KR0145630B1 - 역전가능 모터 제어장치 및 이를 이용한 차량 모터 구동 동력 조향 시스템 - Google Patents

역전가능 모터 제어장치 및 이를 이용한 차량 모터 구동 동력 조향 시스템

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KR0145630B1
KR0145630B1 KR1019940023293A KR19940023293A KR0145630B1 KR 0145630 B1 KR0145630 B1 KR 0145630B1 KR 1019940023293 A KR1019940023293 A KR 1019940023293A KR 19940023293 A KR19940023293 A KR 19940023293A KR 0145630 B1 KR0145630 B1 KR 0145630B1
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마사노리 다까기
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기따오까 다까시
미쯔비시 덴끼 가부시끼 가이샤
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Abstract

차량의 조향기구에 작용적으로 결합되어 있는 역전가능 모터에 의해 발생된 보조 토오크를 이용하여 운전자의 핸들 조작을 용이하게 하는 차량의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템은 전자기 클러치를 통해 차량의 조향 시스템에 기계적으로 결합된 역전가능 모터와, 모터 구동 회로와, 모터 구동 회로의 제어하에 역전가능 모터를 정방향이나 역방향으로 구동하는 H 브리지 스위칭 구동 회로 및, 전자기 클러치를 제어하는 클러치 제어 회로를 포함한다. 역전가능 모터의 양단자에서의 단자전압을 검출하는 모터 전압 검출 회로가 설치되어, 양단자 전압들이 대략 0 일 경우에는 고레벨의 전압 신호와 이 신호에 따라서 이어지는 저레벨의 페일 세이프 신호를 발생하고, 양단자 전압들이 대략 0 이 아닐때에는 저레벨의 전압 신호와 이 신호에 따라서 이어지는 고레벨의 페일 세이프 신호를 발생한다. 전원과 스위칭 구동 회로와 클러치 제어 회로간에는 스위치가 연결된다. 마이크로컴퓨터는 모터 전압 검출 회로로부터 페일 세이프 신호를 인출하여 이에따라 스위치를 개방시켜 페일 세이프 신호가 저레벨에 있을때 역전가능 모터와 클러치 제어 회로에 공급되는 전력을 차단한다.

Description

역전가능 모터 제어장치 및 이를 이용한 차량 모터 구동 동력 조향 시스템
제1도는 본 발명이 적용될 수 있는 모터 구동 동력 조향 시스템(motor-driven power steering system)의 전형적인 구조에 대한 개략도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 동력 조향 제어 시스템을 상세히 도시한 블럭도.
제3도는 제2도에 도시된 제어 시스템의 주요부의 회로 구성을 상세히 도시한 블럭도.
제4도는 정상 상태에서 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 여러 회로 지점에서 나타나는 전압 신호 파형도.
제5도는 필터 회로가 설치되지 않은 경우에 나타나는 제4도의 전압 신호 파형도에 대응하는 전압 신호 파형도.
제6도는 이상 상태(abnormality) 발생시 대응 신호의 파형도.
제7도는 마이크로컴퓨터로 구성 가능한 중앙 처리 장치에 의해서 실현되는 페일 세이프(fail-safe) 기능을 나타내는 플로우챠트.
제8도는 종래의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 구조를 개괄적으로 나타낸 블럭도.
제9도는 종래 알려진 다른 형태의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 구조를 개괄적으로 나타낸 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
9 : 전자기 클러치 10 : 역전가능 모터
11 : 차량 속도 센서 12 : 토오크 센서
20 : 제어 장치 21 : 중앙처리장치
24 : 모터 구동 회로 30 : H 브리지 스위칭 구동 회로
31,32,33,34 : FET 40 : 분로 저항
41 : 모터 전류 검출 회로 50 : 클러치 제어 회로
70 : 모터 전압 검출 회로
본 발명은 역전가능 모터 동작시 페일 세이프 기능을 보장하면서 그 모터의 동작을 제어할 수 있는 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 조향 시스템에 기계적으로 접속되어 있는 역전가능 모터에 의해 발생되는 보조 토오크(assist torque)를 이용하여 운전자의 핸들 조작을 조력하는데 적합한 차량용 모터 구동 동력 조향 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 언급된 형태의 모터 구동 동력 조향 시스템의 동작을 제어하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는 역전가능 모터의 접지 고장과 같은 고장뿐만 아니라 제어 회로의 이상 상태 발생도 검출하여 이 고장이나 이상 상태의 악영향으로부터 모터를 보호할 수 있는 능력이 있다. 이하, 모터 구동 동력 조향 시스템과 상기 언급된 제어 장치를 합체시켜 모터 구동 동력 조향 제어 시스템이라 한다.
차량용 모터 구동(또는 전기 구동) 동력 조향 제어 시스템에서는 운전자에 의해 핸들에 가해진 조향 토오크(steering torque)는 토오크 센서에서 검출되고 이에따라서 상기 동력 조향 시스템의 역전가능 모터는 차량 속도를 감안하여 이 검출된 조향 토오크에 거의 비례하는 크기의 보조 토오크를 발생할 수 있다. 이 보조 토오크는 조향축 조립체(steering shaft assembly)에 가해져 운전자의 핸들 조작을 용이하게 한다. 이와같은 모터 구동 동력 조향 제어 시스템이 장착된 차량에서는 전기 충전 상태에서 조향 시스템의 역전가능 모터에 접지 고장이 발생하면 매우 큰 전류가 모터에 흐를 것이고 이에 의해 운전자가 예상하는 것보다 더 큰 크기의 보조 토오크가 발생하게 되어 차량 운전에 매우 좋지못한 상황이 벌어질 수 있다. 이런 이유로 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에서는 통상적으로 페일 세이프 수단이 장착되는데, 이 페일 세이프 수단은 접지 고장의 발생을 검출하여 동력 조향 시스템의 역전가능 모터 구동용 모터 구동 회로에 공급되는 전력을 차단시킨다.
지금까지 알려진 상기 형태의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템으로는 아직 심사되지 않은 일본 특허 출원 공개 제 251596/1992 호(JP-A-H4-251596)와 일본 실용신안출원 제 20976/1993 호(JP-UA-H5-20976)를 들 수 있다. 본 발명의 주제를 더 잘 이해하기 위해 이들 공지된 제어 시스템에 대해 좀 더 자세히 설명하고자 한다.
제8도는 JP-A-H4-251596에 기재된 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 구조를 개괄적으로 도시한 블럭도이다. 도면에서 보는 바와같이, 이 종래의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템은 중앙 처리 장치(100), 구동 제어 회로(101), PWM(펄스폭 변조) 신호를 발생시키는 게이트 구동 회로(102) 및 H-브리지 회로 형태로 연결된 전계 효과 트랜지스터(FET)들과 같은 제어 정류기 소자로 구성되어 정회전 및 역회전 방향으로 모터(104)를 제어하는 스위칭 수단으로 기능하는 모터 제어 회로(103)로 이루어져 있다. 모터 제어 회로(103)의 스위칭 동작은 게이트 구동 회로(102)를 통해 중앙 처리 장치(100)에 의해 제어되어 보조 토오크 발생 모터(104)가 정방향이나 역방향으로 회전할 수 있다. 구동 제어 회로(101)와 게이트 구동 회로(102)는 합쳐서 모터 제어 브리지 회로(103)를 제어 가능하게 구동하는 모터 구동 수단을 구성한다.
또한, 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에는 페일 세이프 수단이 구비되어 있는데, 이 수단은 분로 저항(107), 모터 전류 검출 회로(108) 및 과전류 검출 회로(109)로 구성된다.
더욱 상세하게는, 모터 제어 회로(103)에 전력을 공급하는 전원(106)에 계전기(105)가 연결되어 있다. 이 계전기(105)와 모터 제어 브리지 회로(103) 사이에는 분로 저항(107)이 연결되어 있다. 이 분로 저항(107)에는 이 저항(107)에 나타나는 전압에 따라 모터(104)에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출 회로(108)가 연결되어 있다. 이 모터 전류 검출 회로(108)에는 과전류 검출 회로(109)가 연결되어 있는데, 이 과전류 검출 회로(109)는 이 회로(109)로부터 출력되는 전류 검출 레벨에 따라서 과전류 상태의 발생을 검출한다.
