KR20150145126A - 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법 - Google Patents

후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후륜 조향 시스템에서 리드 스크류와 함께 이동하는 리니어 센서를 이용하여 리드 스크류의 오버 스트로크를 방지하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 리드 스크류와 연동하여 이동하는 리니어 센서가 스트로크 영역(a) 중에서 예비 구간(A)에 진입하였는지 여부를 판단하는 단계(S1); 및 상기 리니어 센서가 상기 예비 구간(A)에 진입한 경우, 상기 리드 스크류의 이동을 제한하는 단계(S2)를 포함하는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공한다.

Description

후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법{METHOD OF PREVENTING OVER STROKE IN REAR WHEEL STEERING SYSTEM}
본 발명은 자동차용 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후륜 조향 시스템에서 리드 스크류와 함께 이동하는 리니어 센서를 이용하여 리드 스크류의 오버 스트로크를 방지하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향 시스템은 자동차의 진행 방향을 운전자가 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 시스템으로서, 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
자동차의 동력보조 조향 시스템은 운전자가 자동차의 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 배력 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 차량의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.
후륜 조향 시스템은 전륜 조향 시스템과는 달리, 조향 휠이 없이 CAN(Controller Area Network)과 같은 통신 방법을 이용해 제어를 하고 있다. 후륜 조향 시스템에서 모터에 연결되어 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변경시켜 후륜의 토우(tow) 각을 변경시킬 수 있는 리드 스크류(lead screw)는 모터를 수용하는 하우징 내의 일정한 영역에서 좌우 이동한다.
운전자가 주행 중 스텝(step)으로 조향 각을 변경할 경우에는 후륜 조향 시스템의 목표 위치(target position) 값은 스텝으로 동작하게 되는데, 이 때 후륜 조향 시스템의 감속기 및 제어기의 설정값에 따라 모터는 1,000~3,000 rpm의 고속 동작을 하게 되며, 이 때 발생하는 관성으로 인해 모터에 오버슈트(overshoot)가 발생할 수 있다. 모터의 오버슈트로 인해, 모터에 연결된 리드 스크류가 좌우 이동 영역의 일측 끝단에 충격을 가하여 시스템을 소손할 가능성이 있고, 또한 충격에 의한 소음(noise) 발생은 운전자의 안락함을 저해하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 특1999-0030956
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 리드 스크류가 후륜 조향 시스템의 제어 가능 영역을 벗어나는 것을 방지할 수 있는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리드 스크류가 후륜 조향 시스템의 제어 가능 영역을 벗어난 경우 제어 가능 영역으로 복귀시킬 수 있는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리드 스크류가 좌우 이동 영역 중 제어 가능 영역 내에 있는지 여부를 간접적으로 검출하여 리드 스크류를 제어할 수 있는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리니어 센서의 출력 신호의 해상도를 높여 리드 스크류의 위치 검출의 정확성을 향상시킬 수 있는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 리드 스크류와 연동하여 이동하는 리니어 센서가 스트로크 영역(a) 중에서 예비 구간(A)에 진입하였는지 여부를 판단하는 단계(S1); 및 상기 리니어 센서가 상기 예비 구간(A)에 진입한 경우, 상기 리드 스크류의 이동을 제한하는 단계(S2)를 포함하는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 제공한다.
또한, 상기 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법은 상기 리니어 센서가 상기 예비 구간(A)을 넘어서 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입하였는지 여부를 판단하는 단계(S3); 및 상기 리니어 센서가 상기 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입한 경우, 상기 리드 스크류의 이동 방향을 전환시키는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다.
상기 리니어 센서는 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력을 갖고, 상기 진입 여부 판단 단계(S1, S3)에서 제어기는 상기 제 1 센서 출력과 상기 제 2 센서 출력 간의 차이값을 이용할 수 있다.
상기 이동 제한 단계(S2)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터의 속도를 감소시킬 수 있다.
상기 이동 제한 단계(S2)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터에 공급되는 전류를 감소시킬 수 있다.
상기 이동 방향 전환 단계(S4)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터에 공급되는 전류의 극성을 변경시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 리드 스크류와 연동하여 이동하여 리드 스크류의 좌우 이동 영역 내의 위치를 검출할 수 있는 리니어 센서를 구비함으로써, 리드 스크류가 좌우 이동 영역 중 제어 가능 영역 내에 있는지 여부를 간접적으로 검출하여 리드 스크류를 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 리니어 센서가 예비 구간(A)에 진입하였을 경우 제어기가 모터의 회전 속도 또는 모터에 공급하는 전류를 제어함으로써, 리드 스크류가 제어 가능 영역을 벗어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 리니어 센서가 오버 스트로크 구간에 진입하였을 경우 제어기가 모터에 공급하는 전류의 극성을 변환시킴으로써, 리드 스크류를 제어 가능 영역 외에서 다시 제어 가능 영역으로 복귀시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제어기가 리니어 센서의 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력 간의 차이값을 통해 리니어 센서의 위치를 검출함으로써, 해상도가 향상되어 리드 스크류의 위치 검출의 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 후륜 조향 시스템을 도시한 도면으로서, 도 1a는 후륜 조향 시스템의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 리니어 센서 장착부의 확대도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 리니어 센서의 단면도 및 리니어 센서의 스트로크 영역과 오버 스트로크 구간을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 리니어 센서의 스트로크 영역과 오버 스트로크 구간을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모터 공급 전류의 변경을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 모터 회전속도의 변경을 도시하는 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 후륜 조향 시스템을 도시한 도면으로서, 도 1a는 후륜 조향 시스템의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 리니어 센서 장착부의 확대도이다.
