KR930000708B1 - 모터 구동식 동력 조타 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
모터 구동식 동력 조타 장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 일실시예를 도시한 개략도.
제2도는 제1도에 도시한 제어 유니트의 일예의 구성도이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 자동차의 조타 장치를 모터의 회전력으로 보조 부하 가세하는 모터 구동식 조타 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
종래, 이런 종류의 장치로서는 구동에 의해 보조 부하 가세하기 위한 직류 모터(이하, DC 모터라함)와 이 DC 모터의 회전력을 유효 또는 무효로 하기 위한 전자 클러치 양쪽에 공통의 (+) 전원 공급 라인에 비상 안전 릴레이의 상개 접점을 삽입하고 있다. 이상시에는 상기 비상 안전 릴레이가 비여자 상태가 되며, 상기 상개 접점을 개방함으로써 상기 DC 모터 및 상기 전자 클러치와 이들의 공통 전원을 양쪽 동시에 끊는 방식이었다.
종래의 모터 구동식 동력 조타 장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 상기 DC 모터의 전류 방향을 결정하거나 하여 상기 DC 모터를 구동하는 파워 트랜지서터나 파워 MOS.FET 등이 쇼트 고장난때 상기 DC 모터의 로크 전류를 상기 상개 접점에서 차단할 필요가 있으며, 이때문에 상기 비상 안전 릴레이의 상개 접점이 대용량이 되며, 비상 안전 릴레이가 대형화, 대용량화, 고비용화되는 동시에 상개 접점에 의한 전압강하에 의한 전력 손실이 발생하고, 또 상개 접점이 대용량화하면 그 개폐에 따른 용단 또는 용착이 생겨 안정성에 문제가 생기는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 비상 안전 릴레이로서 소용량의 것을 이용할 수 있고, 게다가 안전성이 높은 모터 구동식 파워 스티어링 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
본 발명에 관한 모터 구동식 동력 조타 장치는 직류 모터의 회전력을 조타 보조력으로서 유효 혹은 무효로 하는 전자 클러치에의 전원 공급 라인 도중에 상개 접점을 갖는 비상 안전 릴레이를 삽입하고, 비상 안전 구동 수단에 의해 조타 토오크 신호와 차속 신호를 기초로 하여 제어하게 한 것이다.
이리하여, 비상 안전 릴레이의 상개 접점이 전자 클러치만을 온, 오프할 뿐이므로 비상 안전 릴레이를 소형으로 소용량으로 하는 것이 가능해진다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 대해 설명한다.
제1도에 있어서, 1은 운전자의 조타 회전력을 받는 핸들, 2는 핸들(1)에 가해진 회전력에 따른 전기신호를 출력하는 조타 토오크 센서, 3a는 제1유니버설 조인트, 3b는 제2유니버설 조인트, 4a는 핸들(1)과 조타 토오크 센서(2) 사이를 연결하는 제1조타축, 4b는 조타 토오크 센서(2)와 제1유니버설 조인트(3a)를 연결하는 제2조타축, 4c는 제1 및 제2유니버설 조인트(3a,3b)사이를 연결하는 제3조타축이다. 5는 제2유니버설 조인트(3b)에 연결되는 제1피니온축, 6은 동시 가공 또는 별개 가공된 제1피니온축 (5)과 맞물리는 제1래크치부(6a)와 제2치부(6b)를 갖는 래크축(7a)는 한쪽 타이로드 (8a)와 래크축(6)의 일단을 연결하는 볼 조인트, 7b는 다른쪽 타이로드(8b)와 래크축 (6)의 타단을 연결하는 다른쪽 볼 조인트이다. 9는 제2도에서 상세히 설명하는 제어 유니트, 10은 차속센서, 11은 배터리, 12는 배터리(11)에 직렬 접속된 키스위치, 13은 분권 또는 영구자석 계자를 갖는 DC 모터 14는 DC 모터(13)와 동일 또는 연결에 의해 구성되고, 감속기의 고속측을 형성하는 위엄축, 15는 위엄축(14)과 맞물림 구동되는 위엄 휘일축, 16은 위엄 휘일축(15)과 래크축(6)의 제2치부(6b)와 맞물리는 제2피니온축 (17)사이의 기계적 연결, 이탈을 상기 제어유니트(9)의 지시에 의해 전기적으로 제어할 수 있는 전자 클러치이다. 제어 유니트(9)는 이밖에도 각 입력단자가 조타 토오크 센서(2)의 출력단자, 차속센서(10)의 출력단자 및 키 스위치(12)를 거쳐 배터리(11)의 (+)전원단자에 접속되고 출력단자가 DC 모터(13)의 입력단자에도 접속되고, DC 모터의 회전도 제어한다.
