KR100316911B1 - 차량의 파워 스티어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 스티어링 휠 조작을 가볍게 하는 파워 스티어링의 조향력을 모터의 회전력으로 조정할 수 있도록 한 차량의 파워 스티어링에 관한 것이다.

본 발명은 차속을 감지하는 차속 센서와; 파워 스티어링 휠의 회전 토오크를 감지하는 토오크 센서와; 상기 토오크 센서로부터 감지된 회전 토오크와 차속 센서로부터 감지된 차속신호를 기설정된 프로그램에 의하여 자기진단, 복원력, 관성보상, 고속 댐핑을 제어하는 제어부와; 상기 제어부에서 제어된 신호를 받아 회전하면서 파워 스티어링 휠에 조향력을 보조하는 모터부와; 상기 모터부의 모터 회전에 따른 회전 위치를 감지하여 파워 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 위치 센서부를 포함을 특징으로 한다.

Description

차량의 파워 스티어링{POWER STEERING OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 파워 스티어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 스티어링 휠 조작을 가볍게 하는 파워 스티어링의 조향력을 모터의 회전력으로 조정할 수 있도록 한 차량의 파워 스티어링에 관한 것이다.

종래의 파워 스티어링은 엔진의 구동력을 이용하여 파워 스티어링용 오일펌프를 펌핑하고, 이 오일펌프에 의하여 펌핑된 오일로 스티어링 기어의 피스톤을 좌우로 이동시켜 차량의 바퀴를 돌려 선회를 할 수 있게 한다.

상기 파워 스티어링 오일펌프는 송풍기 타입으로 10 매의 날개가 압축/토출을 반복하여 가압된 유체를 호스를 통해서 스티어링용 기어박스로 송출한다.

상기 송출된 유체는 기어박스내의 로타리 밸브를 통해서 조향보조력을 좌/우 실린더에 공급하여 최종적으로 운전자의 조향력을 보조하게 되는 것이다.

그러나 상기 파워 스티어링은 유압에 의하여 조향력을 보조하게 되므로, 상기 유압 작동으로 인한 펌프 구동으로 인한 펌프소음, 유체 흐름에 의한 유동소음, 그리고 오일 부족등이 발생으로 인하여 신뢰성에 문제점을 가지게 되었다.

뿐만 아니라, 상기 파워 스티어링은 엔진의 구동력에 의하여 조정되므로, 상기 엔진에 이상 발생시 정상적인 조정이 이루어지지 않는 문제점을 가지게 되었다.

또한 상기 파워 스티어링은 장치의 구성 및 결합이 매우 복잡하여, 유지 보수시 조정이 어려운 문제점을 가지게 되었다.

본 발명의 목적은 파워 스티어링의 조향력을 전자제어장치와 모터의 회전력으로 수행하도록 하여 파워 스티어링 조향시 작동소음 감소 물론, 엔진 이상시에도 조향력을 잃지 않는 신뢰성 있는 파워 스티어링을 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 본 발명 파워 스티어링의 제어블럭도.

도 2는 본 발명 파워 스티어링의 제어 블럭선도.

도 3은 본 발명 파워 스티어링의 전체 플로우챠트.

도 4는 본 발명 파워 스티어링의 자기진단 루틴 플로우챠트.

