KR20230026227A - 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 배치되며 상기 스티어링 휠에 조타 보조력을 제공하는 모터를 포함하는 파워 스티어링 장치는 상기 스티어링 휠의 회전 정보와 상기 모터의 편심 위치 정보를 기초로 상기 스티어링 휠의 회전시 보상 토크를 연산하여 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

파워 스티어링 장치{POWER STEERING APPARATUS}
본 발명의 실시예는 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스티어링 휠 내에 배치된 모터의 편심에 따라 발생되는 토크를 보상하여 스티어링 휠이 회전되도록 하는 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스티어링 휠은 운전자에 의해 조작되며 이러한 회전에 의한 조작으로 이가 설치된 차량의 조향을 제어한다. 이러한 차량의 조향을 위한 작업자의 조타감을 향상시키기 위해 모터가 스티어링 휠의 회전을 위한 조타력을 보조한다.
종래에는 모터가 대시보드 내부에 배치되어 스티어링 휠과 함께 회전되는 샤프트의 회전시 조타력을 보조하였다.
하지만, 자율주행차의 경우, 대시보드 내에 다양한 전장품이 설치됨이 요구된다.
또한, 이러한 모터의 설치위치가 스티어링 휠 내부에 배치된 경우, 대시보드 내부의 다른 구성을 배치할 수 있는 설치 자유도를 증대시킨다.
다만, 모터가 스티어링 휠 내부에 배치되는 경우, 모터의 설치위치 및 모터의 무게에 따른 토크로 인해 스티어링 휠의 회전 위치에 따라 운전자가 스티어링 휠을 움직이기 어렵다고 느끼거나, 운전자가 스티어링 휠을 움직이기 쉽다고 느끼는 문제점이 있다. 즉, 스티어링 휠의 회전을 위한 회전토크가 균일하지 않아 운전자가 느끼는 조타감이 스티어링 휠의 회전에 따라 달라진다.
본 발명의 실시예는 운전자가 스티어링 휠을 회전시 안정감을 갖도로 스티어링 휠의 회전토크가 일정한 파워 스티어링 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 배치되며 상기 스티어링 휠에 조타 보조력을 제공하는 모터를 포함하는 파워 스티어링 장치는 상기 스티어링 휠의 회전 정보와 상기 모터의 편심 위치 정보를 기초로 상기 스티어링 휠의 회전시 보상 토크를 연산하여 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 스티어링 휠의 회전 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터의 회전 각도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스티어링 휠의 회전 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터의 회전 방향을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터의 편심 위치 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 설치된 상기 모터의 무게중심까지의 거리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터의 자중에 의한 힘의 방향과 상기 회전 방향이 동일한 경우 상기 보상 토크는 음수이고, 상기 모터의 자중에 의한 힘의 방향과 상기 회전 방향이 반대인 경우 상기 보상 토크는 양수일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 모터의 자중에 의한 힘과 상기 거리 그리고 상기 회전 각도를 기초로 상기 보상 토크를 연산하여 상기 모터의 기설정된 조타 보조력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 보상 토크는 상기 모터의 자중에 의한 힘을 상기 스티어링 휠의 회전에 따라 보상하여 상기 모터가 동작되도록 할 수 있다.
또한, 상기 모터는, 상기 회전 각도가 0도인 경우, 상기 스티어링 휠의 회전 중심보다 하부에 배치될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠 내에 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 배치되며 상기 스티어링 휠에 조타 보조력을 제공하는 모터, 그리고 상기 스티어링 휠의 회전시 상기 모터의 자중에 의해 상기 스티어링 휠이 회전하려는 토크를 보상하여 상기 스티어링 휠이 일정한 회전토크를 갖고 회전되도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 모터의 자중에 의한 힘과, 상기 스티어링 휠의 회전 중심과 상기 모터의 자중에 의한 힘과 나란하게 교차하는 가상의 기준선으로부터 상기 모터의 무게중심까지의 수직방향 거리의 곱을 기초로 하여 보상 토크를 연산하여 상기 모터를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 파워 스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작시 회전토크는 일정하게 유지하여 운전자가 스티어링 휠의 조작시 안정감을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치의 스티어링 휠의 회전 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 파워 스티어링 장치의 보상 토크가 적용되지 않은 상태의 스티어링 휠의 회전에 따른 회전토크를 나타낸 도면이다.
도 5는 스티어링 휠의 회전에 따른 파워 스티어링 장치의 보상 토크를 나타낸다.
도 6은 파워 스티어링 장치의 보상 토크가 적용된 상태의 스티어링 휠의 회전에 따른 회전토크를 나타낸 도면이다.
