KR100232923B1 - 전동 파워스티어링의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크센서에서 발생된 드리프트와 코넥터 접촉저항기에 의해 야기된 토크검출치의 이상을 간단한 구성으로 확실하게 검출할 수 있는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치에 관한 것이다. 전원으로부터 공급된 전류는 토크센서(3)의 포텐셔미터(3A)를 통해 흐르고 이 전류는 전류검출저항(13g)으로 공급되며, 토크센서(3)에서 발생된 드리프트는 이 저항의 단자를 가로지르는 전압에 의해 검출되며, 검출된 드리프트 검출전압(V_is)은 마이크로 컴퓨터(21)에서 판독되고, 드리프트 검출전압(V_is)은 드리프트가 정상범위 내에 있는지의 여부를 판단하기 위해 설정된 값과 비교된다. 토크센서는 주 포텐셔미터(3_M)와 부 포텐셔미터(3_S)로 구성된다. 변화량(ΔV_M)은 주 포텐셔미터의 토크검출전압의 미리 검출된 값과 현재 검출된 값 사이의 차이로부터 계산된다. 또한 부 포텐셔미터에 관한 변화량(ΔV_S)도 유사하게 계산된다. 토크검출치의 이상은 이들 변화량(ΔV_M, ΔV_S)에 반응하여 판단된다.

Description

전동 파워스티어링의 제어장치

[기술분야]

본 발명은 토크검출치의 이상을 검출할 수 있는 장치가 설비된 전동 파워스티어링의 제어장치에 관한 것이다.

[배경기술]

일반적으로, 전동 파워스티어링 장치에서는 스티어링 시스템의 스티어링 토크 포텐셔미터에 의해 구성된 토크센서에 의해 검출이 이루어지며, 상술한 스티어링 시스템에 스티어링 보조력을 공급하기 위한 전기모터는 토크센서의 토크검출치에 반응하여 제어수단에 의해 제어된다.

상술한 바와 같이 전동 파워스티어링 장치의 제어장치에서, 전기모터에 의해 발생된 스티어링 보조력이 토크센서의 토크검출치에 의거하여 제어되므로, 토크센서에 의해 검출된 토크검출치가 이상상태를 나타낼 때, 정확한 제어가 더 이상 수행될 수 없다. 그러므로 토크센서의 이상을 검출할 필요가 있다.

여기서, 토크센서의 이상으로서는 두 가지 형태가 있다. 즉 토크검출치는 전원 전압에서의 변동과 토크센서에 연결된 코넥터의 접촉저항치에서의 시효변화에 기인하여 드리프트된다. 또한, 토크검출치는 코넥터의 접촉저항치의 시효변화에 의한 토크검출치의 변동에 의해 야기된 토크센서에서의 이상과, 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기의 느슨한 접촉 때문에 비정상으로 된다.

종래, 토크센서의 드리프트 이상을 검출하기 위한 드리프트 검출회로로서, 예를 들면 제20도에서 도시된 드리프트 검출회로가 제안되었다.

이 종래의 기술에서, 토크센서(101)는 인가된 스티어링 토크가 토션바의 토션각도 변위로 변환되고, 이 토션각도 변위가 주 포텐셔미터(102)와 주 포텐셔미터(102)에 직렬 연결된 부 포텐셔미터(103)에 의해 검출되도록 배열된다. 직렬 연결된 포텐셔미터(102, 103)로 구성된 직렬회로의 양단 부분들은 통상 전원(E)에 연결되고, 직렬회로의 연결부분은 접지된다. 전원의 전류를 공급함으로써 각각의 포텐셔미터(102, 103)의 슬라이딩 접촉기(102a, 103a)로부터 토크전압이 출력되며, 이들 토크전압은 파워스티어링 장치에서 사용된 전자제어회로(104)에 입력된다. 그 다음에 이 전자제어회로(104)의 입력단자에 배치된 각각의 입력저항기(Rm, Rs)에서 나타나는 토크전압(Vm, Vs)은 A/D컨버터(105, 106)를 거쳐 마이크로 컴퓨터(107)로 들어간다. 마이크로 컴퓨터(107)에서, 주 포텐셔미터(102)의 토크전압치(Vm)에 의거하여 모터전류를 명령치를 산출하고 주 포텐셔미터(102)와 부 포텐셔미터(103)의 양쪽의 토크전압치(Vm, Vs)에 의거하여 드리프트가 검출된다.

제21도에서 실선으로 표시한 바와 같이, 상호 역 위상특성(mutual reverse phase characteristic)(크로스 특성)을 나타내는 토크치는 상술한 방식으로 구성된 각각의 포텐셔미터(102, 103)로부터 발생된다. 슬라이딩 접촉기(102a)의 토크전압(Vm)과 슬라이딩 접촉기(103a)의 토크전압(Vs)은 입력토크가 제로일 때 전압치(Vo)와 같은 값으로 된다. 예를 들면, 우측 스티어링 토크를 부여함으로써 각 슬라이딩 접촉기(102a, 103a)가 제20도의 회로 다이어그램에서 하부측을 향해 함께 이동된다고 가정하면, 토크전압(Vm)은 실제로 직선형태로 감소되는 반면, 토크전압(Vs)은 실제로 직선형태로 증대된다. 한편, 좌측 스티어링 토크를 인가함으로써 각 슬라이딩 접촉기(102a, 103a)가 상부측을 향해 함께 이동된다고 가정하면, 토크전압(Vm)은 실제로 직선형태로 증대되는 반면, 토크전압(Vs)은 실제로 직선형태로 감소된다. 또, 토크전압(Vm, Vs)은 인가된 토크의 절대치가 서로 같을 때 같은 전압치를 나타낸다.

그러한 출력특성을 갖는 토크센서에서 전원 전압에서의 변동에 의해 야기된 토크센서 출력에서의 드리프트와, 또한 이 토크센서에 접속된 코넥터의 접촉저항치에서의 시효변화는 다음과 같이 검출된다:

예를 들면, 토크센서(101)에 인가된 전원전압이 온도변화에 기인하여 감소된다고 가정하면, 각각의 토크전압(Vm, Vs)에서 나타나는 드리프트는 제21도에 도시한 바와 같이 출력전압이 낮을 때 작은 양을 가지고 출력전압이 높을 때 큰 양을 가진다. 즉 이들 드리프트는 일정하지 않다. 그러므로 우선 드리프트가 없을 때 토크전압(Vm)과 토크전압(Vs)의 평균치인 중간지점의 전압(Vo)을 다음 공식에 의해 사전에 미리 구한다.

Vo=1/2(Vm+Vs)............(1)

그 다음에 드리프트를 포함하는 주 포텐셔미터의 토크전압(Vmd)과 부 포텐셔미터의 토크전압(Vsd)을 이용하여 드리프트치(ΔVd)를 중간지점 전압(Vo)에 대한 제어편차의 평균치로서 다음식에 의해 구한다.

ΔVd=1/2(Vmd+Vsd)-Vo).........(2)

다음에, 이 드리프트치(ΔVd)의 절대치를 산출한다. 이 산출치와 미리 설정된 소정치와 비교하여 산출치가 소정치보다 큰가의 여부에 따라 드리프트의 발생을 검출한다.

그러나, 상술한 종래의 드리프트 검출회로에서, 드리프트는 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터로 구성된 두 시스템의 토크전압들 사이의 차이에 의거하여 검출된다. 드리프트치(“ΔVd”)는 상술한 공식(1)과 (2)로부터 다음과 같이 주어진다:

ΔVd=1/2(Vmd-Vm)+(Vsd-Vs)..........(3)

따라서, 드리프트치(ΔVd)는 주 포텐셔미터의 제어편차 성분의 절반을 부 포텐셔미터의 제어편차량의 절반에 부가함으로써 정의된다. 예를 들면, 부 포텐셔미터의 제어편차량이 제21도에 도시된 특성 다이어그램의 좌측단부에서 실제로 제로로 되므로 산출될 드리프트치(ΔVd)는 주 포텐셔미터의 제어편차량의 불과 1/2로 된다.

상술한 바와 같이, 상기 종래 기술에서 계산된 드리프트가 전원 전압의 실제 변동치 보다 더 작은 값으로 검출되므로, 드리프트 검출감도는 낮아지게 된다. 여기에는 두 신호통로의 출력신호 전압들에서의 차이가 어느 정도 큰 값으로 될 때까지 검출될 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 드리프트를 포함하는 구동전류가 드리프트가 검출될 때까지는 전기모터에 드리프트를 갖는 구동전류가 흐르고 따라서 스티어링휠이 자동조향(self-steering)될 위험이 있으며, 이것은 안전운전을 방해할 수 있다.

한편, 토크센서로부터 토크검출치의 이상(異常)을 검출하기 위한 토크 검출치 이상검출장치는 예를 들면 일본국 특허공고 제 평6-9973호에 기술되어 있다.

이 공지기술에서, 토크센서에서 사용된 제1변위-대-전기신호 변환유니트와 제2변위-대-전기신호 변환유니트로부터 각각 출력된 토크검출치들 사이의 차이가 소정치보다 더 크거나 또는 같을 때, 토크센서가 이상이 있다는 판단이 이루어진다. 이때 전기모터와 전동 파워스티어링 장치의 전자 클러치의 작동은 안전상태하에서 차량을 유지하도록 정지된다.

그러나, 상술한 종래의 토크검출치 이상검출장치에서, 주 토크검출치와 부 토크검출치 사이의 차이 값과 미리 설정된 소정치를 비교하여 이상판정을 행하지만 이 소정치(ΔV)가 미리 설정될 때 제조/조립작업중 상정되는 코넥터 접촉저항치의 공차를 고려하여 설정을 행하는 것이 정확한 이상판정을 위해 바람직하다.

따라서, 예를 들면 제22도에 도시된 바와 같이 부-신호 통로측상의 제2변위-대-전기신호 변환유니트에서 허용공차(T_OFF)가 존재하는 경우, 그 허용공차(T_OFF)를 고려하고, 또한 정상/이상 상태를 판단하도록 여유간극을 주어 큰 소정치ΔV를 설정하므로, 이상을 검출하는데 있어서 정밀도가 저하되는 문제가 있다.

상기 공보에 기재된 종래 기술에서는 예를 들면 제23도에 도시된 바와 같이, 주 신호통로측상의 제1변위-대-전기신호 변환유니트에서 신호라인의 코넥터 접촉저항치가 증대되어 토크전압차가 변할 때, 인가된 스티어링 토크가 낮은 중립 위치 부근의 변동범위(즉, 토크 검출치에서의 차이)는 예를 들면 우측 스티어링 토크가 높은 변동범위와 비교할 때 작은 값으로 나타날 것이다. 상술한 바와 같이 스티어링 토크가 인가될 때마다 변동범위에 차이가 존재한다. 따라서 여기에는 또 다른 문제가 있다. 즉 검출정밀도를 일정하게 유지하기가 어렵다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 토크센서 출력에 포함된 드리프트를 확실하게 검출할 수 있고, 또한 스티어링휠의 자동조향을 피할 수 있는 단순한 구조를 갖는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 다른 목적은 토크 검출치에서의 이상 검출 정밀도를 개선할 수 있고 또한 토크검출 정밀도를 안정하게 할 수 있는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치를 제공하는 것이다.

이 목적을 성취하기 위해 본 발명의 청구범위 제1항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 제1도의 청구범위에 대응한 다이어그램에 도시한 바와 같이 그의 양 단부가 전원에 접속된 저항체를 갖는 토크검출 포텐셔미터와 토크검출치를 출력하기 위해 저항체상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접촉기를 구비하며 스티어링 시스템의 스티어링 토크를 검출하기 위한 토크센서; 스티어링 보조력을 스티어링 시스템에 발생시키기 위한 전동모터; 적어도 토크센서로부터 출력된 토크검출치에 반응하여 전동모터를 제어하기 위해 사용된 제어신호를 출력하기 위한 제어수단; 및 제어수단의 제어신호에 반응하여 전동모터를 구동시키기 위한 구동수단을 포함하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치로서, 이 제어장치는 포텐셔미터의 양 단부들 사이를 흐르는 전원전류를 검출하기 위한 전류검출수단; 및 전류검출수단의 출력치를 미리 설정된 값과 비교하고 이것에 의해 포텐셔미터에서 발생된 드리프트를 검출하기 위한 전류검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구범위 제1항에 따라서, 전원으로부터 공급된 토크검출 포텐셔미터를 통해 흐르며, 이 전류는 전류검출수단에 의해 검출되고 검출된 값은 드리프트 검출수단에 의해 예정된 값과 비교되어 포텐셔미터에서 발생된 드리프트를 검출한다. 전원의 변동과 코넥터의 접속저항기에서의 변화에 의해 발생된 드리프트는 전류에서의 변화로서 검출된다. 전류검출수단은 예를 들면 고정저항기로 구성된다. 전류가 포텐셔미터를 거쳐 이 고정저항기로 들어가면, 드리프트는 이 고정저항기의 단자전압에서의 변화로서 나타난다. 이 단자전압은 포텐셔미터에서 발생된 드리프트가 확실하게 검출될 수 있도록 드리프트 검출수단에 의해 예정된 값과 비교된다.

본 발명의 청구범위 제2항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 제2도의 청구범위 대응도면에 도시된 바와 같이, 청구범위 제1항에 있어서 어떠한 스티어링 토크도 인가되지 않을 때 공급된 토크검출수단을 포텐셔미터로부터 출력된 전압치와 같은 값으로 설정하고 이것에 의해 상기 설정된 토크검출치를 제어수단으로 출력하기 위한 토크검출치 설정수단은 포텐셔미터의 것과 같은 전원과 접지 사이에 배열된다.

