KR20130030634A - 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법 - Google Patents

전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법에 관한 것으로 차량의 속도를 감지하는 차속센서, 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서 및 차량의 속도와 차량의 휠 속도를 기초로 조향 휠을 복원하기 위해 필요한 복원토크를 산출하고, 차량이 정상선회 상태인지 판단하여 조향 휠을 복원하는 제어부를 포함하여 구성되며, 차량이 정상적으로 선회 중인 경우에만 조향 휠의 복원을 수행하므로, 미끄러운 빙판 노면을 주행하는 경우나 차량의 급가속 또는 급감속이 이루어지는 경우에 발생할 수 있는 이상 복원을 방지할 수 있어 복원의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECOVERING STEER OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING}
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향각 센서 대신에 전륜과 후륜의 휠 속도를 이용하여 조향 휠의 복원을 수행하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering, 이하 MDPS)는 전기모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 MDPS는 기존의 유압식 조향보조장치(Hydraulic Power Steering, 이하 HPS)와 달리 주행 조건에 따라 자동으로 전기 모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
한편, 운전자는 차량 선회시에 조향 입력을 가한 후, 선회가 어느 정도 이루어졌다고 판단되면 조향 휠에서 서서히 손을 놓게되고, 조향 휠은 중앙으로 복원된다.
하지만, MDPS는 HPS에 비해 조향 휠에 부여된 자기정렬토크(Self Alignment Torque)가 작아서 조향 휠이 중앙으로 충분히 복원되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 MDPS는 조향각 센서를 구비하여 조향각을 기초로 산출되는 복원토크를 인가하여 조향 휠의 복원성능을 향상시켰다.
하지만, 이와 같이 조향각을 기초로 복원토크를 산출하는 경우에 조향각 센서 개발로 인한 MDPS의 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 조향각 센서 대신에 좌우 휠 속도의 차이를 기초로 조향각을 추정하여 복원토크를 산출하는 방법이 제안되고 있다.
하지만, 차량이 미끄러운 빙판 노면을 주행하는 등으로 좌우 휠에 슬립이 발생하는 경우나 차량의 급가속 또는 급감속이 이루어지는 경우, 차량의 선회와 무관하게 좌우 휠 속도의 차이가 발생하여 이상 복원이 수행될 수 있는 문제점이 있다.
즉, 좌우 휠 속도의 차이를 기초로 조향 복원을 제어하는 방법은 차량이 정상상태의 노면을 선회하는 경우에만 그 신뢰성이 보장되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0114995호 '전동 조향 장치의 조향 복원 방법' (2010.10.27)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 전륜과 후륜의 휠 속도를 기초로 차량이 정상적으로 선회 중인지를 판단하여 조향 휠 복원의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치는 차량의 속도를 감지하는 차속센서; 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서; 및 차량의 속도와 차량의 휠 속도를 기초로 조향 휠을 복원하기 위해 필요한 복원토크를 산출하고, 차량이 정상선회 상태인지 판단하여 조향 휠을 복원하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 제어부는 차량의 속도 및 좌우 휠 속도의 차이를 기초로 복원토크를 산출하는 복원토크 산출부; 및 전륜 좌측 휠 속도와 전륜 우측 휠 속도를 합하여 산출한 전륜 속도합 및 후륜 좌측 휠 속도와 후륜 우측 휠 속도를 합하여 산출한 후륜 속도합을 기초로 차량이 정상선회 상태인지 판단하는 정상선회 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 정상선회 판단부는 전륜 속도합을 후륜 속도합으로 나눈 값이 기준범위 이내이면 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 정상선회 판단부는 전륜 속도합과 후륜 속도합의 차이 값이 기준차이값 이하이면 