KR930001861B1

KR930001861B1 - 유압식동력 보조 조향장치

Info

Publication number: KR930001861B1
Application number: KR1019890008888A
Authority: KR
Inventors: 알란 쥬라스키 제프리; 마리안 포우락 안드르제; 웨인 그라버 데이비드; 왈라스 바비노 제임스
Original assignee: 제너럴 모터즈 코오포레이션; 마이클 죤 덴턴
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1993-03-18
Also published as: AU3607589A; ES2041995T3; EP0349116A2; EP0349116A3; DE68907448D1; KR910001292A; AU619847B2; DE68907448T2; US4871040A; BR8903119A; EP0349116B1; JPH07121699B2; JPH0245271A

Abstract

내용 없음.

Description

유압식동력 보조 조향장치

제1도는 본 발명의 전자기장치를 이용하는 동력조향기어 밸브조립체의 단면도 및 그 제어유니트의 블록 다이어그램.

제2a도, 제2b도 및 제2c도는 제1도에 도시된 전자기장치의 회전자기회로를 도시한 선형도.

제3도는 제1도의 전자기장치에 의해 생성된 중심조절력을 주어진 차량속도에 대한 조향축회전의 함수로서 도시한 그래프.

제4도는 여러 가지 차량속도에 대한 제1도의 제어밸브 및 제어유니트로서 얻어지는 운전자의 조향노력변화를 나타낸 도면.

제5도는 본 발명의 전자기장치를 제어함에 있어서, 제1도의 제어유니트에 의해 수행되는 컴퓨터프로그램 지시사항을 도시한 플로우다이아그램이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 조향기어 18 : 스풀축

28 : 피니언기어 54 : 밸브스풀부재

64 : 밸브본체 90 : 비틀림바(torsion bar)

100 : 회전자기회로(rotary circuit)

102 : 정지자기회로(stationary magnetic circuit)

104 : 제1자기부재(원판부재) 106, 108 : 제2자기부재(자극편)

130 : 여기(勵起) 코일 178 : 제어유니트(control unit)

본 발명은 자동차의 유압식동력 보조조향장치(hydraulic power assist steering apparatus)에 관한 것으로, 보다 상세히는 일정수준의 동력보조력(power assist)을 얻는데 요구되는 운전자의 조향노력을 변화시키기 위한 전자기제어장치에 관한 것이다.

통상의 유압식동력 보조조향장치는 공급되는 유체흐름(fluid flow)에 따라 조향연결장치(steering linkage)를 작동시키는 유압작동기(hydraulic actuator)와, 운전자가 작동시킨 조향토오크에 따라 상기 유압작동기로 향하는 유체의 흐름을 제어하는 회전식 유압조절밸브를 갖추고 있다.

상기 제어밸브는 통상적으로 밸브하우징내에서 회전가능한 원통형 밸브 본체와 상기 밸브 본체내에 회전가능토록 설치된 밸브스풀부재(valve spool)를 포함하고 있다.

작동유체는 상기 밸브스풀부재내에 형성된 공간(cavity)으로 공급되며, 상기 밸브본체는 상기 밸브스풀부재와 밸브본체 사이의 상대적인 회전량에 따라 유체의 흐름을 받도록 요홈이 형성되어 있다.

상기와 같이 받은 유체는 그 후 유압작동기로 유입되어 밸브본체와 상기 밸브스풀부재 사이의 상대적인 회전량에 따라 조향보조력이 발생하게 된다. 밸브스풀부재는 자동차의 운전자에 의해 수동으로 회전되며, 공전(空轉)커플링(lost motion coupling)을 통해 조향연결장치를 기계적으로 구동시키도록 연결된다.

비틀림바(torsion bar)와 같은 탄성부재가 상기 밸브스풀부재와 밸브본체를 연결시켜 상기 밸브스풀부재와 밸브본체를 최초의 위치로 복귀시키기 위한 중심조절력을 부여하고, 운전자가 작동시킨 조향토오크에 따라서 적어도 상기 공전커플링의 작동범위내에서 상기 밸브스풀부재와 밸브본체 사이의 상대적인 회전이 가능하게 된다.

상기한 바와 같은 형태의 장치에서는, 일정수준의 동력보조력을 얻는데 필요한 운전자 조향조력의 수준이 대부분 상기 비틀림바의 탄성력에 따라 다르게 된다.

만일, 비틀림바가 비교적 높은 탄성력을 갖는다면, 비교적 낮은 수준의 운전자 조향노력이 필요하게 된다.

이는 비교적 높은(큰) 조향력이 요구되는 차량의 저속운전에 필요하다.

또한, 비틀림바가 비교적 낮은 탄성력을 갖는다면, 비교적 높은(큰) 수준의 운전자 조향노력이 필요하게 된다. 이는 비교적 낮은(적은) 조향력이 요구되는 차량의 고속운전에 필요하다.

