KR900001847B1

KR900001847B1 - 모터구동식 동력조향 제어장치

Info

Publication number: KR900001847B1
Application number: KR1019870001924A
Authority: KR
Inventors: 미쓰하루 모리시다; 싱이찌 고오게
Original assignee: 미쓰비시전기 주식회사; 시끼 모리야
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1990-03-24
Also published as: DE3780490T2; DE3780490D1; JPH07102816B2; EP0238349A2; EP0238349A3; US4724915A; EP0238349B1; KR870008743A; JPS62218273A

Abstract

내용 없음.

Description

모터구동식 동력조향 제어장치

제1도 내지 제6도는 이 발명에 의한 제어장치를 구비한 모터 구동식 동력조향 방식에 관한 것으로, 제1도는 상기 한 실시예의 개략도.

제2도는 토크센서와 제어유닛간의 개략적 전기접속도.

제3도는 토크센서와 커낵터간에 배치된 전치증폭기의 전압대전류 변환 특성도.

제4도는 클러치전류 대 전달토크 특성도.

제5도는 조향토크 대 모터인가전압 및 조향토크 대 제1클러치 전류의 특성도.

제6도는 차속대 제1클러치 전류 및 차속대 제2클러치 전류의 특성도.

제7도는 종래의 제어장치를 구비한 모터구동식 동력조향방식의 개략도.

제8도는 제7도의 제어장치에서 토크센서와 제어유닛간의 개략적 전기접속도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸들 2 : 조향축

3, 3' : 토크센서 5 : 제1피니온

6 : 조향랙 9 : 제어유닛

10 : 차속센서 11 : 축전지

12 : 키 또는 점화스위치 13 : 모터

14 : 제1클러치 17 : 제2클러치

18 : 제2피니온 R : 감속기어

이 발명은 운전자의 조향동작을 모터의 회전력으로 보조하는 모터구동식 동력조향장치에 관한 것이다. 종래 재래식 동력조향장치로서는 제7도에 개략 도시한 바와 같이 핸들(1)이 조향축(2), 제1랙(rack), 제1피니온(5)을 포함한 피니온기어(T₁), 그리고 한쌍의 타이로드(8_a)(8_b)를 통하여 한쌍의 조향차륜(도시생략)이 양쪽끝에 연결된 조향랙(6)에 있는 제1랙 톱니부분(6_a)과 작동할수 있게 연결되어 운전자가 핸들(1)을 돌리면은 조향차륜(도시생략)은 운전자로부터 전달된 핸들(1)의 조향동작에의하여 적절히 방향조정이 된다. 한편 조향랙(6)은 제2랙의 톱니부(6b)와 제2피니온(18)을 포함하는 제2랙 및 피니온기어(T₂)와 감속기어(R)를 통하여 모터(13)와 작동가능하게 연결되어서 모터(13)의 구동력이 감속기어(R), 제2랙 및 피니온기어(T₂)를 통하여 랙(6)에 전달되므로서 운전사가 전달되는 핸들(1)의 조향동작을 보조하게 된다.

모터(13)는 제어유닛(9), 키(key) 혹은 점화스위치(12)를 통하여 축전지(11)와 전기적으로 연결되어서 제어유닛(9)의 제어하에 축전지(11)에 의하여 가동된다.제어유닛(9)은 조향토크센서(3)와 차속센서(10)으로부터 제어신호를 입력하여 측정된 조향토크 및 차속을 기초로하여 모터(13)의 동작을 적절히 제어한다.

조향토크센서(3)는 운전자가 핸들에 전달되는 조향토크를 측정하기 위하여 조향축(2)상에 설치되어 있으며 커넥터장치 또는 슬립(slip) 링(19)을 통하여 제어유닛(9)으로 연결된 센서 엘리먼트(3a)가 있어 측정된 핸들(1)의 조향토크를 토크센서에서 전압신호로 변환하여 이 신호는 차례로 커넥터 혹은 슬립링(19)을 경유하여 제어유닛(9)으로 전달된다.

상기와 같이 구성된 종래의 동력조향장치에서는 토크센서(3)는 단지 측정된 조향토크를 전압신호로 변환하는 역할을 하고 토크센서(3)와 제어유닛(9)간에 연결된 커넥터 또는 슬립링(19) 및 배선(20)에서의 전압강하를 방지하는 장치가 없다. 전압신호의 전송중의 그러한 전압강하는 필연적으로 제어유닛(9)에 입력되는 측정된 조향토크치의 변화를 초래하며 따라서 제어유닛(9)이 측정된 조향토크치에 의하여 모터(13)의 동력보조동작을 정도높이 제어하는 것을 불가능하게 된다.

