KR20130030674A - 전동식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템 Download PDF

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KR20130030674A
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제규영
허진욱
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 종래의 부피가 큰 기계식 릴레이를 전자식 릴레이로 대체함에 따라 고용량화와 소형화에 기여할 수 있고, 배터리의 역접속시 역전압의 유입을 차단할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 배터리로부터 공급된 전압을 모터의 특성에 맞게 변환하는 파워 인버터와, 상기 배터리로부터 전압을 인가받아 운전자의 조향 의도대로 조절되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 배터리의 전압을 상기 파워 인버터에 공급 또는 차단시킬지 여부를 결정하는 제 1 전자식 릴레이와, 상기 파워 인버터와 상기 배터리 사이에 설치되어, 상기 배터리의 역전압을 방지하기 위한 제 2 전자식 릴레이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템{ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 특히 종래의 부피가 큰 기계식 릴레이를 전자식 릴레이로 대체함에 따라 고용량화와 소형화에 기여할 수 있고, 배터리의 역접속시 역전압의 유입을 차단할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
종래의 전동식 파워 스티어링 시스템은 조향 휠이 회전하여 토크가 발생하면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서, 전동식 파워 스티어링 시스템은 유압식 파워 스티어링 시스템에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 전동식 파워 스티어링 시스템은 차량의 주행속도에 따라 핸들의 조타력을 전자 제어로 적절히 변화시켜, 주차 또는 저속시에는 조타력을 가볍게 해주고, 고속 시에는 조타력을 무겁게 하여 고속 주행 안정을 도모해주는 효과가 있다.
도 1을 참조하면 전술된 전동식 파워 스티어링 시스템에서 수행되는 대부분의 기능들은 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit: ECU)(10)에서 제어된다.
전자 제어 유닛(10)은 기계식 릴레이(11), 제어부(12), 파워 인버터(13)를 포함한다. 제어부(12)는 기계식 릴레이(11), 파워 인터버터(13), 모터(14) 등의 작동을 제어할 수 있다.
종래의 전동식 파워 스티어링 시스템에서는 기계식 릴레이(11)가 사용되며, 기계식 릴레이(11)의 온 동작에 따라 배터리(5)의 전압이 파워 인버터(13)에 공급된다. 파워 인터버(13)는 모터(14)의 특성에 맞게 전압을 변환시켜 모터(14)에 인가한다. 파워 인버터(13)에서 인가된 전압에 따라 모터(14)가 구동된다.
전술된 전동식 파워 스티어링 시스템에서 사용되는 기계식 릴레이(11)의 동작은 코일(coil)에 전류를 인가하여 자력을 발생시켜 접점을 붙이는 방식으로, 동작 중 내부 코일에 지속적으로 전류가 흘러, 전자 제어 유닛의 소비전류가 늘어나게 되어, 전자 제어 유닛의 효율이 낮아진다.
기계식 릴레이(11)는 코일을 사용하는 방식이므로, 외부 자계 변화에 의한 영향을 받아 전자 제어 유닛의 성능 또한 나쁘게 되어, 전자 제어 유닛 설계시 코일의 방향에 따라 설계 자유도가 제한될 수밖에 없다.
또한, 기계식 릴레이(11) 온/오프시 돌입전류(lnrush current)에 의한 고착 방지회로가 추가적으로 필요하며, 통전 전류가 증가함에 따라 기계식 릴레이(11) 사이즈가 커져, 전류용량이 증가하는 경우 적용이 불가능하다.
본 발명의 목적은, 종래의 부피가 큰 기계식 릴레이를 전자식 릴레이로 대체함에 따라 고용량화와 소형화에 기여할 수 있고, 배터리의 역접속시 역전압의 유입을 차단할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 배터리로부터 공급된 전압을 모터의 특성에 맞게 변환하는 파워 인버터와, 상기 배터리로부터 전압을 인가받아 운전자의 조향 의도대로 조절되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 배터리의 전압을 상기 파워 인버터에 공급 또는 차단시킬지 여부를 결정하는 제 1 전자식 릴레이와, 상기 파워 인버터와 상기 배터리 사이에 설치되어, 상기 배터리의 역전압을 방지하기 위한 제 2 전자식 릴레이를 포함한다.
상기 제 1 전자식 릴레이는 상기 제어부의 정상적인 제어신호에 따라 턴온되어, 상기 배터리의 전압을 상기 파워 인버터에 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전자식 릴레이는 상기 배터리의 역접속시 역접압의 유입을 차단하는 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 전자식 릴레이는 전계효과 트랜지스터인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 종래의 부피가 큰 기계식 릴레이를 전자식 릴레이로 대체함에 따라 고용량화와 소형화에 기여할 수 있고, 배터리의 역접속시 역전압의 유입을 차단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 유닛(20)은 제어부(24)와, 제어부(24)의 제어신호에 따라 턴온/턴오프되는 제 1 및 제 2 전자식 릴레이(22, 25)와, 모터(26)의 특성에 맞게 변압시키는 파워 인버터(23)를 포함한다.
