KR100535985B1

KR100535985B1 - 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치

Info

Publication number: KR100535985B1
Application number: KR1020040046736A
Authority: KR
Inventors: 황준섭
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2005-12-09
Also published as: US20050283291A1; CN100358764C; CN1712297A; US7127341B2

Abstract

본 발명은 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치에 관한 것으로, 주 조향장치의 ECU 고장(Failure)시 ECU의 제어 신호에 따라 랙기어기구를 조작하는 모터에서 발생되는 조작토크를 제거해 백업 조향장치를 이용하여 적은 힘으로도 차량을 조타할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 운전석부위에 장착되어 차량을 조향하는 주 조향장치(A)와, 조수석에 장착되어 주 조향장치(A)의 고장(Failure)에 따른 위급 상황시 차량을 조향하는 백업 조향장치(B) 및 상기 주 조향장치(A) 고장시 백업 조향장치(A,B)가 조작이 구속되지 않도록 주 조향장치(A)로 공급되는 배터리(8)전원을 차단해 주는 스위칭수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치{Backup steering system for decreasing steering effort force}

본 발명은 차량의 백업 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주 조향장치의 작동 고장(Failure)시 보조 운전자에 의한 차량 조향을 위한 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 운전 교습용과 같이 운전이 미숙한 운전자가 차량을 주행하고 운전이 능숙한 운전자가 보조 운전자로서 탑승하여 위급 상황에 대처하여야 하는 차량의 경우에는, 통상적으로 운전석과 조수석에 모두 조향장치를 설치하게 된다.

이때, 주 조향장치인 운전교습자용 조향장치의 경우에는 조향컬럼등이 없이 모터의 동력을 매개로 랙기어기구를 조작하여 차량을 조타하는 SBW(Steer By Wire)타입으로 구성하는 반면, 백업 조향장치인 조수석에 탑승한 운전교육자용 조향장치의 경우에는 조향컬럼을 이용해 랙기어기구를 조작하여 차량을 조타하는 매뉴얼타입으로 구성하게 된다.

그리고, 조수석에 장착된 조향컬럼을 이용한 조향장치의 조작은 조향휠의 조작력이 조향컬럼을 통해 랙기어기구를 조작하는 반면, 운전석에 장착된 SBW(Steer By Wire)타입 조향장치는 조향휠의 조작시 조향휠의 조타각과 조타 토크(Torque)등을 근거로 하여 랙기어기구에 구비된 모터를 구동하는 콘트롤러인 ECU를 통해 모든 작동이 제어되어 진다.

그러나, 이와 같이 SBW(Steer By Wire)타입 조향장치와 조향컬럼을 이용한 조향장치를 장착하는 경우에는, 주 조향장치인 SBW(Steer By Wire)타입 조향장치를 작동하는 콘트롤러인 ECU가 고장(Failure)시 운전교육자용 매뉴얼 타입 조향장치의 조작이 용이하지 않고 매우 큰 조작력이 요구되는 현상이 있게 된다.

이는, 주 조향장치의 작동을 제어하는 ECU의 제어 신호에 따라 랙기어기구를 조작하는 모터의 조작토크가 완전히 해제되지 않은 즉, 상기 ECU 고장(Failure)시 모터로 공급되는 전원을 완전히 차단하여 랙기어기구와 맞물린 모터가 갖는 조작토크가 해제된 상태를 형성하지 못하기 때문이며, 이로 인해 매뉴얼 타입 조향장치의 조작시 상기 모터의 조작토크를 이겨낼 수 있는 매우 큰 조향 조작력이 필요해 특히, 위급 상황시 차량을 신속하게 조작할 수 없는 현상이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 주 조향장치의 ECU 고장(Failure)시 ECU의 제어 신호에 따라 랙기어기구를 조작하는 모터에서 발생되는 조작토크를 제거해 백업 조향장치를 이용하여 적은 힘으로도 차량을 조타할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠의 조타각과 작용 토크 및 차륜변화 정도를 감지해 요구되는 필요 토크를 산출하는 메인ECU와, 이 메인ECU에서 산출된 제어 신호에 따라 산출된 운전자의 조향휠 조작력을 보조하기 위한 토크를 가하는 반력모터, 상기 메인ECU에서 산출된 제어 신호에 따라 운전자의 조향휠 조작에 상응하는 토크를 발생하는 랙구동모터 및 상기 랙구동모터에 의해 직선 이동되는 랙바에 타이로드를 매개로 연결된 차륜을 조향휠 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구로 이루어진 주 조향장치와;