도 7은 스티어링 휠의 회전 각도에 따라 보상 토크의 산출을 나타낸 표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 7를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)를 설명한다. 파워 스티어링 장치(101)는 스티어링 휠(100)과 모터(200)를 포함한다.
파워 스티어링 장치(101)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 운전자가 스티어링 휠(100)의 회전에 따라 이가 설치된 차량의 조향이 조절되는 경우, 운전자가 스티어링 휠(100)의 회전시 조타력을 보조하여 효과적으로 차량이 조향되도록 한다. 이러한 조타 보조력은 모터(200)가 제공한다. 구체적으로, 모터(200)의 회전력은 스티어링 휠(100)과 연결되는 회전 샤프트와 기어결합을 통해 전달되어, 운전자가 큰 힘을 들이지 않고 스티어링 휠(100)을 조작하도록 한다.
모터(200)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100) 내에 설치된다. 모터(200)는 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 편심되어 스티어링 휠(100)의 내부 공간 상에 설치된다. 구체적으로, 모터(200)는 스티어링 휠(100)의 회전시 이의 회전 샤프트에 회전력을 보조하여 운전자에게 조타감이 향상되도록 한다. 즉, 운전자가 스티어링 휠(100)을 조작하기 위한 운전자 토크에 모터(200)가 조타력을 보조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제어부(300)를 포함한다.
제어부(300)는 모터(200)가 제공하는 동력을 제어한다. 또한, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)의 회전 정보(Ti)와 모터(200)의 편심 위치 정보(Pi)를 기초로 보상 토크(τ)를 연산한다. 그리고, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)의 회전시 연산한 보상 토크(τ)를 기초로 모터(200)를 제어하여 운전자의 조타감을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)의 회전시 연산한 보상 토크(τ)에 따라 종래 기설정된 모터(200)가 제공하는 동력을 가감하여 제어할 수 있다.
즉, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)의 회전시, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 편심되어 위치하는 모터(200)의 자중에 의한 토크를 보상하여 모터(200)가 동작되도록 제어할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)는 스티어링 휠(100)에 설치된 모터(200)의 자중에 의한 운전자가 느끼는 조타감의 불균일을 효과적으로 해소시킬 수 있다. 구체적으로, 운저자가 제공하는 운전자 토크가 편심되어 위치된 모터(200)의 자중에 의해 회전방향에 따라 스티어링 휠(100)의 회전을 위한 회전토크가 불균일하게 발생하는 것을 제어부(300)가 모터(200)를 제어하여 이를 해소할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)는, 스티어링 휠(100) 내에 모터(200)가 설치되어 있어도, 이에 따라 연산한 보상 토크(τ)를 반영하여 모터(200)가 동력을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠(100)의 회전 정보(Ti)는 회전 각도(θ)를 포함할 수 있다.
회전 각도(θ)는 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 스티어링 휠(100)의 회전 각도일 수 있다. 구체적으로, 이러한 회전 각도(θ)는 스티어링 휠(100) 내에 설치된 검출부(400)로부터 검출되어 제어부(300)에 전달될 수 있다. 즉, 제어부(300)는 검출부(400)가 검출한 정보를 기초로 스티어링 휠(100)의 회전 각도를 전달받을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠(100)의 회전 정보(Ti)는 회전 방향(L,R)을 더 포함할 수 있다.
회전 방향(L,R)은 스티어링 휠(100)이 왼쪽(L)으로 회전되는지 또는 오른쪽(R)으로 회전되는지에 대한 회전 정보(Ti)일 수 있다. 구체적으로, 상술한 검출부(400)가 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터의 회전 방향(L,R)을 검출할 수 있다. 그리고, 검출부(400)가 스티어링 휠(100)의 회전 방향(L,R)을 제어부(300)에 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(200)의 편심 위치 정보(Pi)는 스티어링 휠(100)의 회전 중심으로부터 편심되어 설치된 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 거리(r)일 수 있다.
모터(200)의 편심 위치 정보(Pi)인 스티어링 휠(100)의 회전 중심으로부터 편심되어 설치된 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 거리(r)는 제어부(300)에 기저장된 정보일 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 이러한 모터(200)의 편심위치에 따라 발생되는 모터(200)의 자중에 의한 토크를 보상하기 위해 모터(200)의 편심 위치 정보(Pi)를 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)의 제어부(300)가 연산한 보상 토크(τ)는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 회전 방향(L,R)에 따라 모터(200)의 기설정된 모터(200)가 제공해야할 동력(T)으로부터 가감이 선택될 수 있다.
