KR20140139816A - 가상 토크 계산 방법, 전자제어장치 및 조향장치 - Google Patents

가상 토크 계산 방법, 전자제어장치 및 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상 토크 계산 방법, 전자제어장치 및 조향장치에 관한 것으로서, 특히,토크 센서 고장 발생 시, 즉, 토크 신호 이상 시, 조향 제어를 위해 가상의 토크를 계산하는 방법, 전자제어장치 및 조향장치에 관한 것이다.

Description

가상 토크 계산 방법, 전자제어장치 및 조향장치{VIRTUAL TORQUE CALCULATION METHOD, ELECTRONIC CONTROL UNIT, AND STEERING APPARATUS}
본 발명은 가상 토크 계산 방법, 전자제어장치 및 조향장치에 관한 것이다.
종래, 조향장치는 운전자가 조향휠을 회전시키는 조향력(운전자 조향력)을 보조해주기 위하여 보조 조향력을 모터를 통해 공급해주고 있다.
모터에 의해 공급되는 보조 조향력은 차량 주행 상태, 운전자 조향력 등에 따라 제어되어야 한다. 따라서, 보조 조향력을 정확하게 제어하기 위해서는, 토크 센서를 통해 토크를 정확하게 얻어내야만 한다.
하지만, 토크 신호에 이상이 있는 등의 토크 센서 고장이 발생하면, 보조 조향력이 잘못 공급되거나 전혀 공급되지 않는다.
따라서, 토크 센서 고장 검출 시, 토크를 정확하게 얻을 수 있는 대체 수단이 필요한 실정이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 토크 센서 고장 발생 시, 즉, 토크 신호 이상 시, 조향 제어를 위해 가상의 토크를 계산하는 방법, 전자제어장치 및 조향장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 전자제어장치의 가상 토크 계산 방법에 있어서, 모터 위치 센서를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 단계; 상기 획득된 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 단계를 포함하는 가상 토크 계산 방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 모터 위치 센서를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 정보 획득부; 및 상기 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 가상 토크 계산부를 포함하는 전자제어장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 측정하는 모터 위치 센서; 조향 상대 각도를 측정하는 토크 센서; 및 상기 모터 위치 센서를 통해 상기 모터 축 각도를 획득하고, 상기 토크 센서를 통해 상기 조향 상대 각도를 획득하며, 상기 획득된 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하고, 상기 계산된 가상 토크에 근거하여 상기 모터가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 상기 모터에 인가하는 전자제어장치를 포함하는 조향 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 토크 센서 고장 발생 시, 즉, 토크 신호 이상 시, 조향 제어를 위해 가상의 토크를 계산하는 방법, 전자제어장치 및 조향장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치에서, 모터가 보조 조향력을 공급하는 부분(A)에 대한 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크를 계산하는 전자제어장치에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크 계산 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크 계산 방법에서 가상 토크를 계산하는 단계를 더욱 상세하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예는 토크 센서 고장 발생 시, 즉, 토크 신호 이상 시, 조향 제어를 위해 가상 토크(Virtual Torque)를 계산하는 방법, 전자제어장치 및 조향장치를 개시한다.
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크 계산 방법과, 이를 수행하는 전자제어장치 및 이 전자제어장치를 포함하는 조향장치에 대하여, 예시적인 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치(10)를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치(10)는, 운전자가 조향휠(101)을 회전시키는 조향력을 보조하기 위한 보조 조향력을 공급하는 모터(110), 모터(110)의 모터 축(111)에 대한 모터 축 각도(모터 축이 회전한 각도)를 측정하는 모터 위치 센서(140), 조향 상대 각도(조향축(102)에서 입력축 각도를 의미할 수 있음)를 측정하는 토크 센서(150), 모터(110)가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류의 전류값을 결정하여 결정된 전류값에 해당하는 조향 전류를 모터(110)에 인가하는 전자제어장치(100) 등을 포함한다.