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 기준차이값은 차량의 속도에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법은 제어부가 차량의 좌우 휠 속도의 차이와 차량의 속도를 기초로 복원토크를 산출하는 단계; 제어부가 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도를 기초로 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 단계; 및 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단한 결과, 차량이 정상선회 상태이면, 제어부가 상기 복원토크에 대응되는 전류를 모터에 인가하여 조향 휠을 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 단계는 제어부가 차량의 전륜 좌측 휠 속도와 전륜 우측 휠 속도를 합하여 전륜 속도합을 산출하는 제1 산출단계; 제어부가 차량의 후륜 좌측 휠 속도와 후륜 우측 휠 속도를 합하여 후륜 속도합을 산출하는 제2 산출단계; 및 제어부가 전륜 속도합과 후륜 속도합을 기초로 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 최종판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 최종판단단계에서 제어부는 전륜 속도합을 후륜 속도합으로 나눈 값이 기준범위 이내이면 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 최종판단단계에서 제어부는 전륜 속도합과 후륜 속도합의 차이 값이 기준차이값 이하이면 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 기준차이값은 차량의 속도에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량이 정상적으로 선회 중인 경우에만 조향 휠의 복원을 수행하므로, 미끄러운 빙판 노면을 주행하는 경우나 차량의 급가속 또는 급감속이 이루어지는 경우에 발생할 수 있는 이상 복원을 방지할 수 있어 복원의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 조향각 센서를 사용하지 않고, 차량의 속도 및 차량의 휠 속도를 기초로 조향 휠의 복원을 수행함으로써, MDPS 제조 원가를 절감할 수 있고, 이에 따라 저가형 MDPS 적용 차량의 상품성을 제고할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치 및 복원방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치의 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치는 차속센서(10), 휠 속도센서(20), 제어부(30) 및 모터(40)를 포함한다.
차속센서(10)는 주행 중인 차량의 속도를 감지하여 제어부(30)에 전달한다.
휠 속도센서(20)는 주행 중인 차량의 휠 속도를 감지하여 제어부(30)에 전달한다.
이때, 휠 속도센서(20)는 전륜 좌측 휠 속도(V_FL), 전륜 우측 휠 속도(V_FR), 후륜 좌측 휠 속도(V_RL) 및 후륜 우측 휠 속도(V_RR)를 감지하여 각각의 값을 제어부(30)에 전달할 수 있다.
제어부(30)는 차속센서(10)로부터 전달되는 차량의 속도와 휠 속도센서(20)로부터 전달되는 휠 속도를 기초로 조향 휠 복원을 위한 복원토크를 산출하고, 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하여 정상선회 상태인 것으로 판단되면, 산출한 복원토크에 따라 조향 휠을 복원한다.
이러한 제어부(30)는 복원토크 산출부(31) 및 정상선회 판단부(35)를 포함할 수 있다.
복원토크 산출부(31)는 차량의 속도 및 좌우측 휠 속도의 차이를 기초로 조향 휠을 중앙으로 복원시키기 위해 필요한 복원토크를 산출한다.
구체적으로, 복원토크 산출부(31)는 전륜 좌측 휠 속도(V_FL)와 전륜 우측 휠 속도(V_FR)의 차이를 기초로 조향각을 추정하고, 여기에 차량의 속도에 따른 가중치를 부여하여 복원토크를 산출할 수 있다.
이때, 복원토크 산출부(31)는 전륜 좌우측 휠 속도의 차이 대신에 후륜 좌우측 휠 속도의 차이를 기초로 조향각을 추정할 수도 있고, 전륜 좌우측 휠 속도의 차이와 후륜 좌우측 휠 속도의 차이의 평균값을 기초로 조향각을 추정하여 복원토크를 산출하는 것도 가능하다.
정상선회 판단부(35)는 차량의 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도를 기초로 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단한다.
