KR920006534B1 - 전동식 동력조향(power steering)장치 - Google Patents

전동식 동력조향(power steering)장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

전동식 동력조향(power steering)장치
제1도는 본 발명의 한 실시예에 의한 전동식 동력조향장치의 단면도.
제2도는 동상의 실시예에 있어서의 전동기 제어부의 블록도.
제3도는 동상의 실시예에 있어서의 토크검출부의 특성도.
제4도는 동상의 실시예에 있어서의 전동기 제어부의 출력 특성도.
제5도는 종래의 전동식 동력조향장치의 기본원리를 나타내는 설명도.
제6도는 종래의 전동식 동력조향장치의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 조향핸들 101 : 조향샤프트
102 : 토크검출부 103 : 전동기부
104 : 감속기부 108 : 하우징
109 : 전동기 제어부 110 : 출력측
본 발명은 모터에 의하여 조향보조력을 공급하도록 한 전동식 동력조향 장치에 있어서 장치의 조합 및 장착성을 용이하게 함과 아울러 내열성의 향상을 도모한 전동식 동력조향 장치에 관한 것이다.
종래예는, 이와같은 종류의 전동식 동력조향 장치에 있어서 그 조합성 및 장착성의 용이화를 도모하기 위해, 장치를 유니트화시키는 수단이 일본국 특개소 60-234069호 공보에 개시되어 있다.
제5도는 상기 공보에 나타나 있는 종래의 전동식 동력조향 장치의 전체적 배치도이고, 이 도면에 있어서, 1은 조향핸들, 2,4는 2분할 조향샤프트, 3은 전동식 동력조향 장치 A의 조향샤프트에 대한 연결측을 나타낸 것이고, 도면에 표시된 바와같이 전동식 동력조향장치 A는 유니트화 되어 한개의 하우징(6)속에 수용된 다음, 그 연결측(3)을 2분할된 조향샤프트(2),(4)사이에 장착할 수 있게 구성되어 있다.
다음에는 유니트화된 전동식 동력조향 장치의 종래의 예에 관해서 그 한예를 설명한다.
제6도는 그 구성을 나타내는 횡단면도이다. 도면중의 M은 전동기, C는 클러치기구, G는 감속기구, K는 토크검출기구를 각각 나타내고 있다. 또, 조향샤프트(3)은 두개의 조향샤프트 3A와 3B호 분할되고, 토크검출기구 K를 통하여 서로 결합되어 있고, 이에 의해 핸들측의 조향샤프트(2)에서 기어복스측의 조향샤프트(4)에 전달되는 토크의 검출이 이루어지도록 되어 있다. 또, 전동기의 제어부의 일부 또는 전체를 포함하고 있는 회로기관(26)이 조향샤프트(3a)의 외주공간부에 배치되어 전체적으로 유니트화된 구성으로 되어있다.
상기 전동식(M)은 그 축(5)가 조향샤프트(3A)와 병행으로 배치되어 있다. 이 축(5)에는 클러치기구(C)의 토크입력측(6)이 붙어있다. 클러치기구(C)의 토크출력측(7)은 회전축(8)에 붙어있고, 이 회전축(8)의 다른쪽에는 피니언(9)가 붙어있고, 피니언(9)는 평치차(10)과 맞물려있다. 평치차(10)의 회전축(11)가 붙어있는 플리부(12)와, 조향샤프트(3B)에 붙어 있는 플리(13)사이에는, 밸트(14)가 걸려있다. 이렇게 되어, 피니언(9)와 평치차(10)사이에서 생기는 감속과 플리부(12)와 플리(13) 사이에서 생기는 감속에 따른 감속기구(G)의 감속비가 결정된다. 또, 클러치기구(C)는 소위 한방향 클러치기능을 부여하기 위한 것으로 전동기(M)의 축(5)으로부터의 토크는 회전축(8)에 전달되나, 반대로 회전축(8)에서 오는 토크는 전동기(M)의 축(5)에 전달되지 않도록 되어 있다.
