KR20140133161A - 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 제1 모터의 정상 동작 여부를 판단하는 단계 및 제1 모터의 정상 동작 여부에 따라 제1 모터와 제2 모터 중 어느 하나 이상을 동작시켜 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법{MOTOR CONTROL METHOD OF DUAL MOTOR TYPE MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS}

본 발명은 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 제1 모터의 동작 상태에 따라 제2 모터가 제1 모터를 보조하여 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향 시스템은 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 보조 조향력을 조절하는 전자제어 파워 조향 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 보조 조향력을 조절하는 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering Apparatus:MDPS)로 구분된다.

전동식 동력 조향장치는 차속 센서, 조향 토크 센서 및 조향각 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 모터를 구동시켜 보조 조향력을 발생시킴으로써, 저속 운전 구간에서는 가볍고 편안한 조향력을 부여하고, 고속 운전 구간에서는 무거운 조향력을 부여하여 방향 안전성을 향상시키며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 가능하도록 함으로써, 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공한다.

최근에는 2개의 모터를 구비한 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치가 제시되어 각 모터를 통해 보조 조향력을 제공하고 있다.

그러나, 종래의 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치는 2개의 모터를 채용하여 1개의 모터를 채용한 전동식 동력 조향장치에 비해 안정적인 보조 조향력을 제공하였으나, 각각의 모터를 개별적으로 동작시키는 등 각각의 모터를 비효율적으로 동작시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 2008-0093549호(2008년10월22. 공개, 발명의 명칭: 병렬 모터 조타력 보조 타입 동력 조향 장치)에 제시되어 있다.

본 발명의 목적은 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 제1 모터의 동작 상태에 따라 제2 모터가 제1 모터를 보조하여 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제1 모터와 제2 모터를 동기화시켜 제1 모터가 비정상적으로 동작하더라도 조향 컬럼에 보조 토크를 지속적으로 인가하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 모터가 비정상적으로 동작하여 조향 컬럼이 록킹되는 것을 방지하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어방법은 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 상기 제1 모터의 정상 동작 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제1 모터의 정상 동작 여부에 따라 상기 제1 모터와 제2 모터 중 어느 하나 이상을 동작시켜 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 모터는 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 마스터 모터이고, 상기 제2 모터는 상기 제1 모터에 보조적으로 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 슬레이브 모터인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 모터의 정상 동작 여부는 상기 조향 컬럼의 컬럼 토크 방향과 조향휠의 조향각 방향 및 상기 제1 모터의 회전 방향의 일치 여부로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계에서, 상기 제1 모터가 정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 상기 제2 모터가 상기 제1 모터와 동기화되어 상기 제1 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크를 추종하는 보조 토크를 상기 조향 컬럼에 추가적으로 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크와 상기 제2 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크는 목표로 하는 목표 보조 토크를 양분하여 인가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제2 모터는 상기 제1 모터에 대한 제어 명령에 따라 상기 조향 컬럼에 상기 제1 모터의 회전 방향과 동일한 방향으로 보조 토크를 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계에서, 상기 제1 모터가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 상기 제1 모터의 동작을 정지시키고, 운행 조건에 따라 상기 제2 모터가 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 제1 모터의 동작 상태에 따라 제2 모터가 제1 모터를 보조하여 조향 컬럼에 보조 토크를 인가한다.

본 발명은 제1 모터와 제2 모터를 동기화시켜 제1 모터가 비정상적으로 동작하더라도 조향 컬럼에 보조 토크를 지속적으로 인가한다.

본 발명은 제1 모터가 비정상적으로 동작하여 조향 컬럼이 록킹되는 것을 방지한다.

본 발명은 제1 모터와 제2 모터를 동기화시켜 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법의 순서도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 장치의 블럭 구성도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치는 제1 모터(10), 제2 모터(20), 운행 조건 센서부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치는 2개의 모터, 즉 제1 모터(10)와 제2 모터(20)를 구비하고 이들 제1 모터(10)와 제2 모터(20)를 개별적으로 제어하여 조향 컬럼(51)에 보조 토크를 인가함으로써, 바퀴(55)에 보조 조향력을 발생시킨다. 이 경우 제1 모터(10)가 마스터 모터로 채용되고, 제2 모터(20)가 슬레이브 모터로 채용되며, 마스터 모터와 슬레이브 모터는 조향 장치 내 보조 조향력을 발생시킬 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있다.