이때, 정상선회 판단부(35)는 아래의 수학식 1과 같이 전륜 좌측 휠 속도(V_FL)와 전륜 우측 휠 속도(V_FR)를 합하여 산출한 전륜 속도합(VF)을 후륜 좌측 휠 속도(V_RL)와 후륜 우측 휠 속도(V_RR)를 합하여 산출한 후륜 속도합(VR)로 나눈 값이 기준범위 이내이면, 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 기준범위는 '1'을 중심으로 하는 오차범위로서, 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)이 거의 같은 값으로 산출되어 차량이 정상선회 상태에 있다고 판단될 수 있는 범위를 의미하며, 설계자의 의도 및 적용되는 차량의 실차조건에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, VF와 VR은 각각 전륜 속도합과 후륜 속도합을 의미하고, α는 기준범위를 결정하는 허용오차값을 의미한다.
이와 같이 정상선회 판단부(35)는 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)이 거의 같은 값으로 산출되어 차량의 휠이 슬립이나 미끄러짐 없이 정상적으로 구동중이면, 차량이 정상선회 상태에 있다고 판단할 수 있다.
한편, 정상선회 판단부(35)는 아래의 수학식 2와 같이 전륜 좌측 휠 속도(V_FL)와 전륜 우측 휠 속도(V_FR)를 합하여 산출한 전륜 속도합(VF)과 후륜 좌측 휠 속도(V_RL)와 후륜 우측 휠 속도(V_RR)의 차이값이 기준차이값(A) 이하이면, 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단할 수도 있다.
여기서, 기준차이값(A)은 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)이 거의 같은 값으로 산출되어 차량이 정상선회 상태에 있다고 판단할 수 있는 기준이 되는 값으로 설계자의 의도 및 적용되는 차량의 실차조건에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
Figure pat00003
여기서 VF와 VR은 각각 전륜 속도합과 후륜 속도합을 의미하고, A는 기준차이값을 의미한다.
한편, 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)의 차이값은 차량의 속도가 증가함에 따라 증가하는 것이 일반적이다.
즉, 차량이 저속으로 주행하는 경우에는 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)이 미세한 차이값을 갖지만, 차량의 속도가 증가함에 따라 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)의 차이값이 증가한다.
따라서, 기준차이값(A)은 고정된 값으로 미리 선택될 수도 있지만, 차속센서(10)에서 감지한 차량의 속도에 따라 동적으로 변화하는 값일 수 있다.
즉, 기준차이값(A)은 차량의 속도에 비례하여 증가하는 값으로 선택되어 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)의 차이값의 변화를 반영할 수 있도록 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
우선, 제어부(30)는 차속센서(10)를 통해 차량의 속도를 감지하고, 휠 속도센서(20)를 통해 휠 속도를 감지한다(S100).
그러면, 제어부(30)는 복원토크 산출부(31)를 통해 좌우 휠 속도의 차이와 차량의 속도를 기초로 복원토크를 산출한다(S110).
이후, 제어부(30)는 정상선회 판단부(35)를 통해 차량의 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도를 기초로 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단한다.
구체적으로, 제어부(30)는 정상선회 판단부(35)를 통해 전륜 좌,우측 휠 속도를 합하여 전륜 속도합(VF)을 산출하고(S120), 후륜 좌,우측 휠 속도를 합하여 후륜 속도합(VR)을 산출한다(S130).
제어부(30)는 전륜 속도합(VF)을 후륜 속도합(VR)으로 나눈 값이 기준범위 이내인지 판단하여(S140), 기준범위 이내이면, 복원토크 산출부(31)를 통해 산출한 복원토크에 대응되는 전류를 모터(40)에 인가하여 조향 휠을 복원한다(S150).
반면, 전륜 속도합(VF)을 후륜 속도합(VR)으로 나눈 값이 기준범위를 벗어나면, 제어부(30)는 조향 휠을 복원하지 않고 제어를 종료한다.
이와 같이 제어부(30)가 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단되는 경우에만 조향 휠의 복원을 수행하므로, 미끄러운 빙판 노면을 주행하는 경우나 차량의 급가속 또는 급감속이 이루어지는 경우에 발생할 수 있는 이상 복원을 방지할 수 있어 복원의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 앞에서 설명한 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 3에 도시된 S200 내지 S230 단계는 앞에서 설명한 실시예와 동일한 과정이므로 설명을 생략하고, 제어부(30)가 정상선회 판단부(35)를 통해 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 S240 단계에 대하여 설명한다.
