KR920005374B1

KR920005374B1 - 동력조향(power steering)장치

Info

Publication number: KR920005374B1
Application number: KR1019890012459A
Authority: KR
Inventors: 미쓰하루 모리시다
Original assignee: 미쓰비시전기 주식회사; 시끼모리야
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1992-07-02
Also published as: DE68920103D1; US5000278A; EP0361726A2; JPH0288362A; KR900004578A; EP0361726A3; DE68920103T2; EP0361726B1

Abstract

내용 없음.

Description

동력조향(power steering)장치

제1도는 본 발명의 한 실시예인 동력조향장치의 개략적인 구성도.

제2도는 제1도의 제어장치(12)의 상세 내용을 나타내는 회로도.

제3도는 토크센서의 출력 특성을 나타내는 특성도.

제4도는 제1 F/V변환회로의 출력특성을 나타내는 특성도.

제5도는 제2 F/V변환회로의 출력특성을 나타내는 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 토크센서 10 : DC모터

15 : 차속센서 16 : 엔진회전수센서

45,46 : 제1, 제2 F/V변환회로

본 발명은, 자동차의 조향장치(스테어링)를 모터의 회전력으로 보조력을 가하여 조향을 용이하게 하는 모터구동방식의 동력조향장치에 관한 것이다. 일반적으로, 자동차에 있어서, 차속이 증가하면, 노면과 타이어 사이에 저항이 작아지고, 조향에 소요되는 힘이 적게 든다. 따라서 모터의 회전력으로 조향을 보조하는 모터구동방식의 동력조향장치에 있어서, 상기 모터에 의한 보조력이, 고속주행시와 정치시에 서로 같다고 하면, 고속주행시에는, 조향에 소요되는 힘이 과도하게 가벼워서 안정된 조향감각을 얻기가 어렵고, 더욱이, 급조향의 경우 핸들의 꺽임이 지나쳐서 차체가 불안정하게 흔들려 전도의 위험성이 있는 등 문제점이 있었다.

본 발명은, 상술한 점에 비추어서 이루어진 것으로, 고속주행시에 있어서도 안정된 조향감각을 얻을 수 있는 동시에 급조향의 경우라 할지라고 핸들의 지나친 핸들의 지나친 꺽임이 일어나지 않는 안정성 높은 동력조향 장치를 제공함을 목적으로 한다. 본 발명에 있어서는, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 조향장치에 가해지는 조향토크 및 조향방향에 대응한 토크센서의 출력에 따라, 조향을 보조해 주는 모터를 구동하는 동력조향장치에 있어서, 차속센서의 출력이 주어지고, 차속의 증기에 따라 출력전압이 감소하는 출력특성을 갖는 제1 F/V변환회로와 엔진회전수센서의 출력이 주어지고, 엔진회전수의 증가에 따라 출력전압이 감소하는 출력특성을 갖는 제2 F/V변환회로와, 상기 제1 F/V변환회로 또는 제2 F/V변환회로의 출력전압에 따라, 상기 모터에 흐르는 전류치를, 차속의 증가 또는 엔진회전수의 증가에 따라 낮게 제한하는 모터전류 제한회로를 갖추고, 상기 제1 F/V변환회로의 출력전압이, 상기 토크센서를 구성하는 포텐쇼미터의 전원전압으로 공급되도록 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 차속의 증가에 따라서 출력전압이 감소하는 제1 F/V변환회로의 출력전압이, 토크센서를 구성하는 트랜쇼미터의 전원전압으로 공급되므로, 조향토크에 대한 모터전류를 차속의 증가에 따라 감소하게 되고, 이에 따라 고속주행시에도 조향이 과도하게 가벼워지는 일은 없으며, 안정된 조향감각을 얻게 된다. 또, 제1 F/V변환회로 또는 제2 F/V변환회로의 출력전압에 따라 모터에 흐르는 전류치를, 차속의 증가 또는 엔진회전수의 증가에 따라서 낮게 제한하도록 하고 있으므로, 모터에 의한 보조력이 제한되게 되어, 고속주행시의 급조향에서도 과도하게 꺽이는 수가 없다.

