KR20130030676A - 전동식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 레귤레이터를 이용함에 따라 시스템의 가격을 절감시킬 수 있고, 암전류의 발생을 최소화할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 외부로부터 공급된 전압을 조절하는 레귤레이터; 및 상기 레귤레이터에 의해 조절된 전압을 토크 센서에 제공하고, 제어부의 제어에 따라 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 상기 토크 센서로의 전압 공급을 차단하는 스위칭부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템{ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 특히 하나의 레귤레이터를 이용함에 따라 시스템의 가격을 절감시킬 수 있고, 암전류의 발생을 최소화할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
차량의 진행방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 수 있는 스티어링 시스템(Steering System)에 대한 많은 연구가 되어왔다.
이러한 스티어링 시스템으로는 유압 펌프의 유압을 사용한 유압식 파워 스티어링 시스템(Hydraulic Power Steering System: HPS)이 있으며, 1990년대 이후부터는 전기 모터를 이용한 전동식 파워 스티어링 시스템(Electronic Power Steering: EPS)이 보편적으로 사용되고 있다.
전술된 유압식 파워 스티어링 시스템은 파워를 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향 휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는데 비해서, 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.
전술된 전동식 파워 스티어링 시스템에서 수행되는 대부분의 기능들은 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit: ECU)에서 제어된다.
전동식 파워 스티어링 시스템을 전체적으로 제어하는 종래의 전자 제어 유닛(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(11)에 직접적으로 연결되고 해당 배터리(11)의 전압을 조절하여 조절된 전압을 메인 제어부(13)에 공급하는 제 1 레귤레이터(12)와, 배터리(11)와 직접적으로 연결되고 해당 배터리(11)의 전압을 조절하여 조절된 전압을 토크 센서(16)로 공급하는 제 2 레귤레이터(15)와, 전자 제어 유닛(10)의 제어 기능을 수행하는 메인 제어부(13)와, 메인 제어부(13)의 제어 또는 토크 센서(16)로부터 수신된 토크 신호에 대한 오동작을 감지하는 경우 제 2 레귤레이터(15)에 차단신호를 제공하는 서브 제어부(14)를 포함한다.
전자 제어 유닛(10)에서 토크 센서(16)로 인가되는 전압은 안정적인 전압을 공급하기 위해서 제 2 레귤레이터(15)를 사용하였으며, 제 2 레귤레이터(15)는 서브 제어부(14)의 차단 신호 입력시 토크 센서(16)로의 전원 공급을 중단할 수 있다.
그러나, 제 1 및 제 2 레귤레이터(11, 15)의 전원은 배터리(11)와 직접 연결되어 있기 때문에 시동 오프시에 차량에 소비되는 기본 전류인 암전류가 발생하는 단점이 있다.
또한 제 1 및 제 2 레귤레이터(11, 15)를 모두 사용함에 따라 전동식 파워 스티어링 시스템을 제조하는 원가를 상승시키고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 소형화를 저해할 수 있다.
본 발명의 목적은, 하나의 레귤레이터를 이용함에 따라 시스템의 가격을 절감시킬 수 있고, 암전류의 발생을 최소화할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 외부로부터 공급된 전압을 조절하는 레귤레이터; 및 상기 레귤레이터에 의해 조절된 전압을 토크 센서에 제공하고, 제어부의 제어에 따라 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 상기 토크 센서로의 전압 공급을 차단하는 스위칭부를 포함한다.
상기 스위칭부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 턴오프되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터의 턴온/오프에 따라 턴온/오프되는 제 2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 트랜지스터의 턴온시 상기 조절된 전압을 상기 토크 센서에 제공하도록 턴온되고, 상기 제 2 트랜지스터의 턴오프시 상기 조절된 전압을 상기 토크 센서로의 공급을 차단하도록 턴오프되는 것이 바람직하다.
