KR910001322B1

KR910001322B1 - 정속주행장치

Info

Publication number: KR910001322B1
Application number: KR1019880700395A
Authority: KR
Inventors: 다케시 야스카와; 마사요시 오니시
Original assignee: 미츠비시덴키 가부시키가이샤; 시키 모리야
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1991-03-04
Also published as: KR880701646A; US4941098A; WO1988001240A1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

정속주행장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본원 발명의 정속주행장치의 일실시예의 블록도.

제2도는 본원 발명의 정속주행장치에 있어서의 제어계 블록도.

제3도-제5도는 각기 본원 발명의 정속주행장치에 있어서의 제어계의 제2-제4의 실시예의 블록도.

제6도는 제2도-제5도의 제어계에 있어서의 절선근사회로의 회로도.

제7도는 역시 절선근사회로의 출력특성의 일례를 나타내는 도면.

제8도는 차속 대 게인특성의 일례를 나타내는 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

(기술분야)

본원 발명은 스텝모터식 액튜에이터에 의해서 자동차의 스로틀밸브를 제어하는 정속주행장치에 있어서, 스로틀밸브 개방속도를 차속에 대응하여 가변제어하는 가변게인제어를 행하므로써, 제어성의 향상을 도모한 정속주행장치에 관한 것이며, 더우기 설정차속과 실제차속의 속도편차가 소정 레벨 이하로 되면, 가변게인제어를 무효로 하고, 일정게인제어로 전환하여, 제어성 및 안정성의 향상을 도모한 정속주행장치에 관한 것이다.

(배경기술)

종래, 이 종류의 스텝모터식 정속주행장치에 있어서는, 스로틀밸브 개방속도 대 차속특성(이하 게인특성이라 한다)은 대략 플랙트한 특성(일정게인특성)을 가지고 있었다.

그런데, 자동차의 차종에 따라서, 예를들면 스포츠카에서는 상용차 및 승용차에 비해 구동능력에 여유가 있고, 따라서 가속도성능도 우수하기 때문에, 정속주행장치에 있어서도 높은 응답성이 요망되는 것으로, 그 게인특성도 차속에 대하여 직선에 가까운 것이 요망된다.

또한, 상용차에 있어서는 적재중량이 상당히 커진다는 것을 고려하여, 스포츠카와 같은 높은 응답성은 필요로 하지 않고, 도리어 차속의 전역에 걸쳐서 플래트한 게인특성이 요망된다.

그리고, 보통 승용차에 있어서는, 중속영역까지는 스포츠카에 유사적인 직선적 특성이 요구되며, 고속영역에서는 주행안전성의 관점에서 포화 또는 하강특성이 바람직하다.

상기와 같이, 종래의 정속주행장치에 있어서는, 게인특성이 대략 플래트한 특성을 가지고 있기 때문에, 자동차의 차종에 따라서 임기응변으로 바람직한 게인특성을 얻을 수 없는 것이다.

본원 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 게인특성에 대응하여 펄스모터의 속도 제어를 할 수 있고, 제어성 및 안전성의 향상을 기할 수 있는 정속주행장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

(발명의 개시)

본원 발명의 정속주행장치는 차속신호를 절선근사(折線近似)회로에 입력하여, 게인특성에 대응한 아날로그출력신호를 얻는 동시에, 이 아날로그 신호를 전압/주파수변환기에 입력하여, 기준펄스신호로 변환하고 이 기준펄스와 모터축에 장착한 엔코더에서 얻어지는 펄스신호를 위상비교기에 입력하여, 양 신호간의 위상차에 비례한 펄스폭을 가진 출력펄스신호를 얻고, 다음 단계인 적분회로를 통과시킨 후, 3각파 또는 톱니형파로 PWM 변조하고, 이 변조펄스에 의해 모터를 구동제어하도록 하였으므로, 게인특성에 대응하여 모터의 속도제어가 이루어지고, 소망하는 게인특성을 가진 정속주행장치가 된다.

