KR20160109286A - 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법 - Google Patents

후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후륜 조향을 사용하는 차량에서 자체 요인이나 외부 요인으로 인해 후륜 조향 모터가 잠금(Lock) 상태가 된 경우 고장 여부를 판단하여 운전자에게 알리고 정상상태로 복귀하도록 제어하는 방법을 제공한다. 이를 위한 본 발명에 따른 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법은, (a)모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 여부를 판단하는 단계와; (b)모터의 전류 소모량이 설정값 이상일 경우 모터의 잠김 상태 여부를 판단하는 단계와; (c)모터가 잠김 상태일 경우 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법{Method for deciding and recovering motor lock of rear wheel steering apparatus}
본 발명은 후륜 조향을 사용하는 차량에서 자체 요인이나 외부 요인으로 인해 후륜 조향 모터가 잠금(Lock) 상태가 된 경우 고장 여부를 판단하여 운전자에게 알리고 정상상태로 복귀하도록 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반 자동차에 적용되는 조향장치는 대개 전륜(前輪)을 통해 조향이 이루어질 수 있도록 구성되어 있는데, 이 경우 고속 주행을 하면서 선회를 하면 원심력 즉, 선회하는 속도에 비례하고, 선회하는 반경에 반비례하는 크기의 힘이 선회 외측으로 작용함으로써, 운전자는 감속 또는 선회 반경을 크게 하여야만 한다.
상기와 같이 선회 주행시 감속 또는 선회 반경을 크게 하는 것은 효과적인 주행이 죄지 못하기 때문에 최근에는 선회 주행 성능을 향상시키기 위한 수단으로 전륜 이외에 후륜(後輪)에도 조향장치를 부설하는 기술이 개발되어 일부 차량에는 적용되고 있는 실정이다.
상기와 같은 후륜 조향 차량의 경우 기존의 전륜 조향에서 채용하던 볼 스크류(ball screw) 방식과 달리 리드 스크류(lead screw)를 이용한 조향 방법이 많이 사용되고 있다.
이와 같은 후륜 조향 차량은 전륜 조향 차량에서와 같은 컬럼(column) 및 조향 휠(steering wheel)이 없기 때문에 리드 스크류 및 모터를 이용하여 조향이 이루어지고, 이로 인해 모터 체적 축소를 이용한 부피 감소가 가능한 장점을 갖는다.
즉, 조향 휠 없이 CAN(Controller Area Network) 통신(차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격)과 같은 통신 방법을 이용해 제어한다.
그러나, 이와 같은 후륜 조향 장치는 리드 스크류의 특성상 과도한 조향 진행 시 한쪽으로 기계적인 끼임(Lock)이 발생될 수 있다.
이는 차량 내부의 자체 요인이나 혹은 외부 요인에 의해 발생될 수 있는데, 예를 들어, 후륜 조향 장치의 구동시 목표 조향 포지션(position)이 스탭(step) 형태로 입력되는 경우, 오버슛(Overshoot)으로 인해 리드 스크류가 목표 값보다 더 진행하게 되어 한쪽 끝에 박혀 잠길 수 있고, 조향 시스템 내부의 오류에 의해 잠김 상태가 될 수 있다.
또한, 외부 요인에 의해 잠기는 경우의 예를 들면, 후륜 조향 장치가 한쪽으로 제어(조향)된 상태에서 종료된 후(원상복귀 되지 않은 상태에서 종료), 조향 장치가 다시 온(ON) 되었을 때 타이어가 장애물에 의해 움직이지 못하는 경우가 있다. 이러한 경우 조향 초기 상태로 돌아오기 위하여 모터의 전류제어(토크제어)를 하게 되지만 외부 장애물로 인해 조향 초기 위치로 못 돌아올 수 있다. 이렇게 되면 모터에 인가되는 전류가 지속적으로 소모되어 전자제어유닛(ECU)에 과전류가 흐르게 되거나 모터가 과열되는 문제가 발생할 수 있다.
또 다른 외부 요인으로서, 후륜 조향 장치가 구동되는 중간에 이물질이 끼어들어 동작이 불가능하게 되거나, 또는 차량의 저속 주행시 노면과 타이어 사이의 마찰력이 커져서 조향 제어가 불가능해질 수 있다. 이와 같은 경우에도 지속적으로 전류제어 하기 위해 과전류를 발생시켜 전자제어유닛(ECU)이 과열로 인해 소손되거나 모터의 과열을 유발하는 문제를 야기하게 된다.