다음에는, 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는, 본 발명의 한 실시예의 동력조향장치의 개략적인 구성도이다. 이 도면에 있어서, 1은 운전자에 의해 조향토크가 가해지는 핸들(스티어링휠) 2는 핸들(1)에 가해지는 조향토크 및 조향방법에 대응하는 전기신호를 출력하는 토크센서이고, 이 토크센서(2)는 핸들(1)의 조향토크에 대응하는 비틀림각도변위로 변위하는 토크-변위변환기(2a)와, 이 토크-변위변환기(2a)의 우방향각도변위에 따른 전기신호를 출력하는 우방향용 포텐쇼미터(2b)와, 토크-변위 변환기(2a)의 좌방향의 각도변위에 따른 전기신호를 출력하는 좌방향용 포텐쇼미터(2c)를 갖추고 있다. 3은 핸들(1)과 토크센서(2)를 연결하는 제1조향측, 4는 토크센서(2)와 제1유니버설조인트(5)를 연결하는 제2조향측, 6은 제1, 제2유니버설조인트(5),(7)사이를 연결하는 제3조향측, 8은 제2유니버설조인트(7)에 연결된 피니언기어측, 9은 이 피니언기어측(8)에 맞물려 있는 택측, 10은 감속기어(11)을 거쳐서 조향을 보조하도록 피니언기어측(8)을 구동시키는 DC모터, 12는 제어장치, 13은 배터리, 14는 키스위치, 15는 차속센서, 16은 엔진회전수센서이다.

제2도는 제1도의 제어장치(12)를 상세하게 나타내는 회로도이다. 제어장치(12)는, 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력을 (+)측 입력으로 하고, 저항(17),(18)의 접속점의 전위를 (-)측 입력으로 하는 제1비교기(19)와, 마찬가지로 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력을 (+)측 입력으로 하는 제2비교기(20)와, 좌방향용 포텐쇼미터(2c)의 출력을 (+)측 입력으로 하고, 저항(21),(22)의 접속점의 전위를 (-)측 입력으로 하는 제3비교기와, 좌방향용 포텐쇼미터(2c)의 출력을 (+)측 입력으로 하는 제4비교기(24)와, 제1비교기(19)의 출력을 반전시키는 제1인버터(25)와, 제3비교기(23)의 출력을 반전시키는 제2인버터(26)와, 제1비교기(19) 및 제2인버터(26)의 출력이 주어지는 제1AND회로(27)와, 제3비교기(23) 및 제1인버터(25)의 출력이 주어지는 제2AND회로(28)을 갖추고 있다.

35-38은, 제1-제4비교기(19),(20),(23),(24)의 풀업(pullup)저항이다. 제2비교기(20)의 (-)측 입력단자는, 저항(39),(40)의 접속점에 접속되어 있고, 저항(39)는, DC모터(10)를 좌우방향으로 구동시킨 경우 인가전압이 하이도 되는 쪽으로 접속되고, 저항(40)은 접지된다.

저항(40)에는, DC모터(10)을 우방향으로 구동시킨 경우, 자려발진주파수를 결정하는 콘덴서(41)이 병렬로 접속된다. 제4비교기(24)의 (-)측 입력단자는, 저항(42),(43)의 접속점에 접속되어 있고, 저항(42)는 DC모터(10)을 좌방향으로 구동시킨 경우에 인가전압이 하이로 되는 쪽으로 접속되고, 저항(43)은 접지된다. 저항(43)에는, DC모터(10)을 좌방향으로 구동시킨 경우에, 자려발진주파수를 결정하는 콘덴서(44)가 병렬로 접속된다.

또, 제어장치(12)는, 제2비교기(20) 및 후술하는 제5비교기(29)의 하이레벨의 출력에 의해 온(ON)되어 DC모터(10)을 우방향으로 구동하기 위한 제1파워 MOS FET(30)과, 제1AND회로(27)의 하이레벨의 출력에 의해 온되어 DC모터(10)을 우방향으로 구동하기 위한 제2파워 MOS FET(31), 제4비교기(24) 및 후술하는 제6비교기(32)의 하이레벨의 출력에 의해 온되어 DC모터(10)을 좌방향으로 구동하기 위한 제3파워 MOS FET(33)과, 제2AND회로(28)의 하이레벨의 출력에 의해 온되어 DC모터(10)을 좌방향으로 구동하기 위한 제4파워 MOS FET(34)를 갖추고 있다.