제어부(300)는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 회전 방향(L,R)이 동일한 경우, 보상 토크(τ)는 음수일 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)이 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)에 의해 스티어링 휠(100)을 운전자가 조작하기 쉬워진 경우, 연산된 보상 토크(τ)를 반영하여 모터(200)의 기설정된 모터(200)가 제공해야 할 조타 보조력(T)을 저감시킬 수 있다. 즉, 제어부(300)는 산출된 보상 토크(τ)와 기설정된 모터(200)가 제공해야 할 조타 보조력(T)를 연산 적용하여, 스티어링 휠(100)이 모터(200)의 편심위치에 따른 자중에 의한 토크를 고려하지 않고 회전되도록 회전토크를 일정하게 제공할 수 있다.
또는, 제어부(300)는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 회전 방향(L,R)이 반대인 경우, 보상 토크(τ)는 양수일 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 스티어링 휠(100)이 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)에 의해 스티어링 휠(100)을 운전자가 조작하기 어려워진 경우, 연산된 보상 토크(τ)를 반영하여 모터(200)의 기설정된 모터(200)가 제공해야 할 조타 보조력(T)을 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 운전자는 스티어링 휠(100)을 조작시 일정한 회전토크를 갖고 스티어링 휠(100)을 회전시킬 수 있다. 즉, 운전자는 모터(200)의 편심위치에 무관하게 일정한 조타감을 갖고 스티어링 휠(100)을 조작할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(200)는, 스티어링 휠(100)의 회전 각도(θ)가 0도(ㅀ)인 경우, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC) 보다 하부에 배치될 수 있다.
스티어링 휠(100)이 회전 되지 않는 회전 각도(θ)가 0도(ㅀ)인 상태에서, 모터(200)는 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC) 보다 하부에 편심되어 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)의 보상 토크(τ) 연산 과정에 대해 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)이 회전 되지 않는 회전 각도(θ)가 0도(ㅀ)인 상태에서, 모터(200)의 무게중심(WC)이 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 거리(r)만큼 이격 배치된다.
이때, 검출부(400)의 스티어링 휠(100)의 회전 각도(θ)는 0도(ㅀ)로 검출된다.
또한, 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과, 스티어링 휠(100)의 회전 중심과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)은 동일 선상에 위치된다.
제어부(300)는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)를 곱한다. 이때, 도 1 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)는 0이므로, 제어부(300)는 운전자가 현재의 위치에서의 스티어링 휠(100)을 회전시 모터(200)가 제공해야 할 기설정된 조타 보조력(T)을 제공하도록 모터(200)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 이러한 스티어링 휠(100)이 회전되지 않는 회전 각도(θ)가 0도(ㅀ)인 상태에서는, 운전자가 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 오른쪽(R턴 회전) 또는 왼쪽(L턴 회전) 어느 쪽으로 회전시켜도 제어부(300)는 기설정된 조타 보조력(T)을 제공하도록 모터(200)를 제어할 수 있다.
도 2 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)이 회전되지 않는 회전 각도(θ)가 45도(ㅀ)인 상태에서, 스티어링 휠(100)이 회전되는 경우의 보상 토크(τ) 연산 과정에 대해 설명한다.
이때, 검출부(400)의 스티어링 휠(100)의 회전 각도(θ)는 45도(ㅀ)로 검출된다.
또한, 스티어링 휠(100)의 회전 중심과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)은 검출부(400)가 검출한 회전 각도(θ) 만큼 회전된 상태에 위치한다.
제어부(300)는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)를 곱한다. 구체적으로, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)는 검출부(400)의 회전 각도(θ)와 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 거리(r)를 기초로 산출된 r*sin(θ)이다.
이때, 도 2 및 7에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)는 r*sin(45)이다. 따라서, 제어부(300)는 보상 토크(τ)의 크기를 m*g* r*sin(45)로 산출한다. 이때, m*g는 모터(200)의 자중에 의한 힘이다.
또한, 제어부(300)는 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치에서 변경할 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 전달받는다. 이러한 정보는 제어부(300)가 검출부(400)로부터 전달받을 수 있다. 구체적으로, 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치로부터 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 왼쪽(L턴 회전: 반시계 방향)으로 회전시, 제어부(300)는 이러한 스티어링 휠(100)의 회전 방향은 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 동일한 경우이므로 운전자에 의해 스티어링 휠(100)이 움직이기 어렵게 회전시 모터(200)가 제공해야 할 기설정된 조타 보조력(T)에 산출된 보상 토크(τ)만큼 뺀다.