상술한 바와 같은 기술적인 한계를 극복하기 위하여, 일정수준의 동력보조력을 얻기 위해 차량속도의 함수로서 운전자의 조향노력을 변화시키기 위한 여러 가지 장치가 제안되어 있다.

이 같은 장치의 일예가 미국특허 제4,629,025호에 기재되어 있다.

상기 장치에서는, 차량의 속도가 증가됨에 따라 유압펌프로부터 배출된 유체의 일부분이 상기 유압펌프의 유체저장조로 복귀되어 유압작동기로 유입되는 유체의 흐름을 줄이도록 되어 있다.

본 발명에 의한 유압식동력 보조조향장치는, 상대적으로 회전가능하고 운전자가 작동시키는 스풀축과 피니언기어 사이에 연결되며, 스풀축에 가해진 운전자의 조향노력이 이에 일치하는 수준의 동력보조조향력을 발생시키도록 상대적인 회전에 따라 상기 동력보조조향력을 발생시키는 유체흐름을 생성시킬 수 있는 한 쌍의 유압작동부재(hydraulic elements) ; 및 상기 유압작동부재 사이에서 탄성적으로 회전가능한 커플링 수단을 형성하고, 상기 한 쌍의 유압작동부재중 어느 하나에 연결되어 회전하는 제1자기부재와, 상기 한 쌍의 유압요소중 다른 하나에 연결되어 회전하는 제2자기부재를 갖춘 회전자기회로수단을 포함하는 전자기제어장치(electromagnetic control apparatus) ;를 갖추며, 상기 제1 및 제2자기부재는 서로 자기력에 의해 결합되어 상기 유압작동부재 사이에서 자기회전커플링(a magnetic rotational coupling)을 형성함으로서, 최소동력 보조조향력을 유지하는 중심위치로부터 상기 유압작동부재의 상대적인 회전작동이 저항을 받게 되는 구성을 갖춘다.

본 발명은 유체의 흐름조절을 위한 통상의 상대적으로 회전가능한 밸브스풀부재와 밸브본체로 이루어지는 유압작동부재 및, 일정수준의 동력보조력을 얻는데 필요한 운전자의 조향노력을 조절하기 위하여 상기 밸브스풀부재와 밸브본체 사이에서 가변탄성커플링을 형성하는 전자기장치를 갖는 유압식동력 보조조향장치에 관한 것이다.

본 발명의 전자기장치는 바람직하게 회전자기회로와, 정지자기회로를 포함한다.

상기 회전자기회로는 한 쌍의 상대적으로 회전가능한 작동부재를 포함하고, 그 중 하나는 자속(磁束)을 유도하기 위해 이(齒, tooth)가 형성되어 있으며, 다른 하나는 영구자석커플링을 형성하기 위해 영구자석을 갖추고 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 이(tooth)가 형성된 작동부재는 한 쌍의 축방향으로 배열된 자극편(magnetic pole pieces)으로 이루어지고, 영구자석을 갖춘 작동부재는 자극편 사이에 위치된 원판부재(a disk element)로 된다.

상기 원판부재는 입력(운전자에 의해 구동되는) 조향축과 함께 회전하도록 지지되며, 자극편들은 출력(피니언) 조향축과 함께 회전하도록 지지된다.

상기 원판부재는 방사상으로 연장하고, 교호(交互)하는 짝수 N개의 자기극성 섹터(sector)를 이루도록 축방향으로 자화(magnetized)된다.

상기 자극편 각각은 상기 원판부재의 각각의 축방향전면을 향해 연장하는 N/2개의 이(齒)를 가진다.

정지자기회로는 상기 회전자기회로의 둘레에 설치된 최소 하나의 환형여기코일(annular exciting coil)과 상기 회전식 자극편에 인접하여 설치된 강자극부재(ferromagnetic pole element)를 포함한다.

상기 부재들은 2개의 자속통로(magnetic flux paths)를 이루는 바, 즉 상기 회전자기회로의 부재만을 포함한(누설자속을 무시한) 영구자석자속통로 및, 상기 회전자기회로와 정지자기회로의 부재 모두를 포함하는 전자기자속통로를 이룬다.

상기 회전식 자극편과 원판부재는 (1) 조립체가 중심위치에 있을 때, 양쪽 자속통로가 자기적으로 평형을 이루고, (2) 입력 및 출력조향축의 상대적인 회전이 발생할 때에는 상기 2개의 자속통로내의 자속이 상기 조립체를 중심위치로 복원시키려고 하는 동상(同相, in-phase)의 중심조절력을 발생시키도록 위치된다.

상기 전자기자속통로에 기인한 힘은 환형의 여기코일에 공급된 전류의 크기 및 방향에 따라 광범위에 걸쳐 가변적이며, 이 같은 전류는 운전자의 입력토오크와 동력보조토오크사이에서 자동차의 속도의존관계(speed-dependent relationship)를 부여하기 위하여 차량속도에 관련하여 사전에 계획될 수 있다.

