KR20150011134A - 전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법 - Google Patents

전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 회전각 변위를 측정하여 전송하는 위치 센서; 및 위치 센서로부터 모터의 회전각 변위 정보를 입력받아 모터의 회전 각도를 산출하며 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 고장으로 진단하는 전자제어부를 포함하는 전동식 조향 장치를 제공하여, 전동식 조향 장치 작동 시 고장 상황 및 고장 부품을 정확히 진단할 수 있는 효과가 있다.

Description

전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법{Electronic Power Steering Apparatus and Function Failure Diagnosis Controlling Method thereof}
본 발명은 전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향 장치 작동 시 고장 상황 및 고장 부품을 정확히 진단 가능한 전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어가고 있다.
기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 스티어링 휠(steering wheel)의 회전 여부와 상관없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전동식 동력 보조 조향장치는 스티어링 휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 랙-타입 전동식 조향 장치의 구성도이다.
전동식 조향장치는 스티어링 휠(102), 조향축(104), 피니언 축(106), 랙-피니언 기구부(108), 랙바(109), 센서부(110), 전자제어부(120), 모터(130), 벨트-풀리 기구부(140)를 포함한다.
일반적인 조향 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 스티어링 휠(102), 조향축(104), 피니언축(106), 랙-피니언 기구부(108) 및 랙바(109)가 연결되어 있으며, 스티어링 휠(102) 회전에 따라 조향축(103), 피니언 축(106), 랙-피니언 기구부(108)가 동력을 전달하여 랙바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하여 바퀴를 축 방향으로 움직인다.
종래의 랙-타입 전동식 조향 장치는 센서부(110), 전자제어부(전자제어부, Electronic Control Unit, 120), 모터(130), 벨트-풀리 기구부(140)를 추가로 포함하며, 전자제어부(120)는 센서부(110)로부터 각종 신호를 수신하여 신호에 따라 모터(130)를 구동시키고, 모터(130)와 연결된 벨트-풀리 기구부(140)는 랙바(109)를 축 방향으로 운동하도록 보조한다.
즉, 전자제어부(120)는 운전자가 스티어링 휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 센서부(110)로부터 수신하고, 수신된 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하여 모터(130) 및 벨트를 매개로 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 랙바(109)로 전달한다.
따라서, 종래의 랙-타입 전동식 조향 장치는 스티어링 휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(108)를 거쳐서 랙바(109)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 벨트-풀리 기구부(140)에 의해 랙바(109)에 전달되도록 구성된다. 즉, 랙-타입 전동식 조향 장치에서 발생한 토크와 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(109)를 축 방향으로 운동시킨다.
이러한 종래의 전동식 조향 장치에서는 전동식 조향 장치의 고장 상황을 진단하기 위하여 모터의 각속도와 스티어링 휠의 각속도를 비교하여 일정량 차이가 날 때, 두 부품 사이의 연결 구조가 끊어졌다고 판단하여 고장을 진단한다.
그러나, 이러한 고장진단 방법은 고장 진단 상황에서 체결상태가 불량인지, 모터와 조향각 센서 중 어느 부품이 고장인지 구별하기 쉽지 않고, 고장진단을 잘못하게 되면 정상인 부품을 교체하게 되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전동식 조향 장치 작동 시 고장 상황 및 고장 부품을 정확히 진단 가능한 전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터의 위치 신호를 측정하여 전송하는 위치 센서; 및 상기 위치 센서로부터 상기 모터의 위치 신호를 입력받아 상기 모터의 회전 각도를 산출하며 상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 고장으로 진단하는 전자제어부를 포함하는 전동식 조향 장치를 제공한다.
상기 전자제어부는, 상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 상기 모터와 스티어링 휠 사이의 체결구조가 끊어진 것으로 판단할 수 있다.
상기 전자제어부는, 상기 모터의 회전 각도가 다음의 임계값을 초과하는 경우 고장으로 진단할 수 있다.
θc = S x r
여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수.
상기 전자제어부는, 고장으로 진단된 경우 상기 모터의 구동을 정지시킬 수 있다.
상기 전자제어부는, 고장으로 진단된 경우 경고등을 점등시킬 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터의 현재 각도를 저장하는 단계; 상기 모터의 회전각 변위를 산출하는 단계; 상기 모터의 회전 각도가 임계값을 초과하는 지 판단하는 단계; 및 상기 모터의 회전 각도가 임계값을 초과하면 고장으로 진단하는 단계를 포함하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법을 제공한다.
상기 고장으로 진단하는 단계에서는, 상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 상기 모터와 스티어링 휠 사이의 체결구조가 끊어진 것으로 판단할 수 있다.
상기 모터의 회전 각도의 임계값은 다음의 수식에 의하여 산출할 수 있다.
θc = S x r
여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수.
