KR20150063671A - 전동식 조향장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

전동식 조향장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치의 페일세이프 기술에 관한 것이다.
본 발명은, 모터의 구동을 제어하는 인버터부; 및 상기 인버터부의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 MCU를 포함하되, 상기 MCU는, 상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 인버터부에서 상기 모터로 인가되는 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.

Description

전동식 조향장치 및 그의 제어방법{ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS AND CURRENT CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 조향장치의 페일세이프 기술에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치와 전동식 조향장치가 사용되고 있다.
유압식 조향장치는 조향보조동력을 공급하는 동력원인 유압펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데에 비해 전동식 조향장치는 조향휠의 회전에 의해 조향토크가 발생하면, 발생된 조향토크에 비례하는 조향보조동력을 모터가 공급한다. 따라서 전동식 조향장치를 사용하는 경우에는 유압식 조향장치를 사용하는 경우에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
전동식 조향장치는 조향휠의 회전에 의해 발생한 조향토크가 랙-피니언 기구부를 거쳐서 랙바에 전달되고, 발생된 조향토크에 따라 모터에서 발생한 조향보조동력이 랙바에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향휠에 의해 발생한 조향 토크와 모터에서 발생한 조향보조동력이 합쳐져서 랙바를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
이러한 상기 전동식 조향장치는 전원이 공급되고 기준 전압 이상이 되어야 모터가 구동을 시작할 수 있으며, 모터로 인가되는 전류에 따라 모터의 회전속도와 방향이 결정된다.
따라서, 장치 내 이상이 발생하는 경우 상기 모터로 인가되는 전류를 차단해야 모터의 손상을 방지할 수 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 조향 장치 내부에 이상이 발생한 경우, 모터로 인가되는 구동전원을 신속히 차단할 수 있도록 하는 전동식 조향장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 모터의 구동을 제어하는 인버터부; 및 상기 인버터부의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 MCU를 포함하되, 상기 MCU는, 상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 인버터부에서 상기 모터로 인가되는 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 인버터부의 제어에 따라 모터를 구동시키는 모터 구동단계; 및 상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 모터로 인가되는 구동 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 페일-세이프단계를 포함하는 전동식 조향장치의 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 페일 세이프 동작을 수행하기 위한 별도의 소자를 구비하지 않더라도 안정적인 페일 세이프 동작이 이루어질 수 있도록 함에 따라 전동식 조향장치의 생산에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안정적인 페일 세이프 동작이 이루어짐에 따라 장치의 동작 이상에 의한 모터의 소손을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도2는 도1에 있어서, MCU의 내부 구성이 도시된 블록도이다.
도3은 도1의 전동식 조향장치에 있어서 내부 회로가 도시된 회로도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법이 도시된 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 하며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치는, 크게 모터(10)와, 상기 모터(10)의 구동을 제어하는 인버터부(20)와, 상기 인버터부(20)의 동작을 제어하는 MCU(30)를 포함하고, 상기 MCU(30) 및 인버터부(20)에 전원을 공급하는 전원공급수단(40)을 포함한다.
상기 인버터부(20)는 복수의 스위칭 소자로 이루어지며, 상기 MCU(30)로부터 전달된 온/오프 제어신호에 따라 각 스위칭 소자가 온/오프를 반복하면서 상기 모터(10)로 전류가 공급되도록 하고, 상기 스위칭 소자의 온오프 동작에 따라 공급된 전류에 의해 상기 모터(10)의 회전 속도 또는 회전 방향이 결정된다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치에 있어서, 상기 MCU(10)는 상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 인버터부(20)에서 상기 모터(10)로 인가되는 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부(20)로 전달한다.
즉, 상기 MCU(30)는, 상기 모터(10)에 대해 이상(페일, fail) 발생을 감지하면 상기 모터(10)로 동작전원이 인가되지 않도록 하는 페일-세이프 제어를 수행하게 되는데, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치에서는, 페일-세이프 제어에 따른 페일-세이프 동작이 기존의 전동식 조향장치에서 구현되던 별도의 페일-세이프 수단에서 수행되는 것이 아니라, 스위칭 동작을 수행하는 인버터부(20)에서 함께 수행되도록 함으로써 상기 별도의 페일-세이프 수단이 구비될 필요가 없으며 이에 따라 페일-세이프 수단을 구비하는데 소비되는 비용을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치에 있어서, 상기 MCU(30)에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도2는 도1에 있어서, MCU의 내부 구성이 도시된 블록도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치에 있어서, 상기 MCU(30)는, 크게 스위칭 제어부(미도시)와, 전류 검출부(140)와, 페일세이프 제어부(130)를 포함한다.
스위칭 제어부는, 인버터부(20)에 구비된 각 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성한다.
전류 검출부(140)는 상기 모터 양단의 입출력 전류를 검출하고, 페일세이프 제어부(130)는 상기 전류 검출부(140)로부터 전달받은 입출력 전류의 전류값을 토대로 상기 모터의 페일 여부를 판단하고 판단결과에 따라 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부(20)로 전달한다.
상기 스위칭 제어부 및 페일세이프 제어부(130)에 대해 도3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도3은 도1의 전동식 조향장치에 있어서 내부 회로가 도시된 회로도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치는, 상술한 바와 같이 모터(10)와, 전원공급수단(Battery, 40)과, MCU(30)와, 인버터부(20)를 포함한다.