도 5는 본 발명 파워 스티어링의 메인 루틴 플로우챠트.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 차속을 감지하는 차속 센서와; 파워 스티어링 휠의 회전 토오크를 감지하는 토오크 센서와; 상기 토오크 센서로부터 감지된 회전 토오크와 차속 센서로부터 감지된 차속신호를 기설정된 프로그램에 의하여 자기진단, 복원력, 관성보상, 고속 댐핑을 제어하는 제어부와; 상기 제어부에서 제어된 신호를 받아 회전하면서 파워 스티어링 휠에 조향력을 보조하는 모터부와; 상기 모터부의 모터 회전에 따른 회전 위치를 감지하여 파워 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 위치 센서부를 포함을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면, 파워 스티어링 휠의 조향은 토오크 센서에서 감지된 회전 토오크와 차속 센서로부터 감지된 차속을 전자제어장치로 제어하고, 이 제어된 신호는 모터를 회전시켜 모터의 회전력으로 파워 스티어링 휠에 조향력을 보조함으로써, 파워 스티어링 구동시 유체소음이나 구동소음을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진 이상시에도 조향력을 잃지 않고 조향할 수 있어 파워 스티어링의 조향력에 신뢰성을 향상해 주게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 파워 스티어링의 제어블럭도로서, 차량 주행시 차속을 감지하는 차속 센서(10)와; 파워 스티어링 휠의 조향시 회전 토오크를 감지하는 토오크 센서(11)와; 상기 토오크 센서(11)로 부터 감지된 스티어링 휠의 회전 토오크와 차속 센서(10)로 부터 감지된 차속신호를 기설정된 프로그램에 의하여 제어하여 모터의 회전 제어 및 자기진단, 복원력, 관성보상, 고속 댐핑을 제어하는 제어부(12)와; 상기 제어부(12)에서 제어된 신호를 받아 회전력하면서 파워 스티어링 휠에 조향력을 보조하는 모터부(13)와; 상기 모터부(13)의 모터 회전위치를 감지하여 파워 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 위치 센서부(14)로 구성하게 된다.

상기 토오크 센서(11)는 스티어링 기어박스내에 장착되게 되며 비접촉 인닥던스를 타입으로 구성된다.

상기 모터부(13)는 스티어링 기어박스내에 장착되며 브레시레스 모터로 구성되게 되며, 모터의 감속은 상기 볼 스크류(BAll SCREW)타입으로 회전력을 감속하며 랙(RACK)의 직선 왕복운동으로 추진력을 전달하도록 구성된다.

도면중 미설명 부호 15 는 이그니션 스위치이고, 16 은 모터 구동부의 전원공급 릴레이 이며, 17 은 밧데리이고, 18 은 전원회로 워치독이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 차량을 운행하기 위하여 이그니션 스위치(15)를 온시키게 되면, 밧데리(16)로 부터 전압이 전원회로 워치독(17)을 통해서 스타터 모터(도시되지 않음)에 인가되어 엔진 구동을 스타트시킴과 아울러 제어부(12)에 전원전압을 공급하게 된다.

따라서 제어부(12)에서는 도 3 에 도시한 바와 같이 초기화 상태를 유지하게 되고(단계(300), 상기 제어부(12)가 초기화된 상태에서 임의로 기설정된 소정의 지연시간을 갖게 된다(단계310).

이때 지연시간은 시동시 시동키 위치의 연속적 변화에 따른 연속적 릴레이 온/오프 반복 동작을 방지하기 위해서 이다.

이어서 상기 임의로 기설정된 소정의 지연시간이 경과하게 되면, 제어부 (12)에서는 메인 릴레이(16)를 접촉(온)하면서 모터 구동부(13)에 구동전압을 공급하게 된다.

그리고 제어부(12)에서는 자기 진단 루틴을 수행하게 되는데(단계320), 이때 자기 진단 루틴은 도 4에 도시한 바와 같이 모터, 토오크 센서, 차속, 엔진 회전수, 모터 구동 소자로 체크하게 된다(단계330).

이어서 상기 모터, 토오크 센서, 차속, 엔진 회전수, 모터 구동 소자에 이상이 발생하였는가를 판단한다(단계(331). 이때 판단 결과 이상이 없으면 리턴하여 다음 루틴을 수행하게 된다

그러나 이상이 발생하였으면 메인 릴레이(16)를 오프시키고(단계332), 이어서 상기 모터, 토오크 센서, 차속 센서, 엔진회전수, 모터 구동 소자들이 정상으로 회복되었는가를 판단된다(단계333).