다음에 제2도는 상기 유니트(9)의 내부 구성을 상세히 도시한 것이다. 이 도면에 있어서 91은 일단이 키스위치(12)를 거쳐서 배터리(11)의 (+) 전원단자에 접속된 구동 코일(91a)과 배터리(11)의 (+)전원단자로부터 휴즈(18)를 거쳐 접속된 한쪽 접점(91b1) 및 전자 클러치(16)의 입력단자에 접속된 다른쪽 접점(91b2)으로 이루어진 상개 접점(91b)을 갖는 비상 안전 릴레이, 92는 배터리(11)로 부터 휴즈(18)를 거쳐 전원공급을 받고, DC 모터(13)에의 전류의 단속과 극성의 교체를 행하는 4개의 N채널형 파워 MOS.FET(92a 내지 92d)로 구성되는 파워 MOS.FET(92a,92c)의 드레인끼리 접속되어 휴즈(18)를 거쳐 배터리(11)의 (+) 전원단자에 접속되고, 제2 및 제4 MOS.FET(92b,92d)의 소오스끼리 접속되고, 분로 저항(93)을 통해 접지되어 있다.
또, 제1 MOS.FET(92a)의 드레인과 제2 MOS.FET(92b)의 소오스가 A점에서 접속되고, 또 제3 MOS.FET(92c)의 드레인과 제4의 MOS.FET의 소오스가 B점에서 접속되어 있다. 상기 A점과 B점은 DC 모터(13)의 코일 양단에 각각 접속되어 있다. 94는 배터리(11)로부터 키 스위치(12)를 거쳐 공급되는 상기 파워 MOS.FET 유니트 (92)의 (+)측 소자로서의 제1 및 제2의 MOS.FET(92a,92b)의 게이트 전원으로서 배터리(11)의 전압보다도 게이트 전압만큼만 높은 전압이나 또는 배터리(11)의 전압과 거의 같은 전압에서 출력이 전기적으로 절연된 게이트 전압을 파워-MOS.FET 유니트 (92)로 출력하는 게이트 전원회로이다. 95입력단자가 키 스위치(12)를 거쳐서 배터리 (11)에 접속된 마이크로 컴퓨터 전원회로, 96은 마이크로 컴퓨터 전원회로(95)로부터의 전원을 공급받는 마이크로 컴퓨터이다. 이 마이크로 컴퓨터(96)는 조타 토오크 센서(2)로 부터 입력 I/F 회로를 형성하는 조타 토오크 신호(97)를 거쳐 조타 토오크 신호를 입력하고, 또 차속센서(10)로부터 I/F 회로를 형성하는 차속신호 입력회로(98)를 거쳐 차속신호를 입력한다. 99는 마이크로 컴퓨터(96)가 입력한 상기 조타 토오크 신호와 상기 차속 신호에 의해 연산한 결과로서의 이상 상태 유무 판정신호를 입력하고, 출력 단자가 구동 코일(91a)의 타단부에 접속되어 비상안전 릴레이(91)를 구동하는 비상 안전 릴레이 구동회로이다.
