KR20150046575A

KR20150046575A - 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치

Info

Publication number: KR20150046575A
Application number: KR20130125984A
Authority: KR
Inventors: 조상민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-30
Also published as: KR101976866B1

Abstract

본 발명은 위험상황시 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가짐으로써 조향휠에 별도 장착되던 진동모터 및 진동 제어기와 와이어 등의 부속 부품을 삭제할 수 있고, 이를 통해 원가 절감 및 중량 저감을 도모할 수 있는 차량용 전동식 조향장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 운전자 조타력 보조를 위한 회전력을 발생시키는 MDPS 모터와, 상기 MDPS 모터의 구동을 제어하는 MDPS 제어기를 포함하는 차량의 전동식 조향장치(MDPS:Motor Driven Power Steering)에 있어서, 상기 MDPS 제어기가 외부 입력 신호로부터 운전자 경고상황임을 판단한 경우 운전자 경고를 위한 조향휠 진동이 이루어지도록 상기 MDPS 모터를 반복적으로 정역 회전시키기기 위한 제어신호를 출력하도록 구비되고, 상기 운전자 경고를 위한 조향휠 진동시에 MDPS 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 구동하여 MDPS 모터의 회전력을 전달하는 웜축의 회전을 설정각도 이내로 제한하는 회전제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치를 제공한다.

Description

운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치{MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS HAVING STEERING WHEEL VIBRATION FUNCTION FOR WARNING DRIVER}

본 발명은 차량의 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자에게 위험상황을 경고하기 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치에 관한 것이다.

자동차의 조향시 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향장치로는, 유압펌프에서 유압을 형성하여 조타력을 보조하는 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering)와, 전동모터의 구동토크(회전력)를 이용하여 조타력을 보조하는 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering, 이하 'MDPS'라 함)가 널리 알려져 있다.

이 중에서 MDPS는 차량의 주행조건에 따라 전동모터가 자동으로 제어되어 운전자 조향휠 조작에 따른 조타력 보조 기능을 수행하므로 유압식 조향장치에 비해 더욱 향상된 조타성능과 조타감을 제공한다.

상기 MDPS는 차속 등에 따라 조향휠의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는바, 이를 위한 기본 구성으로 토크센서, 조향각 센서, 차속센서, 엔진회전수센서 등의 센서류와 제어기(ECU), 전동모터를 포함하며, 제어기가 전동모터의 구동을 제어하기 위해 상기한 센서들로부터 조향정보(조향각, 조향휠 토크 등의 조향 입력 정보)와 차량의 주행정보(차속, 엔진회전수 등의 차량 정보)를 수신하도록 되어 있다.

이때, 제어기는 조향정보와 주행정보에 기초하여 결정된 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 전동모터에 공급하고, 전동모터의 회전 및 회전 감속을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘을 발생시킨다.

이러한 MDPS의 기구적 구성을 살펴보면, 조향축(steering shaft)에 결합되어 있는 MDPS 축상의 웜휠(worm wheel)과, 상기 웜휠에 치합되어 결합된 웜축(worm shaft)과, 상기 웜축의 일단에 연결된 상태로 제어기(이하, 'MDPS 제어기'라 칭함)의 제어에 의해 구동하여 웜축에 동력을 전달하는 전동모터(이하, 'MDPS 모터'라 칭함)를 포함하고, 상기 MDPS 모터 및 이에 연결된 웜축이 MDPS 축의 웜휠(worm wheel)을 회전시켜 조타력을 보조하게 된다.

한편, 차량에는 주행 중 운전자에게 위험상황을 경고하기 위한 각종 경고장치가 장착되어 있으며, 조향장치에도 조향휠을 이용한 경고장치, 즉 조향휠에 설치된 진동장치가 위험상황 발생시 조향휠을 진동시킴으로써 조향휠을 잡고 있는 운전자에게 위험상황을 경고하는 진동 경고장치가 적용되고 있다.