이 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해소하기위한 것으로 토크센서에서 제어유닛으로 전기신호를 전송하는 동안 전압강하의 영향없이 측정된 조향토크치를 정밀하게 나타내는 전기신호를 제어유닛에 입력하는 능력이 있으며 이에따라 제어유닛이 조향토크 측정치에 의하여 가장 정도높은 방식으로 모터의 동력보조동작을 제어할수 있게 개선된 차량용 모터구동식 동력 조량 제어장치를 마련하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 이 발명의 한실시예에서는 조향차륜과 작동할수 있게 연결된 핸들을 구비한 차량용 모터구동식 조향방식에 다음과 같이 구성된 모터구동식 동력조향방식의 동작을 제어하기 위한 장치를 마련하였다. 즉 운전자가 핸들에 가하는 조향력을 검출하고 검출된 조향력을 표시하는 전압을 발생하는 토크센서; 핸들을 통한 운전자의 조향동작을 동력으로 보조하기위한 모터; 토크센서에 의하여 검출된 조향력에 대응하여 상기 모터의 동력보조동작을 제어하기위하여 커넥터장치를 중간에 설치하고 있는 상기 토크센서와 전기적으로 연결된 제어유닛; 그리고 상기 토크센서에서 발생한 전압을 이 전압에 비례한 크기의 전류로 변환하고 이 변환된 전류를 제어유닛으로 공급하기위하여 상기 토크센서와 커넥터장치간에 설치된 변환기로 구성하였다.

이 발명의 다른 실시예에 의하여 차량용 모터구동식 동력조향장치는 핸들; 핸들과 일체적으로 회전하도록 고착 연결된 조향축; 차량의 운행속도를 검출하고 검출된 차속을 표시하는 출력신호를 발생하는 차속센서; 운전자가 상기 핸들에 가하는 회전력을 검출하고 검출된 조향토크를 표시하는 출력신호를 발생시키기 위하여 상기 조향축상에 설치된 토크센서 상기 조향축과 작동할수 있게 연결되고 상기 조향축을 통하여 핸들로 구동되는 제1피니온; 타이로드를 통하여 한쌍의 조향차륜과 작동할수 있게 연결되고 그위에는 제1피니온와 맞물려있는 제1랙톱니부와 제2랙톱니부가 형성되어 있는 랙; 상기 랙상의 제2랙 톱니부에 맞물려있는 제2피니온; 핸들, 조향축, 제1피니온 및 제1랙톱니부의 매개체를 통하여 운전자가 유발한 랙의 조향동작을 동력보조하기 위하여 감속기어를 통하여 제2피니온과 작동할수 있게 연결된 모터; 공급되는 전류의 크기에 대략 비례하여 상기 모터와 상기 제2피니온간에 동력을 전달하며 그들 사이에 설치된 제1전자슬라딩 클러치; 상기 모터와 제2피니온간의 동작연결을 선택적으로 설정 또는 이탈시키는 상기 모터와 상기 제2피니온 사이에 설치된 제2전자클러치; 상기 차속센서 및 토크센서로부터의 출력신호를 입력하여 상기 모터, 제1클러치, 제2클러치의 동작을 제어하며, 커넥터장치를 통하여 상기 토크센서와 전기적으로 연결된 제어유닛; 상기 토크센서와 상기 커넥터 장치사이에 설치되어 상기 토크센서에서 발생한 전압을 상기 전압에 비례하는 크기의 전류로 변환하고, 이 변환된 전류를 상기 커넥터장치를 통하여 상기 제어유닛으로 공급하는 콘버터로 구성된다. 한 실시예에서는 콘버터는 토크센서내에 조합되고 전치증폭기를 구성한다.

이 발명의 상술한 그리고 다른 목적이나 특징 및 장점은 다음의 첨부된 도면에 의한 몇가지 실시예의 상세한 설명으로 명백히 밝힌다.

이하 이 발명의 한실시예를 도면에 의하여 설명한다.

여기서 제7도와 같은 부호 및 상당부분은 같은 것을 표시한다. 제1도는 이 발명에 의하여 구성된 차량용 모터구동식 동력조향 계통의 개략도이다.