백업조향휠의 조작력을 직접 받아 조타각에 상응하는 회전력을 발생하는 조향컬럼과, 상기 주 조향장치의 랙구동모터와 기어를 매개로 치합됨과 더불어 상기 조향컬럼에 형성된 피니언에 치합되는 랙크를 형성해 타이로드를 매개로 연결된 차륜을 백업조향휠의 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구 및 상기 메인ECU의 고장상태 를 감지해 백업ECU로 이루어진 백업 조향장치 및;

상기 주 조향장치의 메인ECU의 고장시 메인ECU의 제어 신호에 따라 배터리의 전원을 차단하도록 오프됨과 더불어 상기 백업 조향장치의 백업ECU에 의해 오프상태로 절환되는 릴레이로 이루어진 스위칭수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 운전석부위에 장착되어 차량을 조향하는 주 조향장치(A)와, 조수석에 장착되어 주 조향장치(A)의 고장(Failure)에 따른 위급 상황시 차량을 조향하는 백업 조향장치(B) 및 상기 주 조향장치(A) 고장시 백업 조향장치(A,B)가 조작이 구속되지 않도록 주 조향장치(A)로 공급되는 배터리(8)전원을 차단해 주는 스위칭수단으로 이루어진다.

그리고, 상기 주 조향장치(A)는 조향휠(S)의 조타각과 토크를 검출하는 조타각·토크센서(2,3)와 조향시 차륜(W)을 조작하도록 이동되는 랙바의 위치를 검출하는 랙센서(4)들의 신호를 받음과 더불어 스위칭수단을 절환시키는 메인ECU(1)와, 이 메인ECU(1)에서 산출된 제어 신호에 따라 산출된 운전자의 조향휠(S) 조작력을 보조하기 위한 토크를 가하는 반력모터(5), 상기 메인ECU(1)에서 산출된 제어 신호에 따라 운전자의 조향휠(S) 조작에 상응하는 토크를 발생하는 랙구동모터(6) 및 상기 랙구동모터(6)에 의해 직선 이동되는 랙바에 타이로드를 매개로 연결된 차륜(W)을 조향휠(S) 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구(R)로 이루어진다.

또한, 상기 백업 조향장치(B)는 백업조향휠(Sa)의 조작력을 직접 받아 조타각에 상응하는 회전력을 발생하는 조향컬럼(SC)과, 주 조향장치(A)의 랙구동모터(6)에 의해 작동됨과 더불어 상기 조향컬럼(SC)에 형성된 피니언에 치합되는 랙크를 형성해 타이로드를 매개로 연결된 차륜(W)을 백업조향휠(Sa)의 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구(R) 및 조향휠(S)의 조타각을 검출하는 조타각센서(2)와 랙기어기구(R)의 랙바 위치를 검출하는 랙센서(4)들을 감지하면서 메인ECU(1)의 고장(Failure)상태를 감지해 스위칭수단을 절환시키는 백업ECU(10)로 이루어진다.