상기 실시예에 있어서, 본 발명의 장치는 상기 유압작동부재 사이에서 가변탄성커플링을 이루기 위하여 일반적인 비틀림 바와 함께 사용된다.

상기 비틀림바와 영구자석자속통로의 결합구조는 주어진 운전자의 조향력에 대한 중간수준에 조향보조력을 생성하기 위하여 중간정도의 탄성력을 갖춘 커플링을 제공한다.

단일극성(one polarity)의 전류로서 여기코일에 가변적으로 전압을 부여하면, 상기 커플링의 탄성력(resilience)을 증가시켜 주어진 일정수준의 동력보조력을 생성시키는데 보다 많은 운전자의 조향노력이 필요하게 된다.

반대극성(the opposite polarity)의 전류로서 여기코일에 가변적으로 전압을 부여하면 커플링의 탄성력을 감소시켜 주어진 일정수준의 동력보조력을 생성시키는데 보다 적은 운전자의 조향노력이 필요하게 된다.

바람직하게는, 코일의 전압인가작동(coil energization)이 차량의 속도증가에 따라서 조향보조력의 수준을 감소시키도록 차량의 속도에 관련하여 사전에 계획될 수 있다.

또한, 운전자의 입력신호에 따라서 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 보다 상세히 설명한다. 제1도에 있어서, 부호(10)은 전동차량의 유압식동력 보조래크(rack) 및 피니언(pinion)을 갖춘 조향기어를 나타내고, 상기 조향기어(10)는 내부에(원통형의 벽) 구멍(14)이 형성된(2개의 부재를 갖춘) 하우징(12)내에 설치되어 있다.

상기 구멍(14)내에 설치된(원통형의 회전식) 동력조향기어 밸브조립체(16)는 베어링 조립체(20)에 의해 상기 하우징(12)내에서 회전운동을 하기 위해 장착된(신장된 원통형) 스풀축(spool shaft)(18)을 포함한다.

상기 스풀축(18)의 내측단은 통상의 조향축(미도시), 및 운전자가 작동시키는 핸들(handle)(미도시)과의 연결을 위하여 환형의 유체밀봉부재(seal)(22)를 지나 돌출되어 있다.

그리고, 상기 스풀축(18)의 외측단은(신장된) 피니언기어(28)에 스플라인(spline)으로 결합되어 그 사이에서 기계적인 공전커플링(lost motion coupling)을 형성한다.

피니언기어(28)는 슬리이브베어링(30)과 상기 피니언기어(28)의 자루부(shank)(34)를 받는 볼베어링 조립체(32)에 의해서 상기 하우징(12)내에 회전가능하도록 설치된다.

상기 자루부(34)의 외측상단에 관통된 너트(36)는 상기 피니언기어(28)를 하우징(12)에 고정시킨다.

컵(CUP)모양의 덮개(38)는 수리를 위하여 상기 하우징(12)의 단부에 억지 끼워 맞춤 되어있다.

피니언기어(28)의 이(齒, teeth)는 상기 하우징(12)내에서 선형 미끄럼운동(linear sliding movement)을 하기 위해 설치된(신장된) 래크(42)의 톱니부(40)에 맞물려 있다.

상기 래크(42)는 도시되지 않은 적절한 볼조인트(ball joint) 및 타이로드(tie rod)를 통해 자동차의 조향바퀴에 작동가능하도록 연결된다.

상기와 같은 장치에 있어서, 상기 래크(42)의 직선운동은 차량의 조향작동을 위해 자동차의 바퀴를 회전시킨다.

또한, 상기 래크(42)는 상기 래크(42)에 조향보조력을 가하기 위한 유압작동식동력실린더장치나 작동기(미도시)에 결합된다.

후술하는 바와 같이, 상기 동력조향기어 밸브조립체(16)는 래크(42)에 우측이나 좌측의 조향보조력을 가하기 위하여 작동유체를 동력실린더의 우측 또는 좌측의 회전공간으로 보낸다.

상기 동력실린더는 미국특허 제4,454,801호에 자세히 기술되어 있다.

피니언기어(28)의 톱니와 상기 래크(42) 사이의 맞물림작동은 하우징구멍(47)내에 미끄럼 장착된 래크접촉슈우(rack contact shoe)(46)에 의해 이루어진다.

상기 래크접촉슈우(46)와 조절플러그(50) 사이에 내장된 나선형 스프링(48)은 상기 래크접촉슈우(46)을 조여주는 역할을 한다.

조절플러그(50)는 하우징구멍(47)내에 나사결합되고, 스프링탄성력을 변화시키기 위해 축방향으로 조절가능하다.

너트(52)는 상기 조절플러그(50)를 선택된 위치내에 유지시킨다.

동력조향기어밸브조립체(16)의 스풀축(18)상에는 (원통형)밸브스풀부재(54)가 형성되어 있다.

