KR910000397B1 - 모터구동식 동력조향(power steering)장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

모터구동식 동력조향(Power Strering)장치

제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 모터구동식 동력조향 장치의 구성도.

제2도 및 제3도는 히스테리시스클러치의 단면도 및 측면도.

제4도 및 제5도는 히스테리시스클러치의 특성도.

제6도는 모터제어 특성도.

제7도 및 제8도는 히스테리시스클러치의 차속도 제어특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸들 3 : 토크센서

5 : 제1 피니온축 9 : 컨트롤유닛

10 : 차속센서 11 : 배터리

13 : 모터 14 : 히스테리시스클러치

15 : 웜축 16 : 웜기어축

17 : 제2 피니온축

이 발명은 자동차의 조향장치를 모터의 회전력으로 동력보조하는 모터구동식 동력조향장치에 관한 것이다.

종래, 이와 같은 종류의 조향장치에는 모터의 출력토크를 조향보조력으로 주기 위해 결합과 이탈이 연속적으로 이루어질 수 있는 슬립클러치를 사용하고, 이 슬립클러치로서는, 중량당 전달토크가 큰 파우더클러치 등을 사용하는 일이 많았으나, 파우더클러치는 록현상(파우더가 입력, 출력간극을 먹는 현상)을 일으킬 염려가 있으므로, 모터출력의 감속기 전후에 페일세이프의 목적으로만 전자클러치를 부가해서 삽입할 필요가 있었다.

또, 핸들의 조향토크에 따라 모터의 출력토크를 제어하여 조향보조력을 직접 제어하는 방식에서도, 모터가 고장으로 정지하였을 때는 핸들이 대단히 무거워지므로 감속기의 앞 또는 뒤에 오직 페일세이프를 위해서 전자클러치를 삽입할 필요가 있다.

그러나, 이 경우에는 차속도의 증가와 함께 조향력이 감소하며, 조향보조력이 불필요하게 되었을 때 동력조향장치를 이탈시키는 방식에서 전자클러치를 급하게 단속시키면 핸들에 충력이 전달되거나 소음을 발생시킨다.

그래서, 전자클러치의 전류를 시간을 두고 천천히 증감하는 제어를 하여도 슬립음(音)이 발생한다는 문제점이 있었다.

이 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 페일세이프용 전자클러치가 불필요하고 또 핸들에 소음이나 충격을 방지하도록 한 모터구동식 조향장치를 얻는데 그 목적이 있다.

이 발명은 모터와 감속기 사이에 여자전류의 변화에 따라 모터의 출력토크를 조향보조력으로서 결합 및 이탈하는 히스테리시스클러치를 삽입한 것이다.

이 발명은 모터와 감속기 사이에 히스테리시스 클러치를 갖춤으로써 페일세이프용 전자클러치가 불필요하게 되고, 신뢰성이 높은 스티어링이 됨과 동시에 히스테리시스클러치의 여자전류를 제어함으로써 핸들에 충격이나 소음을 해소시킨 것이다.

이 발명의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제1도에 있어서, 1은 조향회전력을 받는 핸들, 3은 핸들(1)에 가해진 회전력에 따라 신호를 출력시키는 토크센서, 4a는 제1 자재이음, 4b는 제2 자재이음, 2a는 핸들(1)과 토크센서(3)의 사이를 연결하는 제1 스티어링샤프트, 2b는 토크센서(3)와 제1의 자재이음(4a) 사이를 연결하는 제2 스티어링샤프트, 2c는 제1 자재이음(4a)와 제2 자재이음(4b)에 연결되는 제1 피니온축, 6은 제1 피니온축(5)과 맞물리는 제1 랙톱니(6a)와 제2 랙톱니부(6b)를 가진 랙축, 7a는 한쪽의 지지봉(8a)과 랙축(6)의 한쪽을 연결하는 한쪽의 볼조인트, 7b는 다른 쪽의 지지봉(8b)과 랙축(6)의 다른 쪽을 연결하는 볼조인트이다.