또한, 상기 기준펄스에 펄스모터를 동기화(同期化) 구동하므로써, 상술한 게인특성에 대응하여 펄스모터의 속도제어가 이루어지는 동시에, 설정차속과 실제차속과의 속도편차가 어떤 소정 레벨 이하가 되면, 펄스모터는 일정 주파수로 구동하도록 되어, 제어의 안정도의 향상을 도모할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

다음에, 본원 발명의 정속주행장치의 구체적인 실시예에 대하여 도면에 의하여 설명한다. 제1도는 그 일실시예로서의 모터식 정속주행장치의 시스템 블록도를 나타내는 것이며, 도면에 있어서, (1)은 모터식 액튜에이터, (2)는 와이어권선릴(reel)이다. 이 와이어권선릴 (2)에는 와이어(3a)가 감겨져 있으며, 와이어(3a)의 선단에는 스로틀링크(5a)를 통해서 스로틀밸브(6)에 연결되어 있다.

그리고, 액셀페달(4)도 와이어(3b) 및 스로틀링크(5b)를 통해서 스로틀밸브(6)에 연결되어 있다. 이 액셀페달(4) 및 액튜에이터(1)에 의해, 스로틀밸브(6)의 스로틀개폐도가 조절되도록 되어 있다.

스로틀개폐도에 따라서 엔진(7)의 회전속도가 변화하고, 엔진(7)의 회전속도 즉 차속은 스피드미터(8)로 지시하도록 되어 있다. 액튜에이터(1)는 콘트롤 유니트(9)로 콘트롤하도록되어 있다. 그리고 (10)은 스위치박스 또는 조작패널이다.

이 제 1도에 있어서는 액셀페달(4)의 조작과는 관계없이 전동모터식 액튜에이터(1)가 스로틀링크(5a)에 작용하여 스로틀밸브(6)의 스로틀개폐도를 소정의 개폐도로 유지하고, 차속을 일정치로 정속 제어하는 것이 가능하다.

제 2도는 본원 발명 장치의 제 1실시예의 제어계의 블록도를 나타내는 것이며, 제 1도에 있어서의 콘트롤유니트(9)의 내부 구성의 일부를 나타낸다. 이 제 2도에 있어서, (19)는 차속검출기를 표시하며, 엔진의 구동축 등에 장착되고, 차속에 비례한 아날로그전압이 출력된다.

이 차속검출기(19)의 출력은 절선근사회로(20)에 입력되도록 되어 있다. 이 절선근사회로(20)는 상기 차속신호를 입력하고, 소망하는 게인커브에 대응한 아날로그신호를 전압/주파수(이하 V/F라 한다) 변환기(21)에 출력한다.

이 V/F 변환기(21)는 절선근사회로(20)에서 얻은 아날로그신호를 입력하여, 이것을 펄스주파수로 변환하고, 다음 단계인 위상비교기(22)의 기준펄스신호로서 출력한다.

위상비교기(22)는 상기 기준펄스신호와 DC 모터 (25)의 축에 장착한 엔코더(26)에서 얻어지는 모터속도펄스신호를 비교입력신호로서 받아들여 동기화 제어를 행하도록 되어 있다.

즉, 양 신호간의 위상차를 검출하고, 이 위상차에 비례한 펄스폭을 가진 펄스신호(PLL 출력)를 출력한다.

이 펄스신호는 다음 단계의 적분회로(27)의 연산증폭기 A₁₀의 (-)입력단(入力端)에 저항 R₃을 통해서 입력되도록 되어 있다.

이 연산증폭기 A₁₀의 (+)입력단을 저항 R₂를 통해서 어스되어 있는 동시에, 저항 R₁을 통해서 +V_CC에 접속되어 있다. 연산증폭기 A₁₀의 출력단과 (-)입력단 사이에는 콘덴서 C₁이 접속되어 있다.

연산증폭기 A₁₀의 출력단은 PWM(펄스폭 변조) 회로(28)의 연산증폭기 A₁₁의 (-)입력단에 저항 R₄를 통해서 입력되도록 되어 있다.

