지 않을 때 모터전류센서(114)로부터 입력된 실제전류신호의 오프셋 성분을 보상한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 오프셋 성분 보상 동작을 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치의 오프셋 성분 보상 결과를 나타내는 그래프이다. 도 2에서 좌측의 그래프는 오프셋 성분이 보상되지 않을 때 모터전류센서(114)에 의하여 검출된 전류의 변화를 나타내고, 도 2의 좌측의 그래프는 오프셋 성분이 보상될 때 모터전류센서(114)에 의하여 검출된 전류의 변화를 나타낸다.

또한 도 2에서 'Main Relay On'은 모터구동부(113)의 릴레이(relay)가 전자제어유닛(112)의 제어에 따라 턴온되어 모터(108)에 초기 구동 전류를 공급하는 것을 나타낸다. 이상적으로는 초기 구동 전류가 공급되기 이전에는 모터(108)에 전류가 흐르지 않아야 하나 모터전류센서(114)의 오프셋 성분에 의하여 전류가 검출되는 것처럼 나타낸다.

이에 따라 도 2의 우측 그래프들과 같이 전자제어유닛(112)은 모터(108)에 초기 구동 전류의 공급 이전에 실제전류신호를 모터전류센서(114)로부터 입력받아 오프셋 성분을 보상한다. 도 2의 우측 그래프들에서 실선 박스 1은 모터전류센서(114)의 오프셋 성분에 의한 전류를 나타내고, 실선 박스 2는 오프셋 성분이 보상된 이후의 전류를 나타낸다. 도 2의 우측 그래프들에 나타난 바와 같이, 전자제어유닛(112)은 오프셋 성분이 보상되도록 오프셋 성분을 쉬프팅한다. 예를 들어, 도 2의 우측 그래프들에 나타난 바와 같이, 오프셋 성분의 평균이 -0.8 A, -2 A 및 +1.5 A인 경우, +0.8 A, +2 A 및 -1.5 A 보상량만큼 쉬프팅되어 전류 성분의 평균이 0 A에 가까워진다.

이와 같이 오프셋 성분이 보상량이 결정된 이후에 모터(1008)에 초기 구동 전류가 릴레이를 통하여 공급되면, 모터전류센서(114)의 오프셋 성분이 존재하더라도 전자제어유닛(112)이 결정된 보상량만큼 계속하여 오프셋 성분을 보상하므로 정확한 모터(108) 제어가 이루어질 수 있다.

또한 모터전류센서(114)의 오프셋 성분은 습도와 같은 주변 환경에 따라 변할 수 있으므로 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치는 가변적인 오프셋 성분을 정확하게 보상할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치는 모터(108)에 초기 구동 전류가 공급되기 이전에 오프셋 성분을 보상하므로 정확한 보상이 이루어질 수 있다. 즉, 초기 구동 전류의 공급 이후에는 모터(108)에 전류가 흐르므로 모터전류센서(114)의 오프셋 성분과 모터(108)에 흐르는 전류를 구별하는 것은 어려울 수 있다. 반면에 본 발명의 실시예와 같이 초기 구동 전류가 공급되지 않으면 모터(108)에 전류가 흐르지 않아야 하므로 초기 구동 전류의 공급 이전에 모터전류센서(114)에 의하여 출력된 실제전류신호를 통하여 모터전류센서(114)의 오프셋 성분을 구별하는 것은 용이하며, 오프셋 성분의 보상량 또한 정확할 수 있다.

도 3은 오프셋 성분의 보상이 이루어지지 않은 상태에서 모터에 흐르는 전류를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 동력보조 조향장치를 통하여 오프셋 성분에 대한 보상이 이루어진 상태에서 모터에 흐르는 전류를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 오프셋 성분의 보상이 이루어지지 않은 상태에서 모터(108)에 전류가 공급되면 전류의 변동폭이 커져 토크 리플이 크게 일어남을 알 수 있다.

반면에 도 4에 도시된 바와 같이, 오프셋 성분의 보상이 이루어진 상태에서 모터(108)에 전류가 공급되면 전류의 변동폭이 작아져 토크 리플이 크게 감소함을 알 수 있다.

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 (4)

1. 조향 휠에 작용하는 조타 토크를 검출하고 상기 조타 토크에 대응하는 조타 토크 신호를 출력하는 토크 센서;
   차량 속도를 검출하고 상기 차량 속도에 대응하는 차속 신호를 출력하는 차속 센서;
   상기 모터에 초기 구동 전류가 공급되기 전에 상기 실제전류신호를 입력받아 오프셋 성분을 보상하고, 상기 조타 토크 신호 및 상기 차속 신호에 따라 목표 전류값을 설정하고, 실제전류신호를 입력받아 모터에 흐르는 실제전류와 상기 목표 전류값을 비교하여 상기 목표 전류값을 현재의 차속 및 조타 토크에 따라 정정하여 모터제어신호를 출력하는 전자제어유닛;
   상기 전자제어유닛으로부터 출력된 상기 모터제어신호에 따라 상기 모터에 전류를 공급하는 모터 구동부; 및
   상기 모터에 흐르는 실제전류를 검출하고 상기 실제전류에 대응하는 상기 실제전류신호를 상기 전자제어유닛으로 출력하는 모터전류센서
   를 포함하는 전동식 동력보조 조향장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초기 구동 전류가 공급되기 전에 상기 모터에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전자제어유닛은 시동 신호를 입력받은 후 상기 모터구동부를 제어하여 일정 시간 동안 상기 모터에 초기 구동 전류가 공급되지 않는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전자제어유닛은 상기 오프셋 성분이 보상되도록 상기 오프셋 성분을 쉬프팅하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력보조 조향장치.

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