동작에 있어서, 접지 고장의 발생에 따라 보조 토오크 발생 모터(104)에 큰 전류가 흐를경우 이 큰 전류는 모터 전류 검출 회로(108)에서 검출된다. 반면에, 과전류 검출 회로(109)는 모터 전류를 검출 회로(108)의 출력에 따라서 과전류 상태를 검출하여 대응 정보를 중앙 처리 장치(100)에 공급하고 이 중앙 처리 장치(100)는 이 대응 정보에 응답하여 계전기(105)를 턴 오프(turn off)시키므로써 전원(106)으로부터 모터 제어 브리지 회로(103)로의 전력 공급이 차단된다. 또한 구동 제어 회로(101)와 게이트 구동 회로(102)의 동작은 회로(109)로부터 출력된 과전류 상태 검출 신호에 응답하여 정지된다.
상기 설명으로부터 분명하듯이, JP-A-H4-251596에 기재된 역전가능 모터 제어 시스템은 접지 고장만을 검출하도록 고안되어 있으며, 예컨데 브리지 회로(103)나 제어 회로(101,102)에서 일어날 수 있는 이상 상태(abnormality)를 검출할 수 없다.
제9도는 JP-UA-H5-20976 에 기재된 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 구조를 개괄적으로 나타낸 블럭도이다. 도면에서 보는 바와같이, 이 종래의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템은 제어 장치(200)와, FET와 같은 게이트 제어 반도체 스위치 소자를 포함하는 H 브리지 회로 형태의 모터 제어 브리지 회로(201)를 구비하고 있다. 이러한 구성에서, 보조 토오크 발생 역전가능 모터(202)가 구동될 방향의 변경과 이에의해 발생된 토오크 크기는 제어 장치(200)에서 발생된 PWM신호에 의해서 모터 제어 브리지 회로(201)를 통해 제어된다.
또한, 모터(202) 상류측 및 하류측에는 제 1 및 제 2 전류 검출 회로(203,204)가 각각 접속되어 있다. 모터 제어 브리지 회로(201)와 전원(205) 사이에는 페일 세이프 계전기 회로(206)가 삽입되어 있다. 전류 검출 회로(203,204)와 페일 세이프 회로 (206)는 합쳐서 페일 세이프 수단을 구성한다.
동작에 있어서, 역전가능 모터(202)에 흐르는 전류는 제 1 전류 검출 회로에서 검출되고, 역전가능 모터(202)로부터 나온 전류는 제 2 전류 검출 회로(204)에서 검출되므로, 제 1 및 제 2 전류 검출 회로(203,204)의 출력들간의 차이는 제어장치(200)에서 결정된다. 이 차이가 소정의 전류치를 넙을때는 접지 고장이 일어난 것으로 판단된다. 이경우, 페일 세이프 계전기 회로(206)에 구비된 계전기 스위치를 턴오프시켜 전원(206)에서 모터 제어 브리지 회로(201)로의 전원 공급이 차단된다.
J-A-H4-251596 에 기재된 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에서는 분로 저항(107)에 나타나는 전압에 따라 모터 전류를 검출하는 모터 전류 검출 회로(108)로만 이루어진 페일 세이프 수단은 이상 상태(abnormality) 검출 능력이 없다. 더욱 상세하게로는, 모터 전류 검출 회로(108)로는 역전가능 모터의 접지 고장을 확실히 검출할 수 있으나, 이 회로(108)만으로는 구동 제어 회로(101)와 게이트 구동 회로 (102)로 구성된 모터 구동 수단에서의 이상 상태 발생을 검출하는 것은 불가능하다.
이에반해, JP-UA-H5-20976 에 기재된 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에는 2 개의 전류 검출회로, 즉 제 1 및 제 2 전류 검출 회로(203,204)가 구비되어 있다. 따라서 상술한 문제점이 극복될 수 있다. 그러나 2 개의 전류 검출 회로(203,204)를 필수 구성으로서 구비해야 하므로 모터 구동 동력 조향 시스템의 비용과 규격이 커지게 되어 또다른 문제점을 유발한다.
또, JP-A-H4-251596과 JP-UA-H5-20976 에 기재된 모터 구동 동력 조향 제어 시스템 모두의 페일 세이프 기능의 유효성은 전류 검출에 달려있다. 즉, 상기 언급된 이상 상태(abnormality)는 역전가능 모터(104,202)가 실제로 구동되고 있는 상태에서만 검출될 수 있다. 결과적으로 게이트 구동회로(102) 및/또는 제어 장치(200)의 고장으로 인해 PWM 신호가 출력되지 않는 이상 상태(abnormality)는 검출될 수 없는 결점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 접지 고장뿐만 아니라 관련 제어 회로에서 일어날 수 있는 이상 상태에 대해서도 역전가능 모터를 보호할 수 있는 역전가능 모터 제어용의 신규하고 개선된 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 모터 제어 장치가 사용되어 보조 토오크 발생 모터의 접지 고장 검출뿐만 아니라 모터 구동/제어 회로에서 일어날 수 있는 이상 상태도 잘 처리할 수 있는 능력을 가진 모터 구동 동력 조향 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 제조 비용의 상승없이 비용이 저렴한 구조로 만들 수 있는 모터 구동 동력 조향 제어 시스템을 제공하는 것이다.
설명이 진행됨에 따라 분명해질 상기 목적 및 기타 목적의 관점에서, 본 발명은 역전가능 모터의 동작을 구동 및 제어하는 모터 구동 제어 시스템에 관한 것으로, 본 시스템은 DC 전원과, 이 DC 전원과 역전가능 모터 사이에 삽입되어 모터를 정방향이나 역방향으로 구동시키는 스위칭 구동 회로 및, 입력 제어 신호에 응답하여 스위칭 구동 회로를 제어하는 제어 수단을 포함한다.
상술한 모터 구동 시스템에는, 본 발명의 한 특징에 따라서, 역전가능 모터가 모터 회로에 발생한 고장으로 인해 오동작하는 것을 방지하는 페일 세이프 장치가 구비된다. 이 장치는, 역전가능 모터에 병렬 접속되어 역전가능 모터의 양단에서의 단자 전압을 검출하여 단자 전압들이 거의 0 레벨인 경우에는 제 1 레벨의 제 1 검출 신호를 발생시키고 단자 전압들이 0 레벨이 아닌 경우에는 제 2 레벨의 제 2 검출 신호를 발생시키는 단자 전압 검출 수단과, 상기 단자 전압 검출 수단의 출력에 접속되어 상기 제 1 검출 신호에 응답하여 고장 표시 신호를 발생시키는 페일 세이프 신호 발생 수단 및, 상기 전원과 상기 스위칭 구동 회로간에 접속된 스위치 수단을 포함한다. 이러한 구성에 따라서, 상기 제어 수단은 상기 페일 세이프 신호 발생 수단에서 발생된 상기 고장 표시 신호에 응답하여 상기 스위치 수단을 개방하여 역전가능 모터에 공급되는 전력을 차단한다.
이와같은 장치에 의해서 모터의 단자 전압을 검출함으로써 역전가능 모터의 접지 고장뿐만 아니라 관련된 제어 회로들의 이상 상태도 검출할 수 있다. 더욱 상세하게로는 상술한 이상 상태가 발생할시에는 역전가능 모터의 단자 전압들이 거의 0 레벨을 취한다. 이경우 단자 전압 검출 수단은 대응 검출 신호를 발생시키고, 이 검출 신호에 응답하여 고장 표시 신호가 발생되어 마이크로컴퓨터로 구성 가능한 제어 수단에 공급된다. 따라서, 제어 수단은 모터에 공급되는 전력을 차단시키는 제어 신호를 발생시킨다. 이런 방식으로 모터는 접지 고장에 대해서 뿐만 아니라 기타 이상 상태에 대해서도 보호될 수 있다.