한편, 조향샤프트(3A), (3B)는 결합부(15)의 탄성부재(16)을 사이에 끼고 결합되어 있고, 조향샤프트(3A), (3B)사이의 전달토크의 크기에 비례하여 상호 비틀림변위가 가능하도록 구성되어 있다. 이 비틀림변위를 원판(17)과 (18)사이에 변위로서 검출기(19)가 검출하여 토크검출기구(K)로서의 기능을 발휘할 수 있도록 되어 있다. 조향 샤프트(3A)의 베어링(20)은 전동기(M)의 베어링 브래키트(21)에 대하여 이 전동기(M)의 베어링(22)와 공통으로 붙어있다. 같은 방법으로, 조향샤프트(3B)의 베어링(24),(25)도 감속기구(G)의 프레임이나 브래키트(23)에 부착되고, 전체가 조향샤프트(3)을 포함하여 유니트화 되도록 되어 있다. 또, S는 조향샤프트(3A)의 축방에 헝성된 공간이다.
다음에는 동력조향 동작에 대해서 설명한다.
전동기(M은 토크검출기구(K)에 의한 토크검출신호에 따라 제어되고, 클러치기구(C), 감속기구(G)를 거쳐서 조향샤프트(3B)에 소정의 토크를 전달하고, 조향샤프트(3A)에서 조향샤프트(3B)에 가해지고 있는 조향용 토크가 영으로 술혐되도록 하는 피드백동작을 하고, 이로 인하여 핸들(1)에서 가해지는 조향력에 대해 토크보조작용을 얻게 되고, 동력조향 동작을 하게 한다.
따라서, 이와같은 종래의 예에 다르면, 조향샤프트(3)까지 포함한 형태로 동력 조향장치가 유니트화 되고 있으므로, 제5도에 보여진 바와같이, 핸들측의 조향샤프트(2)와 기어복스축의 조향샤프트(4)사이에 설치하기만 함으로써 용이하게 동력조향장치화가 가능하게 되고 충분한 범용성도 얻을 수 있다.
종래의 전동식 동력조향장치는 이상 설명한 바와같이 구성되어 있으므로, 다음에 열거하는 바와같은 문제점이 있엇다.
(1) 전동기(M)이 조향샤프트(3)의 외주공간부에 밀봉상태로 유니트화 되어 있으므로, 전동기(M)의 내열성이 손상될 염려가 있다.
(2) 회로기판(26)에 실장된 전동기(M)의 제어부가 같은 조향샤프트(3)의 외주부에 밀봉상태로 유니트화되어 있기 때문에, 이 제어부의 내열성도 손상될 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이고, 동력조향본체부가 전동기 제어부를 포함하여 유니트화 되고, 조향샤프트의 연장상에서 장착도 용이하게 이루어지고, 또 내열성의 향항을 가할 수있는 전동식 동력조향장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 전동식 동력조향장치는, 감속기부와 토크검출부를 일체적으로 유니트화하여 결합시켜 수용하고 있는 하우징과, 이 하우징의 외부에 전동기부와 전동기 제어부를 설치한 것이다.
본 발명에 있어서, 전동기부는 조향샤프트상에 발생하는 조향토크에 비례한 보조토크를 조향샤프트 상에 공급하고, 조향토크의 동력을 보조하는 동시에, 공통의 하우징에 의해 감속기부와 토크검출부를 한덩어리로 유니트화 시켰기 때문에 조향샤프트의 연장상에 장착을 용이하게 할 수 있고, 또 내포하는 감속기부와 토크검출부에 대하여, 전동기부와 전동기 제어부를 외부에 배치하여 격리 시킴으로써 내열성이 향상되도록 작용한다.
다음에는, 본 발명의 한 실시예를 도면으로 설명한다.
제1도에 있어서, 100은 조향핸들이고, 여기에 연결된 조향샤프트(101)과 피니언(l06), 텍(107)에 결합되는 유니버설조인트(105) 사이에 전동기부(103), 감속기부(104), 토크검출부(102) 및 전동기 제어부(109)등을 같은 하우징부(108)에 일체적으로 유니트화시켜, 결합장착시킴으로써, 본 발명의 전동식 조향장치가 구성되어 있다.
상기 조향샤프트(101)에는 출력측(110)의 입력단(110A)가 세레이션결합(serration 結合)되어 있고, 출력단(110B)는 유니버셜조인트(105)에 고정장착되어, 출력측(110)의 입력단(110A)와 출력단(110B)사이에는 토션바(torsion bar, 111)이 장착되어 있다. 토션바(111)은 조향핸들(100)에 가해지는 조향력과 피니언측(106) 및 텍측(107)에서 받는 부하토크의 차에 비례하여 비틀어지고 비틀림변형을 발생토록 되어 있다.