상기 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법은, 고장으로 진단된 경우 경고등을 점등하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법은, 고장으로 진단된 경우 상기 모터의 구동을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전동식 조향 장치 및 그 고장진단 제어방법에 따르면, 전동식 조향 장치 작동 시 고장 상황 및 고장 부품을 정확히 진단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 랙-타입 전동식 조향 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치는, 센서부(110), 전자제어부(120) 및 모터(130)를 포함한다.
센서부(110)는 조향각 센서(112) 및 토크 센서(114)를 포함한다.
조향각 센서(112)는 운전자의 조작에 의해 회전하는 스티어링 휠의 회전각도를 측정한 신호를 생성하여 전자제어부(120)로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 조향각 센서(112)에서 스티어링 휠(102)의 회전각도를 측정한 신호를 조향각 신호로 가정하여 설명한다.
토크 센서(Torque Sensor, 114)는 스티어링 휠(102)의 회전에 따른 입력축 및 출력축의 상대 회전 변위를 감지한 전기적인 신호를 생성한 후 전자제어부(120)로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 토크 센서(114)에서 생성한 전기적인 신호를 토크 신호로 가정하여 설명한다.
전자제어부(120, Electronic Control Unit)는 조향각 센서(112) 및 토크 센서(114)로부터 조향각 신호 및 토크 신호를 수신하고, 이에 따른 조향각 변경을 위하여 모터(130)를 구동시켜 조향각 변경을 위한 구동력을 생성시킨다.
본 실시예에 따른 전자제어부(120)는 조향각 센서(112)로부터 스티어링 휠(102)의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 수신하여 스티어링 휠(102)의 회전 각도인 조향각을 산출하고, 모터(130)의 위치 센서(132)로부터 모터 위치 신호를 수신하여 모터의 회전 각도를 산출한다.
위치 센서(132)는 모터(130)의 위치 신호를 전자제어부(120)로 전송하고, 전자제어부(120)는 전송된 위치 신호에 기초하여 모터(130)의 회전 각도를 산출한다. 전자제어부(120)는 모터(130)의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 고장으로 진단한다.
만약 모터(130)와 스티어링 휠(102) 사이의 기계적 체결구조가 끊어지면 조향각 변경을 위하여 모터(130)는 계속하여 고회전하게 되고 이때 모터(130)의 회전각은 상당히 큰 변위량을 갖는다.
차량에서 모터(130)가 좌우로 회전할 수 있는 회전각의 한계는 정해져있다. 스티어링 휠(102)의 회전각 범위를 S라 하고, 스티어링 휠(102)의 1회전당 모터(130)의 회전수를 r이라 하면, 모터(130)의 회전각은 S x r의 임계값(θc)을 갖는다. 즉, 모터(130)의 임계 회전각은, θc = S x r의 수식으로 나타낼 수 있다. 여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수이다.
모터(130)의 회전각 범위가 임계 회전각(θc)을 초과하면, 이는 정상적인 차량에서 회전할 수 없는 범위를 회전한 것이고, 이 경우는 모터(130)와 스티어링 휠(102)의 체결 구조가 끊어진 것으로 진단할 수 있다. 즉, 본 실시예의 전자제어부(120)는, 위치 센서(132)로부터 모터(130)의 회전각 변위 정보를 입력받아 모터(130)의 회전 각도를 산출하며 모터(130)의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 고장으로 진단한다.
예를 들어, 스티어링 휠(102)의 회전각 범위가 좌우로 각각 550도라고 가정하면 스티어링 휠(102)의 회전각 범위 S=1100도가 된다. 모터(130)는 스티어링 휠(102)의 1회전당 20.5회전을 한다고 가정하면 r=20.5가 된다. 이때 모터(130)의 회전각 범위는 1100 x 20.5 = 22550도로 제한된다. 따라서, 모터(130)의 회전각 범위가 22550도를 초과한다면 차량에서 회전할 수 없는 범위를 회전하였으므로 이를 기초로 전자제어부(120)는 모터(130)와 스티어링 휠(102) 사이의 체결구조가 끊어졌음을 진단할 수 있다.
전자제어부(120)는 고장이라고 진단된 경우에 경고등(310)을 점등하고 모터(130)의 구동을 정지시킨다.
모터(130)와 스티어링 휠(102) 사이의 체결구조가 끊어진 경우 모터(130)의 장시간 고회전으로 인해 모터(130)의 손상 및 고열로 인한 화재 발생의 위험이 있으므로 이를 조기에 신속하게 고장으로 진단할 수 있는 기능이 필요하며, 고장 상황 및 고장 부품을 좀 더 정확히 진단할 수 있어야 고장난 부품의 정비 및 교체가 원활히 이루어질 수 있다.
본 발명의 전동식 조향 장치에 의하면, 모터(130)와 스티어링 휠(102) 사이의 체결구조가 끊어진 경우, 이를 조기에 신속하게 진단하여 모터(130)의 손상 및 고열로 인한 화재 발생을 미연에 방지할 수 있고, 오진단 없이 정확하게 고장발생을 진단할 수 있어 부품 정비 및 교체 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법의 순서도이다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법은, 모터(130)의 현재 각도를 저장하는 단계(S100)와, 모터(130)의 회전각 변위를 산출하는 단계(S200)와, 모터(130)터의 회전 각도가 임계값을 초과하는 지 판단하는 단계(S300)와, 모터(130)터의 회전 각도가 임계값을 초과하면 고장으로 진단하는 단계(S400)를 포함한다.
고장으로 진단하는 단계(S400)에서는, 모터(130)의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 모터(130)와 스티어링 휠(102) 사이의 체결구조가 끊어진 것으로 판단한다. 이에 의하여, 정확한 고장 진단이 신속하게 가능하며, 추가적인 부품 손상을 방지하고 정비 및 교체 작업을 원활히 수행할 수 있다.
모터(130)의 회전 각도의 임계값은 다음의 수식에 의하여 산출한다.
θc = S x r
여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수이다.
본 실시예의 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법은, 고장으로 진단된 경우 경고등(310)을 점등하는 단계와, 고장으로 진단된 경우 모터(130)의 구동을 정지시키는 단계를 더 포함한다. 이에 의하여, 고장 상황을 운전자에게 신속히 전달할 수 있고, 모터(130)의 계속적인 구동에 의한 손상을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법에 의하면, 전동식 조향 장치 작동 시 고장 상황 및 고장 부품을 정확히 진단할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102 : 스티어링 휠
120 : 전자제어부
130 : 모터
132 : 위치 센서

