KR20210158816A - 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시에 따른 조향 제어 장치는 반력 모터로 모터 구동 전원을 공급하는 인버터, 인버터와 반력 모터 사이에 연결되고, 반력 모터의 각 모터 단자를 서로 쇼트(Short) 또는 오픈(Open)하는 릴레이부 및 자차량의 시동 온/오프 상태를 기초로 릴레이부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치{RELAY AND STEERING CONTROL APPARATUS USING THE SAME}
본 실시예들은 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치에 관한 것이다.
종래 차량의 조향장치는 차량의 진행방향을 운전자가 선택하여 조작하는 장치로서 운전자가 직접 조작하는 스티어링 핸들과, 이 스티어링 핸들의 조작방향 및 조작력을 차륜에 전달하는 조향기구 등을 구비한다.
운전자의 스티어링 핸들의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 동력조향장치들도 개발되어 적용되고 있는 데, 이 동력조향장치는 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 순차적으로 개발되어 적용되었다. 모터의 전동력 만을 이용하는 전동식은 예를 들면, 스티어 바이 와이어(Steer-by-Wire) 방식이 있다.
최근에는 스티어링 핸들과 차륜사이의 스티어링 칼럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어 조향시스템도 개발되어 적용되고 있으며, 이중에 특히 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템은 좌륜 조향장치와 우륜 조향장치사이에 기계적 연결이 없이 서로 독립적으로 작동하는 시스템으로서 부품과 중량 감소의 이점과 필요시에만 모터를 구동하여 연비가 향상되는 장점이 있다.
한편, 전술한 전동식에서 차량이 시동을 오프한 경우, 차량의 스티어링이 쉽게 움직여 의도하지 않은 차량 제어가 발생할 수 있다.
이러한 배경에서, 본 개시는 자차량의 시동 오프 상태에서 릴레이가 반력 모터 단자 간 쇼트 상태를 유지하도록 하는 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치를 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 개시는 반력 모터로 모터 구동 전원을 공급하는 인버터, 인버터와 반력 모터 사이에 연결되고, 반력 모터의 각 모터 단자를 서로 쇼트(Short) 또는 오픈(Open)하는 릴레이부 및 자차량의 시동 온/오프 상태를 기초로 릴레이부를 제어하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 개시는 릴레이 구동 전원을 공급하는 전원부, 반력 모터의 모터 단자 간에 연결을 쇼트 또는 오픈하는 개폐부 및 개폐부에 릴레이 구동 전원을 공급하는 릴레이 제어부를 포함하는 릴레이를 제공한다.
본 개시에 의하면, 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치는 자차량의 시동 오프 상태에서 운전자의 부주의에 의한 운전자의 상해를 예방할 수 있고, 클러치 구조나 Key lock solenoid 구조의 종래 기술과 함께 적용하면 운전자의 스티어링 휠 급 조타에 대한 이중화 예방을 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 조향 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 릴레이를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 반력 모터의 모터 단자 간에 쇼트 또는 오픈하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 반력 모터의 모터 단자 간에 쇼트되는 것을 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
이하에서는 조향 제어 장치(10)의 기능을 수행할 수 있고, 자차량의 조향을 제어하는 기능을 수행하는 조향 제어 시스템(1)의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 조향 제어 시스템(1)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 제어 시스템(1)은 운전자가 조작하는 스티어링 휠의 회전각에 따라 조향 제어 시스템(1)이 탑재된 자차량의 조향이 변화하도록 제어하는 시스템을 의미할 수 있다.