청구범위 제2항의 본 발명에 따라서, 어떠한 스티어링 토크도 인가되지 않을 때, 토크검출 포텐셔미터로부터 토크검출치 설정수단으로 공급된 토크검출치는 포텐셔미터로부터 출력된 전압치와 같도록 설정되고, 그 다음에 그 결과적인 값은 예를 들면 토크신호 입력/출력단자의 코넥터 접촉저항치에서의 증가에 의해 야기된 드리프트가 일어나기 시작할 때에도 제어수단으로 출력된다.

또한, 본 발명의 청구범위 제3항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 청구범위 제2항의 발명에서 토크센서가 전원의 양 단부에 접속된 전류입력단자 및 드리프트 출력단자; 전류입력단자와 드리프트 출력단자의 양쪽 사이에 접속된 포텐셔미터; 및 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기에 접속된 토크신호 출력단자에 의해 구성되며, 토크검출치 설정수단이 토크신호 출력단자와 전원의 양단부 사이에 각각 접속된 토크검출치 설정저항기로 구성된 것을 특징으로 한다.

청구범위 제3항에서 정의된 바와 같은 본 발명에 따라서 토크신호 출력단자등에서 코넥터 접촉저항에서의 증가에 의해 야기된 드리프트가 일어나기 시작할때에도 어떠한 스티어링 토크도 인가되지 않을 때의 토크검출치가 제어수단으로 출력된 토크검출치 설정저항기에 의해 포텐셔미터로 출력된 전압치와 같게 설정된다.

또한, 본 발명의 청구범위 제4항에 따른 전동 스티어링 장치의 제어장치는 그의 양 단부가 전원에 접속된 저항체를 갖는 토크검출 포텐셔미터와 토크검출치를 출력하기 위해 저항체상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접촉기를 구비하며 스티어링 시스템의 스티어링 토크를 검출하기 위한 토크센서; 스티어링 보조력을 스티어링 시스템에 발생시키기 위한 전동모터; 적어도 토크센서로부터 출력된 토크검출치에 반응하여 전동모터에 의해 발생된 스티어링 보조력을 제어하기 위한 제어수단을 포함하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치로서, 토크센서는 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터로 구성되고; 제어수단은 적어도 주 포텐셔미터의 토크검출치에 의거하여 전동모터에 의해 발생된 스티어링 보조력을 제어하며; 제어장치는 또한 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터의 토크검출치들의 각각에 대해 동시에 단위시간당 변화량을 계산하고 또한 주 포텐셔미터의 계산된 변화량과 부 포텐셔미터의 계산된 변화량 사이의 차이 값을 계산하고 이것에 의해 차이 값에 의거한 토크검출치의 이상의 검출하기 위한 이상검출수단을 구비함을 특징으로 한다.

제4항에서 정의된 바와 같은 본 발명에 따라서, 주 토크센서로부터 출력된 단위시간당 토크검출치의 변화량과 부 포텐셔미터로부터 출력된 단위시간당 토크검출치의 변화량 사이에서 동시에 차이 값이 계산된다. 이 차이 값으로부터 토크검출치의 이상이 검출된다. 예를 들면, 커넥터 접촉저항치의 시효효과에 기인한 토크검출치에서의 변동에 의해 그리고 또한 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기의 헐거운 접촉에 의해 야기된 예를 들면 토크센서의 고장인 토크검출치의 이상이 검출된다. 게다가 토크검출치의 이러한 이상 검출에 대하여 이 이상은 주 토크센서와 부 토크센서의 검출치들의 절대 차이 값(absolute difference value)으로부터 단순히 검출되지 않는다. 그러나, 이 이상은 주 토크센서로부터 출력된 단위시간당 토크검출치의 변화량과 부 토크검출치로부터 출력된 단위시간당 토크검출치의 변화량과의 사이의 상대적인 차이에 의거하여 검출된다. 따라서, 인가된 스티어링 토크의 크기에 상관없이 토크검출치들의 안정한 차이 값을 얻는 것이 가능하다. 결과적으로 매우 작은 스티어링력이 인가될 때에도 즉 매우 작은 토크검출치가 인가될 때에도 토크검출치의 이상은 큰 스티어링력이 인가될 때와 유사한 방식으로 검출될 수 있다.

본 발명의 청구범위 제5항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 청구범위 제4항에 한정된 바와 같이 토크센서가 전원의 양단에 접속된 접속단자; 접속단자들 사이에 평행하게 접속된 주 포텐셔미터/부 포텐셔미터; 및 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기들에 접속된 토크검출치 출력단자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

청구범위 제5항에 따라서, 토크센서의 외부접속단자는 3개의 부품, 즉 한 쌍의 접속단자와 토크신호 출력단자로 구성될 수 있다. 외부접속단자의 구성은 단순하게 만들어질 수 있고, 제어수단에 쉽게 접속 될 수 있다.

본 발명의 청구범위 제6항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 제4항에서 한정된 바와 같이, 토크센서가 전원의 양단부들 사이에 평행하게 접속된 두 세트의 접속단자; 한 세트의 접속단자에 접속된 주 포텐셔미터; 다른 세트의 접속단자에 접속된 부 포텐셔미터; 및 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기에 접속된 토크검출치 출력단자에 의해 구성된다.

제6항에 따라서 전원라인에서 발생된 접촉저항치의 증가를 검출하는 것이 역시 가능하다. 토크센서와 제어수단에서 존재하는 모든 접촉저항치들에서의 변화가 검출될 수 있고, 또한, 이것에 의해 야기된 토크검출치의 이상이 검출될 수 있다.

또한 본 발명의 청구범위 제7항에 따른 전동 파워스티어링 장치의 제어장치는 그의 양단부가 전원에 접속된 저항체를 갖는 토크검출 포텐셔미터와 토크검출치를 출력하기 위해 저항체상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접촉기를 구비하며 스티어링 시스템의 스티어링 토크를 검출하기 위한 토크센서; 스티어링 보조력을 스티어링 시스템을 발생시키기 위한 전동모터; 및 적어도 토크센서로부터 출력된 토크검출치에 반응하여 전동모터를 구동하기 위한 구동수단을 포함하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치에서 토크센서는 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터로 구성되며, 제어수단은 적어도 주 포텐셔미터의 토크검출치에 의거하여 전동모터에 의해 발생된 스티어링 보조력을 제어하며; 제어장치는 또한 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터의 토크검출치들의 각각에 대해 동시에 단위시간당 변화량을 계산하고 또한 주 포텐셔미터의 계산된 변화량과 부 포텐셔미터의 계산된 변화량 사이의 차이 값을 계산하고 이것에 의해 차이 값에 의거한 토크검출치의 이상을 검출하기 위한 이상검출수단을 구비하며; 포텐셔미터의 양 단부들의 사이에서 흐르는 전원전류를 검출하기 위한 전류검출수단; 그리고 전류검출수단의 출력치를 예정된 값과 비교하여 포텐셔미터에서 발생된 드리프트를 검출하기 위한 드리프트 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

제7항에서 한정된 바와 같은 본 발명에 따라서 포텐셔미터에서 발생된 드리프트는 확실하게 검출될 수 있다. 또한, 코넥터 접촉저항치의 시효효과에 기인한 토크검출치의 변동에 의해 그리고 토크검출치가 낮은 그러한 매우 작은 스티어링력과 그러한 큰 스티어링력에 상관없이 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기의 헐거운 접촉에 의해 야기된 예를 들면, 토크센서의 고장과 같은 그러한 토크검출치의 이상이 정확하게 검출될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 청구범위 제1항에 따른 청구범위에 대응하는 블록다이어그램이다.

제2도는 본 발명의 청구범위 제2항에 따른 청구범위에 대응하는 블록다이어그램이다.

제3도는 본 발명의 청구범위 제3항에 따른 청구범위에 대응하는 블록다이어그램이다.

제4도는 본 발명에 따른 전동 파워스티어링 장치의 한 실시예를 도시하기 위한 도식적인 구조 다이어그램이다.

제5도는 토크검출치의 드리프트 이상이 본 발명의 제1실시예에 따라 검출되는 경우를 나타내기 위한 블록다이어그램이다.

제6도는 제1실시예에 따른 드리프트 특성을 표시하기 위한 특성 다이어그램이다.

제7도는 제1실시예에 따른 토크검출전압을 도시하기 위한 특성 다이어그램이다.

제8도는 제1실시예에 따른 드리프트를 검출하기 위한 처리순서를 표시하기 위한 플로우챠트이다.

제9도는 제1실시예에 따른 전동 파워스티어링 장치의 정상작동 중 중앙처리 유니트에 의해 실행된 제어처리순서를 나타내기 위한 플로우챠트이다.

제10도는 차량속도가 매개변수로서 사용되는 동안 스티어링 토크에 관하여 모터전류 지시값을 도시하기 위한 특성다이어그램이다.

제11도는 제1실시예에 따른 모터구동전류의 이상감시 처리순서를 표시하기 위한 플로우챠트이다.

제12도는 본 발명의 제2실시예에 따라 이상토크검출치를 검출하도록 적용되는 경우를 도시하기 위한 블록다이어그램이다.

제13도는 제2실시예에 따라 포텐셔미터의 입력/출력 특성을 표시하기 위한 특성 다이어그램이다.

제14도는 접촉저항 Rt를 포함하는 등가회로 다이어그램이다.

제15도는 접촉저항 증대될 때 토크검출전압의 변화를 표시하기 위한 특성 다이어그램이다.

제16도는 토크검출치의 이상검출순서를 표시하기 위한 플로우챠트이다.

제17도는 제3실시예에 따라 본 발명이 이상토크검출치를 검출하도록 적용된 경우를 표시하기 위한 블록 다이어그램이다.

제18도는 접촉저항 Rc를 포함하는 등가회로 다이어그램이다.

제19도는 토크검출치, 스티어링 각속도치 및 스티어링 각가속도치에 의거한 스티어링 상태를 감지하기 위한 제어회로를 도시하는 도식적인 블록 다이어그램이다.

제20도는 드리프트 검출을 포함하는 종래의 토크검출회로를 보여주는 도면이다.

제21도는 종래 기술에 따른 드리프트 특성을 표시하기 위한 특성 다이어그램이다.

제22도는 종래의 토크전압 옵세트를 설명하기 위한 다이어그램이다.

제23도는 토크전압의 폭 변화에서의 변화를 나타내는 설명을 위한 다이어그램이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1d : 스티어링휠 2 : 스티어링샤프트

3 : 토크센서 3A : 포텐셔미터

10 : 감속기어 11 : 전자클러치장치

12 : 전동모터 13 : 제어기

13e, 13f : 토크검출치 설정저항기(토크검출치 설정수단)

13g : 전류검출저항기(전류검출수단)14 : 점화스위치

17 : 차량속도센서 21 : 마이크로 컴퓨터

22 : 모터구동회로 23 : 페일세이프(fail safe)릴레이 회로

24 : 클러치구동회로 3_M: 주 포텐셔미터(주 토크센서)

3_S: 부 포텐셔미터(부 토크센서) 26 : 케이블

[본 발명을 실행하기 위한 최선의 형태]

이제 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 전동 파워스티어링 장치의 도식적인 구조다이어그램이다. 이 도면에서 참조부호 1은 스티어링휠이다. 이 스티어링휠에 가해진 스티어링력은 입력샤프트(2a)와 출력샤프트(2b)로 구성된 스티어링샤프트(2)로 전달된다. 이 입력샤프트(2a)의 일단은 스티어링휠(1)에 연결되고, 그 타단은 토크검출수단으로서 작용하는 토크센서(3)를 거쳐 출력샤프트(2b)의 일단에 연결된다.

그 다음에 출력샤프트(2b)로 전달된 스티어링력은 유니버셜 죠인트(4)를 거쳐 하부 샤프트(5)로 전달되고, 또한 유니버셜 죠인트(6)를 거쳐 피니언 샤프트(7)로 전달된다. 스티어링력은 다시 스티어링기어(8)를 통해서 타이로드(9)에 전달되어 조향된다. 스티어링 기어(8)는 피니언(8a)과 래크(8b)를 포함하는 래크-앤드-피니언 형태로 배열된다. 피니언(8a)으로 전달된 회전모멘트는 래크(8b)에 의해 선형 전달모멘트로 전환된다.

보조 스티어링력(지지력)을 출력샤프트(2b)로 전달하기 위한 감속기어(10)는 스티어링샤프트(2)의 출력샤프트(2b)에 결합되는 한편, 보조 스티어링력을 발생시키기 위한 전동모터(12)의 출력 샤프트는 예를 들면, 보조 스티어링력을 전달/차단하기 위한 전자기형 클러치 장치로 구성된 전자 클러치장치(11)를 거쳐 감속기어(10)에 결합된다.

이 전자 클러치장치(11)는 솔레노이드를 포함한다. 감속기어(10)는 제어기(13)(뒤에서 설명됨)에 의해 여기전류를 이 솔레노이드로 공급함으로써 전동모터(12)에 기계적으로 결합되며, 여기전류의 공급을 중단함으로써 전동모터(12)로부터 기계적으로 해제된다.

토크센서(3)는 스티어링휠(1)로 인가된 스티어링토크를 감지한 다음 입력샤프트(2a)로 전달된다. 예를 들면, 스티어링 토크가 입력샤프트(2a)와 출력샤프트(2b)사이에 개재된 토션바의 토션각도 변위로 변환되고, 이 토션각도 변위가 볼 스크류부재에 의해 선형 전달모멘트로 변환되고, 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기에 결합된 레버가 볼 스크류부재에 의해 이동되며, 그 다음에 슬라이딩 접촉기로부터 출력된 저항치가 가변하도록 토크센서(3)가 구성될 수 있다. 이 토크센서(3)의 슬라이딩 접촉기로수터 출력된 전압치로 된 토크검출치는 제어기(13)로 공급된다.