본 발명을 실시하는 바람직한 실시예에서, 스위칭 구동 수단은 제 1,2,3,4 스위칭 소자로 구성될 수 있는데, 이들 스위칭 소자는 각자 제어 수단에 접속된 제어 전극을 갖고 있으며 H 브리지 회로 형태로 상호 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해서, 한 방향으로 역전가능 모터를 회전시키는 제 1 전류 경로는 DC 전원으로부터 시작하여 스위치 수단을 통해 제 1 스위칭 소자, 모터, 제 2 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이른다. 타방향으로 역전가능 모터를 회전시키는 제 2 전류 경로는 DC 전원에서 시작하여 스위치 수단을 통해 제 3 스위칭 소자, 모터, 제 4 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이른다. 단자 전압 검출 수단을 제 1 및 제 2 단자를 갖고 있으며, 제 1 단자는 제 1 및 제 4 스위칭 소자와 역전가능 모터간에 제 1 접합점에 접속되고, 제 2 단자는 제 2 및 제 3 스위칭 소자와 역전가능 모터간의 제 2 접합점에 접속된다. 반면에, 단자 전압 검출 수단은 제 1 단자와 제 2 단자간에 연결된 제 1 트랜지스터를 포함하는데, 제 1 및 제 2 접합점으로부터 제 1 및 2 단자에 각각 인가된 전압이 모두 거의 0 인 경우에 이 제 1 트랜지스터는 제 1 검출 신호를 출력하여 페일 세이프 신호 발생 수단이 고장 표시 신호를 발생할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 제 1 트랜지스터의 베이스는 반대 극성으로 접속된 제 1 다이오드쌍을 통해 제 1 및 제 2 접합점에 연결되고, 제 1 트랜지스터의 에미터는 반대 극성으로 접속된 제 2 다이오드쌍을 통해 제 1 및 제 2 접합점에 연결된다. 제 1 다이오드쌍은 제 2 다이오드쌍과 직렬 연결된다. 제 1 트랜지스터의 컬렉터는 페일 세이프 신호 발생 수단의 입력 단자에 접속된다.
본 발명을 실시하는 다른 바람직한 실시예로서, 페일 세이프 신호 발생 수단은 제 2 트랜지스터를 포함하는데, 이 제 2 트랜지스터의 베이스는 상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터에 접속되고, 에미터는 접지되고, 컬렉터는 전원에 접속된다. 이 컬렉터는 고장 표시 신호를 전달하는 출력 단자로서 기능한다.
상술한 장치로서 단자 전압 검출 수단과 페일 세이프 신호 발생 수단은 매우 저렴하게 구현될 수 있다.
본 발명을 실시하는 또다른 바람직한 실시예로서, H 브리지 회로의 제 1 내지 제 4 스위칭 소자들은 제어 수단으로부터 공급되는 펄스폭 변조 신호로 제어될 수 있다. 이 제어 수단은 H 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자가 펄스 폭 변조 신호에 따라 턴온 및 오프되는 타이밍으로 페일 세이프 신호 발생 수단의 출력을 인출하는 인출 수단을 포함한다.
이 장치에 의해서 스위칭 소자의 스위칭 동작으로 인한 의사(spurious) 신호 성분의 악영향을 크게 억제할 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예로서, 제어 수단은 고장 표시 신호의 지속기간(duration)을 결정하는 타이머 수단과, 고장 표시 신호의 지속 기간을 소정의 기준치와 비교하는 비교 수단 및, 고장 표시 신호의 지속 기간이 기준치를 초과할 때 스위치를 작동시켜 스위칭 구동 수단을 통해 역전가능 모터에 공급되는 전력을 차단하는 트리거 수단을 포함한다.
제어 수단이 상기와 같은 구성으로 되면 페일 세이프 기능의 신뢰성이 크게 향상될 수 있다. 타이머 수단으로는 제어 수단을 구성하는 마이크로컴퓨터에 본래 내장되어 있는 카운터를 이용하면 된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예로서, 페일 세이프 장치에서 단자 전압 검출 수단과 페일 세이프 신호 발생 수단 사이에 필터 수단을 삽입시켜 스위칭 소자의 스위칭 동작때문에 발생될 수 있는 의사 신호가 페일 세이프 신호 발생 수단에 전달되는 것을 억제시킬 수 있다.
이 필터 수단을 설치하면 의사 신호들은 크게 억제시킬 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예로서, 페일 세이프 장치는 모터 전류 검출 수단을 포함하는데, 이 수단은 스위칭 구동 수단의 저전위측과 접지간에 접속된 분로 저항과 이 분로 저항에 접속되어 분로 저항에 걸리는 전압을 검출하여 이 전압을 역전가능 모터를 통해 흐르는 전류를 표시하는 전류 신호로 변환시키는 전압/전류 변환 수단을 포함한다. 전압/전류 변환 수단의 출력은 제어 수단에 공급되어 모터 제어에 이용된다. 상술한 바와같이, 제어 수단은 마이크로컴퓨터로 구현될 수 있다. 이경우, 페일 세이프 제어 루틴은 모터 전류 검출 수단의 출력이 모터가 작동하고 있음을 표시할 때에만 마이크로컴퓨터에 의해 초기화될 수 있다.
본 발명은 전자기 클러치 수단을 통해 차량의 조향 시스템에 연결된 역전가능 모터와, 모터 구동 수단과, 모터 구동 수단의 제어하에 정방향 또는 역방향으로 모터를 제어하는 스위칭 구동 수단 및, 전자기 클러치 수단을 제어하는 클러치 제어 수단을 갖고 있는 차량의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에 유리하게 적용될 수 있다. 상기 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에는 본 발명의 또다른 특징에 따른 제어 장치가 구비되는데, 이 제어 장치는 역전가능 모터의 양단자에서 단자 전압들을 검출하여 양단자 전압들이 대량 0 일 경우 제 1 레벨의 전압 신호를 발생한 다음 이 제 1 레벨 전압 신호에 따라서 제 2 레벨의 페일 세이프 신호를 발생하고, 양단자 전압들이 대략 0 이 아닐 경우에는 제 2 레벨의 전압 신호를 발생한 다음 이 제 2 레벨 전압 신호에 따라서 제 1 레벨의 페일 세이프 신호를 발생시키는 모터 전압 검출 수단과, 전원과 스위칭 구동 수단과 클러치 제어 수단 사이에 접속된 스위치 수단 및, 모터 전압 검출 수단으로부터 페일 세이프 신호를 인출하여 스위치 수단을 개방시켜 페일 세이프 신호가 제 2 레벨에 있을 때 역전가능 모터와 클러치 제어 수단에 공급되는 전력을 차단하는 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 상술한 목적과 기타 목적, 특징이나 이점들은 첨부도면을 통한 본발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 분명히 인식될 것이다.
먼저, 본 발명이 적용될 수 있는 차량용의 전형적인 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에 대해 설명한다. 제1도는 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 이 도면에서 유니버셜 조인트(3)에 의해 상호 연결된 다수의 조향축(2)(이하 조향축 조립체라 함)을 통해 보조 토오크가 핸들(1)에 전달된다. 조향축 조립체(2)의 하단에는 피니언 축(4)이 장착되어 있으며, 이 피니언축은 래크(rack)(5)의 일단부에서 래크와 톱니 맞물림으로 결합된다. 따라서 래크(5)가 그 길이축을 따라서 왕복 운동할 때, 조향축 조립체(2)는 래크(5)가 움직이는 방향(즉, 도면에서 보아 좌우 방향)에 따른 방향으로 전체적으로 회전한다. 래크(5)의 타단부에는 피니언축(6)이 톱니 맞물림으로 결합되어 있고, 피니언축(6)상에는 워엄휠(7)이 고정 설치되어 있다. 워엄휠(7)은 워엄(8)과 톱니 맞물림식으로 결합되고, 워엄(8)은 역전가능 모터(10)에 접속되어 그 사이에 삽입된 전자기 클러치(9)를 통해 조향 보조 토오크를 발생시킨다.
