KR20220026725A - 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법 - Google Patents

차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법 Download PDF

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Abstract

조향축의 조향각을 감지하는 조향각센서와, 상기 조향축의 조향토크를 감지하는 토크센서를 상기 조향축에 설치하지 않고도, 파워 스티어링 장치의 모터에 구비된 센서를 통해 상기 조향축의 조향각 및 조향토크를 산출하여, 상기 조향토크를 보조할 수 있는 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법이 제공된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치는 운전자가 조향축을 회전시키는 조향토크를 모터의 구동력을 이용하여 보조하는 차량의 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 모터의 회전축이 회전될 때 상기 회전축의 회전속도를 감지하는 제1 센서와, 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 회전축이 회전될 때 상기 회전축의 회전위치를 감지하는 제2 센서와, 상기 제1 센서가 감지한 상기 회전축의 회전속도와, 상기 제2 센서가 감지한 상기 회전축의 회전위치를 이용하여 어시스트 토크를 산출하고 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축이 회전되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 모터 내에 배치된다.

Description

차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법{POWER STEERING APPARATUS FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터를 이용한 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 스티어링 시스템은 운전자가 스티어링 휠을 좌우 회전시키는 방향으로 차륜을 조향하는 시스템으로서, 상기 스티어링 휠이 상단에 설치되는 조향축과, 상기 조향축의 하단에 유니버셜 조인트를 통해 결합된 인터미디어트 샤프트와, 상기 인터미디어트 사프트의 하단에 유니버셜 조인트를 통해 결합된 피니언축과, 상기 피니언축에 형성된 피니언에 치합하는 랙을 가지는 스티어링 기어를 포함한다.
운전자가 상기 스티어링 휠을 회전시키면, 상기 조향축, 상기 인터미디어트 샤프트 및 상기 피니언축이 상기 스티어링 휠과 같은 방향으로 함께 회전되고, 이에 따라 상기 스티어링 기어에 포함된 랙바가 좌우 직선 이동되어서, 상기 랙바의 양단에 각각 결합된 타이로드가 차륜의 휠에 결합된 너클을 회전시키는 것에 의해, 상기 차륜이 상기 스티어링 휠의 회전방향으로 조향되는 것이다.
한편, 운전자가 상기 스티어링 휠을 회전시킬 때, 적은 힘으로 회전시킬 수 있도록, 상기 조향 시스템에는 파워 스티어링 장치가 설치된다.
상기 파워 스티어링 장치는, 운전자가 상기 조향축을 회전시킬 때 운전자의 조향 의도, 크기 및 방향을 검출하는 센서의 검출값에 따라, 상기 피니언축에 설치된 전동 모터가 제어되어 상기 전동 모터가 상기 피니언축을 회전시킴으로써, 운전자는 적은 힘으로도 상기 스티어링 휠을 회전시킬 수 있다.
상기 전동 모터를 이용한 파워 스티어링 장치가 설치된 차량의 스티어링 시스템의 일례로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1713265호(2017.03.07. 공고)(이하, '종래 기술 1'이라 함)에는 '유성기어가 구비된 감속기 및 이를 포함하는 자동차의 조향장치'가 개시되어 있다.
상기 종래 기술 1은 입력축과, 상기 입력축에 토션바를 매개로 연결되는 피니언축을 포함하는데, 상기 입력축과 상기 피니언축을 먼저 일체로 결합한 후, 이 일체로 결합된 상기 입력축 및 상기 피니언축을 모터 및 감속기의 내부에 회전 가능하게 설치하였다.
이와 같이, 상기 종래 기술 1은 상기 입력축 및 상기 피니언축을 먼저 결합한 후, 상기 모터 및 상기 감속기의 내부에 회전 가능하게 설치하여야 하였으므로, 상기 입력축 및 상기 피니언축의 설치작업이 복잡한 문제점이 있었다.
한편, 상기 파워 스티어링 장치는 운전자의 조향 의도, 크기 및 방향을 전자식 제어 장치(ECU)에 전달하고자 토크 및 각도 센서(Torque and Angle Sensor)를 이용하고 있다. 이러한 센서를 이용하여 운전자가 핸들에 가하는 물리적 에너지인 조향 토크를 기계적 비틀림 양에 따라 전기적 저항 차이를 발생시켜 전압 변화가 일어나는 결과물을 전기적 에너지로 변환되어 출력한다.
상기 EUC는 12V의 전기 에너지를 입력 받아 사전에 설계된 Gain map에 따라 차량 속도에 맞게 모터의 회전 속도 및 위치를 제어한다. 운전자는 모터의 회전 속도 및 위치 제어로 인해 발생된 토크의 도움으로 차량의 주행 방향에 변화를 주는데 도움을 받는다.
상기 토크 및 각도 센서를 이용한 상기 모터 제어를 통해 운전자의 조향력을 보조하는 장치의 일례로서, 대한민국 등록특허공보 제10-2026601호(2019.09.30. 공고)(이하, ' 종래 기술 2'라 함)에는 'MDPS 모터 제어 방법'이 개시되어 있다. 그런데, 상기 종래 기술 2와 같은 모터를 이용한 상기 파워 스티어링 장치는 운전자에게 조향력 경감과 조향 조작력, 주행 안정성 제공에 도움을 주지만, 시스템 구성(부품) 가격(단가)이 유압식 조향 제어 장치보다 상대적으로 높을 뿐만 아니라 상기 센서에 의한 고장 발생률도 높은 문제점이 있었다.
한편, 상기 종래 기술 1 및 상기 종래 기술 2와 같은 전동식 조향 제어 장치는 대부분의 내연기관 차량과 전기 차량에 적용되어, 운전자에게 조향력 경감과 조향 조작력 및 주행 안정성을 제공하는 장치이다.
