KR20060041758A - 전동 액추에이터의 구동 장치와 제어 방법 - Google Patents

전동 액추에이터의 구동 장치와 제어 방법 Download PDF

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KR20060041758A
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 컨트롤러로부터 출력된 다수의 기준 신호를 논리 연산하여, 그 논리 연산의 출력에 기초하여 전동 액추에이터의 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시킨다.
전동 액추에이터, 구동 장치, 제어 방법

Description

전동 액추에이터의 구동 장치와 제어 방법{DRIVING APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR ELECTRIC ACTUATOR}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템 구성도이다.
도 2는 상기 실시예에서의 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구를 나타내는 단면도(도 3의 A-A 단면도)이다.
도 3은 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구의 측면도이다.
도 4는 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구의 평면도이다.
도 5는 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구에 사용하는 편심 캠을 나타내는 사시도이다.
도 6은 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구의 낮은 리프트 제어 상태를 나타내는 단면도(도 3의 B-B 단면도)이다.
도 7은 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구의 높은 리프트 제어 상태를 나타내는 단면도(도 3의 B-B 단면도)이다.
도 8은 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구에서 흡기 밸브의 리프트 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구에서 밸브 타이밍과 리프트 양 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 가변 밸브 이벤트 및 리프트 기구에서 제어 샤프트의 구동 기구를 나타내는 사시도이다.
도 11은 VEL 컨트롤러와 ECM(엔진 제어 모듈)의 제1 실시예를 나타내는 회로 블록도이다.
도 12는 ECM에 의한 VEL 컨트롤러의 고장 진단을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 VEL 컨트롤러와 ECM의 제2 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 14는 VEL 컨트롤러와 ECM의 제3 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 15는 상기 제3 실시예서 논리 IC의 연산 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 16은 VEL 컨트롤러와 ECM의 제4 실시예를 나타내는 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101: 엔진 104: 전자 제어 스로틀
105: 흡기 밸브 107: 배기 밸브
112: VEL 기구 113: VEL 컨트롤러
114: 엔진 제어 모듈(ECM) 121: DC 서보 모터
127: 각도 센서 301: 전원 공급 회로
302: CPU 305: 모터 구동 회로
306: 릴레이 회로 307: 릴레이 구동 회로
308: 전류 검출 회로 309: 통신 회로
본 발명은 전동 액추에이터의 구동 장치와 제어 방법에 관한 것이다.
일본 공개 특허 공보 제2001-254637호는 전동 액추에이터에 의해 엔진 밸브의 리프트 양을 가변시키는 가변 밸브 리프트 기구의 고장 진단 장치를 개시하고 있다.
상기 진단 장치에서는, 리프트의 변화량이 소정치보다 작고 또한 리프트 양과 목표치 사이의 편차의 절대치가 소정치를 초과할 때, 상기 가변 밸브 리프트 기구가 고장인 것으로 판정한다.
가변 밸브 리프트 기구의 조작량을 연산하는 연산 장치가 정상 작동하는 경우에는, 가변 밸브 리프트 기구의 고장을 진단하여 그 고장 진단 결과를 기초로 처리 작업을 실행시킬 수 있다.
그렇지만, 상기 연산 장치가 고장인 경우에는, 고장 진단과 그 고장 진단 결과를 기초로 하는 처리 작업을 적절히 실행시킬 수 없다. 결과적으로, 엔진 밸브의 리프트 양이 비정상적으로 제어될 가능성이 존재하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 장치에 고장이 발생할 때에 그 전동 액추에이터의 작동을 확실하게 정지시킬 수 있는 구동 장치와 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 연산 장치로부터 출력된 다수의 기준 신호를 논리 연산하여, 그 논리 연산의 출력에 따라 전동 액추에이터의 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 연산 장치로부터 출력된 기준 신호의 주파수를 계측하여, 그 계측된 주파수와 예비 설정된 주파수를 서로 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전동 액추에이터의 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 연산 장치의 고장 여부를 진단하여, 연산 장치로부터 출력된 기준 신호와 고장 진단 결과를 나타내는 진단 신호를 논리 연산하고, 그 논리 연산의 출력에 따라 전동 액추에이터의 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시킨다.
본 발명의 다른 목적과 특징들은 첨부한 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진 시스템의 구성도이다.
도 1에 있어서, 내연 기관(101)의 흡기관(102)에 전자 제어 스로틀(104)이 설치된다.
전자 제어 스로틀(104)은 스로틀 모터(103a)에 의해 스로틀 밸브(103b)를 개폐 구동하는 장치이다.
이 때에, 전자 제어 스로틀(104)과 흡기 밸브(105)를 경유하여 엔진(101)의 연소실(106)로 공기가 흡입된다.