이때 정상으로 회복되지 않았으면 상기 정상으로 회복될 때까지 반복하여 체크하게 되고, 반면에 정상으로 회복되었으면 상기 메인 릴레이(16)를 다시 온시키고 리턴하게 된다(단계334).

상기와 같이 자기진단루틴이 완료되게 되면, 상기 제어부(12)에서는 주메인 루틴을 수행하게 된다(단계340).

따라서 상기 주메인 루틴은 도 5에 도시한 바와 같이, 파워 스티어링 휠의 회전에 따른 토오크 센서(11)로 부터 토오크 신호, 차속 센서(10)로부터 차속, 모터부(13)의 회전 위치에 따른 조향각을 감지하게 된다(단계340).

이어서 제어부(12)에서는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 토오크 센서(11)로 부터 감지되는 토오크 신호를 아날로그/디지탈 변환하고 이 변환된 신호에 대하여 토오크 변화율(dT/dt)을 산출한다(단계341).

그리고 상기 산출된 토오크 변화율이 데드존(dead zone)이상으로 출력되는가를 판단하게 된다(단계342).

이때 판단결과 상기 산출된 토오크 변화율이 데드존(dead zone)이상이면, 도 2 에 도시한 바와 같이 제어부(12)에서는 상기 차속 센서(10)로부터 입력되는 차속과 상기 토오크 변화율에 대하여 관성 보상 제어를 함과 아울러, 토오크와 차속에 대하여 기본 제어하여 상기 차속에 대하여 토오크의 보조력을 계산한다(단계346).

이어서 상기 계산된 토오크 보조력에 대하여 모터의 목표 전류를 결정한다(단계347).

이와 같이 목표 전류가 결정되면 상기 제어부(12)에서는 전류 비례 적분 제어하고 이 제어된 신호를 모터부(13)에 출력하여 모터를 회전시켜 조향력을 보조하게 된다.

그러나 상기 산출된 토오크 변화율이 상기 데드존(dead zone)이상이 아니고 이하이면 제어부(12)에서는 속도센서(10)로 부터 감지된 속도가 40kph 이상인가를 판단하게 된다(단계343).

이때 판단결과 차속이 40kph 이상이면 제어부(12)에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 모터부(13)로 부터 모터의 전류와 전압에 대하여 모터의 회전속도를 추정하고, 이 추정된 회전속도와 상기 차속에 대하여 고속 댐핑 제어하여(단계344) 고속 댐핑 제어로 모터의 목표 전류를 결정한 후 이 결정된 목표전류로 모터부(13)의 모터를 회전시켜 조향력을 보조하게 된다.

한편 상기 차속이 40kph 이하이면 제어부(12)에서는 도 2 에 도시한 바와 같이, 차속 센서(10)로 부터 감지된 차속과, 상기 모터부(13)의 모터 회전에 따른 위치 센서(14)로부터 감지된 회전위치로 조향각을 추정하고 이 추정된 조향각으로 복원 듀티를 연산하고(단계345), 상기 연산된 복원 듀티로 목표전류를 결정한 후 이 결정된 목표전류로 모터부(13)의 모터를 회전시켜 조향력을 보조하게 된다.

상기와 같이 목표 전류로 파워 스티어링 휠을 조향중에 상기 제어부(12)에서는 현재 조향중인 파워 스티어링 휠이 중립위치에 있는가를 판단하게 된다(단계350).

이때 파워 스티어링 휠의 중립 판단은 차속 센서(10)로 부터 감지된 차속이 60kph 이상, 토오크 센서(11)로 부터 감지된 토오크가 데드존(dead zone)이하인가 로 판단하게 된다.

따라서 상기 차속이 60khp 이상, 토오크가 데드존 이하가 아니면 상기 메인루틴(단계340)을 수행하면서 댐핑제어 및 복원 듀티를 제어하면서 파워 스티어링 휠의 조향력을 보조하게 된다.

