KR0167925B1 - 올터네이터 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단장치 및 그 제어방법 - Google Patents

올터네이터 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 올터네이터 고장발생시 전자식 4륜 조향(4 Wheel Steering : 4WS) 시스템의 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 주행 중 올터네이터(Alternator)의 고장 발생시에 후륜 조향 시스템의 작동을 정지시켜서 밧데리의 전력소모를 낮추어 차량의 모든 전자 제어 시스템이 다운(Down)되는 것을 방지하기 위한 올터네이터 고장발생시 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 정상 작동되는 충전장치의 출력전압보다 작고 밧데리 출력전압보다 큰 기준전압과 상기 충전장치와 밧데리간에 병렬접속된 출력전압 공급단자의 동작 전압을 비교판단하고 판단결과 동작전압이 기준전압보다 작은 경우는 충전장치(올터네이터)의 고장으로 인식하여 대전력을 소모하는 전자식 후륜 조향시스템(DC모터 작동기)의 동작전압을 차단시킨다.
따라서 밧데리의 전력소모를 낮추어 차량의 모든 전자 제어 시스템이 다운되는 것을 방지할 수 있게 한다.

Description

올터네이터 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어방법
본 발명은 올터네이터 고장발생시 전자식 4륜 조향(4 Wheel Steering : 4WS) 시스템의 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 주행 중 올터네이터(Alternator)의 고장발생시에 후륜 조향 시스템의 작동을 정지시켜서 밧데리의 전력 소모를 낮추어 차량의 모든 전자 제어 시스템이 다운(Down)되는 것을 방지하기 위한 올터네이터 고장발생시 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
조향 방식은 통상적으로 2륜 조향(2WS)과 4륜 조향(4WS) 방식으로 분류된다. 일반적으로 고속 주행시에는 조향각이 아주 적어도 되지만 좁은 장소에 주차할 때 또는 급커브를 저속으로 선회할 때 등은 조향각이 상대적으로 커야 한다. 즉, 짧은 시간내에 핸들을 여러 바퀴 회전시켜야 한다. 그러나 후륜까지 조향시킬 경우, 즉 4WS 방식은 2WS 방식에 비해 회전반경을 작게 할수 있으며 동시에 선회 안정성을 크게 향상시키는 특징을 갖는다.
이러한 4WS 시스템은 차량의 조종성과 주행안전성을 향상시키기 위하여 전륜각과 차속에 맞추어 후륜을 알맞게 조타함으로써 상기한 특성을 얻을 수 있게 된다.
한편 2WS 시스템 차량은 전륜만을 조타하여 차량의 진행 방향을 바꾼다. 이때 전륜과 후륜의 횡력(Lateral Force)은 발생시점이 서로 다르기 때문에 차량의 진행 방향과 운전자의 주시 방향이 일치하지 않는 문제가 발생한다.
4WS 시스템은 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 후륜을 전륜각과 차속에 따라 조타시켜 줌으로써 전륜과 후륜의 횡력의 발생시점을 일치시켜 주고 있다. 이를 통해 차량의 진행방향과 운전자의 주시방향이 일치하게 된다. 이를 소위 차량의 바디 슬립 앵글 (body slip angle)이 제로가 되도록 한다.라고 표현하며 하기와 같은 차량의 일반적인 특성으로 설명되기도 한다.
(A) 저속에서 차량의 조종성 향상
(B) 고속에서 차량의 주행 안정성
이러한 특성을 갖기 위해서 후륜은 제1도에 도시된 바와 같이 통상적으로 저속에서는 전륜과 역상으로 조타되며, 고속에서는 동상으로 조타된다.
또한 4WS 시스템은 초기에는 유압시스템에 의해 구현되었으나 경량화, 시스템의 단순화, 제어의 유연성의 향상을 위해 최근에는 제2도와 같이 DC모터를 작동기로 채용하고 있다.
상기한 DC모터를 작동기로 채용한 종래의 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 개략 블록도가 제3도에 도시되어 있다.
종래의 후륜 조향 시스템은 전륜각과 차속에 따라 4WS로 직부(1)로부터 목표 후륜 조향각을 발생시킨다. 이 목표 후륜 조향각은 링크(5)의 변위에 따라 구해진 실제 후륜 조타각의 부귀환값과 가산되어 오차(error)값이 제어기(2)에 인가된다.
제어기(2)에서는 비례, 미분, 적분 제어 중 일 이상의 제어에 따라 변화된 이득(gain)값이 가산되어 증폭기(3)의 증폭률로 작용하여 후륜조향각이 증폭된 후 후륜 조향 작동기인 DC모터(4)에 인가된다. 그후 DC모터(4)의 작동에 따라 회전력은 타이밍벨트(6)를 통해 좌/우 직선운동하는 볼스크류(7)에 전달되며, 볼스크류(7)의 좌/우 직선운동에 따라 링크(5)가 변위되어 후륜(8)이 조타된다.