이 연산증폭기 A₁₁의 (+)입력단에는 3각파 또는 톱니형파 발진기(23)의 출력이 저항 R₅를 통해서 입력되도록 되어 있다. 이 연산증폭기 A₁₁의 출력은 저항 R₁₈을 경유하여 회전방향 밸브 별기(別器)(24)에 송출하도록 되어 있다.

이 회전방향 밸브 별기(24)의 출력은 인버터 IN₁-IN₄, 저항 R₆-R₉를 각기 거쳐, 트랜지스터 Tr₂, Tr_1,Tr_8,Tr₇에 입력되도록 되어 있다. 트랜지스터 Tr₁-Tr₈은 모터드라이버(29)의 주체를 이루는 것이며, 트랜지스터 Tr₁, Tr₂의 각 에미터는 어스되고, 양 트랜지스터 Tr₁, Tr₂의 콜렉터는 저항 R₁₀, R₁₁을 각기 통해서 전원 +V_EE에 접속되어 있는 동시에, 저항 R₁₃, R₁₂를 통해서 트랜지스터 Tr₄, Tr₃의 베이스에 접속되어 있다.

트랜지스터 Tr₃의 에미터는 전원 +V_EE에 접속되고, 트랜지스터 Tr₄의 에미터는 어스되고, 양 트랜지스터 Tr_3,Tr₄의 콜렉터는 DC모터(25)를 통해서 트랜지스터 Tr_5,Tr₆의 콜렉터에 접속되어 있다.

트랜지스터 Tr₃-Tr₆의 콜렉터 . 에미터 사이에는 각기 다이오드 D₁-E₄가 접속되어 있다. 트랜지스 터Tr₅의 에미터는 전원 +V_EE에 접속되고, 트랜지스터 Tr₆의 에미터는 어스되어 있다.

상기 트랜지스터 Tr₇, Tr₈의 각 에미터는 어스되고, 콜렉터는 각기 저항 R₁₆, R₁₇을 통해서 전원 +V_EE에 접속되어있는 동시에, 저항 R₁₄, R₁₅를 통해서 트랜지스터 Tr₅, Tr₆의 베이스에 접속되어 있다.

다음에, 이 제 2도의 제어계의 동작에 대하여 설명한다. 차속검출기(19)가 차속에 비례한 아날로그전압을 절선근사회로(20)에 보내고, 거기서 소망하는 게인커브에 대응한 아날로그신호를 V/F변환기 (21)에 보내며, 이 아날로그 신호를 V/F변환기(21)에서 펄스주파수로 변환하여, 위상비교기(22)에 기준신호로서 출력한다.

한편, 엔코더(26)에서 얻어지는 모터속도펄스신호는 위상비교기(22)에 송출되고 있으며, 위상비교기(22)는 이 모터속도펄스신호와 비교입력신호와의 위상비교를 행하여, 양자간의 위상을 검출하고, 이 위상차에 비례한 펄스폭을 가진 펄스신호를 적분회로(27)에 송출한다.

이 적분회로(27)에 의해 재차 아날로그치로 변환되어, 다음 단계인 PWM 회로(28)에 입력되고, 소정 주파수의 3각파 또는 톱니형파 발진기(23)의 출력으로 변조되어, 상기 적분회로(27)의 아날로그출력치에 비례한 펄스신호(PWM 출력)가 출력된다.

이 PWM신호는 다음 단계인 회전방향 밸브 별기(24)에 입력되고, 이것에서 4개의 구동신호가 출력되어, 트랜지스터 Tr₁-Tr₈을 주체로 하는 다음 단계의 모터드라이버회로(29)를 구동 제어한다.

이 모터드라이버회로(29)에 의해 모터속도는 상기 절선근사회로(20)에서 얻은 게인특성에 일치하도록 위상동기화 제어되는 동시에 회전방향도 아울러 함께 제어된다.

