(57)【要約】      （修正有）【課題】電動式パワーステアリングシステムにおける、信頼性の高い絶対角検出方法の提供。【解決手段】入力軸１２に連結された第１ローター１１１、出力軸１４に連結された第２ローター１１２、前記第１ローターの絶対操向角を測定する第１角度素子１１３、及び前記第２ローターの相対操向角を測定する第２及び第３角度素子１１４，１１５を有するトルクセンサー、及び前記絶対操向角及び相対操向角に基づいて基準操向角を決定する基準操向角決定部１２１、第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断する検証部１２５から構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に連結された第１ローター、出力軸に連結された第２ローター、前記第１ローターの絶対操向角を測定する第１角度素子、及び前記第２ローターの相対操向角を測定する第２及び第３角度素子を有するトルクセンサーと、
前記絶対操向角及び相対操向角に基づいて基準操向角を決定する基準操向角決定部、前記絶対操向角及び基準操向角に基づいてＰＷＭ信号を生成する第１追跡部、前記相対操向角及び基準操向角に基づいて第１及び第２絶対操向角を追跡し、累積する第２及び第３追跡部、前記ＰＷＭ信号と第１絶対操向角及び第２絶対操向角との間の差が基準値以内か否かを判断する検証部、及び前記ＰＷＭ信号と第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を算出し、算出された前記最終絶対操向角を提供する操向角提供部を有する電子制御ユニットと、を含むことを特徴とする、電動式パワーステアリングシステム。
【請求項２】
前記検証部は、
前記第１絶対操向角と第２絶対操向角との差が基準値以内か否かを判断し、前記第１絶対操向角と第２絶対操向角との差が基準値以内の場合、前記ＰＷＭ信号と前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断することを特徴とする、請求項１に記載の電動式パワーステアリングシステム。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する場合、
前記操向角提供部は、超過直前に累積された第１絶対操向角及び第２絶対操向角を平均して前記最終絶対操向角を提供することを特徴とする、請求項１に記載の電動式パワーステアリングシステム。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する回数が基準回数を超過した場合、
予め設定された警告情報を出力する警告出力部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電動式パワーステアリングシステム。
【請求項５】
入力軸に連結された第１ローター、出力軸に連結された第２ローター、前記第１ローターの絶対操向角を測定する第１角度素子、及び前記第２ローターの相対操向角を測定する第２角度素子及び第３角度素子を有するトルクセンサーを含む電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法であって、
前記絶対操向角及び相対操向角に基づいて基準操向角を決定するステップと、
前記絶対操向角及び基準操向角に基づいてＰＷＭ信号を生成するステップと、
前記相対操向角及び基準操向角に基づいて第１及び第２絶対操向角を追跡し、累積するステップと、
前記ＰＷＭ信号、第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップと、
前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を提供するステップと、を含むことを特徴とする、電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法。
【請求項６】
前記判断するステップは、
前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップ、及び
前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記ＰＷＭ信号と前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法。
【請求項７】
前記ＰＷＭ信号、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する場合、
前記最終絶対操向角を提供するステップは、超過直前に累積された第１絶対操向角及び第２絶対操向角を平均して前記最終絶対操向角を提供するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法。
【請求項８】
前記ＰＷＭ信号、前記第１絶対操向角及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する回数が基準回数を超過した場合、
予め設定された警告情報を出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式パワーステアリングシステム及びその操向角出力方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両にはステアリングホイールの操向力を軽減して操向状態の安定性を保証するための手段としてパワーステアリングシステムが適用できる。パワーステアリングシステムは油圧を用いた油圧式パワーステアリング（Hydraulic Power Steering；ＨＰＳ）システム、及びモータの回転力を用いた電動式パワーステアリング（Electric Power Steering；ＥＰＳ）システムが含まれる。
【０００３】
電動式パワーステアリングシステムは、操向軸のトルクを感知するトルクセンサー、車両の速度を感知する車速センサーなどで感知した車両の運行条件によって電子制御ユニット（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）がモータ駆動を制御して低速運行時には軽くて安らかな操向感を与えることができ、高速運行時には重くて良好な方向安定性を与えることができ、非常状況では急速な操向がなされることができるようにして運転者に最適の操向条件を提供することができる。