이 제1도에서 도시된 모터구동식 동력조향 계통은 핸들(1); 이 핸들(1)과 일체적으로 회전하게 이 핸들(1)의 상단에 고착 연결된 조향축(2): 운전자가 핸들(1)에 가하는 회전력을 검출하기 위하여 조향축(2)상에 설치되고 검출된 조향토크를 표시하는 전기신호를 발생하는 토크센서(3'); 제1만능이음(4a)을 통하여 서로 연결된 상단부(2a) 및 하단부(2b)를 포함하는 조향축(2); 제2만능이음(4b)을 통하여 조향축(2)의 하단과 그 상단이 작동할수 있게 연결된 제1피니온(5); 한쌍의 조향차륜(도시생략)과 차례로 연결된 타이로드(8a)(8b)와 볼조인트(7a)(7b)를 통하여 그 양쪽끝에 작동 가능하게 연결되고 제1피니온(5)과 맞물려있는 제1톱니부(6a)와 상기 제1톱니부(6a)와 일정한 측간격을 두고 혹은 연속된 제2톱니부(6b)가 있는 랙(6); 차량의 운행속도를 검출하고 이 검출된 차속을 표시하는 출력신호를 발생하는 차속센서(10); 차량에 설치된 축전지(11); 키 또는 점화스위치(12); 랙(6)상의 제2랙 톱니부(6b)와 맞물려있는 제2피니온(18); 운전자가 유발한 랙(6)의 조향동작을 동력보조하기 위하여 감속기어(R)를 통하여 제2피니온(18)과 작동가능하게 연결되고, 분권 또는 자석계자로된 직류모터로서, 축전지(11)에 의하여 구동되는 모터; 공급되는 전류의 크기에 대체로 비례하여 모터(13)와 제2피니온(18)간에 동력을 전달하기 위하여 그사이에 설치되고, 예를들면 파우더(powder)클러치, 히스테리시스(hysteresis)클러치 등과 같은 전자슬라이딩 클러치로서, 도시된 바와 같이 모터(13)의 출력측과 직결된 제1전자클러치(14); 모터(13)와 제2피니온(18)간에 설치되고 그들간의 동작연결을 선택적으로 설정 또는 이탈시키는 전자스위칭 클러치 형태의 제2전자클러치(17); 모터(13)와 제1 및 제2클러치(14)(17)의 동작을 제어하기위하여 차속센서(10) 및 토크센서(3)로부터의 출력신호를 입력하며, 그들 사이에 설치된 커넥터장치 또는 슬립링(19)을 통하여 토크센서(3')와 전기적으로 연결되어 있는 제어유닛(9)를 포함한다.

도시에서, 감속기어(R)는 제1전자슬라이딩 클러치(14)의 출력측과 작동가능하게 연결된 웜(worm : 15)과 맞물린 너트형태의 웜기어(16) 그리고 제2피니온(18)과 웜기어(16)를 기계적으로 결합 또는 분리시키는 제2전자스위칭클러치(17)로 구성된다.

이 발명에서 제2도에 도시한 바와 같이 토크센서(3')는 운전자가 핸들(1)에 가하는 조향토크에 상당하는 전압Vt를 발생하는 센서엘리먼트(3'a)와 이 센서엘리먼트(3'a)에서 발생된 전압을 제3도와 같이 측정된 운전자 유발의 조향토크에 직접 비례 또는 상당하는 강도의 정(定) 전류(Is)로 변환하는 전치증폭기(preamplifier)와 같은 전압/전류컨버터(3'b)로 구성되며 토크센서(3')에서 변환된 전류(IS)는 배선(20) 및 커넥터장치(19)를 통하여 제어유닛(9)으로 공급된다.

이와 같이하여 운전자가 유발한 조향토크를 표시하는 전압신호가 조향토크에 직접비례하는 전정류로 변화되므로 토크센서(3')와 제어유닛(9)간을 연결하고 있는 커넥터장치(19) 및/또는 배선(20)에서 형성되는 전압강하는 제어유닛(9)로 공급되는 정전류 형태의 전기신호에 영향을 주지 않는다. 따라서 제어유닛(9)은 운전자가 핸들(1)에 가한 조향토크에 의하여 이계통의 동력조향동작을 정밀하게 제어할수 있다. 더욱이 전압신호를 정전류 신호로 변환하므로 장거리 전송의 신호에서도 내잡음특성이 현저하게 개선되며 동작이 안정되고 신뢰성 높은 장치를 제공할수 있다.

상기 실시예에서는 컨버터(3'b) 토크센서(3')내에 조합되어 있지만은 이것을 토크센서(3')와 커넥터장치(19)사이의 토크센서밖의 위치에 배치하고 토크센서(3')와 분리하여 형성할수도 있다. 동작에 있어서 제어유닛(9)은 제5도에 도시한 바와 같은 방식으로 모터(13)와 제1전자슬라이딩클러치(14)의 동작제어를 실시한다.

먼저 정차시의 경우를 생각해보자.

이경우 엔진시동을 위하여 키스위치(12)를 온(on)하면 제2전자클러치(17)가 자동적으로 작동하여 제2피니온(18)을 웜기어(16)와 기계적으로 결합한다. 이 상태에서 핸들(1)이 운전자에 의하여 회전될때 제어유닛(9)은 제5도에 도시된 방식으로 모터(13)와 슬라이딩클러치(14)의 동작을 제어하게된다.