제 3도는 본원 발명의 정속주행장치의 제2의 실시예의 제어계의 블록도를 나타낸 것이며, (30)은 설정차속과 실제차속의 차를 검출하기 위한 속도편차 검출회로이고, 이 편차가 소정의 레벨이하로 되면, 다음 단계의 전환회로(31)에 작용하여, 아날로그스위치 K₁을 여는 동시에, 아날로그스위치 K₂를 닫으므로, PWM 회로(28)에는 일정전압이 인가되도록 되고, 가변제어는 무효가 되고 일정게인 제어로 전환하게 된다. 저항R₁₉, R₂₀은 일정게인 제어를 위한 기준전압을 만들기 위한 저항회로를 나타내는 것이다. 상기 이외의 구성요소는 제 2도의 실시예와 동일하므로 생략한다.

제 4도는 본원 발명의 장치의 제3의 실시예의 제어계의 블록도를 나타내는 것이며, (19)는 차속검출기이고 엔진의 구동축 등에 장착되며, 차속에 비례한 아날로그전압이 출력된다. (20)은 후술하는 바와 같은 절선근사회로이며, 상기 차속신호를 입력하여 소망의 게인커브에 대응한 아날로그신호를 출력한다.

이 아날로그신호는 전압/주파수변환기(21)에 출력하도록 되어 있다. 이 전압/주파수변환기(21)의 출력은 회전수/상(相)여자밸브 별기(42)에 출력하도록 되어 있다.

이 회전수/상여자밸브 별기(42)의 출력은 A상(相) 권선의 펄스모터드라이버(29a)의 인버터 IN₁-IN₄및 저항 R₆-R₉를 통해서 트랜지스터 Tr_2,Tr₁, Tr₈, Tr₇의 베이스에 공급하도록 되어 있는 동시에, 인버터 IN₁₁-IN₁₄를 통해서 B상 권선의 펄스모터드라이버(29b)에 공급하도록 되어 있다.

트랜지스터 Tr₁, Tr₂의 각 에미터는 어스되고, 그 각 콜렉터는 저항 R₁₀, R₁₁을 통해서 전원+V_EE에 접속되어 있다.

마찬가지로, 트랜지스터 Tr₇, Tr₈의 각 에미터는 어스되고, 각 콜렉터는 저항 R₁₆, R₁₇을 통해서 전원+V_EE에 접속되어 있다.

트랜지스터Tr₂, Tr₁의 각 콜렉터는 저항 R_12,R₁₃을 통해서 트랜지스터 Tr₃, Tr₄의 베이스에 접속되어 있다. 양 트랜지스터 Tr₃, Tr₄의 콜렉터는 공통으로 펄스모터권선

A 통해서 트랜지스터 Tr₅, Tr₆의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr₃의 에미터는 전원 +V_EE에 접속되고, 트랜지스터 Tr₄의 에미터는 어스되어 있다.

상기 트랜지스터 Tr_7,Tr₈의 콜렉터는 각기 저항 R₁₄, R₁₅를 통해서 트랜지스터 Tr_5,Tr₆의 베이스에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr₅의 에미터는 전원 +V_EE에 접속되고, 트랜지스터 Tr₆의 에미터는 어스되어 있다.

트랜지스터 Tr₃-Tr₆의 각 에미터· 콜렉터 사이에는 각기 다이오드 D₁-D₄가 접속되어 있으며, 다이오드D₁과 D_2,D₃과 D₄의 접속점 사이에는 펄스모터권선

A이 접속되어 있다.

B상 권선의 펄스모터드라이버(29b)도 펄스모터권선

A,

A를 구동하도록 되어 있다. 이 B상 권선의 펄스모터드라이버(29b)는 A상 권선의 펄스모터드라이버(29a)와 전혀 동일하게 구성되어 있다.

이와 같이 구성함으로써, 차속검출기(19)로 검출된 차속에 비례한 아날로그 전압이 절선근사회로(20)에 입력된다.

이 절선근사회로(20)는 차속신호를 입력하여, 소망의 게인커브에 대응한 아날로그신호를 출력하여 전압/주파수변환기(21)에 송출한다.

이 전압/주파수변환기(21)는 상기의 절선근사회로(20)에서 얻은 아날로그신호를 입력하고, 이것을 펄스주파수로 변환하여, 다음 단계의 회전수/상여자밸브 별기(42)를 경유하여 펄스모터드라이버(29a), (29b)에 입력하고, 펄스모터권선

A,

B,

B를 상기 펄스주파수에 동기하여 여자하므로써, 절선근사회로에서 얻은 게인특성에 대응하여 펄스모터의 속도제어가 행하여지는 동시에 회전방향도 아울러 함께 제어된다.

