KR20150065986A - 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛 - Google Patents

모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 입력축, 출력축 및 상기 입력축의 일단과 상기 출력축의 일단에 연결되는 토션바를 포함하는 조향축에서 상기 입력축의 절대 회전 각도에 대한 정보인 조향각 정보를 상기 입력축에 위치한 조향각 센서로부터 수신하는 조향각 정보 수신부; 상기 입력축의 상대 회전 각도 및 상기 출력축의 상대 회전 각도를 포함한 조향 토크 정보를 토크 센서로부터 수신하는 조향 토크 정보 수신부; 상기 조향축에 기계적으로 연결된 전동 모터의 모터축 회전 각도에 대한 정보인 모터축 회전각 정보를 모터 위치 센서로부터 수신하는 모터축 회전각 정보 수신부; 및 상기 조향각 정보, 상기 조향 토크 정보 및 상기 모터축 회전각 정보를 이용하여 상기 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하는 센서 고장 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛을 제공한다.

Description

모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛{ELECTRONIC CONTROL UNIT FOR DETECTING BREAKDOWN OF MOTOR POSITION SENSOR}
본 발명은 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛에 관한 것이다.
자동차 기술이 비약적으로 발전함에 따라 운전자의 편의를 위한 각종 편의 장치에 대한 기술 개발이 꾸준히 이뤄지고 있다.
이 중에서 전동식 파워 스티어링 시스템(Electric Power Steering System)은 운전자가 차량의 조향 휠을 조향할 때에 전동 모터의 구동에 의한 보조 조향력을 제공하여 운전자의 조향 부담을 경감해 주는 것이다.
전동식 파워 스티어링 시스템에서 전동 모터를 제어하기 위해서는 도 1과 같이 전동 모터(110)의 회전 위치, 즉 모터축의 회전각을 감지하는 모터 위치 센서(120)에서 모터축 회전각 정보를 종래의 전자 제어 유닛(130, Electronic Controll Unit)에 전달하고, 종래의 전자 제어 유닛(130)은 모터축 회전각 정보를 고려하여 전동 모터(110)를 제어하였다.
위와 같이 전동 모터(110)의 제어를 위해서는 모터 위치 센서(110)의 역할이 중요하기 때문에, 모터 위치 센서(110)의 고장 방지 및 검출 방안이 마련되어 있어야 한다. 종래에는 도 1과 같이 모터 위치 센서(120)에서 자기 센서(122) 및 신호 처리부(124)를 통해 생성한 모터축 회전각 정보를 제 1 인터페이스(126) 및 제 2 인터페이스(128)를 통해 종래의 전자 제어 유닛(130)에 전달하여, 제 1 인터페이스(126) 및 제 2 인터페이스(128) 중 어느 하나에 이상이 발생하더라도 모터축 회전각 정보를 종래의 전자 제어 유닛(130)에 전달할 수 있는 방안이 마련되어 있었다.
하지만, 모터 위치 센서(120)의 자기 센서(122) 및 신호 처리부(124) 중 하나 이상에서 고장이 발생한 경우, 즉 모터 위치 센서(120)에서 생성한 모터축 회전각 정보 자체가 잘못된 경우에 대해서는 모터 위치 센서(110)의 고장을 검출할 수 있는 방안이 마련되어 있지 않은 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 조향각 정보 및 조향 토크 정보를 이용하여 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하여 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 입력축, 출력축 및 상기 입력축의 일단과 상기 출력축의 일단에 연결되는 토션바를 포함하는 조향축에서 상기 입력축의 절대 회전 각도에 대한 정보인 조향각 정보를 상기 입력축에 위치한 조향각 센서로부터 수신하는 조향각 정보 수신부; 상기 입력축의 상대 회전 각도 및 상기 출력축의 상대 회전 각도를 포함한 조향 토크 정보를 토크 센서로부터 수신하는 조향 토크 정보 수신부; 상기 조향축에 기계적으로 연결된 전동 모터의 모터축 회전 각도에 대한 정보인 모터축 회전각 정보를 모터 위치 센서로부터 수신하는 모터축 회전각 정보 수신부; 및 상기 조향각 정보, 상기 조향 토크 정보 및 상기 모터축 회전각 정보를 이용하여 상기 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하는 센서 고장 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자 제어 유닛에서 조향각 정보 및 조향 토크 정보를 이용하여 모터축 회전각 추정 정보를 산출하고, 모터축 회전각 정보와 비교하여 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하고, 이를 통해 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전자 제어 유닛에서 소프트웨어적으로 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하기 때문에 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하기 위한 부품의 추가가 불필요하게 되고, 이로 인한 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 모터 위치 센서의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 유닛의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 유닛의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 유닛(240, ELECTRONIC CONTROL UNIT), 즉 전동식 파워 스티어링 시스템에서 모터 위치 센서(120)의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛(240)은 조향각 정보 수신부(242), 조향 토크 정보 수신부(244), 모터축 회전각 정보 수신부(246) 및 센서 고장 검출부(248)를 포함한다.
