KR20210135361A

KR20210135361A - 모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210135361A
Application number: KR1020217036027A
Authority: KR
Inventors: 샤킬 호싸인; 아와브 알리; 케이드 허드슨; 루카스 리터; 토미 세바스찬
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-11-12
Also published as: US20200321893A1; KR20210135362A; CN113939991A; DE112020001733T5; WO2020204636A1; US11128241B2; KR102558198B1; US11671034B2; KR102637569B1; US20200321891A1; DE112020001736T5; US20200321892A1; US20210367538A1; CN113939992A; WO2020204638A1; US11223304B2; US11626819B2

Abstract

모터 제어 시스템은 모터의 전자제어유닛이 모두 또는 일부가 비활성화 또는 고장인 경우 모터가 제동 토크를 생성할 수 있도록 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFETs) 제어 바이폴라 접합 트랜지스터(BJTs), 솔리드 스테이트 릴레이(SSRs) 제어 BJTs 및 공핍형 모드 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs)를 사용하여 모터의 모터 권선들을 단락시킬 수 있다. 모터 제어 시스템은 모터 위상 단자들을 포함하는 모터; 모터와 전기적으로 연결되어 모터를 제어하는 전자제어유닛들;을 포함하되, 전자제어유닛들은 각각 제어 신호를 출력하도록 마련되고, 모터와 전자제어유닛들 사이를 연결하는 단락 회로;를 포함하되, 단락 회로는 전자제어유닛들부터 제어 신호 중 어느 것도 수신하지 않을 때 모터 위상 단자들을 단락시키도록 마련된다. 단락 회로는 전자제어유닛들 중 적어도 하나로부터 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 모터 위상 단자들을 단락시키지 않도록 마련될 수 있다.

Description

모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 시스템 및 방법

본 발명은 일반적으로 모터를 제어하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 제동 토크가 모터에 의해 생성될 수 있도록 모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 및 방법에 관한 것이다.

차량은 주행 방향을 제어하기 위해 조향 시스템이 필요하다. 종래에는 기계식 조향 시스템이 사용되었다. 기계식 조향 시스템은 일반적으로 스티어링 휠과 차량의 로드 휠 사이의 기계적 링크 또는 기계적 연결을 포함한다. 따라서, 스티어링 휠이 움직이면 이에 상응하여 로드 휠이 움직인다. 이러한 기계적 시스템의 구동은 종종 유압보조장치나 전기 모터의 사용을 통해 동력 보조를 받는다.

기계식 조향 시스템은 일반적으로 스티어-바이-와이어(steer-by-wire) 시스템으로 알려진 전기 구동 조향 시스템으로 대체되거나 보완되고 있다. 이러한 스티어-바이-와이어 시스템은 다양한 범위에서 예를 들어, 스티어링 휠과 차량 휠 사이의 기계적 연결을 전기 보조 액추에이터로 대체한다. 스티어-바이-와이어 시스템은 전기적으로 제어되는 모터를 사용하여 차량 휠의 방향을 변경하고 운전자에게 피드백을 제공함으로써 스티어링 휠과 차량 휠 사이의 물리적 또는 기계적 연결을 제거하는 것을 목표로 한다.

이하 설명될 실시 예들은 이러한 사항들 및 다른 일반적인 고려 사항들에 관한 것이다. 아울러, 상대적으로 구체적인 문제들이 논의되었지만, 본 실시 예들은 배경 기술에 개시된 특정 문제들을 해결하는 것으로 한정 해석되어서는 안 되는 것을 이해해야 한다.

본 발명은 모터에 의해 제동 토크가 생성될 수 있도록 모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 함께 기재된 아래의 상세한 설명 및 상세한 설명의 말미에 첨부된 청구 범위로부터 보다 쉽게 이해되고 명백해질 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예들은 모터의 전자제어유닛의 전부 또는 일부가 비활성화되거나 고장인 경우 모터가 제동 토크를 생성하도록 모터의 모터 권선을 단락시킬 수 있는 모터 제어 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어 시스템은 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(junction gate field-effect transistors; JFETs) 제어 바이폴라 접합 트랜지스터(controlled bipolar junction transistors; BJTs), 솔리드 스테이트 릴레이(solid state relays; SSRs) 제어 BJTs, 및 공핍형 모드 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(depletion mode metal-oxide-semiconductor field-effect transistors; MOSFETs)를 사용하여 모터의 모터 권선을 단락(short)시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 모터 위상 단자를 포함하는 모터; 모터와 전기적으로 연결되어 모터를 제어하는 복수의 전자제어유닛; 및 모터와 전자제어유닛들 사이에 연결되는 단락 회로;를 포함하되, 전자제어유닛들은 각각 제어 신호를 출력하도록 마련되고, 단락 회로는 전자제어유닛들부터 제어 신호 중 어느 것도 수신하지 않을 때 모터 위상 단자들을 단락시키도록 마련된 모터 제어 시스템이 개시된다. 단락 회로는 상기 전자제어유닛들 중 적어도 하나로부터 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 상기 모터 위상 단자들을 단락시키지 않도록 마련될 수 있다.

상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결된 제1 스위치들;을 포함하되, 상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들로부터 출력된 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들과 관련된 하나 이상의 입력 신호들에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되고, 제2 스위치들;을 포함하되, 각각의 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치들 각각과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락시키기 위해 상기 제1 스위치들의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련될 수 있다. 상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들의 제어 신호들 중 어느 것도 수신하지 않을 때 턴온되도록 마련되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들이 상기 제2 스위치들을 통해 함께 단락되도록 상기 제1 스위치들이 턴온될 때 턴온되도록 마련된다. 상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 턴오프되도록 마련되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들이 상기 제2 스위치들을 통해 단락되지 않도록 상기 제1 스위치들이 턴오프될 때 턴오프되도록 마련될 수 있다.

