KR200184840Y1 - 자동차 급발진 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차의 급발진 방지 장치에 관한 것으로서, 종래의 차량은 배터

리의 상태, 발전기의 성능, 전기장치들의 부하량등 많은 전압변동 요소들을

안고 있으며, 진동 및 충격 등에 의하여 전기적, 물리적으로 불안정한 상태

이다.

이런 불안정한 상태에서 전압변동 및 진동에 약한 릴레이만을 전자제어장치

들의 전원공급용스위치로 사용하여 전압변동에 약한 전자제어장치에 전기적

무리를 주게되어 전자제어장치들의 정지 또는 오작동으로 인하여 차량의 급

발진, 브레이크의 불능 등의 문제점이 있었던 바, 본 고안은 진동에 강한 반

도체스위치를 전자 제어장치의 전원공급용스위치로 사용하며, 시동시 또는

각종릴레이, 모터, 전자밸브의 기동 시에 발생되는 채터링을 막아 전원의 안

정화를 꾀하는 2차 배터리와 역전류 차단 회로로 구성된 전원안정화장치, 전

원의 순간 단속을 방지하는 시간지연회로로 구성되어 전자제어장치의 전원을

안정화하여 오작동을 막아 자동차의 급발진을 방지하는 장치를 제공한다.

Description

자동차 급발진 방지 장치 {AUTOMATIC}

본 고안은 자동차 급발진 방지 장치에 관한 것으로서 상세하게는 자동차 내의 각종 전자제어장치의 공급전원을 안정화하여 전자제어장치의 오작동으로 인해 발생되는 급발진을 방지하는 자동차의 급발진 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 전자제어장치는 마이크로프로세서를 주제어장치로 사용

하며, 마이크로프로세서는 내장된 프로그램을 처음부터 순차적으로 실행하여

각 제어장치의 입, 출력설정, 주변환경의 상태파악 등을 실행하고, 장치의

제어를 실행한다.

따라서, 프로그램은 처음부터 실행하여야 하며 그러기 위해서는 마이크로프

로세서의 특성상 초기화단자에 초기화 신호를 입력받아야만 가능하다.

만약, 초기화 신호를 받지 않은 마이크로프로세서는 프로그램의 수행을 정지

하거나 비정상적인 동작을 하게된다.

이때, 전원의 공급과 동시에 초기화동작을 실현하기 위해 콘덴서의 충전 특

성을 이용한 초기화 회로가 내장돼 있으며, 이 회로는 0 볼트에서 상승하는

전압에서만 초기화동작이 가능하고, 그렇지 않은 경우는 초기화동작은 하지

않는다.

또한, 전자제어장치의 전원회로에는 전원의 불안정한 상태인 리플이나, 주제

어릴레이의 채터링, 또는 노이즈를 제거하기 위해 대용량의 콘덴서를 이용

한 평활회로가 내장되어 있어 전원의 차단 시 전원은 바로 0볼트로 되지 않고 평활회로의 콘덴서방전 시간만큼 지연된다.

따라서, 전원의 차단 시 평활회로의 콘덴서가 완전히 방전되기 이전에 전원

이 공급되면 초기화회로는 0 볼트에서의 전원공급이 아니므로 초기화동작은

하지 않고, 전자제어장치의 정격전압 이하로 전압이 공급되는 전압불안정상

태로 되어 전자제어장치는 비정상적 작동을 하게된다.

그러나, 평활회로의 콘덴서가 완전히 방전될 수 있도록 시간적 여유를 갖은

후 전원을 공급하면 초기화 회로가 작동되며, 이전의 이상증상 및 이상상태들은 모두 소멸하여 정상동작을 하게된다.

또한, 자동변속차량의 급발진에 관계된 전자제어장치들을 살펴보면 엔진의

제어를 담당하는 E.C.U, 엔진의 동력을 정해진 변속에 따라 유압을 변화시켜

바퀴에 전달하는 자동트랜스미션을 제어하는 T.C.U, 브레이크를 담당하는

A.B.S등이 있다.

