KR920005426B1

KR920005426B1 - 모터구동식 동력조향(power steering)장치

Info

Publication number: KR920005426B1
Application number: KR1019890012875A
Authority: KR
Inventors: 미쓰하루 모리시다
Original assignee: 미쓰비시전기주식회사; 시끼모리야
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1989-09-06
Publication date: 1992-07-03
Also published as: JPH07115644B2; DE68907455T2; US4986380A; DE68907455D1; KR900004575A; EP0360474A1; JPH0288359A; EP0360474B1

Abstract

내용 없음.

Description

모터구동식 동력조향(power steering)장치

제1도는 본 발명 장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 제어장치의 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 토크센서의 출력 특성도.

제4조는 본 발명에 의한 3각파발진회로의 출력과 토크센서의 출력의 상관도.

제5도는 종래의 장치의 구성도.

제6도는 종래의 제어장치의 구성도.

제7도는 종래의 토크센서의 출력 특성도.

제8도는 종래의 메인토크(main torque)신호방향 분리회로의 출력특성도이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸들 2a-2c : 조향측

3 : 토크센서 3a : 토크-각도변위 변환기

3d, 3e : 포텐쇼미터 7 : 모터

9 : 제어장치

본 발명은 자동차의 조향장치를 모터의 회전력으로 보조하는 모터구동식 동력조향장치에 관한 것이다.

종래에는, 이와같은 종류의 장치에 있어서, 토크센서를 포텐쇼미터 1개로 구성하고, 출력신호를 중립토크에 대해서 좌우방향으로 분리하여 우방향 구동신호, 또는 좌방향신호로 구성하거나, 또는 포텐쇼미터를 2개 설치하여 한쪽은 메인토크센서로서 상술한 바와 같이 사용하고, 다른쪽은 서브토크센서(subtorque sensor)로서 메인토크센서(main torque sensor)의 신호와 비교하여 일치하지 않으면 모터의 구동을 억제하는 것이 많았다.

상기와 같은 종래의 장치에 있어서는, 포텐쇼미터 자체에서 발생하는 노이즈 접촉불량, 배선의 단선, 단략등에 의해 운전자의 의사(즉 우방향 또는 좌방향으로 돌고자 생각하고, 조향측에 우축 또는 좌축으로 조향토크를 주는일)에 반해서, 실제에는 우(또는 좌)방향으로 조향토크를 조향측에 주고 있음에도 불구하고 토크센서로서는 좌(또는 우)방향으로 토크신호를 출력하고, 조향장치가 제멋대로 회전하는 위험한 모드(mode)의 오동작을 일으킬 가능성이 높은 결점을 갖고 있었다.

제5도는 종래의 장치의 구성을 보여주고 있고, 1은 조향회전력을 받는 핸들, 3은 핸들(1)에 가해진 회전력에 따라 전기 신호를 출력하는 토크센서로서 핸들(1)에 가해진 회전력을 비틀림 각도변위로 변환하는 토크-변위 변환기(3a)와, 토크-변위 변환기(3a)의 각도변위에 따른 전기신호이며 메이제어에 사용되는 전기신호를 발생하는 제1의 포텐쇼미터(3a)와, 토크변위 변환기(3a)의 각도변위에 따른 전기신호를 발생하고, 제1의 포텐쇼미터(3b)의 전기신호와 비교하여 일치됨을 확인하기 위한 토크서브 신호를 발생하는 제2의 포텐쇼미터(3c)에 의해 구성된다.

2a는 핸들(1)과 토크센서(3)을 연결하는 제1의 조향축, 2b는 토크센서(3)과 제1의 유버설조인트(4a)를 연결하는 제2의 조향축, 2c는 제1의 유니버설조인트(4a)와 제2의 유니버설조인트(4b)를 연결하는 제3의 조향축, 5는 제2의 유니버설조인트(4b)와 기계적으로 연결된 피니언기어측, 6은 피니언기어축(5)와 맞물리는 택축, 7은 분권 또는 자석자게를 갖는 DC모터, 8은 제2의 유니버설조인트(4b)와 피니언기어측(5)의 사이를 구동하고, DC모터(7)의 조향보조 회전력을 연결하는 감속기어, 9는 제어장치, 10은 배터리, 11은 키스위치이다.