전동모터(12)의 전류검출치와 토크검출치(T)에 반응하여 제어기(13)는 전동모터(12)에 공급된 구동전류를 제어한다. 전동모터(12)의 구동전류에 대응하는 신호는 이 제어기(13)로 피이드백 되며, 이 피이드백 신호에 반응하여 제어기(13)로부터 전동모터(12)로 출력된 전류는 피이드백 제어된다. 또 전류는 점화 스위치(14)와 퓨즈(15a)를 통해 배터리(16)로 공급된다. 부가적으로 예를 들면 기어박스(트랜스미션)의 출력속도에 대응하는 시간주기를 가지는 펄스신호를 발생하기 위한 차량속도센서(17)로부터의 차량속도 검출신호(Vp)는 제어기(13)로 들어가며 이것에 의해 차량속도에 반응하여 보조 스티어링력을 발생시킨다.

제5도에 본 발명의 실시예에 따라 토크센서(3)와 제어기(13)의 기본적인 배열이 도시된다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 토크센서(3)의 포텐셔미터(3A)는 슬라이딩 접촉기(3d)로부터 가변저항치를 끌어내도록 구성되며, 그 양 단부를 가로지르는 저항치(R_t)를 가진다. 포텐셔미터(3A)의 양 단부는 토크센서(3)의 드리프트 출력단자(3c)와 전류입력단자(3a)에 접속되며, 토크검출치(T)를 출력하기 위한 슬라이딩 접촉기(3d)는 토크신호 출력단자(3b)에 접속된다.

토크센서(3)의 각 단자(3a 내지 3c)는 그 양단부에 코넥터를 가지는 케이블(26)에 접속되고, 제어기(13)에 각각 배치된 전류출력단자(13a), 토크신호 입력단자(13b)에 이 케이블(26)을 거쳐 접속된다.

여기서, 전류출력단자(13a)의 코넥터 접촉저항치는 “R1”이고, 전류입력단자(3a), 드리프트출력단자(3c) 및 드리프트 입력단자(13c)의 가 코넥터 저항치는 “R2”,“R3” 및 “R4”이며, 토크신호 출력단자(3b)와 토크신호 입력단자(3b)의 코넥터 접촉저항치는 “R5” 및 “R6”이고, 이들은 코넥터에 의해 접속된다.

전원전압(E)은 저항치(Ris)를 갖는 전류검출 저항기(13d)를 거쳐 안정화 전원전류(VR)로부터 전류출력단자(13a)로 인가된다. 그 다음에, 토크신호 입력단자(13b)는 서로 직렬 접속된 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)들 사이의 접합점에 접속되는데, 이것은 토크검출치 설정수단으로서 작용한다. 이 접합점은 상 보상회로(18)(나중에 설명됨)에 접속된다. 토크검출치 설정수단(13e, 13f)은 각각 저항치(Rtm)를 가진다. 안정화 전원회로(VR)로부터 공급된 전류는 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)를 통해 접지전위로 흐른다. 그 다음에 드리프트 입력단자(13c)는 저항치(Ris)를 갖는 전류검출수단으로서 작용하는 전류검출 저항기(13g)를 거쳐 접지된다. 전원은 점화스위치(14)와 퓨즈(15a)를 거쳐 배터리(16)로부터 안정화 전원회로(VR)로 공급된다.

토크신호 입력단자(13b)로 입력된 토크검출치(T)는 입력된 신호의 상(phase)을 보상하기 위해 상 보상회로(18)로 공급되고 이것에 의해 전동 파워스티어링 장치의 안정성을 증대시킨다.

드리프트 검출전압(Vis)은 드리프트 입력단자(13c)에 설치된 전류검출 저항기(13g)의 양단에 나타나며, 이 전압은 A/D컨버터(20b)로 공급된다.

이 경우에, 상 보상회로(18)의 입력 임피던스는 포텐셔미터(3A)의 저항치(Rt), 각각의 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)의 저항치(Rtm) 및 전류검출 저항기(13g)의 저항치(Ris)와 비교할 때 충분히 큰 값을 갖도록 설정된다. 따라서, 상 보상회로(18)의 입력 임피던스에 의해 주어진 영향은 실제로 무시될 수 있다.

제어기(13)는 토크검출치 설정저항기(13e, 13f), 전류검출저항기(13g), 상 보상회로(18) 및 안정화 전원회로(VR)를 포함한다. 또한, 제어기(13)는 차량속도 검출치(V)를 출력하기 위해 차량속도센서(17)로부터 공급된 단위시간당 차량 속도검출신호(Vp)의 펄스수를 모으기 위한 카운터회로(19)를 포함하여 그 산출치를 차량속도검출치(V)가 마이크로 컴퓨터(21)로 판독될 때 마이크로 컴퓨터(21)(나중에 기술됨)에 의해 재설정된다. 제어기(13)는 상 보상회로(18)의 출력신호(Tp), 드리프트 검출전압(Vis) 및 모터전류 검출신호(I_R, I_L)(나중에 기술됨)를 토크검출치(TD), 드리프트 검출치(Vis) 및 모터전류 검출치(I_R, I_L)로 각각 디지털 형태로 변환시키는 A/D컨버터(20a 내지 20d)를 포함한다. 또한, 제어기(13)는 카운터회로(19)와 A/D컨버터(20a 내지 20d)로부터의 출력신호가 공급되는 마이크로 컴퓨터(21); 마이크로 컴퓨터(21)로부터의 출력신호에 반응하여 전동모터(12)를 구동시키기 위한 구동수단으로서 작용하는 모터구동회로(22); 유입된 전원전류를 모터구동회로(22)로 공급하기 위한 페일세이프로서 작용하는 페일세이프 릴레이 회로(23); 마이크로 컴퓨터(21)로부터의 출력신호에 반응하여 전자 클러치장치(11)를 구동하기 위한 클러치구동회로(24); 및 모터전류의 크기 및 방향을 검출하고 그 모터전류 검출신호(IR, IL)를 마이크로 컴퓨터(21)로 피이드백하기 위한 전류검출회로(25)를 포함한다.

마이크로 컴퓨터(21)는 카운터회로(19)와 A/D컨버터(20a 내지 20d)로부터의 출력신호가 들어가는 입력인터페이스(21a); 드리프트 검출수단으로서 작용하는 한편, 드리프트 검출처리와 토크검출치(T)에 반응하여 전동모터(12)의 구동제어처리를 실행시키기 위한 중앙처리유니트(CPU)(21b); 드리프트를 비교/검출하기 위해 사용된 설정치, 드리프트 검출후의 제어를 수행하기 위한 처리 순서 및 전동모터(12)의 구동을 제어하기 위한 처리순서를 내부에 기억하기 위한 메모리(21c); 및 출력인터페이스(21d)를 포함한다.

이 출력 인터페이스(21d)로부터 펄스폭 변조신호(PWM), 우측방향신호(D_R), 및 좌측방향신호(D_L)가 출력된다. 이 펄스폭 변조신호(PWM)의 펄스폭은 중앙처리유니트(21b)로부터 출력된 모터구동신호(S_M)(나중에 기술됨)의 전압치에 반응하여 변화된다. 우측방향신호(D_R)와 좌측방향신호(D_L)는 전동모터(12)의 회전방향을 한정한다. 이들 신호는 모터구동회로(22)로 공급된다. 또한, 릴레이 제어신호(S_R)와 클러치 제어신호(S_C)는 출력 인터페이스(21D)로부터 출력되고, 페일 세이프 릴레이회로(23)와 클러치 구동회로(24)로 공급된다.

모터구동회로(22)는 게이트 구동회로(22a), H 브릿지회로(2b) 및 전압을 올리는(승압하는)전원(22c)를 가진다.

게이트 구동회로(22a)는 공급된 우측/좌측 방향신호(D_R, D_L)를 H 브릿지회로(22b)로 출력하며, 또한 전동모터(12)의 응답특성을 향상시키기 위해 공급된 펄스폭 변조신호(PWM)의 파형을 형성한다. 파형-정형된 펄스폭 변조신호(PWM)는 H 브릿지회로(22b)로 출력된다. 공급된 우측/좌측 방향신호(D_R, D_L)에 반응하여, 게이트구동회로(22a)는 출력될 펄스폭 변조신호(PWM)를 절환시킨다. 예를 들면 우측방향신호(D_R)가 공급될 때, 펄스폭 변조신호(PWM)는 H 브릿지회로(22b)의 FET(전계효과 트랜지스터)(22b2)(나중에 기술됨)에만 출력된다. 우측방향신호(D_L)가 공급될 때, 펄스폭 변조신호(PWM)는 FET(22b1)(나중에 기술됨)에만 출력된다.

H 브릿지회로(22b)는 게이트구동회로(22a)의 출력신호에 의거하여 구동전류를 전동모터(12)로 공급하며, 4개의 절환 트랜지스터, 예를 들면 N-채널 전력 MOS형 FET(22b1 내지 22b4)를 포함한다. FET(22b1)의 소스단자를 FET(22b3)의 드레인 단자에 접속하기 위한 직렬회로는 FET(22b2)의 소스단자를 FET(22b4)의 드레인 단자에 접속하기 위한 직렬회로에 병렬로 배치되고 전동모터(12)는 각각의 직렬회로에서 FET의 접속부분들 사이에 개재된다. 펄스폭 변조신호(PWM)는 우측/좌측 방향신호(D_R, D_L)에 반응하여 상부단계에서 게이트구동회로(22a)로부터 각각의 FET(22b1,, 22b2)의 게이트단자로 공급되고, 반면 우측방향신호(D_R)와 좌측방향신호(D_L)는 하부단계에서 게이트구동회로(22a)로부터 각각의 FET(22b1, 22b2)의 게이트단자로 공급되고, 반면 우측방향신호(D_R)와 좌측방향신호(D_L)는 하부단계에서 게이트구동회로(22a)로부터 각각의 FET(22b3, 22b4)의 게이트단자로 공급된다. 배터리(16)는 페일세이프 릴레이회로(23), 퓨즈(15a) 및 점화스위치(14)를 거쳐 FET(22b1)와 FET(22b2)의 각각 드레인 단자에 접속된다. FET(22b3)와 FET(22b4)의 각각의 소스단자는 각각의 전류검출저항기(R_R, R_L)를 거쳐 접지된다.

이 경우에, 우측방향신호(D_R)와 좌측방향신호(D_L)가 높은 레벨에 있을 때, FET(22b3)와 FET(22b4)는 ON상태로 된다. FET(22bE)가 ON상태에 있을 때, 펄스폭 변조신호(PWM)는 FET(22b2)로 공급되고, 따라서 모터구동전류는 FET(22b2)로부터 전동모터(12)와 FET(22b3)의 방향으로 흐르게 된다. 반면에 FET(22b4)가 ON 상태에 있을 때, 펄스폭 변조신호(PWM)가 FET(22b1)로 공급되므로, 모터구동전류는 FET(22b1)로부터 전동모터(12)와 FET(22b4)의 방향으로 흐르게 된다.

승압전원(22c)는 H 브릿지회로(22b)중에서 FET(22b1, 22b2)를 구동하는데 필요한 예를 들어 배터리전압을 2배로 승압한 전압을 게이트구동회로(22a)에 공급하도록 구성된다. 배터리전압은 FET(22b3, 22b4)를 구동하도록 페일세이프 릴레이회로(23e)를 거쳐 게이트구동회로(22a)에 인가된다.

페일세이프 릴레이회로(23)는 릴레이 접점(23c)을 갖는 페일세이프 릴레이회로(23a)와 페일세이프 릴레이(23a)의 구동코일에 여자전류를 공급하는 릴레이구동회로(23b)로 구성된다. 릴레이구동회로(23b)는 공급된 릴레이 제어신호(S_R)에 의해 제어된다. 릴레이접점(23c)의 일단부는 퓨즈(15a)와 점화스위치(14)를 거쳐 배터리(16)에 접속된다. 이 릴레이접점(23c)의 타 단부는 H 브릿지회로(22)의 FET(22b1, 22b2)의 각각의 드레인단자에 접속된다.

이 제1실시예에서, 릴레이 제어신호(S_R)가 높은 레벨에 있을 때 릴레이구동회로(23b)는 ON상태로 되고 페일세이프 릴레이회로(23a)의 구동코일에 여자전류가 공급되어 릴레이접점(23c)을 폐쇄한다. 한편, 릴레이 제어신호(S_R)가 낮은 레벨에 있을 때, 릴레이구동회로(23b)는 OFF상태로 되고, 이것에 의해 릴레이접점(23c)을 개방한다. 일반적으로 전동 파워스티어링 장치가 작동되는 동안 릴레이접점(23c)은 폐쇄되고 모터구동회로(22) 등에서 이상이 일어날 때에는 안전확보를 위해 개방된다.

클러치구동회로(24)는 공급된 클러치 제어신호(S_C)를 증폭하여 전자클러치장치(11)를 구동제어하기 위한 신호를 출력한다. 이 실시예에서는 클러치 제어신호(S_C)가 높은 레벨에 있을 때 전자클러치장치(11)는 접속상태로 되는 한편, 클러치 제어신호(S_C)가 낮은 레벨에 있을 때 전자클러치장치(11)는 비접촉상태로 유지된다.

전류검출회로(25)는 입력된 전류검출저항 R_R, R_L의 각 단자전압을 증폭하여 각각의 모터구동전류를 검출함으로써 노이즈를 제거한다. 따라서, 우측방향에서 검출된 모터전류검출신호(I_R)과 좌측방향에서 검출된 모터전류검출신호(I_L)는 각각의 A/D컨버터(20c, 20d)를 거쳐 입력 인터페이스(21a)로 피이드백된다. 그 결과, 모터전류의 실제로 측정된 값에 따라서 마이크로 컴퓨터(21)에서 펄스폭 변조신호(PWM)의 펄스폭이 수정되고, 이상의 발생중 전동 스티어링장치의 작동이 정지된다.