제 1 전자식 릴레이(22)는 배터리(21)와 파워 인버터(23) 사이에 설치되어, 배터리(21)의 전압을 파워 인버터(23)에 공급/차단시킬지 여부를 결정한다. 제 1 전자식 릴레이(22)는 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor, FET)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는 FET가 N형으로 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 적절한 제어회로만 갖추고 있으면 P형 FET도 적용이 가능하다.
더 설명하면, 제 1 전자식 릴레이(22)는 게이트(gate)에 제어부(24)로부터 정상적인 제어신호, 예를 들면 24V가 공급되면 턴온되어 배터리(21)의 전압이 파워 인버터(23)에 공급되도록 한다. 단, 제어부(24)로부터 파워 인버터(23)로의 전압 공급을 차단하기 위한 제어신호, 예를 들면 OV가 제 1 전자식 릴레이(22)의 게이트에 공급되면 제 1 전자식 릴레이(22)는 턴오프된다. 제 1 전자식 릴레이(22)의 턴오프로 인해 배터리(21)와 파워 인버터(23) 사이가 단선된다.
파워 인버터(23)는 배터리(21)의 전압을 삼상으로 변압시켜 모터(26)에 인가한다. 본 실시예에서 모터(26)를 삼상모터로 사용하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
파워 인버터(23)를 거친 전압은 제어부(24)의 정상적인 제어신호에 따라 턴온되는 제 2 전자식 릴레이(25)를 거쳐 전류 패스된다. 제 2 전자식 릴레이(25) 역시 제어부(24)의 제어신호에 따라 턴온/턴오프된다. 단, 제 2 전자식 릴레이(25)의 턴오프라 하더라도 제 2 전자식 릴레이(25)에 포함된 기생 다이오드(D1)로 인해 전류 패스를 형성할 수 있다.
제어부(24)는 운전자의 조향 의도와 자동차의 주행 상황 등을 파악하여 탑재된 각종 로직을 이용하여 모터(26)의 동작을 제어한다. 모터(26)는 제어부(24)의 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시킨다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 기계식 릴레이 대신에 제 1 전자식 릴레이(22)를 채택함으로써, 부피가 크고 제한용량을 갖는 종래의 기계식 릴레이를 채택한 전동식 파워 스티어링에 비해 소형화는 물론이고 제 1 전자식 릴레이(22)의 특성상 전류용량도 증대시킬 수 있다.
이하에서는 제 1 전자식 릴레이(22)만을 채택했을 경우에도 발생되는 배터리(21)의 역접속에 따른 대책으로, 로우 사이드(Low Side)에 설치된 제 2 전자식 릴레이에 대하여 설명한다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 배터리(21)의 역접속시에 배터리(21)의 역전압이 파워 인버터(23)로 공급되는 것을 막기 위하여 파워 인버터(23)와 배터리(21) 사이에 제 2 전자식 릴레이(25)를 설치한다. 제 2 전자식 릴레이(25)는 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor, FET)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는 FET가 N형으로 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 적절한 제어회로만 갖추고 있으면 P형 FET도 적용이 가능하다.
제 2 전자식 릴레이(25)는 배터리(21)의 역접속시 파워 인버터(23)로의 역전압을 방지한다. 더 자세하게 제 2 전자식 릴레이(25)는 배터리(21)의 역접속시 파워 인버터(23)로 역전압의 유입을 차단하는 다이오드(D1)를 포함한다. 다이오드(D1)는 기생다이오드일 수 있다.
따라서 배터리(21)의 역접속시 제어부(24)로부터 제어신호, 예를 들면 OV가 제 2 전자식 릴레이(25)의 게이트에 공급되어 제 2 전자식 릴레이(25)는 턴 오프되고, 다이오드(D1)에 의해 배터리(21)의 역전압이 파워 인터버(23)로의 공급을 막을 수 있다.
이렇게 함으로써, 배터리(21)의 정전압은 배터리(21)와 파워 인버터(23) 사이에 설치된 제 1 전자식 릴레이(22)에 의해 파워 인버터(23)로의 유입 여부를 단속하고, 배터리(21)의 역전압은 파워 인버터(23)와 배터리(21) 사이에 설치된 제 2 전자식 릴레이(25)에 의해 파워 인버터(23)로의 유입을 차단할 수 있어 소자 등의 손상을 막을 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
20 : 전자 제어 유닛 21 : 배터리
22 : 제 1 전자식 릴레이 23 : 파워 인터버
24 : 제어부 25 : 제 2 전자식 릴레이
26 : 모터

Claims (4)

  1. 배터리로부터 공급된 전압을 모터의 특성에 맞게 변환하는 파워 인버터와, 상기 배터리로부터 전압을 인가받아 운전자의 조향 의도대로 조절되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 배터리의 전압을 상기 파워 인버터에 공급 또는 차단시킬지 여부를 결정하는 제 1 전자식 릴레이와,
    상기 파워 인버터와 상기 배터리 사이에 설치되어, 상기 배터리의 역전압을 방지하기 위한 제 2 전자식 릴레이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전자식 릴레이는 상기 제어부의 정상적인 제어신호에 따라 턴온되어, 상기 배터리의 전압을 상기 파워 인버터에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 전자식 릴레이는 상기 배터리의 역접속시 역접압의 유입을 차단하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전자식 릴레이는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
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