제6도는 제어장치(9)의 상세한 구성을 나타내고, 901은 배터리(10)에서 키스위치(11)을 거쳐서 공급된 12V 전원을 DC/DC변환기로 승압시킨 MOS FET 파워트랜지스터의 게이트전원용 26V 전원회로, 902는 12V 전원에서 강압시킨 내부의 제어회로용 5V 정전압회로, 903은 제1의 포텐쇼미터(3b)의 토크신호 출력을 우방향과 좌방향의 토크신호로 분리시키는 메인토크신호방향 분리회로, 904는 제1의 포텐쇼미터(3b)와 제2의 포텐쇼미터(3c)의 토크신호출력차를 비교하여, 소정범위내(±0.1∼±0.3kgm)이면 일치신호 출력 H를 출력하는 토크신호일치 검출회로, 905는 메인토크신호방향분리회로(903)이 출력하는 우방향토크신호에 따라 모터드라이버(909)에 모터우방향 구동신호를 출력하는 모터우방향구동회로, 906은 메인토크신호방향 분리회로(903)이 출력하는 좌방향 토크신호에 따라 모터드라이버(909)에 모터좌방향 구동신호를 출력하는 모터좌방향 구동회로, 907, 908은 AND 회로이다. 또, 제7도는 포텐쇼미터(3b), (3c)의 출력전압 특성을 나타내고, 제8도는 메인토크신호방향 분리회로(903)에 의해 출력되는 좌우의 조향토크신호 전압특성이다.

다음에는, 상기의 종래의 장치에 대한 동작을 설명한다. 우선, 엔진의 시동에 있어서, 키스위치(11)을 온(ON)시키면, 전원회로(901), (902)에 배터러(10)에서 12V의 전원이 공급되고, 제어장치(9)가 동작한다. 이 상태에서 핸들(1)에 운전자가 회전력을 주게 되면, 토크센서(3)은 제7도에 나타낸 바와 같은 특성으로 전압을 출력한다.

즉, 조향토크가 좌로도 우로도 걸려 있지 않은 상태에서는, 토크센서(3)의 출력전압은 약 2.5V(a점)가 된다. 조향토크를 우방향으로 증가시켜 가면 토크센서(3)의 출력전압은 이에 따라 증가하고, 약 0.8Kgm를 초과하면 5V(b점)로 되어 포화한다. 또, 조향토크를 좌방향으로 증가시키면 토크센서(3)의 출력전압은 이에 따라 감소하고, 약 0.7Kgm를 초과하면 0V(c점)로 된다. 토크센서(3)의 제1포텐쇼미터(3b)가 출력하는 토크신호전압은 메인토크신호방향분리회로(903)에 가해지고, 제8도에 보이는 바와 같은 좌방향과 우방향의 조향토크신호전압으로 변환되어 출력된다.

따라서, 조향토크가 우방향인 경우에는 모터우방향 구동회로(905)는 구동신호가 출력되고, 조향토크가 좌방향인 경우에는 모터좌방향 구동회로(906)에 구동신호가 출력된다. 한편, 이때 제1의 포텐쇼미터(3b)의 토크센서출력전압과 제2의 포텐쇼미터(3c)의 토크센서출력전압은 토크신호 일치 검출회로(904)로 입력되고, 포텐쇼미터(3b), (3c)의 출력신호가 다같이 정상인 경우에는 토크센서 신호일치 검출회로(904)는 이 두 개의 출력신호의 차를 연산하고, 이 차가 소정범위내(±0.1∼±0.3Kgm)에 있으면 일치신호 H를 출력한다. 따라서, 모터우방향 구동회로(905)에 구동신호 H가 출력된 경우에는 토크센서신호일치 검출회로(904)의 일치신호 H와 같이 AND회로(907)에 입력되고, AND회로(907)의 출력도 H가 되어, 모터드라이버(909)를 우방향으로 도통 구동시킨다.