상기 단락 회로는 상기 제2 스위치들과 각각 연결되며, 상기 모터로부터 상기 제2 스위치들을 통해 흐르는 전류를 한 방향으로만 전도하여 상기 모터로부터 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성하는 전기 부품들을 더 포함한다. 상기 전기 부품들은 상기 제2 스위치들과 각각 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결되는 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFETs);를 포함하되, 상기 JFETs은 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들과 관련된 하나 이상의 입력 신호들에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되고, 상기 JFET와 각각 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJTs);를 포함하되, 상기 BJTs은 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락시키기 위해 상기 JFETs의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 상기 JFET는 상기 모터 위상 단자들 중 하나와 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나 사이를 연결하는 제1 단자, 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호를 수신하도록 마련되는 제2 단자 및 제3 단자를 가질 수 있다. 상기 BJT는 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 제1 단자, 상기 JFET의 상기 제3 단자에 연결된 제1 단자 및 제3 단자를 가질 수 있다. 상기 단락 회로는 상기 BJT와 병렬로 연결되는 다이오드를 더 포함하고, 상기 다이오드는 제1 및 제2 단자를 가지며, 이때 상기 다이오드의 상기 제1 단자는 상기 JFET의 제1 단자들 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 상기 BJT에 연결될 수 있고, 상기 다이오드의 제2 단자는 상기 BJT의 상기 제3 단자에 연결될 수 있다. 대안으로, 상기 단락 회로는 상기 BJT와 병렬로 연결된 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 더 포함하고, 상기 MOSFET은 제1, 제2 및 제3 단자를 가지되, 상기 MOSFET의 제1 단자는 상기 JFET의 상기 제1 단자 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결된 상기 BJT에 연결되고, 상기 MOSFET의 제1 단자와 제3 단자는 상기 BJT의 상기 제3 단자에 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전자제어유닛들과 상기 단락 회로의 상기 제1 스위치들 사이에 연결되는 전압 공급 회로를 더 포함하고, 상기 전압 공급 회로는 상기 제어 신호들을 사용하여 공급된 전압이 상기 모터 위상 단자들이 함께 단락하지 않게 상기 제1 스위치들을 턴오프하도록 상기 제어 신호들을 사용하여 상기 제1 스위치들에 상기 전압을 공급하도록 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결되는 솔리드 스테이트 릴레이(SSRs);를 포함하되, 상기 SSRs는 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 적어도 하나에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되며, 와, 상기 SSRs와 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJTs);를 포함하되, 상기 BJTs는 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락하도록 상기 SSRs의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 상기 SSRs은 평상시 폐쇄되어 있고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 상기 적어도 하나를 수신할 때 개방되도록 마련된다. 상기 BJTs는 상기 모터 위상 단자들이 함께 단락되도록 상기 SSRs가 폐쇄될 때 턴온되고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 상기 적어도 하나를 수신함으로써 상기 SSRs이 개방될 때 턴오프되도록 마련될 수 있다. 상기 SSRs 중 적어도 하나는 상기 모터 위상 단자들 중 하나와 상기 전자제어유닛들 중 하나 사이에 연결되는 제1 단자, 상기 전자제어유닛들로부터 출력된 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신하도록 마련되는 제2 단자 및 상기 BJTs 중 하나에 연결되는 제3 단자를 가질 수 있다. 상기 BJTs 중 적어도 하나는 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 제1 단자, 상기 SSRs 중 상기 적어도 하나에 연결되는 제2 단자 및 다른 BJTs에 연결되는 제3 단자를 가질 수 있다. 상기 단락 회로는 상기 BJTs와 병렬로 각각 연결되는 다이오드들을 더 포함하고, 각각의 상기 다이오드는 제1 및 제2 단자를 갖고, 상기 다이오드들 중 적어도 하나의 상기 제1 단자는 상기 SSRs 중 상기 적어도 하나의 상기 제1 단자들, 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나에 연결되고, 상기 다이오드들 중 상기 적어도 하나의 상기 제2 단자는 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나의 상기 제3 단자에 연결될 수 있다. 대안으로, 상기 단락 회로는 상기 BJTs와 병렬로 각각 연결되는 MOSFETs을 더 포함하고, 각각의 상기 MOSFETs은 제1, 제2 및 제3 단자를 갖고, 상기 MOSFETs 중 적어도 하나의 상기 제1 단자는 상기 SSRs의 상기 적어도 하나의 상기 제1 단자, 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결된 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나에 연결되고, 상기 MOSFETs 중 상기 적어도 하나의 상기 제2 단자 및 상기 제3 단자는 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나의 상기 제3 단자에 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단락 회로는 복수의 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치들은 상기 모터 위상 단자들 사이에 연결되고, 상기 제1 스위치들은 상기 모터 위상 단자들을 함께 단락시키도록 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 어느 것도 수신하지 않을 때 턴온되고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 턴오프될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 시스템은 상기 전자제어유닛들과 상기 제1 스위치들 사이에 연결되는 복수의 전원 공급 장치를 더 포함하고, 상기 전원 공급 장치들은 하나 이상의 전원에 연결되거나 상기 전자제어유닛들 각각에 연결되어 전력을 공급받고, 각각의 상기 전원 공급 장치는 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 각각에 응답하여 상기 공급된 전력을 사용하여 상기 제1 스위치들을 턴오프할 수 있는 전압을 상기 제1 스위치들에 공급할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 시스템은 각각의 상기 전자제어유닛들로부터 각각의 상기 제어 신호를 수신하고, 하나 이상의 전원 또는 각각의 전자제어유닛으로부터 전력을 공급받고 각각의 상기 제어 신호에 응답하여 전력을 출력하도록 마련된 복수의 제2 스위치;와, 복수의 절연 전원 공급 장치;를 더 포함하되, 각각의 상기 절연 전원 공급 장치는 각각의 상기 제2 스위치로부터 수신된 전력을 사용하여 상기 제1 스위치들을 턴오프할 수 있는 전압을 상기 제1 스위치들에 공급한다. 상기 절연된 전원 공급 장치들 각각은 상기 각각의 제1 스위치와 상기 각각의 제2 스위치 사이에 연결될 수 있다.

이 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 단순화된 형식으로 개념 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 기술의 주요 특징 또는 필수 기능을 특정하기 위한 것이 아닐 뿐만 아니라 청구된 기술의 범위를 제한하는 데 사용되도록 의도하지 않는다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 모터 제어 시스템은 모터에서 제동 토크가 발생하도록 모터 권선을 선택적으로 단락시킬 수 있다.

본 발명에 따른 다양한 실시 예들은 아래의 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스티어-바이-와이어 시스템을 포함하는 차량의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 시스템의 개략도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락시키는 회로의 개념적인 회로도이다.
다른 도면들에서 대응하는 번호 및 기호는 달리 표시되지 않는 한 일반적으로 대응하는 부분을 나타낸다. 도면들은 실시 예들의 관련 측면을 명확하게 설명하기 위해 도시된 것이며, 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니다.

아래의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예들의 예시로서 도시된 첨부 도면들이 참조된다. 이들 실시 예는 당 업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되며, 다른 실시 예가 이용될 수 있고, 구조적, 논리적 및 전기적 변경이 본 발명의 목적 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서 아래의 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아 들여서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물에 의해서만 정의된다. 도면들에서 동일한 번호는 사용의 문맥에서 명백한 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 차량(1)에 사용되는 스티어-바이-와이어 시스템(10)이 도시되어 있다. 스티어-바이-와이어 시스템(10)은 차량(1)의 운전자 또는 조작자가 스티어링 휠(20)의 조작을 통해 차량(1) 또는 차량(1)의 로드 휠(30)의 방향을 제어할 수 있도록 한다. 스티어링 휠(20)은 스티어링 샤프트(또는 스티어링 컬럼)(22)에 작동 가능하게 결합된다. 스티어링 휠(20)은 스티어링 샤프트(22)와 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 스티어링 휠(20)은 기어, 샤프트, 벨트, 및/또는 다른 연결 수단들을 통해 스티어링 샤프트(22)에 연결될 수 있다. 스티어링 샤프트(22)는 하우징(24) 내부에서 회전 가능하도록 하우징(24)에 설치될 수 있다.

차량의 휠(30)들은 너클에 연결될 수 있으며, 너클은 다시 타이 로드에 연결된다. 타이 로드는 스티어링 어셈블리(32)에 연결된다. 스티어링 어셈블리(32)는 스티어링 액추에이터 모터(34)(예: 전기 모터) 및 스티어링 로드(36)를 포함할 수 있다. 스티어링 로드(36)는 스티어링 액츄에이터 모터(34)가 스티어링 로드(36)를 움직일 수 있도록 스티어링 액츄에이터 모터(34)에 동작 가능하게 연결된다. 스티어링 로드(36)의 움직임은 너클과 타이 로드를 통해 로드 휠(30)의 방향을 제어한다.

하나 이상의 센서(40)가 스티어링 샤프트(22) 또는 스티어링 휠(20)의 위치, 각도 변위 또는 이동 거리(25)를 검출하는 동시에 각도 변위의 토크를 검출하도록 마련될 수 있다. 센서(40)들은 각도 변위 및 토크(25)를 나타내는 전기 신호를 컨트롤러(50)에 제공한다. 컨트롤러(50)는 스티어링 액추에이터 모터(34)에/로부터 신호를 전송 및/또는 수신하여, 스티어링 휠(20)의 각도 변위(25)에 대응하여 스티어링 액추에이터 모터(34)를 작동시킨다.

사용 시, 스티어링 휠(20)은 소정 각도로 변위되며(25), 스티어링 샤프트(22)도 마찬가지로 소정 각도로 변위될 수 있다. 센서(40)들은 스티어링 샤프트(22)의 각도 변위 및 토크(25)를 검출하고, 스티어링 샤프트(22)의 상대적인 각도 변위량을 나타내는 신호를 컨트롤러(50)에 전송한다. 컨트롤러(50)는 스티어링 샤프트(22)의 상대적인 각도 변위량(30)을 나타내는 신호를 스티어링 액추에이터 모터에 전송한다. 이에 응답하여, 스티어링 액추에이터 모터(34)가 스티어링 로드(36)를 측방향으로 이동시킴으로써 로드 휠(30)이 회전된다. 따라서, 컨트롤러(50)는 스티어링 샤프트(22)의 각도 변위(25)의 양에 기초하여 스티어링 로드(36)가 이동되는 거리를 제어한다. 스티어링 로드(36)의 움직임은 타이 로드와 너클을 조작하여 차량의 로드 휠(30)의 위치를 변경한다. 이에 따라, 스티어링 휠(20)이 회전되면, 로드휠(30)도 회전된다.