이는 차량 주행 중 수집되는 각종 정보, 예컨대 CAN 통신 등을 이용하는 차량 네트워크를 통해 전달되는 차량의 주행상태 정보나 운전자 상태 정보, 그 밖의 차량 외부에서 수집되는 각종 정보에 기초하여 차선 이탈이나 과속, 운전자 졸음, 차간 거리 위험, 충돌 위험, 사각 위험 등의 위험상황이 발생할 경우 조향휠을 진동시켜 운전자에게 경고한다.

이러한 조향휠 경고장치와 관련한 선행특허문헌으로는, 공개특허 제2006-0067226호(2006.6.19. 공개), 등록특허 제0747289호(2007.8.1. 등록), 공개특허 제2013-0034305호(2013.4.5. 공개), 등록특허 제1244175호(2013.3.11. 등록), 등록특허 제1193819호(2012.10.17. 등록) 등을 들 수 있다.

상기 경고장치는 통상 진동 경고용 편심 진동자를 가진 진동모터를 조향휠에 장착하고, 상기 진동모터를 제어하기 위한 별도의 진동 제어기(VCU:Vibration Control Unit)를 장착하여 구성되는데, 위험상황에서 차량 네트워크를 통해 전달되는 신호에 따라 진동 제어기가 진동모터를 구동시켜 조향휠을 진동시킴으로써 경고하게 된다.

그러나, MDPS가 적용된 차량에서 조향휠 경고장치를 함께 적용할 경우, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 운전자 조타력을 보조하기 위한 조타 보조 기능을 수행하는 MDPS 모터 및 MDPS 제어기, 그리고 위험상황 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 수행하는 진동모터 및 진동 제어기, 와이어 등의 관련 부품을 각각 별도로 구비해야 하므로 장치의 구성이 복잡해지고, 원가 및 중량이 상승하는 문제점을 가진다.

도 1은 MDPS가 적용된 차량에서 경고장치의 진동 제어기(30)와 진동모터(40)의 장착 위치를 나타내는 도면이고, 도 2는 MDPS 제어기(10) 및 MDPS 모터(20), 진동 제어기(VCU)(30) 및 진동모터(40)를 나타내는 구성도이다.

도 2에서 MDPS 제어기(10)는 토크센서 및 조향각 센서의 신호, CAN 신호를 입력받기 위한 각 인터페이스부(11,12,13), MDPS 모터(20)의 구동을 제어하기 위한 MCU(Motor Control Unit)(14,15), 메모리(16), MCU(14,15)의 제어신호에 따라 MDPS 모터(20)를 구동시키는 인버터 등의 모터 구동부(17)를 포함한다.

또한 조향휠 진동 경고 제어 기능을 수행하는 진동 제어기(30) 역시 센서 신호나 CAN 신호를 입력받기 위한 인터페이스부(31.32), 진동모터(40)의 구동을 제어하기 위한 MCU(33) 및 메모리(34), 모터 구동부(35)를 포함하며, 도시된 각 제어기 모두 전원 및 모터 측과의 연결을 위한 와이어, 센서 신호 및 CAN 신호 입력을 위한 와이어 등의 부속 부품을 필요로 한다.

또한 종래의 조향휠 경고장치에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 진동모터(40)가 조향휠(1)에 장착되어 있으므로 조향휠을 진동시키는데 운전자가 느끼는 소음 또한 크게 발생하고, 진동모터(40)와 함께 진동 제어기(30)를 조향휠(1)에 장착해야 하는 어려움이 있게 된다(패키지상의 곤란함이 있음).