운전자가 조향휠(101)을 돌리면, 운전자에 의한 조향력과 모터에서 공급되는 보조 조향력이 더해져서, 더해진 조향력에 의해, 조향축(102)과 유니버셜 조인트(104)를 통해 연결된 피니언 축(104)이 회전하고, 이에 따라, 랙바(105)가 좌측 또는 우측으로 이동하여 양측 바퀴(106)가 특정 방향으로 조향된다.
여기서, 모터(110)에 의해 보조 조향력이 공급되는 부분의 위치는, 조향 장치(10)의 종류에 따라 다를 수 있고 이에 따라, 조향 장치(10)에서 모터(110)가 결합되는 구조가 달라진다.
도 1은 모터(110)에 의해 보조 조향력이 공급되는 부분이 조향축(102)인 경우를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 모터(110)에 의해 보조 조향력이 공급되는 부분이 조향축(102)인 경우, 모터(110)가 결합되는 부분(A)에 대하여 도 2에 보다 상세하게 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치(10)에서, 모터(110)가 보조 조향력을 공급하는 부분(A)에 대한 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 모터(110)는 웜 축(120)과 웜 휠(130)을 포함하는 감속기를 매개로 조향축(102)에 결합되어 보조 조향력을 공급할 수 있다.
더욱 상세하게는, 모터(110)의 모터 축(111)이 웜 축(120)과 연결되고, 웜 축(120)은 조향축(102)과 연결되는 웜 휠(130)과 연결된다. 그리고, 모터 축(111)과 웜 축(120)이 연결되는 부위에 토션 스프링(200)이 댐핑 역할을 위해 구비된다.
웜 축(120)과 웜 휠(130)을 포함하는 감속기는 설계 수치로서 결정된 소정의 기어비를 갖도록 설계되어 있다.
도 2와 같은 모터 결합 구조를 갖는 조향 장치(10)에 대하여, 보조 조향력 공급 제어를 수행하는 전자제어장치(100)는, 모터 위치 센서(140)를 통해 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서(150)를 통해 조향 상대 각도를 획득하며, 획득된 조향 상대 각도로부터 모터 축(111)과 연결된 웜 축(120)에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 토크 센서(150)를 통해 획득된 모터 축 각도에서 웜 축 각도를 빼서 모터 축(111)과 웜 축(120)의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하고, 계산된 가상 토크에 근거하여 모터(110)가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 모터(110)에 인가한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크를 계산하는 전자제어장치(100)에 대한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크를 계산하는 전자제어장치(100)는, 모터 위치 센서(140)를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터(110)의 모터 축(111)에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서(150)를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 정보 획득부(320)와, 조향 상대 각도로부터 모터 축(111)과 연결된 웜 축(120)에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 모터 축(111)과 웜 축(120)의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 가상 토크 계산부(330) 등을 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크를 계산하는 전자제어장치(100)는, 가상 토크 계산부(330)에서 계산된 가상 토크에 근거하여 모터(110)가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 모터(110)에 인가하는 조향 전류 인가부(340)를 더 포할 수 있다.
위에서 언급한 토크 센서(150)는, 일 예로, 입력축 각도 측정 소자와 출력축 각도 측정 소자를 포함할 수 있다.
이러한 토크 센서(150)에 고장이 발생하지 않은 경우, 즉, 토크 센서(150)에서 출력되는 토크 신호에 이상이 없는 경우에는, 입력축 각도 측정 소자가 측정한 입력축 각도와 출력축 각도 측정 소자가 측정한 출력축 각도를 뺀 값으로부터 토크를 얻고, 이렇게 얻어진 토크에 근거하여 보조 조향력 공급을 위한 조향 전류의 전류값을 계산할 수 있다.
하지만, 토크 센서(150)에 고장이 발생하는 경우, 예를 들어, 토크 센서(150)에서 출력되는 출력축 각도에 이상이 발생하는 경우에는, 출력축 각도 측정 소자가 출력하는 출력축 각도를 이용하여 토크를 얻는 것이 아니라, 모터 축(111)이 감속기를 매개로 조향축(102)의 출력축 부분과 연결되는 구조를 고려하여, 모터 위치 센서(140)에서 측정된 모터 축 각도를 출력축 각도 성분으로 이용한다.