동작에 있어서, 전자기 클러치(9)가 접속되어 있는 상태에서 역전가능 모터에 전압이 가해지면 워엄(8)이 회전하고 그결과 워엄휠(7)이 회전함에 따라 피니언축(6)이 해당 방향으로 회전한다. 이에의해 래크(5)가 도면에서 보아 좌우로 이동하게 된다. 이런식으로, 역전가능 모터(10)에 의해 발생된 출력 토오크 (보조 토오크)는 래크/워엄 기어열과 조향축 조립체(2)를 통해 핸들(1)에 전달되고 이에의해 차량 운전자가 핸들을 용이하게 조작할 수 있게 된다.
조향축 조립체(2)와 핸들(1)에 전달될 보조 토오크를 발생시키는 역전가능 모터(10)의 제어 동작은 제어 장치(20)에 의해 수행된다. 이 제어 동작을 위해서, 차량 속도 센서(11)와 토오크 센서(12)가 설치된다. 차량 속도 센서(11)에서 출력된 차량 속도 신호(V)와 토오크 센서(12)에서 출력된 조향 토오크 신호(T)는 역전가능 모터(10)를 제어하는 제어 정보로서 제어 장치(20)에 공급된다. 제어 장치(20)는 기판상에 장치한 밧테리(전원)(13)로부터 키(key) 스위치(14)와 이하에서 설명될 조정 회로를 통해 전력이 공급된다.
다음, 제어장치(20)에 대해서 설명한다. 제2도는 제어 장치(20)의 회로 구성을 보여주는 블럭도이다. 도면에서 보는 바와같이, 제어 장치(20)는 마이크로컴퓨터로 구성될 수 있는 중앙 처리 장치(21)를 포함한다. 이 중앙 처리 장치에는 차량 속도 센서(11)로부터 차량 속도 신호(V)가 공급된 토오크 센서(12)로 부터 입력 인터페이스 회로(22)를 통해 조향 토오크 신호(T)가 공급된다. 이 중앙처리장치(21)는 본질적인 의미에서 제어 수단으로 기능한다.
중앙처리장치(21)는 밧테리(13)에 연결된 전원 회로(23)로부터 전력을 공급받는다. 중앙처리장치(21)의 출력측에는 모터 구동 수단을 구성하는 모터 구동 회로(24)가 설치된다. 이 모터 구동 회로(24)는 운전자에 의해 핸들에 가해진 토오크의 방향과 크기를 나타내는 차량 속도 신호(V)와 조향 토오크 신호(T)에 따라서 모터 구동 제어 신호를 발생시키는 중앙처리장치(21)로부터 공급되는 모터 구동 제어 신호에 따라서 PWM(펄스폭 변조) 신호(S)를 발생시킨다. 반면에, 모터 구동 회로(24)의 출력측에는 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)가 접속된다. 이 회로(30)는 전계 효과 트랜지스터와 같은 제어 스위칭 소자들로 구성되어 모터 구동 회로(24)에 의해 발생된 PWM 신호(S)에 따라서 역전가능 모터(10)를 제어하는 스위칭 구동 수단으로 기능한다.
더욱 상세하게는, H 브리지 스위칭 구동 회로(30)는 PWM 신호(S)가 입력되는 게이트 전극들을 각각 가진 4 개의 FET(전계 효과 트랜지스터)(31 내지 34)로 구성된다. FET(31,34)의 제 1 직렬 접속은 FET(32,33)의 제 2 직렬 접속과 병렬 접속된다. 역전가능 모터(10)에는 FET(32)와 FET(33)간의 접합점과 FET(31)과 FET(34)간의 접합점에 각각 연결된 단자들이 있다. PWM 신호를 가지고서 역전가능 모터(10)를 제어 가능하게 구동하는 모터 구동 회로(24)와 H 브리지 스위칭 회로(30)는 공지된 기술이므로 여기서 더 이상 상태의 설명은 생략한다. 그러나 여기서 밝혀둘 것은 게이트에 가해진 PWM 신호에 응답하여 FET(31,32)가 구동(즉, 턴온 및 오프)될 때 한 방향(예컨대, 정방향)으로 보조 토오크 발생 모터(10)가 회전하고, 이 모터(10)에 의해 발생된 토오크 크기는 PWM 신호의 듀티 싸이클에 따라서 결정된다는 것이다. 대조적으로, FET(33,34)가 PWM 신호로 구동될 때 역전가능 모터(10)는 다른 방향(즉, 역방향)으로 회전한다.
보조 토오크 발생 모터(10)의 단자들중 한 단자에는 다이오드(36)와 직렬 접속된 바이어스 저항(35)이 접속된다. 다이오드(36)의 아노드는 전원 회로(23)에 접속된다. 반면, 역전가능 모터(10)의 타단자에는 접지 저항(37)과 단자 전압 검출 회로(38)가 접속된다. 단자 전압 검출 회로(38)에 의해 검출된 역전가능 모터(10)의 단자 전압은 역전가능 모터(10)를 감시하는데 이용되는 정보로서 중앙처리장치(21)에 공급된다.
H 브리지 스위칭 구동 회로(30)는 전원으로 기능하는 밧테리(13)의 고전위측에 접속되어 밧테리(13)로부터 소정의 전압을 공급받는다. 이 회로(30)에 가해진 전압은 인가 전압 검출 회로(39)에 의해 감시된다. 반면에, H 브리지 스위칭 구동 회로(30)의 저전위측은 분로 저항(40)의 일단에 접속된다. 이 저항(40)의 타단은 접지된다. 분로 저항(40)은 이 저항에 병렬 접속된 모터 전류 검출 회로(4)와 합쳐서 모터 전류 검출 수단을 이룬다.
더욱 상세하게로는, 모터 전류 검출 회로(41)는 분로 저항(40)에 나타난 전압을 검출하여 이 검출된 전압을 역전가능 모터(10)를 통해 흐르는 전류를 표시하는 전류 신호로 변환시킨다. 이렇게 해서 생긴 전류 신호는 중앙처리장치(21)에 공급되어 모터(10)가 동작하는지 아닌지를 판단하는데 이용된다.
상기에서 설명된 전자기 클러치(9)는 클러치 제어 수단을 구성하는 클러치 제어 회로(50)에 연결된다. 이 회로(50)는 차량 속도 신호(V)와, 조향 토오크 신호(T) 및, 모터 전류 검출 회로(4)로부터 공급된 모터 전류 신호에 따라서 중앙처리장치(21)에 의해 제어된다. 이 회로(50)에 대해 이하에서 설명하게 된다. 또한, 전자기 클러치(9)에는 밧테리(13)로부터 전압이 가해지게 된다.
중앙처리장치(21)는 차량 속도 센서(11)로부터 공급된 차량 속도 신호(V)와, 토오크 센서(12)로부터 공급된 조향 토오크 신호(T) 및, 모터 전류 검출 회로(41)로부터 공급된 모터 전류 신호에 따라서 클러치 제어 회로(50)를 제어하고, 전자기 클러치(9)는 클러치 제어 회로(50)에서 발생된 클러치 제어 신호(C)에 의해 제어되어 접속 또는 차단된다.
또한 제어 장치(20)와 관련하여 페일 세이프 수단이 설치되는데, 이 수단은 전환 수단으로 기능하는 계전기(60)와 모터(10)의 단자 전압들을 검출하는 단자 전압 검출 수단으로 기능하는 모터 전압 검출 회로(70)로 구성된다. 계전기(60)는 밧테리(13)와 한편으로는 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)간에 다른 한편으로는 클러치 제어 회로(50)간에 삽입되어 이상 상태 발생시 중앙처리장치(21)의 제어하에 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)와 클러치 제어 회로(50)에 공급되는 전력을 차단한다. 모터 전압 검출 회로(70)는 역전가능 모터(10)에 나타나는 전압을 검출하여 소정 전압 레벨을 표시하는 페일 세이프 신호(F)를 출력한다. 페일 세이프 신호(F)는 중앙처리장치(21)에 공급된다.