또, 제어장치(12)는, 차속센서(15)의 출력에 따라, 제4도에 나타나 있는 출력특성으로, 양 포텐쇼미터(2b),(2c) 및 저항(17),(21)의 (+)측 전원전압을 공급하는 제1 F/V변환회로(45)와, 엔진회전수센서(16)의 출력이 주어지고, 제5도에 보이는 출력특성을 갖는 제2 F/V변환회로(46)을 갖추고 있고, 이 제2 F/V변환회로(46)의 출력은, 제5, 제6비교기(29),(32)의 (+)측 입력에 각각 주어진다.

제5비교기(29)의 (-)측 입력에는, DC모터(10)의 우방향의 모터전류에 비례한 전압을 출력하는 우방향 모터전류검출회로(47)의 출력이 주어지고, 제6비교기(32)의 (-)측 입력에는, DC모터(10)의 좌방향의 모터전류에 비례한 전압을 출력하는 좌방향 모터전류검출회로(48)의 출력이 주어진다. 이 동력조향장치는, 고속주행시에 있어서의 급조향에 의해 과도한 꺽임이 일어나지 않도록 하기 위해, 후술하는 바와 같이 DC모터(10)에 흐르는 전류치를 제2 F/V변환회로(46)의 출력에 따라 제한함은 모터전류제한회로(60)을 갖추고 있고, 이 모터전류제한회로(60)은, 모터전류를 검출하는 모터전류 검출회로(47),(48)과, 이 검출회로(47),(48)의 출력과 제2 F/V변환회로(46)의 출력을 각각 비교하는 제5, 제6비교기(29),(32)와, 각 비교기(29),(32)의 출력에 의해 제어되는 제1, 제3파워 MOS FET(30),(33)으로 구성되어 있다.

다음에는, 상기 구성을 갖는 동력조향장치의 동작을 설명한다.

우선, 엔진의 시동에 있어서, 키스위치(14)를 온시키면, 배터리(13)에서 전원회로(49) 및 정전압회로(50)에 전원이 공급되어 제어장치(12)가 작동함과 동시에, 도시생략한 엔진이 회전을 시작한다. 이 엔진의 회전에 의해 엔진회전수센서(16)에서는, 엔진의 회전수에 따른 펄스신호가 출력되어 제어장치(12)의 제2 F/V변환회로(46)에 주어진다. 이때의 엔진회전수를, 아이들회전수(600-1000rpm)라 하면, 제5도에 나타나 있는 제2 F/V변환회로(46)의 출력특성에서 제5, 제6비교기(29),(32)의 (+)측 입력에는, 약 5V가 공급된다. 이때 DC모터(10)에는, 전류가 흐르고 있지 않기 때문에, 양 모터전류검출회로(47),(48)의 출력은 없고, 따라서 양 비교기(29),(32)의 출력은 하이레벨이 된다.

또, 이때에는, 차량이 정차상태이므로, 차속센서(15)는, 0Km/H에 대응하는 신호를 출력하고 있고, 이 차속센서(15)의 출력이 주어지는 제1 F/V변환회로(45)로부터는 제4도의 출력특성에 나타나 있는 바와 같이, 최대 출력전압이 약 5V가 출력되어 양포인텐쇼미터(2b),(2c)의 (+)측의 전원전압으로서 주어짐과 동시에 저항(17),(21)에도 주어진다.

이 상태에 있어서, 핸들(1)에 운전자가 조향토크를 주면, 토크센서(2)는, 조향토크 및 조향방법에 대응하여 제3도에 나타나 있는 특성에 따라 전압을 출력한다. 즉, 제3도에 나타나 있는 바와 같이, 조향토크가 우로도 좌로도 걸려 있지 않은 상태에서는, 우방향 및 좌방향용 포텐쇼미터(2b),(2c)의 출력전압은 OV이다. 조향토크를 우방향으로 증가시킨 가면, 우방향용 포텐쇼미터(2b)는 서서히 출력전압을 증가하고, 약 0.8Kgm를 초과하면 5V로 되어 포화하나, 좌방향용 포텐쇼미터(2C)의 출력전압은 OV그대로이다.

반대로, 조향토크를 좌방향으로 증가시켜 가면, 좌방향용 포탠쇼미터(2c)는 서서히 출력전압을 증가하고, 약 0.8Kgm를 초과하면, 5V로 되어 포화하나 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력전압은 OV그대로이다.