연소된 배기 가스는 배기 밸브(107)를 통해 연소실(106)로부터 배출된 다음에, 전방 촉매(108)와 후방 촉매(109)에 의해 정화되어 대기 중으로 방출된다.
배기 밸브(107)는 배기측 캠샤프트(110)에 의해 축방향으로 지지되는 캠(111)에 의해 구동되어, 소정의 리프트 양, 소정의 밸브 작동각 및 소정의 밸브 타이밍을 유지한다.
한편, 흡기 밸브(105)의 리프트 양을 그 작동각과 함께 연속하여 가변시키는 가변 밸브 이벤트 및 리프트(VEL: variable valve event and lift) 기구(112)가 설치된다.
이 때에, 엔진 제어 모듈(ECM: engine control module)(114)과 VEL 컨트롤러(113)가 설치된다.
ECM(114)은 목표 리프트 양을 연산하여 VEL 컨트롤러(113)로 송신한다.
목표 리프트 양을 수신한 VEL 컨트롤러(113)는 그 목표 리프트 양을 달성할 수 있게 VEL 기구(112)를 피드백 제어한다.
ECM(114)에는 각종 센서로부터의 검출 신호가 입력된다.
각종 센서로서, 엔진(101)의 흡입 공기량을 검출하는 공기 유량계(115), 가속 장치(accelerator)의 개도를 검출하는 가속 장치 개도 센서(116), 크랭크샤프트(120)로부터 크랭크 회전 신호를 수신하는 크랭크각 센서(117), 스로틀 밸브(103b)의 개도(TVO)를 검출하는 스로틀 센서(118) 및 엔진(101)의 냉각수 온도를 검출하는 수온 센서(119)가 설치된다.
또한, 흡기 밸브(105)의 상류측에 있는 흡기 포트(130)에는 연료 분사 밸브(131)가 설치된다.
연료 분사 밸브(131)는 ECM(114)으로부터의 분사 펄스 신호에 기초하여 개방 구동되어, 분사 펄스 신호의 분사 펄스 폭에 비례하는 양의 연료를 분사한다.
또한, ECM(114)은 연료 분사 펄스와 엔진 회전 속도에 기초하여 점화 시기[점화 진각치(進角値)]를 연산하여, 점화 플러그(미도시)에 의해 그 점화 시기를 제어한다.
도 2 내지 도 4는 VEL 기구(112)의 구조를 상세하게 나타낸다.
도 2 내지 도 4에 도시된 VEL 기구(112)는 한 쌍의 흡기 밸브(105, 105), 실린더 헤드(11)의 캠 베어링(14)에 의해 회전가능하게 지지되는 중공(中空) 캠샤프트(13), 캠샤프트(13)에 의해 축방향으로 지지되는 회전하는 캠인 2개의 편심 캠(15, 15)(구동 캠), 캠 베어링(14)에 의해 회전가능하게 지지되고 캠샤프트(13)의 상부 위치에 평행하게 배열된 제어 샤프트(16), 제어 캠(17)을 통해 제어 샤프트(16)에 의해 요동가능하게 지지되는 한 쌍의 로커 아암(rocker arm)(18, 18), 각각 밸브 리프터(lifter)(19, 19)를 개재하여 흡기 밸브(105, 105)의 상단부에 배치된 한 쌍의 독립 요동 캠(swing cam)(20, 20)을 포함한다.
편심 캠(15, 15)은 각각 링크 아암(25, 25)에 의해 로커 아암(18, 18)에 연결된다. 로커 아암(18, 18)은 링크 부재(26, 26)에 의해 요동 캠(20, 20)에 연결된다.
로커 아암(18, 18), 링크 아암(25, 25) 및 링크 부재(26, 26)는 전달 기구를 구성한다.
각각의 편심 캠(15)은 도 5에 도시된 바와 같이 실질적으로 링(ring) 형상으로 형성되며, 소경의 캠 본체(15a)와, 캠 본체(15a)의 외측 표면에 일체로 형성된 플랜지부(15b)를 포함한다. 캠샤프트 삽입 구멍(15c)은 편심 캠(15)의 내부를 축방향으로 관통하여 형성되고, 캠 본체(15a)의 중심축(X)은 캠샤프트(13)의 중심축(Y)으로부터 소정 거리만큼 편심되어 있다.
편심 캠(15, 15)은 밸브 리프터(19, 19)와 간섭하지 않도록 각각 밸브 리프터(19, 19)의 양 외측에서 캠샤프트 삽입 구멍(15c)을 통해 캠샤프트(13)로 압입되어 고정된다.
각각의 로커 아암(18)은 도 4에 도시된 바와 같이 실질적으로 크랭크 형상으로 굴곡되어 형성되고, 로커 아암(18)의 중앙 기부(基部)(18a)는 제어 캠(17)에 의해 회전가능하게 지지된다.