【０００４】
電動式パワーステアリングシステムにおいて、トルクセンサーは、絶対操向角を測定する素子及び相対操向角を測定する素子を含むことができる。電子制御装置（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）は、測定された絶対操向角及び相対操向角を用いて所望の最終絶対操向角を計算することができる。
【０００５】
計算された最終絶対操向角の信頼性のために、測定素子から測定された絶対操向角及び相対操向角は、検証される必要がある。特に、ＩＳＯ ２６２６２（“Road vehicles--Functional safety”）標準導入によって絶対操向角に対する高信頼性が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、絶対操向角及び相対操向角を測定する素子を用いて最終絶対操向角を計算する電動式パワーステアリングシステムにおいて、絶対角に高信頼性を提供するシステム及び方法を提供することをその目的とする。特に、絶対角計算のために１つのホールＩＣ（Hall IC）を使用するトルクセンサーから絶対角を保証（fail safety）する方式を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明の一実施形態は、入力軸に連結された第１ローター、出力軸に連結された第２ローター、前記第１ローターの絶対操向角を測定する第１角度素子、及び前記第２ローターの相対操向角を測定する第２及び第３角度素子を有するトルクセンサー、及び前記絶対操向角及び相対操向角に基づいて基準操向角を決定する基準操向角決定部、前記絶対操向角及び基準操向角に基づいてＰＷＭ信号を生成する第１追跡部、前記相対操向角及び基準操向角に基づいて第１及び第２絶対操向角を追跡し、累積する第２及び第３追跡部、前記ＰＷＭ信号、第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断する検証部、及び前記ＰＷＭ信号、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記第１及び第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を提供する操向角提供部を有する電子制御ユニットを含むことを特徴とする、電動式パワーステアリングシステムを提供する。
【０００８】
前記検証部は、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断し、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記ＰＷＭ信号と前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断することができる。
【０００９】
前記ＰＷＭ信号、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する場合、前記操向角提供部は超過直前に累積された第１及び第２絶対操向角を平均して前記最終絶対操向角を提供することができる。
【００１０】
前記ＰＷＭ信号、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する回数が基準回数を超過した場合、事前に設定された警告情報を出力する警告出力部をさらに含むことができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、入力軸に連結された第１ローター、出力軸に連結された第２ローター、前記第１ローターの絶対操向角を測定する第１角度素子、及び前記第２ローターの相対操向角を測定する第２及び第３角度素子を有するトルクセンサーを含む電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法であって、前記絶対操向角及び相対操向角に基づいて基準操向角を決定するステップ、前記絶対操向角及び基準操向角に基づいてＰＷＭ信号を生成するステップ、前記相対操向角及び基準操向角に基づいて第１及び第２絶対操向角を追跡し、て累積するステップ、前記ＰＷＭ信号、第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップ、及び前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記第１及び第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を提供するステップを含むことを特徴とする、電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法を提供する。
【００１２】
前記判断するステップは、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップ、及び前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内の場合、前記ＰＷＭ信号と前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値以内か否かを判断するステップを含むことができる。
【００１３】
前記ＰＷＭ信号、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する場合、前記最終絶対操向角を提供するステップは超過直前に累積された第１及び第２絶対操向角を平均して前記最終絶対操向角を提供するステップを含むことができる。
【００１４】
前記ＰＷＭ信号、前記第１及び第２絶対操向角の間の差が基準値を超過する回数が基準回数を超過した場合、事前に設定された警告情報を出力するステップをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
