KR20230003898A - 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

조향휠 락킹 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치는, 차량의 시동 오프(IGN off) 시 온(on)되어 배터리로부터 전원을 공급받는 전원공급 스위치, 모터에 연결되고, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 모터의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠을 구속시키는 스위치부를 포함한다.

Description

조향휠 락킹 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING LOCKING OF STEERING WHEEL}
본 발명은 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 시동이 오프된 경우 조향휠이 자유롭게 조타되는 것을 방지할 수 있도록 하는 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
SBW(STEER BY WIRE) 시스템은 조향휠(스티어링휠)과 차량의 구동바퀴의 기계적 연결을 분리한 조향시스템이다. SBW 시스템은 조향휠의 회전 신호를 전자 제어 장치(ECU)를 통해 입력받고, 입력된 회전 신호를 바탕으로 구동바퀴에 연결된 조향 어시스트 모터를 작동시켜 차량을 조향한다.
SBW 시스템은 기존의 조향 시스템이 갖는 기계적 연결구조가 제거됨으로써, 조향계 구성에 따른 레이아웃 자유도를 증가시키고, 연비를 개선하며, 차륜에서 역입력되는 외란을 제거할 수 있는 등의 장점을 갖고 있다.
한편, SBW 시스템을 적용한 차량의 시동이 오프되면, ECU는 구동하지 않기 때문에 조향휠(스티어링휠)이 구속되지 않고 프리휠링하게 된다. 이 경우 운전자가 조향휠을 잡고 일어서게 되면 운전자는 부상의 위험성에 노출되게 되어있다.
이에, 차량의 시동이 오프된 경우 조향휠이 자유롭게 조타되는 것을 방지할 수 있도록 하는 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개등록공보 제10-1987703호(2019.06.11, 공고)의 '스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법'에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량의 시동이 오프된 경우 조향휠이 자유롭게 조타되는 것을 방지할 수 있도록 하는 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치는, 차량의 시동 오프(IGN off) 시 온(on)되어 배터리로부터 전원을 공급받는 전원공급 스위치, 모터에 연결되고, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 모터의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠을 구속시키는 스위치부를 포함한다.
본 발명에서 상기 전원공급 스위치는, 상기 차량의 시동 오프 시, ECU 내부의 풀다운 저항에 의해 디폴트로 설정된 로우 신호를 인가받아 온될 수 있다.
본 발명에서 상기 전원공급 스위치는, 게이트가 MCU와 전기적으로 연결되고, 소스가 상기 배터리 쪽의 선로와 전기적으로 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고, 상기 ECU 내부의 풀다운 저항에 의해 설정된 로우 신호가 상기 게이트에 인가되는 경우 온될 수 있다.
본 발명에서 상기 스위치부는, 상기 폐회로에서 상기 조향휠의 조타에 따라 상기 모터에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 상기 조향휠에 인가함으로써, 상기 조향휠을 구속시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 스위치부는, 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 스위치로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 스위치부는, 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 3개의 스위치를 포함하고, 상기 3개의 스위치 각각은, 게이트가 상기 전원공급 스위치의 선로와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드와 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고, 상기 전원공급 스위치로부터 전원을 인가받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 스위치부는, 상기 모터의 상 간을 전기적으로 연결되는 2개의 스위치를 포함하고, 상기 2개의 스위치는 서로 전기적으로 연결되어, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성할 수 있다.
본 발명은 MCU로부터 차량 시동 온에 따른 제어신호를 수신하는 경우, 상기 전원공급 스위치의 동작에 상관없이 상기 스위치부를 동작하지 않도록 제어하는 보호 회로부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 보호 회로부는, 게이트가 상기 MCU와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 배터리 쪽의 선로와 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드에 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 방법은, 차량의 시동 오프(IGN off) 시, 전원공급 스위치가 온(on)되어 배터리로부터 전원을 공급받는 단계, 모터에 연결된 스위치부가, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 모터의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠을 구속시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 배터리로부터 전원을 공급받는 단계에서, 상기 전원공급 스위치는, 상기 차량의 시동 오프 시, ECU 내부의 풀다운 저항에 의해 디폴트로 설정된 로우 신호를 인가받아 온될 수 있다.
