KR20190079546A - 가변 랙 스트로크를 포함하는 랙-타입 전동 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 랙 스트로크를 구현할 수 있는 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 파워 스티어링 시스템은 물리적인 랙 스트로크가 설정된 것이 아니라 차량에 따라, 부품 공차에 따라 랙 스트로크를 유연하게 설정하고, 설정된 랙 스트로크에 따라 파워 스티어링 시스템의 동력을 보조하는 전동 모터를 제어하여 역방향 토크를 발생시키거나 정지하도록 함으로써 랙 엔드에서 의도치 않은 충격 발생에 의해 운전자가 겪을 불편을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변 랙 스트로크를 포함하는 랙-타입 전동 파워 스티어링 시스템{RACK-TYPE ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM INCLUDING VARIABLE RACK STROKE}

본 발명은 차량용 전동 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 특히 랙타입 전동 파워 스티어링 시스템의 개선에 관한 것이다.

스티어링 휠은 자동차를 원하는 방향으로 움직이기 위해 필수적인 부품이다. 스티어링 휠을 회전시키면 랙 기어가 이동하며 바퀴를 움직이기 때문에 자동차를 원하는 방향으로 나아가게 할 수 있는 것이다.

그런데 자동차가 커질수록 사람의 힘만으로는 스티어링 휠을 돌리기에 무리가 있다. 그래서 발명된 것이 파워 스티어링 시스템이다. 사람의 힘 뿐 아니라 보조 동력을 함께 사용하여 랙 기어를 움직이는 시스템을 파워 스티어링이라 한다.

파워 스티어링 시스템 중 전동 모터를 보조 동력으로 사용하는 시스템을 EPS(Electric Power Steering)라 하고, EPS는 다시 C-EPS와 R-EPS로 나눌 수 있다.

C-EPS(Column EPS)는 스티어링 휠의 회전을 피니언 기어로 전달하는 칼럼(조향축)의 회전을 보조하는 방식이고, R-EPS(Rack-type EPS)는 스티어링 휠의 회전 운동을 직선 운동으로 바꿔주는 랙 기어의 움직임을 보조하는 방식이다.

스티어링 휠은 평소 주행 시 끝까지 돌리는 경우가 거의 발생하지 않지만, 유턴이나 주차 시에는 스티어링 휠을 끝까지 돌려 자동차의 회전 반경을 작게 할 필요가 있다. 따라서 스티어링 휠이 더 이상 회전하지 않는 랙 스트로크(Rack Stroke)를 미리 규정해 두어야한다.

스티어링 휠의 회전 한계는 자동차의 바퀴(휠)와 휠 하우스의 간섭이 생기지 않도록 정해지고, 이는 자동차마다 다르기 때문에 랙 스트로크에 대한 규정과 공차에 대한 스펙(Specification)이 까다롭고 설계와 생산 시 정밀 공정이 필요하다.

또한 허용 공차 내 이더라도 랙 스트로크의 차이로 인한 랙 엔드(Rack End) 지점에서의 충격량 등의 하드웨어 특성이 자동차별로 달라지는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래기술 중 하나인 대한민국 등록특허 제10-0345146호 발명은 랙 스트로크를 가변시키기 위해 회전체와 스톱 플레이트를 추가하여 랙 스트로크를 가변시키고자 하는 시도를 했다.

하지만 가변 랙 스트로크 구성을 위해 추가적인 부품이 필요하고, 부품의 증가는 가격 상승과 함께 고장 원인의 증가가 될 수 있다는 단점이 있다.

본 발명의 발명자들은 이러한 여러 문제점들을 해결하기 위해 노력해왔다. 가변 랙 스트로크를 위한 부품들을 추가하지 않으면서도 자동차별로 상이한 랙 스트로크를 맞출 수 있는 파워 스티어링 시스템을 완성하기 위해 오랜 시간 연구한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 차량별로 다른 랙 스트로크 스펙을 맞출 수 있는 가변 랙 스트로크를 제공하는 파워 스티어링 시스템을 구현함에 있다.