반대로, 모터좌방향 구동회로(906)이 구동신호 H를 출력하고 있는 경우에는, 일치신호 H와 같이 AND회로(908)에 입력되고, AND(908)의 출력은 H가 되고, 모터드라이버(909)를 좌방향으로 도통 구동시킨다.

모터(7)은 모터드라이버(909)의 구동방향에 따라 구동되고, 조향장치는 동력보조되어 핸들조향토크는 가볍게 된다. 또, 토크신호의 크기에 대한 모터전류(또는 모터전압)의 비례제어 방법에 대해서는 설명을 생략한다. 그러나, 상기와 같은 종래의 장치에서는, 토크센서 신호가 제7도에 나타내는 바와 같이 토크의 중립점에 대해 좌로도 우로도 출력할 수 있도록 되어 있는 구조로 되어 있기 때문에, 만일 어떤 원인에 의하여 토크센서(3)이 오동작하면, 운전자가 핸들에 좌(또는 우)로 조향토크를 가하고 있는데도 모터(7)은 역방향의 우(또는 좌)로 구동될 가능성이 있어, 운전자가 조향불능에 빠진 위험성이 있었다. 또, 이 위험성을 회피하기 위하여 여러 가지의 페일세이프(fail safe)회로가 제안되어 있고, 상술한 포텐쇼미터(3b), (3c)의 출력비교도 그 중의 하나이나, 비교하기 위한 시간설정이 너무 짧으면 페일세이프 오동작이 되기 쉽고, 반대로 너무 길면 상기 위험성이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어지 것으로, 운전자의 의사와 반대되는 역방향의 토크가 발생되는 일이 없고, 운전자가 조향불능에 빠지는 것을 방지할 수 있는 모터구동식 동력조향장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 모터구동식 동력조향장치는 핸들의 우방향토크를 검출하는 제1의 포텐쇼미터와, 핸들의 좌방향 토크를 검출하는 제2의 포텐쇼미터로 이루어진 토크센서와, 제1의 포텐쇼미터의 출력에 따라 우방향의 조향토크를 보조하는 동시에, 제2의 포텐쇼미터의 출력에 따라 좌방향의 조향토크를 보조하는 모터와, 한쪽의 포텐쇼미터의 출력이 발생하고 있는 동안 다른 쪽의 포텐쇼미터의 출력을 금지하는 수단을 갖춘 것이다.

본 발명에 있어서 각 포텐쇼미터는 좌 또는 우의 한 방향의 토크검출신호만을 출력하므로, 운전자의 의사와 역방향의 토크검출신호는 출력되지 않는다. 또 한쪽의 포텐쇼미터가 출력하고 있는 동안 다른쪽의 포텐쇼미터의 출력은 금지된다.

다음에는, 본 발명의 실시예를 도면과 같이 설명한다. 제1도는 이 실시예에 의한 동력조향장치의 구성을 나타내고, 3d는 토크-변위변환기(3a)의 우방향각도변위에 따른 우방향전기신호를 출력하는 제1의 포텐쇼미터, 3e는 토크-변위변환기(3a)의 좌방향 각도 변위에 따른 좌방향 전기신호를 출력하는 제2의 포텐쇼미터이다.