이제, 모터 전압 검출 회로(70)에 대해 상세히 설명한다. 제3도는 모터 전압 검출 회로(70)의 회로 구성을 상세히 나타낸 것이다. 제3도에서 모터 전압 검출 회로(70)는 직렬 접속된 다이오드(71,74)를 포함하고 있다. 다이오드(71)의 아노드와 다이오드(74)의 캐소드간의 접합점(연결절점)은 보조 토오크 발생 모터(10)의 일단자(P)에 연결된다. 또한 직렬 접속된 다이오드(73,72)도 설치되어 있다. 다이오드(73)의 아노드와 다이오드(72)의 캐소드간의 접합점은 역전가능 모터(10)의 타단자(Q)에 연결된다. 게다가 트랜지스터(75)도 설치된다. 이 트랜지스터(75)의 베이스는 다이오드(71,73)들의 캐소드들간의 접합점에 연결되고, 에미터는 다이오드(72,74)들의 아노드들간의 접합점에 연결된다. 트랜지스터(75)의 컬렉터는 도면번호 80 으로 표시한 필터 회로에 접속된다. 이 필터 회로에 대해서는 이하에서 설명한다.
필터-회로(80)는 RC 필터 회로 형태로 구현된다. RC 필터 회로는 트랜지스터(75)의 컬렉터에 연결된 입력단(R)을 가진 저항(81)과 저항(81)의 출력단에 연결된 일단(one end)을 가진 커패시터(82)를 포함한다. 커패시터(82)의 타단은 접지된다. 필터 회로(80)의 저항(81)과 커패시터(82)의 접합점(X)은 저항(83)을 통해 전원 회로(23)(제2도)에 그리고 트랜지스터(90)의 베이스에 연결된다.
페일 세이프 신호 발생 수단을 구성하는 트랜지스터(90)의 에미터는 접지되고 컬렉터는 저항(91)을 통해 전원 회로(23)에 연결된다. 트랜지스터(90)의 컬렉터와 저항(91)은 접합점(Y)은 중앙처리장치(21)로 이어진다. 이러한 회로 구성에서 페일 세이프 전압을 나타내는 접합점(Y)에 생기는 전위 V5는 트랜지스터(90)가 도통될 때(즉, 온 상태일 때)는 저레벨을 취하고, 도통되지 않을 때(즉, 오프 상태일 때)는 고레벨을 취한다. 전위 레벨이 이러한 레벨을 갖게 되는 페일 세이프 신호(F)는 트랜지스터(90)의 컬렉터로부터 전달되어 중앙처리 장치(21)에 공급된다.
중앙처리장치(21)에서는 저전위 레벨을 갖는 페일 세이프 신호(F)가 입력되는 기간을 타이머(도시되어 있지 않음)로 측정한다. 저전위 레벨의 페일 세이프 신호(F)의 지속 기간이 소정 기간 t0을 초과하면 중앙처리장치(21)에서 정지 신호 S24와 S50(제2도)을 출력하여 각각 모터 구동 회로(24)와 클러치 제어 회로(50)의 동작을 정지시키고, 스위칭 신호(S60)도 계전기(60)를 턴오프시킨다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에 의해 수행되는 페일 세이프 동작에 대해서 자세히 설명한다.
제4도는 정상 동작 상태에서 모터 구동 동력 조향 제어 시스템의 각 회로점에서 생기는 전압 신호 파형들이다. 제5도는 상기 필터 회로가 없다고 가정한 상태에서의 대응 전압 신호의 파형들이다. 제6도는 이상 상태 발생시 대응 신호의 파형들이다.
제7도는 중앙처리장치(21)에 의해 실행되는 페일 세이프 동작을 설명하는 플로우챠트이다. 제7도의 단계 S1에서는 모터 단자 전압 검출 회로(38)와 모터 전류 검출 회로(41)의 출력에 따라서 중앙처리장치(21)에서 보조 토오크 발생 모터(10)가 구동중인지 여부를 판단한다. 판단 단계 S1에서 역전가능 모터(10)가 구동중이 아님을 표시하는 부정(NO) 결과가 나오면 중앙처리장치(21)에 구비된 타이머(도시되어 있지 않음)가 단계 S6(제7도)에서 리세트되고 다시 판단 단계 S1을 실행하게 된다.
이와 반대로, 단계 S1에서 역전가능 모터(10)가 구동중 (즉, 판단 단계 S1의 대답이 YES 라면)이라고 판단하면 다음 처리 동작이 실행된다.
이제 역전가능 모터(10)가 정방향으로 정상적으로 회전하고 있다고 가정한다. 이경우 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)의 FET(31,32)가 모터 구동 회로(24)로 부터 FET(31,32)의 게이트에 가해진 PWM 신호에 응답하여 턴온 및 오프된다. 이결과 회로점(P)에 생기는 전압 신호 파형은 제4(a)도처럼 변화된다.
더욱 상세하게로는, FET(31,32)가 온 상태일 때는 회로점(P)에서의 전위 레벨 V1은 제4(a)도에서 처럼 기간 A 동안 거의 밧테리(13)의 공급 전압 레벨 VB에 있게 된다. 이와 반대로, FET(31,32)가 오프 상태일 때는 회로점(P)에서의 전압 V1은 기간 B 동안 거의 0 이 된다. 반면, 회로점(Q)에서의 전압 V2는 역전가능 모터(10)의 역기전력으로 인해 제4(b)도 처럼 상승한다. FET(31,32)가 다시 턴 온되면, 회로점(P)에서의 전압 V1은 전원 전압 레벨을 나타내고 회로점(Q)에서의 전압 V2는 거의 0 레벨로 떨어지게 된다. 이때 전압 V1은 급하게 상승하지 않고 경사를 가지고 상승한다(제4(a)도에서 기간 C 참조)는 점을 유의하여야 한다.
결과적으로, FET(31,32)가 기간 A 동안 도통될 때, 즉 온 상태가 될 때, 회로점(P)에 생기는 전압 V1은 전원 전압 레벨 VB이고, 회로점(Q)에 생기는 전압 V2는 제4(b)도에서 처럼 거의 0 이다. 이 현상은 회로점(Q)가 FET(32)를 통해 접지 되어 있기 때문이다. 이결과, 다이오드(71), 트랜지스터(75) 및 다이오드(72)를 통해 회로점(Q)까지 이어지는 경로를 따라 전류가 흐르게 되어 트랜지스터(75)의 컬렉터 전압(즉, 회로점 R에서의 전압 V3)이 제4(c)도에서 처럼 저전위 레벨(L레벨)을 가져 트랜지스터(75)는 턴 온된다. 따라서, 회로점(X)에서의 전압 V4는 제4(d)도에서 처럼 저전위(L-레벨)이 되어 트랜지스터(90)의 컬렉터 전압과 회로점(Y)에서의 전압 V5는 제4(e)도에서 처럼 고전위 레벨(H 레벨)을 가져 트랜지스터(90)는 턴 오프된다. 이것은 페일 세이프 신호(F)가 고(H) 레벨에 있음을 의미한다.
한편, FET(31,32)가 기간 B 동안 오프 상태에 있을때는 회로점(P)에서의 전압 V1은 대략 0 이 된다. 또 회로점(Q)에서의 전압 V2는 역전가능 모터(10)의 역기전력 때문에 공급 전압 VB에 해당하는 전압 레벨을 가진다. 따라서 다이오드(73), 트랜지스터(75), 다이오드(74)를 통해 회로점(P)으로 이어지는 경로를 따라 전류가 흐른다. 이에의해 트랜지스터(75)의 컬렉터(즉, 회로점(R)에서의 전압 V3)는 FET(31,32)가 온 상태에 있을 때처럼 제4(c)도에서와 같이 저레벨(L)을 유지하게 되어 트랜지스터(75)는 턴온된다. 그결과, 회로점(X)에서의 전압 V4도 제4(d)도에서 처럼 저레벨이고 이로인해 트랜지스터(90)가 오프 상태를 유지함에 따라 회로점(Y)에서의 전압 V5는 제4(e)도에서 처럼 고레벨(H)로 되고 또 페일 세이프 신호(F)도 고레벨(H)이 된다.
