KR20120029084A

KR20120029084A - 전동식 파워 스티어링 장치

Info

Publication number: KR20120029084A
Application number: KR1020100090926A
Authority: KR
Inventors: 박제상; 김종관
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-26
Also published as: DE102011111948A1; US9085318B2; US20120072077A1; DE102011111948B4; CN102407878A

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
본 발명은 조향보조력을 공급하는 구동모터를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 일단이 스티어링 휠과 결합되는 입력축, 토션바를 통하여 상기 입력축과 연결되는 출력축, 상기 구동모터의 구동력을 상기 출력축으로 전달하는 감속기, 상기 토션바의 비틀림량을 감지하여 토크센싱신호를 출력하는 토크 센서, 상기 구동모터에 흐르는 전류를 검출하여 전류검출신호를 출력하는 전류검출부 및 상기 토크센싱신호를 입력받아 상기 스티어링 휠에 가해진 토크를 결정하여 상기 토크에 따라 상기 구동 모터의 추정전류를 결정하고, 상기 전류검출신호를 입력받아 상기 구동 모터에 흐르는 측정전류의 크기를 결정하며, 상기 추정전류의 크기와 상기 측정전류의 크기를 비교하여 상기 토크 센서 또는 상기 전류검출부의 오작동을 판단하는 전자제어유닛을 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 장치{Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 스티어링 휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 파워 스티어링 장치를 포함한다. 파워 스티어링 장치의 종류는 다양하며, 최근에는 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주는 전동식 파워 스티어링 장치가 보급되고 있다.

전동식 파워 스티어링 장치는 차량의 운행조건에 따라 전자제어유닛이 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 제공하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 제공한다.

이와 같이 전동식 파워 스티어링 장치는 모터의 구동에 따라 조향력을 보조하므로 모터에 흐르는 전류의 제어가 중요하다. 이에 따라 전동식 파워 스티어링 장치의 모터에 흐르는 전류를 정확하게 제어하기 위한 연구가 증가하고 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 토크센서 또는 전류검출부의 이상 동작에 대처할 수 있는 전동식 파워 스티어링 장칠를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 조향보조력을 공급하는 구동모터를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 일단이 스티어링 휠과 결합되는 입력축, 토션바를 통하여 상기 입력축과 연결되는 출력축, 상기 구동모터의 구동력을 상기 출력축으로 전달하는 감속기, 상기 토션바의 비틀림량을 감지하여 토크센싱신호를 출력하는 토크 센서, 상기 구동모터에 흐르는 전류를 검출하여 전류검출신호를 출력하는 전류검출부 및 상기 토크센싱신호를 입력받아 상기 스티어링 휠에 가해진 토크를 결정하여 상기 토크에 따라 상기 구동 모터의 추정전류를 결정하고, 상기 전류검출신호를 입력받아 상기 구동 모터에 흐르는 측정전류의 크기를 결정하며, 상기 추정전류의 크기와 상기 측정전류의 크기를 비교하여 상기 토크 센서 또는 상기 전류검출부의 오작동을 판단하는 전자제어유닛을 포함한다.

상기 전자제어유닛은 상기 토크에 따라 결정된 상기 스티어링 휠의 회전 각속도와, 상기 감속기의 기어비를 통하여 상기 구동모터의 회전 각속도를 결정할 수 있다.

상기 전자제어유닛은 상기 구동모터의 회전 각속도에 따른 상기 구동모터의 추정전류가 매핑된 테이블이나 상기 토크에 따른 상기 구동모터의 추정전류가 매핑된 테이블을 저장할 수 있다.

상기 전자제어유닛은 상기 측정전류와 상기 추정전류의 차가 임계값보다 작다고 판단하면, 상기 구동모터에 전류가 공급되도록 제어하고, 상기 측정전류와 상기 추정전류의 차가 임계값보다 크다고 판단하면, 상기 구동모터에 전류의 공급이 중지되도록 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 측정전류와 추정전류의 차가 임계값보다 클 경우 전동식 파워 스티어링 장치의 동작을 정지시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 동작의 순서도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치를 나타낸다.

입력축(110)은 일단이 운전석에 마련되는 스티어링 휠(미도시)에 결합되고, 토션바를 통하여 출력축(미도시)과 연결된다. 구동모터(120)는 입력축(110)과 소정의 각도를 이루면서 설치되며 조향보조력을 공급한다.

감속기(130)는 구동기어와 종동기어로 이루어지며 구동모터(120)의 회전축의 일단 및 출력축의 일단과 연결되어 구동모터(120)의 구동력을 출력축으로 전달한다.

토션바는 입력축(110)과 출력축의 상대적인 회전에 의하여 비틀리며, 토크 센서(140)는 입력축(110)과 출력축 사이에 위치하여 토션바의 비틀림량을 감지하여 토크센싱신호를 출력한다.

전자제어유닛(150)은 토크센서(140)로부터 토크센싱신호를 입력받아 스티어링 휠에 가해진 토크를 결정하고 토크에 따라 구동 모터(120)의 추정전류를 결정한다.

전류검출부(160)는 구동모터(120)에 흐르는 전류를 검출하여 전류검출신호를 전자제어유닛(150)에 출력하고, 전자제어유닛(150)은 전류검출신호를 입력받아 구동 모터(120)에 흐르는 측정전류의 크기를 결정한다. 이와 같은 전류검출부(160)는 홀 센서(hall sensor)나 션트(shunt) 저항을 포함할 수 있다.

이 때 전자제어유닛(150)은 구동모터(120)에 흐르는 측정전류의 크기와, 계산에 의하여 얻어지는 구동모터(120)의 추정전류의 크기를 비교하여 토크센서(140) 또는 전류검출부(160)의 오작동을 판단한다.

