KR900006867B1

KR900006867B1 - 모터 구동식 조향장치의 안전제어방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR900006867B1
Application number: KR1019870005847A
Authority: KR
Inventors: 미쯔하루 모리시따; 신이찌 고우게
Original assignee: 미쯔비시 덴끼 가부시끼가이샤; 시끼 모리야
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1990-09-24
Also published as: EP0249902A3; DE3770198D1; US4736810A; JPS62292574A; KR880000293A; EP0249902A2; EP0249902B1

Abstract

내용 없음.

Description

모터 구동식 조향장치의 안전제어방법 및 그 시스템

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 모터 구동식 조향 장치의 구성도.

제2도는 조타 토크 센서와 제어 유닛의 회로도.

제3도는 조타 토크 대 모터 전류의 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸들 3 : 토크센서

9 : 제어 유닛 10 : 차속센서

13 : 모터 14 : 웜축

15 : 웜휠축 16 : 전자 클러치

5, 17 : 피니온 축 31 : 전위차계

32 : 토크 중립범위 센서 92 : 파워 트랜지스터 유닛

93 : 분로 저항 94 : 모터전류검출회로

102 : 마이크로콤퓨터 103 : OR회로

106 : 비교기 107 : AND회로

본 발명은 자동차의 조향장치를 모터의 회전력으로 보조 가동하는 모터 구동식 조향장치의 안전제어방법에 관한 것이다.

종래에서, 이러한 종류의 조향장치는 운전자가 핸들을 회전시키는 힘(조타 토크)을 비틀림 막대 스프링등에 의해, 비틀림 각도 변위로 변환되며, 상기 비틀림 각을 전위차계가 신호로 변환하는 토크 센서가 이용되고 있었다.

상기와 같은 종래의 장치는 토크 센서의 신호를 입력으로 하고 제어유닛을 삽입하여 보조 가동하는 모터나 전자 클러치의 구동 전류를 제어하고 있기 때문에, 토크 센서나 제어유닛의 고장으로 인하여 무제어로 되었을때, 운전자의 뜻과 무관하게 조향장치가 좌우로 제멋대로 회전되어 위험을 수반하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이기 때문에, 토크 센서나 제어 유닛의 고장이 발생할 때, 보조 가동력이 작용하지 않은 모터 구동식 조향 장치의 안전제어방법을 얻는 것을 목적으로한다.

본 발명에 관한 안전제어방법은 토크 중립범위센서가 중립범위내 신호의 출력중 모터 전류 검출회로가 토크 중립범위보다도 큰 전류가 흐른 경우, 안전제어 릴레이를 차단하고, 보조 가동력을 없애도록한 것이다.

본 발명에 있어서, 안전제어방법은 안전제어릴레이를 차단함으로써 모터 및 전자 클러치의 전원이 차단되고, 보조 가동력이 없는 안전한 조향을 할 수가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 제1도에 있어서, 1은 조타 회전력을 받는 핸들, 3은 핸들(1)에 가해진 회전력에 응하여 신호를 출력하는 토크센서, 4a는 제1유니버설 조인트, 4b는 제2유니버설 조인트, 2a는 핸들(1)과 토크센서(3)사이를 연결하는 제1조향 샤프트, 2b는 토크센서(3)와 제1유니버설 조인트(4a)사이를 연결하는 제2조향 샤프트, 2c는 제1유니버설 조인트(4a)와 제2유니버설 조인트(4b)사이를 연결하는 제3조향 샤프트, 5는 제2유니버널 조인트에 연결되는 제1피니온 축, 6은 제1피니온 축(5)과 맞물리는 제1래크 톱니부(6a)와 제2래크 톱니부(6b)를 갖는 래크 축, 7a는 한쪽방향의 인장 볼트(8a)와 래크 축(6)의 한쪽 방향을 연결하는 볼 조인트이다. 9는 제어유닛, 10은 차의 속도를 검출하는 차속 센서, 11은 차량 적재용 배터리, 12는 키 스위치, 13은 분권 또는 영구자석 계자를 갖는 직류 모터이고. 배터리(11)로부터 제어유닛(9)을 통과하여 구동된다. 14는 모터(13)의 출력축에 연결되어 감속기를 형성하는 웜축, 15는 웜축(14)과 맞물려 구동되는 웜휠 축, 16은 이 웜휠 축(15)과 래크 축(6)의 제2래크 톱니부(6b)와 맞물리는 제2피니온 축(17)간의 기계적인 연결을 제어 유닛(9)의 지시에 따라서 결합 또는 이탈하는 전자 클러치이다.