그리고, 상기 스위칭수단은 주 조향장치(A)를 제어하는 메인ECU(1)의 고장(Failure)시 배터리(8)의 전원을 차단하도록 오프(Off)됨과 더불어 백업 조향장치(B)의 백업ECU(10)에 의해 재차 오프(Off)되도록 절환되는 릴레이(7)로 이루어진다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 주 조향장치(A)가 정상적으로 작동되는 경우에는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 운전석에 구비된 조향휠(S)을 조작하게 되면, 이 조향휠(S)의 조타각과 발생된 토크를 각각 조타각센서(2)와 토크센서(3)를 통해 메인ECU(1)가 감지하게 되고, 이에 따라 상기 메인ECU(1)는 운전자의 조향휠(S)조작에 상응해 차륜(W)을 조작하기 위한 조향 토크 산출과 더불어 운전자가 느끼는 조향휠(S)에 대한 조향 에포트(Effort)에 적합한 반력 토크를 산출하게 된다.

이어, 상기 메인ECU(1)에서 산출된 토크값에 따라 반력모터(5)를 구동시켜 조향휠(S)의 조향 에포트(Effort)를 발생시킴과 더불어 랙구동모터(6)로 제어 신호를 보내 구동시켜 주게 되면, 상기 랙구동모터(6)의 회전력이 기어를 매개로 랙기어기구(R)로 전달 즉, 상기 랙구동모터(6)의 피니언과 랙기어기구(R)를 이루는 랙바에 형성된 랙크간의 치합에 의해 랙바가 랙구동모터(6)의 회전정도에 따라 직선 이동되고, 이에 따라 상기 랙바의 이동이 타이로드를 통해 차륜(W)으로 전달되어 차륜(W)을 조향휠(S)의 조타각에 상응하도록 조작하게 된다.

이때, 상기 차륜(W)을 조작하는 랙바의 이동 정도를 감지하는 랙센서(4)가 랙바의 이동 량을 감지해 메인ECU(1)로 전송하게 되고, 이와 같은 랙바의 이동 정도를 측정한 메인ECU(1)는 측정된 값을 저장해 다시 조작되는 조향휠(S)에 대한 모터(5,6)의 구동 토크를 결정하는 인자(Factor)로서 고려하게 된다.

한편, 상기 주 조향장치(A)를 제어하는 메인ECU(1)가 고장(Failure)나는 경우에는 백업 조향장치(B)를 이용해 차량을 제어하게 되는데 즉, 주 조향장치(A)의 메인ECU(1)가 조향휠(S)의 조타각과 토크에 상응하는 토크를 산출해 모터(5,6)를 구동하지 못하는 경우에는 백업 조향장치(B)를 이용해 차량을 조향하게 된다.

이때, 상기 백업 조향장치(B)를 사용하여 차량을 조향하게 되는 경우에 백업ECU(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 주 조향장치(A)의 메인ECU(1)와 서로 통신하여 메인ECU(1)의 고장(Failure)을 판단하는데 이때, 상기 백업ECU(10)는 메인ECU(1)가 감지하는 조향휠(S)의 조타각과 랙구동모터(6)의 랙 전류(Current) 및 차륜(W)을 이동시키는 랙바의 이동량등을 모두 감지한 상태에서 이에 대한 메인ECU(1)의 반응을 통해 고장(Failure) 여부를 판단하게 된다.

즉, 주 조향장치(A)를 제어하는 메인ECU(1)가 고장(Failure) 상태로 되면, 배터리(8)의 전원을 랙기어모터(6)로 통전시키는 스위칭수단인 릴레이(7)는 이중 제어로 오프(Off)상태로 절환되는데 즉, 먼저 상기 메인ECU(1)가 릴레이(7)로 오프(Off) 신호를 보내 1차적으로 릴레이(7)를 오프상태로 절환시킴과 더불어 상기 메인ECU(1)의 고장(Failure)을 확인한 백업ECU(10)가 릴레이(7)로 재차 오프(Off) 신호를 보내 2차적으로 릴레이(7)를 오프상태로 절환시켜 주게 된다.