본 발명은 상기 조향휠을 구속시키는 단계에서, 상기 스위치부는, 상기 폐회로에서 상기 조향휠의 조타에 따라 상기 모터에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 상기 조향휠에 인가함으로써, 상기 조향휠을 구속시킬 수 있다.
본 발명은 상기 조향휠을 구속시키는 단계에서, 상기 스위치부는, 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 3개의 스위치를 포함하고, 상기 3개의 스위치 각각은, 게이트가 상기 전원공급 스위치의 선로와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드와 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고, 상기 전원공급 스위치로부터 전원을 인가받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 조향휠을 구속시키는 단계에서, 상기 스위치부는, 상기 모터의 상 간을 전기적으로 연결되는 2개의 스위치를 포함하고, 상기 2개의 스위치는 서로 전기적으로 연결되어, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성할 수 있다.
본 발명은 보호 회로부가 MCU로부터 차량 시동 온에 따른 제어신호를 수신하는 경우, 상기 전원공급 스위치의 동작에 상관없이 상기 스위치부를 동작하지 않도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법은, 차량의 시동이 오프된 경우 조향휠이 자유롭게 조타되는 것을 방지함으로써, 운전자가 조향휠을 잡고 일어서거나 힘을 주었을 때 빠르게 조타되는 것을 방지하여 부상 위험으로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법은, 기계적 장치(예: 키락 시스템)을 적용하는 시스템에 비해 원가를 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 시스템을 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향휠 락킹 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치부를 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 시스템을 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SBW 시스템은, 조향휠(11), 조향휠(11, steering wheel)을 지지하는 조향축(12), 조향축(12)의 일측에 장착되어 ECU(130)에 의해서 구동되는 모터(120), 조향축(12), 모터(120) 또는 랙바(rack bar,20)의 일측에 위치하는 센싱부(110), ECU(전자 제어 장치: Electronic Control Unit, 130) 및 ECU(130)의 제어 신호에 의해 차량의 전륜(18) 을 조향시키는 하나 이상의 액추에이터(actuator, 140)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터(120)와 액추에이터(140)는 CAN, Flexray, Ethernet 등의 통신을 통해 연결될 수 있다.
이러한 SBW 시스템은 조향휠(11)과 랙바(20) 사이에 기계적인 연결이 존재하지 않는다. 조향휠(11)에 연결된 컬럼에는 조향휠(11)에 반력을 가할 수 있는 모터(120)가 결합되어 있다. 그리고 랙바(20)에는 전륜(18)을 제어하기 위한 액추에이터(140)가 결합되어 있다. 액추에이터(140)에는 랙바(20)를 움직여서 전륜(18)을 제어하기 위한 조향모터(미도시)가 결합되어 있다.
센싱부(110)는 운전자의 조향휠(11) 조작에 따라 가변되는 조향축(12)의 회전 변화를 검출하는 조향각 센서(13), 및 모터(120) 및 조향축(12)의 일측에 설치되어 모터(120)에서 출력되는 토크를 검출하는 토크 센서(14) 중 적어도 하나 이상으로부터 센싱 정보를 수신하거나 상술한 센서를 포함할 수 있다.
한편, SBW 시스템에서 차량의 시동이 오프되었을 때 ECU(130)가 구동되지 않으므로 조향휠(11)은 프리휠링을 하게 된다. 이 경우 운전자의 부상을 초래할 위험이 있다. 따라서, 차량의 시동이 오프되었을 때, 조향휠(11)이 자유롭게 조타되는 것을 방지하기 위한 장치가 필요하다.
이에, ECU(130)는 차량의 시동 오프 시, 모터(120)의 3상을 쇼트(단속)하여 조향휠(11)을 구속시키는 조향휠 락킹 제어 장치(200)를 포함할 수 있다.
조향휠 락킹 제어 장치(200)는 차량의 시동 오프 시, 모터(120)에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 조향휠(11)에 인가함으로써, 조향휠(11)을 구속시킬 수 있다. 즉, 조향휠 락킹 제어 장치(200)는 차량의 시동 오프 시 조향휠(11)이 자유롭게 조타되는 것을 방지할 수 있다. 이는 운전자가 조향휠(11)을 잡고 일어서거나 힘을 주었을 때 빠르게 조타되는 것을 방지하여 부상 위험으로부터 보호할 수 있다.