前述した本発明によれば、絶対操向角及び相対操向角を測定する素子を用いて最終絶対操向角を計算する電動式パワーステアリングシステムにおいて、絶対角に高信頼性を提供するシステム及び方法を提供することができる。特に、絶対角計算のために１つのホールＩＣ（Hall IC）を使用するトルクセンサーから絶対角を保証（fail safety）する方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１図は、本発明の一実施形態に従う電動式パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】第２図は、本発明の一実施形態に従う電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に記述する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に従う電動式パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に従う電動式パワーステアリングシステム１００は、ステアリングホイール１１、入力軸１２、トーションバー１３、及び出力軸１４を含むステアリング軸に結合できる。運転者がステアリングホイール１１を回転操作すれば、ステアリングホイール１１の回転力は、入力軸１２、トーションバー１３、及び出力軸１４を通じて伝えられて、ステアリング輪（図示せず）の方向を変更できるようにする。トーションバー１３は、入力軸１２と出力軸１４との間に備えられて、入力軸１２と出力軸１４に発生する捩れ程度を測定することができる。
【００２０】
電動式パワーステアリングシステム１００は、ステアリング軸に印加されるトルクを感知するトルクセンサー１１０、及びトルクセンサー１１０で感知されたトルク信号に基づいて操向角を計算し、出力する電子制御ユニット（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）１２０を含む。
【００２１】
トルクセンサー１１０は、入力軸１２と連結される第１ローター１１１、出力軸１４と連結される第２ローター１１２、第１ローター１１１の絶対操向角を測定する第１角度素子１１３、第２ローター１１２の相対操向角を測定する第２及び第３角度素子１１４、１１５を含む。
【００２２】
第１角度素子１１３は、第１ローター１１１の絶対操向角を測定したデータを電子制御ユニット１２０に提供する。第１角度素子１１３は、第１ローター１１１と並んで配置できる。第１角度素子１１３は、ホールＩＣ（Hall IC）でありうる。
【００２３】
第２及び第３角度素子１１４、１１５は、第２ローター１１２の相対操向角を測定したデータを電子制御ユニット１２０に提供する。第２及び第３角度素子１１４、１１５は、第１ローター１１１と第２ローター１１２との間に配置できる。一方、第２及び第３角度素子１１４、１１５が第１ローター１１１の相対操向角を測定することも可能である。
【００２４】
第２及び第３角度素子１１４、１１５が第１ローター１１１を通じて入力軸１２の角度を測定する時、特定状況で角度検出が困難なことがある。電気式パワーステアリング（Electric Power Steering；ＥＰＳ）の場合、入力軸１２と出力軸１４は機構的にＥＰＳのモータ作動時、同一な角度変位を有するようになっている。しかしながら、特定状況で、例えば、瞬間的なステアリングホイール１１の変位状況や微細操舵時において、入力軸１２の角度のみ変化することがあるので、角度を保証し難いことがある。第２及び第３角度素子１１４、１１５が第２ローター１１２を通じて出力軸１４の角度を測定する場合、このような特定状況でも角度検出が可能である。
【００２５】
電子制御ユニット１２０は、基準操向角決定部１２１、第１追跡部１２２、第２追跡部１２３、第３追跡部１２４、検証部１２５、操向角提供部１２６、警告出力部１２７、及びリセット部１２８を含む。
【００２６】
基準操向角決定部１２１は第１ローター１１１の絶対操向角を測定する第１角度素子１１３から絶対操向角信号を受信し、第２ローター１１２の相対操向角を測定する第２及び第３角度素子１１４、１１５から第１及び第２相対操向角信号を受信する。基準操向角決定部１２１はバーニア（vernier）アルゴリズムを用いて絶対操向角信号、第１及び第２相対操向角信号から基準操向角を決定する。即ち、基準操向角決定部１２１は本尺とバーニアを使用して長さを測定するバーニアカリパスと類似な方式により操向角を測定するために使われる。
【００２７】
第１追跡部１２２は基準操向角決定部から基準操向角の提供を受けて、第１角度素子１１３から絶対操向角の提供を受けて、これに基づいて絶対操向角のパルス幅変調（Pulse Width Modulation；ＰＷＭ）信号を生成する。
【００２８】
第２追跡部１２３は基準操向角決定部から基準操向角の提供を受けて、第２角度素子１１４から第１相対操向角の提供を受けて、基準操向角から回転された第１絶対操向角を追跡し、追跡された第１絶対操向角を累積する。
【００２９】
第３追跡部１２４は、基準操向角決定部から基準操向角の提供を受けて、第３角度素子１１５から第２相対操向角の提供を受けて、基準操向角から回転された第２絶対操向角を追跡し、追跡された第２絶対操向角を累積する。
【００３０】
検証部１２５は、第１乃至第３追跡部１２２、１２４で生成された操向角信号の信頼性を検証する。
【００３１】
まず、検証部１２５は第２追跡部１２３で追跡された第１絶対操向角と第３追跡部１２４で追跡された第２絶対操向角との間の差が事前に設定された基準値以内か否かを判断する。第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が基準値以内の場合、検証部１２５はまた第１絶対操向角及び第２絶対操向角と第１追跡部１２２で追跡されたＰＷＭ信号の間の差が事前に設定された基準値以内か否かを判断する。第１絶対操向角と第２絶対操向角とを比較する時に使われる基準値と第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号とを比較する時に使われる基準値とは等しいか異なることがある。
【００３２】
第１絶対操向角と第２絶対操向角との比較は相対操向角を測定する第２角度素子１１４と第３角度素子１１５との間の重複（redundancy）チェックを可能にすることができる。第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との比較は絶対操向角を測定する第１角度素子１１３の重複チェックを可能にすることができる。
【００３３】