이 비틀림변형은 토크검출부(102)에서 광학적 또는 전기적으로 검출할 수 있도록 되어 있다. 이 토션바(111)를 사이에 끼우고 있는 입력단(110A)와 출력단(110B)에는 상기 토크검출부(102)가 지지되고 있다. 이 토크검출부(102)에 대응하는 하우징(108)의 측부에는 전동기 제어부(109)가 설치되어 있다.
또, 하우징(108)의 외측에는 전동기 제어부(109)가 설치된 반대쪽에 토크검출부(102)와 병행으로 전동기부(103)이 설치되고, 이 전동기부(103)의 샤프트(103A)가 하우징(108)속으로 관통하여 회전 자재하게 지지되어 있다. 하우징(108)내에 있어서는 전동기부(103)의 샤프트(103A)에 감속기부(104)의 제1단 기어(104A)가 붙어있고, 이 제1단 기어(104A)에는 제1중간 기어(104B)가 맞물려 있다.
제1중간기어(104B)와 제2중간기어(104C)가 동일축에 붙어있고, 제2중간기 어(104C)에 출력기어 (104D)가 맞물려 있다. 이 출력기어(104D)는 출력측(110)의 출력단(110B)에 붙어있다.
이와같이 되어, 감속기부(104)는 제 1단기어(104A), 제1, 제 2 중간기어(104B),(104C) 및 출력기어(104D)로 구성되어 있다. 제2도는 본 발명에 따른 전동식 동력조향 장치의 전동기제어부(109)의 블록도를 나타낸 것이다.
이 제2도에 있어서, 102는 토크검출부, 109는 전동기 제어부, 215A, 215B는 토크검출부(102)의 출력을 입력하는 입력단자, 200은 토크검출부(102)의 인터페이스회로(interface circuit)이고, 이것을 경유하여 토크검출부(102)의 출력이 마이크로 컴퓨터(이후 CPU라함, 203)에 입력되고 있다.
204는 전동기부(103)의 우방향인터페이스회로이고, 이것을 경유하여 CPU(203)의 우방향 구동신호가 전동기 구동회로(210)에 입력되도록 되어 있다. 같은 방식으로, 205는 전동기부(103)의 좌방향 구동인터페이스회로이고, 이것을 경유하여 CPU(203)의 조방향구동신호가 전동기 구동회로(210)에 입력되도록 되어있다. 213A, 213B는 전동기구동회로(210)의 출력단자이고, 이것을 경유하여 전동기부(103)이 구동제어된다.
207은 전동기제어를 위한 오차증폭기이고, 그 한 입력단자에는 CPU(203)의 토크신호가 디지탈/아날로그(이후 D/A라함)변환회로(206)으로 D/A변환되고, 아날로그신호로서 입력되도록 되어 있다. 또, 오차증폭기(207)의 다른쪽 끝에는, 전동기 전류 검출회로(211)의 출력신호가 입력되어, 다음단의 콤퍼레이터(comparator, 208)을 구동하여 전동기부(102) 의 PWM(펄스폭변조) 신호를 발생시키고 있다.
209는 이 PWM제어를 위한 기준발전기이다. 또, 212는 전동기 구동회로(210)과 대지간에 접속되어 있고, 전동기부(103)에 흐르는 전류검출을 위한 검출저항이다.
다음에는 동작에 관해 설명한다.
우선, 전동기 제어의 한 예를 설명한다.
제3도는 토크검출부(102)의 출력특성의 한예를 나타낸 것으로, 횡축에(좌/우) 조향토크를, 종축에 토크신호출력을 나타낸 것으로, T0는 조향토크의 중립점(영 토크점)을 나타내고, 이 점보다 오른쪽에 우회전조향 토크를 왼쪽에 자회전 조향토크를 나타낸다.
T2는 우방향의 제어개시점 조향토크를, T1은 좌방향의 제어개시점 조향토크를 각각 나타낸 것으로, 종축이 조향토크에 대응하여 토크출력을 나타낸 것이고 V0는 중립점출력, V2는 우방향제어 개시점출력, V1은 좌방향제어개시점 출력을 나타내고 있고, 토크출력특성은 제어범위내에서는 대략 직선적이다. 또, 조향토크의 중립점 T0의 양쪽 Tl-T2구간은 제어의 불감대이다.