제1 모터(10)는 조향 컬럼(51)에 보조 토크를 주로 인가하여 보조 조향력을 발생시키는 것으로서 마스터 모터가 채용될 수 있고, 제2 모터(20)는 제1 모터(10)에 의해 인가되는 보조 토크에 추가적으로 보조 토크를 인가하는 슬레이브 모터가 채용될 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 제1 모터(10)가 마스터 모터로 채용되고, 제2 모터(20)가 슬레이브 모터로 채용되는 것을 예시로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 범위는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 제1 모터(10)로 슬레이브 모터가 채용될 수 있고, 제2 모터(20)로 마스터 모터가 채용될 수 있다.

통상적으로 조향 컬럼(51)은 운전자가 조작하는 조향휠(52)에 연결되어 차량 실내에서 엔진룸(미도시)측으로 이어지도록 설치되며 조향휠(52)의 조작에 따른 조향력을 전달한다.

또한, 조향장치에서 운전자가 조향휠(52)을 조작하게 되면 조향휠(52)과 연결된 조향 컬럼(51)이 회전하고, 이 조향 컬럼(51)의 회전력에 의해 랙 기어 어셈블리(53)가 구동한다. 이에 따라 랙 기어 어셈블리(53)와 연결된 타이로드(54)에 의해 바퀴(55)로 조향력이 전달된다. 여기서, 상기한 제1 모터(10)와 제2 모터(20)는 바퀴(55)로 전달되는 조향력을 보조하는 보조 조향력을 발생시키는 데, 이때 운전 상황별로 적합한 보조 조향력을 운전자에게 제공한다.

운행 조건 센서부(30)는 차량 주행에 따른 운행 조건을 감지하는 것으로서, 조향각 센서(31) 및 토크 센서(32)를 포함한다.

조향각 센서(31)는 조향 컬럼(51)에 설치되어 조향휠(52)의 조향각을 감지한다.

토크 센서(32)는 조향 컬럼(51)에 설치되어 조향 컬럼(51)의 컬럼 토크를 감지한다.

운행 조건 센서부(30)는 상기한 조향각 센서(31) 및 토크 센서(32) 이외에도 차량의 속도를 감지하는 차속 센서가 포함될 수 있다. 이러한 차속 센서로는 차량에 구비되어 차량의 속도를 감지할 수 있는 다양한 기기가 모두 포함된다.

제어부(40)는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향 장치를 전반적으로 제어하는 것으로서, 제1 ECU(Electronic Control Unit)(41) 및 제2 ECU(42)를 포함한다.

참고로, 제1 모터(10)와 제2 모터(20) 각각에는 엔코더(미도시)가 설치된다. 각 엔코더는 제1 모터(10)의 회전수와 회전 방향 및 제2 모터(20)의 회전수와 회전 방향을 각각 검출한다. 각 엔코더에는 다수개의 홀센서(미도시)가 구비되며, 이들 홀센서가 제1 모터(10)와 제2 모터(20)의 회전 방향과 회전수 등을 각각 검출한다.

제1 ECU(41)는 운행 조건 센서부(30)에서 감지된 운행 조건 및 엔코더를 통해 검출된 제1 모터(10)의 회전 방향을 통해 제1 모터(10)를 제어한다. 또한 제1 ECU(41)는 제1 모터(10)의 정상 동작 여부에 따라 제2 ECU(42)와 연계하여 제1 모터(10)와 제2 모터(20)를 제어하거나 제2 ECU(42)에 제어 권한을 부여한다.

여기서, 제1 ECU(41)는 제1 모터(10)의 정상 동작 여부를 조향 컬럼(51)의 컬럼 토크 방향과 조향휠(52)의 조향각 방향 및 제1 모터(10)의 회전 방향의 일치 여부로 판단한다.