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, MDPS 모터를 이용한 조향휠 진동 경고 기능이 수행될 수 있도록 구성됨으로써 조향휠에 별도 장착되던 진동모터 및 진동 제어기, 와이어 등의 부속 부품을 삭제할 수 있고, 이를 통해 원가 절감 및 중량 저감을 도모할 수 있는 차량용 전동식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 운전자 조타력 보조를 위한 회전력을 발생시키는 MDPS 모터와, 상기 MDPS 모터의 구동을 제어하는 MDPS 제어기를 포함하는 차량의 전동식 조향장치(MDPS:Motor Driven Power Steering)에 있어서, 상기 MDPS 제어기가 외부 입력 신호로부터 운전자 경고상황임을 판단한 경우 운전자 경고를 위한 조향휠 진동이 이루어지도록 상기 MDPS 모터를 반복적으로 정역 회전시키기기 위한 제어신호를 출력하도록 구비되고, 상기 운전자 경고를 위한 조향휠 진동시에 MDPS 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 구동하여 MDPS 모터의 회전력을 전달하는 웜축의 회전을 설정각도 이내로 제한하는 회전제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치를 제공한다.

여기서, 상기 MDPS 제어기는 센서 신호로부터 운전자에 의한 조향 입력이 이루어짐을 판단한 경우 웜축의 회전 제한이 해제되도록 상기 회전제한수단의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 조향 입력 검출수단은 토크센서이거나 토크센서와 조향각센서의 조합된 구성인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회전제한수단은 웜축에 원주방향의 설정된 폭을 가지도록 형성되는 스토퍼 홈과; 하우징에 전후진 가능하도록 설치되고 전진시 스토퍼 홈에 삽입되어 웜축의 회전을 스토퍼 홈의 폭방향 구간 이내로 제한하는 스토퍼, 및 상기 MDPS 제어기에 의해 인가되는 구동 전원에 의해 스토퍼를 스토퍼 홈에 삽입되도록 전진시키는 액츄에이터를 구비한 스토퍼 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 액츄에이터는 솔레노이드인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스토퍼 장치는 액츄에이터로 인가되는 구동 전원에 의해 스토퍼가 전진한 상태에서 상기 구동 전원 차단시 스토퍼를 탄성복원력에 의해 후진시키는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 위험상황시 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가짐으로써 조향휠에 별도 장착되던 진동 제어기와 진동모터, 이에 부속된 와이어 등의 부품을 삭제할 수 있고, 이를 통해 원가 절감 및 중량 저감을 도모할 수 있는 효과가 있다.

즉, 조향휠에 장착되던 진동모터에 의한 진동 기능이 MDPS 모터로 통합되고, 진동 경고 제어 기능이 MDPS 제어기에 통합되어 부품 축소가 이루어질 수 있는 것이며, 추가 전원의 불필요, 전기부하 저감 및 패키지 자유도 향상의 여러 이점이 있게 된다.

또한 진동 경고용 모터의 변경을 통해 진동감 향상 및 소음 감소, 감성 품질 및 상품성 향상을 도모할 수 있게 된다.

종래의 경우 진동 경고를 위해 조향휠 내 진동모터(진동 전용 고 rpm 모터)가 이용되었으나, 본 발명에서는 조향컬럼(도 1에서 도면부호 2임) 전방의 엔진룸 쪽에 위치되는 MDPS 모터(진동 겸용 대형 저 rpm 모터)가 이용되고, 이와 같은 진동 모터 및 진동 위치 변경을 통해 소음 감소 및 상품성 향상의 이점이 있게 되는 것이다.

도 1은 종래의 MDPS가 적용된 차량에서 조향휠을 이용한 경고장치의 진동모터와 진동 제어기의 장착 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 MDPS 모터 및 MDPS 제어기, 진동모터 및 진동 제어기를 나타내는 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 경고용 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치에서 구동부 및 스토퍼 홈을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치에서 스토퍼의 작동 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 통합 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 조타 보조 기능과 조향휠 진동 경고 기능을 하나의 전동모터 및 제어기를 이용하여 수행할 수 있도록 한 차량용 전동식 조향장치(MDPS)에 관한 것으로, 위험상황시 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 MDPS 모터 및 그 제어기에 부가함으로써 조향휠에 별도 장착되던 진동모터 및 진동 제어기, 이에 부속된 와이어 등의 부품을 삭제할 수 있고, 이를 통해 원가 절감 및 중량 저감을 도모할 수 있는 전동식 조향장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는, 조향휠에 장착되던 운전자 경고용 진동장치, 즉 조향휠 진동 기능을 수행하는 종래의 진동모터 및 조향휠 진동 경고 제어 기능을 수행하는 별도의 진동 제어기(VCU)를 삭제하는 대신, 이들이 수행하던 조향휠 진동 경고 기능을 MDPS 모터와 MDPS 제어기가 통합적으로 수행하게 된다.