토크 센서(150)에 대한 고장 검출은, 종래 토크 센서 고장 검출 방법에 따라 이루어질 수 있으며, 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생략한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크를 계산하는 전자제어장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 토크 센서(150)에 대한 고장 검출 신호를 가상 토크 계산 트리거 신호로서 입력받는 가상 토크 계산 트리거부(310)를 더 포함할 수 있다.
이러한 가상 토크 계산 트리거부(310)에 의해 토크 센서(150)에 대한 고장 검출 신호를 가상 토크 계산 트리거 신호로서 입력받으면, 정보 획득부(320)가 가상 토크를 계산하는데 필요한 정보(모터 축 각도, 조향 상대 각도)를 획득하고, 가상 토크 계산부(330)는, 정보 획득부(320)에 의해 획득된 정보를 이용하여 가상 토크를 계산하게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 가상 토크 계산부(330)는, 획득된 조향 상대 각도와 미리 결정된 기어 각도 비율에 근거하여 웜 축 각도를 계산하고, 획득된 모터 축 각도에서 계산된 웜 축 각도를 빼서 모터 축(111)과 웜 축(120)의 토션 각도인 상기 웜 축 토션 각도를 계산하며, 계산된 웜 축 토션 각도 및 미리 결정된 기어비에 근거하여 조향 토션 각도를 계산하고, 모터 축(111) 및 웜 축(120) 간의 연결 부위에 토션 스프링(200)에 대한 토션 스프링 값과 계산된 조향 토션 각도로부터 가상 토크를 계산할 수 있다.
획득된 조향 상대 각도와 미리 결정된 기어 각도 비율에 근거하여 웜 축 각도를 계산할 때, 기어 각도 비율이 증가 기어 각도 비율인지 감소 기어 각도 비율인지에 따라, 획득된 조향 상대 각도와 미리 결정된 기어 각도 비율을 곱하거나 나누어서 웜 축 각도를 계산할 수 있다.
계산된 웜 축 토션 각도 및 미리 결정된 기어비에 근거하여 조향 토션 각도를 계산할 때, 기어비가 감소 기어비인지 증가 기어비인지에 따라, 웜 축 토션 각도 및 기어비를 곱하거나 나누어서 조향 토션 각도를 계산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크 계산 방법에 대한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어장치(100)의 가상 토크 계산 방법은, 모터 위치 센서(140)를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터(110)의 모터 축(111)에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서(150)를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 단계(S420)와, 획득된 조향 상대 각도로부터 모터 축(111)과 연결된 웜 축(120)에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 획득된 모터 축 각도에서 계산된 웜 축 각도를 빼서 모터 축(111)과 웜 축(120)의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 단계(S430) 등을 포함한다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어장치(100)의 가상 토크 계산 방법은, S430 단계 이후, 계산된 가상 토크에 근거하여 모터(110)가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 모터(110)에 인가하는 단계(S440)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어장치(100)의 가상 토크 계산 방법은, 가상 토크 계산을 위해 필요한 정보(모터 축 각도, 조향 상대 각도)를 획득하는 단계(S420) 이전에, 토크 센서(150)에 대한 고장 검출 신호를 가상 토크 계산 트리거 신호로서 입력받는 단계(S410)를 더 포함할 수 있다.
가상 토크를 계산하는 S430 단계는 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 토크 계산 방법에서 가상 토크를 계산하는 단계(S430)를 더욱 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 가상 토크를 계산하는 S430 단계는, 토크 센서(150)를 통해 획득된 조향 상대 각도와 미리 결정된 설계치인 기어 각도 비율에 근거하여 웜 축 각도를 계산하는 단계(S510)와, 획득된 모터 축 각도에서 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축(111)과 웜 축(120)의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하는 단계(S520)와, 계산된 웜 축 토션 각도 및 미리 결정된 기어비에 근거하여 조향 토션 각도를 계산하는 단계(S530)와, 모터 축(111) 및 웜 축(120) 간의 연결 부위에 토션 스프링(200)에 대한 토션 스프링 값과 계산된 조향 토션 각도로부터 가상 토크를 계산하는 단계(S540) 등을 포함한다.
