KR20240025280A - 리던던시 구조의 전동식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리던던시 구조의 전동식 조향장치가 개시된다. 본 발명의 리던던시 구조의 전동식 조향장치는, 조향휠을 구동시키는 구동모터; 제어전원을 공급하는 제1 내지 제2 전원회로; 구동모터를 구동시키는 제1 내지 제2 구동회로; 구동모터의 회전위치를 감지하는 제1 내지 제2 위치센서; 및 구동모터, 제1 내지 제2 전원회로, 제1 내지 제2 위치센서 및 제1 내지 제2 구동회로와 각각 작동적으로 연결(operatively coupled to)된 제1 내지 제2 프로세서;를 포함하되, 제1 프로세서는, 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제1 위치센서에 기초하여 제1 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키고, 제2 프로세서는, 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제2 위치센서에 기초하여 제2 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

리던던시 구조의 전동식 조향장치{MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS OF REDUNDANCY STRUCTURE}
본 발명은 리던던시 구조의 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향장치의 리던던시 구동을 위한 구동모터를 이중화 회로를 통해 독립적으로 제어하도록 구성된 리던던시 구조의 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering system ; MDPS)는 전기모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 보조토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 전동식 동력 조향장치는 기존의 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering; HPS)와 달리 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 전기모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
이때, 전동식 동력 조향장치는 조향휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향휠의 조향각을 측정하는 조향각 센서 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 구비하여 차량의 주행 조건을 판단한다.
이와 같이 전동식 동력 조향장치는 차량의 조향 안전성에 큰 영향을 미치는 주요 장치로서, 전동식 조향장치 구동의 신뢰성 및 안전성은 차량의 안전한 운행에 있어 필수적인 요소이다.
이러한 전동식 동력 조향장치에 사용되는 구동모터에는 직류(DC) 또는 교류(AC) 모터가 포함되는데, 종래 사용되는 3상 브러시리스 교류모터의 경우 구동모터 동작의 신뢰성을 제고하고자, 이중 권선(Dual winding)을 적용한 이중 권선 모터(Dual winding motor)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이중 권선 모터는 2개 이상의 전원으로 구성되어, 2개 이상의 전원의 어느 한 전원과 연결된 모터 소자 또는 모터 권선의 고장이나 파손이 발생하더라도, 나머지 전원의 입력만으로 모터의 구동이 가능하도록 설계된 모터를 의미한다.
한편, 이러한 이중 권선 모터는 리던던시(Redundancy)를 구현할 수 있어 모터 구동의 안전성과 신뢰성이 제고될 수 있다.
따라서, 전동식 동력조향장치에 사용되는 구동모터의 경우에도 이중 권선 구조를 적용하여 리던던시 구현을 통한 모터 구동의 안전성과 신뢰성을 제고할 필요성이 있어왔다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0091651호(2020.07.31. 공개, 전동식 파워 스티어링 시스템의 리던던시 회로)에 개시되어 있다.
이러한 전동식 조향장치는 전자 제어 장치를 중심으로 각종 액츄에이터를 구동하고 있어, 자율주행 시대가 도래하면서 안전성과 신뢰성에 대한 요구가 더욱 증가하면서 독립적인 이중화 구성이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 전동식 조향장치의 리던던시 구동을 위한 구동모터의 위치센서, 구동회로, 프로세서 및 전원을 이중으로 구성하여 상호 독립적으로 구동될 수 있도록 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치는, 조향휠을 구동시키는 구동모터; 제어전원을 공급하는 제1 내지 제2 전원회로; 구동모터를 구동시키는 제1 내지 제2 구동회로; 구동모터의 회전위치를 감지하는 제1 내지 제2 위치센서; 및 구동모터, 제1 내지 제2 전원회로, 제1 내지 제2 위치센서 및 제1 내지 제2 구동회로와 각각 작동적으로 연결(operatively coupled to)된 제1 내지 제2 프로세서;를 포함하되, 제1 프로세서는, 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제1 위치센서에 기초하여 제1 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키고, 제2 프로세서는, 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제2 위치센서에 기초하여 제2 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 위치센서와 제2 위치센서는, 하나의 회로기판을 중심으로 하부면과 상부면의 대응되는 위치에 각각 실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 위치센서와 제2 위치센서는, 구동모터에 구비된 위치감지 