KR20230094552A - 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 변환하여 모터로 디텐트 플레이트를 목표 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결시킴으로써 운전자가 원하는 변속 상태를 구현하는 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 고장 진단 방법은, 학습조건이 충족되면 설정된 듀티를 상기 모터에 인가하여 변속 위치 학습을 개시하는 단계, 듀티 인가로 모터가 정방향 구동 후 정지하였는지 감지하는 단계 및 모터 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우, 상기 모터의 회전을 검출하는 엔코더의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 판단하는 단계를 포함하며, 엔코더 변화량이 정상 범위를 초과하면, 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하며, 이 외의 경우 상기 이전 단계로 되돌아가 변속 위치 학습을 지속 수행하되, 모터에 인가되는 듀티를 특정 듀티 만큼 상승시켜 변속 위치 학습을 지속 수행하는 것을 요지로 한다.

Description

시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치{A method and apparatus for diagnosing a failure when learning a shift-by-wire system shift position}

본 발명은 시프트 바이 와이어 시스템(SBW, Shift By Wire)의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 모터의 기준 위치를 학습하는 과정에서 발생하는 학습 실패를 정확히 진단하여 학습에 대한 신뢰도를 향상시키는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.

기존 자동 변속기의 변속 레인지 전환 방식인 SBC(Shift-By-Cable) 방식은, 변속 레버를 이동하면 케이블에 의해 디텐트 플레이트가 회전하고 매뉴얼 밸브가 움직이며 밸브 바디 상의 P, R, N, D 유로를 열어줌으로써 원하는 변속 레인지로의 전환이 이루어진다. 그러나 기존 SBC 방식은 케이블의 위치나 배치를 고려해야 하기 때문에 설계상 제약 크고 조립 및 양산성 측면에서 불리한 단점이 있다.

이러한 기존 SBC 방식을 대체하기 위한 방식이 SBW(Shift By Wire) 방식이다. SBW 방식은 운전석 변속 레버와 연결된 케이블 대신 디텐트 플레이트를 모터로 회전시킴으로써 조작 편의를 제공하고 안전성을 향상시킨 기술이다. 이는 변속 레버의 조작 상황을 센서나 스위치로 검출하고, 모터(모터)로 디텐트 플레이트를 회전시켜 매뉴얼 밸브를 동작시키도록 구성된다.

SBW(Shift By Wire) 방식에서 상기 디텐트 플레이트에는 디텐트 롤러가 디텐트 스프링에 의해 정적 안정을 취할 수 있는 복수의 변속 레인지(P, R, N D)가 존재하며, 변속 레인지의 전환(ex. P→D)은 운전자의 변속 레버 조작에 따른 변속 레인지 전환 요청이 입력된 때 모터가 구동하여 디텐트 플레이트를 레인지 전환 위치에 따라 결정되는 목표 회전각만큼 회전시킴으로써 구현된다.

모터는 변속 레버 조작으로 변속 레인지 전환 요청이 있을 때 제어부(SBW 컨트롤러)의 통제를 받아 구동을 하는데, 제어부는 시동 ON 상태에서 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 엔코더와 변속 레버 센서로부터 수신한 신호를 바탕으로 운전자가 요청한 특정 변속 레인지로 정확하게 전환이 이루어질 수 있는 듀티를 계산하고, 계산된 듀티를 바탕으로 모터를 제어한다.

예를 들어, 변속 레버가 뉴트럴 레인지(N)에서 드라이브 레인지(D)로 조작되면, 목표 위치 신호가 N→D로 바뀌며, 이 신호를 받은 제어부는 현재 위치(N)를 기준으로 선택된 목표 위치(D)까지의 거리에 대응하는 목표 회전각을 설정하고 그에 상응하는 지령치(듀티값)를 결정하며, 결정된 지령치만큼 모터에 대해 통전을 허가한다.

이에 따라 디텐트 플레이트는 소정 각도만큼 회전하며, 디텐트 스프링의 롤러가 디텐트 플레이트의 「N」의 골로부터 빠져 나와 인접한 마루를 1개 넘어 인접 측부의 「Ｄ」의 골에 끼이게 된다. 그 결과 실질적으로 목표 변속 레인지에 맞춰 기계적인 체결 상태를 만들어주는 메뉴얼 밸브가 작동됨으로써 최종적으로 변속 레인지는 N→D로 전환되는 것이다.

이와 같은 SBW 방식에서는 디텐트 스프링의 롤러가 목표하는 변속 레인지 내에만 진입하면, 좀 더 정확하게는 디텐트 스프링의 롤러가 디텐트 플레이트 상의 복수의 골 중 목표하는 변속 레인지의 골에만 진입하면 운전자가 원하는 차량 상태를 만들 수 있다. 그런데 정확한 제어 목표지점을 알지 못하면 불안정한 제어 성능이 나타날 수 있다.

특히 비용절감을 위해 포지션 센서와 같은 절대 위치 센서를 적용하지 않은 시스템의 경우, 모터 구동 중 엔코더의 전기적 노이즈나 순간적 단선, 단락 발생 등으로 엔코더의 패턴 신호를 조금씩 잃게 되면서 위치 오차가 누적될 수 있다. 따라서 롤러가 원하는 변속 레인지의 골에 정확히 위치할 수 있도록 모터의 기준 위치를 주기적으로 확인하고 학습할 필요가 있다.

SBW 시스템에서 모터의 기준 위치를 주기적으로 학습하는 종래 기술로서 스토퍼 방식이 알려져 있다. 이는 디텐트 플레이트의 일단에 별도의 기구적인 스토퍼를 구성하고, 특정 조건에서 모터를 구동시켜 롤러가 상기 스토퍼에 닿아 디텐트 플레이트가 더 이상 회전하지 못하면 해당 위치를 기준으로 삼아 목표 위치를 갱신하는 기술이다.

그러나 이와 같은 종래의 모터 기준 위치 학습 기술은, 롤러가 스토퍼에 닿아 디텐트 플레이트가 더 이상 회전하지 않을 때까지 모터에 전류를 인가해야 하기 때문에 학습 과정에서 전류 소모가 크고, 특히 학습 과정에서의 롤러와 스토퍼 간 기구적 충돌로 내구성 문제가 수반되고 소음으로 인한 품질적인 문제가 동반되는 단점이 있다.