상기 밸브스풀부재(54)는 그 주연부에 복수개의 (아아치형의, 축방향으로 연장된)오일이송요홈(50)이 형성되어 있다.

또한, 동력조향기어밸브조립체(16)는 상기 밸브스풀부재(54)상의 구멍(14)내에 회전가능하게 설치된(원통형) 밸브본체(64)를 포함한다.

상기 밸브본체(64)의 외측단은 피니언기어(28)의 단부로 확장하여 방사형의 핀(66)에 의해 구동연결된다.

상기 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)는 유입작동부재를 형성한다. 밸브본체(64)는 상기 구멍(14)과의 사이에서 각각 우측회전, 공급, 좌측회전공간(76), (78), (80)을 형성한다.

유압펌프(82)는 유체를 상기 공급공간(78)으로 공급하고, 상기 유체는 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64) 사이의 상대회전방향 및 회전정도에 따라서 상기 밸브스풀부재(54)의 오일이송요홈(56) 및, 천공된 통로(84)와 (86)을 통하여 상기 우측회전 및 좌측회전공간(76), (80)으로 향하게 된다.

우측회전 및 좌측회전공간(76), 80)은 상술한 바와 같이 래크(42)내에 부합하는 수준의 조향보조력을 생성시키기 위해 지시된 바와 같이 동력실린더(작동기)의 우측(RT) 및 좌측(LT)공간에 연결된다.

배출통로공간(88)은 작동유체를 유압펌프(82)의 유체저장조(68)로 복귀시킨다.

동력조향기어밸브조립체(16)와 그 유압시스템에 관한 자세한 설명은 앞에서 언급한 미국특허 제4,454,801호에 기재되어 있다.

상기 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64) 사이에서 탄성적으로 중심을 유지시키기 위한 커플링장치가 비틀림바(90)와 함께 본 발명의 전자기장치 혹은 제어장치(92)에 의해 제공된다.

상기 비틀림바(90) 및 전자기장치(92)는 운전자가 작동시킨 조향토오크에 관련하여 상기 밸브스풀부재(54)가 밸브본체(64)에 대하여 회전할 수 있도록 함으로서 동력조향기어밸브조립체(16)는 요구되는 수준의 조향보조력을 생성시키기 위해 동력실린더(미도시)로 작동유체를 향하도록 한다.

운전자가 작동시킨 조향토오크가 종료되면, 비틀림바(90) 및 전자기장치(92)는 밸브본체(64)와 상기 밸브스풀부재(54)를 중심축에 일치시켜 조향보조력을 종료시키게 된다.

상기 비틀림바(90)는 스풀축(18)내에서 축방향의 개구부(69)를 지나 동심(同心)상으로 연장된다.

핀(70)은 비틀림바(90)의 입력단부를 스풀축(18)에 연결시킨다.

상기 비틀림바(90)의 출력단부는 피니언기어(28)에 스플라인(72)으로 연결되어 지지된다.

베어링슬리이브(74)는 비틀림바(90)의 원통형부위에서 스풀축(18)의 내부단부를 지지한다.

전자기장치(92)는 회전자기회로(100) 및 정지자기회로(102)를 포함하고 있다.

정지자기회로(102)는 보빈(bobbin)(132)상에서 회전자기회로(100) 둘레에 권취시킨 환형여기코일(130)(전압인가가 가능한 코일) 및, (부분적으로 둘러싸는 강자성체) 자극부재(pole element)(134)를 포함한다.

상기 자극부재(134)의 자극표면(136), (137), (138), (139)은 정지 및 회전자기회로(102), (100) 사이에서 자속이 방사상 및 축방향으로 용이하게 전달되도록 회전자기회로(100)에 근접하여 위치되어 있다.

환형여기코일(130)의 단자부는 하우징(12)내의 적당한 개구부(174)를 통하여 후술되는(컴퓨터) 제어유니트(178)(제어수단)에 연결된다.

회전자기회로(100)는 (영구자석)원판부재(104)(제1자기부재)와 한 쌍의(회전강자성체) 자극편(106), (108)(제2자기부재)를 포함한다.

상기 원판부재(104)는 로터히브(rotor hub)(110)에 고정지지되고, 스풀축(18)의 회측단에 고정되어 함께 회전된다.

자극편(106)은 비자성공간자(a nonmagnetic spacer)(107)를 지나 함께 회전하도록 피니언기어(28)의 내측단에 고정된다.

자극편(106), (108)의 개구부내에 고정된 복수개의 핀(112)은 자극편(108)과 상기 자극편(106)을 서로 단단히 결착시키고, 후술되는 바와 같이 그 사이에 예정된 각(角)배열(angular alignment)을 이루도록 한다.

각각의 핀(112)에 형성된 한 쌍의 프랜지(114)는 원판부재(104)의 축방향 칫수보다 다소 큰 사전에 설정된 틈새를 얻기 위해 자극편(106), (108)에 안치되어 있다.