더욱 구체적으로 말하면 조향토크를 우측방향으로 증가시켜 제5도에서 a점에 도달하면은 모터(13)는 온되며 b점에서 100%의 전압이 인가된다. 조향토크가 더욱 증가함에 따라 전류는 C점에서 전류가 제1전자슬라이딩클러치(14)를 통하여 흐르기 시작하고 조향토크의 증가에 대하여 대수적관계로 전류의 크기가 증가하면 d점에서 100%전류로 된다. 다른한편 조향토크가 감소함에 따라 전자슬라이딩클러치(14)의 전류는 d점에서 감소하기 시작하여 C점에서 0%전류로 된다. 조향토크가 더욱 감소됨에 따라 모터(13)는 e점에서 오프(off)되고 그 인가전압은 f점에서 0%로 된다.

이와 마찬가지로 조향토크가 좌측방향으로 증가 또는 감소하는 경우도 모터(13)와 제1전자슬라이딩클러치(14)는 같은 방법으로 제어된다. 제4도에 표시한 바와 같이 제1전자슬라이딩클러치(14)의 특성은 전송토크 또는 슬라이딩 토크가 대략 클러치전류에 직접 비례하여 증가하는 범위가 사용되고 있다. 따라서 제5도에서 명백한 바와 같이 조향토크가 증가하여 a점에 도달하면은 100%전압이 인가되며 회전하기 시작한다. 조향토크가 더욱 증가하면은 제2전자슬라이딩클러치(14)의 전류는 C점에서 점차 증가하기 시작하므로서 제1전자슬라이딩클러치(14)에서 워엄(15)으로 전달되는 출력토크는 점차 증가하게 된다. 이결과 운전자에 의하여 핸들에 가해지는 회전력에 상당하는 크기의 보조토크가 모터(13)에서 제1전자슬라이딩클러치(14), 웜기어(16), 제2전자클러치(17) 및 제2피니온(18)을 경유하여 랙(6)상의 제2톱니부(6b)에 전달되어서 운전자의 조향동작은 가볍게 된다.

다음에는 자동차가 주행상태한 경우를 생각해보자.

이 경우 제6도와 같이 제1전자슬라이딩클러치(14)의 전류는 제어유닛(9)에 의하여 제어되어서 차속의 증가에 반비례하여 감소한다. 그렇게하여 슬라이딩 클러치전류가 제6도의 g점에서 0%로 된다. 즉, 설사운전자가 핸들(1)에 회전력을 가하여도 제1전자슬라이딩클러치(14)의 전류는 제로가 된다. 다른 한편 차속이 증가하여 제6도의 h점에 도달하면은 제2전자클러치(17)는 오프되어 작동하지 않게 되므로서 웜기어(16)와 제2피니온(18)간의 물림 또는 기계적 결합이 이탈된다. 이결과 핸들(1)을 회전할때 운전자는 오직 제2랙톱니부(6b)와 제2피니온(18)의 맞물림부하만을 느끼게 된다. 환언하면 조향계통은 동력보조없는 수동조향만으로 복귀한다. 반대로 차속이 감속되는 경우는 제어유닛(9)의 작용으로 제2피니온(18)과 웜기어(16)사이를 기계적으로 결합하도록 제1전자클러치(17)가 h점에서 온되어 작동되며 따라서 제1전자슬라이딩클러치(14)의 전류가 g점에서부터 점차 증가 하게된다.

Claims

운전자가 가하는 핸들(1)의 조향토크를 검출하여 전압으로 변환하는 토크센서(3)와, 상기 핸들(1)을 통한 운전자의 조향동작을 동력으로 보조하는 모터(13)와, 상기 토크센서(3)에서 검출된 조향토크에 대응하여 상기 모터(13)의 동력을 제어하기위하여 커넥터(19)를 통해 상기 토크센서(3)와 전기적으로 접속된 제어유닛(9)을 구비한 동력조향 제어장치에 있어서, 상기 토크센서(3')는 검출된 조향토크를 전압으로 변환하는 센서엘리먼트(3'a)와, 이 센서엘리먼트(3'a)에 발생된 전압을 이 전압에 비례하는 정(定) 전류(Is)로 변환하고 이 변환된 정전류(Is)를 제어유닛(9)으로 공급하는 전압/전류 컨버터(3'b)로 조합된 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 전압/전류 컨버터(3'b)는 상기 토크센서(3)와 커넥터(19)사이에 접속하는 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향 제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전압/전류 컨버터(3'b)는 전치증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 구동식 동력 조향 제어장치.