상기 구성의 토크센서(3)와 제어기(13)에서는 출력전압(E)을 갖는 안정화 전원회로(VR)에 의해 전류검출저항기(13d), 포텐셔미터(3A) 및 전류검출저항기(13g)를 통해 전류(I_S)가 흐르게 된다. 이 전류치(I_S)는 코넥터 접촉저항기(R1 내지 R4)와 관련하여 다음과 같이 표현될 수 있다.

I_S=E/[R_t+2R_is+(R1+R2+R3+R4)].............(4)

전류치(I_S)는 전원전압(E)의 변동과 코넥터 접촉저항치(R1 내지 R4)의 변동에 따라 변화한다. 여기서 전원전압(E)이 변화된 다음 E±ΔE로 된다고 가정하면 전류치(I_S)는 다음과 같이 주어진다:

I_S=E±ΔE/[R_t+2R_is+(R1+R2+R3+R4)]............(5)

그 결과, 전류검출저항기(13g)의 단자에서의 드리프트 검출전압(V_is)은 다음과 같이 주어진다:

V_is=R_is(E±ΔE)/[R_t+2R_is+(R1+R2+R3+R4)]...........(6)

상술한 바와 같이, 드리프트 검출전압(V_is)은 전원전압(E)의 변동에 반응하여 변화된다. 따라서, 전원전압(E)의 변동과 코넥터 접촉저항치(R1 내지 R4)의 변동에 의해 야기된 토크센서(3)에서 발생된 드리프트는 전류검출저항기(13g)에 의해 포텐셔미터(3A)를 통해 흐르는 전류를 검출함으로써 검출될 수 있다. 드리프트 검출전압(V_is)은 제6도에 도시된 바와 같이, 입력토크에 의해 변화되지 않고 드리프트가 발생될 때 이 드리프트 검출전압(V_is)은 파선으로 표시된 바와 같이 드리프트 량에 비례하여 균일하게 증가/감소된다.

포텐셔미터(3A)에 의해 검출된 토크검출치(T)는 제어기(13)의 토크검출치 설정저항기(13e 13f)에 의해 토크전압(V_t)으로서 유도된다. 슬라이딩 접촉기(3d)가 중립위치에 있을 때에 토크전압(V_to)은 다음과 같이 표현될 수 있다:

V_to=E[R_t/2+R_is+(R3+R4)]/[R_t+2R_is+(R1+R2+R3+R4)].........(7)

제7도에 도시된 바와 같이, 토크전압(Vt)은 입력토크에 대하여 직선형태로 변화된다. 입력토크가 제로로 될 때, 이것은 전압(V_to)으로 된다. 우측 스티어링 토크가 증대될 때, 토크전압(Vt)의 전압치는 증대되고, 반면 좌측 스티어링토크가 증대될 때 그의 전압치는 감소된다.

파선으로 표시된 바와 같이 스티어링 토크가 인가될 때에도 전동모터가 구동되지 않는 토크치 폭으로서 전압치(Vto)의 부근에 무감도 밴드(insensitive band)(“Δα”)가 있다. 스티어링휠의 자동조향은 예를 들면 입력토크가 제로로 될 때의 중립위치전압이 드리프트에 기인하여 변화되고, 무감도 밴드(“Δα”)의 상한 전압치(ΔH) 또는 그 하한전압치(VL)중 어느 하나를 초과하며, 다음에 토크전압이 예정된 전압치에 도달하는 경우에 일어난다.

이러한 제1실시예에서, 슬라이딩 접촉기(3d)가 중립위치에 있을 때, 같은 저항치(Rtm)를 갖는 토크치 설정저항기(13e, 13f)가 사용되므로, 상 보상회로(18)에 입력된 토크전압(Vt)은 슬라이딩 접촉기(3d)의 중립위치전압과 같은 전압치로 유지된다. 따라서 드리프트가 일어나고, 이것에 의해 토크신호출력단자(3b)와 토크신호입력단자(13b)의 각각의 코넥터 접촉저항(R5, R6)의 저항이 증대될 때에도 슬라이딩 접촉기(3d)가 중립위치에 있을 때, 토크전압(Vt)은 스티어링휠의 자동조향이 방지될 수 있도록 일정한 값으로 유지된다.

다음에 이 실시예에 따라 중앙처리유니트(21b)에서 실행된 드리프트를 검출하기 위한 처리순서가 이제 제8도의 플로우챠트를 참조하여 설명될 것이다.

이 처리동작은 선택된 매 시간마다 예를 들면 실행된 수 밀리초 마다 예를 들면 예정된 주 프로그램에 타이머 인터럽터를 실행함으로써 수행된다.

우선, 단계(S1)에서, 드리프트 검출전압(V_is)은 A/D컨버터(20b)를 거쳐 판독된다. 다음에, 단계(S2)에서, 드리프트를 검출하기 위해 사용되고 메모리(21c) 안으로 미리 설정된 최소치(Vmin) 및 최대치(Vmax)와 드리프트 검출전압(V_is)사이에서 비교가 이루어진다.

최소치(Vmin)는 전원전압(E)이 낮아지고 코넥터 접촉저항(R1 내지 R2)가 증대될 때에도 자동조향이 일어나지 않는 값으로 설정된다. 예를 들면, 이 최소치(Vmin)는 무감도 밴드(Δα)의 하한 전압치(VL)에 대응하는 드리프트 검출전압(V_is)보다 약간 더 낮은 값으로 설정된다. 또한 최대치(Vmax)는 전원전압(E)이 증대될 때에도 자동조향이 일어나지 않는 값으로 설정된다. 이 최대치(Vmax)는 예를 들면 무감도 밴드(Δα)의 상한 전압(VH)에 대응하는 드리프트 검출전압(V_is)보다 약간 더 높은 값으로 설정된다. 그 다음에 드리프트 검출전압(V_is)이 최소치(Vmin)보다 더 높거나 또는 같을 때, 또한 최대치(Vmax)보다 더 낮거나 또는 같을 때, 드리프트가 정상범위 내에 있는 것으로 판단된다. 따라서, 드리프트 검출이 종료되고 처리동작은 제8도에 도시된 정상적인 모터구동 제어처리가 보조스티어링력의 발생을 제어하도록 실행되는 주 프로그램으로 귀환한다. 단계(S1 및 S2)에서 한정된 이들 처리동작은 드리프트 검출수단에 대응한다.

단계(S2)의 판단결과로서 0≤V_is＜Vmin 또는 Vmax＜V_is인 경우에, 드리프트는 정상범위로부터 벗어나게 되고 이때 처리동작은 단계(3a)후에 여러 단계들에 의해 한정된 페일세이프 동작처리로 진행된다.

우선, 단계(S3a)에서 모터구동회로(22)에 공급된 펄스폭 변조신호(PWM), 우측방향신호(D_R) 및 좌측방향신호(D_L)는 낮은 레벨로 설정되며, 따라서 H 브릿지회로(22b)에 대한 신호들은 인터럽트된다. 그 결과, 처리동작은 클러치 제어신호(S_C)가 허용레벨로 설정되고 그 결과로서의 클러치제어신호가 출력되는 단계(S3b)로 진행되고, 따라서 전자 클러치장치(11)는 비-접속상태로 된다.

그 다음에 처리동작은 릴레이 제어신호(S_R)가 낮은 레벨로 설정되어 낮은 레벨의 릴레이 제어신호(S_R)가 출력되는 단계(S3c)로 진행되며, 페일세이프 릴레이(23a)가 배터리(16)로부터 H 브릿지회로(22b)로 전원통로를 인터럽트하도록 개방된다. 다음에 단계(S3d)에서 이상검출 플래그는 “1”로 설정되고, 이 이상은 주 처리프로그램과 같은 고차 프로그램(high order program)에 통지되며, 그 다음에 처리동작이 종료된다. 그후, 모터구동 제어처리동작은 고차 프로그램에서 실행되지 않는다.

다음에 상술한 드리프트 검출처리동작이 수행되어 드리프트가 정상범위 내에 위치할 때, 중앙처리유니트에 의해 실행된 모터구동제어처리의 처리순서에 대해 제9도에 도시된 플로우챠트에 의거하여 설명한다.

또한 이 처리동작은 미리 선택된 매 시간마다, 예를 들면 실행된 수 밀리초마다 예를 들면 예정된 주 프로그램을 타이머-인터럽트함으로써 수행된다.

제1단계(S21)에서 상 보상기(18)에 의해 상-보상되고 토크센서(3)로부터 유도되는 토크전압치(T)는 A/D컨버터(20a)로부터 판독된다.

이어서, 처리동작은 계산이 T=T-V_o에서 이루어디는 단계(S22)로 진행되고 옵세트 처리는 중립위치 중의 토크검출치가 제로가 되는 방식으로 수행된다.

다음에, 처리 동작은 카운터(19)의 계산치, 즉 차량속도 검출치(V)가 판독되고, 재설정된 신호가 카운터 값을 재설정하도록 카운터(19)로 출력되는 단계(S23)로 진행된다. 이어서, 처리동작은 단계(S24)로 진행된다. 이 단계(S24)에서, 제10도에 도시된 바와 같이 스티어링 토크, 차량속도 및 모터전류 사이의 대응관계를 표시하는 특성 다이어그램을 참조하여 토크검출치(T)와 차량속도검출치(V)에 대응하는 모터전류에 보정이 가해지며, 그후 이 모터전류는 모터전류 지시치(S₁)로서 설정된다.

이 특성 다이어그램은 모터전류, 스티어링 토크 및 차량 속도 사이의 관계를 나타내기 위한 테이블을 표시한다. 이 모터전류는 스티어링 샤프트(2)로 입력된 스티어링 토크에 대응하는 스티어링 지지력을 발생시킬 수 있는 전동모터(12)를 구동하기 위해 필요하다. 차량속도가 낮게 감소하면 할수록 모터전류 지시치는 더욱 더 증대된다. 또한, 스티어링 토크가 크게 되면 될수록 모터전류 지시치는 더욱 더 크게 증대되며, 이 모터전류 지시치가 소정치를 초과하면 이 지시치는 소정치로부터 증대되지 않는다.

그 다음에 처리동작은 단계(S25)로 진행되며, 여기서 모터전류 지시치(S₁)는 미분 처리되어 미분값(“f_D”)을 얻게 된다. 다음 단계(S26)에서 우측방향을 위한 모터전류검출치(i_R)와 좌측방향을 위한 다른 모터전류검출치(i_L)가 모두 판독된다.

우측방향을 위한 모터전류 검출치(i_R)는 양(+)의 값으로 설정되는 반면, 좌측방향을 위한 모터전류검출치(i_L)는 음(-)의 값으로 설정된다. 이들 모터전류 검출신호들은 모터전류검출치(“i_M”)을 계산하기 위해 서로 합쳐진다. 다른 말로 하면, 이것은 i_M=i_R-i_L에 의해 계산된다.

전류검출회로(25)는 우측/좌측방향을 위한 모터전류검출치(i_R, i_L)에 관해 유효값을 얻기 위해 각각의 신호에 대해 충분한 여과처리를 수행한다.

이어서, 처리동작은 단계(S27)로 진행되며, 여기서 제11도의 플로우 챠트에 도시된 바와 같은 이상 감시처리가 수행된다.

이 이상감시처리에서, 제1단계(S27a)에서, 모터전류검출치(i_M)의 절대치 ｜i_M｜가 미리 설정된 최대 전류치(Imax)보다 더 작은 가의 여부에 관하여 판단이 이루어지며, 이것에 의해 모터구동회로(22)가 정상상태 하에서 작동되는 것이 인식될 수 있다. 절대치 ｜i_M｜가 최대 전류치(Imax)보다 더 작을 때, 모터구동전류는 정상범위 내에 있게 되고, 따라서 처리동작은 모터구동 제어처리 프로그램으로 귀환된다.

한편, 단계(S27a)의 판단결과로서, ｜i_M｜≥Imax일 때 과도한 전류가 H 브릿지회로(22b)를 통해 흐른다. 따라서, 이상이 일어나는 것이 판단되고, 다음에 처리동작이 단계(S27b)로 진행된다. 이 단계(S27b)에서, 게이트구동회로(22a)에 공급된 각각의 지시신호(S_M, D_R, D_L)의 레벨은 “LOW”로 설정되고, 따라서 H 브릿지회로에 대한 전력의 공급이 인터럽트된다. 이어서, 처리동작은 단계(S27c)로 진행되고, 여기서 클러치 구동회로(24)에 대한 클러치 제어신호(S_C)의 출력이 중단되고 따라서 전자클러치장치(11)는 전동모터(12)의 출력샤프트와 감속기어(10)를 해제상태로 가져가도록 작동된다.

그 다음에 처리동작은 단계(S27d)로 진행되며 여기서 릴레이 구동회로(23b)에 대한 릴레이 제어신호가 “LOW”로 설정되고, 따라서 페일세이프 릴레이(22a)가 개방되며, 그 결과 배터리(16)로부터 H 브릿지회로(22b)에 대한 전원의 공급이 인터럽트된다. 다음에, 단계(S27e)에서 예를 들면 주 처리프로그램과 같은 상위 프로그램(upper grade program)에 이상이 통지되며, 처리동작이 종료된다. 이어서, 모터구동 제어처리는 고위 프로그램(high order program)에서 더 이상 실행되지 않는다.

단계(S27)에서 한정된 이상감시처리의 결과, 모터구동전류로부터 어떠한 이상도 검출되지 않을 때 처리동작은 단계(S28)로 진행된다.

단계(S28)에서 전류편차(“e_M”)은 단계(S24)에서 설정된 모터전류지시치(S₁)와 단계(S26)에서 계산된 모터전류검출치(i_M)와의 사이의 차이, 즉 e_M-S₁-i_M에 의거하여 계산된다.

다음에, 단계(S29)에서, 전류편차(e_M)는 비례값(“f_P”)을 얻기 위해 소정의 비례이득에 의해 배가된다. 또한, 단계(S30)에서 이 비례값(“f_P”)을 적분하여 적분값(f₁)을 얻는다. 비례값(f_P)과 적분값(f₁)은 모두 메모리(21c)의 소정의 기억영역에 기억된다.