원판부재(104)는 조립시, 자극편(106), (108) 사이의 대략중간에 위치된다. 제2a도-제2c도에 보다 분명하게 도시된 바와 같이, (영구자석)원판부재(104)는 방사상으로 연장하고, 교호하는 짝수 N개의 자기극성 섹터를 이루기 위해 축방향으로 자화(magnetized)되며, 자극편(106), (108) 각각은 원판부재(104)의 축방향 전면을 향하여 각각 신장되는 N/2개의 이(teeth), (120), (122)를 갖는다.

상기 이(120), (122)는 약 1/4극 간격(pole pitch)만큼 서로 편각(偏角, angularly offset)되며, 원판부재(104)는 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)가 중심축에 일치될 때, 상기 자기섹터가 1/8극 간격만큼 상기 자극편(106), (108)의 동일 극성이(teeth)를 비껴날 수 있도록 위치된다.

제2a도-제2c도에 나타난 바와 같이, 상기 부재들은 2개의 자속통로를 형성하는 바, 즉 회전자기회로의 부재인 원판부재(104), 자극편(106), (108)만을 포함하는 영구자석자속통로와, 정지 및 회전자기회로의 부재인 원판부재(104), 자극편(106), (108) 및, 자극부재(134)와 자극표면(136), (137), (138), (139)을 모두 포함하는 전자기자속통로이다.

제2a도 및 제2c도에 의하면, 영구자석자속통로를 흐르는 자속은 단지 상기 원판부재(104)의 영구자석에 의해 만들어진다.

상기 자속은 (정지)자극부재(134)와 독립하여 존재한다.

밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)가 제2a도에서와 같이 중심축에 일치될 때, 자기중심조절력(토오크)은 생성되지 않는다.

그러나, 제2c도에서와 같이 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)의 상대적인 변위(displacement)가 있으면, 영구자석자속통로내의 자속에 의해 생성된 자력(magnetic forces)이 불균형하게 되고, 환형의 여기코일에 전압을 인가시킨 것과는 무관하게 화살표(140) 방향으로 합성복원력(중심조절력)을 발달시킨다.

상기와 같은 힘은 제3도의 그래프에서 (144)로 나타난 것과 같이, 상대적 변위량의 함수로서 변화된다.

제2b도 및 제2c도에 의하면, 그리고 영구자석의 영향을 무시하면, 전자기자속통로내에서 흐르는 자속은 일차적으로 (정지자기회로의) 환형여기코일(130)에 전압을 인가함으로서 생성된다.

점선으로 표시한 바와 같이, 상기 자속은 (정지)자극표면(138) 및 (139)을 통하여 (회전)자극편(108)(north)으로 인입되며 (정지)자극표면(136) 및 (137)을 통하여 (회전)자극편(106)을 나간다.

그러나, 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)가 제2b도에서와 같이 중심축에 일치되면 자력에 의한 중심조절력은 발생되지 않는다.

제2c도에서와 같이 밸브스풀부재(54)의 밸브본체(64)의 상대적인 변위가 있을 때, 전자기자속통로내의 자속에 의해 생성된 자력은 불균형하게 되고, 화살표(140)방향으로 합성복원력(중심조절력)을 발달시킨다.

이 같은 힘은 코일에 가해지는 전류 및, 상대적인 변위량의 함수로써 변환하며, 주어진 코일전류크기에 대한 힘이 제3도에서 실선(142) 및 (142')으로 상대적변위의 함수로써 도시되어 있다. 제3도에 도시된 실선(142)으로 나타내어지는 전자기중심조절력은 주어진 제1극성의 전류로서 상기 환형의 여기코일(130)에 전류를 가함으로서 생성된다.

이같은 힘은 영구자석에 의한 중심조절력(실선(144))에 최소 ±N/4 전기도(electrical degrees)(예시된 실시예에서는 4.5기계적인 각도) 혹은 그 이하의 상대적인 변위량을 가산(+)한 것이며, 여기서 N은 (회전)원판부재(104)에서의 자기섹터(sector)의 수이다.

제3도에서 도시된 실선(142')의 전자기중심조절력은 크기는 같으나 극성이 반대인 전류로서 환형의 여기코일(130)에 전류를 인가함으로써 발생된다. 이 같은 힘은 최소 ±N/4 전기도 혹은 그 이하의 상대적변위량만큼 영구자석에 의한 중심조절력으로부터 감산(-)된 것이다.

밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64) 사이에서 커플링의 효과적인 탄성력은 비틀림바(90), 영구자석자속통로 및 전자기자속통로의 중심조절력(centring force)을 합하여 결정된다.

상기와 같이 합산된 중심조절력은 제4도에서와 같이 상대변위량의 함수로서 도시된다.

비틀림바(90) 및 영구자석자속통로의 중심조절력은 주어진 장치에 대하여 고정되어 있으나, 전자기자속통로의 중심조절력은 여기코일에 가해지는 전류의 크기 및 방향에 따라 가변적이며, 제4도에 도시된 바와 같이 된다.