이는 내연기관 차량과 현재 전기 차량에는 파워 스티어링 장치용 배터리를 장착할 수 있는 별도의 공간이 있기에 문제가 없지만, 초소형 전기차와 같은 경우에는 상기 파워 스티어링 장치용 배터리를 장착할 수 있는 공간을 확보하기가 어렵고, 현재 조향 시스템을 그대로 적용할 경우 공급 전압에 맞게 주행 구동에 사용하는 고전압 배터리를 일부러 전압 강하하여 파워 스티어링 장치에 사용하여야 하므로 효율 및 발열 등의 문제가 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1713265호(2017.03.07. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2026601호(2019.09.30. 공고)
본 발명이 해결하려는 과제는, 조향축의 조향각을 감지하는 조향각센서와, 상기 조향축의 조향토크를 감지하는 토크센서를 상기 조향축에 설치하지 않고도, 파워 스티어링 장치의 모터에 구비된 센서를 통해 상기 조향축의 조향각 및 조향토크를 산출하여, 상기 조향토크를 보조할 수 있는 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 상기 파워 스티어링 장치의 모터를 고전압 모터 및 저전압 모터로 구성하여, 차량 구동 배터리의 전류 또는 차량의 전장품의 전류에 의해 작동할 수 있도록 구성함으로서, 파워 스티어링 장치를 작동시키기 위한 별도의 배터리 없이도 작동할 수 있는 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치는 운전자가 조향축을 회전시키는 조향토크를 모터의 구동력을 이용하여 보조한다. 본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치는 제1 센서, 제2 센서 및 컨트롤러로 구성된다. 상기 제1 센서는 상기 모터 내에 배치된다. 상기 제1 센서는 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 모터의 회전축이 회전될 때, 상기 회전축의 회전속도를 감지한다. 상기 제2 센서는 상기 모터 내에 배치된다. 상기 제2 센서는 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 회전축이 회전될 때, 상기 회전축의 회전위치를 감지한다. 상기 컨트롤러는 상기 제1 센서가 감지한 상기 회전축의 회전속도와, 상기 제2 센서가 감지한 상기 회전축의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축이 회전되도록 제어한다.
상기 제1 센서는 엔코더일 수 있다. 상기 제2 센서는 홀 센서일 수 있다.
상기 컨트롤러는 조향 각속도 산출부, 조향 각도 산출부, 어시스트 토크 산출부 및 모터 제어부로 구성될 수 있다. 상기 조향 각속도 산출부는 상기 제1 센서가 감지한 상기 회전축의 회전속도를 이용하여 상기 조향축의 조향 각속도를 산출할 수 있다. 상기 조향 각도 산출부는 상기 제2 센서가 감지한 상기 회전축의 회전위치를 이용하여 상기 조향축의 조향 각도를 산출할 수 있다. 상기 어시스트 토크 산출부는 상기 산출된 조향 각속도 및 상기 산출된 조향 각도를 이용하여 상기 어시스트 토크를 산출할 수 있다. 상기 모터 제어부는 상기 회전축이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다.
상기 조향 각도 산출부는, 차속 센서가 감지한 차량의 속도와, 요 레이트 센서가 감지한 상기 차량이 수직축을 기준으로 회전되는 요 레이트와, 횡가속도 센서가 감지한 상기 차량의 횡방향 가속도를 더 이용하여, 상기 조향축의 상기 조향 각도를 산출할 수 있다.
상기 모터는 고전압 모터 및 저전압 모터로 구성될 수 있다. 상기 고전압 모터 및 상기 저전압 모터는 상기 회전축을 공용으로 가질 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류를 상기 고전압 모터로 공급하여 상기 회전축이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 컨트롤러는 상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 불가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 전장품의 전류를 상기 저전압 모터로 공급하여 상기 회전축이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법은 운전자가 조향축을 회전시키는 조향토크를 모터의 구동력을 이용하여 보조한다. 본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법은 모터 회전축 회전속도감지단계, 모터 회전축 회전위치감지단계 및 조향보조단계로 구성된다. 상기 모터 회전축 회전속도감지단계에서는 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 모터의 회전축이 회전될 때, 상기 모터 내에 배치된 제1 센서가 상기 회전축의 회전속도를 감지한다. 상기 모터 회전축 회전위치감지단계에서는 상기 조향축을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 회전축이 회전될 때, 상기 모터 내에 배치된 제2 센서가 상기 회전축의 회전위치를 감지한다. 상기 조향보조단계에서는 상기 제1 센서가 감지한 상기 회전축의 회전속도와, 상기 제2 센서가 감지한 상기 회전축의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축이 회전되도록 제어한다.
상기 조향보조단계에서는 상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류를 상기 고전압 모터로 공급하여 상기 회전축이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 조향보조단계에서는 상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 불가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 전장품의 전류를 상기 저전압 모터로 공급하여 상기 회전축이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법은, 모터 내에 배치된 제1 센서가 감지한 상기 모터의 회전축의 회전속도와, 상기 모터 내에 배치된 상기 제2 센서가 감지한 상기 회전축의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축이 회전되도록 제어하기 때문에, 조향각센서 및 토크센서를 조향축에 설치하지 않고도, 상기 모터에 구비된 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서를 통해 상기 조향축의 조향각 및 조향토크를 산출하여 상기 조향토크를 보조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법은, 상기 모터가 공통의 회전축을 가지는 고전압 모터 및 저전압 모터로 구성되어 있어서, 상기 고전압 모터가 차량 구동 배터리의 전류에 의해 작동되고, 상기 고전압 모터가 상기 차량의 구동 배터리의 전류에 의해 작동되지 못하는 상황일 때는 상기 저전압 모터가 상기 차량에 설치된 전장품의 전류에 의해 작동된다. 따라서, 파워 스티어링 장치를 작동시키기 위한 별도의 배터리가 필요 없게 되므로, 초소형 전기차와 같은 공간이 협소한 차량에 적용할 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치가 설치된 차량의 조향 시스템을 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 파워 스티어링 장치가 스티어링 기어에서 분리된 상태를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치가 설치된 차량의 조향 시스템을 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법에 따른 순서도,
도 6은 도 5에 도시된 모터제어단계의 구체적인 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법을 도면들을 참고하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치가 설치된 차량의 조향 시스템을 나타내는 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 파워 스티어링 장치가 스티어링 기어에서 분리된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)가 설치된 차량의 조향 시스템은, 스티어링 컬럼(100)과, 조향축(200)과, 인터미디어트 사프트(300)와, 파워 스티어링 장치(400)와, 스티어링 기어(500)를 포함할 수 있다.
스티어링 컬럼(100)의 외주에는 브라켓이 설치될 수 있고, 상기 브라켓은 차체에 결합되어 스티어링 컬럼(100)을 지지할 수 있다. 스티어링 컬럼(100)은 조향축(200)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.
조향축(200)은 스티어링 컬럼(100)을 상하로 관통할 수 있다. 조향축(200)의 상단은 스티어링 컬럼(100)의 상단으로 돌출 배치될 수 있고, 조향축(200)의 하단은 스티어링 컬럼(100)의 하단으로 돌출 배치될 수 있다.