상기 스위칭부는 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 트랜지스터 사이의 전위차를 조절하는 제 1 저항과, 상기 제 2 트랜지스터와 상기 제어부 사이의 전위차를 조절하는 제 2 저항을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 레귤레이터로부터 조절된 전압을 공급받아, 상기 토크 센서의 토크 신호에 해당하는 제어신호에 따라 상기 모터의 동작을 제어하는 메인 제어부와, 상기 메인 제어부의 동작을 모니터링하는 서브 제어부를 포함하고, 상기 서브 제어부는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터와 연결되어, 상기 토크 센서로의 전압 공급 여부를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 하나의 레귤레이터를 이용함에 따라 시스템의 가격을 절감시킬 수 있고, 암전류의 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 토크 센서로의 전원 공급을 차단함으로써 토크 센서의 이상 동작을 사전에 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에 포함된 전자 제어 유닛(20)은 배터리(21)의 전압을 조절하는 레귤레이터(22)와, 레귤레이터(22)에 의해 조절된 전압을 인가받는 메인 제어부(23) 및 서브 제어부(24)와, 토크 센서(26)로의 전원 공급 여부를 결정하는 스위칭부(25)를 포함할 수 있다.
레귤레이터(22)는 배터리(21)로부터 공급된 전압, 즉 12V를 메인 제어부(23) 및 서브 제어부(24)에서 필요로 하는 전압, 즉 5V로 조절한다. 레귤레이터(22)에 의해 조절된 전압은 메인 제어부(23), 서브 제어부(24) 및 토크 센서(26)에 공급된다.
스티어링 휠(Steering Wheel)은 스티어링 축(Steering shaft)에 연결되고, 스티어링 축에 토크 센서(26)가 연결된다.
토크 센서(26)는 레귤레이터(22)로부터 조절된 전압을 스위칭부(25)를 거쳐 공급받는다. 토크 센서(26)는 차량의 운전자가 스티어링 휠을 작동시킴에 따른 토크를 측정한다. 토크 센서(26)는 일반적인 토션바(torsion bar)를 사용할 수 있다.
메인 제어부(23)는 토크 센서(26)로부터 전달되는 전기적인 신호, 즉 토크 신호를 분석하여 운전자의 스티어링 의도와 자동차의 주행 상황 등을 파악하고, 탑재된 각종 로직을 이용하여 모터의 동작을 제어한다. 모터는 메인 제어부(23)의 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시킨다.
또한 메인 제어부(23)는 토크 센서(26)의 토크 신호에 기반하여 운전자의 희망 스티어링이 이루어졌는지를 판단할 수 있다. 메인 제어부(23)는 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않은 경우 토크 센서(26)로의 전원 공급을 차단하기 위한 차단신호를 서브 제어부(24)에 제공한다. 이때 메인 제어부(23)와 서브 제어부(24)는 전기적으로 연결되거나, 통신가능하게 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 운전자의 희망 스티어링이 이루어졌는지 여부를 메인 제어부(23)에서 판단하는 것으로 설명하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 서브 제어부(23)에서도 판단가능하다. 즉, 서브 제어부(24)는 메인 제어부(23)의 동작 또는 상태를 모니터링함에 따라, 메인 제어부(23)에서 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않은 경우 스위칭부(25)에 차단신호를 제공할 수 있다.
특히, 서브 제어부(24)는 스위칭부(25)와 연결되어, 토크 센서(26)로의 전압 공급 여부를 제어할 수 있다.
스위칭부(25)는 서브 제어부(24)가 전자 제어 유닛(20)에서 토크 센서(26)로 공급되는 전원을 차단할 수 있도록 한 회로로 구성된다.
이러한 스위칭부(25)는 서브 제어부(24)와 연결된 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2), 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)을 포함한다. 본 실시예에서 레귤레이터(22)에서 토크 센서(26)로 전원 공급 또는 전원 차단을 스위칭하는 소자로 트렌지스터를 사용하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 FET 등 스위칭 소자가 고려될 수 있다.
제 1 트랜지스터(T1)은 PNP형 트랜지스터로, 서브 제어부(24)의 제어에 따라 턴온/턴오프된다. 이때 턴오프되는 경우는 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않은 경우에 해당한다.
제 2 트랜지스터(T2)는 NPN형 트랜지스터로, 제 1 트랜지스터(T1)의 턴온/오프에 따라 턴온/오프된다.
미설명 R1은 제 1 저항으로, 제 1 트랜지스터(T1)과 제 2 트랜지스터(T2) 사이의 전위차를 조절하는 소자이고, R2는 제 2 저항으로, 제 1 트랜지스터(T1)와 서브 제어부(24) 사이의 전위차를 조절하는 소자이다.