이러한 조향휠 락킹 제어 장치(200)는 차량에 설치되는 통합 제어 장치 또는 ECU(130)의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.
차량의 통합제어장치 또는 ECU(130)는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와, 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있으며, 조향휠 락킹 제어 장치(200)는 고유한 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있을 것이다.
조향휠 락킹 제어 장치(200)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
ECU(130)는 모터(120)의 구동을 제어하고, 전륜(18)을 조향시키는 액추에이터(140)의 출력을 제어하여 차량의 조향을 실행시킨다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 ECU(130)를 하나로 구성하였으나, ECU(130)는 모터(120)의 제어를 위한 제1 ECU 및 액추에이터(140)의 제어를 위한 제2 ECU로 구분할 수 있다. 이 경우, 제1 ECU는 모터(120)의 구동을 제어할 수 있고, 제2 ECU는 차량의 전륜(18)을 조향시키는 액추에이터(140)의 출력을 제어할 수 있다.
모터(120)는 운전자가 조향휠(11)을 조작할 때 조향휠(11)과 반대방향으로 힘을 발생시켜 운전자에게 적절한 조향감을 부여하며, 조향감의 발생을 위한 모터(120)에는 적절한 반력 토크의 발생을 위한 전류가 제공된다.
모터(120)는 복수의 권선들을 포함하며, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 기반으로 회전하여 역기전력을 발생할 수 있다.
모터(120)는 조향축(12)의 일측에 설치되어 ECU(130)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 조향휠(11)에 가해지는 운전자의 조향력에 대항하는 반력 토크를 발생시켜 운전자에게 적절한 조향감을 부여하는 모터이다.
이러한 모터(120)는 3상 모터 및 5상 모터 중 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향휠(11)에 반력을 제공할 수 있는 모터라면, 어떠한 모터라도 포함할 수 있다.
한편, 도 1에서 스티어 바이 와이어 시스템으로 R-EPS(Rack타입 EPS)을 도시하여 설명하였지만, 유압식 EPS, CEPS(Column 타입 EPS), DP-EPS(Dual Pinion 타입 EPS)등에서도 유사한 실시가 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향휠 락킹 제어 장치를 설명하기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부를 설명하기 위한 예시도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향휠 락킹 제어 장치(200)는 MCU(132), 전원공급 스위치(210), 스위치부(220) 및 보호 회로부(230)를 포함한다.
배터리(150)는 차량에 설치된 전자 제어 장치들에 전원을 공급한다. 일반적으로 배터리(150)는 12 볼트 내지 24 볼트의 직류 전력을 공급할 수 있다.
본 발명에서 배터리(150)는 상시 전원으로, 차량의 시동 오프 시, 조향휠 락킹 제어 장치(200)에 전원을 공급할 수 있다.
전원공급 스위치(210)는 차량의 시동 오프 시 온(on)되어 배터리(150)로부터 전원을 공급받는다.
차량의 시동이 오프되면, MCU(132)에는 전원이 공급되지 않고, 전원공급 스위치(210)는 ECU(130) 내부의 풀다운 저항에 의해 설정된 로우 신호를 인가받아 온(on) 될 수 있다. 여기서, ECU 풀다운 저항은 MCU(132)와 전원공급 스위치(210) 사이에 디폴트로 설정된 저항일 수 있다.
차량의 시동이 온되면, MCU(132)에는 전원이 공급되고, 전원공급 스위치(210)는 MCU(132)로부터의 제어신호에 따라 온 또는 오프될 수 있다.