지금, 운전자가 핸들(1)에 우방향의 조향토크를 주었다고 하면, 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력은, 제어장치(12)의 제1 및 제2비교기(19),(20)의 (+)측 입력에 주어진다. 이 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력전압이 저항(17),(18)의 접속점의 전위를 초과하면, 제1비교기(19)의 출력은, 하이레벨이 된다. 이때, DC모터(10)에는 전압이 인가되어 있지 않으므로, 저항(39),(40)의 접속점의 전위는 낮고, 따라서 제2비교기(20)의 출력은 하이레벨이 된다.

한편, 좌방향용 포텐쇼미터(2c)의 출력전압은 OV이므로, 제3 및 제4비교기(23),(24)의 출력은 다같이 로(LOW)레벨이 된다. 따라서, 제1인버터(25)의 출력은, 로레벨, 제2인버터(26)의 출력은 하이레벨로 되고, 또 제1AND회로(27)의 출력은, 하이레벨, 제2AND회로(28)의 출력은 로레벨로 된다.

이에 따라 제1파워 MOS FET(30) 및 제2파워 MOS FET(31)의 이온되고, 배터리(13)에서 제1파워 MOS FET(30), 우방향모터전류검출회로(47), DC모터(10), 좌방향모터전류검출회로(48) 및 제2파워 MOS FET(31)을 거쳐서 DC모터(10)에 전압이 인가된다.

이와 같이 하여, 저항(39),(40)의 접속점전위는 콘덴서(41)에 이해 설정되는 시정수로 지수함수적으로 상승하고, 이 전위가 제2비교기(20)의 (+)측의 전위, 즉, 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력전압을 초과하면, 제1비교기(19)의 출력은 하이레벨 그대로이고, 제2비교기(20)의 출력만이 로레벨로 되어 제1파워 MOS FET(30)이 오프된다.

이 제1파워 MOS FET(30)이 오프되면, 저항(39),(40)의 접속점 전위가 콘덴서(41)에 의해 설정되는 시정수로 지수함수적으로 하강하고, 이 전위가 제2비교기(20)의 (+)측의 전위, 즉, 우방향용포텐쇼미터(2b)의 출력전압이하로 되면, 제2비교기(20)의 출력은, 재차 하이레벨로 되고, 제1파워 MOS FET(30)이 온된다. 이와 같은 동작을 반복하여 DC모터(10)에 인가되는 전압을 제어하고, 우방향으로의 조향을 보조하는 토크를 발생시킨다.

이때, 양 모터전류검출회로(47),(48)은 코터전류에 따른 전압을 출력하지만, 이 출력전압이 제2 F/V변환회로(46)의 출력전압보다 낮을 경우, 즉 모터전류가 아이들 회전때의 소정의 제한전류보다 작을 경우에는 제5, 제6비교기(29),(32)의 출력은, 다 같이 하이레벨로 되나, 우방향의 모터전류가 소정의 제한전류치를 초과하면, 제5비교기(29)의 출력은 로레벨로 되어, 제1파워 MOS FET(30)이 오프(OFF)로 된다.

이와 같이되어, DC모터(10)의 전류는 내부의 인덕턴스와 저항에 의해 결정되는 시정수에 따라 지수함수적으로 감소하고, 이 전류가 상기 소정의 제한전류치 이하로 되면, 제5비교기(29)의 출력은, 재차 하이레벨로 되어, 제1파워 MOS FET(30)이 온으로 되어, 모터전류가 증가한다.

이와 같은 동작을 반복하여 dc모터(10)에 흐르는 모터전류를 소정의 제한전류치로 제어하고 있다. 이와 같이하여 우방향으로 조향토크가 가벼워지는 것이나 좌방향에 대해서도 상술한 바와 같은 동작을 의해 조향토크가 가벼워진다.

다음에는, 차속이 상승한 경우의 동작에 대해서 설명한다. 차속센서(15)의 출력이 주어지는 제1 F/V변환회로(45)는, 제4도에 나타나 있는 바와 같이, 차속의 증가에 따라 소정의 속도범위내에 있어서 그 출력 전압이 감소하는 출력특성을 갖고 있으며, 차속이 약 5Km/H를 초과하면, 그 출력전압은 서서히 감소하고 또 20Km/H를 초과하면, 출력전압은 포화되어 일정치로 되는 특성을 갖고 있다.