100은 상기 조타 토오크 신호를 입력으로 하는 마이크로 컴퓨터(96)의 연산 결과에 의해 상기 DC 모터(13)의 회전 방향을 우측 방향으로 구동 지령하는 신호를 출력하는 우방향 구동회로, 101은 이 우측방향을 좌측 방향으로 구동 지령하는 신호를 출력하는 좌방향 구동회로이다. 102는 상기 조타 토오크 신호와 상기 차속 신호로부터 마이크로 컴퓨터(96)에서의 연산 결과로부터 출력되는 디지탈 신호를 디지탈/아나로그 변환하여 상기 DC 모터(13)의 지령 저뉼치에 상당하는 아나로그 전압을 출력하는 모터 전류 지령회로, 103은 분로 저항(93)에 이런 전위차를 검출하여 모터 전류 검출 회로이다. 또 104는 비반전 입력단자가 모터 전류지령회로(102)의 출력단자에 접속되고 반전 입력단자가 모터 전류 검출회로(103)의 출력단자에 접속되고, 양 출력을 비교하는 비교기이다. 105는 비교기(104)의 출력과 우방향 모터 구동회로(100)의 출력과의 적을 취하여 파워 MOS.FET 유니트(92)에 모터 우방향 구동신호를 출력하고, 제1 및 제4 MOS.FET(92a,92d)를 온하기 위한 2입력형 제1 AND 게이트, 106은 비교기(104)의 출력과 좌방향 모터 구동회로(101)의 출력의 적을 취하여 파워 MOS.FET 유니트(92)에 모터 좌방향 구동신호를 출력하고, 제1 및 제3 MOS.FET(92b,92c)를 온하기 위한 2입력형의 제2 AND 게이트이다.
107은 전자클러치 구동 회로로서, 마이크로 컴퓨터(96)의 지시에 따라 전자 클러치(16)를 단속 제어한다.
다음에, 이 실시예의 동작에 대해 설명한다. 엔진의 시동에 즈음하여 키 스위치 (12)를 온으로 하면 배터리(11)로부터 키 스위치(12)를 거쳐 전원이 마이크로 컴퓨터 전원회로(95) 및 게이트 전원회로(94)에 공급되고, 마이크로 컴퓨터(96)는 작동을 개시하는 동시에 게이트 전원회로(94)로부터 파워-MOS.FET 유니트(92)의 제1 및 제2 MOS.FET(92a,92b)에 게이트 전원이 공급된다. 마이크로 컴퓨터(96)는 작동을 개시하면 조타 토오크 센서(2)로부터의 조타 토오크 신호와 차속 센서(10)로부터의 차속신호를 조타 토오크 신호 입력회로(97)나 차속 신호 입력회로(98)를 각각 거쳐 취입하여 연산한 결과, 상기 양 센서(2,10)가 이상이 아니라고 판단하면 비상 안전 릴레이 구동회로(99)에 대해 비상 안전 릴레이(91)의 구동 코일(91a)에 통전하도록 지시한다. 이 지시에 따라 비상 안전 릴레이(91)가 비상 안전 구동회로(99)에 구동되어 ON하고, 상개 접점(91b)이 폐쇄되고, 배터리(11)로 부터 휴즈(18), 상개 접점(91b)을 거쳐 전자 클러치(16)에 전원이 공급된다. 또, 마이크로 컴퓨터(96)로 부터 전자 클러치 구동회로(107)에도 ON 지시가 나오므로 배터리(11) →휴즈 (18) →상개접점 (91b)→전자클러치(16)→전자클러치 구동회로(107)로 전류가 흐르고, 전자클러치 (16)는 작동하고, 위엄휘일축(15)과 제2피니온축(17)은 기계적으로 연결된다. 그러나 이 상태에서는 도시하지 않은 운전자가 핸들(1)을 꺾지 않았다고 하면 조타 토오크 센서(2)는 조타 토오크가 없는 신호(조타 토오크가 우도 좌도 아닌 중립 위치임을 표시하는 신호)를 출력하고 있으므로 마이크로 컴퓨터(96)의 연산 결과는 우방향 구동회로 (100) 및 좌방향 구동회로(101)에 대해 어느쪽도 비구동 지시가 되며, 모터 전류 지령회로(102)에 대해서는 모터 전류 0의 지시가 나온다.
따라서 파워 MOS.FET 유니트(92)는 DC 모터(13)에 대해 전류가 흐르지 않는 상태에서 핸들(1)은 보조부하 가세되지 않는 상태에 있다.
