KR20130053896A - 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 전동식 파워 스티어링 시스템이 적용된 차량에 있어서, 차량의 스티어링 휠에 장착되어 있는 조향각 센서와 모터에 장착되어 있는 모터 회전각도 센서를 이용하여 벨트 슬립을 사전에 감지하도록 함으로써, 시스템 고장 및 핸들 잠김 등으로 발생할 수 있는 문제를 방지하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 관한 것이다.

Description

랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법 {Method for Sensing the Belt's Slip of R-MDPS}

본 발명은 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 전동식 파워 스티어링 시스템이 적용된 차량에 있어서, 차량의 스티어링 휠에 장착되어 있는 조향각 센서와 모터에 장착되어 있는 모터 회전각도 센서를 이용하여 벨트 슬립을 사전에 감지하도록 함으로써, 시스템 고장 및 핸들 잠김 등으로 발생할 수 있는 문제를 방지하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 조향장치로 사용되는 스티어링 휠은 그 회전을 위하여 많은 힘이 사용되기 때문에 사람의 힘만으로는 회전을 시키기가 어렵다. 따라서, 전기 모터 및 유압의 힘을 보조 동력으로 하는 파워 스티어링 시스템이 사용되고 있다. 이중, 전동식 파워 스티어링(MDPS, Motor Drive Power Steering)시스템은 스티어링 휠의 회전축에 연결되는 전동식 모터를 부가적으로 구비하고 상기 전동식 모터에서 제공되는 회전력(토크, torque)을 스티어링 휠의 보조 회전력으로 이용함으로써 스티어링 휠을 쉽게 회전시킬 수 있도록 하는 공지의 시스템이다.

이러한 전동식 파워 스티어링 시스템은 여러가지 방식이 공지되어 있으나, 그 중에서 최근 랙 타입 전동식 파워 스티어링(R-MDPS, Rack Type-Motor Driven Power Steering)시스템이 널리 사용되고 있다.

상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템은 랙 하우징 일측에 둔각 또는 예각의 기울기를 지니며 설치된 전동 모터가 볼 너트의 외주면에 형성된 기어와 치합되어, 상기 전동 모터의 구동력에 의해 볼 너트를 회전시켜 랙바를 좌·우 슬라이딩 할 수 있도록 함으로서, 핸들 조타에 따른 조력(助力)을 발생토록 이루어진 것이다.

상기와 같이 이루어진 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템은 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템은 모터(1)를 통하여 발생된 토크가 벨트(3)를 통하여 스티어링 휠(2)에 전달되는 구조를 가지고 있다. 그러나, 이러한 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템은 벨트(3)를 이용하여 모터(1)에서 발생한 동력이 전달되는 구조로 이루어지기 때문에, 벨트(3)의 슬립이 발생할 수 있다는 단점을 가지고 있다.

만일, 벨트(3)의 슬립이 발생할 경우, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템은 벨트(3)의 슬립으로 인하여 발생된 벨트 이물질에 의하여 조타가 불가능한 핸들 잠김 상황이 발생할 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 고장 또는 파손시 핸들의 조향이 불가능하여 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서,

차량의 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템이 적용된 차량의 벨트 슬립을 감지하기 위하여, 스티어링 휠에 장착되어 있는 조향각 센서와 모터에 장착되어 있는 모터 회전각도 센서를 이용하여 벨트 슬립을 사전에 감지하도록 함으로써, 시스템 고장 및 핸들 잠김 등으로 발생할 수 있는 문제를 방지하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

전자제어장치를 통한 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 있어서, 전자제어장치가 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하는 단계; 상기 전자제어장치는 수신된 조향각과 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 제원을 이용하여 정상 모터 회전각을 산출하는 단계; 상기 전자제어장치는 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 각도 센서로부터 현재 모터 회전각 신호를 수신하는 단계; 상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각을 비교하는 단계; 상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각에 차이가 있을 경우, 상기 모터를 정지시키고 차량 내부의 경고등을 점등하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전자제어장치가 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하는 단계; 및 상기 전자제어장치는 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 각도 센서로부터 현재 모터 회전각 신호를 수신하는 단계는, 사전 설정된 소정의 시간동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각을 비교하는 단계는, 상기 전자제어장치는 소정의 허용오차를 사전 설정하고, 상기 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각의 차이가 상기 허용오차 범위 내에 포함될 경우, 차이가 없는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은

랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템에 구비된 조향각 센서와 모터 각도 센서로부터 인식된 정보를 이용하여 벨트 슬립을 감지하도록 함으로써, 벨트 슬립을 방지하고, 벨트슬립으로 인하여 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 조향각 센서와 모터 각도 센서로부터 인식된 정보를 이용하여 조타각을 이용한 모터 회전각과 실제 모터 회전각을 비교함으로써, 시스템 고장으로 인한 조타각의 경우, 이를 인지하여 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 기본 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법의 바람직한 실시예에 따른 제어 단계를 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전자제어장치에서 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립을 인식하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명은 차량에 설치된 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서 모터의 회전력을 전달하는 벨트의 슬립을 방지하기 위하여 모터 회전각도 센서와 조향각 센서를 이용한다.

통상적으로 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템을 구성하는 스티어링 휠, 유/조인트, 피니언, 랙바, 벨트 및 모터는 기계적으로 서로 연결되어 있으므로, 운전자가 스티어링휠을 통한 조타시 랙바가 축방향으로 이동하게 되고, 상기 랙바와 벨트로 연결되어 있는 모터는 함께 회전하도록 이루어진다.

따라서, 상기 모터와 상기 랙바를 연결하여 함께 회전하는 벨트의 슬립 발생시 스티어링 휠로 인가되는 보조 조타력이 제공되지 않아, 운전중 위험을 발생시키는 요인이 될 수 있었다.

이를 방지하기 위하여 본 발명은 차량에 구비된 전자제어장치(ECU)를 통하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템을 구성하는 모터 회전각도 센서와 조향각 센서로부터 측정된 모터 회전각도와 조향각 정보를 바탕으로 벨트의 슬립을 인식하고, 벨트의 슬립 또는 오류의 발생 시 경고등을 점등하거나, 모터를 OFF하도록 제어함으로써 사고 발생을 미연에 방지하도록 이루어진다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법의 바람직한 실시예에 따른 제어 단계를 나타내는 플로우차트이다.

먼저, 차량 구동을 위하여 IGN이 ON 상태로 되면 차량에 구비된 전자제어장치(ECU)는 초기 검사(initial check)를 한다(S001). 상기 전자제어장치는 초기 검사시 차량에 이상 발생한다면 해당 오류에 대한 경고등을 점등하여 운전자에게 알리도록 제어한다(S002).

상기 단계에서 차량에 이상이 없는 것으로 판단되는 경우, 상기 전자제어장치는 엔진이 ON 상태인지 확인하고(S003), 엔진 상태가 ON일 경우에 릴레이를 ON 하여 차량을 구동시킨다(S004).

차량이 구동되면, 상기 전자제어장치는 차속을 입력받고, 스티어링 휠의 조작에 의한 운전자 토크를 수신한다. 따라서, 상기 전자제어장치는 수신된 차속과 토크를 바탕으로 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링의 모터를 구동하기 위한 모터 전류를 산출하여, 상기 모터로 공급한다(S005).

상기 각 단계들은 전동식 파워 스티어링 시스템이 구비된 공지의 일반적인 차량의 구동 과정과 동일하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 전류가 인가되면 상기 전자제어장치는 페일 세이프(fale safe) 체크를 하고(S006), 이상이 있을 때에는 상기 모터를 정지시키거나 또는 상기 모터로 인가되는 전류를 제한하고, 경고등을 점등한다(S007).

상기 페일 세이프 체크단계(S006)에서 이상이 없는 것으로 판단되면, 상기 전자제어장치는 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 휠에 장착되어 있는 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하고, 상기 모터에 장착되어 있는 모터 회전각도 센서로부터 모터 신호를 수신하여 이를 바탕으로 벨트 슬립이 발생하였는지 판단한다(S008). 이 단계에서의 벨트 슬립 감지 과정은 후술한다.

상기 단계에서 벨트 슬립이 발생한 것으로 판단되면, 상기 전자제어장치는 상기 모터를 정지시키거나 또는 상기 모터로 인가되는 전류를 제한하고, 경고등을 점등한다(S009).

그러나, 상기 단계에서 벨트 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단되면, 상기 전자제어장치는 모터를 구동시키고, 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 기능에 따라 모터를 제어한다(S010).

이후 상기 전자제어장치는 상기 IGN의 상태를 지속적으로 파악하고(S011), IGN이 정지되면, 상기 랙타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 작동을 중지한다(S012).

도 3은 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전자제어장치에서 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립을 인식하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.

페일 세이프 체크이후에 이상이 없는 것으로 판단이 되면 상기 전자제어장치에서는 슬립 감지 로직이 수행된다.

