KR20130072612A - 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각도 소자들로부터 각각 수신된 상대 조향각에 따라 추적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이 이내에 있을 때에 최종 절대 조향각을 계산함으로써, 최종 절대 조향각의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력축에 연결된 제 1 로터와, 출력축에 연결된 제 2 로터와, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하기 위한 제 1 각도 소자와, 상기 제 1 로터의 상대 조향각을 측정하기 위한 제 2 및 제 3 각도 소자를 구비한 토크 센서; 및 상기 토크 센서로부터 수신된 절대 조향각 및 상대 조향각을 기반으로 기준 조향각을 결정하고, 상기 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 수신된 상대 조향각을 근거로 상기 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하여 누적하고 누적된 제 1 및 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이이내에 있을 때에 상기 제1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 계산된 최종 절대 조향각을 제공하는 전자제어유닛을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템이 제공된다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법{ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM AND METHOD FOR VERIFYING STEERING ANGLE OF THE SAME}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 각도 소자들로부터 각각 수신된 상대 조향각에 따라 추적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이 이내에 있을 때에 최종 절대 조향각을 계산함으로써, 최종 절대 조향각의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 스티어링 휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 파워 스티어링 시스템이 적용되는 바, 이와 같은 파워 스티어링 시스템은 기존에 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 시스템(HPS; Hydraulic Power Steering System)이 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 시스템(EPS; Electric Power Steering System)이 차량에 보편적으로 설치되고 있다.
이와 같은 전동식 파워 스티어링 시스템(EPS)은, 차속 센서 및 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어유닛(ECU: Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
종래의 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자제어유닛은 절대 조향각을 계산하는 제 1 각도 소자와, 상대 조향각을 계산하는 제 2 및 제 3 각도 소자와, 버어니어 알고리즘(vernier algorithm)을 이용하여 원하는 최종 절대 조향각을 계산한다.
그러나, 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템은 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 들어온 상대 조향각을 검증의 절차도 없이 최종 절대 조향각을 계산하기 때문에 계산된 최종 절대 조향각에 대한 신뢰성이 낮은 실정이다. 특히, ISO 26262 표준 도입에 따라 절대 조향각에 대한 고신뢰성을 요구하고 있다.
본 발명의 목적은, 각도 소자들로부터 각각 수신된 상대 조향각에 따라 추적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이 이내에 있을 때에 최종 절대 조향각을 계산함으로써, 최종 절대 조향각의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그의 조향각 검증 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력축에 연결된 제 1 로터와, 출력축에 연결된 제 2 로터와, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하기 위한 제 1 각도 소자와, 상기 제 1 로터의 상대 조향각을 측정하기 위한 제 2 및 제 3 각도 소자를 구비한 토크 센서; 및 상기 토크 센서로부터 수신된 절대 조향각 및 상대 조향각을 기반으로 기준 조향각을 결정하고, 상기 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 수신된 상대 조향각을 근거로 상기 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하여 누적하고 누적된 제 1 및 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이이내에 있을 때에 상기 제1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 계산된 최종 절대 조향각을 제공하는 전자제어유닛을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템이 제공된다.
상기 전자제어유닛은 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과하는 경우 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 유지하는 것이 바람직하다.
상기 전자제어유닛은 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과한 횟수를 카운트하고, 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과한 경우 미리 설정된 경고 정보를 출력하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입력축에 연결된 제 1 로터와, 출력축에 연결된 제 2 로터와, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하기 위한 제 1 각도 소자와, 상기 제 1 로터의 상대 조향각을 측정하기 위한 제 2 및 제 3 각도 소자를 구비한 토크 센서를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법으로서, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 토크 센서로부터 수신된 절대 조향각 및 상대 조향각을 기반으로 기준 조향각을 결정하는 단계; 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 수신된 상대 조향각을 근거로 상기 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하여 누적하는 단계; 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 누적된 상기 1 및 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 판단하는 단계의 판단결과, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는 경우 상기 제1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 계산된 최종 절대 조향각을 제공하는 단계를 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법은 상기 판단하는 단계 이후에, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과하는 경우 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 유지하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제공하는 단계는 상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과한 횟수를 카운트하는 단계; 및 상기 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과한 경우 미리 설정된 경고 정보를 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 각도 소자들로부터 각각 수신된 상대 조향각에 따라 추적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이 이내에 있을 때에 최종 절대 조향각을 계산함으로써, 최종 절대 조향각의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이를 초과한 횟수가 일정횟수를 초과한 경우 미리 설정된 경고 정보를 출력함으로써, 운전자가 토크 센서의 이상 또는 로터의 이상을 신속하게 인식할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 제 1 로터(14)와 제 2 로터(16)를 포함하는 토크 센서와, 토크 센서로부터 감지된 감지정보를 기초로 기준 조향각을 결정하고 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 각각 수신된 상대 조향각을 검증하고 검증된 최종 절대 조향각을 계산하는 전자제어유닛(20)을 포함한다.