핀 구멍(18d)은 기부(18a)의 외측 단부로부터 돌출하여 형성되는 일단부(18b)를 관통하여 형성된다. 링크 아암(25)의 선단부와 연결되는 핀(21)이 핀 구멍(18d) 내로 압입된다. 핀 구멍(18e)은 기부(18a)의 내측 단부로부터 돌출하여 형성되는 타단부(18c)를 관통하여 형성된다. 각 링크 부재(26)의 일단부(26a)(후술함)와 연결되는 핀(28)이 핀 구멍(18e) 내로 압입된다.
제어 캠(17)은 원통 형상으로 형성되고 제어 샤프트(16)의 외주에 고정된다. 도 2에 도시된 것처럼, 제어 캠(17)의 중심축(P1) 위치는 제어 샤프트(16)의 중심축(P2) 위치로부터 α만큼 편심되어 있다.
요동 캠(20)은 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 실질적으로 횡방향의 U자형으로 형성되고, 지지 구멍(22a)은 실질적으로 링 형상의 기단부(基端部)(22)를 관통하여 형성된다. 캠샤프트(13)는 지지 구멍(22a) 내로 삽입되어 회전가능하게 지지된다. 또한, 핀 구멍(23a)은 로커 아암(18)의 타단부(18c)에 위치한 단부(23)를 관통하여 형성된다.
요동 캠(20)의 하부 표면에는 기단부(22) 측의 기원형면(基圓形面)(24a)과 기원형면(24a)으로부터 단부(23)의 가장자리로 원호 형상으로 연장하는 캠 표면(24b)이 형성된다. 기원형면(24a)과 캠 표면(24b)은 요동 캠(20)의 요동 위치에 대응하는 소정 위치의 각 밸브 리프터(19) 상부 표면과 접촉한다.
즉, 도 8에 도시된 밸브 리프트 특성에 따라, 도 2에 도시된 것과 같이, 기원형면(24a)의 소정 각도 범위(θ1)는 베이스 서클(base circle) 구간이고, 캠 표면(24b)의 베이스 서클 구간(θ1)으로부터 소정 각도 범위(θ2)까지의 구간은 소위 램프(ramp) 구간이며, 캠 표면(24b)의 램프 구간(θ2)으로부터 소정 각도 범위(θ3)까지의 구간은 리프트(lift) 구간이다.
링크 아암(25)은, 링 형상의 기부(25a)와, 기부(25a) 외측 표면의 소정 위치에 돌출되게 형성된 돌출단(突出端)(25b)을 포함한다. 기부(25a)의 중앙 위치에는 편심 캠(15)의 캠 본체(15a) 외측 표면에 회전할 수 있게 끼워지는 끼움용 구멍(25c)이 형성된다. 또한, 핀(21)이 회전가능하게 삽입되는 핀 구멍(25d)이 돌출단(25b)을 관통하여 형성된다.
링크 부재(26)는 소정 길이의 직선 형상으로 형성되고, 핀 삽입 구멍(26c, 26d)은 원형 단부(26a, 26b) 모두를 각각 관통하여 형성된다. 로커 아암(18) 타단부(18c)의 핀 구멍(18d)과 요동 캠(20) 단부(23)의 핀 구멍(23a) 각각에 압입되는 핀(28, 29)의 단부는 핀 삽입 구멍(26c, 26d)에 회전가능하게 삽입된다.
링크 아암(25)과 링크 부재(26)의 축방향 이동을 제한하는 스냅 링(30, 31, 32)이 핀(21, 28, 29)의 단부 각각에 설치된다.
이와 같은 구성에서, 제어 샤프트(16)의 중심축(P2)과 제어 캠(17)의 중심축(P1) 사이의 위치 관계에 따라, 도 6과 도 7에 도시된 것처럼, 밸브 리프트 양이 변화되고, 제어 샤프트(16)가 회전 구동됨으로써 제어 캠(17)의 중심축(P1)에 대하여 제어 샤프트(16)의 중심축(P2) 위치가 변화된다.
도 10에 도시된 것처럼, 제어 샤프트(16)는 스토퍼(stopper)에 의해 제한되는 소정의 회전 각도 범위 내에서 DC 서보 모터(액추에이터)(121)에 의해 회전 구동된다. 제어 샤프트(16)의 회전 각도를 액추에이터(121)에 의해 변화시킴으로써, 흡기 밸브(105, 105) 각각의 리프트 양과 작동각이 스토퍼에 의해 제한되는 최대 밸브 리프트 양과 최소 밸브 리프트 양 사이의 가변 범위 내에서 연속으로 변화한다(도 9 참조).