이러한 조향 제어 시스템(1)은 구동 방식에 따라 펌프를 돌려 유압을 발생시켜서 조향 보조력을 제공하는 유압식(Hydraulic Power Steering; HPS)과 모터를 구동시켜 조향 보조력을 제공하는 전동식(Electronic Power Steering; EPS) 등이 있을 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 편의상 전동식 조향 제어 시스템(1)을 기준으로 본 개시를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 조향 입력 액추에이터(110)와 조향 출력 액추에이터(120) 간의 기계적 연결 부재(또는 링키지(Linkage))로 결합되어 있는지 여부에 따라 운전자가 스티어링 휠(111)을 회전하여 발생된 힘(토크)이 기계적인 동력 전달 장치(예를 들어, 링키지 등)를 통해 조향 모터(121)에 전달되어 조향 모터(121)의 구동에 의해 바퀴(123)가 조타되는 기계식 조향 제어 시스템(1)일 수 있고, 기계적인 동력 전달 장치 대신에 와이어, 케이블 등을 통해 전기적 신호를 송수신하여 동력을 전달하는 스티어 바이 와이어(Steer-by-Wire; SbW) 시스템일 수 있다. 이하에서는 SbW 시스템을 기준으로 조향 제어 시스템(1)을 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 본 개시에 따른 조향 제어 시스템(1)은 조향 입력 액추에이터(110), 조향 제어 장치(10) 및 조향 출력 액추에이터(120) 등을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 조향 제어 시스템(1)이 SbW 시스템인 경우, 조향 입력 액추에이터(110)와 조향 출력 액추에이터(120)는 기계적으로 분리될 수 있다.
조향 입력 액추에이터(110)는 운전자가 의도하는 조향 정보에 입력되는 장치를 의미할 수 있다. 이러한 조향 입력 액추에이터(110)는 전술한 바와 같이, 스티어링 휠(111), 조향 샤프트(112), 반력 모터(113)를 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 반력 모터(113)의 회전력을 조향 샤프트(112)로 전달하는 스티어링 기어를 더 포함할 수 있다.
반력 모터(113)는 조향 제어 장치(10)로부터 제어 신호(또는 지령 전류라 함)를 입력받아 스티어링 휠(111)에 반력을 부여할 수 있다. 구체적으로, 반력 모터(113)는 조향 제어 장치(10)로부터 지령 전류를 입력받아 지령 전류에 의해 지시되는 회전 속도로 구동하여 반력 토크를 생성하고, 스티어링 기어를 통해 스티어링 휠로 반력 토크를 전달할 수 있다.
조향 제어 장치(10)는 조향 입력 액추에이터(110)로부터 조향 정보를 입력받아 제어값을 산출하고, 제어값을 지시하는 전기적 신호를 조향 출력 액추에이터(120)에 출력할 수 있다. 여기서, 조향 정보는 조향각 및 운전자 토크 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 의미할 수 있다.
한편, 조향 제어 장치(10)는 조향 출력 액추에이터(120)에서 실제 출력된 동력 정보를 피드백받아 제어값을 산출하고, 제어값을 지시하는 전기적 신호를 조향 입력 액추에이터(110)에 출력하여, 운전자에게 조향감(조타감)을 제공할 수 있다.
조향 출력 액추에이터(120)는 실제 자차량이 조향하도록 구동하는 장치를 의미할 수 있다. 이러한 조향 출력 액추에이터(120)는 조향 모터(121), 랙(122), 바퀴(123), 차속 센서, 랙 위치 센서 등을 포함할 수 있다.
그리고, 조향 입력 액추에이터(110) 및 조향 출력 액추에이터(120)는 반력 모터(113) 및 조향 모터(121)의 모터 토크를 감지할 수 있는 모터 토크 센서를 더 포함할 수 있다.
조향 모터(121)는 랙(122)을 축방향으로 이동시킬 수 있다. 구체적으로, 조향 모터(121)는 조향 제어 장치(10)로부터 지령전류를 입력받아 구동하고, 랙(122)을 축방향으로 직선 운동하게 할 수 있다.
랙(122)은 조향 모터(121)의 구동에 의해 직선 운동을 수행할 수 있으며, 랙(122)의 직선 운동을 통해 바퀴(123)는 좌 또는 우로 조타될 수 있다.
도시하지 않았지만, 본 개시에 따른 조향 제어 시스템(1)은 조향 입력 액추에이터(110)와 조향 출력 액추에이터(120)를 분리하거나 결합 가능한 클러치(Clutch) 등을 더 포함할 수 있다. 여기서, 클러치는 조향 제어 장치(10)의 제어에 의해 동작할 수 있다.
한편, 본 개시에 따른 조향 제어 시스템(1)이 SbW 시스템이고, 자차량이 자율 주행 모드로 주행하는 경우, 본 개시에 따른 조향 제어 시스템(1)은 조향 출력 액추에이터(120)만을 제어하여 자차량의 조향 제어를 수행하거나, 조향 입력 액추에이터(110)와 조향 출력 액추에이터(120)를 모두 제어하여 자차량의 조향 제어를 수행할 수 있다.