이들 전자제어장치들은 프로그램의 순서에 따라 작동하며, 입력조건에 맞게

출력을 전자밸브, 릴레이, 스테핑모터등으로 기계적 장치들에게 전달하여 자

동차의 기구물을 제어한다.

이상증상시 각 장치별 증상으로는 E.C.U는 엔진의 정지, 엔진속도의 상승,

엔진속도의 불안정 등이고, T.C.U는 토크컨버터, 각종 클러치의 동력전달,

또는 온, 오프의 시간비율로 작동되는 전자밸브의 정지로 인하여 엔진의 동력을 바퀴에 모두 전달하고, A.B.S는 브레이크의 부작동등의 현상을 보인다.

상기 전자제어장치들의 이상증상의 복합적 작동으로 나타나는 현상으로는 엔

진의 정지, 엔진속도의 불안정, 브레이크의 부작동, 차량의 급발진 등으로

나타난다.

또한, 전자제어장치들은 상호간 정보를 교류하며 각자의 독립성을 유지하여

다른 전자제어장치의 고장 시 또는 각종 센서의 고장 시에도 다른 장치들의 잘못된 정보를 그대로 받아들여 정해진 프로그램을 수행한다.

예를 들면, T.C.U의 고장으로 바퀴의 부하가 엔진에 갑자기 전달되면 엔진의 작동을 유지 하기위해, 또는 온도센서의 고장시 적정 온도를 맞추기 위해 E.C.U는 R.P.M을 올리게 되어 이상동작의 원인이 된다. 따라서, 전자제어장치가 자동차의 기구물의 제어를 담당하는 한 기계적으로 이상이 없는 자동차라 할지라도 전자제어장치의 오동작은 자동차의 물리적이상으로 나타나게된다. 전자제어장치의 오작동의 원인으로는 구성소자의 고장, 전원의 불안정 등이 있으며 급발진의 원인은 증거가 남지 않는 특징을 갖고 있으므로 구성소자의 고장은 제외된다. 따라서, 전원의 불안정이 급발진에 영향을 주며 그 내용을 살펴보면 배터리의 충전량과 발전기의 발전량에 따른 공급전력과 자동차내의 소비전력의 관계에서 전압변동이 심하며, 차내의 코일의 특성을 가진 모터, 릴레이, 전자밸브 등의 기동은 많은 채터링을 발생해 주제어 릴레이의 순간단속, 전자제어 장치의 정지, 데이터의 망실로 인한 오작동등을 유발하며 전원을 차단하므로 써 모든 증거나 상황은 소멸되어 증거를 남기지 않는 특성과 같다. 초기화 이상으로는 전원의 오프, 온시 평활회로의 콘덴서 방전시간 이전

에 전원을 인가하면 전자제어회로의 초기화가 되지 않아 비정상적 작동을 하

며 그 출력단자들은 기구적장치들을 제어하므로 물리적 이상증상을 보이게

된다.

상기한 콘덴서방전시간 보다 짧은 시간에 전원의 오프, 온 동작을 하는 기구

물 또는 구성방식에 따른 문제점을 찾기 위해 종래 기술에 대하여 첨부한 도면 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 종래 자동변속차량의 전기회로도이고, 도 2는 종래 기술의 전원공급

타이밍 도이다.

도 1을 참고로 하여 구성을 살펴보면 전원을 공급하는 배터리1(B1)과

배터리1(B1)의 (+)단자에 주제어릴레이(RL1), 키스위치(S1),

시동모터릴레이(RL2)접점이 각각 연결되어 있으며, 주제어릴레이(RL1)는 전자 제어장치인 E.C.U(U1), T.C.U(U2), A.B.S(U3)들의 전원을 공급하고, 각각의 전자제어장치내에는 평활회로(P)와 초기화회로(R)가 내장되어 있다.