이때 상기 인버터부(20)는, 4개의 스위칭 소자가 H-bridge 회로를 구성하게 되는데, H-bridge 회로의 하이사이드 측에는 복수의 릴레이 소자(하이사이드 릴레이 소자, R1, R2)가 각각 구비되며, 로사이드 측에는 복수의 FET 소자(로사이드 FET 소자, M1, M2)가 각각 구비될 수 있다.
상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)는 전원공급수단(40)의 (+)단 및 모터(10)와 각각 연결되어, MCU(30)로부터 전달되는 제어신호(R1_Control, R2_Control)에 따라 전원공급수단(40)으로부터 공급되는 전원이 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)를 통해 상기 모터(10)로 전달될 수 있도록 한다.
상기 로사이드 FET소자(M1, M2)는 각각 드레인단이 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)의 일측 및 상기 모터(10)와 연결되고, 소스단이 접지(GND)와 연결된다.
이에 따라 상기 MCU(30)의 스위칭제어부는 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어신호(R1_Control, R2_Control)를 생성하는 하이사이드 릴레이 구동제어부(110)와, 상기 로사이드 FET 소자(M1, M2)의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어신호(M1_Gate, M2_Gate)를 생성하는 로사이드 FET 구동제어부(120)를 포함할 수 있다.
상기 페일세이프 제어부(130)는, 상술한 바와 같이 상기 전류 검출부(140)로부터 전달받은 입출력 전류의 전류값을 토대로 상기 모터(10)의 페일 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 페일세이프 제어부(130)는, 모터(10)의 회전 위치를 검출하기 위해 모터(10)측에 구비되는 홀센서(미도시)와 연결되어, 홀센서로부터 전달받은 모터의 위치정보를 토대로 상기 홀 센서의 이상 여부를 판단할 수도 있다.
본 명세서에서, 상기 페일세이프 제어부(130)는, 모터(10) 양단의 전류값을 토대로 모터(10)의 페일 여부를 판단하는 경우를 예로 하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 홀센서의 페일 여부를 감지하거나, 상기 전동식 조향장치에서 정보를 전달받는 여러 센서, 예를 들어 차속센서, 토크센서, 조향각 센서 등의 페일 여부를 함께 감지할 수도 있다.
상기 페일세이프 제어부(130)는, 상기 모터(10)에 페일이 발생한 것으로 판단되면, 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)가 턴오프되는 릴레이 오프 제어신호를 생성하여 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)로 전달한다.
상기 스위칭부는 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)와 로사이드 FET 소자(M1, M2)의 온/오프가 번갈아 일어남에 따라 상기 모터가 회전할 수 있도록 하는데, 상기 스위칭부의 동작 중 릴레이 오프 제어신호가 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)로 전달되면 즉각적으로 상기 하이사이드 릴레이(R1, R2)가 턴-오프(turn-off)됨에 따라 스위칭 동작이 중지되며 이에 따라 상기 모터(10)에 더이상의 전류가 인가되지 않아 상기 모터(10)가 보호된다.
상기 페일세이프 제어부(130)는, 페일이 발생한 것으로 판단되면, 페일이 발생하였음을 운전자가 인식할 수 있도록 알림제어신호를 생성하여 HMI(human-machine interface, 미도시)에 전달할 수 있다.
또한, 상기 페일세이프 제어부(130)는, 페일이 발생한 것으로 판단된 시점부터 미리 정해진 일정 시간동안 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)가 오프 상태를 유지하고, 상기 미리 정해진 일정 시간이 경과하면 다시 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)가 턴-온되면서 상기 하이사이드 릴레이 구동제어부(110) 및 로사이드 FET 구동제어부(120)로부터의 제어신호에 따라 스위칭 동작이 정상적으로 이루어질 수 있도록 제어할 수도 있다.
또한, 상기 페일세이프 제어부(130)는, 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)로 릴레이 오프 제어신호를 전달한 뒤, 미리 정해진 주기에 따라 상기 모터(10)의 상태를 확인할 수 있으며, 확인결과 상기 모터(10)가 정상상태인 것으로 판단되면, 릴레이 온 제어신호를 생성하여 상기 하이사이드 릴레이 소자(R1, R2)로 전달함으로써 상기 인버터부(20)의 H-bridge회로가 정상적인 스위칭 동작을 수행할 수 있도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법은 다음과 같다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법은, 전동식 조향장치에 동작 개시 명령이 전달되면(S110), 인버터부의 제어에 따라 모터를 구동시키는 단계(S120)와, 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 모터로 인가되는 구동 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 단계(S130-S150)를 포함한다.
상기 모터를 구동시키는 단계(S120)는, 하이사이드 릴레이 구동제어부로부터 제공된 릴레이 온 제어신호에 따라 하이사이드 릴레이 소자가 각각 턴-온 상태가 되고, 로사이드 FET 구동제어부로부터 제공된 FET 오프 제어신호에 따라 로사이드 FET 소자가 턴-오프 상태가 되면 상기 전원공급수단으로부터의 전류가 온 상태의 하이사이드 릴레이 소자를 통해 모터로 전달된다.
그 다음, 하이사이드 릴레이 구동제어부로부터 제공된 릴레이 오프 제어신호에 따라 하이사이드 릴레이 소자가 각각 턴-오프 상태가 되고, 로사이드 FET 구동제어부로부터 제공된 FET 온 제어신호에 따라 로사이드 FET 소자가 턴-온 상태가 되면 상기 전원공급수단으로부터의 전류가 모터로 전달되지 못하게 되며, 하이사이드측 소자와 로사이드측 소자가 번갈아 온/오프 동작을 반복함에 따라 상기 모터가 회전하게 된다.
상기 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 단계는, 전류검출부로부터 전달된 상기 모터의 입출력 전류값을 토대로 상기 모터의 페일 여부를 판단할 수 있으며(S130), 판단결과 페일이 발생한 경우 페일-세이프 제어신호로서 릴레이 오프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부의 하이사이드측 릴레이 소자로 전달한다.(S140, S150)
상기 하이사이드측 릴레이 소자는 전달받은 릴레이 오프 제어신호에 따라 오프 상태를 갖게 되며 상기 하이사이드측 릴레이 소자가 오프 상태가 됨에 따라 전원공급수단으로부터의 전류가 상기 모터로 인가되지 못해 상기 모터가 보호될 수 있으며 이에 따라 상기 모터의 소손을 방지할 수 있다.
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 것이며, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
10: 모터 20: 인버터부
30: MCU 40: 전원공급수단