제5도는 본원 발명에 있어서의 제어계의 제4의 실시예의 블록도를 나타내는 것이며, 차속검출기(19)는 엔진의 구동축 등에 장착되고, 차속에 비례한 아날로그전압이 출력된다. 이 출력은 절선근사회로(20)에 송출된다. 이 절선근사회로(20)는 차속신호를 입력하고, 소망의 게인커브에 대응한 아날로그신호를 전압/주파수변환기(21)에 출력한다.

한편, 편차증폭기(54)는 설정차속과 실제차속(어느 것이나 아날로그치)을 입력하고, 그 편차에 비례한 아날로그전압을 선택회로(55)에 출력한다.

이 선택회로(55)는 상기 편차증폭기(54)로부터의 출력전압을 입력하고, 그 레벨판정을 행하여, 그 값이 소정 레벨 이하인 경우에는 일정전압을 전압/주파수변환기(21)에 출력하며, 그 이외의 경우에는 동시에 입력되어 있는 절선근사회로(20)로부터의 출력을 전압/주파수변환기(21)에 출력하도록 작용한다.

전압/주파수변환기(21)는 선택회로(55)에서 얻은 아날로그신호를 입력하고, 이것을 펄스주파수로 변환하여, 다음 단계의 회전수/상여자밸브 별기(42)를 경유하여 펄스모터드라이버(29a), (29b)에 입력하고, 4상펄스모터권선

A,

B,

B를 상기 펄스주파수에 동기하여 여자하므로써, 절선근사회로(20)에서 얻은 게인특성에 대응하여 펄스모터의 속도제어가 이루어진다.

또한, 속도편차지가 소정 레벨 이하인 경우에는, 일정 주파수의 펄스로 펄스모터를 정속 구동하는 동시에, 회전방향도 아울러 함께 제어된다.

이 제 5도에 있어서, 기타의 구성, 작용은 제 4도와 동일하다.

또한, B상 권선의 펄스모터드라이버(29b)의 구성은 A상 권선의 펄스모터드라이버회로(29a)의 구성과 전혀 동일하다.

제 6도는 제 2도-제 5도에 있어서의 절선근사회로(20)의 구체적 실시예를 나타내는 것이며, A₁은 입력 증폭기, A₇은 출력증폭기, A₂-A₆은 각기 절선근사를 행하는 가산기를 나타낸다.

입력증폭기 A₁의 (-)입력단에는, 입력단자 IN로부터의 저항 R₁₂₂를 통하여 차속검출기(19)로부터의 차속신호가 입력되고, (+)입력단은 어스되어 있다. 입력증폭기 A₁의 (-)입력단과 출력단 사이에는 저항 R₁₂₁이 접속되어 있다.

이 연산증폭기 A₁의 출력은 가산기 A₂-A₆의 각 (-)입력단에 각기 저항 R₁₁₁-R₁₁₅를 통해서 입력하도록 되어 있으며, 이 각 (-)입력단은 가변저항 R₁₁₆-R₁₂₀, 저항 R₁₂₃-R₁₂₇을 통하여 각기 가산치 E₁-E₅가 입력되도록 되어 있다.

가산기 E₁-E₅는 각기 가변저항 R₁₁₆-R₁₂₀에서 얻어지는 것이며, 각 가변저항 R₁₁₆-R₁₂₀을 전원 V_CC과 어스 사이에 접속하고 있다.

가산기 A₂-A₆의 출력단은 각기 다이오드 D₁₁과 D₁₂, D₁₃과 D₁₄, ......D₁₉와 D₂₀의 각 접속점 사이에 접속되어 있다. 다이오드 D₁₁, D₁₃, D₁₅, D_17,D₁₉의 양극은 가산기 A₂-A₆의 (-)입력단에 접속되어 있다.