이에 최소한으로 모터를 정방향으로 구동시킬 수 있는 미세 듀티를 인가하여 모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이뤄 모터가 구동 후 정지되는 순간의 듀티값(모터 제어값)과 엔코더 값을 저장하고, 이 과정을 역방향에도 동일하게 적용하여 양방향 엔코더 값의 평균으로 디텐트 플레이트의 골 위치를 학습하는 기술이 제안된 바 있다.

이러한 위치 학습 기술의 핵심은, 듀티를 인가한 시점부터 모터의 출력토크와 스프링의 복원력이 평형을 이루는 순간까지 듀티값과 엔코더 값의 변화량이 선형성을 유지하는 것이다. 일반적인 경우 해당 조건을 만족하지만, 이를 위배할 경우 학습 실패로 이어질 수 있기 때문에 학습에 대한 신뢰도를 높이기 위해서는 학습 실패 시 이를 정확히 진단할 수 있는 기술이 필요하다.

한국공개특허 제2015-0062167호(공개일 2015. 06. 05)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 모터 기준 위치를 학습하는 과정에서 발생하는 학습 실패를 정확히 진단하여 학습에 대한 신뢰도를 향상시키고, 이를 통해 기준 위치 학습 로직의 강건화를 도모할 수 있는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 변환하여 모터로 디텐트 플레이트를 목표 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결시킴으로써 운전자가 원하는 변속 상태를 구현하는 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,

(a) 학습조건이 충족되면 설정된 듀티를 상기 모터에 인가하여 변속 위치 학습을 개시하는 단계;

(b) 듀티 인가로 모터가 정방향 구동 후 정지하였는지 감지하는 단계; 및

(c) 모터 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우, 상기 모터의 회전을 검출하는 엔코더의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 판단하는 단계;를 포함하며,

엔코더 변화량이 정상 범위를 초과하면, 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하며, 이 외의 경우 상기 (a) 단계로 되돌아가 변속 위치 학습을 지속 수행하되, 모터에 인가되는 듀티를 특정 듀티 만큼 상승시켜 변속 위치 학습을 지속 수행하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법은 또한,

(d) 상기 (b) 단계를 통한 감지 결과, 인가된 듀티에 의해 모터가 정방향 구동 후 정지한 경우, 모터에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하인지 확인하는 단계; 및

(e) 모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티임에도 엔코더 변화량이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 설정 최대 재시도 횟수와 비교하는 단계;를 더 포함하며,

상기 (e) 단계를 통한 비교 결과, 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과하면, 모터 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단할 수 있다.

여기서, 상기 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정되거나 모터 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정 시, 확정 시점에 모터 인가된 듀티와 엔코더 변화량을 메모리에 저장 후 프로세스를 종료할 수 있다.

또한, 상기 (d) 단계를 통한 확인 결과, 모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티이면서 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하로 검출되는 경우 외에는, 재시도 횟수를 하나씩 카운트 다운(Count down) 후 계획된 변속 위치 학습을 수행하여 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정할 수 있다.

이때 상기 계획된 변속 위치 학습에서는, 정방향으로 인가된 듀티에 의해 모터가 정방향 구동 후 모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지된 순간의 엔코더 값을 저장하고, 동일한 듀티를 역방향으로 인가하여 모터가 역방향 구동 후 모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지된 순간의 엔코더 값을 저장하며, 저장된 양방향(정방향과 역방향) 엔코더 값의 평균(정방향 엔코더 값 + 역방향 엔코더 값/2)으로 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정할 수 있다.

또한, 변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없는 경우 상기 학습조건이 충족되는 것으로 판단하고 변속 위치 학습을 개시할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 변환하여 모터로 디텐트 플레이트를 목표 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결시킴으로써 운전자 원하는 변속 상태를 구현하는 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,

상기 모터의 회전각을 검출하는 엔코더;

상기 변속 레버의 위치 변화를 감지하는 변속 레버 센서;

변속 레버 센서 출력을 바탕으로 목표 위치를 결정하고, 결정된 목표 위치까지 상기 디텐트 플레이트를 회전시키기 위해 상기 엔코더의 신호를 바탕으로 상기 모터를 피드백 제어하는 SBW 컨트롤러(Shift By Wire Controller);를 포함하며,

상기 SBW 컨트롤러는,

변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보를 수집하는 데이터 수집부와,

학습조건이 충족되면 정해진 일련의 프로세스를 통해 변속 위치 학습을 수행하는 변속 위치 학습부와,

변속 위치 학습을 위해 모터에 인가된 듀티와 상기 엔코더의 변화량에 기초하여 고장을 유형별로 확정하고 학습 실패 여부를 판단하는 위치 학습 고장 판단부와,

고장 확정에 따른 학습 실패 시 활성화되며, 고장 확정 시점의 듀티와 엔코더 변화량을 저장하는 메모리 변수 처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치를 제공한다.

여기서 상기 SBW 컨트롤러는, 고장 확정에 따른 학습 실패 시 학습 실패에 관한 정보가 운전자에게 시각적으로 제공될 수 있도록 차량 디스플레이 기기에 관련 정보를 전달하고, 조건 만족 시 모터를 안전 모드로 천이시키는 안전 모드 천이부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 데이터 수집부가 수집하는 상기 변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보는, 변속 레버 센서값, 모터에 인가되는 듀티, 엔코더 출력, SBW 컨트롤러에 내장된 온도센서 출력 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.

그리고 변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없으면 상기 학습조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 변속 위치 학습부는 바람직하게, 모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이루는 최소 듀티값을 결정하는 듀티 결정 로직과, 기준 위치에서 최소 듀티로 모터를 정/역 회전시켜 양방향 평형점(모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지하는 지점)을 확인하는 최소 듀티 구동 로직과, 양방향 평형점들을 이용하여 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정하는 정단 계산 로직을 포함할 수 있다.