도 10에서, DC 서보 모터(121)는 그 회전 샤프트가 제어 샤프트(16)에 평행하도록 배치되고, 베벨 기어(122)가 회전 샤프트의 선단부에 의해 축방향으로 지지된다.
한편, 제어 샤프트(16)의 선단에는 한 쌍의 스테이(stay)(123a, 123b)가 고정된다. 한 쌍의 스테이(123a, 123b)의 선단부를 연결하는 제어 샤프트(16)에 평행한 축 주위에는 너트(124)가 요동가능하게 지지된다.
너트(124)와 계합하는 나사봉(threaded rod)(125)의 선단에는 베벨 기어(122)와 맞물리는 베벨 기어(126)가 축방향으로 지지된다. 나사봉(125)은 DC 서보 모터(121)의 회전에 의해 회전되고, 나사봉(125)에 계합하는 너트(124)의 위치가 나사봉(125)의 축방향으로 변위되어서, 제어 샤프트(16)가 회전된다.
여기에서, 밸브 리프트 양은 너트(124)의 위치가 베벨 기어(126)에 접근함에 따라 감소하고, 너트(124)의 위치가 베벨 기어(126)로부터 멀어짐에 따라 밸브 리프트 양은 증가한다.
또한, 제어 샤프트(16)의 각도를 검출하는 전위차계(potentiometer) 방식의 각도 센서(127)가 도 10에 도시된 것처럼 제어 샤프트(16)의 선단에 배치된다. VEL 컨트롤러(113)는 DC 서보 모터(121)를 피드백 제어하여 각도 센서(127)에 의해 검출된 실제각이 목표각(목표 리프트 양에 해당하는 값)에 일치하도록 한다.
스토퍼 부재(128)는 제어 샤프트(16)의 외주로부터 돌출하도록 형성된다. 스토퍼 부재(128)가 밸브 리프트 양을 증가시키는 방향과 밸브 리프트 양을 감소시키는 방향으로 모두 고정측 상의 수용 부재(도면에 도시 생략)와 접촉함으로써, 제어 샤프트(16)의 회전 범위가 제한되어, 최소 밸브 리프트 양과 최대 밸브 리프트 양이 규정된다.
도 11은 VEL 컨트롤러(113)의 구성을 도시한다.
배터리 전압이 VEL 컨트롤러(113)에 공급되고, 전원 공급 회로(301)를 통하여 CPU(302)에 전원이 공급된다.
또한, 전원 공급 회로(301)의 전압은 전원 공급 버퍼 회로(303)를 경유하여 각도 센서(127a, 127b)에 공급된다.
각도 센서(127a, 127b)로부터의 출력 신호는 입력 회로(304a, 304b)를 경유 하여 CPU(302)에서 읽혀진다.
또한, DC 서보 모터(121)를 구동하기 위한 모터 구동 회로(305)가 배치된다.
모터 구동 회로(305)는 CPU(302)로부터의 제어 신호[펄스 폭 변조 신호: pulse width modulated signal(PWM)] 출력의 직류 전류 레벨에 기초하여 DC 서보 모터(121)용 구동 전원을 ON/OFF하는 펄스 신호의 펄스 폭을 가변시키는 PWM 방식의 구동 회로이며, PWM 방식의 구동 회로는 펄스 신호의 ON 듀티(duty)를 가변시켜 DC 서보 모터(121)의 평균 전압을 제어한다.
DC 서보 모터(121)를 정회전 방향 및 역회전 방향으로 구동하기 위하여, 펄스 폭 변조 신호(PWM) 외에도, 정회전 및 역회전을 위한 제어 신호가 CPU(302)로부터 모터 구동 회로(305)로 입력된다.
배터리 전압이 릴레이 회로(306)를 경유하여 모터 구동 회로(305)에 공급된다.
릴레이 회로(306)는 릴레이 구동 회로(307)에 의해 ON/OFF된다.
또한, DC 서보 모터(121)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로(308)가 배치된다.
릴레이 구동 회로(307)는 AND 회로(321)의 출력이 높은 레벨(1)에 있을 때 릴레이 회로(306)를 ON시켜서 모터 구동 회로(305)에 전원을 공급한다.
또한, 릴레이 구동 회로(307)는 AND 회로(321)의 출력이 낮은 레벨(0)에 있을 때 릴레이 회로(306)를 OFF시켜서 모터 구동 회로(305)에 대한 전원 공급을 차단시킨다.
AND 회로(321)의 입력 단자에는 VEL 컨트롤러(113) CPU(302)의 포트 출력이 입력되고, 또한 인터페이스 회로(I/F 회로)를 경유하여 ECM(114) CPU(114a)의 포트 출력이 입력되어, 각 포트 출력의 AND 연산이 수행된다.
VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)는 높은 레벨의 기준 신호를 AND 회로(321)의 입력 단자에 출력하도록 설정된다.