조향축(200)의 상단에는 차량의 차륜을 조향하기 위해 운전자가 손으로 잡고 좌측 또는 우측으로 회전시키는 스티어링 휠(10)이 결합될 수 있다.
조향축(200)의 하단은 유니버셜 조인트(310)를 통해 인터미디어트 샤프트(300)와 결합될 수 있다. 즉, 인터미디어트 샤프트(300)의 상단은 유니버셜 조인트(310)를 통해 조향축(200)의 하단과 결합될 수 있다.
인터미디어트 샤프트(300)의 하단은 유니버셜 조인트(320)를 통해 파워 스티어링 장치(400)의 입력축(420)과 결합될 수 있다. 즉, 파워 스티어링 장치(400)의 입력축(420)은 파워 스티어링 장치(400)의 상단으로 돌출 배치되어서, 인터미디어트 샤프트(300)의 하단에 유니버셜 조인트(320)를 통해 결합될 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)의 하단에는 피니언축(440)이 돌출 배치될 수 있다. 피니언축(440)의 외주에는 피니언 기어(441)가 형성될 수 있다. 피니언축(440)은 스티어링 기어(500)의 하우징(510) 내부로 삽입될 수 있고, 이러한 상태에서 피니언 기어(441)는 스티어링 기어(500)의 하우징(510) 내부에 좌우로 이동가능하게 배치된 랙바(520)에 형성된 랙(미도시)과 치합할 수 있다.
랙바(520)의 좌우양단에는 각각 타이로드(530, 540)가 결합될 수 있다. 타이로드(530, 540)는, 좌측 차륜의 너클에 연결되는 좌측 타이로드(530)와, 우측 차륜의 너클에 연결되는 우측 타이로드(540)를 포함할 수 있다.
피니언축(440)이 일방향으로 회전되는 경우 랙바(520)가 좌측으로 직선 이동될 수 있고, 이에 따라 좌측 타이로드(530) 및 우측 타이로드(540)가 좌측으로 직선 이동되어 좌우측 차륜에 각각 결합된 너클을 좌측으로 회전시키는 것에 의해, 좌우측 차륜은 좌측으로 조향될 수 있다.
또한, 피니언축(440)이 타방향으로 회전되는 경우 랙바(520)가 우측으로 직선 이동될 수 있고, 이에 따라 좌측 타이로드(530) 및 우측 타이로드(540)가 우측으로 직선 이동되어 좌우측 차륜에 각각 결합된 상기 너클을 우측으로 회전시키는 것에 의해, 좌우측 차륜은 우측으로 조향될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치가 설치된 차량의 조향 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)는, 모터(410), 입력축(420), 감속기(430) 및 피니언축(440)을 포함할 수 있다.
모터(410)는 전기에너지에 의해 구동되는 전동 모터일 수 있다. 모터(410)는 중공의 회전축(411)을 가질 수 있다. 회전축(411)의 중공은 축방향으로 길게 형성될 수 있다. 회전축(411)은 상하로 길게 형성될 수 있고, 회전축(411)의 중공은 상하로 길게 형성될 수 있다.
모터(410)는 고전압 모터(41) 및 저전압 모터(42)로 구성된 듀얼 모터로 형성될 수 있다. 고전압 모터(41) 및 저전압 모터(42)는 회전축(411)을 공용으로 가질 수 있다. 여기서, 회전축(411)을 공용으로 가진다는 의미는 반드시 일체로 된 단일의 회전축을 의미하는 것이 아님에 유의하여야 한다. 즉, 고전압 모터(41)의 회전축 및 저전압 모터(42)의 회전축이 별도로 구성되어 있을 수도 있고, 이 경우 고전압 모터(41)의 회전축 및 저전압 모터(42)의 회전축이 서로 결합되어 동축상에 배치될 수도 있다.
고전압 모터(41)는 차량 구동 배터리의 전압인 144V의 전원에 의해 작동될 수 있다. 또한, 저전압 모터(42)는 상기 차량 구동 배터리의 전압을 강하하여 차량 전장품의 작동에 사용되는 12V의 전원에 의해 작동될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
입력축(420)은 회전축(411)의 상기 중공을 관통할 수 있다. 입력축(420)은 상하로 길게 형성될 수 있다. 입력축(420)의 상단부는 모터(410)의 상단으로 돌출 배치될 수 있다.
입력축(420)의 상하단 각각은 베어링을 통해 파워 스티어링 장치(400)의 하우징 내부에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
입력축(420)이 모터(410)의 회전축(411)을 관통되게 설치된 상태에서, 회전축(411) 및 입력축(420)은 서로 독립적으로 회전 가능할 수 있다. 즉, 입력축(420)은 회전축(411)의 상기 중공을 관통하되, 회전축(411)에 대해 회전 가능할 수 있다.
모터(410)는, 상하단이 각각 개구된 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 개구된 상단을 덮는 모터 커버를 포함할 수 있다. 상기 모터 하우징 및 상기 모터 커버는 모터(410)의 외관을 형성할 수 있다. 상기 모터 하우징은 상하단이 각각 개구된 원통형으로 형성될 수 있고, 상기 모터 커버는 하단이 개구된 원통형으로 형성되어 상기 모터 하우징의 개구된 상단을 덮을 수 있다.
상기 모터 하우징의 상단부 및 상기 모터 커버의 하단부는 복수개의 볼트를 통해 체결될 수 있다.
입력축(420)의 상단부는 모터(410)의 상기 모터 커버의 중심을 관통하여 모터(410)의 상측으로 돌출 배치될 수 있다.
감속기(430)는 모터(410)의 하단에 결합될 수 있다. 감속기(430)의 하단에는 입력축(420)의 하단부가 돌출 배치될 수 있다.
감속기(430)는, 상하단이 각각 개구된 감속기 하우징과, 상기 감속기 하우징의 개구된 하단을 덮는 감속기 커버를 포함할 수 있다. 상기 감속기 하우징 및 상기 감속기 커버는 감속기(430)의 외관을 형성할 수 있다. 상기 감속기 하우징은 상하단이 각각 개구된 원통형으로 형성될 수 있고, 상기 감속기 커버는 상단이 개구된 원통형으로 형성되어 상기 감속기 하우징의 개구된 하단을 덮을 수 있다.
상기 감속기 하우징 및 상기 감속기 커버는 복수개의 볼트를 통해 체결될 수 있다.