그 다음에 단계(S31)에서 미분값(f_D), 비례값(f_P) 및 적분값(f₁)은 서로 합산되며, 합산된 값은 모터구동신호(S_M)로서 인식되고, 그 다음에 처리동작은 단계(S32)로 진행된다.

이 단계(S32)에서, 모터구동신호(S_M)가 S_M≥0 인지 아닌지에 관한 체크가 수행된다. S_M≥0인 경우에 스티어링휠(1)이 우측 스티어링 방향을 따라 조향되는 것이 인식되고, 따라서 처리동작이 단계(S33)로 진행된다. 이 단계(S33)에서, 전동모터(12)의 회전방향을 정상회전방향으로 설정하기 위한 우측방향신호(D_R)는 “HIGH”로 설정되고, 좌측방향신호(D_L)는 “LOW”로 설정된다. 모터구동신호(S_M)는 출력 인터페이스(21d)로 출력되고, 그 다음에 모터구동신호(S_M)의 전압은 출력인터페이스 내에서 발생된 톱니파에 의거한 소정의 펄스폭을 갖는 펄스폭 변조신호(PWM)로 변환된다. 이 펄스폭 변조신호(PWM)는 게이트구동회로(22a)를 거쳐 H 브릿지회로(22b)로 공급된다. 그 다음에 모터구동 제어처리 프로그램은 종료되고 처리동작이 주 프로그램으로 귀환된다.

한편 단계(S32)에서 S_M≥0와 같지 않을 때, 스티어링휠(1)은 좌측 스티어링 방향을 따라 조향되고 처리동작은 단계(S34)로 진행된다. 이 단계(S34)에서 역회전방향을 따라 전동모터(12)의 회전방향을 설정하기 위해 사용된 좌측방향신호(D_C)는 “HIGH”로 하는 동시에 우측방향신호(D_R)는 “LOW”로하여 출력된다. 또한, 모터구동신호(S_M)는 게이트구동회로(22a)를 거쳐 H 브릿지회로(22b)로 공급될 펄스폭 변조신호(PWM)로 변환된다. 그 다음에 모터구동 제어처리 프로그램을 종료하고 처리동작이 주 프로그램으로 복귀된다.

다음에 상술한 제1실시예의 동작을 설명한다. 이 제1실시예에서 토크센서에서 발생된 드리프트는 정상의 토크구동제어처리가 실행되기 전에 매번 검출된다.

드리프트 검출전압(V_is)이 Vmin≤Vis≤Vmax와 같을 때, 이 드리프트 검출전압이 정상범위내에 있고 스티어링휠을 자동조향할 수 있는 어떠한 드리프트도 발생하지 않는다. 그 다음에 제어동작은 정상 토크구동제어 처리로 진행된다.

한편, 0≤Vis≤Vmin이거나 또는 Vmax≤Vis일 때, 드리프트는 정상범위로부터 이탈되며, 따라서 H 브릿지회로(22b)에 공급된 모든 제어신호는 낮은 레벨로 설정된다. 또 전자클러치장치(11)가 비-접속상태로 되고 페일세이프 릴레이(23a)가 개방되며, 전동모터의 작동이 정지되는 페일세이프 처리가 수행된다. 그 결과 스티어링휠의 자동조향은 안전작동을 유지하기 위해 방지된다.

어떠한 스티어링 토크도 인가되지 않고 슬라이딩 접촉기(3d)가 중립위치에 위치될 때, 제어기(13)에 공급된 토크검출치(T)는 슬라이딩 접촉기(3d)가 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)의 효과에 의해 중립위치에 위치될 때의 전압과 같은 전압치로 된다. 따라서, 토크신호용 각각의 입력/출력단자(3b, 13b)의 코넥터 접촉저항(R5, R6)의 저항치가 증대되고 드리프트가 일어나게 될 때에도, 토크전압(Vt)이 일정한 값으로 유지되므로 스티어링휠의 의도하지 않은 자체조향을 피할 수 있다.

비록 포텐셔미터를 거쳐 공급된 전류가 상술한 제1실시예에서 전류를 검출하도록 전류검출 저항기로서 고정된 저항기로 들어간다고 할지라도, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다는 점이 중요하다. 그 대신 작동 증폭기가 고정된 저항기 대신에 적용될 수 있고, 전류에서의 변화는 드리프트를 검출하기 위해 전압으로 변환될 수 있다. 또한, 드리프트는 전류검출 저항기(13g)의 단자에서 검출된다. 그 대신, 드리프트가 전원에 접속된 전류검출 저항기(13g)의 전류출력단자(13a)에서 검출될 때에도 드리프트는 전류를 감시함으로써 검출될 수 있다.

상술한 제1실시예에서 비록 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)가 같은 저항치들을 갖는다고 할지라도 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 서로 상이한 저항치들을 갖는 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)는 스티어링 토크가 제로가 될 때 이 출력전압이 포텐셔미터의 출력전압에 반응하여 상 보상회로에 인가된 토크검출전압과 같은 전압을 가지는 방식으로 구성될 수 있다. 이것은 토크검출치 설정저항기(13e₁, 13f₁, 13e₂, 13f₂)에 유사하게 인가될 수 있다.

비록 상술한 실시예에서 드리프트량이 예정된 범위 내에 있는지의 여부를 판단하기 위해 마이크로컴퓨터가 사용된다 할지라도 윈도우 비교기와 같은 비교기가 드리프트량을 비교/검출하기 위해 이 마이크로컴퓨터 대신에 사용될 수 있다.

또한, 제1실시예에 따라서, 포텐셔미터를 거쳐 공급된 전류는 검출된 전압치를 설정된 전압치와 비교하기 위해 전압으로 변환되며, 이것에 의해 드리프트를 검출한다. 그 대신에 공급된 전류는 윈도우 비교기를 드리프트에 사용함으로써 소정의 전류와 비교될 수 있다.

토크검출신호를 정정하기 위한 처리동작은 검출된 드리프트량을 취소하기 위해 중앙처리유니트에 의해 수행되며, 그 다음에 전동모터는 제어기(13)로부터 정정된 모터구동 전류신호치를 출력함으로써 구동/제어될 수 있다.

다음에, 토크센서의 토크검출치에 포함된 이상이 검출되는 경우의 제2실시예에 대하여 제12도 내지 제16도를 참조하여 설명한다.

제2실시예는 토크센서(3)가 주 토크센서로서의 주 포텐셔미터(3_M)와 부 토크센서로부터의 부 포텐셔미터(3_S)에 의해 배치되는 것을 제외하고는 제1실시예의 것과 유사한 구성을 가진다. 토크검출치(T, T´)는 포텐셔미터(3_M, 3_S)의 양자로부터 출력되어 제어기(13)로 공급되며, 또한 토크검출치(T)의 이상은 제8도에 도시된 드리프트 검출처리, 제9도에 표시된 모터구동 제어처리 및 토크검출치(T, T´)에 의거한 제어기(13)에 의해 검출된다. 제5도에 도시된 바와 같은 참조부호들은 대응하는 부분들을 표시하기 위해 사용되며, 그의 상세한 설명은 생략된다.

다른 말로 하면, 토크센서(3)에서 주 포텐셔미터(3_M)의 저항부재는 부 포텐셔미터(3_S)의 저항부재와 병렬로 접속되어 병렬회로를 구성하며, 접속된 단자중의 일단은 전류입력단자(3a)에 접속되고, 타단은 드리프트 출력단자(3c)에 접속된다.

포텐셔미터(3_M, 3_S)의 각각은 저항부재의 양단부들 간의 저항치를 가지며, 가변저항치는 각 저항부재상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접속기(3d, 3d´)로부터 나오며, 이곳으로부터 토크검출치(T, T´)가 출력된다. 그 다음에 각 토크검출치(T, T´)는 각각의 토크신호 출력단자(3b, 3b´)에 공급된다.

제2실시예에 따른 토크센서(3)에서 주 포텐셔미터(3_M)로부터 출력된 토크출력치(T)에 의거하여 정상적인 모터구동제어가 수행되며, 주 포텐셔미터(3_M)와 부 포텐셔미터(3_S)로부터 출력된 토크검출치(T, T´)에 반응하여 이상이 검출된다. 이 토크센서(3)의 입력/출력 특성은 제13도에 표시되어 있다. 주 포텐셔미터(3_M)와 부 포텐셔미터(3_S)의 토크검출치(T, T´)로서 작용하는 토크검출전압(V₁, V_1´)의 양자는 입력토크에 대하여 직선형태로 변화되며, 중립상태 하에서, 새로이 입력토크가 제로로 될 때 실질적으로 전원전압(E)의 1/2이 된다. 우측 스티어링 토크가 증대되는 동안 전압치가 증대되며, 반면 좌측 스티어링토크가 증대되는 동안 전압치는 감소된다. 비록 제13도가 주 포텐셔미터(3_M)의 토크검출치(V₁)가 임의 입력토크에 대하여 부 포텐셔미터(3_S)의 토크검출치(V_1´)보다 더 큰 값을 가지는 것을 표시한다 할지라도 부 포텐셔미터(3_S)의 토크전압치(V_1´)가 부품들과 조립의 변동에 기인하여 큰 값으로 될 가능성이 다소 존재한다는 점을 고려해야 한다.

토크센서(3)의 각각의 단자(3a, 3b, 3b´, 3c)는 그 양단부에 코넥터를 가지는 케이블(26)에 접속되고, 이 케이블(26)을 거쳐 대응하는 입력단자들, 즉 전류 출력단자(13a), 토크신호 입력단자(13b), 토크신호 출력단자(13b´) 및 드리프트 입력단자(13c)에 접속된다.

전원전압(E)은 저항치(R_is)를 갖는 전류검출저항기(13d)를 거쳐 안정화 전원회로(VR)로부터 제어기(13)의 전류출력단자(13a)로 인가된다. 그 다음에 토크신호 입력단자(13b)는 서로 직렬 접속된 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)들 사이의 접합점에 접속된다. 유사하게 토크신호 입력단자(13b´)는 서로 직렬 접속된 토크검출치 설정저항기(13e´, 13f´)들 사이의 접합점에 접속된다. 이들 각각의 접합점은 전동 스티어링장치의 안정성을 개선하기 위해 입력신호의 상을 보상하기 위한 상보상회로(18, 18´)의 입력유니트에 접속된다. 토크검출치 설정저항기(13e, 13e´, 13f, 13f´)는 각각 저항치(Rtm)를 가진다. 안정화 전원회로(VR)로부터 공급된 전류는 토크검출치 설정저항기(13e, 13e´, 13f, 13f´)를 통해 접지전위로 흐른다. 그 다음에, 드리프트 입력단자(13c)는 저항치(R_is)를 갖는 전류검출저항기(13g)를 거쳐 접지되며, A/D컨버터(20b)에 접속된다. 이 전류검출저항기(13g)에서 나타나는 드리프트 검출전압(V_is)은 A/D컨버터(20b)로 인가된다.

이 경우에, 상 보상회로(18, 18´)와 A/D컨버터(20b)의 입력 임피던스는 포텐셔미터(3_M, 3_S)의 저항치(R_P), 각각의 토크검출치 설정저항기(13e, 13e´, 13f, 13f´)의 저항치(Rtm) 및 전류검출저항기(13g)의 저항치(R_is)와 비교할 때 충분히 큰 값을 가지도록 설정된다. 결과적으로 상 보상회로(18, 18´)와 A/D컨버터(20b)의 입력 임피던스에 의해 주어진 영향은 실제로 무시될 수 있다.

마이크로 컴퓨터(21)에서 중앙처리유니트(21b)는 상술한 드리프트 검출처리와 모터구동 제어처리를 실행하고, 또한 이상 검출수단으로서 토크검출치의 이상을 검출하기 위한 처리를 수행하며, 더욱이 토크검출치(T, T´)의 변화량을 비교/검출하기 위한 설정치와, 변화량을 검출한 후 제어를 수행하기 위한 처리순서는 메모리(21)에 기억된다. 또한, 전동모터(12)를 구동/제어하기 위한 처리순서도 메모리(12)로 기억된다.

상술한 구조로 구성된 제어기(13)와 토크센서(3)에 관하여, 토크센서(3)의 토크신호 출력단자(3b, 3b´)와 제어기(13)의 토크신호 입력단자(13b, 13b´)에서 발생된 코넥터 접촉저항치(R5, R5´, R6, R6´)중에서 코넥터 접촉저항(R5, R6)을 부가함으로써 얻어진 값은 신호라인의 접촉저항(Rt)로서 사용되며, 예를 들면 주 포텐셔미터(3_M)에 관한 등가회로는 제14도에 도시된 바와 같이 배열된다. 제14도에서, 저항기(R₁)는 주 포텐셔미터(3_M)의 슬라이딩 접촉기(3d)와 안정화 전원회로(VR)의 출력과의 사이의 저항성분을 가리키고, 저항기(R₂)는 토크검출 설정 저항기(13e)의 저항치(Rtm)을 보여주며, 저항기(R₃)는 주 포텐셔미터(3_M)의 슬라이딩 접촉기(3d)와 접지전위와의 사이의 저항성분을 나타내고, 저항기(R₄)는 토크검출치 설정저항기(13f)의 저항치(Rtm)를 보여준다.