그리고 상기 위치 학습 고장 판단부는, 듀티 인가로 모터가 정방향 구동 후 정지하였는지 감지하는 모터 동작 감지 로직과, 모터의 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우, 상기 모터의 회전을 검출하는 엔코더의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 고장을 판단하는 제1 고장 판단 로직을 포함하며, 상기 제1 고장 판단 로직은 엔코더 변화량이 정상 범위를 초과하면, 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

여기서 상기 위치 학습 고장 판단부는 또한, 인가된 듀티에 의해 모터가 정방향 구동 후 정지한 경우, 모터에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하로 검출되는지 감시하는 제2 고장 판단 로직을 더 포함하며, 상기 제2 고장 판단 로직은 모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티임에도 엔코더 변화량이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 설정 최대 재시도 횟수와 비교하여, 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과하면, 모터 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 고장 확정 시점의 변수(듀티, 엔코더 값 등)들을 메모리에 저장하여 관리하기 대문에 후후 고장에 대한 원인 분석이 용이하며, 모터 기준 위치를 학습하는 과정에서 발생하는 학습 실패를 정확히 진단하여 학습에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기준 위치 학습 로직의 강건화를 도모할 수 있다.

도 1은 자동 변속기에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템의 레인지 전환 기구를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치를 개략 도시한 블록 구성도.
도 3은 모터 구동 후 정지 시 엔코더 값을 이용하여 변속 위치를 학습하는 과정을 도시한 동작 개념도.
도 4는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치를 학습 및 변속 위치 학습 과정에서의 고장 진단 과정을 도시한 본 발명의 제어 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 1을 참조하여 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 레인지 전환 기구의 기구적인 구성부터 개략적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 자동 변속기에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 레인지 전환 기구를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 변속 레인지 전환 기구(13)는, 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)의 위치를 결정하도록 연동되는 디텐트 플레이트(15) 및 디텐트 플레이트(15)를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 시프트 액추에이터(16)를 포함한다. 시프트 액추에이터(16)는 전동식 모터(16a)를 포함할 수 있으며, 스타터 모터(미도시)와 동일하게 차량에 탑재된 배터리로부터 전력의 공급을 받아 작동된다.

변속 레인지 전환 기구(13)는 파킹 기구(17)와도 연동 가능하게 연결된다. 변속 레인지 전환 기구(13)의 상기 디텐트 플레이트(15)는 시프트 액추에이터(16)에 의해 회전되어 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)과 파킹 기구(17)의 파킹 로드(17c)를 단계적으로 밀고 당겨 위치를 결정한다. 이때 디텐트 플레이트(15)와 매뉴얼 샤프트(15a), 그리고 디텐트 스프링(15b)으로 디텐트 기구가 구성된다.

디텐트 스프링(15b)은 메뉴얼 밸브(42)의 밸브 바디(42b) 상에 지지될 수 있으며, 디텐트 플레이트(15)는 대략 부채 모양으로 형성될 수 있다. 디텐트 플레이트(15)의 회전 중심이 되는 부분은 매뉴얼 샤프트(15a)를 매개로 시프트 액추에이터(16)의 출력축(부호 생략)과 기구적으로 연결된다. 이로 인해 시프트 액추에이터(16)와 동기화되어 디텐트 플레이트(15)가 회전을 하게 된다.

디텐트 플레이트(15)의 외주에는 연속된 직선 또는 곡선상의 파형으로 이루어진 변속 레인지 결정면(150, 이하, '위치 결정면'이라 한다) 형성된다. 이때 위치 결정면(150)의 특정 위치의 골에 디텐트 스프링(15b) 말단의 롤러(15c)가 끼여 디텐트 플레이트(15)는 위치 결정된 상태(변속 레인지 전환 상태)를 유지할 수 있다.

위치 결정면에는 연동하는 매뉴얼 밸브(42)의 각 레인지 위치(P, R, N, D)에 대응하여 4개의 골이 형성될 수 있다. 그리고 각각의 골과 이웃하는 골 사이, 예컨대 P 레인지의 골과 R 레인지의 골이나 R 레인지의 골과 N 레인지의 골 사이, 또는 N 레인지의 골과 D 레인지의 골 사이에는 산이 형성된다. 이때 산은 인접한 변속 레인지 간 경계를 의미한다.

각 변속 레인지 별 위치를 결정하는 골과 이웃하는 골 사이의 피치(Pitch)는 같다. 이에 따라 인접한 변속 레인지 간 경계를 의미하는 산과 이웃하는 산 사이의 피치(Pitch)도 같다. 물론 경우에 따라서는 P 레인지의 골과 R 레인지의 골 사이의 피치를 다른 골 사이의 피치보다 크게 하는 경우도 있다. 따라서 모든 골 사이의 피치가 같은 것은 아니다.

운전자가 변속 레버(11)를 조작했을 때 출력되는 신호로 시프트 액추에이터(16)가 구동되며, 이에 따라 상기 4개의 골(P, R, N, D 각 레인지 별 위치를 결정하는 골) 중 어느 하나의 골에 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 위치하게 된다. 이로 인해 디텐트 플레이트(15)는 메뉴얼 밸브(42)의 각 위치에 대응하는 위치에서 위치 결정된 상태로 유지된다.

시프트 액추에이터(16)는 전동 모터(16a, 이하 설명의 편의를 위해 '모터'라 함)와 그 회전을 감속하는 감속 기구(16b), 그리고 모터(16a)의 회전에 따라 그 회전 방향과 회전 각도를 감지하여 상응하는 전기 신호로 후술하는 SBW 컨트롤러(14)에 출력하는 엔코더(16c)를 포함할 수 있다.

매뉴얼 샤프트(15a)는 상기 감속 기구(16b)의 출력축(도시 생략)과 동기된 상태로 회전하도록 스플라인 연결될 수 있다. 그리고 파킹 기구(17)는 자동 변속기(1)의 출력축(10)을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환시키도록 기능한다. 파킹 기구(17)는 출력축(10)의 외면의 파킹 기어(17a)와, 파킹 록 폴(17b)과, 파킹 로드(17c) 등을 포함할 수 있다.