앞서 지적한 것처럼, FET(31,32)의 턴온 동작에 따라서 FET(31,32)를 통해 흐르는 전류는 제4(a)도의 기간 C에서 보듯이 다소 경사를 갖고서 상승할 때, 즉, FET(31,32)를 턴 온시키는데 필요한 시간이 비교적 길때는, 회로점(P)에서의 전압 V1은 제4(a)와(b)도에서 보는 바와같이 과도적으로 회로점(Q)에서의 전압 V2와 동일한 레벨을 취함에 따라 트랜지스터(75)는 순간적으로만 비도통 상태가 된다. 이결과, 회로점(R)에서의 전압 V3는 제4(c)도에서 처럼 기간 C 중에 순간적으로 고레벨로 된다. 그러나 이와같은 과도적인 고레벨은 필터 회로(80)에 의해 제거되므로 회로점(X)에서의 전압 V4는 제4(d)도에서 처럼 저레벨(L)이 된다. 그러므로 트랜지스터(75)의 과도적인 턴 온 동작에 상관없이, 제4(e)도에서 처럼 회로점(Y)에서의 전압 V5는 고레벨(H)로 되고 트랜지스터(90)는 오프 상태를 유지할 수 있다.
역전가능 모터(10)를 제어하는데 있어, FET(32)를 도통 상태에 두고 FET(31)를 PWM 신호에 응답하여 턴 온과 오프 동작을 반복시키는 방법도 생각해 볼 수 있다. 이경우, 회로점(P)에서의 전압 V1, 회로점(Q)의 전압 V2및, 회로점(R)의 전압 V3는 각각 제5도(a),(b),(c)처럼 나타난다. 여기서 회로점(X)의 전압 V4는 필터 회로(80) 때문에 저전위 레벨을 계속 유지한다. 따라서 회로점(Y)의 전압 V5는 제5(e)도에서 처럼 고레벨을 유지한다.
또, 역전가능 모터(10)가 역방향으로 정상 회전하는 경우, 상술한 정방향에서의 모터 동작에서 처럼, H 브리지 스위칭 구동 회로(30)의 FET(33,34)는 PWM 신호에 의해 제어되며, 회로점(Y)의 전압 V5는 고전위 레벨(H)을 유지한다.
이제, 보조 토오크 발생 역전가능 모터(10)의 전원측에서 접지 고장이 생긴다고 또는 어떤 이상 상태가 생겨서 모터 구동 회로(24)로부터 PWM 신호(S)가 출력되지 않는다고 가정해본다. 이경우, 회로점(P,Q)의 전압 V1과 V2는 각각 제6(a)와(b)도에서 처럼 대략 0 볼트가 된다. 그결과 제6(c)도에서 처럼 회로점(R)의 전압 V3는 고전위 레벨(H)을 취하고 트랜지스터(75)는 턴 오프된다. 따라서 회로점(X)의 전압 V4가 제6(d)도에서 처럼 고레벨(H)로 되어 트랜지스터(90)는 턴온된다. 그러므로 회로점(Y)의 전압 V는 제6(e)도에서 처럼 저레벨(L)이 된다.
모터 전압 검출 회로(70)에서 검출된 회로점(Y)의 전압 V5는 페일 세이프 신호(F)로서 중앙처리장치(21)에 의해 인출되고 이 중앙처리장치(21)에서는 페일 세이프 신호(F)가 제7도의 단계 S2와 S3에서 저전위 레벨을 나타내는지 여부를 체크한다. 페일 세이프 신호(F)가 고전위 레벨을 나타낸다고 판단되면 상기 언급된 타이머가 리세트되고, 이어서 모터 전류 검출 회로(41)의 출력에 따라서 역전가능 모터(10)가 구동중인지 여부를 판단한다(제7도에서 단계 S3이 부정 NO 결과가 나올때 실행되는 단계 S6과 S1을 참조).
이와 반대로, 페일 세이프 신호(F)가 저전위 레벨을 표시하는 것으로 판단되면, 페일 세이프 신호(F)가 중앙처리장치(21)에 연속 입력되는 시간 t가 상기 타이머에 의해 측정되고 이 측정된 시간t와 소정의 기준시간 t0가 비교된다(제7도의 단계 S4와 S4).
페일 세이프 신호(F)의 지속 시간t가 기준 시간t0보다 짧은 경우에는 다시 역전가능 모터(10)가 구동중인지 여부를 판단한다(단계 S5의 결과가 NO 일 때 실행되는 단계 S1 참조).
반면에, 페일 세이프 신호(F)의 지속 기간 t가 기준 시간 t0보다 긴 경우에는 중앙처리장치(21)에서 정지 신호 S24와 S50을 각각 모터 구동 회로(24)와 클러치 제어 회로(50)에 출력한다. 이에 의해 모터 구동 회로(24)와 클러치 제어 회로(50)의 동작이 차단된다. 또한, 정지 신호 S60이 계전기 장치(60)에 공급되어 계전기 장치(60)를 단속하게 된다.(단계 S5에서 NO 결과가 나올 때 실행되는 제7도의 단계 S7 참조)
이상의 설명으로부터 잘 알 수 있듯이, 역전가능 모터(10)의 전원측에 접지 고장이 생기거나 모터 구동 회로(24)에 이상 상태가 생길 경우에는 모터 구동 회로(24)와 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)와 클러치 제어 회로(50)는 계전기 장치(60)의 스위치 오프에 의해 그 동작이 즉시 중지되어 H 브리지 스위칭 구동 회로(30)와 클러치 제어 회로(50)에 공급되는 전력이 차단된다.
상술한 것으로부터 분명하듯이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 조향 제어 시스템에서 구체화된 페일 세이프 제어 특징 덕분으로 역전가능 모터(10)의 접지 고장뿐만 아니라 모터 구동 회로(24)의 이상 상태도 모터 전류 검출 회로(41)를 이중으로 설치하지 않아도 잘 처리될 수 있다. 따라서 모터 구동 조차 제어 시스템을 값싸게 구현할 수 있다.
이때, 필터 회로(80)는 반드시 필요한 것은 아니고 생략 가능하다. 즉, FET(31 내지 34)의 스위칭 시간을 줄여 제4(a)도의 기간 C동안 회로점(P)에 나타나는 전압 V1을 더욱 급격하게 상승시켜 트랜지스터(75)가 순간적으로 턴 오프되는 현상을 방지하게 되면 필터 회로(80)는 불필요하게 된다.
그 이외에도, FET(31 또는 33)가 PWM 신호에 응답하여 턴온되는 타이밍에서 페일 세이프 신호(F)가 중앙처리장치(21)에 의해 인출되는 장치를 사용해도 필터 회로(80)를 생략할 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 필터 회로(80)가 사용되지 않을 경우, 기간 B동안 회로점(R, X)의 전압 V3와 V4파형은 각각 제클러치 제5(c)및(d)도의 2 점 쇄선으로 표시된 모양을 가질 것이다. 이 기간 B 동안에 회로점(Y)의 전압 V5는 저레벨이 된다. 그러나 상기 언급된 타이밍에서 페일 세이프 신호(F)를 인출함으로서 기간 A 동안 고레벨 전압 V5만을 표시하는 페일 세이프 신호(F)가 인출될 수 있어 역전가능 모터(10)와 제어 장치(20)가 정상적으로 동작하는 한에서는 잘못된 판단을 막을 수가 있다. 부가적으로, 역전가능 모터(10)와 모터 구동 회로(24)에 이상 상태가 생길 경우에 회로점(Y)의 전압 V5는 제6도에서 처럼 저레벨을 계속 유지한다. 따라서 확실하게 이상 상태 유무를 판단할 수가 있다.