스티어-바이-와이어 스티어링 시스템에서, 스티어링 휠(20)은 로드 휠(30)로부터 기계적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 스티어-바이-와이어 시스템은 스티어링 휠(20)을 로드 휠(30)로부터 연결하는 기계적 링크를 갖지 않는다. 따라서, 스티어-바이-와이어 스티어링 시스템은 운전자가 직접 기계적 링크를 통해 받는 것과 동일한 “도로 주행 느낌(road feel)”을 운전자 또는 조작자에게 제공할 필요가 있다. 또한, 스티어-바이-와이어 시스템에서 여러 전기적 고장이 발생할 경우를 고려하여, 기계적 백업의 “도로 주행 느낌”을 제공하는 장치를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 핸드 휠이 회전함에 따라 양호한 중심감(positive on-center feel)과 정확한 토크 변화를 제공하는 장치를 갖는 것도 바람직하다.

따라서, 차량(1)은 피드백 액츄에이터(feedback actuator; FBA) 또는 스티어링 필링 액츄에이터(steering feel actuator; SFA)(28)를 포함할 수 있다. 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터(28)는 스티어링 샤프트 또는 스티어링 컬럼(22)에 연결되는 전기 모터(예, 도 2의 모터(210))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기어 또는 벨트 어셈블리가 피드백 액츄에이터(28)의 출력을 스티어링 샤프트(22)에 연결할 수 있다. 대안으로, 피드백 액츄에이터(28)는 스티어링 샤프트(22)에 직접 결합될 수 있다. 피드백 액츄에이터(28)는 스티어링 휠(20)의 회전에 대한 저항을 제공하도록 작동될 수 있다. 컨트롤러(50)는 센서(40) 및 피드백 액츄에이터(28)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 컨트롤러(50)는 인가된 토크 및 스티어링 휠(20)의 각 회전(angular rotation)을 나타내는 신호를 센서(40)로부터 수신한다. 컨트롤러(50)는 센서(40)로부터의 신호에 응답하여 감지된 토크 및 센서(40)에서 감지된 스티어링 휠(20)의 각 회전에 대응하는 신호를 생성 및 전송하고, 피드백 액츄에이터(28)는 컨트롤러(50)의 신호에 응답하여 스티어링 휠(20)의 회전에 대한 저항 토크를 생성하여 운전자에게 도로 주행 느낌을 제공한다. 하지만, 인버터 및 인버터의 제어 오류와 같은 시스템 장애로 인해 피드백 액츄에이터(28)의 피드백이 제거되면, 운전자는 로드 휠로부터 동떨어진, 제어가 제대로 되지 않는 불편한 느낌을 갖게 되며, 특히 급회전이나 돌발회전(sharp or sudden turns)과 같은 까다로운 상황에서 차량을 오버스티어하는 경향이 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 모터 제어 시스템은 이에 한정되지 않지만, 예를 들어 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터의 전자제어유닛 전체 또는 일부가 비활성화되거나 고장 났을 때 모터가 스티어링 휠에 제동 토크를 제공할 수 있도록 차량에서 배터리 전원의 유무에 관계 없이 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터에 포함된 모터의 모터 권선을 단락시키도록 마련될 수 있다. 이를 통해 운전자의 오버스티어를 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 시스템의 개략도이다.

전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)(N은 1보다 큰 양의 정수)들은 전자제어유닛(Electric Control Unit; 이하 ECU라 함)들(ECUs(1 ~N)) 각각에 전력을 공급하도록 마련된다. 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들은 ECUs(1 ~ N)에 전력을 공급한다. 예를 들어, 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들은 배터리(205-1 ~ 205-N)들일 수 있다. 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들은 각각 전원 라인(PW-1 ~ PW-N)들 및 접지 라인(GND-1 ~ GND-N)들을 통해 ECUs(1~N)과 전기적으로 연결될 수 있다. 대안으로, 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들의 전원 라인(PW-1 ~ PW-N)들과 접지 라인(GND-1 ~ GND-N)들은 ECUs(1 ~ N)뿐만 아니라 단락 회로(220)(shorting circuit)에 직접적으로 연결될 수도 있다.

모터(210)는 예를 들어, 복수의 모터 권선(215-1 ~ 215-M)(M은 1보다 큰 양의 정수)을 포함하는 다상 모터(multi-phase motor)일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모터(210)는 모터 권선(215-1 ~ 215-M)들에 각각 연결된 복수의 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)(motor phase terminals)들을 가질 수 있다. 예를 들어, 모터(210)는 다상 교류 영구자석 모터일 수 있다. 본 실시 예에서 모터(210)는 U상 권선(215-1), V상 권선(215-2) 및 W상 권선(215-3)을 갖는 3상 영구자석 모터일 수 있으나, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 본 발명이 2상 모터 또는 3상 이상의 모터로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

ECUs(1 ~ N)은 다상(M상) 인버터(INV 1-1 ~ N-M)들을 포함한다. 인버터(INV 1-1 ~ N-M)들은 모터 권선(215-1 ~ 215-M) 각각에 연결된 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들에 결합된다. 인버터(INV1-1 ~ N-M)들은 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들로부터 전력을 공급받고, 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들로부터 제공되는 직류(DC) 전압을 교류(AC)로 변환한다. 인버터(INV 1-1 ~ N-M)들에서 생성된 출력은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 통해 모터 권선(215-1 ~ 215-M)들에 인가되어 다상(M상) 모터(210)를 구동한다. ECUs(1 ~ N)은 또한 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 생성한다. 예를 들어, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들은 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들의 배터리(205-1 ~ 205-N)들의 배터리 전압과 실질적으로 동일할 수 있지만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 대안으로, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들의 전압은 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들의 배터리(205-1~205-N)의 배터리 전압과 다를 수 있다. ECUs(1 ~ N)은 배터리(205-1 ~ 205-N)들의 배터리 전압을 단락 회로(220)에 공급하는 상이한 전압으로 변환할 수 있다.

선택적으로, ECUs(1 ~ N)은 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)들을 통해 단락 회로에 전력을 공급한다. 대안으로, 단락 회로(220)의 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)들은 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들에 직접적으로 연결될 수 있다. .

ECUs(1 ~ N)은 예를 들어, 모터 제어 시스템(15)의 작동 조건을 모니터링하고 물리적으로 변경하는 회로, 마이크로프로세서 또는 컴퓨터 중 하나 이상을 가질 수 있지만 이에 한정되지 않는다. ECUs(1 ~ N)은 또한 값을 수신하거나 전송하기 위해 다양한 입력 및 출력 장치로부터 입력 및 출력을 수용하도록 마련될 수 있다.

단락 회로(220)는 ECUs(1 ~ N)과 모터(210)의 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들 사이에 연결된다. 단락 회로(200)는 ECUs(1 ~ N)로부터 수신된 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 하나 이상에 응답하여 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 선택적으로 단락시키도록(short) 마련된다. 예를 들어, 단락 회로(220)가 모든 ECUs(1 ~ N)로부터 제어 신호를 수신하지 않는 경우, 예컨대 모든 ECUs(1 ~ N)가 비활성화되거나 고장인 경우(예를 들어, ECUs(1 ~ N)의 모든 인버터가 비활성화되거나 고장인 경우), 단락 회로(220)는 모터(210)가 제동 토크를 생성할 수 있도록 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키도록 구성된다. 하지만, 단락 회로(220)가, 예를 들어 ECUs(1 ~ N) 중 어느 하나가 비활성화된 경우와 같이, ECUs(1 ~ N) 중 적어도 하나로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나를 수신하는 경우, 단락 회로(220)는 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들의 단락을 제거하도록 구성되거나 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 회로(220)의 개념적인 회로도이다.

단락 회로(220)는 복수의 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들에 각각 연결된다. 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 또한 ECUs(1 ~ N)에 전기적으로 연결되고, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들과 관련된 입력 신호(IN)를 수신하도록 마련된다. 입력 신호(IN)는 이에 한정 되지 않지만, 예를 들어 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N) 자체, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나를 사용하여 생성된 임의의 신호(예: 차지 펌프, 음 전압 소스, 또는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나를 사용하는 절연 전원), 또는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나와 직접 또는 간접적으로 관련된 임의의 신호일 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전압 공급 회로(310)가 ECUs(1~N)과 단락 회로(220)의 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M) 사이에 연결될 수 있다. 전압 공급 회로(310)는 전압 공급 회로(310)에 의해 공급된 전압이 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)를 턴오프할 수 있도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하도록 구성되며, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 사용하여 전압을 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)에 공급하도록 구성된다. 따라서, 전압 공급 회로(310)는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 이용하여 입력 신호(IN)를 출력할 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시 예에서는 전압 공급 회로(310)가 단락 회로(220)에 포함되어 있지만, 전압 공급 회로(310)는 단락 회로(220)와 별도의 회로일 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 입력 신호(IN)는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 자체일 수 있다. 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들의 전압들은 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들을 턴오프할 수 있는 범위 내에 있을 수 있다.