먼저, 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 휠에 장착되어 있는 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하고, 상기 모터에 장착되어 있는 모터 회전각도 센서로부터 모터 신호를 수신하여, 현재 차량의 조향각과 모터 회전각을 입력 받는다.

이때, 상기 전자제어장치는 사전 설정된 시간(T), 바람직하게는 10초 동안 조향각을 수신하여 조향각을 계산하는 것이 바람직하다. 그 이유는 구동장치의 유 조인트 꺾임각에 의하여 순간적으로 회전수가 변동되는 차이 또는, 장기간의 상기 벨트의 미세한 슬립에 의한 차이 등에 의하여, 조향각을 이용한 모터의 회전수는 실제 모터 회전수와 차이가 발생할 수 있기 때문에, 이것을 보상하기 위한 것이다.

또한, 상기 사전 설정된 시간(T)는 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 OFF시 상기 시간(T)가 리셋(reset)되도록 할 수 있고, 또는 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 ON시 특정 기준(조향각 등)에 따라 계속 리셋 되도록 할 수 있다.

조향각이 산출되면 상기 전자제어유닛은 산출된 조향각과, 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 제원(예를 들어, 기어비, 볼 스크류 리드(Ball Screw Lead) 기어비, 벨트 감속비 등)을 이용하여 이론적인 모터 회전각을 산출한다.

동시에, 상기 전자제어장치는 상기 모터 회전각도센서로부터 실제의 모터 회전각 신호를 수신하여 현재 모터 회전각을 입력 받는다. 이때에도 마찬가지로, 상기 조향각을 산출하는 임의의 시간동안 모터 회전각을 입력받도록 하는 것이 바람직하다.

모터 회전각의 입력이 이루어지면, 상기 전자제어장치는 상기 단계에서 산출된 이론적인 모터 회전각과 상기 단계에서 입력받은 실제 모터 회전각을 서로 비교한다(S101).

상기 단계에서, 상기 산출된 모터 회전각과 실제 모터 회전각에 차이가 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 전자제어장치는 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립이 발생한 것으로 판단하고(S102), 상기 모터의 전류를 OFF 하거나, 경고등을 점등하도록 제어한다(S103).

반대로, 상기 단계에서, 상기 산출된 모터 회전각과 실제 모터 회전각에 차이가 없는 것으로 판단되는 경우, 상기 전자제어유닛은 현재 벨트의 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단하고(S104), 상기 모터가 정상적으로 동작 하도록 제어한다.

상기 단계(S101)에서, 상기 전자제어유닛은 소정의 허용 오차를 설정하고, 상기 산출된 모터 회전각과 실제 모터 회전각의 차이가 상기 허용오차 범위 내에 포함될 경우 차이가 발생하지 않은 것으로 판단하는 것이 바람직하다. 상기 전동식 파워 스티어링 시스템을 구성하는 각 부품들은 미세한 작동 오차가 발생할 수 있으며, 상기 허용 오차는 이러한 미세한 오차를 보상하기 위하여 설정될 수 있다.

상기와 같은 방법에 의하여 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립의 발생을 즉각적으로 인식하도록 함으로써, 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

이상으로 본 발명의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 모터 2: 스티어링 휠
3: 벨트 10: 조향각 센서
20: 모터각도 센서

Claims (3)

1. 전자제어장치를 통한 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법에 있어서,
   전자제어장치가 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하는 단계;
   상기 전자제어장치는 수신된 조향각과 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 제원을 이용하여 정상 모터 회전각을 산출하는 단계;
   상기 전자제어장치는 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 각도 센서로부터 현재 모터 회전각 신호를 수신하는 단계;
   상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각을 비교하는 단계; 및
   상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각에 차이가 있을 경우, 상기 모터를 정지시키고 차량 내부의 경고등을 점등하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   전자제어장치가 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 센서로부터 조향각 신호를 수신하는 단계; 및
   상기 전자제어장치는 상기 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 각도 센서로부터 현재 모터 회전각 신호를 수신하는 단계는,
   사전 설정된 소정의 시간동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전자제어장치는 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각을 비교하는 단계는,
   상기 전자제어장치는 소정의 허용오차를 사전 설정하고,
   상기 산출된 정상 모터 회전각과 현재 모터 회전각의 차이가 상기 허용오차 범위 내에 포함될 경우, 차이가 없는 것으로 판단하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템의 벨트 슬립 감지 방법.
   

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