이러한 전원공급 스위치(210)는 PFET, NFET, 트랜지스터, 릴레이 등 다양한 스위치로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 P채널 전계 효과 트랜지스터로 구현된 경우에 대해 설명하기로 한다. 즉, 전원공급 스위치(210)는 게이트가 MCU(132)와 전기적으로 연결되고, 소스가 배터리(150) 쪽의 선로와 전기적으로 연결되는 P채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
한편, 차량의 시동이 온되면 MCU(132)에는 전원이 공급된다. MCU(132)에 전원이 공급되면, MCU(132)는 전원공급 스위치(210)의 온/오프 제어를 위한 제어신호를 하이(High) 및 로우(Low)로 출력할 수 있다. 즉, 차량의 시동 온 상태에서 MCU(132)는 주행/Fail-safe 조건에 맞게 전원공급 스위치(210)의 온/오프를 제어할 수 있다. 또한, 차량의 시동이 오프되면, MCU(132)에 전원이 공급되지 않으므로, 모터(120)의 동작을 제어하는 게이트 드라이버(미도시)는 턴오프된다. 이로 인해 인버터(134)가 턴오프되어 모터(120)는 제어가 되지 않는다. 그리고 시동 온(IGN 스위치 온)상태에서 MCU(132)에 전원이 공급되므로 MCU(132)는 모터(120)의 제어를 위한 온/오프를 조건(오프/온/Fail-safe)에 따라 제어할 수 있다.
스위치부(220)는 모터(120)에 연결되고, 전원공급 스위치(210)를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 모터(120)의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠(11)을 구속시킬 수 있다. 이때, 스위치부(220)는 폐회로에서 조향휠(11)의 조타에 따라 모터(120)에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 조향휠(11)에 인가함으로써, 조향휠(11)을 구속시킬 수 있다.
이러한 스위치부(220)는 모터(120)의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 스위치로 구성될 수 있다.
예를 들면, 스위치부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 인버터(134)와 모터(120)의 각 상 사이에 병렬로 연결되는 3개의 스위치(스위치1, 스위치2, 및 스위치3)로 구성될 수 있다. 이때, 스위치부(220)는 PFET, NFET, 트랜지스터, 릴레이 등 다양한 스위치로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 N채널 전계 효과 트랜지스터로 구현된 경우에 대해 설명하기로 한다. 즉, 스위치부(220)의 각 스위치는 게이트가 전원공급 스위치(210)의 선로와 전기적으로 연결되고, 드레인이 모터(120)의 각 상과 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드(GND)와 연결되는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 이때, 스위치부(220)의 각 스위치는 N채널 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수 있다.
예를 들어, 스위치부(220)가 스위치1(NFET1), 스위치2(NFET2), 및 스위치3(NFET3)으로 구성된 경우, 스위치1(NFET1)은 3상 모터(120)의 a 상과 전기적으로 연결되고, 스위치2(NFET2)는 b 상과 전기적으로 연결되며, 스위치3(NFET3)은 c 상과 전기적으로 연결될 수 있다.
스위치부(220)의 각 스위치는 전원공급 스위치(210)로부터 전원을 인가받은 경우 온되어, 모터(120)의 각 상과 그라운드를 쇼트(short)시킴으로써 3상 폐회로를 형성할 수 있다. 3상 폐회로는 조향휠(11)의 조타에 따라 모터(120)에서 발생하는 역기전력에 기초하여 모터(120)의 각 상에 전류를 제공할 수 있다.
스위치부(220)의 온에 의해 생성된 3상 폐회로에서 조향휠(11)의 조타에 의해 모터(120)가 회전하게 되면, 모터(120)는 역기전력을 발생할 수 있다. 이때 역기전력은 모터(120)의 각 권선에 연결되어, 각 권선에 전류를 제공하는 전원으로 동작할 수 있고, 각 권선에 전류가 제공되면, 모터(120)는 반력 토크를 생성할 수 있다. 모터(120)는 생성된 반력 토크를 조향휠(11)에 인가할 수 있다. 모터(120)는 반력 토크를 이용하여 조향휠(11)을 구속시킴으로써 조향휠(11)이 회전하지 않도록 할 수 있다. 이때, 조향휠(11)을 구속시키는 반력은 모터(120)의 역기전력에 의해 생성된 토크와 감속비(칼럼 감속기의 기어비)에 기초하여 생성된 토크일 수 있다. 예를 들면, 조향휠(11)을 구속시키는 반력은 모터(120)의 역기전력에 의해 생성된 토크와 감속비(칼럼 감속기의 기어비)의 곱에 의해 생성된 토크일 수 있다.