마그넷의 어느 한 자속방향으로 제1 위치센서, 회로기판 및 제2 위치센서가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 위치센서는, 제1 위치신호 및 제1 비교신호를 제1 프로세서로 각각 출력하고, 제2 위치센서는, 제2 위치신호 및 제2 비교신호를 제2 프로세서로 각각 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 프로세서는, 제1 위치신호와 제1 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추고, 제2 프로세서는 제2위치신호 및 제2 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 구동모터는, 제1 와인딩 모터와 제2 와인딩 모터를 포함하는 듀얼 와인딩 모터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 와인딩 모터는, 제1 전원회로, 제1 위치센서, 제1 구동회로 및 제1 프로세서와 작동적으로 연결되고, 제2 와인딩 모터는, 제2 전원회로, 제2 위치센서, 제2 구동회로 및 제2 프로세서와 작동적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 내지 제2 프로세서는 상호 동작상태를 모니터링하면서 어느 하나의 프로세서가 주제어권을 갖고 구동모터를 작동시키고, 오류가 발생한 경우 다른 프로세서로 주제어권을 전환하여 구동모터를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치은 전동식 조향장치의 리던던시 구동을 위한 구동모터의 위치센서, 구동회로, 프로세서 및 전원을 이중으로 구성하여 상호 독립적으로 구동될 수 있도록 하여 어느 하나의 프로세서가 고장이 나더라도 독립된 다른 프로세서에 의해 동작될 수 있도록 함으로써 안정성을 확보할 수 있도록 하며, 위치센서의 외부자계의 강건성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치에서 위치센서의 배치상태를 간략하게 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치를 설명한다. 이 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 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치에서 위치센서의 배치상태를 간략하게 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 구조의 전동식 조향장치는, 구동모터(50), 제1 내지 제2 전원회로(11, 12), 제1 내지 제2 구동회로(31, 32), 제1 내지 제2 위치센서(41, 42) 및 제1 내지 제2 프로세서(21, 22)를 포함할 수 있다.
구동모터(50)는 전동식 조향장치의 구동 액추에이터로써 조향휠(미도시)을 실질적으로 회전시켜 조향한다.
여기서, 구동모터(50)는 하나의 동력을 출력하지만 내부에 제1 와인딩 모터(51)와 제2 와인딩 모터(52)를 포함하는 듀얼 와인딩 모터로써, 독립적인 제어수단을 통해 구동모터(50)를 구동하여 리던던시를 구성할 수 있다.
따라서 제1 와인딩 모터(51)는, 제1 전원회로(11), 제1 위치센서(41), 제1 구동회로(31) 및 제1 프로세서(21)와 작동적으로 연결되고, 제2 와인딩 모터(52)는, 제2 전원회로(12), 제2 위치센서(42), 제2 구동회로(32) 및 제2 프로세서(22)와 작동적으로 연결된다.
제1 내지 제2 전원회로(11, 12)는 독립적으로 제1 내지 제2 프로세서(21, 22)와 제1 내지 제 구동회로(31, 32)에 독립적으로 제어전원 및 구동전원을 각각 공급할 수 있다.
제1 내지 제2 구동회로(31, 32)는 제1 내지 제2 프로세서(21, 22)의 제어신호에 따라 각각 3상 전원의 주파수를 가변하여 구동모터(50)의 제1 와인딩 모터(51)와 제2 와인딩 모터(52)의 속도와 토크를 조정하여 구동모터(50)를 독립적으로 구동시킨다.
여기서 제1 내지 제2 구동회로(31, 32)는 각각 인버터를 포함하여 각각 직류인 구동전원을 3상 전원으로 변환하기 위한 상 스위치와, 고장이 발생한 경우 3상 전원을 완전히 차단하기 위한 차단 스위치를 포함할 수 있다.
이때 상 스위치와 차단 스위치는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)/IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 전력용 반도체 소자로 구성될 수 있다.
제1 내지 제2 위치센서(41, 42)는 구동모터(50)의 회전위치를 감지하여 각각 위치신호와 비교신호를 출력하여 측정값의 정상여부를 비교 검증할 수 있다.
여기서 제1 내지 제2 위치센서(41, 42)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 회로기판(60)을 중심으로 하부면과 상부면의 대응되는 위치에 각각 실장될 수 있다.
이때 제1 위치센서(41)와 제2 위치센서(42)는 구동모터(50)에 구비된 위치감지 마그넷(55)의 z축 자속방향으로 제1 위치센서(41), 회로기판(60) 및 제2 위치센서(42)가 순차적으로 배치되어 외부자계에 대한 강건성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
따라서 제1 위치센서(41)는 마그넷(55)의 위치를 감지한 제1 위치신호와 제1 위치신호의 정상여부를 비교할 수 있는 제1 비교신호를 제1 프로세서(21)로 각각 출력하고, 제2 위치센서(42)는 마그넷(55)의 위치를 감지한 제2 위치신호와 제2 위치신호의 정상여부를 비교할 수 있는 제2 비교신호를 제2 프로세서(22)로 각각 출력할 수 있다.
제1 내지 제2 프로세서(21, 22)는 구동모터(50), 제1 내지 제2 전원회로(11, 12), 제1 내지 제2 위치센서(41, 42) 및 제1 내지 제2 구동회로(31, 32)와 각각 작동적으로 연결(operatively coupled to)된다.