S520 단계에서, 조향 상대 각도와 기어 각도 비율에 근거하여 웜 축 각도를 계산할 때, 기어 각도 비율이 증가 기어 각도 비율인지 감소 기어 각도 비율인지에 따라, 조향 상대 각도와 기어 각도 비율을 곱하거나 나누어서 웜 축 각도를 계산할 수 있다.
S530 단계에서, 웜 축 토션 각도 및 기어비에 근거하여 조향 토션 각도를 계산할 때, 기어비가 감소 기어비인지 증가 기어비인지에 따라, 웜 축 토션 각도 및 기어비를 곱하거나 나누어서 조향 토션 각도를 계산할 수 있다.
S540 단계에서, 전자제어장치(100)는, 토션 스프링 값과 계산된 조향 토션 각도를 곱하여 가상 토크를 계산할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 토크 센서 고장 발생 시, 즉, 토크 신호 이상 시, 조향 제어를 위해 가상의 토크를 계산하는 방법, 전자제어장치 및 조향장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 모터 위치 센서를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 정보 획득부; 및
    상기 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 가상 토크 계산부를 포함하는 전자제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 가상 토크에 근거하여 상기 모터가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 상기 모터에 인가하는 조향 전류 인가부를 더 포함하는 전자제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크 센서에 대한 고장 검출 신호를 가상 토크 계산 트리거 신호로서 입력받는 가상 토크 계산 트리거부를 더 포함하는 전자제어장치.
  4. 전자제어장치의 가상 토크 계산 방법에 있어서,
    모터 위치 센서를 통해 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 획득하고, 토크 센서를 통해 조향 상대 각도를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하는 단계를 포함하는 가상 토크 계산 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는,
    상기 획득된 조향 상대 각도와 미리 결정된 기어 각도 비율에 근거하여 상기 웜 축 각도를 계산하는 단계;
    상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 상기 웜 축 토션 각도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 웜 축 토션 각도 및 미리 결정된 기어비에 근거하여 조향 토션 각도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 조향 토션 각도로부터 상기 가상 토크를 계산하는 단계를 포함하는 가상 토크 계산 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 계산하는 단계 이후,
    상기 계산된 가상 토크에 근거하여 상기 모터가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 상기 모터에 인가하는 단계를 더 포함하는 가상 토크 계산 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 획득하는 단계 이전에,
    상기 토크 센서에 대한 고장 검출 신호를 가상 토크 계산 트리거 신호로서 입력받는 단계를 더 포함하는 가상 토크 계산 방법.
  8. 보조 조향력을 공급하는 모터의 모터 축에 대한 모터 축 각도를 측정하는 모터 위치 센서;
    조향 상대 각도를 측정하는 토크 센서; 및
    상기 모터 위치 센서를 통해 상기 모터 축 각도를 획득하고, 상기 토크 센서를 통해 상기 조향 상대 각도를 획득하며, 상기 획득된 조향 상대 각도로부터 상기 모터 축과 연결된 웜 축에 대한 웜 축 각도를 계산하고, 상기 획득된 모터 축 각도에서 상기 계산된 웜 축 각도를 빼서 상기 모터 축과 상기 웜 축의 토션 각도인 웜 축 토션 각도를 계산하며, 상기 계산된 웜축 토션 각도에 근거하여 가상 토크를 계산하고, 상기 계산된 가상 토크에 근거하여 상기 모터가 보조 조향력을 공급하도록 하는 조향 전류를 상기 모터에 인가하는 전자제어장치를 포함하는 조향 장치.


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