즉, 제1 ECU(41)는 조향 컬럼(51)의 컬럼 토크 방향과 조향휠(52)의 조향각 방향 및 제1 모터(10)의 회전 방향이 일치하면, 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하는 것으로 판단한다.

반면에, 제1 ECU(10)는 조향 컬럼(51)의 컬럼 토크 방향과 조향휠(52)의 조향각 방향 및 제1 모터(10)의 회전 방향 중 어느 하나 이상이 상이하면 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단한다.

제1 모터(10)가 정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 제1 ECU(41)는 제1 모터(10)에 대한 제어 명령, 즉 제1 모터(10)의 회전 방향과 조향 컬럼(51)의 보조 토크를 발생시키기 위한 목표값을 제2 ECU(42)에 전달한다. 반면에, 제1 ECU(41)는 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 제어 권한을 제2 ECU(42)에 부여한다.

제2 ECU(42)는 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하여 제1 ECU(41)로부터 제1 모터(10)의 제어 명령을 전달받으면, 이 제어 명령에 따라 제1 모터(10)와 동기화되어 제1 모터(10)에 의해 조향 컬럼(51)에 인가되는 보조 토크를 추종하는 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 추가적으로 인가한다.

즉, 제2 ECU(42)는 제1 모터(10)에 설치된 회전자(미도시)의 각속도, 회전 방향 및 제1 모터(10)의 전류값을 반영하여 제1 모터(10)와 동기화된 PI 제어(proportional integral control;비례적분 제어)를 통해 제1 모터(10)와 동일한 회전 방향의 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 인가한다.

여기서, 제1 ECU(41)와 제2 ECU(42)는 제1 모터(10)와 제2 모터(20)를 제어하여 목표로 하는 목표 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 인가하는 바, 이 목표 보조 토크를 양분하여 인가하도록 제어한다. 이 경우, 제1 ECU(41)와 제2 ECU(42)는 제1 모터(10)를 통해 조향 컬럼(51)에 인가하는 보조 토크와 제2 모터(20)를 통해 조향 컬럼(51)에 인가하는 보조 토크를 동일한 크기로 인가하거나 서로 상이한 크기로 인가할 수 있다. 이를 통해 제1 모터(10)의 부하를 감소시키고, 더욱 향상된 조향 기능을 제공할 수 있다.

한편, 제1 ECU(41)는 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 제어 권한을 제2 ECU(42)에게 부여하고, 이때 제2 ECU(42)는 운행 조건에 따라 제2 모터(20)를 제어하여 목표 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 인가한다.

이를 통해, 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하여 제1 모터(10)의 동작이 정지되더라도, 제2 ECU(42)가 제2 모터(20)를 통해 조향 컬럼(51)에 보조 토크를 인가함으로써, 조향 컬럼(51)이 록킹되는 것을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법을 도 2 를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법의 순서도이다.

도 2 를 참조하면, 먼저 운행 조건 센서부(30)의 조향각 센서(31)가 조향휠(52)의 조향각을 감지하고, 운행 조건 센서부(30)의 토크 센서(32)가 조향 컬럼(51)의 조향 토크를 감지하여 제1 ECU(41)에 입력한다. 또한 엔코더는 제1 모터(10)의 회전 방향을 감지하여 제1 ECU(41)에 입력한다.

이에 따라, 제1 ECU(41)는 조향각 센서(31)와 토크 센서(32) 및 엔코더에서 각각 감지된 조향각과 조향 토크 및 제1 모터(10)의 회전 방향을 모니터링하고(S10), 조향 컬럼(51)의 컬럼 토크 방향과 조향휠(52)의 조향각 방향 및 제1 모터(10)의 회전 방향 중 어느 하나 이상이 상이한지 여부를 통해 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하는지 여부를 판단한다(S20).

판단 결과, 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 제1 ECU(41)는 제2 ECU(42)에게 제어 권한을 부여하고(S30), 제1 모터(10)에 대한 제어 명령을 제2 ECU(42)에 전달한다(S40).