따라서, 제1 프로세서(21)는 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제1 위치센서(41)에 기초하여 제1 구동회로(31)를 작동시켜 구동모터(50)의 제1 와인딩 모터(51)를 작동시킬 수 있다.
또한, 제1 프로세서(22)는 제1 프로세서(21)와 독립적으로 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 제2 위치센서(42)에 기초하여 제2 구동회로(32)를 작동시켜 구동모터(50)의 제2 와인딩 모터(52)를 작동시킬 수 있다.
이때 제1 프로세서(21)는 제1 위치신호와 제1 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추고, 제2 프로세서(22)는 제2위치신호 및 제2 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추기 때문에 제1 위치센서(41)와 제2 위치센서(42) 모두에서 오류가 발생하지 않으면 어느 하나의 프로세서에 의해 구동모터(50)를 작동시켜 조향이 가능하도록 할 수 있다.
한편, 제1 내지 제2 프로세서(21, 22)가 상호 동작상태를 모니터링하면서 어느 하나의 프로세서가 주제어권을 갖고 구동모터(50)를 작동시키고, 오류가 발생한 경우 다른 프로세서로 주제어권을 전환하여 구동모터(50)를 작동시킬 수 있도록 구동시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 리던던시 구조의 전동식 조향장치에 따르면, 전동식 조향장치의 리던던시 구동을 위한 구동모터의 위치센서, 구동회로, 프로세서 및 전원을 이중으로 구성하여 상호 독립적으로 구동될 수 있도록 하여 어느 하나의 프로세서가 고장이 나더라도 독립된 다른 프로세서에 의해 동작될 수 있도록 함으로써 안정성을 확보할 수 있도록 하며, 위치센서의 외부자계의 강건성을 확보할 수 있다.
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.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
11, 12 : 제1 내지 제2 전원회로
21, 22 : 제1 내지 제2 프로세서
31, 32 : 제1 내지 제2 구동회로
41, 42 : 제1 내지 제2 위치센서
50 : 구동모터
51, 52 : 제1 내지 제2 와인딩 모터
60 : 회로기판

Claims (8)

  1. 조향휠을 구동시키는 구동모터;
    제어전원을 공급하는 제1 내지 제2 전원회로;
    상기 구동모터를 구동시키는 제1 내지 제2 구동회로;
    상기 구동모터의 회전위치를 감지하는 제1 내지 제2 위치센서; 및
    상기 구동모터, 상기 제1 내지 제2 전원회로, 상기 제1 내지 제2 위치센서 및 상기 제1 내지 제2 구동회로와 각각 작동적으로 연결(operatively coupled to)된 제1 내지 제2 프로세서;를 포함하되,
    상기 제1 프로세서는, 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 상기 제1 위치센서에 기초하여 상기 제1 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키고,
    상기 제2 프로세서는, 상기 상위 제어장치로부터 조향 제어신호를 입력받아 상기 제2 위치센서에 기초하여 상기 제2 구동회로를 작동시켜 구동모터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 위치센서와 상기 제2 위치센서는, 하나의 회로기판을 중심으로 하부면과 상부면의 대응되는 위치에 각각 실장되는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 위치센서와 상기 제2 위치센서는, 상기 구동모터에 구비된 위치감지 마그넷의 어느 한 자속방향으로 상기 제1 위치센서, 상기 회로기판 및 상기 제2 위치센서가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 위치센서는, 제1 위치신호 및 제1 비교신호를 상기 제1 프로세서로 각각 출력하고,
    상기 제2 위치센서는, 제2 위치신호 및 제2 비교신호를 상기 제2 프로세서로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제1 프로세서는, 상기 제1 위치신호와 상기 제1 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추고,
    상기 제2 프로세서는 상기 제2위치신호 및 상기 제2 비교신호 중 어느 하나 이상에서 오류가 발생한 경우 작동을 멈추는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 구동모터는, 제1 와인딩 모터와 제2 와인딩 모터를 포함하는 듀얼 와인딩 모터인 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제1 와인딩 모터는, 상기 제1 전원회로, 상기 제1 위치센서, 상기 제1 구동회로 및 상기 제1 프로세서와 작동적으로 연결되고,
    상기 제2 와인딩 모터는, 상기 제2 전원회로, 상기 제2 위치센서, 상기 제2 구동회로 및 상기 제2 프로세서와 작동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제1 내지 제2 프로세서는, 상호 동작상태를 모니터링하면서 어느 하나의 프로세서가 주제어권을 갖고 상기 구동모터를 작동시키고, 오류가 발생한 경우 다른 프로세서로 주제어권을 전환하여 상기 구동모터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 리던던시 구조의 전동식 조향장치.
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