이를 위해, 조타력을 보조하는 조향장치의 본래 기능과 운전자 경고용 조향휠 진동 기능을 MDPS 모터와 MDPS 제어기를 이용하여 구현할 수 있는 새롭고 진보된 구성이 개시된다.

먼저, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 경고용 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치의 구성도로서, 이에 나타낸 바와 같이 조향휠(1)에 장착되던 종래의 진동모터와 진동 제어기는 삭제된다.

그 대신 조타 보조 기능과 더불어 조향휠 진동 경고 기능을 수행하기 위한 구동원으로 하나의 통합형 모터인 MDPS 모터(20)가 이용되고, 조타 보조 및 조향휠 진동 경고 기능에 대한 통합 제어를 수행하는 하나의 통합형 제어기, 즉 MDPS 제어기(10)가 이용된다.

상기 MDPS 제어기(10)는 운전자 조향휠 조작에 따른 조타력을 보조하는 기능을 수행하는데 필요한 정보들을 제공하는 정보검출부, 예컨대 토크센서 및 조향각 센서, 차속센서, 엔진회전수 센서 등의 신호를 입력받으며, 이들 센서 신호에 기초하여 MDPS 모터(20)를 구동시키는 본래의 조타 보조 기능 제어를 수행한다.

통상의 MDPS에서는 조향휠(1)을 통한 운전자의 조향 입력이 있게 되면 MDPS 제어기(10)가 조타력 보조를 위한 MDPS 모터(20) 제어를 수행하고, 기본적으로 차량 조향시 입력되는 토크센서와 조향각 센서의 신호를 통해 운전자의 조향휠(1) 파지 및 조작을 감지하여 MDPS 모터(20)의 구동을 제어하게 된다.

MDPS 제어기(10)가 수행하는 상기한 조타 보조 기능 제어에 대해서는 종래와 비교하여 차이가 없으며, 차량 조향시 조향휠(1)을 통해 입력되는 운전자의 조타력이 조향휠(1)에 결합된 조향축을 통해 MDPS 축(도 5의 도면부호 23임)으로 전달되고, 이어 센서 신호에 따라 MDPS 모터(20)가 구동되면서 웜축(21) 및 웜휠(22)을 통해 전달되는 보조력(모터 회전력)에 의해 조타력 보조가 이루어지게 된다.

이때, MDPS 모터(20)의 회전력은 웜축(21), 웜휠(22), 기어박스(미도시), 차륜(미도시)의 순으로 전달된다.

또한 본 발명에서 MDPS 제어기(10)는 차량 네트워크를 통해 센서나 차량 내 타 제어기로부터 전달되는 신호에 기초하여 운전자 경고상황이 발생함을 판단하여 조향휠(1)을 진동시키기 위해 MDPS 모터(20)를 설정각도 내에서 반복적으로 정역 회전시키는 제어를 수행하게 된다.

이때, MDPS 모터(20)의 회전력은 웜축(21), 웜휠(22), MDPS 축(23), 조향축, 조향휠(1)의 순으로 전달되며, 진동 경고시 MDPS 모터(20)가 미리 정해진 설정각도 내에서 단시간 회전 후 회전방향을 바꾸는 반복 회전구동을 되므로, 조향휠(1)이 조향축을 통해 전달되는 MDPS 모터(20)의 정역 회전력에 의해 좌우로 반복 회전되면서 운전자에게 진동 경고를 하게 된다(MDPS 모터가 반복된 정역 회전으로 진동을 일으킴).