9는 컨트롤유닛, 10은 차속도를 검출하는 차속센서, 11은 배터리, 12는 키스위치, 13은 분권 또는 영구자석 계자를 가진 직류모터로서, 배터리(11)에서 컨트롤유닛(9)을 통하여 구동된다.

14는 모터(13)의 출력축에 연결되고 감속기의 고속측을 형성하는 웜축(15)사이에 삽입되고, 컨트롤유닛(9)가 출력하는 여자전류에 따라 슬립 전달토크가 연속적으로 변화하는 히스테리시스클러치, 16은 상기 웜축(15)과 맞물려 구동되는 웜기어축, 17은 랙축(6)의 제2 랙톱니부(6b)와 맞물리는 제2 피니온축이다.

제2도 및 제3도는 히스테리시스 클러치(14)의 단면도와 측면도인데, 14a는 여자코일(14b)를 가진 스테이터, 14c는 입력축, 14d는 니들베어링, 14e는 입력측의 제1 회전자인데, 14f는 그 외측자극(外側磁極), 14g는 내측자극, 14h는 출력축, 14i는 볼베어링, 14j는 출력측의 제2 회전자인데, 14k는 영구자석, 14l은 커버이다.

다음에 동작에 관하여 설명한다.

우선, 제1도에 있어서, 엔진을 시동할 때 키스위치(12)를 온시키면, 배터리(11)에서 키스위치(12)를 통하여 컨트롤유닛(9)에 전원이 공급되어 컨트롤유닛(9)은 작동을 개시한다. 여기에서, 회로가 정상이라면, 히스테리시스클러치(14)에는 100% 여자전류가 흘러, 모터(13)와 웜축(15) 사이를 소정의 전달로크로 연결시킨다.

이 상태에서, 핸들(1)에 운전자가 회전력을 주면, 컨트롤유닛(9)은 제6도의 모터제어 특성도에 표시한 것과 같이 모터(13)에 흐르는 전류를 제어한다.

결국, 조향토크를 우측방향으로 증가시키면, 모터전류도 거의 비례적으로 증가한다.

이때, 조향토크가 영(零)이라 하더라도 모터의 무부하시에 해당하는 전류(20-30%)를 흘려서 상승시의 무거운감을 감소시키고 있다.

동일하게, 조향토크를 좌측방향으로의 조향에서도 제어된다. 이와 같이, 조향토크에 따라 모터(13)에 전류가 흐르면 모터(13)는 회전력을 발생하며, 히스테리시스클러치(14)는 원칙적으로 슬립없는 상태에서 회전력을 웜축(15)에서 웜기어축(16), 제2 피니온축(17), 제2 랙톱니부(6b)를 통하여 랙축(6)에 전달된다.

이 전달력은 운전자가 주로 조향토크와 동일방향이므로 조향 보조력으로 되며 운전자는 동력보조된 가벼운 조향이 가능하게 된다.

이상의 동작은 엔진이 시동하여도 자동차가 정지되어 있거나 매우 저속(10km/H 이하)에서의 조향상태이며, 히스테리시스클러치(14)에는 제7도의 차속특성도에 표시한 바와 같이 100% 여자전류가 공급되어 있으므로 전달토크는 크고 모터(13)의 출력토크를 100% 전달가능한 상태에 있으며 슬립은 생기지 않는다.

여기에서, 상기 히스테리시스클러치(14)의 동작원리와 특성을 제2도 내지 제5도에 의하여 설명한다.

우선, 제2도에 있어서, 컨트롤유닛(9)로부터의 여자전류는 스테이터(14a)의 여자코일(14b)에 공급된다.

이 코일(14b)에 의한 기자력은 제1 회전자(14e)의 외측자극(14f)와 내측자극(14g)의 공극에 회전하는 자장이 발생하며, 이 공극에 배치된 제2 회전자(14j)의 영구자석(14k)은 자화되지만, 영구자석(14k)에는 히스테리시스특성이 있으므로, 영구자석의 극성의 변화는 자극보다 늦어지며, 이 결과 제1회전자(14e)와 제2회전자(14j)는 자기적으로 연결된다.