다음에, 이 상태에서 도시하지 않은 운전자가 핸들(1)을 우(또는 좌)로 꺾으면 제1조타(4a)를 거쳐 조타 토오크 센서(2)에 조타 토오크가 전달되고, 이조타 토오크 센서(2)는 우(또는 좌)방향으로 조타 토오크에 비례한 전기신호를 발생하는 동시에 상기 조타 토오크는 제2조타축(4b), 제1유니버설 조인트(3a), 제3조타축(4c), 제2유니버설 조인트(3b), 피니온축(5)을 거쳐 래크축(6)의 제1치부(6a)에 전달되고, 회전운동이 직선운동으로 변환된다.
한편 상기 조타 토오크 센서(2)의 전기신호는 제어유니트(9)의 조타 토오크 신호 입력회로(97)를 거쳐 마이크로 컴퓨터(96)에 입력된다. 또, 차속센서(10)가 출력하는 차속에 따른 큰 전기신호도 제어 유니트(9)의 차속신호 입력회로(98)를 거쳐 마이크로 컴퓨터(96)에 입력된다. 상기 조타 토오크 신호와 상기 차속 신호로부터마이크로 컴퓨터(96)는 연산하고 우방향 모터 구동회로(100)(또는 좌방향 모터 구동회로(101)에 구동지령을 내고 우방향 모터 구동회로(100)(또는 좌방향 모터 구동회로 (101)에“H”레벨(이하,“H”라 한다)의 신호를 출력시키는 동시에 전류 상당의 디지탈 신호를 모터 전류 지령회로(102)로 출력한다. 이에 의해 모터 전류 지령 회로(102)는 상기 디지탈 신호를 내장 디지탈/아나로그 변환기로 아나로그 신호로변환하여 비교기(104)의 (+)측 입력단자에 출력한다.
이때 DC 모터에는 전류가 흐르지 않으므로 분로 저항(93)에는 전위차가 없고, 모터 전류 검출회로(103)의 출력이 0이 되어 있다. 따라서 비교기(104)의 출력은“H”가되며, 우방향 모터 구동회로(100)(또는 좌방향모터 구동회로(101)의“H”의 출력과 상기 비교기 (104)의 “H”의 출력을 입력으로 하는 제1 AND 게이트(105)(또는 제2 AND 게이트(106)는“H”를 출력 파워 MOS.FET 유니트(92)에 DC 모터 (13)를 우방향(또는 좌방향)으로 회전하는 방향으로 제1 및 제4 MOS.FET(92a, 92d)(또는 제2 및 제3 MOS.FET(92b,92c))를 도통시킨다. 그러면 배터리(11)→휴즈(18)→제1 MOS.FET 92a(도는 제3 MOS.FET(92c))→DC 모터(13)→제4 MOS.FET(92d)(또는 제2 MOS.FET(92b)→분로 저항(93)의 경로에서 전류가 흐르고 DC 모터(13)는 회전 토오크를 발생한다. 이 모터 전류에 의해 분로 저항(93)에 전위치가 발생하고, 이 전위차는 모터 전류 검출회로(103)에서 증폭되어 비교기(104)의 (-)측 입력단자에 피이드백 된다.
이 피이드백 전압이 모터 전류 지령회로(102)의 출력 전압을 초과하면 비교기 (104)의 출력은 “L”레벨(이하,“L”이라 한다)이 되며,“H”를 출력하고 있던 제1 AND 게이트(105)(또는 제2 AND 게이트(106)의 출력이 “L”로 되며, 제1 MOS. FET(92a)(또는 제3 MOS.FET(92))및/또는 제4 MOS.FET(92d)(또는 제2 MOS.FET(92b))를 차단한다. 이에 의해 상기 통전하고 있던 DC 모터(13)의 전류가 끊기고, 분로 저항(93)의 전위차도 0이 된다. 이상의 동작을 반복하여 DC 모터(13)의 전류량을 마이크로 컴퓨터(96)가 지령하는 전류량으로 제어한다. 이 제어된 전류의 크기에 따라 DC 모터(13)는 회전수에 관계없이 거의 비례적인 토오크를 발생한다. DC 모터(13)의 발생 토오크는 워엄축(17)에 전달되고, 또 래크축(6)의 제2치부(6b)에 전달되고, 회전 운동이 직선운동으로 변환된다.