상기한 후륜 조향 시스템은 페일(오류 또는 고장)이 발생할 경우 후륜의 중립 위치 귀환을 위하여 DC모터(4)의 작동을 차단하면 볼스크류(7)를 이동시켜 후륜을 중립위치로 위치설정시키기 위한 예압스프링(9)을 볼스크류(7)의 일단에 구비하고 있다.
이러한 페일-세이프(fail-safe)용 예압 스프링은 페일 발생시 후륜의 중립귀환의 역할을 수행하나 정상적인 경우에는 단지 에너지를 소모하는 부분으로 존재한다.
즉, 제2도에 도시된 바와 같이 후륜(8)을 조향하기 위하여 작동기인 DC모터(4)는 예압스프링(9)의 힘과 외부 타이어의 마찰력을 극복하여 후륜을 조향하고 있다. 이 경우 상기 마찰력은 운동방향과 반대방향으로 발생하는데 이 힘은 차속이 저속일 경우 최대 150kgf까지 이르는 것으로 측정된다. 그 결과 상기 DC모터(4)는 예압스프링(9)의 힘과 타이어에 의한 외력을 항상 극복하면서 후륜 조향각을 유지하고 있어야 하기 때문에 전력의 소모가 크게 이루어지고 있다.
한편 차량용 전원장치는 시동 및 비상시에 전원을 공급하는 밧데리와 밧데리와 병렬연결된 충전장치로 구성된다. 상기 충전장치는 엔진작동에 따라 구동되는 올터네이터와 정류기로 구성되어 정류된 직류 밧데리와 각종 전기 부하장치에 공급된다. 따라서 엔진 작동중에는 상기 올터네이터 출력이 전원이 되고, 엔진 정지시에는 밧데리 출력이 전원이 된다.
따라서 엔진이 작동 중 즉, 주행중에 올터네이터가 파손된 경우 후륜 조향 시스템에서 평상시와 같은 많은 전력 소모가 일어나게 되면 밧데리의 전력이 크게 소모되어 어느 순간 차량의 모든 전자 제어 시스템이 다운될 위험이 존재한다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로 그 목적은 차량의 주행중에 올터네이터가 고장난 경우 밧데리의 전력소모가 큰 후륜 조향 시스템의 작동을 정지시킬 수 있는 올터네이터 고장발생시 후륜 조향 차단 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
제1도는 속도별 후륜 조타각도 계산곡선을 나타낸 그래프.
제2도는 후륜 조향용 DC모터와 후륜과의 연결구조를 도시한 개략 구조도.
제3도는 일반적인 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 개략 블록도.
제4도는 본 발명에 따른 올터네이터 고장발생시 전자식 후륜 조향 시스템의 후륜 조향차단장치에 대한 개략 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 4WS로직부 2 : 제어기
3 : 증폭기 4 : DC모터
5 : 링크 6 : 타이밍벨트
7 : 볼스크류 8 : 후륜
9 : 예압스프링 11 : 밧데리
12 : 올터네이터 13 : 충전장치
14 : 비교기 15 : 페일체커
16 : 릴레이 17 : 후륜 조향 시스템
18 : 경고장치
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 주행중에 밧데리와 이와 병렬접속된 충전장치로부터 차량의 각종 전기부하장치에 인가되는 동작전원을 체크하여 상기 충전장치가 고장난 것을 검출하기 위한 고장 검출 수단과, 상기 고장검출수단으로부터의 고장 발생 신호에 응답하여 릴레이 동작신호를 발생하는 제어수단과, 상기 릴레이 동작 신호에 응답하여 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 동작전원을 차단하는 릴레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단 장치를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 주행중에 올터네이터가 파손된 경우 이를 비교기를 사용하여 검출함에 의해 이에 기초하여 전력소모가 큰 작동기인 DC모터를 포함하여 후륜 조향 시스템 전체의 작동을 차단시킨다. 즉, 밧데리로부터의 전원 공급을 차단한다. 또한 경고장치를 통하여 차량의 올터네이터가 파손된 것을 운전자에게 알려주어 모든 시스템이 다운되는것을 예방할 수 있게 해준다.
[ 실시예 ]
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 올터네이터 고장발생시 전자식 후륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단 장치에 대한 개략 블록도이다.
본 발명의 후륜 조향 차단 장치는 밧데리(11)와 병렬 접속된 올터네이터(12), 보다 정확하게는 올터네이터(12)와 정류/정전압 회로를 구비한 충전장치(13)로부터 공급되는 동작전원(Vcc)이 릴레이(16)를 통하여 작동기인 DC모터를 내장한 후륜 조향 시스템(17)과 비교기(COMP)(14) 반전입력단자(-)에 인가된다.