제2도는 조타 토크 센서(3)와 제어 유닛(9)의 구성도이며, 31은 토크 센서(3)에 내장되어, 핸들(1)의 조타에 의해 도시되지 않은 비틀림 막대가 비틀려, 그 비틀림 각도를 전기 신호로 변환하는 전위차계이며, 31a는 +측 단자, 3lb는 토크 신호 출력 단자, 31c는 -측 단자이다. 32는 상기 전위차계(31)의 가동부와 동체 또는 연동하여 작동하는 중립범위(좌우 0.2 내지 0.3kg.m)이고, 중립 신호 출력단자(32a)에 "H"신호를 출력하는 중립범위 센서, 91은 제어유닛(9)에 내장되어 일단을 상기 키 스위치(12)에 접속된 구동 코일(902)과 한쪽 방향을 배터리(11)로부터 휴즈(18)을 삽입하여 접속된 상기 접점(901)을 갖는 안전제어 릴레이, 92는 배터리(11)로부터 휴즈(18), 안전제어 릴레이(91)의 상개 접점(90l)을 통과하여 전원 공급되고, 모터(13)의 단속과 극성이 바뀌도록 하는 4개의 파워 트랜지스터(921 내지 924)로 구성된 파워 트랜지스터 유닛, 93은 상기 트랜지스터 유닛(92)과 접지간에 설치된 모터(13)로 흐르는 전류를 검출하는 분로 저항, 94는 분로 저항(93)으로 흐르도록 모터 전류에 의해 발생된 전압 강하를 증폭하는 모더 전류 검출회로이다.

100은 차속 센서(10)의 차속 신호 입력 인터페이스 회로를 형성하는 차속 신호 입력회로, 101은 토크 센서(3)의 전위차계(31)의 조타 토크 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환회로, 102는 차속 신호와 디지탈 변환된 조타 토크 신호를 입력으로 하는 마이크로콤퓨터, 103은 상기 콤퓨터(102)의 안전제어 신호출력을 한개의 입력으로 하고, 그 출력이 안전제어 릴레이(91)의 구동 코일(902)의 타단에 접속된 입력이 2개인 OR회로, 96은 마이크로 콤퓨터(l02)의 모터 우측방향 구동 신호를 1개의 입력으로 하고, 트랜지스터 유닛(92)의 우측방향 구동 트랜지스터(921,924)를 구동하는 신호를 출력하는 제1의 2입력 AND회로, 97은 마이크로콤퓨터(102)의 모터 좌측방향 구동신호를 1개의 입력으로 하고, 트랜지스터 유닛(92)의 좌측방향 구동 트랜지스터(922,923)를 구동하는 신호를 출력하는 제2의 2입력 AND회로, 98은 마이크로콤퓨터(l02)의 출력하는 모터 구동 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하는 모터 구동 디지탈 신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A 변환회로, 99는 마이크로콤퓨터(102)의 출력하는 전자 클러치 구동 신호에 의해 상기 전자 클러치(l6)를 구동하는 전자 클러치 구동회로, 95는 모터 전류 D/A 변환회로(98)의 출력을 +측 입력 단자로 접속하며,-측 입력 단자에 모터 전류 검출회로(94)의 출력을 접속한 제1비교기이며, 그 출력은 제1AND회로(96)와 제2AND회로(97)의 각각의 하나의 입력단자에 접속된다. 104,105는 각각 직렬로 접속되고 기준 전압을 형성하기 위해 분압기를 구성하는 저항, 106은 +측 입력단에 모터 전류 검출회로(94)의 검출을 접속하고, -입력단에 분압 저항(104,105)의 접속점을 접속한 제2비교기, 107은 비교기(106)의 출력과 토크센서(3)의 토크 중립범위 센서(32)의 출력을 2개의 입력으로 하고, 그 출력을 OR회로(103)의 한쪽 입력으로한 제3의 2입력 AND회로, 108은 제어 유닛(9)내의 각 블록에 정전압을 공급하는 정전압 전원 회로이다.