또는, 제어부(300)는 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치에서 변경할 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 전달받는다. 이러한 정보는 제어부(300)가 검출부(400)로부터 전달받을 수 있다. 구체적으로, 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치로부터 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 오른쪽(R턴 회전: 시계 방향)으로 회전시, 제어부(300)는 이러한 스티어링 휠(100)의 회전 방향은 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 반대인 경우이므로 운전자에 의해 스티어링 휠(100)이 움직이기 쉽게 회전시 모터(200)가 제공해야 할 기설정된 조타 보조력(T)에 산출된 보상 토크(τ)만큼 더해줄 수 있다.
즉, 이러한 경우, 모터(200)의 자중에 의해 스티어링 휠(100)을 운전자가 움직이기 쉬우므로 이러한 모터(200)의 자중에 의한 토크를 보상하여 운전자가 스티어링 휠(100)을 모터(200)의 자중에 의한 토크에 영향받지 않고 조작되도록 할 수 있다. 이때, 스티어링 휠(100)의 회전토크는 운전자가 제공하는 운전자 토크와 동일하게 일정할 수 있다.
도 3 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)이 회전되지 않는 회전 각도(θ)가 60도(ㅀ)인 상태에서, 스티어링 휠(100)이 회전되는 경우의 보상 토크(τ) 연산 과정에 대해 설명한다.
이때, 검출부(400)의 스티어링 휠(100)의 회전 각도(θ)는 60도(ㅀ)로 검출된다. 일예로, 검출부(400)는 스티어링 휠(100)의 회전 각도(θ)를 어느 방향을 기준으로 0도부터 360도까지 일방향으로 검출할 수도 있다.
또한, 스티어링 휠(100)의 회전 중심과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)은 검출부(400)가 검출한 회전 각도(θ) 만큼 회전된 상태에 위치한다.
이때, 도 3 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)과 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)는 r*sin(60)이다. 따라서, 제어부(300)는 보상 토크(τ)의 크기를 m*g *r*sin(60)로 산출한다.
또한, 제어부(300)는 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치에서 변경할 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 전달받는다. 이러한 정보는 제어부(300)가 검출부(400)로부터 전달받을 수 있다. 구체적으로, 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치로부터 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 오른쪽(R턴 회전: 시계 방향)으로 회전시, 제어부(300)는 이러한 스티어링 휠(100)의 회전 방향은 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 동일한 경우이므로 운전자에 의해 스티어링 휠(100)이 움직이기 어렵게 회전시 모터(200)가 제공해야 할 기설정된 조타 보조력(T)에 산출된 보상 토크(τ)만큼 뺀다.
또는, 제어부(300)는 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치에서 변경할 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 전달받는다. 이러한 정보는 제어부(300)가 검출부(400)로부터 전달받을 수 있다. 구체적으로, 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치로부터 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 왼쪽(L턴 회전: 반시계 방향)으로 회전시, 제어부(300)는 이러한 스티어링 휠(100)의 회전 방향은 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)의 방향과 반대인 경우임으로 운전자에 의해 스티어링 휠(100)이 움직이기 쉽게 회전시 모터(200)가 제공해야 할 기설정된 조타 보조력(T)에 산출된 보상 토크(τ)만큼 더해줄 수 있다.
다시 말해, 제어부(300)는 운전자가 현재의 스티어링 휠(100)의 위치에서 변경할 스티어링 휠(100)의 회전 방향을 고려하고, 모터(200)의 자중에 의한 힘(F) 그리고 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)과 나란하게 교차하는 가상의 기준선(Y)으로부터 모터(200)의 무게중심(WC)까지의 수직방향 거리(R)의 곱으로 보상 토크(τ)를 산출하여 모터(200)를 제어할 수 있다. 이에 따라. 스티어링 휠(100)의 회전을 위한 회전토크가, 도 6에 도시한 바와 같이, 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 회전토크와 같이, 운자가 스티어링 휠(100)의 조작을 위해 제공하는 운전자 토크가 일정하게 작용하여도 제어부(300)에 의한 모터(200)의 보상 토크(τ)에 의한 보정값에 의해 스티어링 휠(100)의 회전을 위한 회전토크가 일정하게 유지될 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 보상 토크(τ)의 보정 없이 스티어링 휠(100)의 회전에 따른 회전토크는 스티어링 휠(100)의 회전 중심(TC)으로부터 편심되어 위치하는 모터(200)의 자중에 의한 힘(F)에 의해 토크에 영향을 받는다.