이 직선운동으로 변환된 힘은 핸들(1)에 가해지는 상기 운전자의 조타에 의한 조타 토오크를 직선 운동으로 변환한 힘의 방향과 일치하도록 설정하고 있으므로 보조 부하 가세하게 되며, 조타 토오크 센서(2)에 걸리는 조타 토오크를 감소시키는 방향으로 작용하고, 조타 토오크 센서(2)의 출력을 감소시키는 동시에 상기 운전자긔 조타 토오크를 경감한다. 이 상태에서 가령 차속센서(10)나 조타 토오크 센서(2)의 본체나 차체 배선에 이상이 생기면 마이크로 컴퓨터(96)는 연산 결과에 의해 비상 안전 구동회로 (99)에 OFF 지령을 내고 비상 안전 구동회로(99)에 의해 비상 안전 릴레이(91)를 OFF 시키고, 상개 접점(91b)을 개방시킨다. 이로써 배터리(11)로 부터, 전자 클러치 (16)에의 전원 공급이 차단되고, 전자 클러치(16)가 OFF되어 제2피니온축(17)과 워엄 휘일축(15)을 기계적으로 이탈시키고, 수동 조타 상태로 복귀하도록 동작한다. 물론, 이때는 마이크로 컴퓨터(96)는 전자 클로치 구동회로(107), 우방향 모터 구동회로 (100), 좌방향 모터 구동회로(101)도 OFF 지령을 내므로 양 AND 게이트(105,106)의 출력도“L”이고 파워 MOS.FET 유니트(92)도 전류 차단 상태가 되며 2중, 3중으로 안전성이 확보된다.
또 가령 파워 MOS.FET 유니트(92)가 쇼트 고장난 때는 와전류가 휴즈(18)로 흐르고, 휴즈(18)를 녹여 끊으므로 DC 모터(13)가 멋대로 회전하는 일은 없다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 전자 클러치에의 전원 공급 라인 도중에 상개 접점을 갖는 비상 안전 릴레이를 삽입하도록 구성하였으므로 전원 배선의 단선등의 이상시에는 전자 클러치가 비상안전 릴레이의 비여자에 의해 차단되므로 모터에 의한 보조 부하 가세가 없어지며, 자동적으로 매뉴얼 스티어링으로 절환하여 핸들이 극단적으로 무거워지는 위험성을 방지하고, 모터 구동용 파워 MOS.FET 유니트가 배터리로 부터 휴즈를 거쳐 직접 전압 인가되므로 비상 안전 릴레이의 소형화, 저용량화, 저소음화 및 저비용화를 실현 할 수 있고,또 비상 안전 릴레이의 접점에 의한 전압 강하에 의한 전력 손실을 없앨 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 핸들(1)의 회전력을 검출하는 조타 토오크 센서(2)로부터의 조타 토오크 신호와 차속을 검출하는 차속센서(10)로부터의 차속 신호를 기초로한 조타 보조력으로서 직류 모터(13)의 회전을 제어하고, 상기 직류모터(13)와 전자 클러치(16) 사이에 감속기구를 삽입하여, 상기 전자 클러치(16)의 온 또는 오프에 따라 상기 직류 모터(13)의 회전력을 상기 조타 보조력으로서 유효 또는 무효로 하는 모터 구동식 동력 조타 장치에 있어서, 상기 전자 클러치(16)에의 전원 라인의 도중에 삽입된 상개 접점을 갖는 비상 안전 릴레이(91)를 설치하고 상기 비상 안전 릴레이(91)의 구동 코일(91a)의 일단을 키이 스위치(12)를 거쳐 배터리 전원(11)의 (+)단자에 접속하고, 상기 구동 코일 (91a)의 타단을 상기 조타 토오크 신호 및 상기 차속 신호를 기초로 하여 이상이라고 판단한 때에 상기 구동 코일(91a)의 통전을 끊는 비상 안전 구동 회로(99)에 접속한 것을 특징으로하는 모터 구동식 동력 조타장치.
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