제 1 로터(14)는 입력축(13)과 연결되어, 제 2 로터(16)는 출력축(170)과 연결된다. 입력축(13)은 운전석에 마련되는 핸들(11)에 결합되고, 출력축(17)은 타이어와 결합될 수 있다. 외력에 의해 입력축(13)이 회전하면, 입력축(13)의 회전력이 토션바(15)를 통하여 출력축(17)에 전달되므로 출력축(17)도 회전한다.
제 1 로터(14)와 제 2 로터(16) 사이에는 토션 바(torsion bar)(15)가 구비되어, 입력축(13)과 출력축(17)에 발생하는 비틀림 정도를 측정할 수 있다.
제 1 각도 소자(131)는 제 1 로터(14)의 절대 조향각을 전자제어유닛(20)에 제공한다. 제 1 각도 소자(131)는 제 1 로터(14)와 나란하게 배치될 수 있다.
제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)는 제 1 로터(14)의 아래쪽에 배치되어, 제 1 로터(14)의 상대 조향각을 각각 전자 제어 유닛(20)에 제공한다.
전자제어유닛(20)은 제 1 내지 제 3 각도 소자(131, 132, 133)로부터 수신된 조향각과 버어니어 알고리즘(vernier algorithm)을 통해 기준 조향각을 결정하고, 결정된 기준 조향각을 기준으로 제 1 로터(14)의 움직임을 추적한다. 이때 제 1 로터(14)의 움직임은 기준 조향각과 제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)으로부터 수신된 상대 조향각을 이용하여 제 1 및 제 2 절대 조향각을 각각 계산할 수 있다.
전자제어유닛(20)은 제 1 절대 조향각와 제 2 절대 조향각의 차이를 계산하고 계산된 차이가 미리 설정된 기준차이, 예를 들면, 2.5도 이내인지 여부를 판단하여 기준차이 이내에 있을 때 제 1 절대 조향각과 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산한다.
상술된 전자제어유닛(20)은 기준 조향각 결정부(21), 제 1 추적부(22), 제 2 추적부(23), 계산부(24), 조향각 제공부(25), 검증부(26), 알림부(27), 리셋부(28) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
기준 조향각 결정부(21)는 제 1 로터(14)의 절대 조향각을 측정하는 제 1 각도 소자(131)와, 제 1 로터(14)의 상대 조향각을 측정하는 제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)로부터 수신된 절대 조향각 및 두개의 상대 조향각, 그리고 버어니어 알고리즘을 이용하여 기준 조향각을 결정한다.
제 1 추적부(22)는 기준 조향각 결정부(21)로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 2 각도 소자(132)로부터 상대 조향각을 수신하여 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 1 절대 조향각을 누적한다.
제 2 추적부(23)는 기준 조향각 결정부(21)로부터 기준 조향각을 제공받고, 제 3 각도 소자(133)로부터 상대 조향각을 수신하여 기준 조향각으로부터 회전된 제 2 절대 조향각을 추적하고, 추적된 제 2 절대 조향각을 누적한다.
계산부(24)는 제 1 및 제 2 추적부(22, 23)로부터 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이를 계산한다.
검증부(26)는 계산부(24)를 통해 계산된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는지 여부를 검증한다. 즉, 검증부(26)는 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이 이내에 있는 경우 정상적인 상태에서의 절대 조향각으로 검증하고, 기준차이를 초과한 경우 토크 센서의 이상이거나 로터의 이상과 같은 비정상적인 상태에서의 절대 조향각으로 검증한다.
이때, 검증부(60)는 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이를 초과하고, 후술하는 일정횟수를 초과하지 않으면 초과직전에 상대 조향각으로 유지되도록 한다.
검증부(26)는 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 기준차이를 초과하는 횟수가 일정횟수를 초과하는지 여부를 판단한다.
제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 일정횟수를 초과하는 경우 알림부(27)는 운전자에게 미리 설정된 경고정보를 제공할 수 있다. 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 일정횟수를 초과하는 경우는 토크 센서의 이상이거나 제 1 로터(14)의 이상인 경우에 발생한다.
리셋부(28)는 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 일정횟수를 초과하지는 않지만 일정횟수 미만의 횟수가 비연속적으로 카운트되면 카운트된 횟수를 '0'으로 초기화한다.
계산부(24)는 상술된 검증부(26)에 의해 검증된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산한다. 이에 따라 ISO26262 표준에서 요구하는 고신뢰성을 만족하는 최종 절대 조향각을 얻을 수 있다.