한편, ECM(114)의 CPU(114a)는 VEL 컨트롤러(113)[CPU(302)]의 피드백 제어 기능을 진단하여, 피드백 제어 기능이 정상으로 판정된 때에는 높은 레벨의 진단 신호를 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력하고, 피드백 제어 기능이 비정상으로 판정된 때에는 낮은 레벨의 진단 신호를 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력한다.
따라서, VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)가 정상 작동되어 높은 레벨의 기준 신호가 CPU(302)의 출력 포트로부터 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력될 때와, 또한 VEL 컨트롤러(113)의 피드백 제어 기능이 정상으로 판정되어 높은 레벨의 진단 신호가 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력될 때에는, AND 회로(321)의 출력 단자가 높은 레벨이 되어 릴레이 회로(306)가 ON됨으로써, 배터리 전압이 릴레이 회로(306)를 경유하여 모터 구동 회로(305)에 공급된다.
한편, VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)에 이상이 발생되어 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력된 기준 신호가 낮아지는 경우에, 그리고/또는 ECM(114)의 CPU(114a)가 VEL 컨트롤러(113)의 피드백 제어 기능을 비정상으로 판정하여 낮은 레벨의 진단 신호를 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력하는 경우에는, AND 회로(321)의 출력 단자가 낮은 레벨이 되어 릴레이 회로(306)가 OFF됨으로써, 릴레이 회로(306)를 경유하여 모터 구동 회로(305)에 공급되는 배터리 전압이 차단된다.
여기서, VEL 컨트롤러(113)와 ECM(114) 사이의 통신을 위하여 VEL 컨트롤러(113)에는 통신 회로(309)가 설치된다.
한편, VEL 컨트롤러(113)와의 통신을 위하여 ECM(114)에는 통신 회로(114c)가 설치된다.
따라서, VEL 컨트롤러(113)와 ECM(114) 사이에 상호 통신이 가능하게 된다.
이어서, 가속 장치 개도, 엔진 회전 속도 등에 기초하여 ECM(114)에서 산출된 제어 샤프트(16)의 목표각이 VEL 컨트롤러(113)로 송신된다.
또한, 각도 센서(127)에 의해 검출된 제어 샤프트(16)의 각도는 VEL 컨트롤러(113)로부터 ECM(114)으로 송신된다.
ECM(114)은 각도 센서(127)에 의해 검출된 각도와 목표각 사이의 편차에 기초하여 목표각에 대한 실제각의 수렴 상태를 판정하여, VEL 컨트롤러(113)의 고장 진단을 수행한다.
도 12의 흐름도는 ECM(114)에 의한 VEL 컨트롤러(113)의 고장 진단에 대해 나타낸다.
단계 S1에서, 제어 샤프트(16)의 목표각(TGVEL)이 읽혀진다.
단계 S2에서, VEL 컨트롤러(113)로부터 송신된 제어 샤프트(16)의 실제각(REVEL)이 읽혀진다.
단계 S3에서, 목표각(TGVEL)과 실제각(REVEL) 사이의 편차(ERR)가 산출된다.
ERR = TGVEL - REVEL
단계 S4에서, 편차가 적산되어 적산치(ΣERR)를 갱신한다.
단계 S5에서, 적산치(ΣERR)가 소정 범위 내에 있는지 그 여부를 판정한다.
이어서, 적산치(ΣERR)가 소정 범위 밖에 있고 소정 응답에서 실제각(REVEL)이 목표각(TGVEL)에 수렴하지 않은 상태로 판정되는 경우에는, 단계 S6이 진행된다.
단계 S6에서, VEL 컨트롤러는 고장으로 판정된다.
다음 단계 S7에서, 낮은 레벨의 진단 신호가 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력된다.
낮은 레벨의 진단 신호가 ECM(114)으로부터 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력되는 경우에는, 높은 레벨의 기준 신호가 VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)로부터 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력되더라도, AND 회로(321)의 출력은 낮은 레벨로 절환된다.
결과적으로, 릴레이 회로(306)가 OFF되고, 모터 구동 회로(305)에 대한 배터리 전압의 공급이 릴레이 회로(306)에 의해 차단됨으로써, DC 서보 모터(전동 액추에이터)(121)의 작동이 정지된다.
한편, ECM(114)이 VEL 컨트롤러가 정상 작동되는 것으로 판정하더라도, VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)에 이상이 발생되어 AND 회로(321)의 입력 단자로 출력된 기준 신호가 낮은 레벨이 되면, AND 회로(321)의 출력은 낮은 레벨로 절환된다.
결과적으로, 릴레이 회로(306)가 OFF되고, 모터 구동 회로(305)에 대한 배터리 전압의 공급이 릴레이 회로(306)에 의해 차단됨으로써, DC 서보 모터(전동 액추 에이터)(121)의 작동이 정지된다.