또한, 상기 모터 하우징의 개구된 하단과 감속기 하우징의 개구된 상단은 서로 접촉되게 배치될 수 있다. 상기 모터 하우징의 하단부와 상기 감속기 하우징은 복수개의 볼트를 통해 체결될 수 있다.
입력축(420)의 하단부는 감속기(430)의 상기 감속기 커버의 중심을 관통하여 감속기(430)의 하측으로 돌출 배치될 수 있다.
감속기(430)는 회전축(411)의 회전속도를 감속하여 입력축(420)에 전달할 수 있다. 감속기(430)는 내부에 배치된 복수개의 기어를 통해 회전축(411)의 회전속도를 감속하여 입력축(420)에 전달할 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 기어는 유성기어 또는 하모닉 기어일 수 있다.
상기 복수개의 기어는, 회전축(411)의 외주에 결합되고 외주에 기어치가 형성된 선기어(미도시)와, 상기 감속기 하우징 내측에 결합되고 내주에 기어치가 형성된 링기어(미도시)와, 상기 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되는 복수개의 유성기어(미도시)와, 상기 복수개의 유성기어를 연결하는 캐리어(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 유성기어는 상기 선기어의 외주를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 링기어는 원주방향으로 회전되지 않게 상기 감속기 하우징의 내측에 고정될 수 있다. 상기 복수개의 유성기어 각각은 외주에 기어치가 형성될 수 있고, 상기 복수개의 유성기어 각각의 외주에 형성된 기어치는 상기 선기어의 기어치 및 상기 링기어의 기어치에 맞물릴 수 있다. 상기 캐리어는 상기 복수개의 유성기어와 결합되고 입력축(420)의 외주에 결합될 수 있다.
따라서, 모터(410)의 회전축(411)이 회전되면, 상기 선기어가 회전축(411)과 같은 방향으로 회전될 수 있고, 이에 따라 상기 복수개의 유성기어는 상기 선기어와 반대방향으로 회전될 수 있다. 상기 캐리어는 상기 복수개의 유성기어와 결합되어 있기 때문에, 상기 복수개의 유성기어가 회전될 때 복수개의 유성기어와 같은 방향으로 회전되어서 입력축(420)을 회전시킬 수 있다.
피니언축(440)의 외주에는 피니언 기어(441)가 형성될 수 있다. 피니언 기어(441)는 스티어링 기어(500)의 하우징(510) 내부에 좌우방향으로 직선 이동가능하게 구비된 랙바(520)의 랙과 치합할 수 있다.
입력축(420)의 하단부와 피니언축(440)의 상단부는 결합핀에 의해 결합될 수 있다. 즉, 상기 결합핀은 감속기(430)의 하단으로 돌출 배치된 부분인 입력축(420)의 하단부에 피니언축(440)의 상단부를 결합할 수 있다. 따라서, 모터(410) 및 감속기(430)의 외부에서 피니언축(440)을 입력축(420)에 쉽게 결합할 수 있다.
피니언축(440)의 상단에 축방향으로 홈이 형성되고, 입력축(420)의 하단부는 입력축(420)이 나머지 부분에 비해 직경이 작게 형성되어서, 입력축(420)의 하단부가 피니언축(440)의 상단에 형성된 상기 홈으로 삽입될 수 있다. 반대로, 입력축(420)의 하단에 축방향으로 홈이 형성될 수도 있고, 이 경우, 피니언축(440)의 상단이 입력축(420)의 하단에 형성된 상기 홈에 삽입될 수도 있다.
입력축(420)의 하단부 및 피니언축(440)의 상단부에는 각각 상기 결합핀이 삽입되어 결합되는 결합핀 결합홀이 형성될 수 있다. 상기 결합핀 결합홀 각각은 입력축(420)의 하단부 외주와 피니언축(440)의 상단부 외주에 반경방향으로 통하게 형성될 수 있다.
즉, 작업자는 피니언축(440)의 상단부에 형성된 상기 홈에 입력축(420)의 하단부를 끼운 후, 상기 결합핀을 각각의 상기 결합핀 결합홀에 삽입하여서, 피니언축(440)의 상단부를 입력축(420)의 하단부에 결합할 수 있다.
한편, 스티어링 기어(500)의 하우징(510)에는 파워 스티어링 장치 장착부(511)가 형성될 수 있고, 파워 스티어링 장치 장착부(511)의 내주면에는 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 파워 스티어링 장치(400)의 하우징 중 파워 스티어링 장치 장착부(511)의 내부로 삽입되는 부분의 외주면에는 파워 스티어링 장치 장착부(511)의 내주면에 형성된 상기 나사산과 나사결합되는 나사산이 형성되어서, 본 발명의 실시예에 의한 파워 스티어링 장치(400)는 별도의 브라켓 없이 스티어링 기어(500)의 파워 스티어링 장치 장착부(511)에 설치될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)는 운전자가 스티어링 휠(10)을 손으로 잡고 조향축(200)을 회전시키는 조향토크를 모터(410)의 구동력을 이용하여 보조할 수 있다. 종래에는 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향토크를 감지하는 토크 센서와, 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향각도를 감지하는 조향각 센서를, 조향축(200)에 직결되게 설치하였었다. 하지만, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)는 조향축(200)에 상기 토크 센서 및 상기 조향각 센서를 설치하지 않고도, 모터(410) 내에 구비된 센서의 감지값을 이용하여 모터(410)를 제어함으로써, 상기 조향토크를 보조할 수 있다. 이에 대해, 아래에서 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)는 제1 센서(480), 제2 센서(490) 및 컨트롤러(700)를 더 포함할 수 있다. 물론, 컨트롤러(700)는 제1 센서(480) 및 제2 센서(490) 각각의 감지값을 이용하여 모터(410)를 제어하기 위한 제어부이기 때문에, 반드시 파워 스티어링 장치(400)에 구비될 필요는 없으며, 차량의 대표적인 제어부인 ECU(Electronic Control Unit)일 수도 있다.
제1 센서(480) 및 제2 센서(490)는 모터(410) 내에 설치될 수 있다. 제1 센서(480)는 엔코더일 수 있고, 제2 센서(480)는 홀 센서일 수 있다.
운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향토크에 의해 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 제1 센서(480)는 모터(410)의 회전축(411)의 회전속도를 감지할 수 있다.
운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향토크에 의해 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 제2 센서(490)는 모터(410)의 회전축(411)의 회전위치를 감지할 수 있다.