다이오드(2-1 ~ 2-N)들은 ECUs(1 ~ N)로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하도록 구성된 단자(C-1 ~ C-N)들에 각각 연결된다. 다이오드(2-1 ~ 2-N)들은 단자(C-1 ~ C-N)들을 통해 수신된 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나가 전압 공급 회로(310) 또는 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)에 제공될 수 있도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)에 대해 OR 기능을 수행할 수 있다.

저항(R-1 ~ R-N)들은 전자제어유닛(ECUs(1 ~ N))의 접지에 연결된 단자(G-1 ~ G-N)들에 각각 연결된다. 저항(R-1 ~ R-N)들은 전자제어유닛(ECUs(1 ~ N))의 접지들 사이에 절연(isolation)을 제공하도록 구성될 수 있다.

제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들이 선택적으로 단락되도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들과 관련된 하나 이상의 입력 신호에 응답하여 턴온(즉, 폐쇄) 또는 턴오프(즉, 개방)될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 일반적으로 턴온되어 전류가 흐르고, 임계값 초과 또는 미만의 전압이 인가되면 턴오프된다. 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들과 관련된 입력 신호를 수신하지 않을 때 턴온된다. 하지만, 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들은 ECUs(1 ~ N) 중 하나로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 어느 하나를 수신할 때 턴오프된다.

단락 회로(220)는 복수의 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)을 더 포함할 수 있다. 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)들은 각각 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)들은 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)가 턴온되면, 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시킬 수 있다. 그러나, 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M)들이 턴오프되면, 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키지 않거나 모터 위상 단자((MP-1 ~ MP-M)의 단락을 제거할 수 있다. 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M) 및 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)의 개수는 모터(210)의 위상 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서는 모터(210)가 3상 모터이므로, 단락 회로(220)는 세 개의 제1 스위치(SA1-1, SA1-2, SA1-3) 및 세 개의 제2 스위치(SA2-1, SA2-2, SA2-3)를 가진다. 하지만, 단락 회로(220)는 모터(210)의 위상 개수와 제1 스위치(SA1-1 ~ SA1-M) 및/또는 제2 스위치(SA2-1 ~ SA2-M)의 개수가 다를 수 있다.

설명을 위해, 도 3의 실시 예에서 모터(210)는 U, V, W상의 3상 모터로 도시되어 있고, 두 개의 ECUs(ECU1, ECU2)가 단락회로(220)에 연결되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 3에 도시된 일 실시 예에 따르면, 제1 스위치(SA1-1, SA1-2, SA1-3)들은 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFETs)일 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SA1-1, SA1-2, SA1-3)들은 N-채널 JFET일 수 있다. BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)은 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)에 각각 연결된다. 하지만, 통상의 기술자는 N-채널 JFET 대신에 P-채널 JFET를 포함하는 다른 트랜지스터 유형이 사용될 수 있으며, 연결 수정 및 다른 전기 부품을 추가 또는 제거함으로써 N-채널 JFET를 P-채널 JFET로 대체하는 교체가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 스위치의 제1 단자와 제2 단자 사이의 전압이 임계값 미만(또는 임계값 초과)일 때 켜지고 스위치의 제1 단자와 제2 단자 사이의 전압이 임계값 초과(또는 임계값 미만)일 때 꺼지는 트랜지스터와 같은 임의의 스위치가 JFET 대신 사용될 수 있다.

단락 회로(220)는 도 2의 ECU1 및 ECU2로부터 단자(C-1, C-2)를 통해 제어 신호(CTL-1, CTL-2)를 각각 수신한다. ECU1 및 ECU2로부터 수신된 제어 신호(CTL-1, CTL-2)는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 제1 단자(예: 게이트)들에 제공된다. JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 제2 단자(예: 소스)들은 서로 연결된다. JFET(SA1-1)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215-1)에 연결된 U상 모터 단자(MP-1)에 연결되고, JFET(SA1-2)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215-2)에 연결된 V상 모터 단자(MP-2)에 연결되며, JFET(SA1-3)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215-3)에 연결된 W상 모터 단자(MP-3)에 연결된다.

단락 회로(220)는 제2 스위치(SA2-1, SA2-2, SA2-3)들을 더 포함한다. 제2 스위치(SA2-1, SA2-2, SA2-3)들은 바이폴라 접합 트랜지스터(BJTs)일 수 있다. BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)는 각각 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)에 연결된다. 제2 스위치(BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3))들은 예를 들어, NPN 트랜지스터일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 하지만, 통상의 기술자는 이 실시 예에 도시된 NPN BJT 대신에 PNP 트랜지스터를 포함하는 다른 트랜지스터 유형이 사용될 수 있고, 연결 수정 및 다른 전기 부품을 추가하거나 제거함으로써 NPN BJT를 PNT BJT로 대체하는 교체가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 입력 전류에 응답하여 턴온되거나 전류를 제어할 수 있고, 입력 전류가 없을 때 턴오프될 수 있는 트랜지스트와 같은 임의의 스위치가 BJT 대신 사용될 수 있다. 제2 스위치(BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3))는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)가 턴온될 때 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)를 통해 모터(210)의 전류에 응답하여 턴온되도록 구성될 수 있다. 운전자가 스티어링 휠(20)을 회전시키면 모터(210)에서 제2 스위치(BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3))에 제공되는 전류가 생성되어 모터(210)에 포함된 로터가 회전하게 된다. 하지만, 제2 스위치(BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3))는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)이 턴오프될 때 턴오프되도록 구성될 수 있다.

BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)의 제1 단자(예: 베이스)는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 제2 단자(예: 소스)와 연결되어 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)로부터 전류를 수신한다. BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)의 제2 단자(예: 이미터)는 서로 연결되어 BJTs(SA2-1, SA2- 2, SA2-3)가 턴온될 경우 모터 위상 단자(MP1 ~ MP3)들은 단락될 수 있다. BJT(SA2-1)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215-1)에 연결된 U상 모터 단자(MP-1)에 연결되고, BJT(SA2-2)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215-2)에 연결된 V상 모터 단자(MP-2)에 연결되며, BJT(SA2-3)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215-3)에 연결된 W상 모터 단자(MP-3)에 연결된다.

다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 제2 스위치(SA2-1, SA2-2, SA2-3)에 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 각 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3) 중 어느 하나와 각각 병렬로 연결된다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 모터(250)로부터 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)를 통해 흐르는 전류를 한 방향으로만 전도하도록 구성하여 모터(250)로부터 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성할 수 있다. 각각의 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)는 제1 단자(예: 캐소드) 및 제2 단자(예: 애노드)를 갖는다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들의 제1 단자(예: 캐소드)는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 제1 단자 및 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-3)들 중 하나 및 ECU1 및 ECU2 중 하나 사이에 연결되는 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)에 연결될 수 있다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들의 제2 단자(예: 애노드)는 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)의 제3 단자(예: 컬렉터)에 연결된다. 여기서, 도 3은 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들을 사용하지만, 한 방향으로만 전류를 전도하고 다른 방향의 전류 흐름을 제한할 수 있는 임의의 전기 부품이 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)를 대체할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs(MA1, MA2, MA3))(예: N-채널 MOSFET)들이 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)를 대신하여 사용될 수 있다.

작동 중에, ECU1 및 ECU2가 모두 비활성화 또는 고장인 경우(예: ECU1 및 ECU2의 모든 인버터가 비활성화 또는 고장인 경우), 단자(C-1, C-2)를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 입력되는 제어 신호(CTL-1, CTL-2)의 전압은 0V이다. 그러면, 전압 공급 회로(310)는 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 게이트에 입력 신호(IN) 또는 0V에서의 입력 신호(IN)를 제공하지 않으므로, JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)은 0V이다. JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 게이트-소스 전압이 0V이고 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)는 노말 온(normal-on) 디바이스이므로, JFETs(SA1-1, SA1- 2, SA1-3)는 턴온된다(즉, 폐쇄). 이는 모터(210)로부터 흐르는 전류가 JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)를 통해 흐르게 한다. 차례로, JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)을 통해 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)의 베이스로 흐르는 전류는 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)를 턴온하고, 이후 모터(210)의 전류는 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)를 통해 흐르고 모터(250)에서 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성하는 도 3의 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)(또는 도 4의 MOSFETs(MA1, MA2, MA3))을 통해 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들로 복귀함으로써 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들은 함께 단락될 수 있다. 그 결과 모터(210)의 제동이 이루어진다. 모터(210)는 모터(210)에 가해지는 임의의 동작에 대항하는 브레이크 및/또는 댐퍼로서 작용할 수 있다.