키스위치(S1)는 E.C.U(U1)의 점화단자(IG)와 시동스위치(S2)와 연결되 있으

며, 시동스위치(S2)는 시동릴레이(RL2)의 입력단자에 연결돼 있고, 시동릴레

이(RL2)의 접점은 시동모터(M1)와 연결되어 있다.

E.C.U(U1)의 주제어릴레이제어단자(CR)는 주제어릴레이(RL1)의 입력단자에

연결되어 있다.

회로의 동작을 살펴보면, 키스위치(S1)가 E.C.U(U1)의 점화단자(IG)에 입력

신호를 주면 신호를 받은 E.C.U(U1)가 주제어릴레이제어단자(CR)에 릴레이

동작신호인 0볼트를 출력하여 주제어릴레이(RL1)를 동작시켜 배터리1(B1)의

전원을 E.C.U(U1), T.C.U(U2), A.B.S(U3)등에 공급한다.

전원을 공급받은 E.C.U(U1), T.C.U(U2), A.B.S(U3)등은 각자의 평활회로(P)

의 콘덴서에 충전함과 동시에 초기화회로(R)가 동작하여 마이크로프로세서의

정해진 동작이 시작된다.

한편, 시동스위치(S2)의 접속으로 시동모터릴레이(RL2)가 온 되고 이에 따라

시동모터(M1)가 기동하여 엔진시동을 시작한다.

키스위치(S1)를 오프 하면 키스위치(S1)의 신호를 받은 E.C.U(U1)가 주제어릴레이제어단자(CR)을 +12볼트로 출력하여 주제어릴레이(RL1)를 오프하고 주제어릴레이(RL1)는 E.C.U(U1), T.C.U(U2), A.B.S(U3)등의 전자제어장치에 전원을 차단하고 전원공급이 중단된 전자제어장치들은 내장된 평활회로(P)내의

콘덴서에서 충전된 전기를 방전하기 시작하여 일정시간후 전압이 0볼트로 된

다.

도 1에서 살펴보면 상기한 문제점인 초기화회로(R)가 동작하지 못하도록 평

활회로(P)의 콘덴서 방전시간보다 짧게 전원을 차단 공급하거나 전원을 불안하게 하는 원인으로는 자동차내 발전기의 발전량보다 자동차의 전기소모량이 많아 배터리의 용량이 부족할 때 차량의 진동 또는 차량내부의 각종 모터, 릴레이, 전자밸브 등의 복합적 동작으로 일어나는 채터링, 배터리의 용량이 충분하여도 운전자의 인위적인 스위치조작등이 있다. 상기 내용중 진동이나 채터링 또는 인위적인 스위치조작등에 취약할 수 밖에 없는 원인으로는 전자제어장치의 전원공급을 주제어릴레이(RL1)만으로 하기 때문이다.

우선, 릴레이의 구조 및 동작을 살펴보면 전기가 코일에 인가하여 자석으로 작동하는 전자석과 평상시 접점이 떨어져 전류를 차단하다가 전자석의 작동으로 접점이 붙는 A접점과 이와 반대로 평시에는 접점이 붙어 있다가 전자석의 작동으로 접점이 떨어지는 B접점이 있다.

또한, 접점은 전자석과 반대방향으로 힘이 가해져 평시 B접점에 붙도록 스프

링이 장치되어 있다.

전자석 코일의 양단 전압을 서서히 상승 공급하면 전자석의 힘이 점차 강해

지면서 스프링과의 힘의 대립에 따른 접점의 이동위치가 B접점에서 A접점으

로 이동한다.

전압변화에 따른 접점의 상태를 순서대로 나열하면 전압인가, B접점 떨어

짐, A접점으로 이동, A접점 접속, A접점 고정 순이다.

상기 순서중 A접점 이동까지는 접속이 안된 것이며, A접점 접속은 스프링과

전자석 힘의 균형이 이루어진 상태로 진동에 매우 약하다.

따라서 A접점을 이용하는 릴레이는 전자석의 자력이 스프링의 힘을 완전히

제압할 수 있는 A접점 고정 상태의 전압에서만 사용해야 한다.