제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도는 컨트롤러(700)로 입력될 수 있다. 또한, 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치는 컨트롤러(700)로 입력될 수 있다.
컨트롤러(700)는 제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도와, 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 이용하여 어시스트 토크를 산출할 수 있다. 컨트롤러(700)에는 제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도와, 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 변수로 하여 상기 어시스트 토크를 산출하는 함수값이 설정될 수 있다. 물론, 본 실시예에서 입력축(420)은, 조향축(200)과 동일한 속도 및 동일한 각도로 회전될 수 있고, 기어조립체(433)의 기어비만큼 모터(410)의 회전축(411)의 회전속도보다 회전속도가 감속되고, 기어조립체(433)의 기어비만큼 모터(410)의 회전축(411)의 회전각도보다 회전각도가 작아질 수 있다. 따라서, 상기 함수값에는 기어조립체(433)의 기어비가 고정값으로 더 설정될 수 있다.
컨트롤러(700)는 제1 센서(480)로부터 회전축(411)의 회전속도가 입력되고, 제2 센서(490)로부터 회전축(411)의 회전위치가 입력되면, 컨트롤러(700)에 설정된 상기 함수값을 통해서 상기 어시스트 토크를 산출할 수 있다.
컨트롤러(700)는 모터(410)의 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다. 컨트롤러(700)가 상기 산출된 어시스트 토크로 모터(410)의 회전축(411)이 회전되도록 제어하는 경우, 운전자는 적은 힘으로 조향축(200)을 회전시킬 수 있다. 따라서, 조향축(200)에 상기 토크센서 및 상기 조향각 센서를 설치하지 않고도, 모터(410) 내에 설치된 제1 센서(480) 및 제2 센서(490)를 이용하여 모터(410)를 제어함으로써, 상기 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 힘인 상기 조향토크를 보조할 수 있다.
컨트롤러(700)는 조향 각속도 산출부(710), 조향 각도 산출부(720), 어시스트 토크 산출부(730) 및 모터 제어부(740)를 포함할 수 있다.
제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도는 조향 각속도 산출부(710)로 입력될 수 있고, 조향 각속도 산출부(710)는 제1 센서(480)로부터 입력되는 회전축(411)의 회전속도를 이용하여 조향축(200)의 조향 각속도를 산출할 수 있다.
조향 각속도 산출부(710)에는 제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도를 변수로 하여 조향축(200)의 조향 각속도를 산출하는 함수값이 설정될 수 있다. 물론, 조향 각속도 산출부(710)에 설정되는 상기 함수값에는 기어조립체(433)의 기어비가 고정값으로 더 설정될 수 있다.
조향 각속도 산출부(710)는 제1 센서(480)로부터 회전축(411)의 회전속도가 입력되면, 조향 각속도 산출부(710)에 설정된 상기 함수값을 통해서 조향축(200)의 조향 각속도를 산출할 수 있다.
제2 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전위치는 조향 각도 산출부(720)로 입력될 수 있고, 조향 각도 산출부(720)는 제2 센서(490)로부터 입력되는 회전축(411)의 회전위치를 이용하여 조향축(200)의 조향 각도를 산출할 수 있다.
조향 각도 산출부(720)에는 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 변수로 하여 조향축(200)의 조향 각속도를 산출하는 함수값이 설정될 수 있다. 물론, 조향 각도 산출부(720)에 설정되는 상기 함수값에는 기어조립체(433)의 기어비가 고정값으로 더 설정될 수 있다.
조향 각도 산출부(720)는 제2 센서(490)로부터 회전축(411)의 회전위치가 입력되면, 조향 각도 산출부(720)에 설정된 상기 함수값을 통해서 조향축(200)의 조향 각도를 산출할 수 있다.
조향 각속도 산출부(710)에서 산출한 조향축(200)의 조향 각속도는 어시스트 토크 산출부(730)로 입력될 수 있고, 조향 각도 산출부(720)에서 산출한 조향축(200)의 조향 각도는 어시스트 토크 산출부(730)로 입력될 수 있다. 어시스트 토크 산출부(730)는 조향 각속도 산출부(710)로부터 입력되는 조향축(200)의 상기 산출된 조향 각속도와, 조향 각도 산출부(720)로부터 입력되는 조향축(200)의 상기 산출된 조향 각도를 이용하여, 상기 어시스트 토크를 산출할 수 있다.
어시스트 토크 산출부(730)에는, 조향 각속도 산출부(710)가 산출한 조향축(200)의 조향 각속도를 변수로 하고, 조향 각도 산출부(720)가 산출한 조향축(200)의 조향 각도를 변수로 하여, 상기 어시스트 토크를 산출하는 함수값이 설정될 수 있다.
어시스트 토크 산출부(730)는 조향 각속도 산출부(710)로부터 조향축(200)의 조향 각속도가 입력되고, 조향 각도 산출부(720)로부터 조향축(200)의 조향 각도가 입력되면, 어시스트 토크 산출부(730)에 설정된 상기 함수값을 통해서 상기 어시스트 토크를 산출할 수 있다.
어시스트 토크 산출부(730)에서 산출한 상기 어시스트 토크는 모터 제어부(740)로 입력될 수 있고, 모터 제어부(740)는 어시스트 토크 산출부(730)로부터 입력되는 상기 산출된 어시스트 토크로 모터(410)의 회전축(411)이 회전되도록 제어할 수 있다.
한편, 파워 스티어링 장치(400)는 차량의 자세제어장치(ESC)와 연동하여 모터(410)를 제어할 수 있다. 상기 자세제어장치(ESC)는 차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630)를 포함할 수 있다. 차속 센서(610)는 차량의 속도를 감지할 수 있고, 요 레이트 센서(620)는 상기 차량이 수직축을 기준으로 회전되는 요 레이트를 감지할 수 있으며, 횡가속도 센서(630)는 상기 차량의 횡방향 가속도를 감지할 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)는 차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630) 각각의 감지값을 제공받기 위한 파워 스티어링 통신부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 파워 스티어링 통신부는 CAN통신부일 수 있다.
상기 자세제어장치(ESC)에는 파워 스티어링 장치(400)의 상기 파워 스티어링 통신부와 통신하는 자세제어 통신부가 포함될 수 있다. 여기서, 상기 자세제어 통신부는 CAN통신부일 수 있다.
