KR19980035321A - 자동차용 조향제어시스템 및 조향제어스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향제어장치에 관한 것으로, 종래의 조향휠을 사용하지 않고 차량의 조향을 제어할 수 있도록 하는 시스템을 제공하여, 운전자의 편의를 도모하고, 차량의 조향성을 향상시키며, 사고시 조향휠과의 충격으로 인한 운전자의 상해를 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자동차에 있어서, 운전석에 설치된 조향스틱 등의 조향기구와, 조향기구의 거동을 검출하는 엔코더와, 전자제어장치와, 전자제어장치의 신호에 따라 스위칭작용을 하는 구동모터제어부와, 조향기어를 회전시키는 구동모터와, 구동모터의 회전운동을 배력하고 이를 차륜의 조향운동으로 변환하는 조향기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템을 제공하며;

자동차에 있어서, 변속레버와는 일체되고 조향제어용 조향레버를 수납하여 힌지체결하는 하우징과, 변속레버의 작동시 일체되어 전후방향으로 운동하며 상기 변속레버와 독립적으로 좌우로 회전운동하는 조향레버와, 운전자가 한손으로 잡을 수 있도록 된 손잡이부를 포함하는 자동차의 조향제어용 조향스틱을 제공하여, 종래의 조향휠을 사용하지 않고 차량의 조향을 제어할 수 있도록 함으로서, 운전자의 조향제어에 대한 편의를 도모하고, 차량의 조향성을 향상시키며, 사고시 조향휠과의 충격으로 인한 운전자의 상해를 방지할 수 있게 되었다.

Description

자동차용 조향제어시스템 및 조향제어스틱

종래의 자동차는 차량의 진행방향을 운전자가 조정할 수 있도록 운전석에 조향휠을 구비하고 있다.

이러한 조향휠을 구비한 자동차의 조향제어장치는 도 1에 도시한 바와 같이 구성되며, 도시된 동력조향장치를 구비한 조향제어장치는 운전자의 조향력을 전달하는 조향휠(1) 및 조향컬럼(2)과, 차륜을 거동시키는 타이로드(7)와, 운전자의 조향력을 배력시켜 타이로드를 왕복운동시키는 컨트롤밸브부(3) 및 조향기어박스(4)와, 상기 컨트롤밸브부 및 조향 기어박스로 유압을 공급하는 기구인 유압펌프(5) 및 오일탱크를 포함하도록 구성된다.

이러한 동력조향장치를 구비한 조향제어장치는 운전자의 조향회전력을 배력하여 차륜의 거동을 일으키므로 운전자의 조향제어를 수월하게 한다.

그러나 이러한 동력조향장치를 구비한 자동차에서도 운전자는 차량의 조향을 위해 어느 정도의 조향력을 조향휠로 전달하여야 하므로 불편하였다.

한편 조향휠을 필수적으로 하는 종래의 자동차는 조향휠을 운전자의 몸 앞쪽에 설치하므로, 유사시 차량에 사고가 발생하면 운전자의 몸이 앞으로 쏠리게 되어 운전자가 조향휠에 부딛히는 2차 충격이 발생하므로 치명적인 부상의 원인이 된다.

종래의 자동차는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 수단으로 2차 충격시 휘어지거나, 깨지도록 설계된 조향컬럼을 설치하는 방법, 안전밸트를 이용하는 방법, 에어백의 설치, 기타 충돌방지 시스템을 두는 방법 등을 고안하고 있으나, 기본적으로는 2차 충격의 원인이 되는 조향휠을 제거할 수 없으므로 그 한계가 있으며, 이러한 종래의 문제를 해결하기 위한 보다 근원적인 해결책을 요구하고 있다.