이 등가회로에서, 상 보상회로(18)로 들어간 토크검출전압(V_2M)은 다음의 등식 (8)에 의해 표현된다:

V_2M=[R₄/(R₂Rt+R₄Rt+R₄R₂)][Rt+R₂R₃/(R₁+R₃)]E............(8)

이 제2실시예에서, 토크검출치 설정저항기(13e, 13f)의 저항치가 같은 값으로 설정되므로, 공식 (8)에서 R2=R4라면, 이때 이 공식 (8)은 다음 공식 (9)에 의해 표현될 수 있다:

V_2M=[1/(2Rt+R₂)][Rt+R₂R₃/(R₁+R₃)]E..............(9)

이때, 토크검출전압(V₁)은 제13도의 특성 다이어그램에서 나타난 바와 같이 입력토크에 관하여 선형 형태로 변화된다. 입력토크가 중립위치에서 제로로 될 때, 주 포텐셔미터(3_M)의 슬라이딩 접촉기(3_d)상에 나타나는 전압치는 전원과 접지와의 사이의 1/2전압치와 같도록 선택된다. 따라서, 토크검출전압(V₁)의 비를 나타내는 R₃/(R₁+R₃)를 참조하여, 이제 R₃/(R₁+R₃)=α라고 가정하면, 제13도의 특성 다이어그램은 다음의 공식 (10)에 의해 표현될 수 있다:

(α-1/2)KㆍT............(10)

여기서 부호 “K”는 토션바의 스프링 상수를 포함하는 소정의 상수를 나타내며, 부호 “T”는 스티어링 토크를 보여준다.

상기 공식 (10)이 상술한 공식 (9)를 대신할 때, 다음 공식 (11)이 얻어진다:

V_2M=[R₂KE/(2Rt+R₂)]T+E/2................(11)

상기 공식 (11)에 따라서, 입력 스티어링 토크(T)가 제로로 될 때, 토크검출치(V_2M)는 신호라인상에서 발생된 접촉저항(At)의 저항치에 관계없이 E/2로 된다.

그 다음에, 접촉저항(At)이 증대될 때, 스티어링 토크(T)에 대한 토크검출전압(V_2M)의 비는 감소되는 경향이 있다. 이것은 제15도에서 표시되어 있다. 제15도에 도시된 파선은 접촉저항(Rt)이 초기값일 때 주 포텐셔미터(3_M)의 특성을 나타낸다. 접촉저항(Rt)이 증대할 경우, 토크검출전압(V_2M) 대 스티어링토크(T)의 비율, 즉 경사량은 화살표방향으로 진행함에 따라 증대한다. 제2실시예에 있어서, 메인포텐시오메터(3_M) 및 보조포텐시오메터(3_S)의 경사량, 즉 입력스티어링 토크에 대한 토크검출전압(V_2M, V_2S)의 경사량을 근간으로 하여, 접촉저항(Rt)의 증대에 의해 야기되는 토크검출값의 이상이 검출된다.

중앙처리장치에서 실행되는 이상을 검출하기 위한 수단으로서, 토크검출값의 이상을 검출하는 처리시퀀스를 제16도의 플로챠트를 참조하여 설명한다.

이 처리동작은 예를 들어 수 밀리초의 소정의 주프로그램 기설정시간, 즉 수 밀리초를 인터럽트하여 실행된다.

제1스텝 S1에서 A/D컨버터(20a, 20a´)를 통해 토크검출전압(V_2M, V_2S)를 독출하고, 이후 S2로 진행하여 토크검출전압(V_2M, V_2S)의 독출동작이 제1독출동작에 대응하는가의 여부를 체크한다. 본 실시예에 있어서, 토크검출전압(V_2M, V_2S)이 타이머인터럽트가 실행될 때마다 독출되지만 토크검출값의 이상을 검출하기 위해 선행독출값과 현재 독출값 사이의 차이 값을 산출한다. 따라서, 제1독출동작이 수행될 경우 산출동작이 발생하지 않는다. 그러므로 제1독출동작 중에 스텝S2a로 진행하며, 이 스텝 S2a에서 독출토크검출전압(V_2M, V_2S)이 소정의 기억영역에 기억된다. 이후 처리동작은 메인처리프로그램과 같은 고차프로그램으로 복귀한다. 제2독출동작 이후 처리동작은 다음 스텝 S3으로 진행한다.

이 스텝S3에서 선행의 타이머인터럽트 중에 기억된 토크검출전압(V_2M(n-1))을 현재의 독출검출전압(V_2M(n))으로부터 감산하여 메인포텐시오메터(3_M)에서 매기설정시간(샘플링시간)마다 토크검출전압값의 변화량을 표시하는 메인 측 토크전압변화량(ΔV_M)을 산출하며, 그 산출식(12)은 다음과 같다:

ΔV_M=V_2M(n)-V_2M(n-1)..............(12)

식 중 “n”은 임의의 샘플링 시간, “n-1”은 “n”에 대해 1만큼 앞선 샘플링시간을 나타낸다.

산출이 완료되면 현재의 독출토크검출전압(V_2M)은 선행 독출토크검출전압(V_2M)이 기억되어 있는 소정의 기억영역에 새롭게 기억되어 그 값이 갱신된다.

스티어링토크가 0이 될 경우 토크검출전압(V_2M)의 양에 변화가 없기 때문에 메인 측 토크검출전압의 변화량 ΔV_M이 0과 같다. 이 때 토크검출값 설정저항(13e, 13f, 13e´, 13f´)에 의한 효과 때문에 마이크로컴퓨터(12)에 입력된 토크검출값은 중립전압으로 유지된다. 그 결과 스티어링토크가 0이 될 경우 접촉저항(Rt)이 증대하여도 스티어링샤프트를 자동조타하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 스티어링토크가 경미하게 변화할 경우 토크검출전압값의 변화량에 대응하여 메인측토크전압변화량(ΔV_M)을 얻는 것이 가능하므로 접촉저항(Rt)의 증대에 대응하는 메인 측 토크전압변화량(ΔV_M)을 검출할 수 있으며, 이것은 연속되는 보조측 토크전압변화량(ΔV_S)에도 유사하게 적용할 수 있다.

다음에, 처리동작은 스텝S4로 진행하며, 여기서 선행의 시간인터럽트중에 기억된 토크검출전압(V_2S(n-1))이 스텝S3과 유사한 방법으로 현재의 독출토크검출전압(V_2S(n))으로부터 감산된다. 따라서, 매번의 기설정시간 마다 보조포텐시오메터에서의 토크검출전압변화량을 표시하는 보조측 토크전압변화량(ΔV_S)이 산출되며, 이러한 산출공식(13)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

ΔV_S=V_2S(n)-V_2S(n-1)..............(13)

이후 산출이 종료될 경우 선행토크검출전압(V_2S)이 기억되는 소정의 기억영역에 현재의 토크검출전압(V_2S)이 새롭게 기억되어 갱신된다.

이어서 처리동작은 스텝S5로 진행하며, 여기서 보조측 토크전압변화량(ΔV_S)의 값이 메인측 토크전압변화량(ΔV_M)의 값으로부터 감산되어 이 감산된 값의 절대값이 산출된다. 그리고, 이 절대값이 기설정된 값 “β”보다 작거나 같은 가의 여부를 판정하여 각 토크검출전압(V_2M, V_2S)이 기설정값 “β”의 범위내에 있는가의 여부를 판정하며, 그 판정식(14)은 다음과 같다.

｜ΔV_M-ΔV_S｜β.................(14)

메인포텐시오메터(3_M) 및 보조포텐시오메터(3_S)의 접촉저항(Rt)중 어느 하나가 증대할 경우 접촉저항이 감소하는 포텐시오메터(3_M또는 3_S)의 변화량(ΔV_M, ΔV_S)의 값이 증대한다. 그 결과 ｜ΔV_M-ΔV_S｜의 값을 소정의 값(β)과 비교하여 접촉저항(Rt)의 증대를 검출할 수 있다. 접촉저항(Rt)의 증대가 없을 경우 ｜ΔV_M-ΔV_S｜의 값이 원칙적으로 0이 된다. 그러나, 중립전압으로 유지하기 위해 사용되는 토크검출값설정저항(13e, 13f, 13e´, 13f´)의 변동과 각 포텐시오메터(3_M, 3_S)용 신호라인에서 발생하는 초기 접촉저항(Rt)의 저항값의 차이 때문에 각 검출전압(V_2M, V_2S)에서의 변화량에 작은 차이가 있다. 양쪽의 포텐시오메터(3_M, 3_S)의 접촉저항(Rt)이 같은 레벨로 동시에 증대하면 ｜ΔV_M-ΔV_S｜의 값이 0이 된다. 그러나, 일반적으로 이와 같은 상태가 발생할 가능성은 실질적으로 없으며, ｜ΔV_M-ΔV_S｜β인 경우의 변화량도 실질적으로 없다. 즉, 접촉저항(Rt)의 값은 문제가 없는 범위 내에 존재하므로 처리동작도 고차메인프로그램으로 복귀한다. 한편, ｜ΔV_M-ΔV_S｜＞β인 경우는 추가로 이상상태에 있는가의 여부를 판정하기 위해 처리동작이 스텝S6으로 이동한다.

스텝S6에서는 메인측토크전압변화량(ΔV_M)의 절대값으로부터 보조측 토크전압변화량(ΔV_S)의 절대값을 감산하여 얻은 값이 0보다 큰가의 여부를 판정함으로써 메인포텐시오메터 또는 보조포텐시오메터가 정상 상태하에 있는 가를 판정하게 된다. 이러한 판정을 하기 위한 공식(15)은 다음과 같다.

｜ΔV_M｜-｜ΔV_S｜0.............(15)

제15도에 나타낸 바와 같이, 접촉저항(Rt)의 증대와 관련하여 토크검출전압(V_2M, V_2S)의 변화량이 감소한다. 그결과, 예를 들어 메인포텐시오메터(3_M)의 접촉저항(Rt)이 증대하고 보조포텐시오메터(3_S)의 접촉저항(Rt)에서의 변화가 없다고 가정하면, 메인측토크전압의 변화량(ΔV_M)이 감소하므로 ｜ΔV_M｜-｜ΔV_S｜의 값이 음의 값이 되는 경향이 있다. 전술한 바와 같이 ｜ΔV_M｜-｜ΔV_S｜＜0이 될 경우 메인포텐시오메터와 비교하여 보조포텐시오메터(3_S)가 정상상태에 있는 것으로 판정할 수도 있다. 스텝S7로 진행하면 보조포텐시오메터(3_S)를 기준으로 이용하여 연속처리를 행한다. 역으로 ｜ΔV_M｜-｜ΔV_S｜0일 경우 보조포텐시오메터(3_S)와 비교하여 메인포텐시오메터(3_M)가 정상상태에 있는 것으로 판정할 수 있다. 처리동작은 다시 더욱 진행하여 기준으로서 메인포텐시오메터(3_M)를 이용하여 연속처리를 행한다.

스텝S7에서는 ｜ΔV_M｜-｜ΔV_S｜(X/Y)｜ΔV_S｜를 만족하는가의 여부와 기준으로서 보조포텐시오메터(3_S)를 사용하면서 메인포텐시오메터의 토크검출값에 이상성이 있는가의 여부를 판정한다. 이 판정공식은 다음과 같다. 먼저, 메인포텐시오메터(3_M)의 스티어링토크에 대하여 토크검출값(V_2M)의 경사량(ΔG_M)이 아래식(16)으로 산출된다.

ΔG_M=ΔV_M/[T(n)-T(n-1)]............(16)

식 중 “T(n)-T(n-1)”은 매번의 기설정 샘플링 시간(타이머 인터럽트 시간)마다 스티어링토크의 변화량 “T”는 입력 스티어링 토크를 나타낸다.

유사하게 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출전압(V_2S)의 경사량(ΔG_S)은 다음식(17)에 의해 산출된다.

ΔG_S=ΔV_S/[T(n)-T(n-1)]...................(17)

접촉저항(Rt)의 증대에 기인하여 토크검출값의 이상이 있는 경우에는 각 경사량(ΔG_M, ΔG_S)이 감소한다. 스텝S7에의 처리동작에 있어서 보조포텐시오메터(3_S)는 정상상태에 있다고 가정할 경우 양쪽의 경사량(ΔG_M, ΔG_S)사이의 차이를 경사량(ΔG_S)을 기준으로하여 산출할 수 있다. 이 차이값이 기 설정값(X)을 초과할 경우 메인포텐시오메터(3_M)의 토크검출값에 이상이 있다고 판정할 수 있으며, 이때의 판정식(18)은 다음과 같다.

｜ΔG_M-ΔG_S｜＞X................(18)

소정의 값(X)는 전술한 바 있는 기선택값(β)보다 약간 큰 값으로 설정된다.

소정의 값(β)과 기설정값(X)사이에 민감도범위가 형성되므로 정상/이상 상태에 대한 판정은 안정된 상태에서 행해질 수 있다.

식(16), (17)을 식(18)에 대입하면 다음식(19)이 된다.

｜[ΔV_M-ΔV_S]/[T(n)-T(n-1)]｜＞X..............(19)

보조포텐시오메터(3_S)가 정상상태에 있으므로 접촉저항(R1)의 값을 실질적으로 0이라 가정할 때 경사량(ΔG_S)은 식(11)에 기초하여 “KE”로 표시되며, 편의상 이 경사량을 “Y”라 한다. 또, T(n)-T(n-1)의 값을 직접 산출하는 것은 어려우므로 이것을 소거하기 위해 다음과 같은 계산을 행한다.

식(19)에 있어서 전술한 식(17) 중 ΔG_S=KE=Y라 가정하면 T(n)-T(n-1)의 식이 소거되며, 다음의 판정식(20)이 산출될 수 있다.

｜ΔV_M-ΔV_S｜(X/Y)｜ΔV_S｜.............(20)

이 판정식에서 정상상태하의 보조포텐시오메터(3_S)를 이용하여 메인포텐시오메터(3_M)의 경사량(ΔG_M)을 검출하므로 이 ｜ΔV_M-ΔV_S｜＜(X/Y)｜ΔV_S｜일 경우 메인포텐시오메터(3_M)의 토크검출값이 정상상태하에 있는지의 여부를 판정할 수 있다. 이때 처리동작은 고차메인프로그램으로 복귀한다. 한편, ｜ΔV_M-ΔV_S｜(X/Y)｜ΔV_S｜이 될 경우 메인포텐시오메터(3_M)의 토크검출값에 이상이 발생했는지의 여부를 판정할 수 있으며, 이 경우 처리동작은 스텝S8에서 규정되는 이상안전처리단계로 진행한다.