여기서, VEL 컨트롤러(113)의 고장 진단 방법은 도 12의 흐름도에 도시된 방법으로 한정되는 것은 아니다.
도 13은 VEL 컨트롤러(113)와 ECM(114)의 제2 실시예 구성을 나타낸다.
도 13에 도시된 제2 실시예에서, 각각 VEL 컨트롤러(113) CPU(302)의 두 출력 포트로부터 출력된 기준 신호가 AND 회로(321)의 두 입력 단자로 입력되어, 릴레이 회로(306)의 ON/OFF가 단지 CPU(302) 출력 포트의 신호에만 기초하여 제어된다.
여기서, CPU(302)의 두 출력 포트 중 하나는 AND 회로(321)의 입력 단자에 직접 접속된다. 하지만, 다른 하나의 포트는 NOT 게이트(322)에 접속되어, 반전 신호가 AND 회로(321)의 입력 단자로 입력된다.
이어서, NOT 게이트(322)가 배치된 측의 출력 포트로부터는 낮은 레벨의 기준 신호가 출력되고, NOT 게이트(322)가 배치되지 않은 측의 출력 포트로부터는 높은 레벨의 기준 신호가 출력되어, AND 회로(321)의 양 입력 단자가 높은 레벨이 되고 논리곱의 결과가 높은 레벨이 된다. 결과적으로, 릴레이 회로(306)가 ON된다.
여기서, 만일 양 출력 포트로부터 출력된 기준 신호가 CPU(302)의 고장에 의해 낮은 레벨이 된다면, NOT 게이트(322)가 배치되지 않은 측의 출력 포트로부터 낮은 레벨의 기준 신호가 AND 회로(321)로 출력되어, AND 회로(321)의 논리곱 결과가 낮은 레벨이 된다. 결과적으로, 릴레이 회로(306)가 OFF된다.
이와는 반대로, 만일 양 출력 포트로부터의 출력이 CPU(302)의 고장에 의해 높은 레벨이 된다면, NOT 게이트(322)를 경유하여 AND 회로(321)로 입력된 기준 신호가 낮은 레벨이 되어, AND 회로(321)의 논리곱 결과가 낮은 레벨이 된다. 결과적으로, 릴레이 회로(306)가 OFF된다.
즉, CPU(302)의 고장에 의해서 동일 레벨의 기준 신호가 두 출력 포트로부터 출력되는 경우에는, 릴레이 회로(306)가 OFF되기 때문에, VEL 컨트롤러(113)의 고장시 모터 구동 회로(305)[DC 서보 모터(121)]의 작동을 정지시킬 수 있다.
도 14는 VEL 컨트롤러(113)와 ECM(114)의 제3 실시예 구성을 나타낸다.
도 14에 도시된 제3 실시예에서, 릴레이 구동 회로(307)의 ON/OFF는 논리 IC(logic IC)(323)에 의해 제어된다.
또한, 예비 설정된 주파수의 기준 신호가 VEL 컨트롤러(113) CPU(302)의 출력 포트로부터 논리 IC(323)로 입력된다.
여기서, 논리 IC(323)의 처리 기능은 도 15의 흐름도를 따라 설명한다.
도 15의 흐름도에서, 단계 S21에서는 CPU(302)의 출력 포트로부터 출력된 기준 신호의 주파수가 계측된다.
단계 S22에서, 계측된 주파수가 소정 범위 내에 있는지 그 여부를 판정한다.
만일 VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)가 정상 작동되면, 일정한 주파수의 신호가 CPU(302)의 출력 포트로부터 출력되어, 주파수 계측 결과가 소정 범위 내에 있게 된다.
이와는 반대로, 만일 VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)에 이상이 발생되어 소망하는 주파수의 기준 신호를 출력할 수 없으면, 주파수 계측 결과는 소정 범위를 벗 어나게 된다.
따라서, 단계 S22에서 주파수 계측 결과가 소정 범위 내에 있다고 판정되면 단계 S23으로 진행되고, 상기 단계 S23에서 논리 IC(323)로부터의 출력이 높은 레벨로 설정되어 릴레이 회로(306)를 ON시킴으로써 배터리 전압이 모터 구동 회로(305)로 공급된다.
한편, 단계 S22에서 주파수 계측 결과가 소정 범위 밖에 있다고 판정되면 단계 S24로 진행되고, 상기 단계 S24에서 논리 IC(323)로부터의 출력이 낮은 레벨로 재설정되어 릴레이 회로(306)를 OFF시킴으로써 모터 구동 회로(305)에 대한 배터리 전압의 공급이 차단된다.
도 16은 VEL 컨트롤러(113)와 ECM(114)의 제4 실시예 구성을 나타낸다.