상기 센서나 차량 내 타 제어기로부터 입력되는 신호는 종래의 운전자 경고용 진동장치에서 진동 제어기에 입력되는 신호와 동일한 신호가 될 수 있으며, 이 신호가 후술하는 바와 같이 MDPS 제어기(10) 내 MCU(도 7에서 도면부호 14임)로 입력되면, MCU가 경고상황임을 판단하여 모터 구동부(인버터)(도 7에서 도면부호 17임)를 통해 조향휠(1)을 진동시키도록 MDPS 모터(20)를 정역 구동시킨다.

여기서, 센서로는, 차량 주행 중 위험상황을 감지하는 수단으로서, 차량의 차선 이탈을 감지하기 위한 카메라, 차량 후측방 정보를 획득하기 위한 카메라, 차간 거리 정보를 감지하기 위한 레이더 센서, 차량 과속을 감지하기 위한 차속센서, 또는 운전자 상태 검출을 위한 카메라나 기타 센서 등이 될 수 있다.

또한 센서 신호의 직접 이용 대신, MDPS 제어기(10)가 차량 네트워크를 통해 차량 내 타 제어기, 예컨대 차선이탈감지시스템(LDWS:Lane Departure Warning System), 운전자상태경보시스템(DSM:Driver Status Monitoring), 후측방 경보 시스템(BSD:Blind Spot Detection), 차간거리유지시스템(ACC:Adaptive Cruise Control), 능동충돌방지 시스템(PCS, Pre Crash Safety), 차선유지시스템(LKAS,Lane Keeping Assist System) 등 차량 내 전자시스템의 제어기로부터 신호를 입력받아 경고상황임을 인지하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에서 운전자 경고용 조향휠 진동을 위한 구동수단으로 MDPS 모터(20)를 이용하고, 또한 MDPS 모터(20)의 회전력으로 조향휠(1)을 좌우 반복 회전시키는 진동 경고를 수행함에 있어서, 경고상황임에도 불구하고 조향휠(1)의 진동 작동을 운전자에 의한 조향휠 입력 조작으로 오인식하여 조향 로직이 작동하는 셀프 스티어(self-steer)를 방지하기 위한 수단이 필요하다.

바람직한 실시예에서, 진동 경고시(경고를 위한 조향휠 회전시) 조향 입력으로의 오인식 및 그로 인한 셀프 스티어를 방지하기 위한 수단은 MDPS 모터(20)의 회전력을 전달하는 부분, 예컨대 MDPS 모터(20)의 구동축에 결합된 웜축(21)에 선택적으로 결합 및 분리 가능하도록 구비되어 결합시 웜축의 회전각도가 설정각도 이내가 되도록 제한하는 회전제한수단이 될 수 있다.

또한 이러한 회전제한수단으로는, 차량 네트워크를 통한 외부 입력 신호로부터 경고상황임을 판단한 MDPS 제어기(10)에 의해 구동 제어되어 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a)에 스토퍼(52)를 삽입하여 결합시킴으로써 상기 스토퍼 홈(21a)에 삽입된 스토퍼(52)에 의해 웜축(21)의 회전을 설정각도 이내로 규제하는 스토퍼 장치(50)가 될 수 있으며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 구동부 및 스토퍼 홈을 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 스토퍼 홈(21a)은 웜축(21)의 일단부에 형성될 수 있고, 웜축(21)의 주변으로 MDPS 제어기(10)의 제어신호에 따라 전후로 이동하여 상기 스토퍼 홈(21a)에 삽입 및 분리될 수 있는 스토퍼(52)를 가지는 스토퍼 장치(도 6에서 도면부호 50임)가 설치된다.