하지만, ECU1 및 ECU2 중 어느 하나가 활성화되면, CT-1 및 CT-2를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 수신된 제어 신호(CTL1, CTL2)가 전압 공급 회로(310)에 입력되고, 전압 공급 회로(310)는, JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 게이트에, JFET를 턴오프(즉, 개방)할 수 있는 전압의 입력 신호(IN)를 제공한다. 그러면, JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)의 게이트-소스 전압은 JFET를 턴오프할 수 있는 전압에 있기 때문에, JFETs(SA1-1, SA1-2, SA1-3)은 턴오프된다. 이로 따라 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)의 베이스에는 전류가 흐르지 않아 BJTs(SA2-1, SA2-2, SA2-3)은 턴온되지 않는다. 차례로, 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들이 함께 단락되지 않거나 모터(210)의 단락 상태가 제거된다.

따라서, ECUs(1 ~ N)의 모든 인버터(INV 1-1 ~ INV NM)들이 비활성화되거나 고장인 경우, 단락 회로(220)는 모터(210)가 제동 토크를 생성할 수 있도록 모터 권선(215-1 ~ 215-M)들에 연결된 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키도록 구성된다. 모터(210)가 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터(28)에 포함되는 경우, 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터(28)는 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필 액츄에이터(28)의 모든 또는 일부 전자제어유닛이 비활성화되거나 고장인 경우, 스티어링 휠(20)에 제동 토크를 발생시킴으로써 운전자에게 로드 휠로부터 분리된 불편한 느낌을 주거나 운전자가 차량을 오버스티어링하는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단락 회로(220)의 개념적인 회로도이다.

단락 회로(220)는 복수의 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들을 포함할 수 있다. 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들에 각각 연결된다. 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 또한 ECUs(1 ~ N)에 전기적으로 연결되고, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하도록 구성된다. 대안으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 전압 공급 회로(310)와 같이 다른 전기 부품(들)에 의해 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 이용하여 생성된 입력 신호(IN)를 수신할 수 있다.

다이오드(2-1 ~ 2-N)들은 각각 ECUs(1 ~ N)로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하도록 구성된 단자(C-1 ~ C-N)들에 연결된다. 다이오드(2-1 ~ 2-N)들은 단자(C-1 ~ C-N)들을 통해 수신된 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나가 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들에 제공될 수 있도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들에 대해 OR 기능을 수행한다.

저항(R-1 ~ R-N)들은 각각 ECUs(1 ~ N)의 접지에 연결된 단자(G-1 ~ G-N)들에 연결된다. 저항(R-1 ~ R-N)들은 ECUs(1 ~ N)의 접지들 사이에 절연을 제공하도록 구성될 수 있다.

제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들이 선택적으로 단락되도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나에 응답하여 턴온(즉, 폐쇄) 또는 턴오프(즉, 개방)될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)는 평상 시 폐쇄(normally closed)(ON)되어 전류를 전도하고, 임계값보다 큰(또는 임계값보다 작은) 전압이 수신되면 턴오프된다. 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 어느 것도 수신되지 않을 때 턴온된다. 하지만, 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들은 ECUs(1 ~ N) 중 하나로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 어느 하나를 수신할 때 턴오프된다.

단락 회로(220)는 복수의 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)들을 더 포함할 수 있다. 각각의 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)는 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들 중 어느 하나와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)들은 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들의 턴-온 또는 턴-오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들이 턴온되면, 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 함께 단락시킨다. 하지만, 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들이 턴오프되면, 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키지 않거나 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들의 단락을 제거할 수 있다. 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M)들 및 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)들의 개수는 모터(210)의 위상 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 모터(210)가 3상 모터이므로, 단락 회로(220)는 세 개의 제1 스위치(SB1-1, SB1-2, SB1-3) 및 세 개의 제2 스위치(SB2-1, SB2-2, SB2-3)를 가진다. 하지만, 단락 회로(220)는 모터(210)의 위상 개수와 제1 스위치(SB1-1 ~ SB1-M) 및/또는 제2 스위치(SB2-1 ~ SB2-M)의 개수가 다를 수 있다.

설명을 위해, 도 5에 도시된 일 실시 예에서 모터(210)는 U, V, W상과, 단락 회로(220)에 연결된 두 개의 ECU(ECU1, ECU22)를 갖는 3상 모터로 도시되어 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5에 도시된 일 실시 예에 따르면, 제1 스위치(SB1-1, SB1-2, SB1-3)들은 솔리드 스테이트 릴레이(SSRs)일 수 있다. SSR은 그 제어 단자에 작은 외부 전압이 인가되면 스위치를 켜거나 끄는 전자 스위칭 장치이다. 예를 들어, SSR는 적절한 입력(제어 신호)에 응답하는 센서, 부하 회로에 전원을 스위칭하는 전자식 스위칭 장치 및 기계 부품 없이 제어 신호가 스위치를 활성화할 수 있도록 하는 결합 메커니즘을 포함한다. SSR은 비전도성(개방)일 때 매우 높고 거의 무한한 저항을 갖고 전도(폐쇄)일 때 매우 낮은 저항을 갖는다는 점에서 출력이 종래의 전기 스위치처럼 작동하여 입력 및 출력 접점 사이에 완전한 전기 절연을 제공할 수 있다. SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 노멀 클로즈로 구성될 수 있다. 예를 들어, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 제어 신호(CTL-1, CTL-2) 중 어느 것도 수신하지 않을 경우, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 폐쇄된다. 하지만, 제어 신호(CTL-1, CTL-2) 중 적어도 하나를 수신할 경우, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 개방된다. 하지만, 스위치의 제1 단자와 스위치의 제2 단자 사이의 전압이 임계값 미만(또는 임계값 초과)일 경우 턴온되고 스위치의 제1 단자와 스위치의 제2 단자 사이의 전압이 임계값 초과(또는 임계값 미만)일 경우 턴오프되거나 그 반대로 동작하는 트랜지스터와 같은 임의의 스위치가 SSR 대신 사용될 수 있다.

단락 회로(220)는 도 1의 ECU1 및 ECU2로부터 단자(C-1, C-2)를 통해 제어 신호(CTL-1, CTL-2)를 각각 수신한다. ECU1 및 ECU2로부터 수신된 제어 신호(CTL-1, CTL-2)는 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제1 입력 단자에 제공된다. SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제2 입력 단자들은 전자제어유닛(ECU1, ECU2)의 접점 또는 임의의 다른 구성요소들에 연결되는 단자(G-1, G-2)에 연결될 수 있다. SSR(SB1-1)의 제1 출력 단자는 모터 권선(215-1)에 연결된 U상 모터 단자(MP-1)에 연결되고, SSR(SB1-2)의 제1 출력 단자는 모터 권선(215-2)에 연결된 V상 모터 단자(MP-2)에 연결되며, SSR(SB1-3)의 제1 출력 단자는 모터 권선(215-3)에 연결된 W상 모터 단자(MP-3)에 연결된다. SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제2 출력 단자들은 제2 스위치(SB2-1, SB2-2, SB2-3)들에 각각 연결된다.

단락 회로(220)는 제2 스위치(SB2-1, SB2-2, SB2-3)들을 더 포함한다. 제2 스위치(SB2-1, SB2-2, SB2-3)들은 BJTs일 수 있다. BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)은 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)들에 각각 연결된다. 제2 스위치(BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3))들은 예를 들어 NPN 트랜지스터일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 하지만, 통상의 기술자는 이 실시 예에 도시된 NPN BJT 대신에 PNP 트랜지스터를 포함하는 다른 트랜지스터 유형이 사용될 수 있고, 연결 수정 및 다른 전기 부품들을 추가하거나 제거함으로써 NPN BJT를 PNT BJT로 대체하는 교체가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 입력 전류에 응답하여 턴온되거나 또는 전류를 제어하고 그리고 입력 전류가 수신되지 않을 때 턴오프될 수 있는 트랜지스터와 같은 임의의 스위치가 BJT 대신 사용될 수 있다. 제2 스위치(BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3))들은 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)이 턴온될 경우(즉, 폐쇄), 모터(210)로부터 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)를 통해 흐르는 전류에 응답하여 턴온되도록 구성될 수 있다. 운전자가 스티어링 휠(20)을 회전시키면 모터(210)에서 제2 스위치(BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3))에 제공되는 전류가 생성되어 모터(210)에 포함된 로터가 회전하게 된다. 하지만, 제2 스위치(BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3))은 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)이 턴오프(즉, 개방)될 경우, 턴오프되도록 구성될 수 있다.

BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 제1 단자(예: 베이스)는 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제2 출력 단자와 연결되어 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)로부터 전류를 수신한다. BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 제2 단자(예: 이미터)는 서로 연결되어 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)가 턴온될 경우 모터 위상 단자(MP1 ~ MP3)들은 단락될 수 있다. BJT(SB2-1)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215-1)에 연결된 U상 모터 단자(MP-1)에 연결되고, BJT(SB2-2)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215-2)에 연결된 V상 모터 단자(MP-2)에 연결되며, BJT(SB2-3)의 제3 단자(예: 컬렉터)는 모터 권선(215)에 연결된 W상 모터 단자(MP-3)에 연결된다.

다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 제2 스위치(SB2-1, SB2-2, SB2-3)들에 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 각각의 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3) 중 어느 하나와 각각 병렬로 연결된다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 모터(210)로부터 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)을 통해 흐르는 전류를 한 방향으로만 전도하여 모터(210)로부터 흐르는 전류에 대해 리턴 경로를 형성하도록 구성될 수 있다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들은 각각 제1 단자(예: 캐소드)와 제2 단자(예: 애노드)를 갖는다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들의 제1 단자(예: 캐소드)는 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제1 출력 단자 및 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들과 전자제어유닛 출력(ECU OUT 1_1, ECU OUT 1_2, ECU OUT 1_3 및 ECU OUT 2_1, ECU OUT 2_2, ECU OUT 2_3)들 사이에 연결된 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 제3 단자(예: 컬렉터)에 연결될 수 있다. 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들의 제2 단자(예: 애노드)는 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 제2 단자(예: 이미터)에 연결된다. 여기서, 도 5는 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)들을 사용하지만, 한 방향으로만 전류를 전도하고 다른 방향의 전류 흐름은 제한할 수 있는 임의의 전기 부품이 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)를 대체할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs(MB1, MB2, MB3))(예: N-채널 MOSFET)이 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3) 대신 사용될 수 있다.

작동 중에, ECU 1 및 ECU2가 모두 비활성화 또는 고장인 경우(예: ECU1 및 ECU2의 모든 인버터가 비활성화 또는 고장인 경우), 단자(C-1, C-2)를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 입력되는 제어 신호(CTL-1, CTL-2)의 전압은 0V이다. 그러면, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 입력 단자는 0V이 된다. SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 노말 클로즈 장치이고 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 입력 전압은 0V이므로, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)은 턴온된다(즉, 폐쇄). 이는 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 출력 단자를 통해 모터(210)로부터의 전류 흐름을 허용한다. 차례로, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)을 통해 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 베이스로 흐르는 전류는 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2 -3)을 턴온하고, 이후 모터(210)로부터 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 컬렉터를 통해 이미터로 흐르는 전류는 모터(210)로부터 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성하는 도 5의 다이오드(D1-1, D1-2, D1-3)(또는 도 6의 MOSFETs(MB1, MB2, MB3))들을 통해 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들로 복귀함으로써 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들은 함께 단락될 수 있다. 그 결과 모터(210)의 제동이 이루어진다. 모터(210)는 모터(210)에 가해지는 임의의 동작에 대항하는 브레이크 및/또는 댐퍼로서 작용할 수 있다.

하지만, ECU 1 및 ECU2 중 어느 하나가 활성화되면, CT-1 및 CT-2를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 수신된 제어 신호(CTL1, CTL2) 중 적어도 하나가 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)의 제1 입력 단자, SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)을 턴오프(즉, 개방)할 수 있는 전압에서 입력 제어 신호(CTL1 및/또는 CTL2)로 입력된다. 그러면, 입력 제어 신호(CTL1 및/또는 CTL2)의 전압에 응답하여 SSRs(SB1-1, SB1-2, SB1-3)이 턴오프된다. 이는 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)의 베이스로 전류가 흐르지 않아 BJTs(SB2-1, SB2-2, SB2-3)는 턴온되지 않는다. 차례로, 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들이 함께 단락되지 않거나 모터(210)의 단락 상태가 제거된다.

따라서, ECUs(1 ~ N)의 모든 인버터(INV 1-1 ~ INV NM)들이 비활성화되거나 고장인 경우, 단락 회로(220)는 모터(210)가 제동 토크를 생성할 수 있도록 모터 권선(215-1 ~ 215-M)들에 연결된 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키도록 구성된다. 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터(28)에 모터(210)가 포함되는 경우, 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터(28)는 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필 액츄에이터(28)의 모든 또는 일부 전자제어유닛이 비활성화되거나 고장인 경우, 스티어링 휠(20)에 제동 토크를 발생시킴으로써 운전자에게 로드 휠로부터 분리된 불편한 느낌을 주거나 운전자가 차량을 오버스티어링하는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단락 회로(220)의 개념적인 회로도이다.

단락 회로(220)는 복수의 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들을 포함할 수 있다. 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들에 각각 연결된다. 예를 들어, 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들 사이에 전기적으로 연결된다. 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 또한 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들을 통해 ECUs(1 ~ N)에 전기적으로 연결된다. 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호(IN)를 수신하도록 구성된다. 도 7에 도시된 실시 예에 따르면, 입력 신호(IN)는 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들 중 적어도 하나에 의해 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 이용하여 생성되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 대안으로, 입력 신호(IN)는 이에 한정되지 않지만, 예를 들어 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N) 자체, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 사용하여 생성된 임의의 신호(예: 차지 펌프에 의해 생성되는 신호, 음 전압 소스, 또는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 적어도 하나를 사용하는 절연 전원), 또는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL) 중 적어도 하나와 직접 또는 간접적으로 관련된 임의의 신호일 수 있다.

전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들은 전자제어유닛(ECUs(1~N))과 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 각각의 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)은 각 ECUs(1 ~ N)과 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들 사이에 연결된다. 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들은 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)들을 통해 전력을 공급받는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단락 회로(220)의 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)들은 ECUs(1 ~ N)에 각각 연결되어 전원을 공급받을 수 있다. 대안으로, 단락 회로(220)의 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)들은 도 2의 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들에 직접적으로 연결될 수 있다. 각각의 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)는 ECUs(1 ~ N)로부터 출력되는 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들 중 하나에 각각 응답하여 수신된 전력을 사용하여 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들에 전압을 공급하도록 구성된다. 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들에 의해 공급된 전압은 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)를 턴오프할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들 중 적어도 하나가 대응하는 ECUs(1 ~ N)로부터 하나 이상의 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하는 경우, 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하는 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들은 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)로부터 수신된 전원을 사용하여 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)에 전압을 공급한다. 하지만, 어느 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)도 대응하는 ECUs(1 ~ N)로부터 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들을 수신하지 못하는 경우, 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들은 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들에 전압을 공급하지 않는다.

제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-N)들이 선택적으로 단락되도록 제어 신호(CTL-1 ~ CTL-N)들과 관련된 입력 신호(IN)에 응답하여 턴온(즉, 폐쇄) 또는 턴오프(즉, 개방)될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 평상 시 턴온되고, 임계값 초과(또는 임계값 미만)의 전압에서 입력 신호를 수신하면 턴오프된다. 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들로부터 입력 신호(IN)가 없거나 0V의 입력 신호를 수신할 경우, 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 턴온되고(즉, 폐쇄), 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들에 의해 전기적으로 연결된 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들은 함께 단락될 수 있다. 하지만, 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들이 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들 중 어느 하나로부터 입력 신호(IN)를 수신하면, 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 턴오프되고, 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들은 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들을 단락시키지 않거나 모터 위상 단자(MP-1 ~ MP-M)들의 단락을 제거할 수 있다. 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)들의 개수는 모터(210)의 위상 개수에 대응될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 모터(210)가 3상 모터이므로, 단락 회로(220)는 세 개의 제1 스위치(SC1-1, SC1-2, SC1-3)를 갖는다. 하지만, 단락 회로(220)는 모터(210)의 위상 개수와 제1 스위치(SC1-1 ~ SC1-M)의 개수가 다를 수 있다. 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)들의 개수는 ECUs(1 ~ N) 또는 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)들의 개수에 대응될 수 있다. 하지만, 단락 회로(220)는 ECUs(1 ~ N) 또는 전원 공급 장치(200-1 ~ 200-N)의 개수와 상이한 개수의 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-N)을 가질 수도 있다.