이처럼 구성된 변속 레인지 전환 기구(13)의 기본적인 동작에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

차량의 운전자가 변속 레버(11)나 파킹 스위치(12)를 조작함으로써, 자동 변속기(1)의 파킹 레인지(P), 리버스 레인지(R), 뉴트럴 레인지(N), 드라이브 레인지(D) 중 하나의 레인지가 선택된다. 이로 인해 변속 레버 센서(103)나 파킹 스위치(12)로부터 신호가 출력되며, 그 출력 신호를 SBW 컨트롤러(14)가 입력 받아 선택된 목표 위치(P, R, N, D 중 하나)를 인식한다.

SBW 컨트롤러(14)는 현재 위치와 새롭게 인식된 목표 위치(P, R, N, D)와의 거리 정보를 바탕으로 시프트 액추에이터(16)의 지령치(회전 방향 및 회전 각도를 포함하는 제어값으로서 듀티값의 의미함)을 결정하고, 그 결정된 지령치를 바탕으로 설정된 타이밍에 모터(16a)를 목표 회전각만큼 정회전 또는 역회전시킨다. 이로 인해 매뉴얼 샤프트(15a)과 디텐트 플레이트(15)도 함께 회전된다.

여기서, 타이밍은 모터 내부에 설치되고 전류자기효과를 가지는 홀 소자를 이용한 홀 센서(16d)에 의해 결정되며, 모터(16a)의 회전에 따라 신호 변화를 엔코더(16c)가 감지하여 현재 변속 레인지에 상응하는 신호를 상기 SBW 컨트롤러(14)에 제공한다. 그리고 SBW 컨트롤러(14)는 엔코더(16c)와 홀 센서(16d) 신호를 바탕으로 상기 모터(16a)를 피드백 제어한다.

예를 들어, 변속 레버(11)가 뉴트럴 레인지(N)에서 드라이브 레인지(D)로 조작되면, 목표 위치 신호는 N→D로 바뀌게 된다. 이 신호를 받은 SBW 컨트롤러(14)는, 선택된 목표 위치(D)의 거리에 대응하는 목표 회전각을 설정하고 그에 상응하는 지령치(듀티값)를 결정하며, 결정된 지령치만큼 모터(16a)에 대해 통전을 허가한다.

SBW 컨트롤러(14)는 또한, 통전에 따라 모터(16a)가 구동하여 그 출력축이 회전할 때 그 회전각에 상당하는 신호를 상기 엔코더(16c)로부터 실시간 제공받는다. 그리고 제공받은 엔코더(16c)의 신호로부터 모터(16a)의 회전 각도와 방향을 실시간 인식하며, 모터(16a)의 회전각이 상기의 목표 회전각과 일치하도록 모터(16a)를 피드백 제어한다.

이와 같은 제어에 따라, 디텐트 플레이트(15)가 소정 각도만큼 도면의 반시계 방향으로 회전함으로써 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 「N」의 골로부터 빠져 나와 인접한 마루를 1개 넘어 인접 측부의 「Ｄ」의 골에 끼이게 되며, 그 결과 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)이 축방향으로 슬라이드되고 메뉴얼 밸브(42)의 레인지는 N→D로 전환된다.

운전자가 파킹 스위치(12)를 수동 조작하여 파킹 레인지(P)가 선택된 경우에는, 디텐트 플레이트(15)의 회전에 따라 파킹 로드(17c)가 밀리고, 파킹 록 폴(17b)이 들어 올려져 그 클로(17d, Claw)가 파킹 기어(17a)의 톱니 사이에 끼이게 됨으로써, 자동 변속기(1)의 출력축(10)이 구속되는 동시에 메뉴얼 밸브(42)는 「P」위치에 정지하게 된다.

이처럼 작동되는 변속 레인지 전환 기구(13)는 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 목표하는 변속 레인지 내에만 진입하면, 좀 더 정확하게는 상기 롤러(15c)가 디텐트 플레이트(15b)의 위치 결졍면(150)에 형성된 복수의 골 중 목표 변속 레인지의 골에만 진입하면 운전자가 원하는 차량 상태를 만들 수 있다. 그런데 정확한 제어 목표지점을 알지 못하면 불안정한 제어 성능이 나타날 수 있다.

특히 변속 레인지 전환 요청에 따라 모터(16a)가 구동되는 도중 엔코더(16c)의 전기적 노이즈나 순간적 단선, 단락 발생 등으로 엔코더(16c)의 패턴 신호를 조금씩 잃게 되면서 위치 오차가 누적되고, 이로 인해 변속 레인지 이탈과 같은 심각한 결함이 발생될 수 있다. 따라서 롤러(15c)가 원하는 변속 레인지의 골에 정확히 위치할 수 있도록 모터(16a)의 기준 위치를 주기적으로 확인하고 학습할 필요가 있다.

모터(16a)의 기준 위치를 학습하는 기술 중 모터(16a)가 움직일 수 있는 최소 수준의 미세 튜티를 모터(16a)에 인가하여 모터(16a) 출력과 디텐트 스프링(15b)의 복원력이 평형을 이뤄 모터(16a)가 구동 후 정지되는 순간의 듀티값(모터 제어값)과 엔코더 값을 저장하고, 이 과정을 역방향에도 동일하게 적용하여 양방향 엔코더 값의 평균으로 디텐트 플레이트(15)의 골 위치를 학습하는 기술이 있다.

이러한 위치 학습 기술의 핵심은, 듀티를 인가한 시점부터 모터(16a)의 출력토크와 디텐트 스프링(15b)의 복원력이 평형을 이루는 순간까지 듀티값과 엔코더 값의 변화량이 선형성을 유지하는 것이다. 일반적인 경우 해당 조건을 만족하지만, 이를 위배할 경우 학습 실패로 이어질 수 있기 때문에 학습에 대한 신뢰도를 높이기 위해서는 학습 실패 시 이를 정확히 진단할 수 있는 기술이 필요하다.

이에 본 발명은 모터(16a)가 움직일 수 있는 최소 수준의 미세 전류를 모터(16a)에 인가하여 모터(16a)의 출력과 디텐트 스프링(15b)의 복원력 사이의 힘의 균형으로 모터(16a)가 정지했을 때의 위치 정보(엔코더 값)를 가지고 모터(16a) 위치(변속 위치)를 학습함에 있어서, 학습 실패 및 학습 실패의 원인을 진단할 수 있는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치를 제공한다.