다음으로 구동모터(120)의 추정전류를 계산하는 과정에 대하여 상세히 설명된다.

구동모터(120)의 추정전류와 전압의 관계는 다음의 수학식 1과 같다.

[수학식1]

Vm = Rm x Im + Ke x Wm

Vm : 구동모터의 양단 전압, Rm : 구동모터의 저항,

Im : 구동모터의 추정전류, Ke : 구동모터의 역기전압 상수,

Wm : 구동모터의 회전 각속도

수학식1을 바탕으로 구동모터(120)의 추정전류는 다음의 수학식2를 통하여 계산될 수 있다.

[수학식2]

Im = (Vm - Ke x Wm) / Rm

이 때 구동모터(120)의 양단 전압(Vm), 구동모터(120)의 저항(Rm) 및 구동모터(120)의 역기전압 상수(Ke)는 일정하므로 구동모터(120)의 회전 각속도(Wm)에 따라 구동모터(120)에 흐르는 전류가 계산될 수 있다.

구동모터(120)의 회전 각속도(Wm)는 다음의 수학식 3을 통하여 얻을 수 있다.

[수학식3]

Wm = Ws x Kg

Ws : 스티어링 휠의 회전 각속도, Kg : 감속기의 기어비

스티어링 휠의 회전 각속도(Ws)는 스티어링 휠에 가해진 토크를 통하여 계산될 수 있으며, 감속기의 기어비(Kg)는 이미 결정되어 있으므로 수학식3에 의하여 구동모터(120)의 회전 각속도(Wm)가 계산될 수 있다. 즉, 전자제어유닛(150)은 스티어링 휠의 회전 각속도와 감속기(130)의 기어비를 통하여 구동모터(120)의 회전 각속도를 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 전자제어유닛(150)은 수학식1 내지 수학식3을 통하여 구동모터(120)의 추정전류(Im)를 계산할 수도 있고, 구동모터(120)의 회전 각속도(Wm)에 따른 구동모터(120)의 추정전류(Im)가 매핑된 테이블이나 스티어링 휠에 가해진 토크에 따른 구동모터(120)의 추정전류(Im)가 매핑된 테이블을 저장할 수 있다. 이와 같은 테이블의 저장에 따라 전자제어유닛(150)은 계산없이 회전 각속도(Wm) 또는 토크에 따라 추정전류(Im)를 결정할 수 있다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 동작에 대해서 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 동작의 순서도이다.

전자제어유닛(150)은 전류검출부(160)로부터 입력받은 전류검출신호에 따라 구동모터(120)의 측정전류를 결정하고, 토크센서(140)로부터 입력받은 토크센싱신호에 해당되는 토크를 통하여 구동모터(120)의 추정전류를 결정한다(S200).

전자제어유닛(150)은 전류검출부(160)로부터 입력받은 전류검출신호에 따라 결정된 구동모터(120)의 측정전류와, 토크센서(140)로부터 입력받은 토크센싱신호에 해당되는 토크를 통하여 결정된 구동모터(120)의 추정전류를 비교하여 측정전류와 추정전류의 차가 임계치보다 작은 지를 판단한다(S210). 추정전류의 계산에 관한 설명은 앞서 이루어졌으므로 이에 대한 생략된다.

전자제어유닛(150)이 측정전류와 추정전류의 차가 임계값보다 작다고 판단하면, 전자제어유닛(150)은 구동모터(120)에 전류가 공급되도록 제어한다(S220).

또한 전자제어유닛(150)이 측정전류와 추정전류의 차가 임계값보다 크다고 판단하면, 전자제어유닛(150)은 구동모터(120)에 전류의 공급이 중지되도록 제어한다(S230).

즉 측정전류와 추정전류의 차가 임계값보다 클 경우 토크센서(140) 또는 전류검출부(160)의 동작이 비정상적으로 이루어지거나 비정상적으로 이루어질 가능성이 크다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 측정전류와 추정전류의 차가 임계값보다 클 경우 구동모터(120)에 전류의 공급이 중지함으로써 토크센서(140) 또는 전류검출부(160)의 이상 동작에 대처할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

조향보조력을 공급하는 구동모터를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서,
일단이 스티어링 휠과 결합되는 입력축;
토션바를 통하여 상기 입력축과 연결되는 출력축;
상기 구동모터의 구동력을 상기 출력축으로 전달하는 감속기;
상기 토션바의 비틀림량을 감지하여 토크센싱신호를 출력하는 토크 센서;
상기 구동모터에 흐르는 전류를 검출하여 전류검출신호를 출력하는 전류검출부; 및
상기 토크센싱신호를 입력받아 상기 스티어링 휠에 가해진 토크를 결정하여 상기 토크에 따라 상기 구동 모터의 추정전류를 결정하고, 상기 전류검출신호를 입력받아 상기 구동 모터에 흐르는 측정전류의 크기를 결정하며, 상기 추정전류의 크기와 상기 측정전류의 크기를 비교하여 상기 토크 센서 또는 상기 전류검출부의 오작동을 판단하는 전자제어유닛
을 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 전자제어유닛은
상기 토크에 따라 결정된 상기 스티어링 휠의 회전 각속도와, 상기 감속기의 기어비를 통하여 상기 구동모터의 회전 각속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 전자제어유닛은
상기 구동모터의 회전 각속도에 따른 상기 구동모터의 추정전류가 매핑된 테이블이나 상기 토크에 따른 상기 구동모터의 추정전류가 매핑된 테이블을 저장하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 전자제어유닛은
상기 측정전류와 상기 추정전류의 차가 임계값보다 작다고 판단하면, 상기 구동모터에 전류가 공급되도록 제어하고,
상기 측정전류와 상기 추정전류의 차가 임계값보다 크다고 판단하면, 상기 구동모터에 전류의 공급이 중지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.