다음에 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 제1도, 제2도에 있어서, 엔진의 시동시 키 스위치(12)를 온으로하면, 배터리(11)로부터 전원회로(108)에 전원이 공급되고, 제어 유닛(9)의 각 블록은 작동을 개시한다. 이때 조타 토크 센서(3)로도 제어 유닛(9)으로부터 전원이 공급되며, 전위차계(31)로부터는 조타 토크의 아날로그 신호가 출력되고, 토크 중립범위 센서(32)로부터는 조타 토크가 중립범위인지 아닌지를 알려주는 신호가 출력된다. 차속 센서(10)로부터의 신호는 입력 인터페이스 회로를 형성하는 차속 신호 입력회로(100)를 통과하여 마이크로 콤퓨터(102)에 들어가고, 조타 토크 아날로그 신호는 입력 인터페이스 회로를 형성하는 조타 토크 A/D 변환회로(101)를 통과하여, 디지탈 신호로 변환된 마이크로콤퓨터(102)로 들어가며, 연산의 결과 토크 센서(3), 및 차속 센서(10)가 이상이 없다고 판독된다면, 안전제어 릴레이 허가 신호 "L"을 OR회로(103)에 출력한다. 한편, 토크 중립범위 센서(32)가 중립범위의 경우, "H"를 출력하고, 모터(13)에는 제3도에 나타난 조타 토크 중립범위 이상의 모터 전류(50% 이상)가 흐르지 않게 된다면, 제2비교기(l06)의 +측 입력단은 기준 전압인 -측 입력단 보다도 낮기 때문에, "L"을 출력한다. 따라서, 제3AND회로(107)는 "L"을 출력하고, OR회로(103)는 2입력과 함께 "L"이고, 그 출력은 "L"로 되여 안전제어 릴레이(91)의 구동 코일(902)은 구동되며, 상개 접점(901)은 폐로이다. 이 상개 접점(901)이 폐로로 하면 배터리(11)로부터 휴즈(18) 및 상개 접점(901)을 통과하여 파워 트랜지스터(92)에 전원이 공급됨과 동시에 전자클러치 구동 회로(99)에도 콤퓨터(102)로부터 온 지령이 나오기 때문에 배터리(11)로부터 휴즈(18), 상개접점(901), 전자 클러치(16), 및 클러치 구동회로(99)를 통과하여 전자 클러치(16)에 전류가 흐르며, 이것에 의해 전자 클러치는 작동하고 훰휠 축(15)과 제2피니온 축(17)은 기계적으로 연결된다.

그렇지만, 상기의 상태에서는 운전자에 의해서 핸들(1)이 전타되어 있지 않다면, 조타 토크 센서(3)는 조타 토크가 없는 신호(조타 토크가 우측에도 좌측에도 없는 중립 위치에 있는 신호)를 출력하고 있기 때문에, 마이크로콤퓨터(102)의 연산 결과는 제1AND회로(96) 및 제2AND회로(97)에 대하여 어느쪽이나 비구동 지시로 되며, 모터 전류 D/A 변환회로(98)에 대하여는 모터 전류가 0인 지시가 나오게 된다. 따라서, 파워 트랜지스터 유닛(92)은 모터(13)에 전류가 흐르지 못하는 상태를 만들며, 핸들은 보조 가동되지 않은상태로 있다. 다음에, 이 상태에서 핸들(1)을 우측(또는 좌측)으로 전타하면, 조향 샤프트(2a)를 통과하여조타 토크 센서(3)에 조타 토크가 전송되고, 센서(3)의 전위차계(31)는 우측(또는 좌측)방향으로 조타 토크에 비례한 아날로그 신호를 발생하며, 조타 토크가 토크 중립범위(좌우 0.2 내지 0.3kg.m이하)를 넘으면 토크 중립범위 센서(32)는 "L"을 출력함과 함께, 조타 토크는 조향 샤프트(2b), 유니버설 조인트(4a), 조향 샤프트(2c), 유니버설 조인트(4b), 피니온축(5)을 통과하여 레크 축(6)의 제1래크 톱니부(6a)에 전달되고, 회전 운동이 직선 운동으로 변환된다.