본 발명은 전술한 종래의 요구에 따른 것으로, 주행중 사고시 운전자가 조향휠와 2차 충격함으로 인해 발생하는 상해를 줄이고 또한 조향제어의 용이함과, 조향효율성을 향상시키도록, 종래의 자동차에 필수적인 조향휠을 제거하고 간단한 조향스위치나 조향스틱을 사용하여 차량의 조향을 제어하는 자동차용 조향제어시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

도 1은 종래의 조향제어시스템의 개략적 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 조향제어시스템의 개락적 구성을 보여주는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 조향제어시스템에 사용되는 조향제어스틱의 개략적 도면,

도 4는 본 발명에 따른 조향제어시스템의 실시예에 사용되는 엔코더의 구성을 보여주는 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 조향제어시스템의 실시예에 사용되는 전자제어장치의 블록도.

도 6은 본 발명에 따른 실시예에 사용하는 스텝핑 모터의 개념을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 실시예에 사용하는 스템핑 모터의 제어회로구성을 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 조향휠2 : 조향 칼럼

3 : 컨트롤 밸브부4 : 조향기어박스

5 : 유압펌프6 : 오일탱크

7 : 타이로드8 : 조향기구

9 : 엔코더10 : 전자제어장치

11 : 구동모터제어부12 : 구동모터

13 : 조향기어17 : 하우징

18 : 조향 손잡이부19 : 조향스틱

20 : 스위칭 버튼21 : 포토센서

22 : 파형정형회로23 : 엠프

24,24' : 고정자25 : 회전자

본 발명은 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로, 자동차에 있어서, 운전석에 설치된 조향기구(8)와, 조향기구의 거동을 부호화하는 엔코더(9)와, 엔코더의 출력부호를 기초로 구동모터의 제어를 위한 제어신호를 발생시키는 전자제어장치(10)와, 전자제어장치의 신호에 따라 스위칭작용을 하여 구동모터의 회전량을 제어하는 구동모터제어부(11)와, 구동모터제어부의 스위칭제어에 따라 조향기어를 회전시키는 구동모터(12)와, 구동모터의 회전에 따라 작동하며 구동모터의 회전운동을 배력하고 이를 차륜의 조향운동으로 변환하는 조향기어(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템을 제공한다.

또한 본 발명은, 자동차에 있어서, 변속을 제어하는 변속레버(16)와, 상기 변속레버와는 일체되고 조향제어용 조향레버(19)를 수납하여 힌지체결하는 하우징(17)과, 변속레버의 작동시 일체되어 전후방향으로 운동하며 상기 변속레버와 독립적으로 좌우로 회전운동하는 조향레버(19)와, 운전자가 한손으로 잡을 수 있도록 된 손잡이부(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향제어용 조향스틱을 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 조향제어시스템의 구성 및 작동상태를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조향제어시스템의 개략적 구성을 보여주는 블록도이다.

조향기구(8)는 차량의 운전석에 설치되어 운전자가 조향제어를 위해 조정하는 기구로서 본 발명의 목적에 적합하게 조향휠을 제외한 구성으로 이루어진다.

그 형식은 마우스의 형식일 수도 있으며, 좌우조향을 지시하는 스위치의 형식일 수도 있고 회전하는 막대와 손잡이의 형식일 수도 있다.

본 발명은 조향기구의 실시예로서 변속레버와 일체된 조향스틱을 제안한다. 물론 본 발명의 사상이 이것에만 제한되지는 않으며, 변속레버와는 분리된 형태로도 구성 가능하다.

조향스틱은 도 3에 상세히 도시되어 있으며, 변속레버와 일체된 형태로서 운전자가 변속을 위해서는 전후로 운동시키고 조향제어를 위해서는 좌우로 운동시키도록 구성하며, 전술한 두가지 운동이 독립적으로 이루어 지도록 설계된다.

즉, 조향스틱은 변속레버(16)와 일체되어 전후로 운동하는 하우징(17)과 하우징내에 수납되며, 하우징과는 하부에서 힌지체결되도록 하여 좌우로 회전하며 상기 변속레버의 운동과는 독립적으로 운동 가능하도록 된 조향레버(19)와, 조향레버를 잡고 운동시키기 위한 손잡이부(18)를 주요 구성으로 이루어진다.