第１絶対操向角、第２絶対操向角、及びＰＷＭ信号の間の差が基準値以内の場合は正常な状態と判断される。しかしながら、第１絶対操向角、第２絶対操向角、及びＰＷＭ信号の間の差が基準値を超過する場合は、トルクセンサーに異常があるか、ローターに異常のある異常な状態と判断される。
【００３４】
検証部１２５で正常な状態と判断された場合、操向角提供部１２６は第１絶対操向角と第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を計算し、これを出力する。
【００３５】
一方、検証部１２５で異常な状態と判断された場合、操向角提供部１２６は異常な状態の以前の第１絶対操向角と第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を計算し、これを出力する。操向角提供部１２６で提供される最終絶対操向角はパワーステアリングのために使用できる。
【００３６】
一方、検証部１２５はまた異常な状態（第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差、または第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との間の差が基準値を超過する状態）の連続検出回数が基準回数を超過するか否かを判断することができる。
【００３７】
検証部１２５で異常な状態が連続的に基準回数を超過して検出される場合、警告出力部１２６は事前に設定された警告情報を運転者に提供することができる。
【００３８】
一方、検証部１２５で異常な状態が連続的に基準回数以下に検出された後、正常な状態が検出される場合、リセット部１２７は異常な状態の累積回数を‘０’に初期化することができる。
【００３９】
図２は、本発明の一実施形態に従う電動式パワーステアリングシステムの操向角出力方法を示すフローチャートである。
【００４０】
図２を参照すると、電子制御ユニット１２０は第１ローター１１１の絶対操向角を測定する第１角度素子１１３から絶対操向角信号を受信し、第２ローター１１２の相対操向角を測定する第２及び第３角度素子１１４、１１５から第１及び第２相対操向角信号を受信する（Ｓ２１０）。
【００４１】
電子制御ユニット１２０は、バーニアアルゴリズムを用いて絶対操向角信号と第１及び第２相対操向角信号から基準操向角を決定する（Ｓ２２０）。
【００４２】
電子制御ユニット１２０は、絶対操向角信号及び基準操向角信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し（Ｓ２３０）、第１及び第２相対操向角信号及び基準操向角信号に基づいて第１絶対操向角及び第２絶対操向角を生成する（Ｓ２４０）。
【００４３】
電子制御ユニット１２０は、第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が事前に設定された基準値以内か否かを判断する（Ｓ２５０）。第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が基準値以内の場合（Ｓ２５０での‘はい’）、電子制御ユニット１２０は第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との間の差が事前に設定された基準値以内か否かを判断する（Ｓ２６０）。第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が基準値以内であり、第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との間の差も基準値以内の場合（Ｓ２５０で‘はい’、Ｓ２６０で‘はい’）、電子制御ユニット１２０は第１絶対操向角と第２絶対操向角の平均として最終絶対操向角を計算する（Ｓ２７０）。
【００４４】
一方、第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が基準値を超過する場合（Ｓ２５０で‘いいえ’）、または第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との間の差が基準値を超過する場合（Ｓ２６０で‘いいえ’）、電子制御ユニット１２０は基準値を超過する回数をカウントし（Ｓ２８０）、カウントされた回数が一定回数以内か否かを判断する（Ｓ２９０）。カウントされた回数が一定回数以内の場合（Ｓ２９０で‘はい’）、電子制御ユニット１２０は第１絶対操向角と第２絶対操向角との間の差が基準値を超過する以前に、または第１絶対操向角及び第２絶対操向角とＰＷＭ信号との間の差が基準値を超過する以前に累積された第１絶対操向角と第２絶対操向角を平均して最終絶対操向角を計算する（Ｓ３００）。
【００４５】
ステップＳ３１０で、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２７０で計算された最終絶対操向角、またはステップＳ３００で計算された最終絶対操向角をパワーステアリングのために出力する。
【００４６】
一方、カウントされた回数が一定回数を超過する場合（Ｓ２９０で‘いいえ’）、電子制御ユニット１２０は警告情報を出力する（Ｓ３１０）。
【００４７】
本発明は前述した実施形態に制限されず、本発明の要旨及び範囲から外れない多様な変形及び変更を含むことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１１・・・ステアリングホイール
１２・・・入力軸
１３・・・トーションバー
１４・・・出力軸
１００・・・手電動式パワーステアリングシステム
１１０・・・トルクセンサー
１１１・・・第１ローター
１１２・・・第２ローター
１１３・・・第１角度素子
１１４・・・第２角度素子
１１５・・・第３角度素子
１２０・・・電子制御ユニット（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）
１２１・・・基準操向角決定部
１２２・・・第１追跡部
１２３・・・第２追跡部
１２４・・・第３追跡部
１２５・・・検証部
１２６・・・操向角提供部
１２７・・・警告出力部
１２８・・・リセット部
【図１】
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【図２】
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