도 16에 도시된 제4 실시예에서, 릴레이 구동 회로(307)를 제어하는 AND 회로(321)가 설치되고, 이와 동시에 VEL 컨트롤러(113)의 진단 결과에 따라 ECM(114)으로부터 출력된 진단 신호가 AND 회로(321)의 입력 단자로 입력된다.
또한, VEL 컨트롤러(113) CPU(302)의 두 출력 포트로부터 상호 반전된 기준 신호가 출력되고, 이와 동시에 NOT 게이트(322)가 두 출력 포트 중에서 낮은 레벨의 기준 신호가 출력되는 하나의 출력 포트에 접속됨으로써, CPU(302)가 정상 작동된다면 높은 레벨의 두 기준 신호가 AND 회로(321)로 입력된다.
여기서, 제1 실시예와 유사하게, ECM(114)은 일례로 제어 샤프트(16)의 목표각과 실제각 사이의 편차에 기초하여 VEL 컨트롤러(113)의 고장 진단을 수행하며, VEL 컨트롤러(113)가 정상 작동되는 경우에는 높은 레벨의 진단 신호를 출력하고, VEL 컨트롤러(113)가 고장인 경우에는 낮은 레벨의 진단 신호를 출력한다.
또한, VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)는 AND 회로(321)의 입력 단자에 직접 접속된 출력 포트를 높은 레벨로 설정하고, NOT 게이트(322)를 경유하여 AND 회로(321)의 입력 단자에 접속된 출력 포트를 낮은 레벨로 설정한다.
따라서, ECM(114)이 VEL 컨트롤러(113)의 정상 상태를 진단하고 또한 VEL 컨트롤러(113)의 CPU(302)가 정상 작동되면, AND 회로(321)의 3개의 입력 단자가 모두 높은 레벨이 되어, AND 회로(321)의 출력이 높은 레벨이 된다. 결과적으로, 릴레이 회로(306)가 ON된다.
이와는 반대로, ECM(114)이 VEL 컨트롤러(113)의 고장을 판정하는 경우에, 그리고/또는 고장으로 인해 VEL 컨트롤러(113) CPU(302)의 출력 포트가 모두 높은 레벨 또는 낮은 레벨이 되는 경우에는, AND 회로(321)의 3개의 입력 단자 중 적어도 하나가 낮은 레벨이 되어, AND 회로(321)의 출력이 낮은 레벨이 된다. 결과적으로, 릴레이 회로(306)가 OFF된다.
따라서, VEL 컨트롤러(113)가 고장인 경우에 모터 구동 회로(305)[DC 서보 모터(121)]의 작동을 확실하게 정지시킬 수 있다.
본 실시예에서, VEL 기구(112)의 DC 서보 모터(121)는 제어 대상인 전동 액츄에이터이다. 하지만, 전동 액추에이터는 VEL 기구(112)의 DC 서보 모터(121)로 한정되는 것은 아니며, 전자기 솔레노이드 또는 그와 유사한 장치일 수도 있다.
또한, VEL 컨트롤러(113)의 고장 진단용 장치로서 ECM(114)과 별개의 자동 변속기의 제어 장치가 사용될 수 있으며, 고장 진단 전용 마이크로컴퓨터 또는 IC 가 사용될 수도 있다.
또한, 논리 회로는 AND 회로로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, OR 회로의 출력에 의해서 릴레이 구동 회로(307)를 제어하는 것도 가능하다.
본 발명은 우선권으로 주장된 2004년 2월 9일 출원의 일본 특허 출원 번호 제2004-031728호의 모든 내용을 참고로 포함한다.
본 발명을 설명하기 위하여 단지 몇 가지 선택된 실시예들만이 선정되었지만, 첨부한 청구항들에 규정된 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명을 다양하게 변경 및 수정할 수 있다는 것은 당업자에게 명확하다.
또한 본 발명에 따른 전술한 실시예는 단지 설명을 위하여 기술된 것이지, 첨부한 청구항들과 그 균등물에 의해 규정되는 본 발명을 제한할 목적으로 기술된 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 장치에 고장이 발생할 때에 그 전동 액추에이터의 작동을 확실하게 정지시킬 수 있는 구동 장치와 제어 방법이 제공된다.