스텝S8에서 예를 들어 이상안전처리로서 하기와 같은 처리동작을 행한다.

먼저, 모터구동회로(22)에 공급되는 펄스폭 변조신호(PWM), 우방향신호(D_R), 좌방향신호(D_L)를 로우레벨로 설정하여 H 브릿지회로(22b)에 신호공급을 중단한다. 이어서, 클러치제어신호(S_a)가 로우레벨로 출력되어 전자클러치장치(11)가 비접촉상태로 된다. 이어서 릴레이 제어신호(S_R)가 로우레벨로서 출력되어 이상안전릴레이(23a)가 개방되고 배터리(16)로부터 H 브릿지회로로 전원전압의 공급이 중단된다. 다음에 예를 들어 이상검출플랙이 “1”로 설정되어 이상 발생을 고차프로그램에 통지하여 처리동작이 종료된다. 다음에 고차프로그램에서 토크검출값의 이상을 검출하기 위한 비인터럽트처리동작을 행한다.

이후, 스텝S9에서 ｜ΔV_M-ΔV_S｜(X/Y)｜ΔV_M｜인지의 여부를 판정하고, 또한 메인포텐시오메터(3_M)를 기준으로 이용하여 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출값의 이상성의 유무를 판정한다. 이 판정식은 스텝S7과 유사한 산출시퀀스를 이용하여 얻을 수 있으며, ｜ΔV_M-ΔV_S｜＜(X/Y)｜ΔV_M｜이 될 경우 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출값이 정상인가를 판정할 수 있다. 그리고 처리동작은 고차메인프로그램으로 복귀한다.

한편, ｜ΔV_M-ΔV_S｜(X/Y)｜ΔV_M｜일 경우 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출값을 이상으로 판정할 수 있다. 이 경우 처리동작은 전술한 스텝S8에서 정의되는 이상안전처리단계로 진행한다.

다음에, 전술한 제2실시예의 동작에 대해 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따르면 각 포텐시오메터(3_M, 3_S)를 위한 토크검출값의 이상검출은 모든 정상모터구동제어처리동작이 수행되기 전마다 항상 실행되며, 무엇보다도 먼저 각 토크검출전압(V_2M, V_2S)의 각 변화량(ΔV_M, ΔV_S)은 각 인터럽트시간에 대하여 산출한다. 스텝S5에서 ｜ΔV_M-ΔV_S｜의 값이 기선택값(β)과 같거나 작은가의 여부를 판정하여 접촉저항(Rt)의 이상판정을 간단히 행한다. ｜ΔV_M-ΔV_S｜β인 경우 접촉저항(Rt)이 정상범위내에 위치한다고 판정하여 전기모터 스티어링 장치의 정상모터구동제어를 행한다.

한편, ｜ΔV_M-ΔV_S｜＞β가 될 경우 이상검출처리동작을 더욱 진행하여 메인포텐시오메터(3_M), 보조포텐시오메터(3_S)중 어느 한 측에서 접촉저항(Rt)이 증대하는가를 검출한다. 보조포텐시오메터(3_S)가 정상상태에 있을 경우 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출전압(V_2S)의 변화량(ΔV_S)을 기준으로서 이용하면서 메인포텐시오메터(3_M)의 토크검출전압(V_2M)의 변화량(ΔV_M), 즉 감소량이 기선택 범위에 있는가의 여부를 스텝S7에서 판정한다.

메인포텐시오메터(3_M)가 정상상태에 있다고 판정될 경우 보조포텐시오메터(3_S)의 토크검출전압(V_2S)의 변화량(ΔV_S)이 기선택범위 내에 있는가의 여부를 점검할 수 있다. 본 실시예에 따르면 스텝S5에서 변화량(ΔV_M, ΔV_S)이 정상범위 내에 있는가의 여부를 판정함에도 불구하고, 낮은 값의 접촉저항(Rt)을 갖는 포텐시오메터(3_M, 3_S)을 기준으로 사용하면서 스텝S7, 스텝S9에서 판정을 행하므로 더욱 정밀한 이상여부를 판정할 수 있다.

스텝S7, S8의 판정결과로서 접촉저항(Rt)의 증대가 정상범위 내에 위치할 경우 전동 파워스티어링장치의 정상모터구동제어가 행해지는 한편, 접촉저항(Rt)의 증대가 정상범위를 초과할 경우 기선택 이상 안전처리동작이 수행되어 안정된 동작을 유지한다.

전술한 바와 같이 제2실시예에 따르면 메인측 토크전압변화량(ΔV_M)과 보조측 토크변화량(ΔV_S)에 기초하여 접촉저항(Rt)의 증대에 의해 야기되는 이상성이 검출되므로 인가되는 스티어링토크의 크기에 관계없이 토크검출전압(V_2M, V_2S)의 상대적인 변화를 검출하는 것이 가능하다. 결과적으로 스티어링토크에서 큰 변화가 없는 중립위치 부근에서 아주 낮은 스티어링력이 생성되어도 스티어링토크가 크게 변화하는 경우와 마찬가지로 토크검출값의 이상성을 검출할 수 있다. 또, 슬라이딩접촉자와 메인포텐시오메터(3_M), 보조포텐시오메터(3_S)의 신호라인에 있어 그 접촉저항의 시간적 변화에 의해 야기되는 토크검출전압(V_2M, V_2S)에서의 이상성을 검출하는 것이 가능하다.

또한, 접촉저항(Rt)의 이상성이 메인측 토크전압변화량(ΔV_M), 보조측토크전압변화량(ΔV_S)에 기초하여 상대적으로 검출되므로 이상성을 검출하기 위해 기준으로서 사용되는 설정값은 토크센서(3)와 제어기(13)를 접속하는 케이블(13)의 접촉자 유니트가 제조 또는 조립되는 동안 발생하는 접촉저항값을 고려하지 않고도 결정될 수 있다. 결과적으로 보다 큰 값을 설정할 필요가 없으면서도 검출정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 시간적 변화에 기인하여 접촉저항값이 증대할 경우에도 토크검출값의 이상성을 확고히 검출할 수 있다.

제17도를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 회로구성을 설명한다.

본 발명의 제3실시예는 토크센서(3)의 메인포텐시오메터(3_M) 및 보조측포텐시오메터(3_S)의 각 단말이 각 개별단자로 구성되어 있다는 것과 케이블(26)을 통해서 제어기(13)에 접촉되어 있다는 것을 제외하고는 제2실시예에 따른 제12도의 토크센서와 유사한 구성을 가지고 있다. 결과적으로 메인포텐시오메터(3_M)의 양쪽 에지의 각 단말부가 전류입력단자(3a) 및 드리프트출력단자(3c)에 각각 접속되고, 케이블(26)을 통해서 전류검출저항(13d, 13g)에 각각 접속되며, 또한 전원 및 접지전위에 접속된다. 그리고, 보조포텐시오메터(3_S)의 양쪽 에지의 각 단말부가 전류입력단자(3a´), 드리프트출력단자(3c´)에 각각 접속되며, 케이블(26)을 통해 전류검출저항(13d, 13g)에 각각 접속된다. 슬라이딩접촉자(3d, 3d´)는 제1실시예와 유사한 방법으로 접속되며, 슬라이딩접촉자(3d, 3d´)로부터 파생되는 토크검출전압(V_2M, V_2S)은 위상보상회로(18, 18´)로 공급된다.

제3실시예에 따르면 전류입력단자(3a,, 3a´)와 전원사이에 무시할 수 없는 접촉저항(Rc)이 있을 경우 예를 들어 메인포텐시오메터(3_M)에 대한 등가회로는 제18도에 표시한 바와 같이 나타낼 수 있으며, 이 등가회로에서의 토크검출전압(V_2M)은 다음식(21)으로 표시된다.

V_2M=[R₃/(R₁+R₃+R_C)]E............(21)

이 식(21)에서 전술한 제2실시예와 유사하게 R₃/(R₁+R₃=α라 하면 토크검출전압(V_2M)을 다음식(22)로 표시할 수 있다.

V_2M=[α/(1+αR_C/R₃)]E..........(22)

또 이 식(22)에서 제2실시예와 유사하게 α=KㆍT+1/2이라 하면 토크검출전압(V_2M)을 다음식(23), (24)으로 표시할 수 있다.

V_2M=(KE/γ)T+E/2γ............(23)

여기서 γ=1+(KT+1/2)(R_C/R₃)...........(24)

따라서, 접촉저항(R_C)이 변할 경우 토크검출전압(V_2M)의 값이 입력 스티어링 토크(T)에 따라서 변화하므로 접촉저항(R_C)의 증대에 의해 야기되는 토크검출값의 이상을 매번 기선택시간마다 토크검출전압(V_2M)의 변화량을 검출하여 체크할 수 있다. 전술한 경우와 유사하게 접촉저항값의 증대에 의해 야기되는 토크검출전압의 이상을 드리프트출력단자(3c, 3c´)와 접지전위 사이에 존재하는 접촉저항에 대해 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제3실시예에 따르면 제2실시예와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 또한 전원라인에서 생성되는 접촉저항값의 증대를 검출할 수 있다. 결과적으로 토크센서(3)와 제어기(13) 사이에 존재하는 모든 접촉저항값에서의 변화를 검출하는 것이 가능하며, 또한 전술한 이유로 야기되는 토크검출값의 이상을 검출하는 것이 가능하다. 따라서, 안정적으로 개선된 제어동작이 가능하다.

한편, 제1실시예와 같은 방법으로 드리프트검출처리동작이 수행되며, 제7도, 제8도, 제10도에 도시한 플로챠트와 유사한 처리동작이 수행된다. 정상범위 내에서 전류검출저항(13g)에 나타나는 드리프트전압(V_is)이 정상범위내에 존재하는 가의 여부를 점검하여 스티어링휠의 자동조향을 방지한다. 이 드리프트전압(V_is)이 정상범위내에 존재하면 정상모터구동제어가 행해진다. 드리프트검출처리에 있어서의 최소값(Vmin)과 최대값(Vmax) 모두가 동일한 값으로서 이동될 수 있도록 하기 위해 기본구조를 갖는 실시예에서의 저항값보다 전류검출저항의 저항값이 작다.

스티어링토크가 인가될 경우 토크가 인가되고, 토크검출값설정저항(13e₁, 13f₁, 13e₂, 13f₂)의 효과에 기인하여 중립위치에서 토크검출값(T₁, T₂)이 슬라이딩접점(3d₁, 3d₂)의 전압의 값과 같다. 결과적으로 이 경우 토크신호의 입력/출력단자에서의 각 접촉자 접촉저항의 저항값이 증대하여 드리프트를 생성하고, 토크전압(V_t)이 일정한 값으로 유지되어 스티어링휠의 자동조향이 방지될 수 있다.

전술한 제2실시예 및 제3실시예는 메인포텐시오메터(3_M) 및 보조포텐시오메터(3_S)가 일체로 조립되는 토크센서(3)를 설명하고 있지만 본 발명은 이에 한하지 않으며, 각 포텐시로메터를 분리하여 다른 위치에 배치할 수도 있다.

전술한 제2실시예 및 제3실시예에 있어서, 토크검출전압은 포텐시오메터에 장착된 토크센서로부터 검출되지만 본 발명은 이에 한하지 않으며, 부분적으로 코일을 갖는 브리지로 구성되는 2세트의 메인토크센서와 보조토크센서를 구비하여 토크검출전압을 검출할 수도 있다. 매번의 기선택시간마다 각 토크검출전압의 변화량으로부터 여러 가지 다른 값을 산출하여 코넥터유니트 등에서 생성되는 접촉자 저항의 변화를 검출할 수도 있다.

또한, 제2실시예 및 제3실시예에 있어서, 접촉저항값의 증대에 의해 야기되는 토크검출값의 이상을 설명하였지만, 각 포텐시오메터(3_M, 3_S)가 단절 또는 단락되었을 경우 토크검출값의 이상성이 아타날 수도 있다. 따라서, 제16도에 도시한 플로챠트에 따라서 신호라인이 단절 및/또는 단락되었을 경우 토크검출값의 이상성을 검출하는 것도 가능하다.

전술한 제2실시예 및 제3실시예에 있어서, 식(20)을 변형하여 다음식(25)으로 한다.

｜ΔV_M/ΔV_S｜(X/Y)+1.............(25)

이 식(25)의 우변이 예를 들어 소정값(γ)과 같다고 가정하면 이 소정값(γ)과 ｜ΔV_M/ΔV_S｜의 값을 비교하여 토크검출값의 이상성을 검출할 수도 있다.

전술한 제2실시예 및 제3실시예에 있어서 스텝S5, 스텝S7, 스텝S9에서 이상판정을 두 번 행했지만 포텐시오메터(3_M, 3_S)중 어느 것이 이상상태로 되었는지를 검출하지 못했을 경우 스텝S6, S7, S9에서 한정되는 처리동작을 생략할 수도 있다. 이 경우 스텝S5에서 소정값(β)을 약간 크게 설정한다. ｜ΔV_M-ΔV_S｜＞β인 경우, 토크검출값에 이상성이 있는 것으로 판정할 수 있다. 그러면 처리동작은 스텝S8로 진행하며, 여기서 이상안전처리가 행해진다.

토크검출값설정저항(13e, 13f)이 제2실시예 및 제3실시예의 값과 같도록 설정되어 있지만 본 발명은 이에 한하지 않으며, 상호 다른 저항값을 갖는 토크검출값 설정저항(13e, 13f)을 배치하여 스티어링토크가 0이 될 경우 이 포텐시오메터의 출력전압에 응하여 위상보상회로에 공급되는 토크검출값과 포텐시오메터의 출력전압이 같도록 할 수도 있다. 이것은 유사하게 다른 토크검출값 설정저항(13e´, 13f´)에도 적용된다.