반면에 상기 차속이 60khp 이상, 토오크가 데드존 이하이면 상기 제어부(12)에서는 파워 스티어링 휠의 중립위치를 설정한다(단계351).

이어서 도 2에 도시한 바와 같이, 차속 센서(10)로 부터 감지된 차속과, 상기 모터부(13)의 모터 회전에 따른 위치 센서(14)로부터 감지된 회전위치로 조향각을 연산하고(단계 352). 다시 주메인 루틴(340)으로 리턴하면서 파워 스티어링 휠의 조향력을 조정하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 파워 스티어링의 토오크와 차속으로 목표 전류를 결정하고 이 결정된 목표 전류로 모터를 구동시켜 파워 스티어링 휠의 조향력을 보조함으로써, 파워 스티어링 조향시 작동소음 감소 물론, 엔진 이상시에도 조향력을 잃지 않는 신뢰성 있는 파워 스티어링을 제공하게 되는 것이다.

Claims (5)

1. 차속을 감지하는 차속 센서와;

   파워 스티어링 휠의 회전 토오크를 감지하는 토오크 센서와;

   상기 토오크 센서로부터 감지된 회전 토오크와 차속 센서로 부터 감지된 차속신호를 기설정된 프로그램에 의하여 자기진단, 복원력, 관성보상, 고속 댐핑을 제어하는 제어부와;

   상기 제어부에서 제어된 신호를 받아 회전하면서 파워 스티어링 휠에 조향력을 보조하도록 스티어링 기어박스내에 브레시레스 모터로 구성되어 모터감속이 볼 스크류(BAll SCREW)타입으로 회전력을 감속하며 랙(RACK)의 직선 왕복운동으로 추진력을 전달하도록 구성된 모터부와;

   상기 모터부의 모터 회전에 따른 회전 위치를 감지하여 파워 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 위치 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 스티어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 토오크 센서는 스티어링 기어박스내에 장착되게 되며 비접촉 인닥던스를 타입으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 차량의 파워 스티어링.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부의 자기진단은 모터, 토오크 센서, 차속, 엔진회전수, 모터구동소자로 체크하고, 이상여부를 판단하여 이상이 없으면 리턴하고, 이상이 있으면 메인 릴레이를 오프시키고, 상기 모터, 토오크 센서, 차속, 엔진회전수, 모터구동소자들이 정상으로 회복되었는가를 판단하면서 정상으로 회복될 때까지 반복하여 체크하고 상기 메인 릴레이를 다시 온시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 차량의 파워 스티어링.
4. 제 1 항에 있어서 상기 제어부의 관성보상은 파워 스티어링 휠의 회전에 따른 토오크 센서로 부터 토오크신호, 차속 센서로부터 차속, 모터부의 회전위치에 따른 조향각을 감지하고, 상기 토오크 센서로부터 감지되는 토오크신호에 토오크 변화율을 산출한 후, 이 토오크 변화율이 데드존 이상인가를 판단하여 상기 토오크 변화율이 데드존 이상이면, 상기 차속 센서로 부터 감지된 차속과 상기 토오크 변화율에 대하여 관성 보상하도록 포함을 특징으로 하는 차량의 파워 스티어링.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부의 고속 댐핑과 복원 제어는 상기 산출된 토오크 변화율이 상기 데드존 이하이면 차속이 40kph 이상인가를 판단하고, 상기 차속이 40kph 이상이면 상기 모터부로부터 모터의 전류와 전압으로 모터의 회전속도를 추정하여 이 추정된 회전속도와 상기 차속으로 고속 댐핑 제어하며, 상기 차속이 40kph 이하이면 상기 차속과 위치 센서로 감지되어 추정된 조향각으로 복원듀티를 연산하고, 상기 연산된 복원 듀티하도록 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 스티어링.