Claims (19)

  1. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 장치와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 회로와;
    상기 연산 장치로부터 출력된 다수의 기준 신호를 논리 연산하는 논리 회로와;
    상기 논리 회로의 출력에 따라 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 기준 신호 중 하나를 반전시켜서 상기 논리 회로로 입력시키는 NOT 게이트를 추가로 포함하고,
    상기 논리 회로는 AND 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단기는 상기 논리 회로의 출력이 낮은 레벨일 때 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 장치와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 회로와;
    상기 연산 장치로부터 출력된 기준 신호의 주파수를 계측하는 계측 장치와;
    상기 계측 장치에 의해 계측된 주파수와 예비 설정된 주파수를 서로 비교하는 비교기와;
    상기 비교기의 출력에 따라 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비교기가 상기 계측 장치에 의해 계측된 주파수가 예비 설정된 주파수와 상이하다고 판정할 때, 상기 차단기는 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  6. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 장치와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 회로와;
    상기 연산 장치의 고장을 진단하는 진단 장치와;
    상기 연산 장치로부터 출력된 기준 신호와 상기 진단 장치로부터 출력된 고장 진단 결과를 나타내는 진단 신호를 논리 연산하는 논리 회로와;
    상기 논리 회로의 출력에 따라 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연산 장치는 다수의 기준 신호를 출력하고,
    상기 논리 회로는 AND 연산을 수행하며,
    상기 다수의 기준 신호 중 하나를 반전시켜서 상기 논리 회로로 입력시키는 NOT 게이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차단기는 상기 논리 회로의 출력이 낮은 레벨일 때 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  9. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 수단과;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 수단과;
    상기 연산 수단으로부터 출력된 다수의 기준 신호를 논리 연산하는 논리 연 산 수단과;
    상기 논리 연산 수단의 출력에 따라 상기 구동 수단에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  10. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 수단과;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 수단과;
    상기 연산 수단으로부터 출력된 기준 신호의 주파수를 계측하는 계측 수단과;
    상기 계측 수단에 의해 계측된 주파수와 예비 설정된 주파수를 서로 비교하는 비교 수단과;
    상기 비교 수단의 출력에 따라 상기 구동 수단에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  11. 전동 액추에이터의 구동 장치에 있어서,
    상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 연산 수단과;
    상기 조작량에 기초하여 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 구동 수단과;
    상기 연산 수단의 고장을 진단하는 진단 수단과;
    상기 연산 수단으로부터 출력된 기준 신호와 상기 진단 수단으로부터 출력된 고장 진단 결과를 나타내는 진단 신호를 논리 연산하는 논리 연산 수단과;
    상기 논리 연산 수단의 출력에 따라 상기 구동 수단에 대한 전원 공급을 차단시키는 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  12. 연산 장치와 구동 회로를 구비한 전동 액추에이터의 제어 방법에 있어서,
    상기 연산 장치에 의해서 상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 단계와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 구동 회로로부터 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 단계와;
    상기 연산 장치로부터 다수의 기준 신호를 출력하는 단계와;
    상기 다수의 기준 신호를 논리 연산하는 단계와;
    상기 논리 연산에 의한 출력에 따라 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 기준 신호를 논리 연산하는 단계는,
    상기 다수의 기준 신호 중 하나를 반전시키는 단계와,
    상기 반전된 기준 신호와 나머지 기준 신호를 AND 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계는,
    AND 연산에 의한 출력이 낮은 레벨일 때 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  15. 연산 장치와 구동 회로를 구비한 전동 액추에이터의 제어 방법에 있어서,
    상기 연산 장치에 의해서 상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 단계와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 구동 회로로부터 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 단계와;
    상기 연산 장치로부터 기준 신호를 출력하는 단계와;
    상기 기준 신호의 주파수를 계측하는 단계와;
    상기 계측된 주파수와 예비 설정된 주파수를 서로 비교하는 단계와;
    주파수 비교에 기초하여 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계는,
    상기 계측된 주파수가 상기 예비 설정된 주파수와 상이할 때, 상기 구동 회 로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  17. 연산 장치와 구동 회로를 구비한 전동 액추에이터의 제어 방법에 있어서,
    상기 연산 장치에 의해서 상기 전동 액추에이터의 조작량을 연산하는 단계와;
    상기 조작량에 기초하여 상기 구동 회로로부터 상기 전동 액추에이터로 구동 신호를 출력하는 단계와;
    상기 연산 장치의 고장을 진단하는 단계와;
    상기 연산 장치로부터 기준 신호를 출력하는 단계와;
    상기 연산 장치로부터 출력된 기준 신호와 상기 진단 장치의 고장 진단 결과를 나타내는 진단 신호를 논리 연산하는 단계와;
    상기 논리 연산에 의한 출력에 따라 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기준 신호를 출력하는 단계는 다수의 기준 신호를 출력하고,
    상기 기준 신호와 상기 진단 신호를 논리 연산하는 단계는,
    상기 다수의 기준 신호 중 하나를 반전시키는 단계와,
    상기 반전된 기준 신호, 나머지 기준 신호 및 상기 진단 신호를 AND 연산하 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계는,
    상기 AND 연산에 의한 출력이 낮은 레벨일 때 상기 구동 회로에 대한 전원 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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