KR940004684B1 - 모터 구동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

모터 구동식 파워 스티어링 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

모터 구동식 파워 스티어링 장치
제1도는 본 발명의 한 실시예에 의한 모터 구동식 파워 스티어링 장치의 구성을 나타내는 블록도.
제2도는 상기 실시예의 회로도의 제어 유니트의 내부 구성과 그 주변의 구성을 나타내는 블록도.
제3도는 상기 실시예의 조타 토크와 토크 센서의 출력 관계를 나타내는 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 핸들 2a, 2c : 스티어링 샤프트
3 : 토크 센서 3a : 토크 각도 변위 변환기
3d : 메인 전위 미터 3e : 보조 전위 미터
7 : DC모터 9 : 제어 유니트
13 : 전자기 클러치 901 : +5V 정전압 전원
902 : 마이콤 903 : 페일 세이프 릴레이
904 : 페일 세이프 릴레이 구동 회로
905 : 전자기 클러치 구동 회로 906 : 모터 전류 제어 회로
907 : 연산 증폭기 908, 910 : 트랜지스터
본 발명은 자동차의 조타 장치를 모터의 회전력으로서 보조 부하를 조세(助勢)하는 모터 구동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
종래, 이런 종류의 장치에서, 조타 토크의 검출에는 핸들에 가해진 조타 토크를 토션바의 비틀림 변위로 변환하는 조타 토크 변위 변환기에 전위 미터를 장치하고, 상기 전위 미터의 전원 전압의 1/2를 조타 토크의 중립점으로 하여, 상기 변위 출력을 전기 신호를 변환한다.
상기 전위 미터가 고장났을 때의 페일 세이프(fail safe)를 확립하기 위하여, 전위 미터가 2개 구비되어, 1개의 신호는 메인으로서 사용하고, 다른쪽 신호는 보조로서 상기 메인 신호와의 비교 신호로 사용하고, 메인-보조간의 오차가 소정치 이상으로 되면, 제어 유니트는 전위 미터가 이상이라고 판단하여, 페일 세이프 작동하고, 모터, 전자기 클러치, 페일 세이프 릴레이를 OFF하는 것이 일반적이었다.
그러나, 상술한 종래 장치에서는, 상기 조타 토크 센서로서의 전위 미터의 전원은 제어 유니트에 내장된 마이크로 컴퓨터(이하 마이콤이라 한다)를 다른 전자 부품의 전원과 공용의 정전압 전원을 사용하는 것으로 되어 있고, 전위 미터로의 공급 전원은 1개의 버퍼를 거쳐 메인도 보조도 전원 공급되는 것이, 경제적 이유로서 일반적이다.
따라서, 어떤 원인으로 전위 미터의 전원 전압이 메인도 보조도 동시에 저하, 또는 상승하는 고장이 발생하면, 전위 미터의 중립점 전위는 저하 또는 상승하고, 핸들에 조타 토크가 인가되어 있지 않는 데도, 조타토크가 인가되었다는 오신호가 출력된다.
그러나, 이 고장에서는 메인 신호도, 보조 신호도 동시에 저하 또는 상승함으로, 메인-보조간 오차는 발생되지 않고, 제어 유니트는 전위 미터가 이상이라고는 판단하지 않으므로, 페일 세이프는 작동하지 않고, 핸들이 자전하는 신뢰성이 낮은 결점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 토크 센서로의 공급 전압의 변동에 의한 중립점의 변동으로 핸들 자전이 발생하는 것을 방지할 수 있는 모터 구동식 파워 스티어링 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 모터 구동식 파워 스티어링 장치는, 조타 토크 변위-변환기의 조타 토크에 의한 변위 출력을 전기 신호로 변환하는 메인과 보조의 2개의 전위 미터와, 2개의 전위 미터에 전압을 공급하는 전원의 출력 전압이 소정치 이하의 저하 또는 소정치 이상의 상승중 적어도 어느 한쪽이 검출되면, 전동기, 전자기클러치, 페일 세이프 릴레이중 적어도 어느 하나를 차단하는 제어 유니트를 설치한 것이다.
본 발명에 있어서, 메인과 보조의 2개의 전위 미터에 인가하는 일정 전압 전원의 출력 전압이 소정치 이하로 저하하던지, 소정치 이상으로 상승한 것을 제어 유니터에서 검출하면, 제어에 사용하고 있지 않은 쪽의 전위 미터의 출력 전압을 강제적으로 상승시켜 제어에 사용하는 전위 미터의 출력 전압과의 오차 전압을 페일 세이프 작동 검지 가능한 값으로 하여, 조타 토크를 조세하는 전동기나, 이 전동기의 회전 출력을 기계적으로 연결 및 차단하는 전자기 클러치나, 또는 전동기의 전자기 클러치의 전원을 차단하는 페일 세이프 릴레이중 어느 것인가 1개를 차단하여, 토크 센서로의 공급 전압의 변동에 의한 중립점의 변동에 기인한 핸들 자전을 제어한다.