Claims (5)

  1. 전동식 조향장치에 있어서,
    모터의 구동을 제어하는 인버터부; 및
    상기 인버터부의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 MCU를 포함하되,
    상기 MCU는, 상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 인버터부에서 상기 모터로 인가되는 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    하이사이드 측에 배치된 복수의 릴레이 소자와 로사이드 측에 배치된 복수의 FET 소자를 포함하는 H-브리지 회로인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 MCU는,
    상기 릴레이 소자의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 하이사이드 릴레이 스위칭제어부;
    상기 FET 소자의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 로사이드 FET 스위칭제어부; 및
    오작동을 감지하면, 상기 인버터부의 복수의 릴레이 소자가 모두 off 상태가 되도록 하는 릴레이 오프 제어신호를 생성하는 페일세이프 제어부
    를 포함하는 전동식 조향장치.
  4. 전동식 조향장치의 제어방법에 있어서,
    인버터부의 제어에 따라 모터를 구동시키는 모터 구동단계; 및
    상기 전동식 조향장치의 동작 이상을 감지하는 경우, 상기 모터로 인가되는 구동 전원이 차단되도록 하는 페일-세이프 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 제공하는 페일-세이프단계
    를 포함하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 페일-세이프단계는,
    동작 이상을 감지하는 경우, 상기 인버터부의 하이사이드측 릴레이 소자가 모두 off 상태가 되도록 하는 상기 페일-세이프 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
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