차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630) 각각의 감지값이 설정값 범위 내에 있는 경우, 컨트롤러(700)는 제1 센서(480), 제2 센서(490), 차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630) 각각의 감지값을 이용해서 모터(410)를 제어할 수 있다. 또한, 차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630) 각각의 감지값 중 적어도 하나가 상기 설정값 범위를 벗어나는 경우, 컨트롤러(700)는 차속 센서(610), 요 레이트 센서(620) 및 횡가속도 센서(630) 중 적어도 하나의 고장으로 판단하여 제1 센서(480) 및 제2 센서(490) 각각의 감지값만을 이용하여 모터(410)를 제어할 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)가 상기 자세제어장치(ESC)와 연동하여 모터(410)를 제어할 경우, 차속 센서(610)가 감지한 상기 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)가 감지한 상기 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)가 감지한 상기 차량의 횡방향 가속도는 조향 각도 산출부(720)로 입력될 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)가 상기 자세제어장치(ESC)와 연동하여 모터(410)를 제어할 경우, 조향 각도 산출부(720)는, 제2 센서(490)로부터 입력되는 회전축(411)의 회전위치와, 차속 센서(610)로부터 입력되는 상기 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)로부터 입력되는 상기 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)로부터 입력되는 상기 차량의 횡방향 가속도를 이용하여, 조향축(200)의 상기 조향 각도를 산출할 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)가 상기 자세제어장치(ESC)와 연동하여 모터(410)를 제어할 경우, 조향 각도 산출부(720)에는 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치와, 차속 센서(610)가 감지한 상기 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)가 감지한 상기 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)가 감지한 상기 차량의 횡방향 가속도를 변수로 하여 조향축(200)의 조향 각속도를 산출하는 함수값이 설정될 수 있다. 물론, 조향 각도 산출부(720)에 설정되는 상기 함수값에는 기어조립체(433)의 기어비가 고정값으로 더 설정될 수 있다.
파워 스티어링 장치(400)가 상기 자세제어장치(ESC)와 연동하여 모터(410)를 제어할 경우, 조향 각도 산출부(720)는 제2 센서(490)로부터 회전축(411)의 회전위치와, 차속 센서(610)로부터 상기 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)로부터 상기 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)로부터 상기 차량의 횡방향 가속도가 입력되면, 조향 각도 산출부(720)에 설정된 상기 함수값을 통해서 조향축(200)의 조향 각도를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법에 따른 순서도이다. 여기서는, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법을 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 동작과 결부시켜 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치(400)의 제어방법은, 감지단계(S10)와, 감지단계(S10)의 감지값을 이용하여 모터(410)를 제어하는 조향보조단계(S20)를 포함할 수 있다.
감지단계(S10)는, 모터 회전축 회전속도감지단계(S11)와, 모터 회전축 회전위치감지단계(S12)와, 차속감지단계(S13)와, 요레이트감지단계(S14)와, 횡가속도감지단계(S15)를 포함할 수 있다.
모터 회전축 회전속도감지단계(S11)에서는 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 모터(410) 내에 배치된 제1 센서(480)가 모터(410)의 회전축(411)의 회전속도를 감지할 수 있다. 모터 회전축 회전속도감지단계(S11)에서 제1 센서(480)가 감지한 모터(410)의 회전축(411)의 회전속도에 대한 감지값은 컨트롤러(700)의 조향 각속도 산출부(710)로 입력될 수 있다.
모터 회전축 회전위치감지단계(S12)에서는 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 모터(410) 내에 배치된 제2 센서(490)가 모터(410)의 회전축(411)의 회전위치를 감지할 수 있다. 모터 회전축 회전위치감지단계(S12)에서 제2 센서(490)가 감지한 모터(410)의 회전축(411)의 회전위치에 대한 감지값은 컨트롤러(700)의 조향 각도 산출부(720)로 입력될 수 있다.
차속감지단계(S13)와, 요레이트감지단계(S14)와, 횡가속도감지단계(S15)는 주행 노면의 좌우방향 경사도가 컨트롤러(700)에 설정된 값인 상기 설정값 이상일 때에만 수행될 수 있다.
차속감지단계(S13)에서는 차속 센서(610)가 상기 차량의 속도를 감지할 수 있다. 차속감지단계(S13)에서 차속 센서(610)가 감지한 상기 차량의 속도에 대한 감지값은 컨트롤러(700)의 조향 각도 산출부(720)에 입력될 수 있다.
요레이트감지단계(S14)에서는 요 레이트 센서(620)가 상기 요 레이트를 감지할 수 있다. 요레이트감지단계(S14)에서 요 레이트 센서(620)가 감지한 상기 요 레이트에 대한 감지값은 컨트롤러(700)의 조향 각도 산출부(720)에 입력될 수 있다.
횡가속도감지단계(S15)에서는 횡가속도 센서(630)가 상기 차량의 횡방향 가속도를 감지할 수 있다. 횡가속도감지단계(S15)에서 횡가속도 센서(630)가 감지한 상기 차량의 회방향 가속도에 대한 감지값은 컨트롤러(700)의 조향 각도 산출부(720)에 입력될 수 있다.
조향보조단계(S20)에서는 제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도와, 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 이용하여, 상기 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 모터(410)의 회전축(411)이 회전되도록 제어할 수 있다.
조향보조단계(S20)는 조향각속도 산출단계(S21), 조향각도 산출단계(S22), 어시스트 토크 산출단계(S23) 및 모터제어단계(S24)를 포함할 수 있다.
조향각속도 산출단계(S21)에서는 제1 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전속도를 이용하여 조향축(200)의 조향 각속도를 산출할 수 있다.
조향각도 산출단계(S22)에서는 제2 센서(480)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 이용하여 조향축(200)의 조향 각도를 산출할 수 있다.
어시스트 토크 산출단계(S23)에서는, 조향각속도 산출단계(S21)에서 산출된 상기 조향 각속도와, 조향각도 산출단계(S22)에서 산출된 상기 조향 각도를 이용하여 상기 어시스트 토크를 산출할 수 있다.
모터제어단계(S24)에서는 상기 산출된 어시스트 토크로 모터(410)의 회전축(411)이 회전되도록 제어할 수 있다.