이와 같이, 후륜 조향 시스템 자체 요인이나 외부 요인에 의해 잠김(Lock) 발생 상황이 지속되면 초기 조향 위치로 돌아오도록 제어하기 위해 전류제어가 지속적으로 이루어지게 되어, 배터리 성능 저하를 유발하게 되고, 전자제어유닛(ECU) 및 모터 성능 저하 및 과열 발생을 유발하는 심각한 문제가 있었다.
한국 특허공개 제1994-0003802호(1994.03.12)
이에, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 차량의 후륜 조향 장치의 구동시 자체 요인 또는 외부 요인으로 인해 모터의 잠김(Lock) 상태가 지속되는 경우 이에 대한 고장 여부를 판단하여 운전자에게 알리고 정상상태로 복귀하도록 제어하는 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법은, (a)모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 여부를 판단하는 단계와; (b)모터의 전류 소모량이 설정값 이상일 경우 모터의 잠김 상태 여부를 판단하는 단계와; (c)모터가 잠김 상태일 경우 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 단계에서 모터의 전류 소모량의 기준이 되는 설정값은 모터에 인가되는 최대 토크전류의 백분율(%) 단위로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 (a) 내지 (c) 단계는 모터의 전류 소모량 기준이 되는 특정 설정값으로 구분된 복수의 구간단위별로 동시적으로 판단 작업이 수행될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상일 경우, 후륜 조향 시스템의 고장상황으로 판단하여 운전자에게 경고하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계에서 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상일 경우, 차속이 설정속도 이상인지 여부를 판단하여, 차속이 설정속도 이상일 경우 운전자에게 후륜 조향 시스템의 고장상황을 알리고, 차속이 설정속도 이하일 경우에는 차속이 설정속도 이상으로 될 때까지 후륜 조향 제어를 종료하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 구간단위별 모터의 전류 소모량에 대한 설정값이 클수록 모터의 잠김 시간에 대한 설정시간은 작도록 설정될 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 차량 후륜 조향 장치의 구동시 자체 요인 또는 외부 요인으로 인해 후륜 조향 시스템의 잠김(Lock) 상태가 지속되는 경우 이에 대한 고장 여부를 판단하여 운전자에게 알리고 정상상태로 복귀하도록 제어함으로써, 지속적인 과전류 인가로 인한 배터리의 성능 저하를 방지할 수 있고, 지속적인 과전류 인가에 따른 ECU의 소손 및 모터의 과열에 의한 성능저하를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
본 발명은 후륜 조향 시스템이 적용된 차량에 있어서, 후륜 조향 시스템 자체의 요인이나 혹은 외부의 요인으로 인해 후륜 조향 모터가 잠기게(lock) 된 경우, 이에 대한 판단을 하고 고장 여부를 진단하여 운전자에게 통보함과 동시에 정상상태로 복귀하도록 제어하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법은, 전자제어유닛(ECU)의 준비상태 및 배터리의 전압을 점검하는 단계(S110)와, 모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S120)와, 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상인지 여부를 판단하는 단계(S130)와, 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상일 경우 후륜 조향 시스템의 고장상황으로 판단하는 단계(S140)를 포함한다.
구체적으로, 첫 번째 단계인 S110 단계에서는 차량 내의 전자제어유닛(ECU)의 준비상태가 완료되었는지 여부를 판단하고, 아울러 배터리의 전압을 점검하여 배터리의 전압이 정상적으로 모터에 인가되는지의 여부를 판단하게 된다.
상기 S110 단계로부터 전자제어유닛(ECU)의 준비상태 및 배터리의 전압이 정상적으로 들어온 것으로 확인되면, 다음으로 모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 여부를 판단하게 된다.(S120)
즉, 상기 S120 단계에서는 모터에 흐르는 전류값을 측정하고, 모터에 흐르는 전류가 설정값 이상인지 여부를 판단하게 되는데, 이때, 상기 모터의 전류 소모량의 비교 기준이 되는 설정값은 모터에 인가되는 최대 토크(torque) 전류의 백분율(%)로 산정될 수 있다.
아울러, 상기 모터의 전류 소모량에 대한 비교기준이 되는 설정값은 복수의 구간별로 백분율(%) 값을 달리 적용하여 복수의 구간단위마다 모터의 전류 소모량과 설정값의 크기를 각각 동시적으로 비교 및 판단하게 된다.
예컨대, 도 1에서와 같이, 모터에 흐르는 전류가 최대 토크 전류의 90%, 60%, 30%, 10% 이상이 되는지의 여부를 각각 판단(S120-1, S120-2, S120-3, S120-4)하도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 S120-1, S120-2, S120-3, S120-4 단계는 동시에 이루어지도록 한다.