제어부(30)는 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)의 차이값을 기준차이값(A)과 비교하여, 기준차이값(A) 이하이면, 복원토크 산출부(31)를 통해 산출한 복원토크에 대응되는 전류를 모터(40)에 인가하여 조향 휠을 복원한다(S250).
이때, 기준차이값(A)은 차량의 속도에 비례하여 증가하는 값일 수 있다.
반면, 전륜 속도합(VF)과 후륜 속도합(VR)의 차이값이 기준차이값(A)을 초과하면, 제어부(30)는 조향 휠을 복원하지 않고 제어를 종료한다.
이와 같이 본 발명은 조향각 센서를 사용하지 않고, 차량의 속도 및 차량의 휠 속도를 기초로 조향 휠의 복원을 수행함으로써, MDPS 제조 원가를 절감할 수 있고, 저가형 MDPS 적용 차량의 상품성을 제고할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10 : 차속센서
20 : 휠 속도센서
30 : 제어부
31 : 복원토크 산출부
35 : 정상선회 판단부
40 : 모터
V_FL : 전륜 좌측 휠 속도 V_FR : 전륜 우측 휠 속도
V_RL : 후륜 좌측 휠 속도 V_RR : 후륜 우측 휠 속도
VF : 전륜 속도합 VR : 후륜 속도합
A : 기준차이값

Claims (10)

  1. 차량의 속도를 감지하는 차속센서;
    상기 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서; 및
    상기 차량의 속도와 상기 차량의 휠 속도를 기초로 조향 휠을 복원하기 위해 필요한 복원토크를 산출하고, 상기 차량이 정상선회 상태인지 판단하여 상기 조향 휠을 복원하는 제어부를 포함하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 차량의 속도 및 좌우 휠 속도의 차이를 기초로 상기 복원토크를 산출하는 복원토크 산출부; 및
    전륜 좌측 휠 속도와 전륜 우측 휠 속도를 합하여 산출한 전륜 속도합 및 후륜 좌측 휠 속도와 후륜 우측 휠 속도를 합하여 산출한 후륜 속도합을 기초로 상기 차량이 정상선회 상태인지 판단하는 정상선회 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 정상선회 판단부는 상기 전륜 속도합을 상기 후륜 속도합으로 나눈 값이 기준범위 이내이면 상기 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 정상선회 판단부는 상기 전륜 속도합과 상기 후륜 속도합의 차이 값이 기준차이값 이하이면 상기 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기준차이값은 상기 차량의 속도에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원장치.
  6. 제어부가 차량의 좌우 휠 속도의 차이와 차량의 속도를 기초로 복원토크를 산출하는 단계;
    상기 제어부가 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도를 기초로 상기 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단한 결과, 상기 차량이 정상선회 상태이면, 상기 제어부가 상기 복원토크에 대응되는 전류를 모터에 인가하여 조향 휠을 복원하는 단계를 포함하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 단계는
    상기 제어부가 상기 차량의 전륜 좌측 휠 속도와 전륜 우측 휠 속도를 합하여 전륜 속도합을 산출하는 제1 산출단계;
    상기 제어부가 상기 차량의 후륜 좌측 휠 속도와 후륜 우측 휠 속도를 합하여 후륜 속도합을 산출하는 제2 산출단계; 및
    상기 제어부가 상기 전륜 속도합과 상기 후륜 속도합을 기초로 상기 차량이 정상선회 상태인지 여부를 판단하는 최종판단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 최종판단단계에서
    상기 제어부는 상기 전륜 속도합을 상기 후륜 속도합으로 나눈 값이 기준범위 이내이면 상기 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 최종판단단계에서
    상기 제어부는 상기 전륜 속도합과 상기 후륜 속도합의 차이 값이 기준차이값 이하이면 상기 차량이 정상선회 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 기준차이값은 상기 차량의 속도에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향 복원방법.
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