이와 같이, 상기 스위칭수단을 이루는 릴레이(7)를 이중적으로 오프(Off)상태로 절환시키는 것은 주 조향장치(A)의 메인ECU(1) 제어를 받는 랙구동모터(6)에 의한 랙기어기구(R)의 구속 상태를 해제하기 위해서인데 즉, 상기 랙구동모터(6)로 전원 공급 상태가 유지되면 랙기어기구(R)에 치합된 상태를 유지하는 랙구동모터(6)가 갖는 반력이 백업 조향장치(B)의 조작을 방해하기 때문이다.

이어, 상기 백업 조향장치(B)의 백업ECU(10)에 의해 오프(Off)상태로 절환된 릴레이(7)가 배터리(8)와 랙구동모터(6)간의 전원 회로를 차단한 상태에서 상기 백업 조향장치(B)의 백업조향휠(Sa)을 조작하게 되면, 상기 백업조향휠(Sa)의 조작력이 조향컬럼(SC)을 통해 랙기어기구(R)로 전달되어진다.

이에 따라, 상기 조향컬럼(SC)의 끝단부에 기어를 매개로 서로 치합된 랙기어기구(R)의 랙바가 백업조향휠(Sa)의 조타각에 상응하도록 이동되고, 이로 인해 상기 랙바에 연결된 타이로드를 매개로 차륜(W)을 조작해 원하는 대로 차량을 조향할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주 조향장치의 메인ECU 고장(Failure)시 주 조향장치를 구동하는 모터에 전원을 공급하는 릴레이가 주 조향장치의 메인ECU와 비상시 작동되는 백업 조향장치의 백업ECU에 의해 이중 체크(Check)되어 오프(Off)상태로 전환되므로, 주 조향장치의 랙기어기구를 조작하는 랙구동모터의 전원 통전 상태에 따른 모터 반력 생성 상태를 완전히 해제해 백업 조향장치의 조작을 용이하게 할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치의 회로 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 메인ECU 2 : 조타각센서

3 : 토크센서 4 : 랙센서

5 : 반력모터 6 : 랙구동모터

7 : 릴레이 8 : 배터리

10 : 백업ECU

A : 주조향장치 B : 백업조향장치

R : 랙기어기구 S : 조향휠

Sa : 백업조향휠 W : 차륜

Claims

조향휠(S)의 조타각과 작용 토크 및 차륜(W)변화 정도를 감지해 요구되는 필요 토크를 산출하는 메인ECU(1)와, 이 메인ECU(1)에서 산출된 제어 신호에 따라 산출된 운전자의 조향휠(S) 조작력을 보조하기 위한 토크를 가하는 반력모터(5), 상기 메인ECU(1)에서 산출된 제어 신호에 따라 운전자의 조향휠(S) 조작에 상응하는 토크를 발생하는 랙구동모터(6) 및 상기 랙구동모터(6)에 의해 직선 이동되는 랙바에 타이로드를 매개로 연결된 차륜(W)을 조향휠(S) 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구(R)로 이루어진 주 조향장치(A)와;

백업조향휠(Sa)의 조작력을 직접 받아 조타각에 상응하는 회전력을 발생하는 조향컬럼(SC)과, 상기 주 조향장치(A)의 랙구동모터(6)와 기어를 매개로 치합됨과 더불어 상기 조향컬럼(SC)에 형성된 피니언에 치합되는 랙크를 형성해 타이로드를 매개로 연결된 차륜(W)을 백업조향휠(Sa)의 조타각에 상응하도록 이동시키는 랙기어기구(R) 및 상기 메인ECU(1)의 고장상태 를 감지해 백업ECU(10)로 이루어진 백업 조향장치(B) 및;

상기 주 조향장치(A)의 메인ECU(1)의 고장시 메인ECU(1)의 제어 신호에 따라 배터리(8)의 전원을 차단하도록 오프됨과 더불어 상기 백업 조향장치(B)의 백업ECU(10)에 의해 오프상태로 절환되는 릴레이(7)로 이루어진 스위칭수단으로 구성된 조작력 경감 기능을 갖춘 차량의 백업 조향장치.