이하, 시프트 바이 와이에 시스템에 적용되는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치를 개략 도시한 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치는, 모터(16a)의 회전각을 검출하는 전술한 엔코더(16c)와 변속 레버의 위치 변화를 감지하는 변속 레버 센서(103), 그리고 변속 레버 센서(103)와 엔코더(16c)의 출력을 바탕으로 모터(16a)를 피드백 제어하고 특히 변속 위치 학습 및 학습 중 실패를 진단하는 프로그램이 입력된 SBW 컨트롤러(14)를 포함한다.

변속 위치 학습 및 학습 중 실패 진단을 위해 SBW 컨트롤러(14)는 구체적으로, 변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보를 수집하는 데이터 수집부(140)와, 학습조건 충족 시 정해진 일련의 프로세스를 통해 변속 위치 학습을 수행하도록 설정된 된 변속 위치 학습부(142)를 포함한다.

변속 위치 학습 및 학습 중 실패 진단을 위해 SBW 컨트롤러(14)는 또한, 변속 위치 학습을 위해 모터(16a)에 인가된 듀티와 엔코더(16c)의 변화량에 기초하여 고장을 유형별로 확정하고 학습 실패 여부를 최종 진단하도록 프로그래밍 된 위치 학습 고장 판단부(144)와, 고장 확정에 따른 학습 실패 시 활성화되며, 고장 확정 시점의 듀티와 엔코더(16c) 변화량을 저장하는 메모리 변수 처리부(146)를 포함한다.

데이터 수집부(140)는 변속 레버의 위치 정보 및 모터(16a) 동작에 관한 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 각종 모듈에 제공하는 역할을 수행하며, 변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없으면 변속 위치 학습을 위한 학습조건이 충족된 것으로 상기 변속 위치 학습부(142)가 판단할 수 있다.

데이터 수집부(140)가 수집하는 수집하는 데이터 중 상기 변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보는, 변속 레버 센서값, 모터(16a)에 인가되는 듀티, 엔코더 출력, SBW 컨트롤러(14)에 내장된 온도센서 출력 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있으며, 이러한 데이터 수집부(140)는 후술하는 메모리 변수 처리부(146)에 저장된 데이터를 리드(Read)하는 기능도 수행한다.

변속 위치 학습부(142)는 모터(16a) 출력과 디텐트 스프링(15b)의 복원력이 평형을 이루는 최소 듀티값을 결정하는 듀티 결정 로직과, 기준 위치에서 최소 듀티로 모터(16a)를 정/역 회전시켜 양방향 평형점(모터(16a) 출력과 스프링(15b) 복원력이 평형을 이뤄 모터(16a)가 정지하는 지점)을 확인하는 최소 듀티 구동 로직과, 양방향 평형점들을 이용하여 디텐트 플레이트(15)의 골 위치를 결정하는 정단 계산 로직을 포함할 수 있다.

듀티 결정 로직은 모터(16a)에 인가되는 듀티를 특정 미세 듀티 만큼씩 상승시켜 모터(16a)가 동작하는 시점의 듀티를 학습을 위한 상기 최소 듀티값으로 결정하도록 설정될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 모터(16a)에 인가된 듀티에 의해 상기 엔코더(16c)의 출력 변화가 감지되는 시점을 상기 모터(16a)가 동작하는 시점으로 인식하고, 그 시점에 모터(16a)에 인가된 듀티값을 최소 듀티값으로 결정할 수 있다.

예를 들어, 학습을 위한 최초 듀티가 1%로 설정된 경우, 1%, 2%, 3%와 같이 듀티값을 설정된 1%씩 상승시켜가면서 엔코더 출력을 바탕으로 모터(16a)의 움직임을 감시하며, 만약 듀티가 2%일 때까지는 모터(16a)가 움직이지 않다가 듀티를 3%로 상승시켰을 때 모터(16a)의 움직임이 감지되었다면, 변속 위치(골 위치) 학습을 위한 상기 최소 듀티값을 3%로 결정하는 것이다.

최소 듀티 구동 로직은 결정된 최소 듀티값으로 모터(16a)를 정방향 구동시켜 모터(16a)의 출력과 디텐트 스프링(15b)의 복원력이 서로 평형을 이뤄 모터(16a)가 정지된 순간의 모터(16a) 회전위치(엔코더 값)를 저장하는 과정과, 이러한 과정을 역방향에도 동일하게 적용하여 모터(16a)가 정지된 순간의 모터(16a) 회전위치(엔코더 값)를 저장하는 일련의 과정(도 3 참조)을 순서대로 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

그리고 양방향 평형점(모터(16a) 출력과 스프링(15b) 복원력이 평형을 이뤄 모터(16a)가 정방향과 역방향 각각에 대해 정지하는 지점)들을 이용하여 디텐트 플레이트(15)의 골 위치를 결정하는 정단 계산 로직은 구체적으로, 상기 저장된 엔코더 값의 평균(정방향 엔코더 값 + 역방향 엔코더 값/2)으로 디텐트 플레이트(15)의 골 위치를 결정하도록 설정될 수 있다.

위치 학습 고장 판단부(144)는 변속 위치 학습부(142)에 의해 변속 위치 학습(디텐트 플레이트(15)의 골 위치 결정)이 수행되는 과정 중 변속 위치 학습을 위해 모터(16a)에 인가된 듀티와 상기 엔코더(16c)의 변화량에 기초하여 학습 실패 및 고장을 유형별로 확정하되, 오진단 방지를 위해 여러 차례에 걸친 진단 결과를 바탕으로 고장을 확정하도록 구성된다.

이를 위해 본 실시 예에 적용되는 상기 위치 학습 고장 판단부(144)는, 상기 변속 위치 학습부(142)에 의한 변속 위치 학습과정에서 모터(16a)의 동작을 감지하는 모터 동작 감지 로직과, 감지된 모터(16a) 동작 정보에 기초하여 과도한 모터(16a) 구동에 따른 학습 실패인지 아니면, 피구동부의 저항력 증대로 인한 학습 실패인지를 각각 판단하는 제1 고장 판단 로직과 제2 고장 판단 로직을 포함한다.