이상과 같은 본 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다양한 특징과 이점들이 분명해졌으며 이들 모든 특징과 이점들을 본 발명의 진정한 정신과 영역으로서 특허청구의 범위에서 주장하고자 한다. 또한 본 발명은 당업자들에 의해 많은 변경과 수정이 쉽게 가해질 수 있으므로, 본 발명의 상세한 설명에만 나와 있는 것에만 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 차량의 동력 조향 시스템에 대해서 역전가능 모터의 제어와 연관하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 원리를 가지고서 일반적으로 PWM 스위칭 회로를 통해 구동되는 역전가능 모터를 보호하는데도 적용될 수 있다.
따라서, 모든 적당한 변경 및 등기물들은 본 발명의 영역내에 포함됨을 유념해야 한다.

Claims (25)

  1. DC 전원과, 상기 DC 전원과 역전가능 모터간에 삽입되어 상기 역전가능 모터를 정방향과 역방향간에 전환 가능하게 구동하는 스위칭 구동 회로와, 제어 신호에 응답하여 상기 스위칭 구동 회로를 제어하는 제어 수단을 포함하는 역전가능 모터의 동작을 구동 및 제어하는 모터 구동 시스템에서, 상기 역전가능 모터가 모터 회로내의 고장 발생으로 인해 오동작하는 것을 방지하는 페일 세이프 장치에 있어서. 상기 역전가능 모터에 병렬 접속되며, 상기 역전가능 모터의 양단자들의 단자 전압을 검출하여 상기 양단자 전압이 거의 0 레벨일 때는 제 1 레벨의 제 1 검출 신호를 발생하고 상기 양단자 전압이 거의 0 레벨이 아닌 때에는 제 2 레벨의 제 2 검출 신호를 발생하는 단자 전압 검출 수단과, 상기 단자 전압 검출 수단의 출력에 접속되며, 상기 제 1 검출 신호에 응답하여 고장 표시 신호를 발생하는 페일 세이프 신호 발생 수단 및, 상기 전원과 상기 스위칭 구동 회로간에 접속된 스위치 수단을 포함하고, 상기 제어 수단이 상기 페일 세이프 신호 발생 수단에 의해 발생된 상기 고장 표시 신호에 응답하여 상기 스위치 수단을 개방시켜 상기 스위칭 구동 회로 수단에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  2. 제1항에 있어서. 상기 스위칭 구동 수단이 각자가 상기 제어 수단에 접속된 제어 전극을 갖고서 H 브리지 회로로 상호 접속된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 스위칭 소자들로 구성되며, 일방향으로 상기 역전가능 모터를 회전시키는 제 1 전류 경로가 상기 DC 전원으로부터 상기 스위치 수단을 통해 상기 제 1 스위칭 소자, 상기 모터, 상기 제 2 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이르고, 타방향으로 상기 역전가능 모터를 회전시키는 제 2 전류 경로가 상기 DC 전원으로부터 상기 스위치 수단을 통해 제 3 스위칭 소자, 상기 모터, 상기 제 4 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이르고, 상기 단자 전압 검출 수단이, 상기 제 1 과 제 4 스위칭 소자간의 제 1 접합점과 상기 역전가능 모터의 한 단자에 접속된 제 1 입력 단자와, 상기 제 2 및 제 3 스위칭 소자의 제 2 접합점과 상기 역전가능 모터의 다른 대향 단자에 접속된 제 2 입력 단자와, 상기 제 1 과 제 2 입력 단자간에 접속되며 상기 제 1 및 제 2 접합점으로부터 각각 상기 제 1 및 제 2 입력 단자에 가해진 전압이 모두 거의 0 일때 상기 페일 세이프 신호 발생 수단이 상기 고장 표시 신호를 발생하도록 상기 제 1 검출 신호를 출력하는 제 1 전압 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 전압 검출 회로가, 반대 극성으로 접속된 제 1 다이오드 쌍을 통해 상기 제 1 과 제 2 접합점 각각에 접속된 베이스와, 반대 극성으로 접속되고 상기 제 1 다이오드쌍과 직렬 접속된 제 2 다이오드쌍을 통해 상기 제 1 과 제 2 접합점에 접속된 에미터와, 상기 페일 세이프 신호 발생 수단의 입력 단자에 접속된 컬렉터를 갖는 제 1 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 페일 세이프 신호 발생 수단이 상기 제 1 트랜지스터의 상기 컬렉터에 접속된 베이스와, 접지된 에미터와, 전압 전원에 접속되어 상기 고장 표시 신호를 전달하기 위한 출력 단자로서 작용하는 컬렉터를 갖는 제 2 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 H 브리지 회로의 상기 제 1 내지 제 4 스위칭 소자가 상기 제어 수단으로부터 공급된 펄스폭 변조 신호에 의해 제어되고, 상기 제어수단이. 상기 H 브리지 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자가 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 턴온 및 오프되는 타이밍에서 상기 페일 세이프 신호 발생 수단의 출력을 인출하는 인출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단이 상기 고장 표시 신호의 지속기간을 판단하는 타이머 수단과; 상기 고장 표시 신호의 지속기간을 소정의 기준치와 비교하는 비교 수단 및; 상기 고장 표시 신호의 지속기간이 상기 기준치를 초과하면 상기 스위치 수단을 작동시켜 상기 스위칭 구동 수단을 통해 상기 역전가능 모터에 공급되는 전력을 차단하는 트리거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단자 전압 검출 수단과 상기 페일 세이프 신호 발생 수단간에 삽입되어 상기 스위칭 소자들의 스위칭 동작에 따라 생길 수 있는 의사 신호가 상기 페일 세이프 신호 발생 수단에 전달되는 것을 방지하는 필터 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 구동 수단의 저전위측과 접지간에 접속된 분로 저항과, 상기 분로 저항에 접속되어 상기 분로 저항에 나타나는 전압을 검출하여 이 전압을 상기 역전가능 모터를 통해 흐르는 전류를 나타내는 전류 신호로 변환시키는 전압/전류 변환 수단으로 구성된 모터 전류 검출 수단을 더 포함하고, 상기 전압/전류 변환 수단의 출력이 상기 제어 수단에 공급되어 상기 모터가 동작중인지 여부를 판단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 수단이 마이크로컴퓨터 형태로 구현되고, 상기 모터 전류 검출 수단의 출력이 상기 모터가 동작중임을 나타낼 때에만 상기 마이크로컴퓨터에 의해 페일 세이프 제어 동작이 초기화되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템용 페일 세이프 장치.