도 6은 스토퍼 장치의 구성을 나타내는 단면도로, 웜축(21)에 형성된 스토퍼 홈(21a)과, 스토퍼(52)가 솔레이드 구동방식으로 전후진 동작하여 상기 스토퍼 홈(21a)에 선택적으로 삽입 및 분리되는 구성의 스토퍼 장치(50)를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 스토퍼 장치(50)는 하우징(51), 하우징(51) 내부에 전후진 가능하도록 설치된 스토퍼(52), 그리고 MDPS 제어기(10)에 의해 구동 전원을 인가받아 상기 스토퍼(52)를 이동시키도록 작동되는 액츄에이터(53)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 구동 전원을 인가받아 스토퍼(52)를 이동시키는 액츄에이터(53)는 솔레노이드가 될 수 있고, 상기 솔레노이드(53)는 MDPS 제어기(10)에 의해 전원이 인가될 경우 스토퍼(52)를 전진시켜 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a)에 삽입시키도록 구비된다.

또한 상기 스토퍼(52)는 전진하여 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a)에 삽입된 경우 웜축(21)의 회전을 스토퍼 홈(21a)의 폭방향 구간 이내가 되도록 제한하게 되는데, 스토퍼 홈(21a)에 삽입되어 웜축(21)과 결합된 경우 웜축의 회전을 설정각도, 즉 상기 폭방향 구간 이내로 제한하게 되고, 반대로 스토퍼 홈(21a)으로부터 완전히 분리될 경우 웜축(21)의 회전 제한을 해제하게 된다.

이와 더불어 상기 스토퍼 장치(50)는 스토퍼(52)의 복원 이동을 위해 솔레노이드(53)의 전원 차단시 스토퍼 홈(21a)에서 분리되도록 스토퍼(52)를 후진시키기 위한 탄성복원력을 제공하는 탄성부재(54)를 더 포함하여 구성된다.

상기 탄성부재(54)는 하우징(51) 내에서 하우징 출입구와 스토퍼 걸림단 사이에 장착되는 코일 스프링이 될 수 있으며, 상기 코일 스프링(54)은 솔레노이드(53)에 전원이 인가되어 스토퍼(52)가 전진할 때 압축되었다가, 솔레노이드(53)의 전원 차단시에는 탄성 복원되어 스토퍼(52)를 후진시키게 된다.

이러한 구성에 의해 고장으로 인한 전원 차단시에는 스프링(54)의 탄성 복원력에 의해 스토퍼(52)가 자동으로 후진 이동하여 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a)으로부터 분리될 수 있고, 이에 스토퍼의 스토퍼 홈 결합에 의한 조향 방해를 방지할 수 있다.

이와 같이 고장시에는 스토퍼(52)가 스프링(54)의 힘에 의해 기계적으로 후진되도록 함으로써 웜축(21)으로부터의 분리 및 웜축의 회전 제한 자동 해제가 이루어지도록 하는바, 운전자의 조향 조작이 방해를 받지 않도록 하는 기계적인 페일 세이프 기능이 구현될 수 있게 된다.

아울러, 운전자가 조향휠(1)을 파지하여 차량 조향을 위해 조작하는 경우, 즉 운전자에 의한 정상적인 조향 입력이 이루어질 경우에는 상기 스토퍼 장치(50)에 의한 웜축(21)의 회전 제한이 반드시 해제되어야 하는바, 운전자의 조향휠 조작에 의한 정상적인 조향 입력을 검출하는 수단이 필요하다.

여기서, 조향 입력 검출수단은 토크센서, 또는 토크센서와 조향각센서의 조합이 될 수 있으며, 이때 MDPS 제어기(10)는 센서 신호로부터 진동 경고 작동시의 설정된 조향휠 회전 패턴과 상이한 조향휠 회전상태를 검출한 경우 운전자의 조향휠 조작에 의한 정상적인 조향 입력이 이루어진 것으로 판단하게 된다.

즉, 진동 경고 상태 진입 후 토크센서를 통해 일정 값 이상의 조향휠 토크 검출시, 또는 조향각 센서를 통해 일정 값 이상의 조향각도가 검출됨과 동시에 일정 값 이상의 조향휠 토크 검출시에 운전자에 의한 인위적인 조향 입력이 이루어진 것으로 판단하여 웜축(21)의 회전 제한을 즉각 해제한다.