모터 동작 감지 로직은 앞서 설명한 바와 같이 변속 위치 학습을 위해 듀티를 설정된 미세 듀티 만큼씩 상승시켜 최소 듀티값을 찾는 과정에서, 모터(16a)에 인가된 듀티에 의해 모터(16a)가 정방향으로 구동 후 정지하였는지를 감지한다. 이를 위해 모터 동작 감지 로직은 듀티가 인가된 시점의 엔코더 값 변화로부터 모터(16a) 구동 후 정지를 판단하도록 설정될 수 있다.

이러한 모터 동작 감지 로직으로부터 모터(16a) 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우 상기 제1 고장 판단 로직이 실행된다. 제1 고장 판단 로직은 모터(16a)에 인가된 듀티에 의해 모터(16a) 구동이 감지된 때(엔코더 출력 변화가 감지된 때) 모터(16a)의 회전을 검출하는 엔코더(16c)의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와 비교함으로써 고장 및 학습 실패 여부를 판단한다.

제1 고장 판단 로직은 구체적으로, 듀티 인가 시 모터(16a) 구동은 감지되었으나 기 설정된 시간 동안 정상 범위를 초과하는 구동이 감지된 경우, 다시 말해 인가된 듀티에 의해 엔코더 값의 변화는 감지되었으나, 그 변화량(엔코더(16c) 변화량)이 설정 상한 임계치보다 큰 경우, 과도한 모터(16a) 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단한다.

제2 고장 판단 로직은 학습을 위해 인가된 듀티로 모터(16a)가 정방향 구동 후 정지가 감지된 경우 실행된다. 다시 말해 모터 동작 감지 로직으로부터 모터(16a) 정방향 구동 후 정지가 감지된 경우 실행된다. 이러한 제2 고장 판단 로직은 정방향 구동 후 정지가 감지된 시점에 모터(16a)에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더(16c) 변화량이 설정 하한 임계치 이하인지 확인을 하게 된다.

제2 고장 판단 로직은 구체적으로, 모터(16a)에 인가된 듀티가 학습을 위해 허용된 최대 듀티임에도 엔코더(16c) 변화량이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 설정 최대 재시도 횟수와 비교하고, 재시도 횟수가 최대 재시도 횟수를 초과하면, 피구동부의 피구동토크(저항토크) 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하도록 설정될 수 있다.

피구동부의 피구동토크(저항토크)의 증대는 디텐트 플레이트(15) 위치 결정면의 조도(거칠기) 증대 및 외기온 저하에 따른 디텐트 스프링(15b)의 복원력 상승이 주된 요인이다. 이러한 요인에 의해 피구동토크가 증대되면, 학습 시 최대로 생성할 수 있는 모터(16a)의 출력토크보다 피구동토크가 커져 허용 최대 듀티 인가에도 엔코더 값의 변화는 아주 미세하여 학습값의 유효성을 보장할 수 없다.

그리고 엔코더(16c)의 경우 전기적 노이즈 혹은 순간적 단선, 단락 등에 의해 출력값에 순간적인 오류가 발생하여 실제 고장이 아님에도 이를 고장으로 오진단할 가능성이 있다.

이에 본 발명에 적용된 제2 고장 판단 로직은, 변속 위치 학습값의 유효성을 보장하고 일시적 오류로 인한 오진단 방지를 위하여, 모터(16a)에 인가된 듀티가 학습에서 허용된 최대 듀티임에도 엔코더(16c) 변화량이 설정 하한 임계치 이하이면서 재시도 횟수가 설정 최대 재시도 횟수를 초과하는 경우에만, 피구동토크 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하는 것이다.

도 2에서 도면부호 148이 가리키는 안전 모드 천이부는 고장 확정에 따른 학습 실패 시 학습 실패에 관한 정보가 운전자에게 시각적으로 제공될 수 있도록 차량 디스플레이 기기에 관련 정보를 전달하고, 조건 만족 시 모터(16a)를 안전 모드로 천이시키는 역할을 한다. 예컨대, 고장 확정시점에 차속 조건이 만족되면 자동 P 레인지 체결 및 모터(16a) 구동 금지 전략을 수행할 수 있다.

상기와 같은 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치에 행해지는 변속 위치 학습 시 고장 진단 과정을 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 4는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장을 진단하는 일련의 과정을 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 학습조건이 충족되면 설정된 듀티(학습을 위해 설정된 최초 듀티)를 상기 모터(16a)에 인가하여 변속 위치 학습을 개시하게 된다(S100). 여기서 변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없는 경우 상기 학습조건이 충족되는 것으로 판단하고 변속 위치 학습을 개시할 수 있다.

다음 듀티(학습을 위해 설정된 최초 듀티) 인가로 모터(16a)가 정방향 구동 후 정지하였는지를 감지하게 된다(S200). 여기서는 듀티가 인가된 시점의 엔코더 값의 변화로부터 모터(16a) 구동 후 정지를 판단할 수 있다. 구체적으로는, 엔코더 값이 모터(16a) 동작으로 간주할 수 있는 설정값 이상으로 검출되었다가 설정값 이하로 떨어지면, 모터(16a) 구동 후 정지로 판단할 수 있다.

S200 단계에서 모터(16a)의 구동 후 정지가 감지되지 않으면, 모터(16a)의 회전을 검출하는 엔코더(16c)의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 판단을 한다(S300). 그 결과 엔코더(16c) 변화량이 정상 범위를 초과하면, 모터(16a) 출력이 디텐트 스프링(15b)의 복원력을 극복하고 변속 레인지를 이탈한 상황이므로 과도한 모터(16a) 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단한다(S400).

이와는 달리, 모터(16a) 구동 후 정지가 감지되지 않았고, 엔코더(16c)의 변화량도 정상 범위를 초과하지 않은 경우라면, 듀티를 인가했음에도 모터(16a)가 구동되지 않은 경우로 간주한다. 따라서 이 경우에는 상기 S100 단계로 되돌아가 변속 위치 학습을 지속 수행하되, 모터(16a) 구동을 통한 정상적인 변속 위치 학습을 위하여 모터(16a)에 인가되는 듀티를 특정 듀티 만큼 상승시킨 뒤 이후 과정을 반복하게 된다.