이하, 본 발명의 모터 구동식 파워 스티어링 장치 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 제1도는 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다. 제1도에서, 참조부호 1은 운전자의 조타 회전력을 받는 핸들, 3은 상기 핸들(1)에 가하여진 회전력에 따라 전기 신호를 출력하는 토크 센서이고, 3a는 상기 핸들(1)에 가하여진 회전력에 따른 비틀림 각도를 변위로 변환하는 토크 변위 변환기, 3d는 상기 토크 변위 변환기(3a)의 각도변위에 따라, 제어에 사용하는 전기 신호를 출력하는 메인 전위 미터, 3e는 상기 토크 변위 변환기(3a)의 각도 변위에 따라, 상기 메인 전위 전위 미터(3d)의 출력 전기 신호와 비교용의 전기 신호를 출력하는 보조 전위 미터이고, 이들에 의하여 토크 센서(3)가 구성되어 있다.
참조부호 2a는 상기 핸들(1)과 토크 센서(3) 사이를 연결하는 제1스티어링 샤프트, 2b는 상기 토크 센서(3)와 제1유니버셜 조인트(4a)간을 연결하는 제2스티어링 샤프트, 2c는 제1유니버셜 조인트(4a)와 제2의 유니버셜 조인트(4b)사이를 연결하는 제 3스티어링 샤프트이다.
참조부호 5는 상기 제2유니버셜 조인트(4b)와 기계적으로 연결된 피니온 기어축, 6은 이 피니온 기어축(5)과 치합하는 래크축, 7인 분권 또는 자석 계자를 가지는 DC 모터, 13은 상기 DC 모터(7)의 회전 출력을 전자기력의 단속에 의하여 기계적으로 연결 및 차단할 수 있는 전자기 클러치, 8은 상기 제2유니버셜조인트(4b)와 피니언 기어축(5)의 사이를 구동하고, 상기 DC 모터(7)의 조타 보조 회전력을 연결하는 감속기어이다.
참조부호 9는 제어 유니트, 10은 배터리, 11은 키 스위치이고, 배터리(10)의 정극과 제어 유니트(9) 사이에 키 스위치(11)가 삽입되어 있다. 12은 차속 센서이다. 차속 센서(12)의 출력은 제어 유니트(9)에 송출하도록 되어 있다.
제2도는 제어 유니트(9)의 내부 구성과 그 주변의 블럭도이고, 제2도에서 참조부호 901은 상기 배터리(10)에서, 키 스위치(11)를 거쳐 공급된 배터리 전압을 +5V로 일정하게 하는 +5V 정전압 전워, 902는 마이콤, 903은 상기 배터리(10)의 출력 전압을 상기 전자기 클러치(13)와 상기 DC 모터(7)의 전원을 단속하는 페일 세이프 릴레이이다.
참조부호 904는 상기 마이콤(902)의 지시에 따라, 상기 페일 세이프 릴레이(903)를 구동하는 페일 세이프 릴레이 구동 회로, 905는 마이콤(902)의 지시에 따라 전자기 클러치(13)를 ON, 또는 OFF하는 전자기 클러치 구동 회로, 906은 마이콤(902)의 지시에 따라, DC 모터(7)에 흐르는 전류의 방향과 전류치를 피이드백 제어하는 모터 전류 제어 회로이다.
한편, 참조부호 907은 상기 +5V 정전압 전원(901)의 출력 전압을 (+)축 입력단에 접속하고, 전위 미터(3d,3e)의 전원 단자에 출력단을 접속하고, 이 출력단을 (-)축 입력단에 접속하고, 토크 센서용 전위 미터 전원 버퍼 회로를 구성하는 연상 증폭기이다.
참조부호 908은 연산 증폭기(907)의 출력 전압, 즉 메인, 보조 전위 미터(3d,3e)의 전원 공급 전압의 이상 저하를 검출하는 전위 미터 전원 전압 이상 저하 검출 PNP형의 트랜지스터, 909는 이 트랜지스터(908)의 베이스 회로를 구성하는 저항, 910은 연산 증폭기(907)의 출력 전압의 이상 상승을 검출하는 전위 미터 전원 전압 이상 상승 검출 PNP형의 트랜지스터, 911은 이 트랜지스터(910)의 베이스 회로를 구성하는 저항, 912는 상기 트랜지스터(908,910)가 ON했을 때 보조축 전위 미터(3d)의 출력 전압을 +5V 근접까지 울리는 제한 저항, 913은 차속 신호 I/F(인터페이스) 회로이다.
제3도는 상기 토크 센서(3)의 전위 미터(3d,3e)의 조타 토크 대 출력 전압 특성이다.