도 1a에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 후륜 조향 시스템은 자동차의 폭 방향으로 연장되도록 배치되어 각 후륜에 연결된다. 이러한 후륜 조향 시스템은 제어기의 제어 신호에 따라 후륜의 토우 각을 변경시키도록 좌우 방향으로 이동할 수 있다.
구체적으로, 후륜 조향 시스템 내부에는, 차량의 폭 방향을 따른 차체의 적절한 부위에 모터가 하우징 내부에 수용되어 설치되고, 모터에는 모터축이 차량의 축 방향을 따라 좌우로 연장되게 설치된다. 모터의 회전자가 회전하면 모터축과 동축으로 형성된 리드 스크류(lead screw)는 모터를 수용하는 하우징 내의 제어 가능 영역에서 좌우 이동하여 결과적으로 후륜의 토우 각을 변경시킨다.
도 1b에 도시된 리니어 센서 장착부는 도면상 하단부의 원통형 부분에 리니어 센서가 구비된다. 본 발명에 있어서, 리니어 센서 장착부에 연결되는 리니어 센서(도 2 참조)는 후륜 조향 시스템의 좌우 방향 이동과 연동하여 이동한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 리니어 센서의 단면도 및 리니어 센서의 스트로크 영역과 오버 스트로크 구간을 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 리니어 센서는 하우징(100) 내에 구비되는 출력부(110), 마그넷 부재(122), 및 이동부재(120)를 포함한다.
출력부(110)는 하우징(100)의 수용공간 내에 구비되며, 마그넷 부재(122)에 위치를 감지하여 센서 출력을 생성한다. 센서 출력은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력의 두 종류로 이루어진다. 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력은 하우징(100) 내에서 마그넷 부재(122)의 서로 반대 위치에서 각각 최대치를 표시한다.
출력부(110)는 센서 출력을 제어기에 송신하며, 제어기는 센서 출력을 입력받아 후륜 조향 시스템을 구동시키는 모터를 제어할 수 있다.
이동부재(120)는 하우징(100)의 수용공간 내에 구비되되, 적어도 일부는 하우징(100)의 외부로 연장되어 도 1에 도시된 리니어 센서 장착부와 연결된다.
마그넷 부재(122)는 이동부재(120)에 구비되며, 자기력을 발생시키고 스위치부(미도시)와의 상호 작용에 의해 출력부(110)에 센서 출력이 생성된다.
도 2에서 알 수 있듯이, 리드 스크류가 모터를 수용하는 하우징 내의 제어 가능 영역을 이동함에 따라, 리드 스크류와 연동하는 리니어 센서의 이동부재(120)는 스트로크 영역(a) 내에서 좌우 이동한다. 만약, 리드 스크류가 제어 가능 영역을 벗어날 경우, 리니어 센서의 이동부재(120)는 스트로크 영역(a)을 넘어서서 오버 스트로크 구간(b, c)에 위치하게 된다.
본 발명에 따르면, 리니어 센서는 스트로크 영역(a)을 포함하여 오버 스트로크 구간(b, c)에서도 위치 검출될 수 있고, 출력부(110)는 센서 출력을 생성할 수 있다. 따라서, 출력부(110)로부터 센서 출력을 입력받는 제어기는 리니어 센서가 오버 스트로크 구간(b, c)일 때, 즉 리드 스크류가 제어 가능 영역을 벗어나도 위치를 검출할 수 있다.
도 2에서 알 수 있듯이, 스트로크 영역(a)은 양 끝단에 예비 구간(A)를 포함한다. 예비 구간(A)은 오버 스트로크 구간(b, c)과 접하고 있어, 리니어 센서의 이동부재(120)가 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입하기 전 예비 구간(A)에 진입한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 리니어 센서의 스트로크 영역과 오버 스트로크 구간을 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모터 공급 전류의 변경을 도시하는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 모터 회전속도의 변경을 도시하는 그래프이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 리드 스크류와 연동하여 이동하는 리니어 센서가 스트로크 영역(a) 중에서 예비 구간(A)에 진입하였는지 여부를 판단한다(S1).
상술한 바와 같이, 리니어 센서는 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 제 2 센서 출력으로부터 제 1 센서 출력의 차이값을 통하여 제어기가 리니어 센서의 이동부재(120)의 위치를 검출할 수 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 상기 차이값을 이용함으로써, 센서 출력의 해상도가 2배 향상되어 리니어 센서의 위치를 통해 모터 하우징 내의 리드 스크류의 위치를 보다 더 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.
다음, 리니어 센서가 예비 구간(A)에 진입한 경우, 리드 스크류의 이동을 제한한다(S2).
도 3에 도시된 바와 같이, 예비 구간(A)은 리드 스크류를 직선 운동시키는 모터의 회전 속도 또는 모터에 공급되는 전류의 한계점이 설정된 영역이다. 다시 말하면, 리니어 센서의 이동부재(120)가 위치하는 예비 구간(A)은 리드 스크류의 제어 가능 영역의 끝단에 대응한다.
도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 제어기는 리니어 센서의 출력부(110)의 신호로부터 리니어 센서가 예비 구간(A)에 진입한 것을 감지하면, 리드 스크류에 연결되는 모터의 속도를 감소시키거나 모터에 공급되는 전류를 감소시킴으로써, 리드 스크류가 제어 가능 영역을 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
다음, 리니어 센서가 예비 구간(A)을 넘어서 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입하였는지 여부를 판단한다(S3). 도 3을 참조하면, 오버 스트로크 구간(b, c)은 리드 스크류에 연결된 모터에 정지 모드(braking mode)를 걸어야 하는 영역이다.
다음, 리니어 센서가 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입한 경우, 리드 스크류의 이동 방향을 전환시킨다(S4).
리니어 센서의 이동부재(120)가 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입한 것을 마그넷 부재(122)와 스위치부의 상호 작용에 의한 출력부(110)의 출력 신호를 통해 제어기가 감지한다. 이 때, 도 4를 참조하면, 제어기는 리드 스크류에 연결되는 모터에 공급되는 전류의 극성을 변경시킴으로써, 모터를 정지 모드(braking mode)로 두게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
A: 예비 구간 a: 스트로크 영역
b, c: 오버 스트로크 구간 100: 하우징
110: 출력부 120: 이동부재
122: 마그넷 부재