손잡이부의 스위칭 버튼(20)은 변속기의 제어와 관계 있는 것이며, 필요에 따라 추가 또는 삭제 가능하다.

전술한 구성으로 운전자는 조향제어를 위해 손잡이부를 좌우로 이동시키면 이에 따라 조향레버는 힌지점을 중심으로 회전운동하게 되고 그 결과 회전정도(회전각)를 전기적 신호로 변환시켜 조향제어를 시작하게 되고, 또한 운전자는 손잡이를 전후로 이동시켜 변속을 행하게 된다.

한편 전술한 조향스틱은 운전석옆의 주차브레이크 레버와도 일체되어 구성되는 것도 가능하다.

조향스틱 대신에 두 개의 스위치와 각 스위치의 작동에 따라 정회전 또는 역회전하도록 하는 조향모터를 포함하도록 조향기구를 구성할 수도 있다.

이러한 실시예에 따르면 스위치의 좌측은 좌회전, 우측은 우회전의 신호를 나타내므로 이에 따라 조향모터가 회전하여 그 회전각을 측정하여 전자제어장치로 보내도록 한다.

엔코더(9)는 조향기구의 회전량을 검지하여 그 변화량을 디지탈부호화하는 장치로 기계적인 변화량을 가변저항을 이용하여 측정하는 아나로그식 또는 광전식, 브러시식, 자기식 등이 있으며, 어느 것이나 사용할 수 있다.

본 실시예에서는 광전식을 사용하기로 하며, 그 개략적 원리는 도 4에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진다.

광전식 엔코더는 발광다이오드(20)와, 수광소자인 포토센서(21), 두 기구 사이에서 회전하며 광로를 단속하는 회전슬릿과 고정슬릿, 포토센서로부터 빛의 감지가 있어 트리거된 발생전류를 구형파로 변환하는 파형정형회로(22), 구형파 형태인 펄스신호 전압을 제어에 적합한 양으로 증폭하는 앰프(23) 및 수신되는 펄스를 세는 펄스카운터(도시되지 않음)를 포함하도록 구성되며, 조향기구의 회전량을 펄스카운터의 연산값으로 부호화한다.

전자제어장치(10)는 버퍼(31), DIP스위치(32), 비교기(33) 및 인터페이스회로(34)를 주요요소로 구성되어, 전술한 엔코더의 입력을 기초로 구동모터의 제어신호를 산출한다.

도 5는 이러한 구성을 보여주는 도면으로 버퍼는 74LS245 칩을, 비교기준에 적합하면 인터페이스회로의를 이네니블시키는 비교기는 74LS688 칩을, 인터페이스회로는 8255 칩을 사용하여 구성하였다.

그러나, 이는 실시예일 뿐이며 다른 형식 또는 다른 장치를 이용하여 변형 가능하다.

구동모터(12)는 디지탈제어를 사용하기 위해 스탭핑모터를 사용하도록 한다. 스테핑모터는 도 6에 도시된 바와 같은 원리로 작동되며, 운전자대신 조향컬럽을 돌려주는 동력을 발생시킨다.

스텝핑모터는 도 6의 스위치S₁이 닫히면 고정자(24)에 자속ø₁을 발생시켜, 회전자(25)를 시계방향으로 90°회전시키고 정지하며, 다음으로 스위치S₂가 닫히면 고정자(24')에 자속ø₂를 발생시켜 회전자를 시계방향으로 90°회전시키고 정지하게 된다. 이때 다시 스위치S₁이 닫히면 고정자(24)에 자속ø₁을 발생시켜, 이번엔 회전자(25)를 반시계방향으로 90°회전시키고 정지하게 된다.