제2도는 제어자치(9)는 내부구성을 나타내고, 911은 제1의 포텐쇼미터(3d)의 우방향토크신호를 (+)입력, 저항(924), (925)의 분압점 전위를 (-)입력으로 하는 제1의 비교기, 912는 제1의 포텐쇼미터(3d)의 우방향 토크신호를 (+)입력, PWM용 3각파발진회로(915)의 3각파전압을(-)입력으로 하는 제2의 비교기, 913은 제2의 포텐쇼미터(3e)의 좌방향토크신호를 (+)입력, 저항(926), (927)의 분압점 전위를 (-)입력으로 하는 제3의 비교기, 914는 제2의 포텐쇼미터(3e)의 좌방향토크신호를 (+)입력, 3각파발진회로(915)의 3각파신호를 (-)입력으로 하는 제4의 비교기, 916은 제1의 비교기(911)의 출력신호를 반전하는 제1의 NOT회로, 917은 제3의 비교기(913)의 출력신호를 반전하는 제2의 NOT회로, 918은 제1의 비교기(911)의 출력신호와 제2의 NOT회로(917)에 출력신호를 입력으로 하는 제1의 AND회로, 919는 제3의 비교기(913)의 출력신호와 제1의 NOT회로(916)의 출력신호를 입력으로 하는 제2의 AND회로, 920은 비교기(912)에 의해 구동되고, 모터(7)을 우방향으로 PWM 구동하는 상측(上側)의 단속소자를 구성하는 제1의 파워 MOS FET 소자, 921은 제1의 AND 회로(918)에 의해 구동되고, 모터(7)을 우방향으로 구동하는 하측(下側)의 단속소자를 구성하는 제2의 파워 MOS FET 소자, 922는 제4의 비교기(914)에 의해 구동되고, 모터(7)을 좌방향으로 PWM 구동시키는 상측소자를 구성하는 제3의 MOS FET 소자, 923은 제2의 AND 회로(919)에 의해 구동되고, 모터(7)을 좌방향으로 구동시키는 하측의 단속소자를 구성하는 제4의 파워 MOS FET 소자, 928은 제1의 비교기(911)의 풀업(pull up)저항, 929는 제3의 비교기(913)의 풀업저항, 930은 제2의 비교기(912)의 풀업저항, 931은 제4의 비교기(914)의 풀업저항이다.

또, 제3의 제1의 포텐쇼미터(3d)와 제2의 포텐쇼미터(3e)의 출력전압 특성을 나타내고, 제4도는 3각파발진회로(915)의 출력전압과 포텐쇼미터(3d), (3e)의 출력전압의 상관관계를 나타내는 동작파형도이다.

상기 구성의 이 실시예의 장치의 동작에 대해 설명한다. 우선, 엔진의 시동에 있어서, 키스위치(11)을 온 시키면 전원회로(901),(902)에 배터리(10)에서 12V전원이 공급되고, 제어장치(9)가 작동한다. 이 상태에서 핸들(1)에 운전자가 회전력을 주면, 토크센서(3)은 제3도의 특징에 따라 전압을 출력한다.

즉, 조향토크가 좌로도 우로도 걸려 있지 않은 경우에는, 포텐쇼미터(3d), (3e)는 어느 것이나 출력전압이 0(영)V이다.

다음에는, 조향토크를 우방향으로 증가시키면 제1의 포텐쇼미터(3d)는 서서히 출력전압을 증가하고, 약 0.8Kgm를 초과하면 5V(d점)가 되고 포화하나, 제2의 포텐쇼미터(3e)의 출력전압은 0(영)V 그대로이다.

반대로, 조향토크를 좌방향으로 증가시키면 제2의 포텐쇼미터(3e)는 서서히 출력전압을 증가하고, 약 0.8Kgm를 초과하면 5V(e점)로 되어 포화하나, 제1의 포텐쇼미터(3d)는 0(영)V 그대로이다.

따라서, 조향토크가 우방향의 경우에는, 제1의 포텐쇼미터(3d)가 출력하는 토크신호전압은 제1 및 제2의 비교기(911), (912)의 (+)입력측에 입력된다. 이에 따라, 제2의 비교기(912)는 우방향토크신호전압에 따라 온듀티(ON duty)의 PWM 신호를 출력한다.

한편, 제1의 비교기(911)은, 우방향토크신호 전압이 저항(924), (925)의 분압점전압(불감대레벨)을 초과하면, 우방향구동신호 H를 출력한다. 그러나, 이때 제2의 포텐쇼미터(3e)는 출력전압이 0(영)V이므로, 제3 및 제4의 비교기(913), (914)는 출력신호가 좌향구동신호 L가 된다.