이 경우 비교기(14)의 비반전 입력 단자(+)에는 기준전압(VREF)인 약 13V 전압이 인가되어 있다. 비교기(14)의 출력은 페일체커(15)의 입력에 인가된다. 페일체커(15)는 마이크로 프로세서(CPU) 또는 전자 제어 장치로 구성될 수 있다. 상기 페일체커(15)의 출력은 릴레이(16)를 구동하도록 연결되며, 릴레이(16)는 작동시에 후륜 조향 시스템(17)에 대한 동작 전원(Vcc)을 차단하는 상시 폐쇄형으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 후륜 조향 차단 장치에 대한 동작은 다음과 같이 이루어진다.
일반적으로 시동이 걸려 있는 경우 올터네이터(12)가 정상적으로 작동하면 충전장치(13)의 출력은 14.6V로서 출력된다. 그러나 올터네이터(12)(또는 정류기)가 파손된 경우는 밧데리(11)의 전원에 의존하게 되어 약 12V의 전압이 출력된다.
따라서 동작전압(Vcc)이 기준전압(VREF) 예를 들어 13V 이하로 떨어질 경우 올터네이터(12)가 고장난 것으로 파악할 수 있다.
동작전압(Vcc)이 기준전압(VREF) 이하로 떨어질 경우 비교기(14)는 하이레벨(H)의 고장발생 신호를 발생하며, 페일체커(15)는 비교기(14)로부터 H레벨의 고장발생 신호가 입력되는 경우 H레벨의 릴레이 동작 신호를 릴레이(16)로 출력한다.
이에 따라 릴레이(16)가 동작되면 밧데리(11)로부터 후륜 조향 시스템(17)에 대한 동작전원(Vcc)을 차단시킨다. 이에 따라 후륜 조향 시스템(17)의 작동이 정지되면 예압스프링이 작동하여 후륜을 중립위치로 설정시킨다. 또한 페일체커(15)로부터경고장치(18)로 구동신호가 인가되어 시각 또는 청각 경고장치(18)를 작동시킴에 의해 운전자가 올터네이터(12)의 파손인식과 후륜 조향 시스템(17)의 작동정지를 알 수 있게 해 준다.
따라서 대전력 소모장치인 DC모터를 작동기로 사용하는 후륜 조향 시스템(17)을 올터네이터(12)의 고장에 연동시켜 작동 정지 시킴에 따라 밧데리(11)의 전력 소모를 최대한 억제시켜 시스템 전체의 다운이 일어나는 것을 막아준다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 주행중에 올터네이터가 파손된 경우 이를 비교기를 사용하여 검출함에 의해 이에 기초하여 전력소모가 큰 작동기인 DC모터를 포함하여 후륜 조향 시스템 전체의 작동을 차단시킨다. 즉, 밧데리로부터의 전원 공급을 차단한다. 또한 경고장치를 통하여 차량의 올터네이터가 파손된 것을 운전자에게 알려주어 모든 시스템이 다운되는것을 예방할 수 있게 해 준다.
이상에서 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 주행중에 밧데리와 이와 병렬접속된 충전장치로부터 차량의 각종 전기 부하장치에 인가되는 동작전원을 체크하여 상기 충전장치가 고장난 것을 검출하기 위한 고장 검출 수단과, 상기 고장검출 수단으로부터의 고장 발생신호에 응답하여 릴레이 동작 신호를 발생하는 제어수단과, 상기 릴레이 동작 신호에 응답하여 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 동작 전원을 차단하는 릴레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장 발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고장 검출 수단은 비반정 입력에 상기 밧데리의 전압보다 상대적으로 크고 충전장치의 출력 전압보다 작은 기준 전압이 인가되고, 반전 입력에 상기 동작 전원이 인가되는 비교기로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단장치.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 고장 발생 신호에 응답하여 상기 제어 수단으로부터의 구동신호에 따라 충전장치의 고장을 알려주는 경고장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단장치.
  4. 정상작동되는 충전장치의 출력전압보다 작고 밧데리 출력전압보다 큰 기준전압과 상기 충전장치와 밧데리간에 병렬접속된 출력 전압 공급 단자의 동작 전압을 비교판단하는 단계와, 상기 판단 결과 인가되는 동작전압이 기준전압보다 작은 경우 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 동작전압을 차단하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전자식 후륜 조향 시스템에 대한 동작전압의 차단과 동시에 상기 충전장치의 공장을 시각 및 /또는 청각 방식으로 운전자에게 알려주는 경고단계를 더 포하하는 것을 특징으로 하는 충전장치의 고장발생시 전자식 4륜 조향 시스템의 후륜 조향 차단 제어 방법.
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