제4도는 전동기부(103)의 제어출력특성의 한 예를 나타낸 것이고, 횡축에 토크신호출력을, 종축에 전동기부(103)의 출력을 각각 나타낸 것으로, V0는 토크검출기의 중립점출력, V2는 우방향제어개시점검출력, V3은 우방향 포화점토크출력이고, 토크출력신호가 V2-V3사이에서 전동기부(103)의 출력은 토크출력에 대해서 대략 직선적인 제어가 이루어진다.
또, 토크출력 V0-V2사이의 구간에서는 전동기부(l03)의 출력은 영이 됨과 동시에, 토크출력이 V3을 넘게되면 전동기부(103)의 출력은 일정치(Pmax)로 제어된다. 같은 방식으로, V1은 좌방향제어개시점토크이고, V4는 좌방향포화점 토크를 나타내고, 조향토크가 V1-V4사이에서는 전동기부(103)의 출력은 우회전때와 거의 대칭적으로 직선적인 제어가 이루어짐과 동시에, V0-V1사이의 구간은 전동기부(103)의 출력은 영이고, V4를 넘게 되면 전동기부(103)의 출력은 일정치(Pmax)로 제어된다.
다음에 전동기부(103)의 토크제어의 전체적인 흐름을 제2도에 의해 설명한다. 조향토크에 비례한 토크신호가 토크검출부(102)에서 출력되어 토크신호인터페이스회로(200)을 경유하여 CPU(203)에 입력된다. CPU(203)은 상기 토크신호를 디지탈신호로서 출력하고, 다음 단계인 D/A변환회로(206)에 의해 재차 아날로그신호로 변환된다. 또, 토크신호출력은 CPU(203)의 내부에서 레벨판정되어, 우회전 구동신호는 전동기우방향 구동인터페이스회로(204)에 입력됨과같이, 좌회전 구동신호는 전동기좌방향구동인터페이스회로(205)로 입력된다.
전동기구동회로(210)에는, 좌/우의 회전구동 신호가 각각 입력되어, 회전방향이 지정됨과 동시에, D/A변환회로(206)에 의해 토크신호가 아날로그화 되어 오차증폭기(207)로 입력된다.
이 오차증폭기(207)의 출력은 다시 다음 단계인 콘페레이터(208)로 입력되어, PWM기준 발진기(209)의 출력에 의해 변조되어, 상기 토크검출부(102)의 출력에 비레한 펄스폭의 제어신호로서 다음 단계인 전동기구동회로(210)로 출력되고, 그 출력회로에 접속된 전동기부(103)의 토크제어가 이루어진다. 또, 전동기 전류는 검출저항(212)에 의해 검출되어 전동기 전류검출회로(211)에 의해 레벨제한 또는 커트오프(cut off)된다.
이상과 같이, 전동기 제어부(109)는 조향샤프트상에 발생하는 조향토크를 토크검출부로 검출하고, 그 검출출력에 비례하여 전동기부를 제어하도록 하고 있으므로, 전동기부에서 보조토크가 조향샤프트상에 공급되어 조향토크의 동력 보조 작용을 담당하고 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 동력조향 본체부가 전동기제어부를 포함하여 유니트화되어 구성되어 있으므로, 조향샤프트의 연장상에 장착이 용이하고, 아울러 유니트화 하기 위해 전동기로부터 전동기 제어부를 하우징의 외부에 장착하도록 구성하였으므로, 이에 대한 내열성도 향상되고 실용상의 가치도 대단히 큰 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 조향샤프트(101)에 장착되고 또 하우징(108) 내부에 수납되어 조향핸들(100)의 조향토크를 검출하는 토크검출부(102)와, 상기 하우징(108)의 외측에 설치되고 상기 조향샤프트(101)에 조향보조력을 부여하는 전동기부(l03)와, 상기 하우징(109)내에 상기 토크검출부(102)와 유니트화 하기 위해 이와 일체적으로 설치되어 상기 전동기부(103)의 회전 출력을 감속하여 상기 조향샤프트(101)에 전달하는 감속기부(104)와, 상기하우징(108)의 외측에 설치되고 상기 토크검출부(102)에서 검출된 상기 조향토크에 따라서 상기 전동기부(103)의 회전방향과 회전력을 제어하는 전동기 제어부(109)를 갖춘 전동식 동력조향장치.
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