이때, 상기 MDPS 제어기(10)는 솔레노이드(53)에 인가되어 있는 전원을 차단하여 스토퍼(52)가 코일 스프링(54)의 탄성복원력에 의해 후진될 수 있도록 하고, 이를 통해 웜축(21)으로부터 스토퍼(52)를 분리시켜 웜축의 회전 제한을 해제시키게 된다.

이와 같이 본 발명에서 운전자의 정상적인 조향 입력시 스토퍼 장치의 구동을 제어하여 웜축의 회전 제한을 해제하는데 조향 입력 검출수단은 반드시 필요하며, 상기한 진동 경고 모드에서 정상 조향 모드로의 전환을 위해 운전자 조향 의지를 검출할 수 있는 수단이나 방식이라면 본 발명에서 제한 없이 채택 가능하다.

즉, 예를 들면, 운전자가 조향휠을 조작할 때 일정 수준 이상의 힘을 가하는 점을 이용하여, 조향각 센서를 통해 조향휠의 회전을 감지함과 동시에, 조향휠에 부착된 압력센서(미도시)를 통해 설정값 이상의 압력이 가해짐을 감지할 때(일정 수준 이상의 조향휠 가압상태), MDPS 제어기가 운전자의 조향 입력 및 이를 위한 조향휠 파지가 이루어지는 것으로 판단하여 스토퍼 장치를 해제 작동시키는 방식이 적용될 수 있다.

도 6을 참조하여 작동 상태를 설명하면, 먼저 MDPS 제어기(10)가 경고상황을 판단한 경우 스토퍼 장치(50)의 솔레노이드(53)에 전원을 인가하고, 이때 솔레노이드(53)에는 전류가 인가되면서 스토퍼(52)를 전방으로 밀어내는 힘이 발생한다.

이에 스토퍼(52)가 스프링(54)의 힘을 극복하여 전진 이동하게 되어, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 스토퍼(52)의 선단부가 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a)에 삽입되고, 이렇게 스토퍼(52)의 선단부가 웜축(21)의 스토퍼 홈(21a) 내에 삽입된 상태에서는 MDPS 모터(20)의 구동에 의한 진동 경고 작동시에 웜축(21)의 회전이 설정각도 이내로 제한된다.

여기서, 웜축(21)의 회전각도는 웜축에 형성된 스토퍼 홈(21a)의 원주방향 폭에 의해 제한되고, 이에 웜축(21)이 회전 가능하도록 허용되는 각도가 스토퍼 홈(21a)의 원주방향 폭에 의해 설정된다.

따라서, 스토퍼 홈(21a)의 원주방향 폭에 의해 결정되는 설정각도(진동 작동시 웜축의 회전을 제한하도록 설정되는 각도)를 조향각 센서에 의해 운전자 조향 입력으로 인식되는 회전각도보다 작게 설정할 경우, 진동 경고 작동을 조향으로 오인식하여 조향 로직이 작동하는 셀프 스티어를 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 조향 입력 검출수단을 통해 운전자의 조향 입력을 검출하게 되면, MDPS 제어기(10)가 솔레노이드(53)의 전원을 차단하여, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 스토퍼(52)가 코일 스프링(54)의 탄성복원력에 의해 후진되도록 하고, 이후 웜축(21)의 회전 제한이 해제된 상태에서 운전자 조향 입력에 따라 MDPS 제어기(10) 및 MDPS 모터(20)가 정상적인 조타 보조 기능을 수행하게 된다.