예를 들어, 학습을 위해 설정된 최초 듀티가 1%이고 S300 단계에서 S100 단계로 되돌아갈 경우 듀티 상승분(상기 특정 듀티)이 1%인 경우라면, 1차 학습 시도 때는 학습을 위해 모터(16a)에 듀티를 1%만 인가하고, S200 및 S300 단계에서 조건을 충족하지 못해 S100 단계로 되돌아와 2차 학습을 시도할 때에는 듀티를 2%로 상향 조정하여 모터(16a)에 인가하는 것이다.

한편, S200 단계를 통한 감지 결과, 인가된 듀티에 의해 모터(16a) 정방향으로 구동 후 정지가 감지된 경우, 구체적으로 엔코더 값이 모터(16a) 동작으로 간주할 수 있는 설정값 이상으로 검출되었다가 설정값 이하로 떨어진 경우에는, 그 시점에 모터(16a)에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더(16c) 변화량(엔코더 출력값 변화량)이 설정 하한 임계치 이하인지 확인하게 된다(S500).

S500 단계를 통한 확인 결과, 모터(16a) 정방향으로 구동 후 정지가 감지된 시점에 모터(16a)에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티임에도 엔코더(16c) 변화량(엔코더 출력값 변화량)이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 연이어 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 카운트 업된 재시되 횟수를 설정 최대 재시도 횟수와 비교하는 단계(S600)로 넘어간다.

S600 단계를 통한 비교 결과, 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과한 경우라면, 모터(16a) 구동에 저항하는 피구동부의 피구동토크(저항토크) 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 최종 실패로 진단하며(S700), 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과하지 않은 경우에는 전술한 S100 단계로 되돌아가 이후 과정(S100 -> S200 -> S300 또는 S400)을 반복 수행한다.

피구동부의 피구동토크(저항토크)의 증대는 디텐트 플레이트(15) 위치 결정면의 조도(거칠기) 증대 및 외기온 저하에 따른 디텐트 스프링(15b)의 복원력 상승이 주된 요인이다. 이러한 요인에 의해 피구동토크가 증대되면, 학습 시 최대로 생성할 수 있는 모터(16a)의 출력토크보다 피구동토크가 커져 허용 최대 듀티 인가에도 엔코더 값의 변화는 아주 미세하여 학습값의 유효성을 보장할 수 없다.

그리고 엔코더(16c)의 경우 전기적 노이즈 혹은 순간적 단선, 단락 등에 의해 출력값에 순간적인 오류가 발생하여 실제 고장이 아님에도 이를 고장으로 오진단할 가능성이 있다.

이에 본 발명에서는 변속 위치 학습값의 유효성을 보장하고 일시적 오류로 인한 오진단을 방지하기 위하여, 모터(16a)에 인가된 듀티가 학습에서 허용된 최대 듀티임에도 엔코더(16c) 변화량이 설정 하한 임계치 이하이면서 재시도 횟수가 설정 최대 재시도 횟수를 초과하는 경우에만, 피구동토크 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하는 것이다.

한편, 과도한 모터(16a) 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정되거나(S400), 모터(16a) 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정 시(S700), 확정 시점에 모터(16a) 인가된 듀티와 엔코더(16c) 변화량을 메모리에 저장 후(S800) 프로세스를 종료한다.

다른 한편, 앞선 S500 단계를 통한 확인 결과, S600 단계로 전환되는 조건 외에는, 다시 말해 모터(16a) 인가된 듀티가 허용 최대 듀티이면서 엔코더(16c) 변화량이 설정 하한 임계치 이하로 검출되는 경우 외에는, 재시도 횟수를 하나씩 카운트 다운(Count down) 후 계획된 변속 위치 학습을 수행하여 디텐트 플레이트(15)의 골 위치를 결정하게 된다(S900).

참고로, S900 단계에서는 정방향으로 인가된 듀티에 의해 모터(16a)가 정방향 구동 후 모터(16a) 출력과 스프링(15b) 복원력이 평형을 이뤄 모터(16a)가 정지된 순간의 엔코더 값(S500 단계에서 'No'인 경우 S200 단계에서 모터(16a) 구동 후 정지했을 때 엔코더 값)을 저장한다. 동일한 듀티를 역방향으로 인가하여 모터(16a)가 역방향 구동 후 모터(16a) 출력과 스프링(15b) 복원력이 평형을 이뤄 모터(16a)가 정지된 순간의 엔코더 값을 저장한다.

그리고 저장된 양방향(정방향과 역방향) 엔코더 값의 평균(정방향 엔코더 값 +역방향 엔코더 값/2)으로 디텐트 플레이트(15)의 골 위치(정단 위치)를 결정한다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 고장 확정 시점의 변수(듀티, 엔코더 값 등)들을 메모리에 저장하여 관리하기 대문에 후후 고장에 대한 원인 분석이 용이하며, 모터 기준 위치를 학습하는 과정에서 발생하는 학습 실패를 정확히 진단하여 학습에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 기준 위치 학습 로직의 강건화를 도모할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 출력축 11 : 변속 레버
12 : 파킹 스위치 13 : 레인지 전환 기구
14 : SBW 컨트롤러 15 : 디텐트 플레이트
15a : 매뉴얼 샤프트 15b : 디텐트 스프링
15c : 롤러 16 : 시프트 액추에이터
16a : 모터 16b : 감속기구
16c : 엔코더 16d : 홀센서
17 : 파킹 기구 103 : 변속 레버 센서
140 : 데이터 수집부 142 : 변속 위치 학습부
144 : 위치 학습 고장 판단부 146 : 메모리 변수 처리부
148 : 안전 모드 천이부 150 : 위치 결정면

Claims (13)