설명을 위해, 도 7에 도시된 일 실시 예에서 모터(210)는 U, V, W상을 가지며, 단락 회로(220)에 연결된 두 개의 ECU(ECU1, ECU22)와 두 개의 전원 공급 장치(710-1 ~ 710-2)이 제공되는 3상 모터로 도시되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 않는다.

도 7에 도시된 실시 예에 따르면, 제1 스위치(SC1-1, SC1-2, SC1-3)들은 노말-클로즈 스위치(예: MOSFET)이다. 도 7의 실시 예에서, 제1 스위치(SC1-1, SC1-2, SC1-3)들은 설명을 위해 N형 MOSFETs으로만 도시되어 있다. 하지만, 통상의 기술자는 이 실시 예에 도시된 N형 MOSFETs 대신에 P형 MOSFETs을 포함하는 다른 트랜지스터 유형이 사용될 수 있고, 연결 수정 및 다른 전기 부품들을 추가하거나 제거함으로써 N형 MOSFETs을 P형 MOSFETs으로 대체하는 교체가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 스위치의 제1 단자와 스위치의 제2 단자 사이의 전압이 임계값 미만(또는 초과)일 때 턴오프되고, 스위치의 제1 단자와 스위치의 제2 단자 사이의 전압이 임계값 초과(또는 미만)일 때 턴오프되는 트랜지스터와 같은 임의의 스위치가 MOSFETs 대신 사용될 수 있다.

제어 신호(CTL-1, CTL-2)와 관련된 입력 신호(IN)는 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 제1 단자(예: 게이트)에 제공된다. MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 제2 단자(예: 소스)는 상호 간에 및/또는 전원 공급 장치(710-1, 710-2)의 접지 단자에 연결된다. MOSFET(SC1-1)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215-1)에 연결된 U상 모터 단자(MP-1)에 연결되고, MOSFET(SC1-2)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215-2)에 연결된 V상 모터 단자(MP-2)에 연결되며, MOSFET(SC1-3)의 제3 단자(예: 드레인)는 모터 권선(215)에 연결된 W상 모터 단자(MP-3)에 연결된다.

제1 저항(R1-1, R1-2, R1-3)들은 입력 신호(IN)를 출력하는 전원 공급 장치(710-1, 710-2)의 출력 단자와 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 제1 단자(예: 게이트) 사이에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1-1, R1-2, R1-3)들은 게이트 돌입 전류를 제한하기 위해 게이트 저항을 제공하도록 구성될 수 있다.

제2 저항(R2-1, R2-2, R2-3)(예: 풀다운 저항)들은 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)들의 제1 단자(예: 게이트)와 제2 단자(예: 소스)의 사이에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2-1, R2-2, R2-3)들은 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 제1 단자(예: 게이트)에 전압이 공급되지 않을 때 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)을 턴온하도록 풀 다운하게 구성될 수 있다.

작동 중에, ECU1 및 ECU2가 모두 비활성화 또는 고장인 경우(예: ECU1 및 ECU2의 모든 인버터가 비활성화 또는 고장인 경우), 단자(C-1, C-2)를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 입력되는 제어 신호(CTL-1, CTL-2)의 전압은 0V이다. 그러면, 전원 공급 장치(710-1, 710-2)는 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 게이트에 0V에서의 입력 신호(IN) 또는 입력 신호(IN)를 제공하지 않는다. MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 게이트-소스 전압이 0V이고 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)이 노말-온 디바이스이므로, MOSFETs(SC1-1, SC1- 2, SC1-3)은 턴온되고(즉, 폐쇄) 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들은 단락된다. 그 결과, 모터(210)의 제동이 이루어진다. 모터(210)는 모터(210)에 가해지는 임의의 동작에 대항하는 브레이크 및/또는 댐퍼로서 작용할 수 있다.

하지만, ECU1 및 ECU2 중 어느 하나가 활성화되면, 전원 공급 장치(710-1, 710-2)는 CT-1 및 CT-2를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 입력되는 제어 신호(CTL1, CTL2) 중 적어도 하나를 수신한다. 제어 신호(CTL1, CTL2)를 수신하는 전원 공급 장치(710-1, 710-2)는 예를 들어, MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)을 턴오프할 있는 전압, 이에 한정되지 않지만 -5V에서 입력 신호(IN)를 생성한다. 이는 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 게이트-소스 전압을 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)의 임계 전압 아래로 만든다. 차례로, MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)이 턴오프되고 모터 위상 단자(MP-1, MP-2, MP-3)들이 단락되지 않거나 단락 상태로부터 모터(210)를 제거한다.

도 8에 도시된 다른 일 실시 예에 따르면, 제2 스위치(810-1, 810-2) 및 절연된 전원 공급 장치(820-1, 820-2)(isolated power supplies)가 도 7의 전원 공급 장치(710-1, 710-2)를 대체할 수 있다. 각각의 제2 스위치(810-1, 810-2)는 CT-1 및 CT-2를 통해 ECU1 및 ECU2로부터 입력되는 각각의 제어 신호(CTL1, CTL2)와 각각의 단자(VSUP 1 ~ VSUP N)로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 각각의 제2 스위치(810-1, 810-2)는 절연된 전원 공급 장치(820-1, 820-2)에 각각 응답하여 전력을 출력하도록 구성될 수 있다. 각각의 절연된 전원 공급 장치(820-1, 820-2)는 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)을 턴오프할 수 있는 전압을 제2 스위치(810-1, 810-2) 각각으로부터 수신된 전력을 사용하여 MOSFETs(SC1-1, SC1-2, SC1-3)에 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예들에서는 피드백 액츄에이터 또는 스티어링 필링 액츄에이터용 모터를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 않는다. 통상의 기술자라면 본 발명에 따른 모터 제어 시스템이 제동 및/또는 댐핑 토크를 필요로 하는 모든 모터에 적용되거나 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

상기에서는 일 실시 예들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 출원의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명에서, 제1 및 제2 등의 관계 용어는 그 본질 또는 동작 간의 실제 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 암시하지 않고 하나의 본질 또는 동작을 다른 속성 또는 작동과 구별하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 또한, 문맥에 따라 서로 다른 요소 간의 관계를 설명하는 데 사용되는 “연결” 또는 “연결된”과 같은 단어가 이러한 요소 간에 직접적인 물리적 연결이 이루어져야 함을 의미하지 않는다. 예를 들어, 두 개의 요소는 하나 이상의 추가 요소를 통해 물리적, 전기적, 논리적 또는 임의의 다른 방식으로 서로 연결될 수 있다. “연결된” 또는 “결합된”이라는 용어는 달리 명시되지 않는 한 직접 또는 간접 연결을 의미할 수 있다.

또한, 본 출원의 범위는 명세서에 기재된 공정, 기계, 제작, 재료의 구성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시 예들로 제한되도록 의도되지 않는다. 본 개시로부터 쉽게 이해할 당 업자는 본 명세서에 기재된 대응하는 실시 예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 실현하는, 현재 존재하거나 나중에 개발될 공정, 기계, 제작, 재료의 구성, 수단, 방법 또는 단계를 상기 실시 예들 및 대안 실시 예들에 따라 활용할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위 내에는 이러한 공정, 기계, 제작, 재료의 구성, 수단, 방법 또는 단계가 포함하도록 의도된다.