또한, 코일양단에 규정전압이상으로 장시간 전압을 공급하면 전압해지 후에

도 전자석과 접점사이에 잔류자속이 남아 재 접속되는 현상도 보이게 된다.

상기의 종래 기술에서의 배터리전압과 릴레이의 동작을 도 2를 참고로 살펴

보면 S1은 키스위치(S1)의 상태이고, S2는 시동스위치(S2)의 상태이고, RS는

주제어릴레이(RL1)의 스위치접점 상태이다.

V1은 배터리1(B1)의 전압이며, VR은 주제어릴레이(RL1)의 접점스프링과 코일

의 자계형성시 스프링과 자력의 힘이 상쇄되는 릴레이 최저 한계전압이며,

V2는 주제어릴레이(RL1)를 통과한 전자제어장치의 전원전압이다.

또한, 초기화 동작을 하기 위한 평활 회로의 콘덴서방전시간(TM)이 존재하

며, 배터리전압(V1)은 키스위치(S1)의 전원공급시는 정상전압이지만 시동스

위치(S2)가 시동모터(M1)를 기동하면서 전압강하가 일어나고 그에 따른 리플

도 나타난다.

배터리(B1)의 충전전압에 따른 주제어릴레이(RL1)의 동작과 전자제어장치의

공급전원의 상태를 보면 다음과 같다.

A의 경우는 배터리(B1)의 충전 전압이 정상인 상태로 시동모터(M1)의 기동시

에도 주제어릴레이(RL1)에 영향을 주지 못하여 정상적 동작을 한다.

B의 경우는 배터리(B1)의 충전 전압이 부족한 상태로 시동모터(M1)의 기동시

주제어릴레이(RL1)의 최저한계전압(VR)에 배터리전압(V1)이 교차하므로 주제

어릴레이(RL1)가 접점(RS)이 발진하게되고, 접점의 접속시간이 콘덴서방전시

간(TM)보다 짧기 때문에 비정상적 동작을 한다.

C의 경우는 배터리(B1)의 충전 전압이 부족한 상태로 시동모터(M1)의 기동시

주제어릴레이(RL1)의 최저한계전압(VR)보다 배터리전압(V1)이 낮아져 주제어

릴레이의 접점(RS)이 떨어진 시간이 콘덴서방전시간(TM)보다 길지만 초기의

자동차상태 입력정보가 망실되어 비정상적 동작을 한다.

D의 경우는 발전기의 발전량이 자동차내의 전기장치의 전기사용량보다 부족

한 상태로 배터리전압(V1)이 점차 떨어져 주제어릴레이(RL1)의

최저한계전압(VR)에 인접하면 외부의 진동이나 충격에 주제어릴레이(RL1)의

접점(RS)이 콘덴서방전시간(TM)보다 짧은시간동안 떨어졌다 붙기 때문에 비

정상적 동작을 한다.

E의 경우는 키스위치(S1)를 의도적 또는 비의도적으로 오프, 온 하였으나 콘

덴서방전시간(TM)보다 짧은 경우 주제어릴레이(RL1)의 접점(RS)도 콘덴서방

전시간(TM)보다 짧기 때문에 비정상적 동작을 한다.

F의 경우 배터리(B1)의 충전전압이 과한 상태로 주제어릴레이(RL1)의 코일에

장시간 과전류를 사용후 키스위치(S1)를 오프하게되면 주제어릴레이(RL1)의

접점(RS)이 떨어졌다가 릴레이의 전자석의 자화가 잔류하여 다시 접점을 붙

이게 되어 비정상적 동작을 한다.

상기 내용을 자동차 급발진 사고 유형과 비교하여 살펴보면 시동후

사고(B,C 경우), 서행중 사고(D 경우), 정지후 재시동시 사고(E 경우), 정지

후 사고(F 경우)등이 있다.