제1도의 (컴퓨터 작동식)제어유니트(178)에는 (도시되지 않은)자동차축전지로부터 운전동력이 공급되며, 이는 마이크로컴퓨터(μC)(180) 입력/출력(I/O)장치(182), 입력카운터(INP CTR)(184), 및 펄스-폭-변조장치(PWM)(186)를 포함하고, 이들 모두는 통상의 장치들로서 이용가능하다.

상기 마이크로컴퓨터(180)는 입력/출력장치(182)를 지나 나머지 장치들과 연결되고 ; 여러 가지 입력정보에 반응하여 마이크로컴퓨터(180)는 환형여기코일(130)에 필요한 전류인가등과 같은 출력명령을 발생시키기 위해 일련의 예정된 프로그램 지시사항을 수행한다.

상기 프로그램 지시사항은 제5도의 플로우다이아그램과 관련하여 후술된다. 제어유니트로 입력되는 첫번째의 정보는 선(188)을 통한 전동차량의 속도신호이며, 이는 통상의 속도검출기(미도시)에서 얻을 수 있다.

상기 속도신호는 입력카운터(184)를 지나 입력/출력장치(182)로 인가되며, 이는 정해진 계수(factor)로써 속도신호의 주파수를 분할한다.

여기코일(130)용 펄스-폭-변조명령은, 자동차축전지(미도시)로부터의 전류를 환형의 여기코일(130)에 부합하도록 변조시키기 위해 (2방향성)펄스-폭-변조장치(186)(통상의 H-변환구동장치 형태를 취할 수도 있다)에 인가된다.

코일전류의 표시신호는 펄스-폭-변조장치(186)에 의해 생성되어 적절한 전류분로(分路, shunt)와 함께 선(176)으로 인가되고, 이같은 신호는 코일전류의 폐쇄-루프(closed-loop) 제어에 사용하기 위해 입력/출력장치의 아나로그접속구(analogue port)에 입력정보로서 인가된다.

필요하면 개방-루프 전류제어가 교호하여(alternately) 사용될 수 있다.

예시된 실시예에 의하면, 비틀림바(90)와, 영구자석자속통로에 의한 중심조절력의 결합효과는 제4도에서 실선(146)으로 나타낸 중간수준의 조향보조력을 발생시킨다.

이 정도 수준의 조향보조력은 48Kph(30마일/hr)와 같은 중간정도의 차량속도에 특히 적합하다.

차량속도를 증가시킴에 따라 제어유니트(178)는 실선(148)으로 표시한 바와 같이 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(643)의 상대변위량당(per) 운전자의 조향노력을 증가시키기 위하여 제1극성전류의 수준을 점진적으로 증가시키면서 환형여기코일(130)에 전류를 인가하기 시작한다.

차량속도가 감소하면, 제어유니트(178)는 실선(148)으로 표시한 바와 같이 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(654)의 상대변위량당(per)운전자의 조향노력을 감소시키기 위해 반대극성전류의 수준을 점진적으로 증가시키면서 환형여기코일(130)에 전류를 인가하기 시작한다.

이는 동력보조력의 수준이 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64)의 상대적인 변위량에 직접 관련되기 때문에 운전자의 조향노력이 가변하게 된다.

최대 상대변위한계(MAX)는 스풀축(18)과 피니언기어(28) 사이의 스플라인 결합된 로스트모우션 커플링에 의해 제한된다.

일단 최대변위량이 발생되면, 조향바퀴의 회전작동이 상기 커플링을 지나 피니언기어(28)에 기계적으로 전달된다.

예시된 실시예에 있어서, 커플링은 약 ±4.5의 기계적인 각도(N/4 전기도)에 해당하는 상대적변위량을 가능하게 하며, 이 영역에서는 영구자석과 전자기중심조절력의 결합력은 선형(linear) 혹은 준직선(quasi-linear)상태를 이룬다.

물론, 선택적인 제어방법도 사용될 수 있다.

예를 들어, 비틀림바(90)는 그 중심조절력과 영구자석중심조절력의 결합력이 최고수준의 조향보조력을 제공하도록 설계될 수도 있을 것이다.

이 경우, 제어유니트(178)는 밸브본체/밸브스풀부재를 갖춘 커플링의 전체탄성력을 조절하기 위하여, 상기 환형여기코일(130)의 일방향성 전류제어에 영향을 미칠 수도 있다.

이 같은 경우에 있어서, (2방향성)펄스-폭-변조장치(186)가 일방향성 변조장치로 대체될 수 있을 것이다.

또한, 다른 선택방법으로서, 비틀림바(90)가 완전히 제거될 수도 있다.

이 같은 구성에 있어서, 기본수준(즉, 코일전류가 없는)의 조향보조력은 영구자석자속통로의 자속에 의해 생성된 중심조절력만으로 결정될 것이다.