이 때문에, 제2의 NOT회로(917)은 H신호를 출력하고, 제1의 AND회로(918)은 H출력으로 되며, 또 제1의 NOT회로(916)은 출력은 L가 되므로 제2의 AND회로(919)의 출력은 L가 된다.

따라서, 제1 및 제2의 파워 MOS FET소자(920), (921)은 온이 되고, 제3 및 제4의 파워 MOS FET소자 (922), (923)은 오프가 되어, 모터(7)에는 우방향으로 토크를 발생시키는 방향으로 전압이 인가되고, 모터(7)은 우방향의 보조토크를 발생하고, 핸들은 우방향으로 가벼워진다.

또, 조향토크가 좌방향인 경우에는, 제2의 포텐쇼미터(3e)가 조향토크에 따른 출력전압을 발생하고, 제1의 포텐쇼미터(3d)의 출력전압은 0(영)V이므로 최종적으로 제1 및 제2의 파워 MOS FET소자(920), (921)은 오프가 되고, 제3 및 제4의 MOS FET소자(922), (923)은 온이 되어, 모터(7)은 좌방향으로 토크를 발생하는 전압, 전류가 인가되고, 이 전류에 따른 보조토크를 발생하여 핸들을 좌방향으로 가벼워진다.

다음에는, 이상이 발생한 경우의 동작에 대해서 설명한다.

첫째, 토크센서(3)이 이상을 일으킨 경우, 포텐쇼미터(3d), (3e) 자체가 노이즈를 발생하거나, 차제배선이 도중에서 접촉불량, 단선, 지락 등의 불량상태가 발생한 경우, 종래에는 운전자의 의사에 반하여 역방향의 토크신호로 되는 일이 있었으나, 이 실시예에 있어서는 좌우전용의 포텐쇼미터(3d), (3e)를 갖고 있으므로, 각각의 센서레벨에 차이를 발생시키는 일은 있어도 역방향의 토크를 발생하는 일은 없다.

둘째, 제1의 포텐쇼미터(3d)가 우방향토크신호출력중에 어떤 원인으로 제2의 포텐쇼미터(3e)가 좌방향 토크신호를 출력하는 일과 같은 오동작을 발생시킨 경우에, NOT회로(916), (917)이 다같이 L 신호를 출력하므로 AND회로(918), (919)의 출력도 L가 되고, 제2 및 제4의 파어 MOS FET소자(921), (923)도 오프로 된다.

이 때문에 모터(7)은 좌로도 우로도 구동되지 않고, 핸들은 무거워지나, 운전자의 의사에 반해 역방향으로 회전하는 일은 없으며, 신뢰성이 향상된다. 이상과 같이, 본 발명에 따르면, 조향토크센서의 포텐쇼미터를 좌방향전용과 우방향전용의 것으로 함과 아울러, 한쪽의 포텐쇼미터의 출력이 발생하고 있는 동안 다른 쪽의 포텐쇼미터의 출력을 금지시켰으므로, 조향토크센서 자체가 발생시키는 노이즈나 접촉불량, 차체배선의 단선, 지략 등이 발생하여도, 운전자의 의사에 반하여 역방향의 토크발생 또는 우방향과 좌방향의 토크의 동시 발생 같은 일이 일어나는 일 없고, 조향불능 등의 위험성이 없어져 신뢰성 높은 모터구동식 동력조향장치를 얻을 수 있다.

Claims

핸들에 가해지는 우방향조향토크를 검출하는 제1의 포텐쇼미터와, 핸들에 가해지는 좌방향조향토크를 검출하는 제2의 포텐쇼미터로 된 토크센서와, 상기 조향토크를 보조하는 분권 또는 자석계자를 갖춘 직류모터와, 상기 토크센서의 제1의 포텐쇼미터의 출력에 따라 우방향의 조향토크를 보조하는 동시에 제2의 포텐쇼미터의 출력에 따라 좌방향의 조향토크를 보조하도록 상기 모터를 제어하고, 한쪽의 포텐쇼미터의 출력이 발생되고 있는 동안에는 다른쪽의 포텐쇼미터의 출력을 금지하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향장치.