Claims (6)

  1. 리드 스크류와 연동하여 이동하는 리니어 센서가 스트로크 영역(a) 중에서 예비 구간(A)에 진입하였는지 여부를 판단하는 단계(S1); 및
    상기 리니어 센서가 상기 예비 구간(A)에 진입한 경우, 상기 리드 스크류의 이동을 제한하는 단계(S2)를 포함하는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 센서가 상기 예비 구간(A)을 넘어서 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입하였는지 여부를 판단하는 단계(S3); 및
    상기 리니어 센서가 상기 오버 스트로크 구간(b, c)에 진입한 경우, 상기 리드 스크류의 이동 방향을 전환시키는 단계(S4)를 더 포함하는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리니어 센서는 제 1 센서 출력과 제 2 센서 출력을 갖고,
    상기 진입 여부 판단 단계(S1, S3)에서 제어기는 상기 제 1 센서 출력과 상기 제 2 센서 출력 간의 차이값을 이용하는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 제한 단계(S2)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터의 속도를 감소시키는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 제한 단계(S2)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터에 공급되는 전류를 감소시키는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 방향 전환 단계(S4)에서 제어기는 상기 리드 스크류에 연결되는 모터에 공급되는 전류의 극성을 변경시키는 후륜 조향 시스템의 오버 스트로크 방지 방법.
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