또한, 제1실시예 내지 제3실시예에 있어서는, 중앙처리장치로부터 출력되는 모터구동신호(S_M)가 펄스폭 변조신호(PWM)로 전환되어 전동기를 구동한다. 그러나 이와는 달리 모터구동신호(S_M)를 펄스폭 변조신호(PWM)로 전환하지 않고, 아날로그전압신호로 전환할 수도 있으며, 펄스폭 변조신호(PWM)가 입력되는 FET대신에 NPN트랜지스터를 이용할 수도 있다.

전술한 제1실시예 내지 제3실시예에서 모든 처리동작, 즉 비례, 미분, 적분 처리동작이 수행되어 모터구동신호값이 산출되지만 이들 처리동작 중 임의의 것을 조합하여 모터구동신호를 산출할 수도 있다.

또한, 전술한 제1실시예 내지 제3실시예는 토크검출값만을 기초로 스티어링 상태를 감지하고, 보조스티어링토크가 이 토크검출값에 따라서 생성되는 모터구동제어를 설명하였지만 다른 경우 예를 들면 고속구동 중에 구동레인이 변화하면 스티어링토크 뿐만 아니라 스티어링휠의 스티어링 각속도 또는 스티어링가속도에 기초하여 스티어링 상태를 감지한다. 이들 값에 따른 보조토크를 생성하여 모터구동제어를 행할 수도 있다. 제19도에 있어서 토크검출값, 스티어링각속도값, 스티어링가속도값에 기초하여 스티어링조건을 감지하는 제어회로의 개략블록도를 도시한다.

이 도면에 도시한 바와 같이, 제어회로(21A)는 전류지시연산기(31), 가감산기(32), 비례연산기(33), 적분연산기(34), 가산기(35), 스티어링각속도/가속도산출회로(36), 댐퍼계수회로(37), 관성보상계수회로(38)로 구성된다. 토크검출값T를 제어회로(21A)의 전류지시연산기(31)로 입력하여 소정의 모터전류지시값S1으로 변환한다. 이후, 이 소정의 모터전류지시값을 가감산기(32)에 공급한다. 모터전류지시값(S₁)외에도 전류검출회로(25), 댐퍼계수회로(37), 관성보상계수회로(38)에 대응하여 전류검출신호(i_M), 댐퍼신호(D₁), 관성신호(K₁)가 가감산기(32)에 공급된다. 모터전류지시값(S₁)에 대하여 가감산기(32)가 전류검출신호(i_M) 및 댐퍼신호(D₁)를 감산하고, 관성신호(K₁)를 가산한다. 가감산기(32)의 출력신호가 공급되는 비례연산기(33)에 있어서 기선택비례게인이 곱해지며, 이 곱셈 값은 직접 가산기(35)로 공급되고, 유사하게 적분연산기(34)를 통해 가산기에 공급되면서 적분처리를 행한다. 이후 소정의 모터구동신호가 가산기(35)로부터 모터구동회로(22)로 출력된다. 이 모터구동회로(22)에 있어서, 소정의 펄스폭을 갖는 펄스폭 변조신호(PWM)가 스티어링각속도/가속도산출회로(36)에 출력되고, 모터구동전류가 전동기(12)에 공급된다. 이후, 모터구동전류값 “i”이 전동기(12)로부터 스티어링각속도/가속도산출회로 및 전류검출회로(25)에 출력된다. 스티어링각속도/가속도산출회로(36)에 있어서, 입력된 펄스폭 변조신호(PWM), 입력된 모터전류 “i”에 기초하여 산출되는 스티어링각속도 “ω_O”가 댐퍼계수회로(37)에 출력되고, 산출된 스티어링가속도 “ω₁”이 유사하게 관성보상계수회로(38)에 출력된다.

스티어링각속도/가속도산출회로(36)에 있어 그 스티어링각속도 “ω_O” 및 스티어링가속도“ω₁”는 다음과 같이 행해진다. 먼저, 펄스폭 변조신호(PWM) 및 전원전압(V_BAT)의 듀티비가 이용될 경우 전기모터(12)에 인가되는 평균전압(V)은 다음식으로 나타낼 수 있다.

V=DㆍV_BAT............(26)

전기모터(12)가 회전할 경우, 역기전력이 생성되며, 이 역기전력을 “K_T”라 가정하면 전기모터(12)에서 생성되는 역기전력전압은 K_T×ω_O가 된다. 따라서, 코일저항(R)을 갖는 전기모터(12)에 인가되는 평균전압(V)은 다음식으로 나타낼 수 있다.

V=K_Tㆍω_O+Rㆍi...........(27)

공식(36), (27)에 기초하여 스티어링각속도(ω_O)를 다음과 같이 얻을 수 있다.

ω_O=(DㆍV_BAT-Rㆍi)/K_T..............(28)

스티어링가속도(ω)를 댐퍼계수회로(37)에서의 기선택댐퍼계수(K_V)에 의해 곱하고, 이 곱해진 값을 모터전류지시값(S₁)으로부터 감산하여 댐퍼제어를 행하므로 전기점성저항이 스티어링시스템에 주어져 차량의 구동동작을 안정되게 개선한다. 또한, 산출된 스티어링가속도(ω)에 관성보상계수회로(38)의 소정의 관성보상계수(K_G)를 곱하고, 이 곱해진 값을 모터전류지시값(S₁)에 가산하여 관성보상제어를 행한다. 이와는 달리 스티어링가속도(ω₁)를 센서에 의해 직접 검출할 수도 있다. 또한 예를 들어 모터샤프트에 장착된 각도 센서에 의해 검출되는 각도를 시간 “t”로 미분하여 먼저 스티어링각속도(ω_O)를 산출하여 스티어링가속도(ω₁)를 얻는다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 청구항 1에 따르면 전원전류가 토크검출포텐시오메터에 공급되며, 이 포텐시오메터를 통해 흐르는 전류가 전류검출수단에 입력되고, 전류검출수단의 출력값을 비교수단을 통해 기설정값과 비교하여 포텐시오메터에서 생성된 드리프트를 검출한다. 전류검출수단에 의해 전류변화를 감시하므로 드리프트에서의 변화를 직접 검출할 수 있다. 본 발명은 검출감도를 낮추지 않고도 간단한 구성으로 드리프트를 확실하게 검출할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 청구항 2에 따르면 스티어링토크가 인가되지 않을 경우 포텐시오메터의 출력전압과 같도록 토크검출값을 설정하기 위한 토크검출값설정수단이 배치되며, 그 결과 토크신호용 입출력단자의 코넥터접촉저항의 저항값이 증대하여 드리프트가 발생하여도 스티어링토크가 인가되지 않을 경우 토크검출값설정수단의 효과에 의해 토크검출전압이 일정하게 유지된다. 따라서, 스티어링휠의 자동조타가 방지되어 구동의 안전성이 개선된다.

본 발명의 청구항 3에 따르면, 토크검출값설정저항을 토크센서의 토크신호출력단자에 접속하는 동시에 전원의 양단 사이에 배치함으로써 토크검출값설정수단을 구성하므로 스티어링토크가 인가되지 않을 경우에 토크검출전압이 간단한 구성으로 일정하게 유지될 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 4에 따르면, 토크검출값의 이상을 검출하기 위한 이상검출수단이 배치되고, 여기에서 메인토크센서로부터 출력되는 단위시간당 토크검출값과 보조포텐시오메터로부터 출력되는 단위시간당 토크검출값의 변화량 사이의 차이값을 산출한다. 따라서, 인가되는 스티어링토크의 크기에 관계없이 토크검출값의 안정된 차이 값을 얻는 것이 가능하다. 결과적으로 아주 작은 스티어링력, 즉 아주 작은 토크검출 값이 인가되어도 큰 스티어링력이 인가될 때와 같은 방법으로 토크검출 값의 이상성을 검출할 수 있다. 메인토크센서 및 보조토크센서의 신호라인에서 발생하는 접촉저항 값의 시각적 변화에 의해 야기되는 토크검출값의 이상성을 검출하는 것이 아주 용이하다.

더욱이, 본 발명의 청구항 4에 따르면 토크검출 값의 이상성이 검출될 경우 메인 토크센서의 토크검출 값과 보조토크센서의 토크검출 값 사이의 차이 값이 직접 사용되지 않으므로 이상성을 검출하기 위해 기준으로서 사용되는 설정값은 제어수단과 메인토크센서 및 보조토크센서를 전기적으로 접속하는 코넥터 유니트의 접촉저항과 관련하여 제조 또는 조립작업중에 발생하는 접촉저항 값에 저촉되지 않고 결정될 수 있다. 그 결과 보다 크게 값을 설정하지 않고도 검출정밀도를 향상시킬 수 있으며, 시간적 변화에 기인하여 접촉저항 값이 증대하여도 토크 검출값의 이상성이 확실하게 검출된다.

또한, 본 발명의 청구항 4에 따르면 토크검출 값의 이상성을 메인토크센서와 보조토크센서로부터 도출되는 단위시간당 토크검출 값의 각 변화량에 기초하여 토크검출 값의 이상성을 검출하므로 접촉저항 값의 증대에 의해 야기되는 토크검출 값의 이상성을 검출할 수 있다. 또한 각 토크센서의 단절 및 단락에 의해 야기되는 토크검출 값의 이상성이 동시에 검출되는 효과도 있다.

본 발명의 청구항 5에 따르면, 토크센서의 외부접속단자가 3개의 성분으로 구성된다. 즉 한쌍의 접속단자 및 외부접속단자는 간단하게 제조되어 제어수단에 용이하게 접속될 수 있다.

본 발명의 청구항 6에 따르면, 청구항 4의 이점외에도 전원라인에서 발생하는 접촉저항 값의 증대를 검출하는 것이 가능하다. 토크센서 및 제어수단에 존재하는 모든 접촉저항 값의 변화를 검출할 수 있으며, 상기 접촉저항 값에 의해 야기되는 토크검출 값의 이상성이 검출될 수 있다.

본 발명의 청구항 7에 따르면 포텐셔미터에서 제조되는 드리프트가 확실하게 검출된다. 또한 코넥터 접촉저항 값의 시각적 변화에 기인하는 토크검출 값의 변화와 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉자의 느슨한 접촉에 의해 야기되는 토크센서의 고장과 같은 토크검출 값의 이상은 토크검출 값이 낮게 나타나는 아주 작은 스티어링력과 큰 스티어링력에 관계없이 언제나 검출될 수 있다.

Claims (4)

1. 양 단부가 전원에 접속된 저항체를 갖는 토크검출 포텐셔미터와 토크검출치를 출력하기 위해 저항체 상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접촉기를 구비하며 스티어링 시스템의 스티어링 토크를 검출하기 위한 토크센서; 스티어링 보조력을 스티어링 시스템에 발생시키기 위한 전동모터; 적어도 토크센서로부터 출력된 토크검출치에 반응하여 전동모터를 제어하기 위해 사용된 제어신호를 출력하기 위한 제어수단; 및 제어수단의 제어신호에 반응하여 전동모터를 구동시키기 위한 구동수단을 포함하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치로서, 이 제어장치는; 포텐셔미터의 양 단부들 사이를 흐르는 전원전류를 검출하기 위한 전류검출수단; 및 전류검출수단의 출력치를 미리 설정된 값과 비교하고 이것에 의해 포텐셔미터에서 발생된 드리프트를 검출하기 위한 드리프트검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 어떠한 스티어링토크도 인가되지 않을 때 공급된 토크검출치를 포텐셔미터로부터 출력된 전압치와 같은 값으로 설정하여 이 설정된 토크검출치를 제어수단으로 출력하기 위한 토크검출치 설정수단을 구비하며, 상기 토크검출수단은 포텐셔미터와 같은 전원과 접지 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 토크센서는 전원의 양 단부에 접속된 전류입력단자/드리프트 출력단자; 전류입력단자와 드리프트 출력단자의 양쪽 사이에 접속된 포텐셔미터; 및 포텐셔미터의 슬라이딩 접촉기에 접속된 토크신호출력단자로 구성되고, 상기 토크검출치 설정수단은 토크신호 출력단자와 전원의 양 단부 사이에 각각 접속된 토크검출치 설정저항기로 구성된 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치.
4. 양 단부가 전원에 접속된 저항체를 갖는 토크검출 포텐셔미터와 토크검출치를 출력하기 위해 저항체 상에서 슬라이드되는 슬라이딩 접촉기를 구비하여 스티어링 시스템의 스티어링 토크를 검출하기 위한 토크센서; 스티어링 보조력을 스티어링 시스템에 발생시키기 위한 전동모터; 적어도 토크센서로부터 출력된 토크검출치에 반응하여 전동모터를 제어하기 위해 사용된 제어신호를 출력하기 위한 제어수단; 및 제어수단의 제어신호에 반응하여 전동모터를 구동하기 위한 구동수단을 포함하는 전동 파워스티어링장치의 제어장치에 있어서, 토크센서는 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터로 구성되며; 제어수단은 적어도 주 포텐셔미터의 토크검출치에 의거하여 전동모터에 의해 발생된 스티어링 보조력을 제어하며; 제어장치는 또한 주 포텐셔미터와 부 포텐셔미터의 토크검출치들의 각각에 대해 동시에 단위시간당 변화량을 산출하여 이 산출된 변화량 사이의 차이 값을 계산하고 이것에 의해 차이 값에 의거한 토크검출치의 이상을 검출하기 위한 이상검출수단을 구비하며; 포텐셔미터의 양 단부들의 사이에서 흐르는 전원전류를 검출하기 위한 전류 검출수단; 및 전류검출수단의 출력치를 미리 설정된 값과 비교하여 포텐셔미터에서 발생된 드리프트를 검출하기 위한 드리프트 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 장치의 제어장치.