따라서, 이 제1 F/V변환회로(45)의 출력전압이 전원전압으로 주어지는 양포텐쇼미터(2b),(2c)의 출력특성 및 조향토크의 변화가 검출되지 않는 불감대 레벨은, 제3도에 나타나 있는 특성에서 잘 보여주고 있다. 즉, 차속이 약 5Km/H 이하에서는, 우방향용 포텐쇼미터(2b)의 출력특성은, 구배가 가장 큰 곡선 Vr(L)이 되고, 좌방향용 포텐쇼미터(2c)의 출력특성은 구배가 가장 큰 곡선 Vl(L)로 되고, 불감대레벨은 레벨이 가장 높은 Vm(H)로 된다. 또, 차속이 증가하여 약 5Km/H를 초과하면, 상기 각 특성은 서서히 저하해 가고, 차속이 약 20Km/H를 초과하면, 경사가 가장 작은 곡선 Vr(H), Vl(H)와, 가장 레벨이 낮은 불감대 레벨 Vn(H)로 되어 포화한다. 따라서, 조향토크에 대한 모터전류는 차속의 상승에 따라 감소하고, 조향부하의 감소와 상쇄되어 너무 가볍지 않은 최적의 조향감각을 얻을 수 있다.

다음에는, 엔진의 회전수가 변화한 경우의 제어에 관해 설명한다.

엔진회전수센서(16)의 출력에 대한 제2 F/V변환회로(46)의 출력특성은, 제5도에 나타낸 바와 같이 엔진회전수의 증가에 따라 소정의 엔진회전수의 범위내에 있어서, 그 출력전압이 감소하도록 되어 있고, 엔진의 회전수가 약 1500rpm이하인 경우에는 약 5V를 출력하고, 엔진의 회전수가 약 1500rpm을 초과하면 출력전압은 서서히 감소하여 가고, 엔진의 회전수가 약 3000rpm을 초과하면 약 205V에서 포화한다.

이 제2 F/V변환회로(46)의 출력전압에 의하여 DC모터(10)에 흐르는 모터전류의 최대치를 설정하여 모터전류를 제한하고 있다.

즉, 엔진의 회전수가 낮은 약 1500rpm까지는, 모터전류의 최대치는 크고, 이에 의하여 조향부하가 크더라도 충분히 조향을 돕는 역할을 하고, 엔진의 회전수가 상승하면, 모터전류의 최대치가 작아지며, 최대의 보조력을 제한하며, 이에 따라 고속주행시의 급소향에 대해서도 과도한 꺽임이 일어나지 않는 안전성 높은 동력조향장치가 마련된다. 위에 설명한 실시예에서는, 제2 F/V변환회로(46)의 출력에 따라, 모터전류치를 제한하도록 하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 제1 F/V변환회로(45)의 출력에 따라 제한하도록 하여도 된다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 차속의 증가에 따라 출력전압이 감소하는 제1 F/V변환회로의 출력전압이, 토크센서를 구성하는 포텐쇼미터의 전원전압으로 공급되므로, 조향토크에 대한 모터전류는, 차속의 증가에 따라 감소하게 되고, 고속주행시에 있어서도 안정된 조향감각을 얻을 수 있다. 또, 제1 F/V변환회로 또는 상기 제2 F/V변환회로의 출력전압에 따라 모터에 흐르는 전류치를, 차속의 증가 또는 엔진의 회전수의 증가에 따라 낮게 제한하도록 하고 있으므로, 모터에 의한 보조력이 제한되어 고속주행시에 있어서의 급조향에 대해서도 과도한 꺽임이 일어나지 않고 안전성이 높은 동력조향장치를 얻을 수 있다.

Claims

핸들에 가해진 조향토크 및 조향방향에 대응한 토크센서의 출력에 따라 조향력을 보조하는 모터를 구동시키는 동력조향장치에 있어서, 차속센서의 출력이 주어지고, 차속의 증가에 따라 출력전압이 감소하는 출력특성이 있는 제1 F/V변환회로와, 엔진의 회전수 센서의 출력이 주어지고, 엔진의 회전수가 증가함에 따라 출력전압이 감소하는 출력특성이 있는 제2 F/V변환회로와, 상기 제1 F/V변환회로 또는 상기 제2 F/V변환회로의 출력전압에 따라, 상기 모터에 흐르는 전류치를, 차속의 증가 또는 엔진의 회전수의 증가에 따라 낮게 제한하는 모터전류제한회로를 갖추고, 상기 제1 F/V변환회로의 출력전압이, 상기 토크센서를 구성하는 포텐쇼미터의 전원전압으로서 공급되는 것을 특징으로 하는 동력조향장치.