  10. 차량의 조향 기구에 작용적으로 결합된 역전가능 모터에 의해 발생된 보조 토오크를 이용하여 운전자의 핸들 조작을 용이하게 하는 자량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템에 있어서, 상기 역전가능 모터의 출력부를 상기 조향 기구에 차단 가능한 방식으로 결합시키는 전자기 클러치 수단과; 상기 전자가 클러치 수단의 동작을 제어하는 클러치 제어 수단과; 운전자에 의해 상기 핸들에 가해진 조향 토오크를 검출하여 조향 토오크 신호를 발생하는 토오크 센서 수단과; 상기 차량의 속도를 검출하여 차량 속도 신호를 발생하는 차량 속도 센서 수단과; 상기 조향 토오크 신호와 상기 차량 속도 신호에 따라 제어 신호를 발생하는 제어 수단과; 상기 역전가능 모터에 그리고 상기 클러치 제어 수단을 통해 상기 전자기 클러치 수단에 전력을 공급하는 DC 전원 수단과; 상기 DC 전원 수단과 상기 역전가능 모터간에 삽입되어 상기 제어 신호에 따라서 상기 역전가능 모터를 제어하는 스위칭 구동 회로 수단과; 상기 DC 전원 수단과 한편으로는 상기 전자기 클러치 수단과 다른 한편으로는 상기 스위칭 구동 회로 수단간에 삽입된 계전기 스위치 수단과; 상기 역전가능 모터에 병렬 접속되어 상기 역전가능 모터의 양 단자 전압을 검출하여 상기 양단자 전압이 거의 0 레벨일 경우에는 제 1 레벨의 제 1 검출 신호를 발생하고 상기 양 단자 전압이 거의 0 레벨이 아닐 경우에는 제 2 레벨의 제 2 검출 신호를 발생하는 단자 전압 검출 수단 및; 상기 단자 전압 검출 수단의 출력부에 접속되어 상기 제 1 검출 신호에 응답하여 고장 표시 신호를 발생하는 페일 세이프 신호 발생 수단을 포함하고, 상기 제어 수단이 상기 페일 세이프 신호 발생 수단에 의해 발생된 상기 고장 표시 신호에 응답하여 상기 계전기 스위치 수단을 개방시켜 상기 클러치 제어 수단을 통해 상기 전자기 클러치 수단에 공급되는 전력과 상기 스위칭 구동 회로 수단에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스위칭 구동 수단이 각자가 상기 제어 수단에 접속된 제어 전극을 갖고서 H 브리지 회로로 상호 접속된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 스위칭 소자들로 구성되며, 일방향으로 상기 역전가능 모터를 회전시키는 제 1 전류 경로가 상기 DC 전원으로부터 상기 스위치 수단을 통해 상기 제 1 스위칭 소자, 상기 모터, 상기 제 2 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이르고, 타방향으로 상기 역전가능 모터를 회전시키는 제 2 전류 경로가 상기 DC 전원으로부터 상기 스위치 수단을 통해 제 3 스위칭 소자, 상기 모터, 제 4 스위칭 소자를 거쳐 접지에 이르고, 상기 단자 전압 검출 수단이, 상기 제 1 과 제 4 스위칭 소자간의 제 1 접합점과 상기 역전가능 모터의 한 단자에 접속된 제 1 입력 단자와, 상기 제 2 및 제 3 스위칭 소자의 제 2 접합점과 상기 역전가능 모터의 다른 대향 단자에 접속된 제 2 입력 단자와, 상기 제 1 과 제 2 입력 단자간에 접속되며 상기 제 1 및 제 2 접합점으로부터 각각 상기 제 1 및 제 2 입력 단자에 가해진 전압이 모두 거의 0 일때 상기 페일 세이프 신호 발생 수단이 상기 고장 표시 신호를 발생하도록 상기 제 1 검출 신호를 출력하는 제 1 전압 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제 1 전압 검출 회로가. 반대 극성으로 접속된 제 1 다이오드 쌍을 통해 상기 제 1 과 제 2 접합점 각각에 접속된 베이스와, 반대 극성으로 접속되고 상기 제 1 다이오드쌍과 직렬 접속된 제 2 다이오드쌍을 통해 상기 제 1 과 제 2 접합점에 접속된 에미터와, 상기 페일 세이프 신호 발생 수단의 입력 단자에 접속된 컬렉터를 갖는 제 1 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 페일 세이프 신호 발생 수단이. 상기 제 1 트랜지스터의 상기 컬렉터에 접속된 베이스와, 접지된 에미터와, 전압 전원에 접속되어 상기 고장 표시 신호를 전달하기 위한 출력 단자로서 작용하는 컬렉터를 갖는 제 2 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 H 브리지 회로의 상기 제 1 내지 제 4 스위칭 소자가 상기 제어 수단으로부터 공급된 펄스폭 변조 신호에 의해 제어되고, 상기 제어 수단이. 상기 H 브리지 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자가 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 턴온 및 오프되는 타이밍에서 상기 페일 세이프 신호 발생 수단의 출력을 인출하는 인출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제어 수단이. 상기 고장 표시 신호의 지속기간을 판단하는 타이머 수단과; 상기 고장 표시 신호의 지속기간을 소정의 기준치와 비교하는 비교 수단 및, 상기 고장 표시 신호의 지속기간이 상기 기준치를 초과하면 상기 스위치 수단을 작동시켜 상기 스위칭 구동 수단을 통해 상기 역전가능 모터에 공급되는 전력을 차단하는 트리거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 단자 전압 검출 수단과 상기 페일 세이프 신호 발생 수단간에 삽입되어 상기 스위칭 소자들의 스위칭 동작에 따라 생길 수 있는 의사 신호가 상기 페일 세이프 신호 발생 수단에 전달되는 것을 방지하는 필터 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 스위칭 구동 수단의 저전위측과 접지간에 접속된 분로 저항과, 상기 분로 저항에 접속되어 상기 분로 저항에 나타나는 전압을 검출하여 이 전압을 상기 역전가능 모터를 통해 흐르는 전류를 나타내는 전류 신호로 변환시키는 전압/전류 변환 수단으로 구성된 모터 전류 검출 수단을 더 포함하고, 상기 전압/전류 변환 수단의 출력이 상기 제어 수단에 공급되어 상기 모터가 동작중인지 여부를 판단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어 수단이 마이크로컴퓨터 형태로 구현되고, 상기 모터 전류 검출 수단의 출력이 상기 모터가 동작중임을 나타낼 때에만 상기 마이크로컴퓨터에 의해 페일 세이프 제어 동작이 초기화되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동 동력 조향 제어 시스템.
  19. 전자기 클러치 수단을 통해 차량의 조향 시스템에 접속된 역전가능 모터와, 모터 구동 수단과, 상기 모터 구동 수단의 제어하에 정방향이거나 역방향으로 상기 역전가능 모터를 구동하는 스위칭 구동 수단 및, 상기 전자기 클러치 수단을 제어하는 클러치 제어 수단을 포함하는 차량의 모터 구동 동력 조향 제어 시스템용 제어 장치에 있어서. 상기 역전가능 모터의 양단자들에서의 단자 전압을 검출하여, 상기 양 단자 전압이 대략 0 일 경우에는 고레벨의 전압 신호와 이 신호에 이어지는 저레벨의 페일 세이프 전압 신호를 발생하고, 상기 양단자 전압이 대략 0 이 아닐 경우에는 저레벨의 전압 신호와 이 신호에 이어지는 고레벨의 페일 세이프 전압 신호를 발생하는 모터 전압 검출 수단과; 전원과 상기 스위칭 구동 수단과 상기 클러치 제어 수단간에 접속된 스위치 수단 및; 상기 모터 전압 검출 수단으로부터 상기 페일 세이프 전압 신호를 인출하여 상기 스위치 수단을 개방시켜 상기 페일 세이프 전압 신호가 상기 저레벨에 있을 경우 상기 역전가능 모터와 상기 클러치 제어 수단에 공급되는 전력을 차단하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 모터 전압 검출 수단이 상기 역전가능 모터의 상기 단자 전압들이 대략 0 이 아닐때에도 상기 저레벨 전압 신호에 내포될 수 있는 고레벨의 의사 전압 성분을 제거하는 필터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 스위칭 구동 수단의 저전위측에 접속되어 상기 역전가능 모터를 통해 흐르는 모터 전류를 검출하는 분로 저항 및; 상기 분로 저항에 나타나는 전압에 따라서 상기 모터 전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해 인출된 상기 저레벨 페일 세이프 전압 신호가 소정 시간보다 더 길게 지속될 때, 상기 제어 수단이 상기 스위치 수단을 개방시켜 상기 역전가능 모터와 상기 클러치 제어 수단에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 스위칭 구동 수단의 저전위측에 접속되어 상기 역전가능 모터를 통해 흐르는 모터 전류를 검출하는 분로 저항 및, 상기 분로 저항에 나타나는 전압에 따라서 상기 모터 전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  24. 제21항에 있어서. 상기 제어 수단에 의해 인출된 상기 저레벨 페일 세이프 전압 신호가 소정 시간보다 더 길게 지속될 때, 상기 제어 수단이 상기 스위치 수단을 개방시켜 상기 역전가능 모터와 상기 클러치 제어 수단에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
  25. 제19항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해 인출된 상기 저레벨 페일 세이프 전압 신호가 소정 시간보다 더 길게 지속될 때, 상기 제어 수단이 상기 스위치 수단을 개방시켜 상기 역전가능 모터와 상기 클러치 제어 수단에 공급되는 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 동력 조향 제어 장치.
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