따라서 자동차의 배터리와 릴레이간의 상호부조화가 B, C, D의 경우이고, 전

원의 인위적 또는 비인위적으로 키스위치의 순간적 오프, 온 한 상태가 E의

경우이며, 릴레이의 특성상 잔류자속으로 인한 경우가 F 경우이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 고안은 자동변속차량에 부적절한 주제어

릴레이만의 스위치회로 구성을 진동에 강한 스위치회로와 전원의 안정화를 통한 전자제어장치들의 정상동작을 유도하여 자동차의 급발진을 방지를 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래 자동변속차량의 전기회로도.

도 2는 종래 기술의 전원공급 타이밍도.

도 3은 본 고안의 실시 예에 따른 자동차 급발진 방지 장치 개략도.

★ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ★

B1, B2 : 배터리 D1 : 역전류 차단 회로

CR : 릴레이제어단자 IG : 점화단자

M1 : 시동모터 RL1, RL2 : 릴레이

P : 평활회로 R : 초기화회로

S1 : 키스위치 S2 : 시동스위치

TM : 콘덴서 방전시간 TM1 : 타이머 TR1, TR2 : 스위치 U1 : E. C. U

U2 : T. C. U U3 : A. B. S

V1 : 배터리1의 전압 V2 : 전자제어장치들의 전원전압

VR : 릴레이 최저 한계전압 RS : 주제어릴레이 접점상태

본 고안은 전자석의 원리를 이용한 릴레이의 문제점을 해소하기 위해 진동에 강한 반도체 스위치와 시동시 또는 각종 릴레이, 모터, 전자밸브등의 기동등으로 인한 채터링 발생 시에도 전원 안정화를 위해 제2의 배터리와 역전류 차단 회로를 두고, 전자제어장치의 내부에 충전된 전기의 방전시간 만큼 전원을 차단하여 초기화회로가 동작 하도록 하는 시간지연장치로 구성되어 전자제어장치의 정상 작동을 유도하는 것을 그 특징으로 한다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 고안의 구성에 대하여 다음에 예시한 도면

도 3을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

전원을 공급하는 배터리1(B1)의 (+)단자와 전자제어장치의 전원을 공급하는

반도체스위치1(TR1)사이에 보조전원(10)을 배치하고, 배터리1(B1)의 (+)단자에 연결되어 있는 키스위치(S1)와 키스위치(S1)의 신호를 받은 E.C.U(U1)는 시간지연장치(20)에 연결되고, 시간지연장치(20)는 반도체스위치1(TR1)을 제어한다.

상기 장치의 동작은 키스위치(S1)의 입력을 받은 E.C.U(U1)의 릴레이제어단자(CR)가 시간지연장치(20)에 0볼트 온 신호를 주고 신호를 받은 시간지연장치(20)는 반도체스위치1(TR1)을 온 시킨다.

온 신호를 받은 반도체스위치1(TR1)은 배터리1(B1)의 전기를보조전원(10)내의 역전류 차단 회로를 통하여 나오는 전기를 각 전자제어장치들에게 공급한다.

주제어릴레이를 반도체스위치(TR1)로 대체하므로 써 진동에 강한 회로구성이 되었다. 보조전원(10)의 동작은 시동시 또는 각종 채터링 등으로 배터리1(B1)의 전압이 배터리2(B2)의 전압보다 낮아질 때 역전류 차단 회로는 배터리2(B2)에서 배터리1(B1)으로의 전류흐름을 차단하며, 반도체스위치1(TR1)을 통한 전자제어장치들의 전원공급은 배터리2(B2)에서 담당하고, 배터리1(B1)의 전압이 배터리2(B2)의 전압보다 높을 경우 충전하여 원상 복귀한다.