한편, 주행 노면의 좌우방향 경사도가 컨트롤러(700)에 설정된 값인 상기 설정값 이상일 때에 조향각도 산출단계(S22)에서는, 차속 센서(610)가 감지한 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)가 감지한 상기 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)가 감지한 상기 차량의 횡방향 가속도를 더 이용하여, 조향축(200)의 상기 조향 각도를 산출할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 모터제어단계의 구체적인 순서도이다. 여기서는, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법을 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치의 동작과 결부시켜 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 모터제어단계(S24)에서 먼저 컨트롤러(700)는 고전압 릴레이 스위치가 ON상태인지 판단할 수 있다(S241). 여기서, 상기 고전압 릴레이 스위치는 차량의 구동 배터리와 전기적으로 연결된 스위치일 수 있다. 즉, 상기 고전압 릴레이 스위치가 ON상태인 경우, 상기 구동 배터리의 전류는 컨트롤러(700)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 고전압 릴레이 스위치가 OFF상태인 경우, 상기 구동 배터리의 전류는 컨트롤러(700)로 공급되지 않을 수 있다.
즉, 컨트롤러(700)는 상기 구동 배터리로부터 전압 공급이 가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류를 고전압 모터(41)로 공급하여 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(700)는 상기 구동 배터리로부터 전압 공급이 불가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 전장품의 전류를 상기 저전압 모터(42)로 공급하여 상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 전장품은 차량의 공조시스템에 사용되는 부품일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 차량에 설치된 오디오 장치 또는 네비게이터와 같은 멀티미디어 장치일 수도 있으며, 상기 차량에 설치되어 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 모든 전장품을 포함할 수 있다. 이하, 상기 전장품의 전류는 상기 공조시스템에 사용되는 부품을 작동시키기 위한 전류인 공조 전원인 것으로 한정하여 설명하기로 한다.
컨트롤러(700)는 상기 S241 단계의 판단결과 상기 고전압 릴레이 스위치가 ON상태가 아니면, 모터(410) 제어 시스템을 재시작할 수 있다.
컨트롤러(700)는 상기 S241 단계의 판단결과 상기 고전압 릴레이 스위치가 ON상태이면, 상기 구동 배터리로부터 고전압을 공급받을 수 있는지 판단할 수 있다(S242).
컨트롤러(700)는 상기 S242 단계의 판단결과 상기 구동 배터리로부터 고전압을 공급받을 수 있다고 판단되면, 상기 구동 배터리로부터 상기 고전압인 144V의 전원을 공급받을 수 있다(S243).
컨트롤러(700)는 상기 구동 배터리로부터 공급받은 상기 144V의 전원을 고전압 모터(41)로 공급하여 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다(S244).
컨트롤러(700)는 고전압 모터(41)로 공급되는 전원의 전압을 측정하여 10ms 단위로 모니터링 할 수 있다(S245).
이후 컨트롤러(700)는 고전압 모터(41)의 정상 제어 동작인지 판단할 수 있다(S246).
컨트롤러(700)는 고전압 모터(41)로 공급되는 전원의 전압 측정값이 제1 설정시간동안 제1 설정값 범위 내에 있으면 고전압 모터(41)의 정상 제어 동작으로 판단할 수 있고, 이 경우 컨트롤러(700)는 로직을 종료할 수 있다.
또한, 컨트롤러(700)는 고전압 모터(41)로 공급되는 전원의 전압 측정값이 상기 제1 설정시간동안 상기 제1 설정값 범위 밖에 있으면 고전압 모터(41)의 비정상 제어 동작으로 판단할 수 있고, 이 경우 컨트롤러(700)는 사용자에게 고장 알림을 출력할 수 있다(S2421). 여기서, 상기 고장 알림은 시각적인 알림 및 청각적인 알림 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 컨트롤러(700)는 상기 S242 단계의 판단결과 상기 구동 배터리로부터 고전압을 공급받을 수 없다고 판단되면, 사용자에게 고장 알림을 출력할 수 있다(S2421).
컨트롤러(700)는 상기 고장 알림을 출력한 후 상기 공조시스템으로부터 상기 공조 전원인 12V의 전원을 공급받을 수 있다(S2422).
컨트롤러(700)는 상기 공조시스템으로부터 공급받은 상기 12V의 전원을 저전압 모터(42)로 공급하여 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어할 수 있다(S2423).
컨트롤러(700)는 저전압 모터(42)로 공급되는 전원의 전압을 측정하여 5ms 단위로 모니터링 할 수 있다(S2424).
컨트롤러(700)는 저전압 모터(42)로 공급되는 전원의 전압 측정값이 제2 설정시간동안 제2 설정값 범위 내에 있으면 저전압 모터(42)의 정상 제어 동작으로 판단할 수 있다. 여기서, 상기 제2 설정시간은 상기 제1 설정시간보다 짧은 시간일 수 있고, 상기 제2 설정값은 상기 제1 설정값보다 낮은 값일 수 있다.
컨트롤러(700)는 저전압 모터(42)의 정상 제어 동작이면 고장이 회복되었는지 판단할 수 있다(S2425).
컨트롤러(700)는 상기 S2425 단계의 판단결과 고장이 회복되었다고 판단되면 모터(410)의 제어 시스템을 2ms 이내에 재시작할 수 있다(S2426). 이 후 로직은 상기 S243 단계로 넘어갈 수 있다.
한편, 컨트롤러(700)는 상기 S2425 단계의 판단결과 고장이 회복되지 않았다고 판단되면, 사용자에게 다시 고장을 알림을 출력할 수 있다(S2421).