가변 랙 스트로크를 구현함에 있어서 종래기술과는 달리 추가 부품 없이 유연한 설계가 가능한 파워 스티어링 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명은 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가변 랙 스트로크를 포함하는 파워 스티어링 시스템은,

스티어링 휠; 상기 스티어링 휠의 회전 정도를 측정하는 스티어링 휠 센서; 상기 스티어링 휠의 회전운동을 직선운동으로 변환해주는 랙 기어; 상기 스티어링 휠의 회전 또는 상기 랙 기어의 움직임을 보조하기 위한 전동 모터; 및 상기 전동 모터의 회전을 제어하기 위한 제어부;를 포함하되,

상기 제어부는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 미리 설정된 랙 기어의 엔드에서의 상기 스티어링 휠의 회전 정도를 측정하여 랙 스트로크를 설정하고, 상기 스티어링 휠의 회전 정도가 상기 설정된 랙 스트로크에서의 휠의 회전정도와 같으면 상기 전동 모터의 움직임이 멈추도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 랙 기어가 중심에서 랙 스트로크 방향으로 이동할수록 상기 전동 모터의 토크를 줄이는 것이 좋다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 가변 랙 스트로크 구현을 위한 파워 스티어링 시스템 제어 방법은,

하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부에 의해 수행되고,

스티어링 앵글 센서로부터 랙 스트로크 상태의 스티어링 앵글을 수신하여 학습하는 단계; 및 스티어링 앵글이 상기 랙 스트로크 상태의 스티어링 앵글과 같아지면 스티어링 휠 또는 랙 기어의 움직임을 보조하기 위한 전동 모터의 움직임이 멈추도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 물리적인 랙 스트로크가 아닌 가변적인 랙 스트로크를 설정할 수 있는 효과가 있다.

또한 추가 부품 없이 가변적인 랙 스트로크를 설정함으로써 설계 유연성이 높아지면서도 부품 가격의 상승이 없는 장점도 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템에서 보조 동력 모터의 토크를 설정하는 과정을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템의 구조도이다.

본 발명에 따른 파워 스티어링 시스템(10)은 스티어링 휠(110), 스티어링 휠 센서(112), 랙 기어(120), 보조 동력 모터(130) 및 제어 유닛(140)을 포함한다.

운전자는 스티어링 휠(110)을 돌려 차량의 방향을 제어할 수 있다. 운전자가 스티어링 휠(110)을 돌리면 스티어링 휠(10)과 연결된 회전축이 회전하고, 이 회전운동은 랙 기어(120)에 의해 직선운동으로 변환된다. 랙 기어(120)의 움직임에 따라 차량의 바퀴가 움직여 차량의 방향을 바꿀 수 있다.

차량의 방향은 스티어링 휠(110)의 회전 정도에 따라 조절되고, 스티어링 휠(110)의 회전 정도는 스티어링 휠 센서(112)로 측정할 수 있다.

보조 동력 모터(130)는 스티어링 휠(110)의 회전을 보조하거나 랙 기어(120)의 움직임을 보조한다. 운전자가 스티어링 휠(110)을 큰 힘을 들이지 않고도 돌릴 수 있도록 보조해 주는 역할을 한다.

제어 유닛(140)은 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함하며, 보조 동력 모터(130)의 회전을 제어한다. 스티어링 휠(110)의 회전 정도를 스티어링 휠 센서(112)에 의해 측정하고, 보조 동력 모터(130)의 토크를 조절하는 것이다.

랙 스트로크는 차량에 따라 달라지기 때문에 제어 유닛(140)은 차량마다 이를 측정하는 것이 필요하다.

도 2의 (a)는 차량별로 달라지는 보조 동력 모터(130)의 토크를 개략적으로 나타낸다.

차량에 따라 랙 스트로크(200)가 달라지고, 따라서 스티어링 휠(110)에 따른 토크(210, 212, 214)도 달라진다. 따라서 우선 정확한 랙 스트로크(200) 측정을 위해 랙 기어가 끝까지 움직인 랙 엔드 지점에서의 스티어링 휠(110)의 회전 정도를 스티어링 휠 센서(112)에 의해 측정하고, 제어 유닛(140)은 랙 스트로크(200)를 측정하는 것이다.

도 2의 (b)는 측정된 랙 스트로크에 따라 스티어링 휠(110)의 회전 각도별 토크의 모습을 나타낸다.