다음에 동작에 대하여 설명한다. 우선 엔진의 시동에서 키 스위치(11)를 ON하면, 제어 유니트(9)에 배터리(10)로부터, 키 스위치(11)를 거쳐 +5V 정전압 전원(901)으로 인가되어, 제어 유니트(9)의 각 부에 +5V가 공급되고, 제어 유니트(9)는 작동을 개시한다.
마이콤(902)이 작동함으로써, 페일 세이프 릴레이 구동 회로(904)가 ON 지시되어, 페일 세이프 릴레이 (903)는 ON하고, 전자기 클러치(13)의 회로와 모터 전류 제어 회로(906)에, 배터리 전압이 공급된다.
이 경우, 마이콤 소프트에 의한 초기 이상 체크에서, 이 시스템에 이상이 없다고 판단되면, 마이콤(902)의 지시에 의하여 구동 가능한 상태로 된다. 이때, 차량은 정차 상태이므로, 상기 차속 센서는 OKm/h상당의 신호를 출력하고 있다.
이 상태에서, 핸들(1)에 운전자가 회전력을 주면, 토크 센서(3)의 메인 전위 미터(3d), 보조 전위 미터(3e)는 이 회전력에 따라, 제 3 도로 도시된 바와 같은 특성으로 전압을 출력한다.
즉, 조타 토크가 우로도 좌로도 걸려 있지 않은 상태에서는 토크 센서(3)의 출력 전압은 메인 전위 미터(3d), 보조 전위 미터(3e)도 동시에, 토크 센서 공급 전원(약 5V)의 1/2(약 2.5V)로 된다.
다음에, 조타 토크를 우방향으로 증가하여 가면, 서서히 토크 센서(3)의 출력 전압을 증가하고, 약 1 Kgm를 초과하면, 약 5V로 되어, 포화한다.
역으로, 조타 토크를 좌방향으로 증가하여 가면, 토크 센서(3)의 출력 전압은 서서히 감소하고, 약 1Kgm를 초과하면 약 0V로 된다.
상기 메인 전위 미터(3d)의 출력 전압과 차속 센서(12)가 출력하는 차속 신호에 따라 마이콤(902)이 연산하고, 모터 전류 제어 회로(906)에 전류치를 지시하여, DC 모터(7)는 지시 전류치로 제어된다.
따라서, DC 모터(7)에는 상술하듯이 제어된 전류가 흐르고, DC 모터(7)는 우방향으로 보조 토크를 발생함으로, 우방향으로의 조타 토크는 가볍게 된다.
상세한 설명은 생략하지만, 좌방향에 대하여도, 상술의 설명에 대한 역동작으로 제어되어, 좌방향으로의 조타 토크도 가볍게 된다.
이러한 상태에서, 이 장치에 이상이 발생한 경우의 동작을 아래에 설명한다. 토크 센서(3)와 제어 유니트(9) 사이를 접속하는 차체 배선의 도중에서, 차체 배선이 소상되어, 내부 도선이 피복으로부터 노출하고, 보디에 전기 저항을 가지는 지락(地絡)상태로 되는 고장이나, 어느 원인으로, 전류 누설성의 고장이 발생했을 때, 전위 미터(3d,3e)의 +전원 전압은 누설 전류가 연산 증폭기(907)의 공급 가능 전류를 초월하면 저하한다.
상기 전압 강하가 트랜지스터(908)의 베이스, 에미터간 순방향 전압 강하를 초과하면, 트랜지스터(908)에는 베이스 전류가 흘러 ON하고, 저항(912)를 거쳐 보조 전위 미터(3d)의 출력 전압은 강제적으로 +5V전원으로 올려 메인 전위 미터(3d)의 출력 전압의 메일 세이프 검지 레벨을 초과하는 오차 전압을 발생시킴으로, 마이콤(902)은 토크 센서(3)의 이상이라고 판단하여, 페일 세이프 릴레이 구동 회로(904), 전자기클러치 구동 회로(905), 모터 전류 제어 회로(906)에 OFF 지령을 내고, 페일 세이프 릴레이(903)는 OFF하고 동시에, 전자기 클러치(13), DC모터(7)는 전기적으로 차단 상태로 되어, 핸들(1)이 자전하는 상태는 발생하지 않는다.
또한 상세한 설명은 생략하지만, 어떤 원인으로 상기 메인 전위 미터(3d), 보조 전위 미터(3e)의 전원 전압이 이상으로 상승한 경우는, 트랜지스터(910)가 이상 전압 상승을 검지하여 마찬가지로 페일 세이프 작동시키고, 핸들(1)의 자전 불합리의 발생을 방지한다.