Claims (10)

  1. 모터의 위치 신호를 측정하여 전송하는 위치 센서; 및
    상기 위치 센서로부터 상기 모터의 위치 신호를 입력받아 상기 모터의 회전 각도를 산출하며 상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 고장으로 진단하는 전자제어부를 포함하는 전동식 조향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 상기 모터와 스티어링 휠 사이의 체결구조가 끊어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    상기 모터의 회전 각도가 다음의 임계값을 초과하는 경우 고장으로 진단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
    θc = S x r
    여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    고장으로 진단된 경우 상기 모터의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어부는,
    고장으로 진단된 경우 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치.
  6. 모터의 현재 각도를 저장하는 단계;
    상기 모터의 회전각 변위를 산출하는 단계;
    상기 모터의 회전 각도가 임계값을 초과하는 지 판단하는 단계; 및
    상기 모터의 회전 각도가 임계값을 초과하면 고장으로 진단하는 단계를 포함하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고장으로 진단하는 단계에서는,
    상기 모터의 회전 각도가 임계값 이상인 경우 상기 모터와 스티어링 휠 사이의 체결구조가 끊어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모터의 회전 각도의 임계값은 다음의 수식에 의하여 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법.
    θc = S x r
    여기서, θc는 임계값, S는 스티어링 휠의 회전 가능 각, r은 스티어링 휠의 1회전당 모터의 회전수.
  9. 제6항에 있어서,
    고장으로 진단된 경우 경고등을 점등하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    고장으로 진단된 경우 상기 모터의 구동을 정지시키는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 고장진단 제어방법.
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