이어서, 상기 S120 단계로부터 모터에 흐르는 전류가 설정값(최대 토크 전류의 90%, 60%, 30%, 10%) 이상으로 판단될 경우, 다음으로 모터의 잠김 상태 여부를 판단하게 된다.
즉, 배터리로부터 모터에 전류가 지속적으로 인가되고 있는 중임에도 불구하고 모터의 회전이 이루어지지 않고 있는지 그렇지 아닌지의 여부를 판단하게 된다.
이때, 만일 모터가 회전되지 않은 잠김 상태에 있는 경우에는 그 시점부터 모터의 잠김 시간을 카운트(count)하게 되고, 모터가 잠겨 있지 않은 정상 상태일 경우에는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구와 관련된 제어 알고리즘을 종료하게 된다.
여기서, 모터의 잠김 상태에 여부에 대한 판단은 모터 측에 설치된 위치센서(position sensor)를 통해 가능하게 구현될 수 있다.
만일, 모터가 잠겨 있는 상태로 판단된 경우에는 그 시점부터 모터의 잠김 시간을 카운트하여 모터의 잠김 시간이 설정시간을 초과하는지 아닌지의 여부를 판단하게 된다.(S130)
그리고, 상기 모터의 잠김 시간을 판단하는 데에 있어 그 기준이 되는 설정시간은 위의 S120 단계에서와 마찬가지로 복수의 구간별로 설정시간 값을 달리 적용하여 복수의 구간단위마다 모터의 잠김 시간과 설정시간 값의 크기를 각각 동시적으로 비교 및 판단하게 된다.
이때, 구간단위별 모터의 전류 소모량에 대한 설정값(최대 토크 전류의 백분율 값)이 높게 설정될수록 모터의 잠김 시간 판단이 되는 설정시간은 작게 설정된다.
예컨대, 도 1에 도시된 것과 같이, 모터의 전류 소모량에 대한 설정값이 최대 토크 전류의 90%, 60%, 30%, 10% 로 설정된 각 구간별로 모터의 잠김 시간이 3초, 7초, 10초, 15초 이상이 되는지의 여부를 각각 판단하게 된다.(S130-1, S130-2, S130-3, S130-4)
이때, 상기 S130-1, S130-2, S130-3, S130-4 단계는 동시적으로 이루어지게 된다.
그리고, 상기 S130 단계의 판단 결과, 모터의 잠김 시간이 설정시간(3초, 7초, 10초, 15초) 이상으로 판단될 경우에는, 후륜 조향 장치에 이상(고장)이 있는 고장상황으로 판단하게 된다.(S140)
이와 같이 후륜 조향 장치의 동작에 오류가 있는 것으로 판단될 경우에는 상기 고장상황을 경고음, 경고등, 경고 메시지 등과 같은 여러 형태로 운전자에게 인지시켜 운전자가 후속조치를 취할 수 있도록 경고할 수 있다.
반대로, 상기 S130 단계에서 모터의 잠김 시간이 설정시간(3초, 7초, 10초, 15초) 보다 작다고 판단된 경우에는 상기 S110 단계로 다시 복귀시켜 S120 및 S130 단계의 과정을 반복적으로 수행하도록 한다.
한편, 상술한 S110 내지 S140 단계에 의한 후륜 조향 장치의 오류 판단은 차량이 속도를 전혀 고려하지 않은 것이다.
후륜 조향 장치에 있어서 모터의 잠김(Lock) 현상은 차량 외부요인이나 차량의 자체요인 등 여러 상황에서 발생될 수 있는데, 예를 들어, 차량이 정차된 상태에서 바퀴가 외부 구조물에 의해 구속되거나 타이어와 노면과의 마찰력에 의해 바퀴가 구속되는 등의 외부요인에 의해 모터의 잠김 현상이 발생될 수 있고, 또는 후륜 조향 장치 내에서 리드스크류가 어느 한쪽으로 과도하게 진행되어 한쪽에 끼임 현상이 발생하거나 또는 후륜 조향 장치 내에 이물질 등이 끼게 되는 차량 자체요인에 의해 모터의 잠김 현상이 발생될 수 있다.
따라서, 상기와 같은 모든 상황을 반영하기 위해서는 차량의 주행 속도가 반영된 모터의 잠김 판단이 필요하다.
만일, 후륜 조향 장치에 대한 고장 판단이 후륜 조향이 개시되는 시점의 차속(예컨대, 3㎞/h) 이하에서 발생한다면, 이는 차량의 정차 중인 상태에서 모터의 잠김(lock)이 발생한 것으로 간주할 수 있다.