다음으로, 스위치부(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 모터(120)의 상 간을 전기적으로 연결하는 2개의 스위치로 구성될 수 있다. 이때, 2개의 스위치(스위치1, 스위치2)는 서로 전기적으로 연결되어, 전원공급 스위치(210)를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 폐회로를 형성할 수 있다. 이러한 스위치부(220)는 PFET, NFET, 트랜지스터, 릴레이 등 다양한 스위치로 구현될 수 있다.
예를 들어, 스위치부(220)가 스위치1 및 스위치2로 구성된 경우, 스위치1은 3상 모터(120)의 a 상과 b상 사이에 전기적으로 연결되고, 스위치2는 b 상과 c상 사이에 전기적으로 연결됨으로써, 스위치1과 스위치2는 전기적으로 연결될 수 있다.
스위치부(220)의 스위치1 및 스위치2는 전원공급 스위치(210)로부터 전원을 인가받은 경우 온되어 전기적으로 연결되고, 이를 통해 스위치부(220)는 3상 폐회로를 형성할 수 있다. 3상 폐회로는 조향휠(11)의 조타에 따라 모터(120)에서 발생하는 역기전력에 기초하여 모터(120)의 각 상에 전류를 제공할 수 있다.
스위치부(220)의 온에 의해 생성된 3상 폐회로에서 조향휠(11)의 조타에 의해 모터(120)가 회전하게 되면, 모터(120)는 역기전력을 발생할 수 있다. 이때 역기전력은 모터(120)의 각 권선에 연결되어, 각 권선에 전류를 제공하는 전원으로 동작할 수 있고, 각 권선에 전류가 제공되면, 모터(120)는 반력 토크를 생성할 수 있다. 모터(120)는 생성된 반력 토크를 조향휠(11)에 인가할 수 있다. 모터(120)는 반력 토크를 (11)이용하여 조향휠(11)을 구속시킴으로써 조향휠(11)이 회전하지 않도록 할 수 있다. 이때, 조향휠(11)을 구속시키는 반력은 모터(120)의 역기력에 의해 생성된 토크와 감속비(칼럼 감속기의 기어비)에 기초하여 생성된 토크일 수 있다. 예를 들면, 조향휠(11)을 구속시키는 반력은 모터(120)의 역기력에 의해 생성된 토크와 감속비(칼럼 감속기의 기어비)의 곱에 의해 생성된 토크일 수 있다.
보호 회로부(230)는 MCU(132)로부터 차량 시동 온에 따른 제어신호를 수신하는 경우, 전원공급 스위치(210)의 동작에 상관없이 스위치부(220)를 동작하지 않도록 제어할 수 있다. 이때, 보호 회로부(230)는 PFET, NFET, 트랜지스터, 릴레이 등 다양한 스위치로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 N채널 전계 효과 트랜지스터로 구현된 경우에 대해 설명하기로 한다.
보호 회로부(230)는 게이트가 MCU(132)와 전기적으로 연결되고, 드레인이 배터리(150) 쪽의 선로와 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드에 연결되는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 이때, 보호 회로부(230)는 N채널 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수 있다.
차량의 시동이 오프되면 MCU(132)에는 전원이 공급되지 않아 MCU(132)는 동작하지 않는다. 그러나 차량의 시동이 온되면 MCU(132)에는 전원이 공급되어 MCU(132)는 전원공급 스위치(210) 및 보호 회로부(230)의 동작 제어를 위한 제어신호를 출력할 수 있다. 여기서, 제어신호는 하이(High)신호 및 로우(Low)신호를 포함할 수 있다.