1. 운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 변환하여 모터로 디텐트 플레이트를 목표 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결시킴으로써 운전자가 원하는 변속 상태를 구현하는 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,
   (a) 학습조건이 충족되면 설정된 듀티를 상기 모터에 인가하여 변속 위치 학습을 개시하는 단계;
   (b) 듀티 인가로 모터가 정방향으로 구동 후 정지하였는지 감지하는 단계; 및
   (c) 모터 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우, 상기 모터의 회전을 검출하는 엔코더의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 판단하는 단계;를 포함하며,
   엔코더 변화량이 정상 범위를 초과한 경우, 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하며, 이 외의 경우 상기 (a) 단계로 되돌아가 변속 위치 학습을 지속 수행하되, 모터에 인가되는 듀티를 특정 듀티 만큼 상승시켜 변속 위치 학습을 지속 수행하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   (d) 상기 (b) 단계를 통한 감지 결과, 인가된 듀티에 의해 모터가 정방향으로 구동 후 정지한 경우, 모터에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하인지 확인하는 단계; 및
   (e) 모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티임에도 엔코더 변화량이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 설정 최대 재시도 횟수와 비교하는 단계;를 더 포함하며,
   상기 (e) 단계를 통한 비교 결과, 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과하면, 피구동부의 피구동토크(모터 구동에 저항하는 저항토크) 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정되거나 모터 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정 시, 확정 시점에 모터 인가된 듀티와 엔코더 변화량을 메모리에 저장 후 프로세스를 종료하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 (d) 단계를 통한 확인 결과,
   모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티이면서 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하로 검출되는 경우 외에는, 재시도 횟수를 하나씩 카운트 다운(Count down) 후 계획된 변속 위치 학습을 수행하여 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 계획된 변속 위치 학습에서는,
   정방향으로 인가된 듀티에 의해 모터가 정방향으로 구동하였다가 모터 출력과 스프링 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지된 순간의 엔코더 값을 저장하고,
   동일한 듀티를 역방향으로 인가하여 모터가 역방향 구동 후 모터 출력과 스프링 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지된 순간의 엔코더 값을 저장하며,
   저장된 양방향(정방향과 역방향) 엔코더 값의 평균(정방향 엔코더 값 + 역방향 엔코더 값/2)으로 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없는 경우 상기 학습조건이 충족되는 것으로 판단하고 변속 위치 학습을 개시하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 방법.
   
7. 운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 변환하여 모터로 디텐트 플레이트를 목표 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결시킴으로써 운전자 원하는 변속 상태를 구현하는 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,
   상기 모터의 회전각을 검출하는 엔코더;
   상기 변속 레버의 위치 변화를 감지하는 변속 레버 센서;
   변속 레버 센서 출력을 바탕으로 목표 위치를 결정하고, 결정된 목표 위치까지 상기 디텐트 플레이트를 회전시키기 위해 상기 엔코더의 신호를 바탕으로 상기 모터를 피드백 제어하는 SBW 컨트롤러(Shift By Wire Controller);를 포함하며,
   상기 SBW 컨트롤러는,
   변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보를 수집하는 데이터 수집부와,
   학습조건이 충족되면 정해진 일련의 프로세스를 통해 변속 위치 학습을 수행하는 변속 위치 학습부와,
   변속 위치 학습을 위해 모터에 인가된 듀티와 상기 엔코더의 변화량에 기초하여 고장을 유형별로 확정하고 학습 실패 여부를 판단하는 위치 학습 고장 판단부와,
   고장 확정에 따른 학습 실패 시 활성화되며, 고장 확정 시점의 듀티와 엔코더 변화량을 저장하는 메모리 변수 처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 SBW 컨트롤러는,
   고장 확정에 따른 학습 실패 시 학습 실패에 관한 정보가 운전자에게 시각적으로 제공될 수 있도록 차량 디스플레이 기기에 관련 정보를 전달하고, 조건 만족 시 모터를 안전 모드로 천이시키는 안전 모드 천이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 데이터 수집부가 수집하는 상기 변속 위치 학습 개시 및 변속 위치 학습 시 고장을 식별하는데 필요한 정보는, 변속 레버 센서값, 모터에 인가되는 듀티, 엔코더 출력, SBW 컨트롤러에 내장된 온도센서 출력 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    변속 레인지 전환 요청에 따라 목표 변속 레인지로 변속 레인지가 전환된 이후 일정시간이 지나도록 추가 변속 레인지 전환 요청이 없으면 학습조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 변속 위치 학습부는,
    모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이루는 최소 듀티값을 결정하는 듀티 결정 로직과,
    기준 위치에서 최소 듀티로 모터를 정/역 회전시켜 양방향 평형점(모터 출력과 디텐트 스프링의 복원력이 평형을 이뤄 모터가 정지하는 지점)을 확인하는 최소 듀티 구동 로직과,
    양방향 평형점들을 이용하여 디텐트 플레이트의 골 위치를 결정하는 정단 계산 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
    
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 위치 학습 고장 판단부는,
    듀티 인가로 모터가 정방향 구동 후 정지하였는지 감지하는 모터 동작 감지 로직과,
    모터 구동 후 정지가 감지되지 않은 경우, 상기 모터의 회전을 검출하는 엔코더의 변화량이 정상 범위를 초과하였는지 설정 상한 임계치와의 비교를 통해 고장을 판단하는 제1 고장 판단 로직을 포함하며,
    상기 제1 고장 판단 로직은 엔코더 변화량이 정상 범위를 초과하면, 과도한 모터 구동에 따른 변속 레인지 이탈 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 위치 학습 고장 판단부는,
    인가된 듀티에 의해 모터가 정방향 구동 후 정지한 경우, 모터에 인가된 듀티를 허용 최대 듀티와 비교하고 엔코더 변화량이 설정 하한 임계치 이하로 검출되는지 감시하는 제2 고장 판단 로직을 더 포함하며,
    상기 제2 고장 판단 로직은 모터에 인가된 듀티가 허용 최대 듀티임에도 엔코더 변화량이 상기 설정 하한 임계치 이하로 검출되면, 재시도 횟수를 카운트 업(Count up)한 뒤 설정 최대 재시도 횟수와 비교하여, 재시도 횟수가 상기 최대 재시도 횟수를 초과하면, 모터 구동에 저항하는 저항토크 증대로 인한 고장으로 확정하고 학습을 실패로 진단하는 것을 특징으로 하는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 위치 학습 시 고장 진단 장치.

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