20: 스티어링 휠 22: 스티어링 샤프트
34: 스티어링 액추에이터 모터 40: 센서
50: 컨트롤러 200-1 ~ 200-N: 전원 공급장치
220: 단락 회로

Claims

복수의 모터 위상 단자를 포함하는 모터;
상기 모터와 전기적으로 연결되어 상기 모터를 제어하는 복수의 전자제어유닛; 및
상기 모터와 전자제어유닛들 사이에 연결되는 단락 회로;를 포함하며,
상기 전자제어유닛들은 각각 제어 신호를 출력하도록 마련되고,
상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들부터 상기 제어 신호들 중 어느 것도 수신하지 않을 때 상기 모터 위상 단자들을 단락시키도록 마련된 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들 중 적어도 하나로부터 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 상기 모터 위상 단자들을 단락시키지 않도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는
상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결된 제1 스위치들;을 포함하되, 상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들로부터 출력된 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들과 관련된 하나 이상의 입력 신호들에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되고,
제2 스위치들;을 포함하되, 각각의 상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치들 각각과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락시키기 위해 상기 제1 스위치들의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 어느 것도 수신하지 않을 때 턴온되도록 마련되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들이 상기 제2 스위치들을 통해 함께 단락되도록 상기 제1 스위치들이 턴온될 때 턴온되도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 스위치들은 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 턴오프되도록 마련되고, 상기 제2 스위치들은 상기 모터 위상 단자들이 상기 제2 스위치들을 통해 단락되지 않도록 상기 제1 스위치들이 턴오프될 때 턴오프되도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 제2 스위치들과 각각 연결되며, 상기 모터로부터 상기 제2 스위치들을 통해 흐르는 전류를 한 방향으로만 전도하여 상기 모터로부터 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성하는 전기 부품들을 더 포함하는 모터 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 모터로부터 상기 제2 스위치들을 통해 흐르는 전류를 한 방향으로만 전도하여 상기 모터로부터 흐르는 전류에 대한 리턴 경로를 형성하는 전기 부품들을 더 포함하고,
상기 전기 부품들은 상기 제2 스위치들과 각각 병렬로 연결되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결되는 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(junction gate field-effect transistors, 이하 JFETs라 함)와, 상기 JFET와 각각 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar Junction Transistor, 이하 BJTs라 함)를 포함하되,
상기 JFETs은 상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들과 관련된 하나 이상의 입력 신호들에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되고,
상기 BJTs은 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락시키도록 상기 JFETs의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는,
상기 전자제어유닛들의 상기 제어 신호들 중 적어도 하나 또는 상기 제어 신호들 중 상기 적어도 하나와 연관된 입력 신호를 수신하도록 마련되는 제1 단자, 제2 단자 및 상기 모터 위상 단자들 중 하나와 상기 전자제어유닛들 중 하나 사이에 연결되는 제3 단자를 갖는 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(junction gate field-effect transistor, 이하 JFET라 함);와,
상기 JFET의 상기 제3 단자에 연결된 제1 단자, 제2 단자 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 제3 단자를 갖는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar Junction Transistor, 이하 BJT라 함);를 포함하는 모터 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 BJT와 병렬로 연결되는 다이오드를 더 포함하고,
상기 다이오드는 제1 및 제2 단자를 가지며,
상기 다이오드의 제1 단자는 상기 JFET의 상기 제3 단자들 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 상기 BJT에 연결되고, 상기 다이오드의 제2 단자는 상기 BJT의 상기 제2 단자에 연결되는 모터 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 BJT와 병렬로 연결된 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor; 이하 MOSFET라 함)를 더 포함하고,
상기 MOSFET은 제1, 제2 및 제3 단자를 가지며,
상기 MOSFET의 제1 단자는 상기 JFET의 상기 제3 단자 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결된 상기 BJT에 연결되고, 상기 MOSFET의 제1 단자와 제3 단자는 상기 BJT의 상기 제2 단자에 연결되는 모터 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 전자제어유닛들과 상기 단락 회로의 상기 제1 스위치들 사이에 연결되는 전압 공급 회로를 더 포함하고,
상기 전압 공급 회로는 상기 제어 신호들을 사용하여 공급된 전압이 상기 모터 위상 단자들이 함께 단락하지 않게 상기 제1 스위치들을 턴오프하도록 상기 제어 신호들을 사용하여 상기 제1 스위치들에 상기 전압을 공급하도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는,
상기 전자제어유닛들과 전기적으로 연결되는 솔리드 스테이트 릴레이(Solid State Relays, 이하 SSRs라 함)와, 상기 SSRs와 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar Junction Transistors, 이하 BJTs라 함)를 포함하되,
상기 SSRs는 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 적어도 하나에 응답하여 턴온 또는 턴오프되도록 마련되며,
상기 BJTs는 상기 모터 위상 단자들을 선택적으로 단락하도록 상기 SSRs의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 턴온 또는 턴오프되어 마련되는 모터 제어 시스템.
제13항에 있어서,
상기 SSRs은 평상시 닫혀 있고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 상기 적어도 하나를 수신할 때 개방되도록 마련되며,
상기 BJTs는 상기 모터 위상 단자들이 함께 단락되도록, 상기 SSRs가 닫힐 때 턴온되고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 상기 적어도 하나를 수신함으로써 상기 SSRs이 개방될 때 턴오프되도록 마련되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는 SSRs 및 BJTs를 포함하고,
상기 SSRs 중 적어도 하나는 상기 모터 위상 단자들 중 하나와 상기 전자제어유닛들 중 하나 사이에 연결되는 제1 단자, 상기 전자제어유닛들로부터 출력된 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신하도록 마련되는 제2 단자 및 상기 BJTs 중 하나에 연결되는 제3 단자를 갖고,
상기 BJTs 중 적어도 하나는 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결되는 제1 단자, 상기 SSRs 중 상기 적어도 하나에 연결되는 제2 단자 및 다른 BJTs에 연결되는 제3 단자를 갖는 모터 제어 시스템.
제15항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 BJTs와 병렬로 각각 연결되는 MOSFETs을 더 포함하고,
각각의 상기 MOSFETs은 제1, 제2 및 제3 단자를 갖고,
상기 MOSFETs 중 적어도 하나의 상기 제1 단자는 상기 SSRs의 상기 적어도 하나의 상기 제1 단자, 및 상기 모터 위상 단자들 중 상기 하나와 상기 전자제어유닛들 중 상기 하나 사이에 연결된 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나에 연결되고,
상기 MOSFETs 중 상기 적어도 하나의 상기 제2 단자 및 상기 제3 단자는 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나의 상기 제3 단자에 연결되는 모터 제어 시스템.
제15항에 있어서,
상기 단락 회로는 상기 BJTs와 병렬로 각각 연결되는 MOSFETs을 더 포함하고,
상기 MOSFETs 각각은 제1, 제2, 및 제3 단자를 갖고,
상기 MOSFETs 중 적어도 하나의 상기 제1 단자는 상기 SSRs의 상기 적어도 하나의 제1 단자 및 상기 모터 위상 단자들 중 하나와 상기 전자제어유닛들 중 하나 사이에 연결되는 상기 BJTs 중 적어도 하나에 연결되고,
상기 MOSFETs 중 상기 적어도 하나의 상기 제2 단자 및 상기 제3 단자는 상기 BJTs 중 상기 적어도 하나의 제3 단자에 연결되는 모터 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 회로는 복수의 제1 스위치를 포함하고,
상기 제1 스위치들은 상기 모터 위상 단자들 사이에 연결되고,
상기 제1 스위치들은 상기 모터 위상 단자들을 함께 단락시키도록 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 어느 것도 수신하지 않을 때에 턴온되고, 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때 턴오프되는 모터 제어 시스템.
제18항에 있어서,
상기 전자제어유닛들과 상기 제1 스위치들 사이에 연결되는 복수의 전원 공급 장치를 더 포함하고,
상기 전원 공급 장치들은 하나 이상의 전원에 연결되거나 상기 전자제어유닛들 각각에 연결되어 전력을 공급받으며,
각각의 상기 전원 공급 장치는 상기 전자제어유닛들로부터 출력되는 상기 제어 신호들 각각에 응답하여 상기 공급된 전력을 사용하여 상기 제1 스위치들을 턴오프할 수 있는 전압을 상기 제1 스위치들에 공급하는 모터 제어 시스템.
제18항에 있어서,
각각의 상기 전자제어유닛들로부터 각각의 상기 제어 신호를 수신하고, 하나 이상의 전원 또는 각각의 전자제어유닛으로부터 전력을 공급받고 각각의 상기 제어 신호에 응답하여 전력을 출력하도록 마련된 복수의 제2 스위치;와,
복수의 절연 전원 공급 장치를 더 포함하되, 각각의 상기 절연 전원 공급 장치는 각각의 상기 제2 스위치로부터 수신된 전력을 사용하여 상기 제1 스위치들을 턴오프할 수 있는 전압을 상기 제1 스위치들에 공급하고,
상기 절연된 전원 공급 장치들 각각은 상기 각각의 제1 스위치와 상기 각각의 제2 스위치 사이에 연결되는 모터 제어 시스템.