상술된 구성을 갖는 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 유닛(20)은 운전자의 희망 스티어링대로 동작하는지 여부를 판단한다. 이때 전자 제어 유닛(20)은 토크 센서로부터 수신된 토크 신호와, 토크 신호대로 동작한 스티어링 정도를 비교하여 판단할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
운전자의 희망 스티어링대로 동작하는 정상동작중인 경우, 제 1 트랜지스터(T1)는 서브 제어부(24)에서 제공된 정상신호에 따라 턴온된다. 제 1 트랜지스터(T1)의 턴온으로 인해 제 2 트랜지스터(T2)의 베이스단에 전원이 공급되어, 해당 제 1 트랜지스터(T1)와 연결된 제 2 트랜지스터(T2) 역시 턴온된다. 이에 따라, 레귤레이터(22)로부터 조절된 전압이 토크 센서(26)에 제공된다. 토크 센서(26)는 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2)의 턴온으로 스위칭되어, 레귤레이터(22)의 전압을 전원으로 사용할 수 있다.
한편, 운전자의 희망 스티어링대로 동작하지 않는 비정상 동작중인 경우, 제 1 트랜지스터(T1)는 서브 제어부(24)에서 제공된 차단신호 예를 들면, 0V에 따라 턴오프되고, 제 1 트랜지스터(T1)의 턴오프로 인해 제 2 트랜지스터(T2)의 베이스단에 전원이 공급되지 않아 제 2 트랜지스터(T2) 역시 턴오프된다. 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2)의 턴오프로 인해, 레귤레이터(22)에서 토크 센서(26)로의 전압 공급이 차단된다.
상술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2)의 턴온/오프에 따라 레귤레이터(22)에서 토크 센서(26)로의 전압 공급을 허용/차단할 수 있어, 두개의 레귤레이터를 사용한 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템에 비해 시스템의 원가를 절감시킬 수 있다. 또한, 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템은 배터리와 직접적으로 연결되어 있는 두개의 레귤레이터로 인해 암전류를 배가시켰지만, 본 실시예에서는 배터리와 직접적으로 연결된 하나의 레귤레이터로 인해 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템에 비해 암전류의 발생을 최소화할 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 : 레귤레이터 23 : 메인 제어부
24 : 서브 제어부 25 : 스위칭부
26 : 토크 센서 T1 : 제 1 트랜지스터
T2 : 제 2 트랜지스터 R1 : 제 1 저항
R2 : 제 2 저항

Claims (4)

  1. 토크 센서와, 상기 토크 센서로부터 수신된 토크 신호에 상응하는 제어 신호를 모터에 제공하는 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서,
    외부로부터 공급된 전압을 조절하는 레귤레이터; 및
    상기 레귤레이터에 의해 조절된 전압을 상기 토크 센서에 제공하고, 상기 제어부의 제어에 따라 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 상기 토크 센서로의 전압 공급을 차단하는 스위칭부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 운전자의 희망 스티어링이 이루어지지 않으면 턴오프되는 제 1 트랜지스터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 턴온/오프에 따라 턴온/오프되는 제 2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 트랜지스터의 턴온시 상기 조절된 전압을 상기 토크 센서에 제공하도록 턴온되고, 상기 제 2 트랜지스터의 턴오프시 상기 조절된 전압을 상기 토크 센서로의 공급을 차단하도록 턴오프되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 트랜지스터 사이의 전위차를 조절하는 제 1 저항과,
    상기 제 2 트랜지스터와 상기 제어부 사이의 전위차를 조절하는 제 2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 레귤레이터로부터 조절된 전압을 공급받아, 상기 토크 센서의 토크 신호에 해당하는 제어신호에 따라 상기 모터의 동작을 제어하는 메인 제어부와,
    상기 메인 제어부의 동작을 모니터링하는 서브 제어부를 포함하고,
    상기 서브 제어부는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터와 연결되어, 상기 토크 센서로의 전압 공급 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9841796B2 (en) 2014-12-04 2017-12-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Preventing dark current in battery management system

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