이에 따라, 제2 ECU(42)는 제1 ECU(41)로부터 제어 권한을 부여받고 제1 ECU(41)로부터 입력된 제어 명령에 따라 제1 모터(10)와 동기화되어 제2 모터(20)를 제어한다(S50). 즉, 제2 ECU(42)는 제1 모터(10)와 동기화되어 제1 모터(10)에 의해 조향 컬럼(51)에 인가되는 보조 토크를 추종하는 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 추가적으로 인가한다.

이 경우, 제2 ECU(42)는 제1 모터(10)의 회전자 각속도, 회전 방향 및 제1 모터(10)의 전류값을 반영하여 제1 모터(10)와 동일한 회전 방향의 보조 토크를 발생시킨다.

여기서, 제1 ECU(41)와 제2 ECU(42)의 제어에 의해 제1 모터(10)와 제2 모터(20)에서 각각 발생되는 보조 토크는 목표 보조 토크를 양분하여 동일한 크기로 인가되거나, 서로 상이한 크기로 인가될 수 있다. 여기서, 제1 모터(10)와 제2 모터(20)에 의해 양분되는 보조 토크의 크기는 운행 조건과 차속 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하는지 여부를 판단하는 과정(S20)에서, 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 제1 ECU(41)는 제어 권한을 제2ECU에 부여한다(S60).

이에 따라, 제2 ECU(42)는 제1 ECU(41)로부터 제어 권한을 부여받고 운행 조건에 따라 제2 모터(20)를 제어하여 보조 토크를 조향 컬럼(51)에 인가한다. 이 경우, 제1 모터(10)는 동작이 정지된다. 즉, 제2 ECU(42)가 운행 조건에 따라 제2 모터(20)를 제어하여 조향 컬럼(51)에 목표 보조 토크 만큼 보조 토크를 인가함으로써, 제1 모터(10)가 정상적으로 동작하지 않더라도 운전자에게 보조 조향력을 제공할 수 있게 된다. 더욱이, 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하더라도 제2 ECU(42)가 제2 모터(20)를 통해 조향 컬럼(51)에 보조 토크를 인가함으로써, 조향 컬럼(51)이 록킹되는 것을 방지한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 제1 모터(10)의 동작 상태를 모니터링하여 제2 모터(20)가 제1 모터(10)를 보조할 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 제1 모터(10)가 비정상적으로 동작하더라도 제1 모터(10)와 제2 모터(20)를 동기화시켜 조향 컬럼(51)에 보조 토크를 지속적으로 인가할 수 있고, 조향 컬럼(51)이 록킹되는 것을 방지하며, 다양한 운전 상황에서 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 제1 모터 20: 제2 모터
30: 운행 조건 센서부 31: 조향각 센서
32: 토크 센서 40: 제어부
41: 제1 ECU 42: 제2 ECU
51: 조향 컬럼 52: 조향휠
53: 랙 기어 어셈블리 54: 타이로드
55: 바퀴

Claims (7)

1. 제1 모터의 동작 상태를 모니터링하여 상기 제1 모터의 정상 동작 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 제1 모터의 정상 동작 여부에 따라 상기 제1 모터와 제2 모터 중 어느 하나 이상을 동작시켜 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계를 포함하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 모터는 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 마스터 모터이고, 상기 제2 모터는 상기 제1 모터에 보조적으로 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 슬레이브 모터인 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 모터의 정상 동작 여부는 상기 조향 컬럼의 컬럼 토크 방향과 조향휠의 조향각 방향 및 상기 제1 모터의 회전 방향의 일치 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계에서,
   상기 제1 모터가 정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 상기 제2 모터가 상기 제1 모터와 동기화되어 상기 제1 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크를 추종하는 보조 토크를 상기 조향 컬럼에 추가적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크와 상기 제2 모터에 의해 상기 조향 컬럼에 인가되는 보조 토크는 목표로 하는 목표 보조 토크를 양분하여 인가되는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 모터는 상기 제1 모터에 대한 제어 명령에 따라 상기 조향 컬럼에 상기 제1 모터의 회전 방향과 동일한 방향으로 보조 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 단계에서,
   상기 제1 모터가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단되면, 상기 제1 모터의 동작을 정지시키고, 운행 조건에 따라 상기 제2 모터가 상기 조향 컬럼에 보조 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터 전동식 동력 조향장치의 모터 제어 방법.

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