이하에서는 첨부되는 도면들을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 설명하기로 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)는 인버터(210), 릴레이(220) 및 제어부(230) 등을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)는 자차량에 탑재되어 자차량의 주행에 도움을 주는 정보를 제공하거나, 운전자의 자차량 제어에 도움을 제공하는 ADAS(Advance Driver Assistance Systems)일 수 있다.
여기서 자차량은 원동기를 장착하여 그 동력으로 타이어를 굴려서 철길이나 가설된 선에 의하지 아니하고 땅 위를 움직이도록 만든 차를 의미할 수 있다. 또한, 자차량은 전기를 동력으로 하는 자동차로, 화석 연료의 연소로부터 구동 에너지를 얻는 것이 아닌 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 구동에너지를 얻는 전기차일 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 인버터(210)는 모터 공급 전력을 반력 모터(113)에 공급할 수 있다. 구체적으로, 인버터(210)는 제어부(230)로부터 지령 전류를 반력 모터(113)로 입력하기 위해 인버터(210)에 포함된 FET 트랜지스터를 제어할 수 있다. 따라서, 반력 모터(113)는 인버터(210)로부터 모터 공급 전력을 공급받고, 지령 전류 입력에 따라 구동할 수 있다.
도 3에 도시된 반력 모터(113)는 3상 브러시리스(Brushless) 모터일 수 있다. 따라서, 모터를 제어하는 FET 트랜지스터는 각 상에 직렬로 두 개씩 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 릴레이부(220)는 인버터(210)와 반력 모터(113) 사이에 연결되고, 반력 모터(113)의 각 모터 단자를 서로 쇼트(Short) 또는 오픈(Open)할 수 있다.
3상 모터인 경우, 릴레이부(220)는 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 릴레이(221)는 반력 모터(113)의 U상 단자와 V상 단자 간에 쇼트 또는 오픈할 수 있도록 연결되고, 제2 릴레이(222)는 반력 모터(113)의 V상 단자와 W상 단자 간에 쇼트 또는 오픈할 수 있도록 연결될 수 있다.
H-Bridge 모터의 경우, 릴레이부(220)는 제1 릴레이(221)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 릴레이(400)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 릴레이(400)는 전원부(410), 개폐부(420) 및 릴레이 제어부(430) 등을 포함할 수 있다.
전원부(410)는 릴레이 구동 전원을 공급할 수 있다. 릴레이(400)는 릴레이 내부에 배터리 전원을 포함하거나, 조향 제어 장치(10)로부터 전원부(410)를 통해 릴레이 구동 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 배터리 전원은 커패시터 등의 축전지일 수 있다.
개폐부(420)는 모터 단자 간에 연결을 쇼트 또는 오픈할 수 있다. 구체적으로, 개폐부(420)는 모터 단자 간에 연결을 쇼트 또는 오픈하는 스위칭 소자와 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 릴레이 코일을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개폐부(420)는 릴레이 코일에 릴레이 구동 전원이 공급되면, 스위칭 소자를 오픈하도록 제어하고, 릴레이 코일에 릴레이 구동 전원이 공급되지 않으면, 스위칭 소자를 쇼트하도록 제어할 수 있다.