즉, 차량이 정차된 상태에서 차량 외부요인이나 차량 자체요인에 의해 모터의 잠김이 발생될 수 있으며, 특히, 이러한 상황은 여러 가지의 잠김 요인 중에서 차량이 정차 중인 상태에서 타이어와 노면과의 마찰력이 과다하여 구동이 불가능한 상황이 큰 경우이다.
이때, 만약 차량의 정차 중에 이와 같은 상황이 지속된다면 전자제어유닛(ECU)에서 조향 장치 내의 모터에 지속적으로 큰 전류를 인가할 것이기 때문에 전류가 과다하게 흘러 전자제어유닛(ECU)이 과열로 인해 손상되고, 이로 인해 차량 전체의 에너지 효율에 악영향을 끼치게 될 것이다.
본 발명에서는 이와 같은 특수한 상황을 고려하여 차량의 속도를 고려한 모터의 잠김 상태 판단을 수행하게 된다.
즉, 도 1에서와 같이, 모터의 잠김으로 인한 후륜 조향 장치의 고장상황으로판별(S140)된 이후에는, 현재 시점의 차속을 검출하고 차속이 설정속도(후륜 조향이 개시되는 시점의 속도, 예컨대, 3㎞/h) 이상인지 여부를 판단하게 된다(S160).
이때, 차량의 속도가 설정속도(3㎞/h) 이상인 것으로 판단되면, 운전자에게 경고 메시지를 보내 후륜 조향 장치의 고장상황을 통보하도록 하고(S170), 차량 속도가 설정속도(3㎞/h) 이하로 판단될 경우에는 모터로의 전류공급을 차단하는 한편 차량 속도가 후륜 조향이 개시되는 설정속도 이상으로 될 때까지 후륜 조향 장치의 제어를 종료(S180)함으로써, 전류 과다 소모를 방지할 수 있다.
여기서, 차속이 일정속도(3㎞/h) 이상인 경우에서 후륜 조향 장치의 고장상황이 발생한 경우에는, 차량이 주행 중에 모터의 잠김 현상이 발생한 것이기 때문에, 이러한 경우는 후륜 조향 장치의 중간 부분에 이물질이 끼거나 외부 요인에 의해 모터가 잠겼을 가능성이 큰 상황이다.
이는 후륜 조향 장치의 정비가 필요한 부분이기 때문에 운전자에게 별도의 경고 메시지(Warning message)를 띄어 후륜 조향 장치의 정비가 필요한 상황임을 운전자에게 알리도록 한다.
이때, 상기 경고 메시지는 경고음이나 경고등과 같은 다양한 형태의 방식이 적용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제어방법을 사용하게 되면, 차량의 자체 요인이나 외부 요인으로 인하여 후륜 조향 시스템의 잠김 상태가 지속되는 경우, 이에 대한 고장 여부를 신속하게 판단하여 운전자에게 알리는 동시에 정상상태로 복귀하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 후륜 조향 모터에 지속적인 과전류 인가로 인해 배터리의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 지속적인 과전류 인가에 따른 ECU의 소손 및 모터의 과열에 의한 성능저하를 미연에 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
S110 : ECU 준비상태 및 배터리 전압이 정상인지 판단
S120 : 모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 판단
S130 : 모터의 잠김시간이 설정시간 이상인지 판단
S140 : 조향장치 고장 판별
S150 : 조향장치의 고장 여부 판단
S160 : 차속이 설정속도 이상인지 판단
S170 : 운전자에게 경고 메시지 알림

Claims (6)

  1. (a) 모터의 전류 소모량이 설정값 이상인지 여부를 판단하는 단계와;
    (b) 모터의 전류 소모량이 설정값 이상일 경우 모터의 잠김 상태 여부를 판단하는 단계와;
    (c) 모터가 잠김 상태일 경우 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 모터의 전류 소모량의 기준이 되는 설정값은 모터에 인가되는 최대 토크전류의 백분율(%) 단위로 설정되는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 내지 (c) 단계는 모터의 전류 소모량 기준이 되는 특정 설정값으로 구분된 복수의 구간단위별로 동시적으로 판단 작업이 수행되는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상일 경우, 후륜 조향 시스템의 고장상황으로 판단하여 운전자에게 경고하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 모터의 잠김 시간이 설정시간 이상일 경우, 차속이 설정속도 이상인지 여부를 판단하여, 차속이 설정속도 이상일 경우 운전자에게 후륜 조향 시스템의 고장상황을 알리고, 차속이 설정속도 이하일 경우에는 차속이 설정속도 이상으로 될 때까지 후륜 조향 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법
  6. 제3항에 있어서, 상기 구간단위별 모터의 전류 소모량에 대한 설정값이 클수록 모터의 잠김 시간에 대한 설정시간은 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 장치의 모터 잠김 판단 및 복구 방법.
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