다른 실시예에서와 같이, 이 같은 중심조절력은 일방향성 혹은 2방향성 전류로서 환형여기코일(130)의 전류인가를 통하여 변화될 수 있다.

사용된 제어방법에 관계없이, 제5도는 제어를 실행하는 데 있어서 제1도의 (컴퓨터작동식) 제어유니트(178)에 의해 실행되는 컴퓨터프로그램 지시사항을 나타내는 플로우다이아그램을 도시한다.

블록(150)은 예정된 값으로 변화가능한 프로그램 및 여러 가지 레지스터(registers)를 초기화하기 위하여 차량작동의 각 주기별로 초기에 실행되는 일련의 프로그램 지시사항을 나타낸다.

다음, 블록(152)-(162)이 실행된다.

결정블록(152)과 (162)은 입력카운터(184)의 차량속도신호출력이 저(低, Low)에서 고(高, high)로 전이하는 것을 검지한다.

전이가 검지되면, 지시블록(154), (156), (158) 및 (160)은 순차적으로 자동차속도(Nv)를 계산하고, 코일 전류값(Ic)를 판독하며, 펄스-폭-변조장치(186)에 대한 PWM 펄스폭을 계산하여 출력한다.

블록(154)에서의 자동차속도계산은 입력카운터반송비트(input counter carry bit)의 저(Low)-고(High)전이간의 경과시간에 근거하며, 이 시간은 차량속도(Nv)에 역비례한다.

PWM 펄스폭 명령의 계산은 측정된 코일전류값(Ic)으로부터 요구되는 상기 코일전류값의 제어편차(deviation)에 근거하며, 이때 요구되는 전류값은 제4도에 지시된 바와 같이 차량속도에 의해 결정된다.

상기에서 실시예를 참고로 하여 본 발명을 설명하였으나 이 분야에서 숙련된 자는 여러 가지 변형을 할 수 있을 것이다.

본질적으로, 본 발명의 제어장치는 정지자기회로 및, 최소 2개의 상대적으로 회전가능한 부재를 갖는 회전자기회로를 포함한다.

또한, 상기 자기회로의 기능은 다른 (원통형과 같은)구성으로부터 얻어질 수 있고, 더욱이, 운전자의 입력신호(가벼운, 중간정도의, 혹은 무거운)나 압력피드백(pressure feed back)등과 같은 여러 가지 제어변수가 별도로 혹은 상술된 자동차의 속도변수와 함께 사용될 수 있다.