그리고, 조향휠(1)을 통한 진동 경고는 운전자 주의환기를 목적으로 하고, 통상 차량의 선회시에는 운전자가 조향휠을 조작함과 더불어 운전 주시 중인 상태이므로 진동 경고를 하지 않는다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 통합형 제어기인 MDPS 제어기의 구성을 나타내는 블록도로, 도시된 바와 같이 별도의 진동모터와 진동 제어기가 삭제되고, 그 대신 MDPS 제어기(10) 내 MCU(14)가 경고상황을 판단한 뒤, 상기 MCU(14)와 스토퍼 제어부(18)에 의해 스토퍼 장치(50)로 인가되는 전원의 제어가 이루어지게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 조향휠 진동 경고 기능을 MDPS 모터와 MDPS 제어기가 수행하도록 구성됨으로써 조향휠에 장착되던 종래의 진동모터와 진동 제어기, 이에 부속된 와이어 등의 부품이 모두 삭제될 수 있고, 이에 원가 절감 및 중량 저감이 가능해지게 된다.

또한 조향휠 진동 경고를 위한 모터의 변경을 통해 진동감 향상 및 소음 감소를 도모할 수 있고, 감성품질 및 차량 상품성을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 진동을 위한 모터의 위치가 조향휠에서 엔진룸쪽 조향컬럼 전방으로 이동되므로 진동 작동시 소음을 줄일 수 있고, 조향휠 내 모터 및 제어기, 와이어 등의 관련 부품이 삭제됨에 따라 추가 전원 불필요, 전기부하 저감, 패키지 자유도 향상의 여러 이점이 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 조향휠 10 : MDPS 제어기
11, 12, 13 : 인터페이스부 14 : 메인 MCU
15 : 보조 MCU 16 : 메모리
17 : 모터 구동부 18 : 스토퍼 제어부
20 : MDPS 모터 21 : 웜축
21a : 스토퍼 홈 22 : 웜휠
23 : MDPS 축 30 : 진동 제어기
31, 32 : 인터페이스부 33 : MCU
34 : 메모리 35 : 모터 구동부
40 : 진동모터 50 : 스토퍼 장치
51 : 하우징 52 : 스토퍼
53 : 액츄에이터(솔레노이드) 54 : 탄성부재(코일 스프링)

Claims

운전자 조타력 보조를 위한 회전력을 발생시키는 MDPS 모터와, 상기 MDPS 모터의 구동을 제어하는 MDPS 제어기를 포함하는 차량의 전동식 조향장치(MDPS:Motor Driven Power Steering)에 있어서,
상기 MDPS 제어기가 외부 입력 신호로부터 운전자 경고상황임을 판단한 경우 운전자 경고를 위한 조향휠 진동이 이루어지도록 상기 MDPS 모터를 반복적으로 정역 회전시키기기 위한 제어신호를 출력하도록 구비되고,
상기 운전자 경고를 위한 조향휠 진동시에 MDPS 제어기가 출력하는 제어신호에 따라 구동하여 MDPS 모터의 회전력을 전달하는 웜축의 회전을 설정각도 이내로 제한하는 회전제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 MDPS 제어기는 조향 입력 검출수단으로부터 운전자에 의한 조향 입력이 이루어짐을 판단한 경우 웜축의 회전 제한이 해제되도록 상기 회전제한수단의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.
청구항 2에 있어서,
상기 조향 입력 검출수단은 토크센서이거나 토크센서와 조향각센서의 조합된 구성인 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 회전제한수단은
웜축에 원주방향의 설정된 폭을 가지도록 형성되는 스토퍼 홈과;
하우징에 전후진 가능하도록 설치되고 전진시 스토퍼 홈에 삽입되어 웜축의 회전을 스토퍼 홈의 폭방향 구간 이내로 제한하는 스토퍼, 및 상기 MDPS 제어기에 의해 인가되는 구동 전원에 의해 스토퍼를 스토퍼 홈에 삽입되도록 전진시키는 액츄에이터를 구비한 스토퍼 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.
청구항 4에 있어서,
상기 액츄에이터는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.
청구항 4에 있어서,
상기 스토퍼 장치는 액츄에이터로 인가되는 구동 전원에 의해 스토퍼가 전진한 상태에서 상기 구동 전원 차단시 스토퍼를 탄성복원력에 의해 후진시키는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 경고를 위한 조향휠 진동 기능을 가지는 전동식 조향장치.