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법은, 모터(410) 내에 배치된 제1 센서(480)가 감지한 모터(410)의 회전축(411)의 회전속도와, 모터(410) 내에 배치된 제2 센서(490)가 감지한 회전축(411)의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 회전축(411)이 회전되도록 제어하기 때문에, 조향각센서 및 토크센서를 조향축(200)에 설치하지 않고도, 모터(410)에 구비된 제1 센서(480) 및 제2 센서(490)를 통해 조향축(200)의 조향각 및 조향토크를 산출하여 상기 조향토크를 보조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 파워 스티어링 장치 및 그것의 제어방법은, 모터(410)가 공통의 회전축(411)을 가지는 고전압 모터(41) 및 저전압 모터(42)로 구성되어 있어서, 고전압 모터(41)가 차량 구동 배터리의 전류에 의해 작동되고, 고전압 모터(41)가 상기 차량의 구동 배터리의 전류에 의해 작동되지 못하는 상황일 때는 저전압 모터(42)가 상기 차량에 설치된 전장품의 전류에 의해 작동된다. 따라서, 파워 스티어링 장치(400)를 작동시키기 위한 별도의 배터리가 필요 없게 되므로, 초소형 전기차와 같은 공간이 협소한 차량에 적용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
41 : 고전압 모터 42 : 저전압 모터
200 : 조향축 400 : 파워 스티어링 장치
410 : 모터 411 : 회전축
480 : 제1 센서 490 : 제2 센서
610 : 차속 센서 620 : 요 레이트 센서
630 : 횡가속도 센서 700 : 컨트롤러
710 : 조향 각속도 산출부 720 : 조향 각도 산출부
730 : 어시스트 토크 산출부 740 : 모터 제어부

Claims (7)

  1. 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향토크를 모터(410)의 구동력을 이용하여 보조하는 차량의 파워 스티어링 장치(400)에 있어서,
    상기 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 상기 회전축(411)의 회전속도를 감지하는 제1 센서(480);
    상기 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 회전축(411)이 회전될 때, 상기 회전축(411)의 회전위치를 감지하는 제2 센서(490); 및
    상기 제1 센서(480)가 감지한 상기 회전축(411)의 회전속도와, 상기 제2 센서(490)가 감지한 상기 회전축(411)의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축(411)이 회전되도록 제어하는 컨트롤러(700);를 포함하고,
    상기 제1 센서(480) 및 상기 제2 센서(490)는 상기 모터(410) 내에 배치되는 차량의 파워 스티어링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 센서(480)는 엔코더이고,
    상기 제2 센서(490)는 홀 센서인 차량의 파워 스티어링 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러(700)는,
    상기 제1 센서(480)의 감지한 상기 회전축(411)의 회전속도를 이용하여, 상기 조향축(200)의 조향 각속도를 산출하는 조향 각속도 산출부(710);
    상기 제2 센서(490)가 감지한 상기 회전축(411)의 회전위치를 이용하여, 상기 조향축(200)의 조향 각도를 산출하는 조향 각도 산출부(720);
    상기 산출된 조향 각속도 및 상기 산출된 조향 각도를 이용하여, 상기 어시스트 토크를 산출하는 어시스트 토크 산출부(730); 및
    상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어하는 모터 제어부(740);를 포함하는 차량의 파워 스티어링 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조향 각도 산출부(720)는, 차속 센서(610)가 감지한 차량의 속도와, 요 레이트 센서(620)가 감지한 상기 차량이 수직축을 기준으로 회전되는 요 레이트와, 횡가속도 센서(630)가 감지하는 상기 차량의 횡방향 가속도를 더 이용하여, 상기 조향축(200)의 상기 조향 각도를 산출하는 차량의 파워 스티어링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터(410)는 고전압 모터(41) 및 저전압 모터(42)를 포함하고,
    상기 고전압 모터(41) 및 상기 저전압 모터(42)는 상기 회전축(411)을 공용으로 가지며,
    상기 컨트롤러(700)는,
    상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류를 상기 고전압 모터(41)로 공급하여 상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어하고,
    상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 불가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 전장품의 전류를 상기 저전압 모터(42)로 공급하여 상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어하는 차량의 파워 스티어링 장치.
  6. 운전자가 조향축(200)을 회전시키는 조향토크를 모터(410)의 구동력을 이용하여 보조하는 차량의 파워 스티어링 장치(400)의 제어방법에 있어서,
    상기 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 모터(410)의 회전축(411)이 회전될 때, 상기 모터(410) 내에 배치된 제1 센서(480)가 상기 회전축(411)의 회전속도를 감지하는 모터 회전축 회전속도감지단계(S11);
    상기 조향축(200)을 회전시키는 상기 조향토크에 의해 상기 회전축(411)이 회전될 때, 상기 모터(410) 내에 배치된 제2 센서(490)가 상기 회전축(411)의 회전위치를 감지하는 모터 회전축 회전위치감지단계(S12); 및
    상기 제1 센서(480)가 감지한 상기 회전축(411)의 회전속도와, 상기 제2 센서(490) 감지한 상기 회전축(411)의 회전위치를 이용하여, 어시스트 토크를 산출하고, 상기 산출된 어시스트 토크로 상기 회전축(411)이 회전되도록 제어하는 조향보조단계(S20);를 포함하는 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 모터(410)는 고전압 모터(41) 및 저전압 모터(42)를 포함하고,
    상기 고전압 모터(41) 및 상기 저전압 모터(42)는 상기 회전축(411)을 공용으로 가지며,
    상기 조향보조단계(S20)에서는,
    상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류를 상기 고전압 모터(41)로 공급하여 상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어하고,
    상기 차량의 구동 배터리로부터 전압 공급이 불가능한 경우, 상기 구동 배터리의 전류에 의해 작동되는 전장품의 전류를 상기 저전압 모터(42)로 공급하여 상기 회전축(411)이 상기 산출된 어시스트 토크로 회전되도록 제어하는 차량의 파워 스티어링 장치의 제어방법.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06144269A (ja) * 1992-11-11 1994-05-24 Omron Corp 電動式パワーステアリング装置
JP2000184774A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Toyoda Mach Works Ltd モータ制御装置
JP2005088849A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Toyota Motor Corp 車両操舵装置
KR20120036203A (ko) * 2010-10-07 2012-04-17 현대모비스 주식회사 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법
JP2014237376A (ja) * 2013-06-07 2014-12-18 株式会社デンソー ステアリング制御装置
KR101713265B1 (ko) 2013-05-30 2017-03-07 주식회사 만도 유성기어가 구비된 감속기 및 이를 포함하는 자동차의 조향장치
KR102026601B1 (ko) 2013-03-05 2019-09-30 현대모비스 주식회사 Ｍｄｐｓ 모터 제어 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06144269A (ja) * 1992-11-11 1994-05-24 Omron Corp 電動式パワーステアリング装置
JP2000184774A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Toyoda Mach Works Ltd モータ制御装置
JP2005088849A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Toyota Motor Corp 車両操舵装置
KR20120036203A (ko) * 2010-10-07 2012-04-17 현대모비스 주식회사 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 조향각 산출방법
KR102026601B1 (ko) 2013-03-05 2019-09-30 현대모비스 주식회사 Ｍｄｐｓ 모터 제어 방법
KR101713265B1 (ko) 2013-05-30 2017-03-07 주식회사 만도 유성기어가 구비된 감속기 및 이를 포함하는 자동차의 조향장치
JP2014237376A (ja) * 2013-06-07 2014-12-18 株式会社デンソー ステアリング制御装置

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