릴레이 제어부(430)는 제어부(230)로부터 제어 신호를 수신하여 릴레이 코일에 릴레이 구동 전원이 공급되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 릴레이부(220)에 포함되는 제1 릴레이(221), 제2 릴레이(222)는 전술한 릴레이(400)의 구성을 각각 포함할 수 있다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제어부(230)는 자차량의 시동 온/오프 상태를 기초로 릴레이부(220)를 제어할 수 있다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 반력 모터(113)의 모터 단자 간에 쇼트 또는 오픈하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어부(230)는 시동 오프 상태인 경우, 상기 반력 모터(113)의 U상 단자, V상 단자 및 W상 단자가 서로 쇼트되도록 상기 제1 릴레이(221) 및 상기 제2 릴레이(222)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(230)는 접점 POLE과 접점 NC(Normal Close)가 연결되도록 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)를 제어할 수 있다. 제어부(230)는 자차량이 시동 오프 상태가 되면, 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)에 반력 모터(113)의 각 모터 단자 간에 쇼트를 위한 제어 신호를 출력할 수 있고, 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)는 각각에 포함된 릴레이 코일에 릴레이 구동 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 반력 모터(113)의 U, V, W상 모터 단자는 서로 쇼트될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제어부(230)는 시동 온 상태인 경우, 상기 반력 모터(113)의 U상 단자, V상 단자 및 W상 단자가 서로 오픈되도록 상기 제1 릴레이(221) 및 상기 제2 릴레이(222)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(230)는 접점 POLE과 접점 NO(Normal Open)가 연결되도록 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)를 제어할 수 있다. 제어부(230)는 자차량이 시동 온 상태가 되면, 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)에 반력 모터(113)의 각 모터 단자 간에 오픈을 위한 제어 신호를 출력할 수 있고, 제1 릴레이(221) 및 제2 릴레이(222)는 각각에 포함된 릴레이 코일에 공급되던 릴레이 구동 전력을 중단할 수 있다. 이에 따라, 반력 모터(113)의 U, V, W상 모터 단자는 서로 오픈될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 개시에 따른 조향 제어 장치(10)는 도 5와 같이, 릴레이 코일에 릴레이 구동 전원이 공급되지 않음에 따라, 모터 간 단자가 서로 쇼트 상태를 유지하므로, 자차량의 시동 오프 상태에서 추가적인 배터리 전류 소모 없이 계속해서 모터 단자 간 쇼트 상태를 유지할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 반력 모터(113)의 모터 단자 간에 쇼트되는 것을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 자차량의 시동 오프 상태에서 제어부(230)가 릴레이를 제어함에 따라 도 7과 같이 반력 모터(113)의 각 모터 단자가 서로 쇼트될 수 있다. 이에 따라, 운전자가 스티어링 휠을 조타하여도 반력 모터(113)에서 발생하는 역기전력에 의해 역방향 토크가 발생하게 된다. 즉, 운전자는 스티어링 휠을 조타함에 있어서 더 큰 힘을 필요로 하게 된다.
전술한 바에 따르면, 본 개시에 따른 조향 제어 장치(10)는 릴레이를 통해 반력 모터(113)의 모터 단자 간 쇼트를 유지함으로써 운전자의 스티어링 휠 급 조타 발생을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치는 자차량의 시동 오프 상태에서 운전자의 부주의에 의한 운전자의 상해를 예방할 수 있다.
릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치는 클러치 구조나 Key lock solenoid 구조의 종래 기술과 함께 적용하면 운전자의 스티어링 휠 급 조타에 대한 이중화 예방을 할 수 있다.
릴레이 및 이를 이용한 조향 제어 장치는 차량 시스템의 경량화, 일체화, 소형화 및 단가 절감을 구현할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 조향 제어 시스템 10: 조향 제어 장치
210: 인버터 220: 릴레이
230: 제어부

Claims (6)

  1. 반력 모터로 모터 구동 전원을 공급하는 인버터;
    상기 인버터와 상기 반력 모터 사이에 연결되고, 상기 반력 모터의 각 모터 단자를 서로 쇼트(Short) 또는 오픈(Open)하는 릴레이부; 및
    자차량의 시동 온/오프 상태를 기초로 상기 릴레이부를 제어하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반력 모터는,
    3상 브러시리스 모터인 조향 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 반력 모터의 U상 단자와 V상 단자 간에 쇼트 또는 오픈하는 제1 릴레이; 및
    장기 반력 모터의 V상 단자와 W상 단자 간에 쇼트 또는 오픈하는 제2 릴레이를 포함하는 조향 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자차량이 시동 오프 상태인 경우, 상기 반력 모터의 U상 단자, V상 단자 및 W상 단자가 서로 쇼트되도록 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이를 제어하는 조향 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자차량이 시동 온 상태인 경우, 상기 반력 모터의 U상 단자, V상 단자 및 W상 단자가 서로 오픈되도록 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이를 제어하는 조향 제어 장치.
  6. 릴레이 구동 전원을 공급하는 전원부;
    반력 모터의 모터 단자 간에 연결을 쇼트 또는 오픈하는 개폐부; 및
    상기 개폐부에 상기 릴레이 구동 전원을 공급하는 릴레이 제어부를 포함하는 릴레이.

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KR20230007742A (ko) * 2021-07-06 2023-01-13 현대모비스 주식회사 Sbw 시스템의 조향휠 제어 장치 및 방법

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