조향각 정보 수신부(242)는 도 2와 같이 입력축(212), 출력축(214) 및 입력축(212)의 일단과 출력축(214)의 일단에 연결되는 토션바(216)를 포함하는 조향축(210)에서 입력축(212)의 절대 회전 각도에 대한 정보인 조향각 정보를 입력축(212)에 위치한 조향각 센서(220)로부터 수신한다.
조향 토크 정보 수신부(244)는 입력축(212)의 상대 회전 각도 및 출력축(214)의 상대 회전 각도를 포함한 조향 토크 정보를 토크 센서(230)로부터 수신한다. 도 2에서는 조향각 센서(220)와 토크 센서(230)가 개별적으로 구성되는 것으로 표시되었지만, 이에 한정되지 않고, 하나의 토크 앵글 센서(TAS, Torque Angle Sensor)에서 조향각 정보 및 토크 정보를 생성할 수도 있다.
모터축 회전각 정보 수신부(246)는 조향축(210)에 기계적으로 연결된 전동 모터(110)의 모터축 회전 각도에 대한 정보인 모터축 회전각 정보를 모터 위치 센서(120)로부터 수신한다. 여기서, 조향축(210)과 전동 모터(110)의 기계적인 연결은 소정의 감속비를 갖는 감속 기구(미도시)에 의해서 연결된다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 조향축(210)과 전동 모터(110)의 기계적 연결 위치에 따라 컬럼 타입 전동식 파워 스티어링 시스템, 랙 타입 전동식 파워 스티어링 시스템 및 더블 피니언 타입 전동식 파워 스티어링 시스템 등으로 구분될 수 있고, 모터 위치 센서(120)는 홀(Hall) IC(Intergrated Circuit) 타입 및 MR(Magneto Resistive) 센서 타입 등으로 구분될 수 있다.
센서 고장 검출부(248)는 조향각 정보 수신부(242)에서 수신한 조향각 정보, 조향 토크 정보 수신부(244)에서 수신한 조향 토크 정보 및 모터축 회전각 정보 수신부(246)에서 수신한 모터축 회전각 정보를 이용하여 모터 위치 센서(120)의 고장 여부를 검출한다.
위와 같이, 센서 고장 검출부(248)에서 조향각 정보, 조향 토크 정보 및 모터축 회전각 정보를 이용하여 모터 위치 센서(120)의 고장을 검출할 수 있는 이유는 전동 모터(110)의 모터축은 조향축(210)과 기계적으로 연결되어 있고, 이로 인해 모터축의 회전각과 조향축(210)의 절대 회전 각도인 조향각 간에는 상관 관계가 존재하기 때문이다.
본 발명에서는 이를 통해 모터축 회전각 추정 정보를 산출하고, 이를 모터축 회전각 정보와 비교하여 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하고, 이를 통해 모터 위치 센서(120)의 고장 여부를 검출한다.
이에 대한 자세한 설명은 아래와 같다.
우선, 센서 고장 검출부(248)는 조향 토크 정보에 포함된 입력축(212)의 상대 회전 각도 및 출력축(214)의 상대 회전 각도를 이용하여 토션바(216)의 비틀림 각도를 산출한다. 다시 말해서, 입력축(212)의 상대 회전 각도에서 출력축(214)의 상대 회전 각도를 차감하여 토션바(216)의 비틀림 각도를 산출한다.
또한, 센서 고장 검출부(248)는 조향각 정보, 즉 입력축(212)의 절대 회전 각도인 조향각에 토션바(216)의 비틀림 각도를 가산하여 출력축(214)의 절대 회전 각도를 산출하고, 전동 모터(110)와 조향축(210)을 기계적으로 연결하기 위한 감속 기구(미도시)의 감속비, 즉 기계적 연결 특성에 대한 연결 특성 계수를 출력축(214)의 절대 회전 각도에 곱해서 모터축 회전각 추정 정보를 산출한다. 본 발명의 실시예에서는 전동 모터(110)와 조향축(210)의 기계적 연결에 대한 연결 특성 계수를 감속 기구(미도시)의 감속비로 한정하여 설명하였지만, 본 발명의 실제로 적용하는 경우에는 감속 기구(미도시)의 감속비 뿐 아니라, 전동 모터(110)와 조향축(210)의 기계적 연결에 대한 평균 마찰 계수 등을 종합적으로 고려하여 산출할 수 있다.
모터축 회전각 추정 정보를 산출한 센서 고장 검출부(248)는 모터축 회전각 정보 수신부(246)에서 수신한 모터축 회전각 정보와 상기와 같이 산출한 모터축 회전각 추정 정보를 비교해서, 모터축 회전각 정보와 모터축 회전각 추정 정보 간의 편차가 소정 범위 이내의 값이면, 모터축 회전각 정보가 정상이라고 판단함과 아울러 모터 위치 센서(120)의 상태가 정상 상태라고 판단한다.
반면에, 모터축 회전각 정보와 모터축 회전각 추정 정보 간의 편차가 소정 범위를 벗어난 값이면, 센서 고장 검출부(248)는 모터축 회전각 정보가 비정상이라고 판단함과 아울러 모터 위치 센서(120)의 상태가 고장 상태라고 판단한다. 여기서, 센서 고장 검출부(248)는 차량의 클러스터에 모터 위치 센서(120)의 고장 메시지를 시각적으로 출력하는 방법, 스피커를 통해 모터 위치 센서(120)의 고장 메시지를 청각적으로 출력할 수 있는 방법 및 전동 모터(110)의 구동을 정지하는 방법 중 하나 이상의 방법을 실시할 수 있다.
또한, 센서 고장 검출부(248)는 모터 위치 센서(120)가 고장 상태라고 판단한 경우에는 전동 모터(110)의 제어 시에 필요한 모터 회전각 정보를 모터 회전각 추정 정보로 대체할 수도 있다. 여기서, 모터 회전각 정보를 모터 회전각 추정 정보로 대체하는 것은 조향각 센서(220)가 정상인 경우를 전제로 한다.
위와 같이 본 발명에서는 전자 제어 유닛(240)이 조향각 정보 및 조향 토크 정보를 이용하여 모터축 회전각 추정 정보를 산출하고, 이를 모터 위치 센서(120)로부터 수신한 모터축 회전각 정보와 비교하여 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 판단, 즉 전자 제어 유닛(240)에서 소프트웨어적으로 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 판단하고, 이를 통해 모터 위치 센서(120)의 고장 여부를 검출할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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.