이와 같은 히스테리시스클러치(14)의 특성은 제3도, 제4도에 표시하며, 제4도는 여자전류대 토크특성을 표시하고, 거의 자기회로의 포화특성에 따른 전달토크의 증가를 표시하는 직선성의 양호한 부분을 사용하고 있다.

제5도는 슬립회전수대 토크특성도인데, 여자전류를 파라미터로 한 슬립회전수의 변화에 의한 전달토크의 변화를 나타내며, 슬립회전수가 변화하여도 전달토크에는 거의 영향을 주지 않는다는 것을 표시하고 있다.

다음에, 자동차가 주행을 개시한 경우, 히스테리시스클러치(14)의 차속 제어특성의 한 예를 제7도에 표시한다.

차속도에 대하여 히스테리시스클러치(14)의 여자전류를 약 10km/H로부터 감소시켜, 40km/H에서 영(zero)으로 함으로써, 조향보조력이 불필요한 고속(40km/H 이상)은 조향보조없이 주행한다.

이때, 차속의 증가와 함께 서서히 조향보조력이 감소하므로 조향보조의 유무에 의한 연결의 변화를 급격하게 일으키지 않고 핸들(1)에 충격을 주거나, 소음을 발생하는 일이 없다. 제8도는 소정의 차속에서 조향보조력을 ON/OFF 제어하는 방식의 한 예인데, 차속이 서서히 증가하여 클러치 OFF 레벨인 a점 차속에 도달하면, 히스테리시스클러치(14)의 OFF 지령이 출력된다.

이로 인하여, 컨트롤유닛(9)은 클러치전류를 급격하게 OFF시키지 않고 시간을 두고 서서히 감소(100-1000ms)시키기 때문에 급격한 조향보조력의 변화에 따른 충격은 발생하지 않으며 운전자는 차속증감에 따른 부자연스러운감을 느끼지 않는다.

또, 상기 실시예에서는, 제1 피니온축(5)과 제2 피니온축(17)의 2개의 피니온축을 사용한 방식에 관하여 설명하였으나, 제1 피니온축(5)에 웜기어축(16)을 고정한 1개의 피니온축 방식이어도 동일한 작용을 얻는다.

이상 설명한 바와 같이 이 발명에 의하면, 모터와 감속기 사이에 히스테리시스클러치를 삽입함으로써 페일세이프용 전자크레치를 불필요하게 하고, 신뢰성이 높고 염가한 장치가 된다.

또 핸들의 조향토크에 따라 조향보조를 모터전류 제어로 직접 할 수 있는 방식에서도 소정의 차속범위에서 서서히 조향보조력을 증감시키는 경우나, 소정의 차속도에서 조향보조력을 ON/OFF시키는 경우에서도 히스테리시스클러치의 여자전류를 제어함으로써 핸들로의 충격이나 소음을 발생하지 않고 조향보조의 유무에 의한 조향감각의 부자연감을 완화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 핸들의 회전력을 검출하는 토크센서와, 차속을 검출하는 차속센서와, 직류모터와 감속기 사이에 삽입되어 여자전류의 변화에 따라 상기 모터의 출력토크를 조향보조력으로서 결합 및 이탈을 연속적으로 제어하는 히스테리시스클러치와, 토크센서 및 차속센서의 신호를 입력으로 하고 배터리를 전원으로 하여 모터전류 및 히스테리시스클러치 전류를 제어하는 컨트롤유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향장치.
2. 제1항에 있어서, 히스테리시스클러치의 여자전류를 차속의 증감에 따라 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향장치.
3. 제1항에 있어서, 히스테리시스클러치의 여자전류를 임의의 차속에서 서서히 통전 또는 차단시키는 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향장치.

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