차량의 시동 온 상태에서 MCU(132)가 하이 신호를 출력하면, 전원공급 스위치(210)는 오프되고, 보호 회로부(230)는 온되어, 스위치부(220)는 동작하지 않게 된다. 즉, 보호 회로부(230)는 MCU(132)로부터 하이 신호를 수신하면, 턴온되어 차량의 주행 중 조향휠(11)이 구속되지 않도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법은, 차량의 시동이 오프된 경우 조향휠이 자유롭게 조타되는 것을 방지함으로써, 운전자가 조향휠을 잡고 일어서거나 힘을 주었을 때 빠르게 조타되는 것을 방지하여 부상 위험으로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 조향휠 락킹 제어 장치 및 방법은, 기계적 장치(예: 키락 시스템)을 적용하는 시스템에 비해 원가를 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
11 : 조향휠
12 : 조향축
13 : 조향각 센서
14 : 토크 센서
18 : 전륜
20 : 랙바
110 : 센싱부
120 : 모터
130 : ECU
132 : MCU
140 : 액추에이터
150 : 배터리
200 : 조향휠 락킹 제어 장치
210 : 전원공급 스위치
220 : 스위치부
230 : 보호 회로부

Claims (15)

  1. 차량의 시동 오프(IGN off) 시 온(on)되어 배터리로부터 전원을 공급받는 전원공급 스위치; 및
    모터에 연결되고, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 모터의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠을 구속시키는 스위치부
    를 포함하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급 스위치는,
    상기 차량의 시동 오프 시, ECU(Electronic Control Unit) 내부의 풀다운 저항에 의해 디폴트로 설정된 로우(low) 신호를 인가받아 온되는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원공급 스위치는,
    게이트가 MCU(Micro Controller Unit)와 전기적으로 연결되고, 소스가 상기 배터리 쪽의 선로와 전기적으로 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고,
    상기 ECU 내부의 풀다운 저항에 의해 설정된 로우 신호가 상기 게이트에 인가되는 경우 온되는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 폐회로에서 상기 조향휠의 조타에 따라 상기 모터에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 상기 조향휠에 인가함으로써, 상기 조향휠을 구속시키는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 3개의 스위치를 포함하고,
    상기 3개의 스위치 각각은, 게이트가 상기 전원공급 스위치의 선로와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드와 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고,
    상기 전원공급 스위치로부터 전원을 인가받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 모터의 상 간을 전기적으로 연결되는 2개의 스위치를 포함하고,
    상기 2개의 스위치는 서로 전기적으로 연결되어, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    MCU로부터 차량 시동 온에 따른 제어신호를 수신하는 경우, 상기 전원공급 스위치의 동작에 상관없이 상기 스위치부를 동작하지 않도록 제어하는 보호 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보호 회로부는,
    게이트가 상기 MCU와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 배터리 쪽의 선로와 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드에 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 장치.
  10. 차량의 시동 오프(IGN off) 시, 전원공급 스위치가 온(on)되어 배터리로부터 전원을 공급받는 단계; 및
    모터에 연결된 스위치부가, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 모터의 상을 단락(short)시켜 폐회로를 형성함으로써, 조향휠을 구속시키는 단계
    를 포함하는 조향휠 락킹 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리로부터 전원을 공급받는 단계에서,
    상기 전원공급 스위치는, 상기 차량의 시동 오프 시, ECU 내부의 풀다운 저항에 의해 디폴트로 설정된 로우 신호를 인가받아 온되는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 조향휠을 구속시키는 단계에서,
    상기 스위치부는, 상기 폐회로에서 상기 조향휠의 조타에 따라 상기 모터에서 발생하는 역기전력에 의한 반력 토크를 상기 조향휠에 인가함으로써, 상기 조향휠을 구속시키는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 조향휠을 구속시키는 단계에서,
    상기 스위치부는, 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 3개의 스위치를 포함하고, 상기 3개의 스위치 각각은, 게이트가 상기 전원공급 스위치의 선로와 전기적으로 연결되고, 드레인이 상기 모터의 각 상과 전기적으로 연결되며, 소스가 그라운드와 연결되는 전계 효과 트랜지스터로 구현되고,
    상기 전원공급 스위치로부터 전원을 인가받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 조향휠을 구속시키는 단계에서,
    상기 스위치부는, 상기 모터의 상 간을 전기적으로 연결되는 2개의 스위치를 포함하고, 상기 2개의 스위치는 서로 전기적으로 연결되어, 상기 전원공급 스위치를 통해 전원을 공급받은 경우 온(on)되어, 상기 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    보호 회로부가 MCU로부터 차량 시동 온에 따른 제어신호를 수신하는 경우, 상기 전원공급 스위치의 동작에 상관없이 상기 스위치부를 동작하지 않도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향휠 락킹 제어 방법.
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