본 실시예에서는 이상 전압 검출에 트랜지스터(908,910)를 사용했지만, 콤퍼레이터에서도 같은 효과가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 토크 센서의 메인 전위 미터 및 보조 전위 미터의 양쪽에 공급하고 있는 +전원이 어느 원인에서 이상적으로 저하 또는 이상적으로 상승했을 때, 그 이상을 검출하여, 제어에는 직접 사용하고 있지 않은 보조 전위 미터의 출력 전압을 강제적으로 올리고, 제어에 사용하고 있는 메인 전위 미터의 출력 전압과의 오차 전압을 페일 세이프 작동 검지 가능한 값으로 하도록 하여, 제어 유니트는 토크센서 이상이라 판단하고, 페일 세이프 작동시킴으로써, 토크 센서로의 공급 전압의 변동에 의한 중립점의 변동으로 핸들 자전이 발생하는 것을 방지할 수 있는 신뢰성이 높은 장치를 제공하는 것이다.

Claims (3)

  1. 스티어링 휠(1)에 가하여지는 조타 토크를 변위로 변환하는 조타 토크 변위 변환기(3a)와, 상기 조타 토크 변환기의 조타 토크에 의한 변위 출력을 상응하는 전기 신호로 변환하는 토크 센서(3)와, 상기 토크센서(3)에 일정한 전압을 공급하는 정전압 전원(901)과; 상기 토크 센서(3)에 감지된 조타 토크의 크기와 방향에 따라 조타 토크를 조세하는 방향으로 구동하는 전동기(7)와; 상기 정전압 전원의 출력 전압이 설정된 제 1전압 레벨 아래로 떨어지거나 설정된 제 2전압 레벨 위로 상승되면, 상기 전동기(7)의 조세를 차단하도록 작동하는 제어 유니트(9)를 포함하는 모터 구동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 토크 센서(3)는 메인 전위 미터(3d)와 보조 전위 미터(3e)를 포함하고, 상기 제어 유니트(9)는 상기 메인과 보조 전위미터(3d,3e) 사이의 출력차가 예정된 값을 초과하였을 때 상기 전동기의 조세를 차단하도록 작동하며; 상기 제어 유니트(9)는, 상기 정전압 전원의 출력 전압이 상기 설정된 제 1 전압 레벨 아래로 떨어지거나 상기 설정된 제 2 전압 레벨위로 상승할 때 예정된 값보다 큰 상기 메인과 보조 전위 미터(3d,3e)사이의 출력 차를 제공하도록 보조 전위 미터(3e)의 출력 전압을 변경시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동식 파워 스티어링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전동기(7)로부터 스티어링 휠로의 조세 토크 전단을 제어하는 전자기 클러치(13)와; OFF로 되었을 때, 상기 전동기(7) 및 전자기 클러치(13)로의 전원 공급을 차단하는 페일 세이프 릴레이(903)를 추가로 포함하고; 상기 제어 유니트(9)는, 설정된 값보다 큰 상기 메인과 보조 전위 미터(3d,3e)사이의 출력 차가 발생하였을 때 페일 세이프 릴레이를 OFF시키며, 또한 정전압 전원의 출력 전압이상기 설정된 제1전압 레벨 아래로 떨어지거나 상기 설정된 제2전압 레벨위로 상승하였을때 전동기, 전자기 클러치 및 페일 세이츠 릴레이중 적어도 하나를 OFF 시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동식 파워 스티어링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메인 및 보조 전위 미터 각각은 정전압 전원(901)에 접속된 전원단자와, 제어 유니트(9)에 접속된 출력 단자와, 접지된 중립 단자를 포함하며; 상기 보조 전위 미터의 출력 전압을 변경시키는 수단은, 상기 메인 및 보조 전위 미터에 대한 전원 버퍼 회로를 구성하기 위하여 (-)측 입력단과, 정전압 전원의 출력측과 접속되는(+)측 입력단과, 상기 전위 미터(3d,3e) 각각의 전원단자 및 상기(-)측 입력단에 접속되는 출력단을 갖는 연산 증폭기(907)와; 제1저항(909)을 통하여 상기 연산 증폭기의 출력단에 접속된 베이스와, 상기 정전압 전원의 출력측에 접속된 에미터와, 제한 저항(912)를 통하여 상기 보조 전위 미터의 출력 단자와 제어 유니트 사이를 접속하는 전도체에 접속된 컬렉터를 갖는, 상기 연산 증폭(907)기의 출력 전압의 이상 저하를 검출하는 제1트랜지스터(908)와; 제2저항(911)을 통하여 상기 정전압 전원의 출력측에 접속된 베이스와, 상기 연산 증폭기(907)의 출력단에 접속된 에미터와, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터에 접속된 컬렉터를 갖는, 상기 연산 증폭기(907)의 출력 전압의 이상 상승을 검출하는 제2트랜지스터(910)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동식 파워 스티어링 장치.
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