스테핑모터를 사용하는 것은 스텝핑모터가 지속적 회전이 아닌 단계적 회전을 하므로 정밀한 위치제어에 적합하기 때문이며, 반드시 스텝핑 모터에만 제한되는 것은 아니다.

스테핑모터의 제어를 위한 구동모터 제어부(11)는 도 7에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어지며, 펄스발생회로(26)와 펄스를 각 고정자로 분배하는 펄스분배회로(27)와, 발생된 펄스를 적합한 양으로 증폭하는 전력증폭회로(28)로 구성된다. 이때 펄스발생회로는 전자제어장치의 출력신호를 기준으로 한다.

전술한 구성의 결과, 운전자가 조향제어를 위해 조향휠대신 조향스틱 등의 조향기구를 제어하면, 엔코더에 의해 회전방향과 회전량이 검출되고 그 검출결과에 따라 구동제어회로에서 제어신호가 구동모터에 가해지고, 그 결과 회전자에 일체된 조향기어가 회전하면서 차륜의 회전을 가능하도록 한다.

한편 종래의 동력조향장치는 반드시 본장치와 결합되어야 하는 것은 아니지만 스텝핑모터의 구동력을 고려하면 결합운영되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 구성의 자동차용 조향제어시스템 및 조향제어스틱을 제공하여 종래의 조향휠을 사용하지 않고 차량의 조향을 제어할 수 있도록 함으로서, 운전자의 조향제어에 대한 편의를 도모하고, 차량의 조향성을 향상시키며, 사고시 조향휠과의 충격으로 인한 운전자의 상해를 방지할 수 있게 되었다.

본 발명은 자동차의 조향제어장치에 관한 것으로, 종래의 조향휠을 사용하지 않고 차량의 조향을 제어할 수 있도록 하는 시스템을 제공하여, 운전자의 편의를 도모하고, 차량의 조향성을 향상시키며, 사고시 조향휠과의 충격으로 인한 운전자의 상해를 방지하는 것을 목적으로 한다.

Claims (9)

1. 자동차에 있어서, 운전석에 설치된 조향기구(8)와, 조향기구의 거동을 부호화하는 엔코더(9)와, 엔코더의 출력부호를 기초로 구동모터의 제어를 위한 제어신호를 발생시키는 전자제어장치(10)와, 전자제어장치의 신호에 따라 스위칭작용을 하여 구동모터의 회전량을 제어하는 구동모터제어부(11)와, 구동모터 제어부의 스위칭제어에 따라 조향기어를 회전시키는 구동모터(12)와, 구동모터의 회전에 따라 작동하며 구동모터의 회전운동을 배력하고 이를 차륜의 조향운동으로 변환하는 조향기어부(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 운전석에 설치된 상기 조향기구(8)는 운전자가 한손으로 잡을 수 있도록 된 손잡이부(18)와, 힌지점을 중심으로 좌우로 회전운동하는 조향레버(19)를 포함하는 조향스틱인 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조향스틱은 변속제어용 변속레버와 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 조향스틱은 주차브레이크레버와 일체된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 운전석에 설치된 상기 조향기구(8)는 각각 좌우회전을 지시하는 두 개의 조향스위치와, 상기 조향스위치에 의해 정회전 및 역회전하는 조향모터를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 운전석에 설치된 상기 조향기구(8)는 마우스를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 엔코더(9)는 광전식 로터리형 엔코더인 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 구동모터(12)는 스태핑 모터인 것을 특징으로 하는 자동차용 조향제어시스템.
9. 자동차에 있어서, 변속을 제어하는 변속레버(16)와, 상기 변속레버와는 일체되고 조향제어용 조향레버(19)를 수납하여 힌지체결하는 하우징(17)과, 변속레버의 작동시 일체되어 전후방향으로 운동하며 상기 변속레버와 독립적으로 좌우로 회전운동하는 조향레버(19)와, 운전자가 한손으로 잡을 수 있도록 된 손잡이부(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향제어용 조향스틱.