조향각 제공부(25)는 계산부(24)를 통해 계산된 최종 절대 조향각을 미도시된 조향장치에 출력한다. 최종 절대 조향각은 차량내에 설치된 조향장치의 전자제어유닛에서 사용되나, 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자제어유닛에서도 사용될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
전자제어유닛(20)은 제 1 로터(14)와 나란하게 배치된 제 1 각도 소자(131)로부터 제 1 로터(14)의 절대 조향각을 수신하고, 제 1 로터(14)의 하부에 배치된 제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)로부터 제 1 로터(14)의 상대 조향각을 수신한다(S11).
다음 전자제어유닛(20)은 제 1 각도 소자(131)로부터 수신된 절대 조향각과, 제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)로부터 수신된 상대 조향각과, 그리고 버어니어 알고리즘을 이용하여 기준 조향각을 결정한다(S13).
기준 조향각이 결정된 이후, 전자제어유닛(20)은 제 2 및 제 3 각도 소자(132, 133)로부터 상대 조향각을 각각 수신한다(S15).
전자제어유닛(20)은 수신된 상대 조향각을 근거로 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하고 추적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 누적한다(S17).
다음 전자제어유닛(20)은 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이를 계산한다(S19).
다음 전자제어유닛(20)은 계산된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는지 여부를 판단한다(S21).
상기 S21 단계의 판단결과, 계산된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이(예를 들면, 2.5도) 이내에 있는 경우 전자제어유닛(20)은 제 1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 최종 절대 조향각을 계산한다(S23).
다음 전자제어유닛(20)은 계산된 최종 절대 조향각을 조향장치에 제공한다(S25).
상기 S21 단계의 판단결과, 계산된 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이를 초과한 경우 전자제어유닛(20)은 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이를 초과한 횟수를 카운트한다(S20).
다음 전자제어유닛(20)은 카운트된 횟수가 일정횟수, 예를 들면 10회를 초과하는지 여부를 판단한다(S22).
상기 S22 단계의 판단결과, 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과하지 않은 경우 전자제어유닛(20)은 초과직전의 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각으로 유지하도록 한다(S24).
상기 S22 단계의 판단결과, 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과하는 경우 전자제어유닛(20)은 운전자에게 미리 설정된 경고정보를 제공한다(S26). 단, 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과하지 않으면서 비연속적으로 카운트된 횟수는 '0'으로 초기화할 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.
11 : 핸들 13 : 입력축
131, 132, 133 : 제 1 내지 제 3 각도 소자
14 : 제 1 로터 15 : 토션 바
16 : 제 2 로터 17 : 출력축
20 : 전자제어유닛 21 : 기준 조향각 결정부
22 : 제 1 추적부 23 : 제 2 추적부
24 : 계산부 25 : 조향각 제공부
26 : 검증부 27 : 알림부
28 : 리셋부

Claims (6)

  1. 입력축에 연결된 제 1 로터와, 출력축에 연결된 제 2 로터와, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하기 위한 제 1 각도 소자와, 상기 제 1 로터의 상대 조향각을 측정하기 위한 제 2 및 제 3 각도 소자를 구비한 토크 센서; 및
    상기 토크 센서로부터 수신된 절대 조향각 및 상대 조향각을 기반으로 기준 조향각을 결정하고, 상기 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 수신된 상대 조향각을 근거로 상기 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하여 누적하고 누적된 제 1 및 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이이내에 있을 때에 상기 제1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 계산된 최종 절대 조향각을 제공하는 전자제어유닛을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자제어유닛은
    상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과하는 경우 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 유지하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자제어유닛은
    상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과한 횟수를 카운트하고, 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과한 경우 미리 설정된 경고 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  4. 입력축에 연결된 제 1 로터와, 출력축에 연결된 제 2 로터와, 상기 제 1 로터의 절대 조향각을 측정하기 위한 제 1 각도 소자와, 상기 제 1 로터의 상대 조향각을 측정하기 위한 제 2 및 제 3 각도 소자를 구비한 토크 센서를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법으로서,
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 토크 센서로부터 수신된 절대 조향각 및 상대 조향각을 기반으로 기준 조향각을 결정하는 단계;
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 2 및 제 3 각도 소자로부터 수신된 상대 조향각을 근거로 상기 기준 조향각으로부터 회전된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 추적하여 누적하는 단계;
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 누적된 상기 1 및 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 판단하는 단계의 판단결과, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 미리 설정된 기준차이 이내에 있는 경우 상기 제1 및 제 2 절대 조향각을 평균하여 계산된 최종 절대 조향각을 제공하는 단계를 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 판단하는 단계 이후에,
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과하는 경우 초과 직전에 누적된 제 1 및 제 2 절대 조향각을 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제공하는 단계는
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템에 의해, 상기 제 1 및 제 2 절대 조향각의 차이가 상기 기준차이를 초과한 횟수를 카운트하는 단계; 및
    상기 카운트된 횟수가 일정횟수를 초과한 경우 미리 설정된 경고 정보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 조향각 검증 방법.
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