Claims

상대적으로 회전가능하고 또한 운전자가 작동시키는 스풀축(18)과 피니언기어(28) 사이에 연결되며, 상기 스풀축에 가해지는 운전자의 조향노력이 이에 일치하는 수준의 동력보조조향력(Power assist steering force)을 발생시키도록 상대적인 회전에 의해 동력보조조향력을 발생시키는 유체흐름(hydraulic flow)을 생성시킬 수 있는 한 쌍의 유압작동부재(hydraulic elements)인 밸브스풀부재(54)와 밸브본체(64) ; 및 상기 유압작동부재 사이에서 탄성적으로 회전가능한 커플링을 이루기 위한 전자기제어장치 ;를 포함하는 자동차용 유압식동력 보조조향장치에 있어서, 상기 전자기제어장치는, 상기 한 쌍의 유압작동부재중의 밸브스풀부재(54)와 함께 회전하도록 연결된 원판부재(104)(제1자기부재)와, 상기 한 쌍의 유압작동부재중 밸브본체(64)와 함께 회전하도록 연결된 자극편(106, 108)(제2자기부재)을 포함하는 회전자기회로(rotary magnetic circuit)(100)를 갖추고, 상기 제1 및 제2자기부재들은 서로 자기력에 의해 결합되어 상기 유압작동부재 사이에서 자기회전 커플링(a magnetic rotational coupling)을 형성함으로써, 최소동력 보조조향력을 유지하는 중심위치로부터 상기 유압작동부재의 상대적인 회전작동이 저항을 받게 되며, 상기 자기회전커플링의 강도를 조절하기 위하여 상기 원판부재(104) 및 자극편(106, 108)중의 어느 하나에 자기적으로 연결된 여기코일(130)을 포함함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제1항에 있어서, 최소동력 보조조향력을 갖는 중심위치로부터 상기 유압작동부재의 상대적인 회전작동에 저항하는 상기 유압작동부재 사이의 기계적 회전커플링을 형성시키기 위하여 밸브스풀부재와 밸브본체(54, 64)(유압작동부재)를 기계적으로 연결하는 탄성부재를 갖춘 회전식 기계수단을 포함하고, 이는 회전식 자기커플링과 함께 상기 유압작동부재 사이에서 회전커플링의 전체결합력(중심조절력)을 구성함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제2항에 있어서, 상기 탄성부재는 비틀림바(torsion bar)(90)임을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제1항에 있어서, 상기 여기코일(energizable coil)(130)은 환상(環狀)이며, 상기 원판부재(104)(제1자기부재) 및 자극편(106, 108)(제2자기부재)중의 어느 하나에 주위에 배치되며, 또한 전자기자속통로를 형성하기 위한 정지자속자극부재(134)를 갖춘 정지자기회로(102)의 일부가 되어, 여기코일(130)의 전류인가작동동안 전자기자속통로내에 형성된 자속이 코일전류의 인가에 따라 가변적인 전체중심조절력을 생성하기 위하여 상기 자기회전커플링과 결합하는 전자기중심조절력을 발생시킴으로서, 상기 밸브스풀부재 및 밸브본체(54, 64)의 상대적인 회전작동 및, 일정수준의 동력보조조향력을 얻는데 필요한 운전자의 조향노력이 상기 여기코일(130)의 전류인가에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제4항에 있어서, 상기 정지자기회로(102)의 정지자속자극부재(134)는 원판부재(104) 및 자극편(106, 108)중의 어느 하나에 근접하여 위치된 자극표면(pole surface)(136), (137), (138), (139)을 포함함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제1항에 있어서, 상기 회전자기회로(100)의 제1자기부재는 축방향으로 자화된 영구자석의 원판부재(104)로 이루어지고 ; 상기 회전자기회로의 제2자기부재는 영구자석의 원판부재 주위에 대향하도록 배치된 한 쌍의 회전자속자극편(106, 108)으로 형성됨을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제6항에 있어서, 상기 축방향으로 자화된 영구자석의 원판부재(104)는 자기극성을 교류하는 N개의 섹터를 가지며 ; 또한 상기 회전자속자극편(106, 108)중 최소 하나는 상기 영구자석으로 된 원판부재(104)의 축방향면에 근접하여 설치된 N/2개의 축방향으로 신장된 이(齒, teeth)(120, 122)를 갖는 것을 특징으로 하는 유압식 동력보조조향장치.
제7항에 있어서, 상기 회전자속자극편(106, 108) 각각은 상기 영구자석원판부재(104)의 반대편 축방향면을 향하여 N/2개의 동일극성(homopolar)을 갖춘 이(齒)(120, 122)를 갖는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조조향장치.
제9항에 있어서, 회전자속자극편(106, 108)의 이(齒)(120, 122)는 영구자석극간격(pole pitch)의 약 1/4만큼 편각(偏角)(angularly offset)되며; 또한 영구자석원판부재(104)는 유압작동부재(54, 64)가 중심위치에 있을 때, 상기 영구자석섹터의 축방향면이 영구자석극간격(pole pitch)의 약 1/8만큼 상기 회전자속자극편의 동일극성 이(齒)로부터 편각되도록 상기 회전자속자극편에 관련하여 위치됨을 특징으로 하는 유압식 동력 보조조향장치.
제1항에 있어서, 나아가 차량의 속도에 관련하여 상기 여기코일(130)에 전류를 인가시키기 위한 제어유니트(178)를 포함하며, 이에 의해 차량속도에 따라 상기 자기회전커플링의 크기를 변화시킴을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제10항에 있어서, 상기 밸브스풀부재와 밸브본체(54, 64)의 중심위치는 중간정도의 차량속도에 적합한 중간수준의 동력보조조향력을 제공하며 ; 상기제어유니트(178)는, (1) 상기 중간정도의 차량속도 이상의 속도에 대하여 상기 동력보조조향력을 감소시키도록 자기회전커플링의 결합력을 증가시키는 제1극성 및, (2) 상기 중간정도의 차량속도보다 낮은 차량속도에 대하여 상기 동력보조조향력을 증가시키도록 자기회전커플링의 결합력을 감소시키기 위한 제2극성, 의 전류로서 상기 여기코일(130)에 전류를 공급함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제10항에 있어서, 상기 밸브스풀부재와 밸브본체(54, 64)의 중심위치는 비교적 낮은 차량속도에 적합한 비교적 높은 수준의 동력보조조향력을 제공하며 ; 또한 상기제어유니트(178)는 상기 비교적 낮은 차량속도 이상의 차량속도에 대하여 상기 동력보조조향력을 감소시키도록 자기회전커플링의 결합력을 증가시키기 위한 단일극성의 전류로서 여기코일(130)에 전류를 공급함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제10항에 있어서, 상기 밸브스풀부재와 밸브본체(54, 64)의 중심위치는 비교적 높은 차량속도에 적합한 비교적 낮은 수준의 동력보조조향력을 제공하며 ; 또한 상기제어유니트(178)는 상기 비교적 높은 차량속도보다 낮은 차량속도에 대하여 상기 동력보조조향력을 증가시키도록 자기회전커플링의 결합력을 감소시키기 위한 단일극성의 전류로서 여기코일(130)에 전류를 공급함을 특징으로 하는 유압식동력 보조조향장치.
제1항 내지 제13항에서 청구된 바와 같은 유압식동력 보조조향장치에 사용하기 위한 전자기제어장치.