Claims (5)

  1. 입력축, 출력축 및 상기 입력축의 일단과 상기 출력축의 일단에 연결되는 토션바를 포함하는 조향축에서 상기 입력축의 절대 회전 각도에 대한 정보인 조향각 정보를 상기 입력축에 위치한 조향각 센서로부터 수신하는 조향각 정보 수신부;
    상기 입력축의 상대 회전 각도 및 상기 출력축의 상대 회전 각도를 포함한 조향 토크 정보를 토크 센서로부터 수신하는 조향 토크 정보 수신부;
    상기 조향축에 기계적으로 연결된 전동 모터의 모터축 회전 각도에 대한 정보인 모터축 회전각 정보를 모터 위치 센서로부터 수신하는 모터축 회전각 정보 수신부; 및
    상기 조향각 정보, 상기 조향 토크 정보 및 상기 모터축 회전각 정보를 이용하여 상기 모터축 회전각 정보의 정상 여부를 검출하는 센서 고장 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 고장 검출부는 상기 입력축의 상대 회전 각도에서 상기 출력축의 상대 회전 각도를 차감하여 상기 토션바의 비틀림 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 고장 검출부는 상기 조향각 정보에 상기 비틀림 각도를 가산하여 상기 출력축의 절대 회전 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 고장 검출부는 상기 전동 모터와 상기 조향축을 기계적으로 연결하기 위한 감속 기구의 감속비를 상기 출력축의 절대 회전 각도에 곱해서 모터축 회전각 추정 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서 고장 검출부는 상기 모터축 회전각 정보와 상기 모터축 회전각 추정 정보를 비교해서, 상기 모터축 회전각 정보와 상기 모터축 회전각 추정 정보 간의 편차가 소정 범위 이내의 값이면 상기 모터 위치 센서의 상태가 정상 상태라고 판단하고, 상기 편차가 소정 범위를 벗어난 값이면 상기 모터 위치 센서의 상태가 고장 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛.
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