제어 유닛(140)은 랙 엔드 지점에 다가갈수록 스티어링 휠(110)의 움직임과 반대 방향으로 토크를 발생시키도록 보조 동력 모터(130)를 제어할 수 있다. 그에 따라 랙 엔드에서 의도치 않은 충격을 방지할 수 있는 효과가 있다.

랙 기어(120)가 설정된 랙 엔드에 도달하면 제어 유닛(140)은 보조 동력 모터(140)를 단락시켜 정지시킨다. 보조 동력 모터(140)는 삼상 모터일 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.

차량별로 다양한 랙 스트로크를 가변적으로 설정하기 위해 우선 랙 스트로크를 측정한다(S310). 랙 스트로크는 차량의 휠과 휠 하우스간 간섭이 생기지 않는 한계에서 정해지고, 같은 차량이라도 부품의 공차에 따라 달라질 수 있다. 따라서 물리적인 랙 스트로크를 정하지 않고 가변 랙 스트로크를 설정할 수 있는 것이다.

다음 랙 엔드에서의 스티어링 휠의 회전 정도를 스티어링 휠 회전 센서에 의해 측정함으로써 랙 스트로크를 설정할 수 있다(S320).

랙 스트로크를 설정하고 나면 그에 따라 제어 유닛은 보조 동력 모터를 제어한다. 스티어링 휠의 회전 정도에 따라 보조 동력 모터의 토크를 설정하는 것이다(S330).

스티어링 휠이 중립의 위치에 있을 때보다 랙 엔드 방향으로 회전할수록 보조 동력 모터에 역방향 토크를 발생시킴으로써 랙 엔드에서의 충격을 방지할 수 있다. 또는 보조 동력 모터의 보조 토크를 점점 줄이는 방향으로 제어하는 방법도 가능할 것이다.

제어 유닛은 랙 엔드인지를 판단하여(340) 랙 엔드인 경우 스티어링 휠이 더 이상 회전하지 않도록 보조 동력 모터를 정지시킨다(S350). 보조 동력 모터가 삼상 모터인 경우 삼상 단락을 통해 모터를 정지시킬 수 있다.

이상과 같이 가변 랙 스트로크를 설정할 수 있는 본 발명의 파워 스티어링 시스템에 의해 차량별로, 또는 같은 차량에서도 부품의 공차에 의해 달라지는 랙 스트로크를 유연하게 대처할 수 있으며, 부품 설계의 자유도도 높아지는 효과가 있다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독가능매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독가능매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체, 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (3)

1. 스티어링 휠;
   상기 스티어링 휠의 회전 정도를 측정하는 스티어링 휠 센서;
   상기 스티어링 휠의 회전운동을 직선운동으로 변환해주는 랙 기어;
   상기 스티어링 휠의 회전 또는 상기 랙 기어의 움직임을 보조하기 위한 전동 모터; 및
   상기 전동 모터의 회전을 제어하기 위한 제어부;를 포함하되,
   상기 제어부는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 미리 설정된 랙 기어의 엔드에서의 상기 스티어링 휠의 회전 정도를 측정하여 랙 스트로크를 설정하고, 상기 스티어링 휠의 회전 정도가 상기 설정된 랙 스트로크에서의 휠의 회전정도와 같으면 상기 전동 모터의 움직임이 멈추도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 가변 랙 스트로크를 포함하는 파워 스티어링 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 랙 기어가 중심에서 랙 스트로크 방향으로 이동할수록 상기 전동 모터의 토크를 줄이는 것을 특징으로 하는, 가변 랙 스트로크를 포함하는 파워 스티어링 시스템.
   
3. 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부에 의해 수행되는 파워 스티어링 시스템 제어 방법에 있어서,
   스티어링 앵글 센서로부터 랙 스트로크 상태의 스티어링 앵글을 수신하여 학습하는 단계; 및
   스티어링 앵글이 상기 랙 스트로크 상태의 스티어링 앵글과 같아지면 스티어링 휠 또는 랙 기어의 움직임을 보조하기 위한 전동 모터의 움직임이 멈추도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 랙 스트로크 구현을 위한 파워 스티어링 시스템 제어 방법.

Images