다이오드 D₁₂, D₁₄, D₁₆, D_18,D₂₀의 각 음극은 저항 R₁₀₆-R₁₁₀과 가변저항 R₁₀₁-R₁₀₅과의 각 접속점에 접속되어 있다. 저항 R₁₀₆-R₁₁₀과 가변저항 R₁₀₁-R₁₀₅의 직렬회로는 가산기 A₂-A₆의 (-)입력단과 출력증폭기 A₇의 (-)입력단에 접속되어 있다.

가산기 A₂-A₆, 출력증폭기 A₇의 각 (+)입력단은 어스되어 있다. 출력증폭기 A₇의 (-)입력단과 출력단 사이에는 저항 R₀가 접속되어 있다. 이 출력단은 출력단자 OUT에 접속되어 있다. 가변저항 R_IN은 입력증폭기 A₁의 출력단과 출력증폭기 A₇의 (-)입력단 사이에 접속되어 있다.

다음에, 이 절선근사회로의 기능에 대하여 설명한다. 지금, 가산기 A₂-A₆의 가산치를 E₁-E₅라 하면, 이 절선근사회로의 출력특성은 제7도에 나타내는 바와 같이, 각기의 구간에 있어서의 경사 S₁-S₅는 다음식에 의해서 결정된다.

이 출력특성이 게인특성에 대응하는 것이며, 상수(저항치)의 변경에 의해, 상술한 플러스의 경사도 이외에 0 또는 마이너스의 경사도도 선택할 수 있는 것이다.

제8도는 일반적으로 소망되는 정속주행장치의 게인특성이고, A는 스포츠카, B는 상용차, C는 보통 승용차에 대한 특성곡선을 나타내는 것이며, 상술한 절선근사회로를 사용하므로써 용이하게 실현되는 것이다.

Claims

모터(25)에 의해 구동되는 전동식 액튜에이터에 의해서 스로틀밸브(6)를 조작하고, 스로틀개폐도를 제어하여 차속을 일정하게 하는 정속주행장치에 있어서, 차속신호를 입력하여 상기 스로틀밸브(6)의 스로틀밸브 개방속도 대 차속특성에 대응한 아날로그출력신호를 얻는 절선근사회로(20)와, 상기 아날로그신호로부터 기준펄스신호를 얻는 전압/주파수변환기(21)와, 상기 모터(25)의 모터속도펄스신호와 상기 기준펄스신호를 비교하여 이 양자간의 위상차에 비례한 펄스폭을 가진 출력펄스를 발생하는 위상비교기(22)와, 이 위상비교기(22)의 출력펄스의 적분치를 3각파 또는 톱니형파로 펄스폭 변조하여 스로틀밸브 개방속도를 차속에 대응하여 가변제어하도록 상기 모터(25)를 구동제어하는 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정속주행장치.
제1항에 있어서, 제어수단은 설정차속과 실제차속의 속도편차가 소정 레벨보다 작아지면 스로틀밸브개방속도를 차속에 대응하는 게인의 가변제어를 무효로 하여 일정 게인제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 정속주행장치.
모터(25)에 의해 구동되는 전동식 액튜에이터에 의해서 스로틀밸브(6)를 조작하고, 스로틀개폐도를 제어하여 차속을 일정하게 하는 정속주행장치에 있어서, 차속신호를 입력하여 소정의 게인커브에 대응한 아날로그신호를 출력하는 절선근사회로(20)와, 이 절선근사회로(20)의 출력을 펄스주파수로 변환하는 전압/주파수변환기(21)와, 이 전압/주파수변환기(21)에서 출력되는 펄스주파수에 의해 상기 모터(25)의 회전수와 상여자(相勵磁)를 판별하여 이 모터를 구동하므로써 스로틀밸브 개방속도를 차속에 대응하여 가변제어하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정속주행장치.
제3항에 있어서, 제어수단은 설정차속과 실제차속의 속도편차가 소정레벨 이하에서는 스로틀밸브 개방속도를 차속에 대응하여 가변제어하는 것을 무효로 하여 스로틀밸브 개방속도 대 차속특성이 일정한 제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 정속주행장치.