상기 장치의 목적은 자동차 내의 발전기의 발전량보다 전기소모량이 많아 배터리1(B1)의 전력이 부족할 때 각종 릴레이, 모터, 전자밸브등의 기동으로 불안 해지는 전원을 안정화하여 자동차의 급발진을 방지하는 장치이다. 시간지연장치(20)의 동작은 전원을 차단하기 위해 키스위치(S1)를 차단하면, 오프 신호를 받은 E.C.U(U1)는 릴레이제어단자(CR)에 +12볼트를 출력하여 타이머(TM1)에 온 신호를 주며, 온 신호를 받은 타이머(TM1)는 제어장치들의 평활회로 내의 충전된 전기의 방전시간만큼 시간을 설정하여 스위치2(TR2)를 오프 시켜 반도체스위치1(TR1)을 오프 시킨 후 E.C.U(U1)의 릴레이제어신호를 받는다. 설정된 시간이전에 E.C.U(U1)의 온 신호가 들어와도 무시하고 설정시간이 완료된후 E.C.U(U1)의 릴레이제어신호를 받는다. 즉, 전원을 차단하면 전자제어장치의 충전된 전기의 방전시간 전에는 전원을 접속해도 접속되지 않고, 방전시간 이후에 접속된다. 상기 장치의 목적은 운전자의 인위적인 키조작이나 E.C.U(U1)의 순간적인 오프, 온 동작을 방지하여 전자제어장치들의 정상적인 초기화동작을 유도하므로써 전자제어장치의 회로를 안정화하여 자동차의 급발진을 방지하는 장치이다.

상기 작용을 도 2를 참조하여 해소 상황을 설명하면 다음과 같다.

종래의 기술에서 릴레이를 반도체스위치1(TR1)로 교체하므로 써 도 2의 B,

D, F의 경우가 해소되며, 보조전원(10)은 B, C, D의 경우와 채터링을

해소하며, 시간지연장치(20)가 E의 경우를 해소한다.

이와 같이 본 고안은 전자제어장치의 전원을 안정화하므로 써 전자제어장치들의 기계적 제어를 정상작동을 유도하여 차량의 급발진을 방지함과 동시에 기존 릴레이회로 주변으로 모아 기존차량의 변경을 용이하게 하여 구조변경에 따른 원가절감에 기여하는 잇점을 갖는다.

Claims (3)

1. 전자제어장치(U1,U2,U3)의 전원의 공급, 차단을 반도체스위치1(TR1)로 대체

   하고, 반도체스위치1(TR1)와 배터리1(B1)사이에 보조전원(10)을 설치하고,

   E.C.U(U1)의 릴레이제어신호(CR)인 스위치 온, 오프 신호를

   시간지연장치(20)를 통하여 반도체스위치1(TR1)을 제어하는 구성을 특징으로

   하는 자동차 급발진 방지 장치.
2. 제 1항에 있어서 보조전원(10)은 배터리1(B1)과 전자제어장치(U1,U2,U3)의

   전원공급, 차단을 담당하는 릴레이 또는 반도체스위치1(TR1)사이에 역전류

   차단회로(D1)를 설치하고, 역전류 차단 회로(D1)와 릴레이 또는 반도체스위

   치1(TR1)사이에 제2 배터리2(B2)의 (+)단자를 접지와 병렬로 연결하여 순간

   적인 전압강하등으로 전원 불안에 따른 전자제어장치의 오작동을 방지하여

   급발진을 막는 것을 특징으로하는 자동차 급발진 방지 장치.
3. 제 1항에 있어서 시간지연장치(20)는 E.C.U의 릴레이제어신호(CR)를

   타이머(TM1)의 입력신호(IN)에 연결하고, 타이머(TM1)의 출력단자(OUT)는

   스위치2(TR2)의 제어단자에 연결되어 스위치2(TR2)의 출력은

   반도체스위치1(TR1), 또는 릴레이의 제어신호에 연결되어 타이머(TM1)는 오

   프신호시 타이머(TM1)를 작동시켜 일정시간동안 스위치2(TR2)를 오프하므로

   써 전자제어장치(U1,U2,U3)의 방전시간 이전의 순간적인 전원 오프, 온을

   방지하여 전자제어장치의 초기화동작을 유도하므로써 전자제어장치의 비정상

   적 작동을 막아 급발진을 방지함을 특징으로하는 자동차 급발진 방지 장치.