즉, 모터(200)가 설치된 스티어링 휠(100)의 하부방향으로 스티어링 휠(100)이 회전되는 경우, 운전자가 느끼는 스티어링 휠(100)의 조작감이 가벼워진다. 또한, 모터(200)가 설치된 스티어링 휠(100)의 상부방향으로 스티어링 휠(100)이 회전되는 경우, 운전자가 느끼는 스티어링 휠(100)의 조작감이 무거워진다. 그리고, 이러한 조작감은, 도 4에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)의 회전을 위한 회전토크가 스티어링 휠(100)의 회전각도에 따라 불균일하게 발생되기 때문이다.
따라서, 이러한 회전토크의 불균일함을 균일하게 만들기 위해 제어부(300)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(100)이 회전시 모터(200)의 무게중심(WC)이 가상의 기준선(Y)과 나란한 위치로 움직이려고 하는 토크를 보상 토크로 연산한다. 이러한 연산한 보상 토크를 모터(200)의 제어시 반영한다. 스티어링 휠(100)의 회전을 위한 회전토크가, 도 6에 도시한 바와 같이, 일정하게 유지될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)에 의해 스티어링 휠(100)의 조작시 회전토크는 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 스티어링 휠(100) 내에 모터(200)가 설치되어 있어, 이가 설치된 종래의 대시보드 공간 내부를 활용할 수 있다. 그리고, 모터(200)가 스티어링 휠(100) 내부에 설치되어 있음에도 운전자는 안정적인 조타감으로 이를 조작할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 파워 스티어링 장치(101)는 이가 설치된 차량의 속도와 무관하게 스티어링 휠(100)의 조작시 운전자가 안정적인 조타감을 갖도록 일정한 회전토크를 유지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 스티어링 휠 101: 파워 스티어링 장치
200: 모터 300: 제어부
TC: 스티어링 휠의 회전 중심
r: 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 모터의 무게중심까지의 거리
F: 모터의 자중에 의한 힘
Y: 스티어링 휠의 회전 중심과 모터의 자중에 의한 힘과 나란하게 교차하는 가상의 기준선
R: 스티어링 가상의 기준선으로부터 모터의 무게중심까지의 수직방향 거리
θ: 스티어링 휠의 회전 중심으로부터의 회전 각도

Claims (10)

  1. 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 배치되며 상기 스티어링 휠에 조타 보조력을 제공하는 모터를 포함하는 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 스티어링 휠의 회전 정보와 상기 모터의 편심 위치 정보를 기초로 상기 스티어링 휠의 회전시 보상 토크를 연산하여 상기 모터를 제어하는 제어부
    를 포함하는 파워 스티어링 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 스티어링 휠의 회전 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터의 회전 각도를 포함하는 파워 스티어링 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 스티어링 휠의 회전 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터의 회전 방향을 더 포함하는 파워 스티어링 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 모터의 편심 위치 정보는 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 설치된 상기 모터의 무게중심까지의 거리를 포함하는 파워 스티어링 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 모터의 자중에 의한 힘의 방향과 상기 회전 방향이 동일한 경우, 상기 보상 토크는 음수이고,
    상기 모터의 자중에 의한 힘의 방향과 상기 회전 방향이 반대인 경우, 상기 보상 토크는 양수인 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 자중에 의한 힘과 상기 거리 그리고 상기 회전 각도를 기초로 상기 보상 토크를 연산하여 상기 모터의 기설정된 조타 보조력을 조절하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 보상 토크는,
    상기 모터의 자중에 의한 힘을 상기 스티어링 휠의 회전에 따라 보상하여 상기 모터가 동작되도록 하는 파워 스티어링 장치.
  8. 제2항에서,
    상기 모터는, 상기 회전 각도가 0도인 경우, 상기 스티어링 휠의 회전 중심보다 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  9. 스티어링 휠;
    상기 스티어링 휠의 내측에 상기 스티어링 휠의 회전 중심으로부터 편심되어 배치되며, 상기 스티어링 휠에 조타 보조력을 제공하는 모터; 및
    상기 스티어링 휠의 회전시, 상기 모터의 자중에 의해 상기 스티어링 휠이 회전하려는 토크를 보상하여 상기 스티어링 휠이 일정한 회전토크를 갖고 회전되도록 상기 모터를 제어하는 제어부
    를 포함하는 파워 스티어링 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제어부는
    상기 모터의 자중에 의한 힘과, 상기 스티어링 휠의 회전 중심과 상기 모터의 자중에 의한 힘과 나란하게 교차하는 가상의 기준선으로부터 상기 모터의 무게중심까지의 수직방향 거리의 곱을 기초로 하여 보상 토크를 연산하여 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
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