한편, 토크 센서(3)의 전위차계(3l)가 출력하는 조타 토크의 아날로그 신호 출력은 제어 유닛(9)의 조타토크 A/D변환 회로(101)를 통과하여 디지탈 신호로서 마이크로콤퓨터(102)에 입력되며, 토크 중립범위센서(32)의 "L"출력은 제3AND회로(107)에 입력된다. 또한, 차속센서(10)의 출력하는 차속 펄스 신호도 차속 신호 입력 회로(100)을 통과하고 마이크로콤퓨터(102)는 연산하여 모터 우측방향 구동 신호 "H"를 제1AND회로(96)(또는 모터 좌측방향 구동 신호 "H"를 제2AND회로(97)로 출력함과 함께 마이크로콤퓨터(102)는 모터지령 전류치의 디지탈 신호를 모터 전류 D/A 변환회로(98)로 출력하고, 이 변환회로(98)는모터 지령 전류치를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 아날로그 신호는 제1비교기(95)의 +측 입력단에 접속된다. 이때 모터(13)에는 전류가 흐르지 않고 있으며, 분로 저항(93)에는 전위차가 없기 때문에 모터전류 검출 회로(94)도 출력은 0으로 된다. 따라서, 비교기(95)의 출력은 "H"로 되며, 비교기(102)의 우측 방향 구동 지령 신호(또는 좌측 방향 구동 신호)"H"와 비교기(95)의 출력 "H"를 입력으로 하는 제1도AND회로(96)(또는 제2비교기(97))은 "H"를 출력하고, 파워 트랜지스터 유닛(92)에 모터(13)를 우측방향(또는 좌측방향)으로 회전시킨 방향으로 파워 트랜지스터 소자(921,924)(또는 파워 트랜지스터 소자(923,922))를 도통시킨다.

이것에 의해 배터리(11)로부터 휴즈(18), 상개 접점(901), 파워 트랜지스터 소자(921)(또는 파워 트랜지스터 소자(923)), 모터(13), 파워 트랜지스터 소자(924)(또는 파워 트랜지스터 소자(922)), 및 분로 저항(93)의 회로에서 모터(13)에 전압이 인가되는 모터 전류가 흐른다. 이 모터 전류에 의해서 분로 저항(93)에 전위차가 나타나고, 모터 전류 검출회로(94)에 의해서 증폭되어 비교기(95)의 -측 입력으로 피드백 된다.이 피드백된 전압이 모터 전류 D/A 변환회로(98)의 출력하는 전압을 초과한다면, 비교기(95)의 출력은 "L"로 되여, 제1AND회로(96)(또는 제2AND회로(97))은 "L"로 되며 파워 트랜지스터 소자(924)(또는, 파워 트랜지스터 소자(922)) 또는 파워 트랜지스터 소자(921)(또는, 파워 트랜지스터 소자(923))중 하나를 차단한다. 이상의 동작을 반복함으로써 모터(13)에 흐르는 전류를 콤퓨터(102)의 지령 전류로 제어한다. 이 제어된 모터 전류에 따라서 모터(13)는 회전수에 별로 영향을 받지않고 거의 비례적으로 토크를 발생한다. 이 모터(13)의 발생 토크는 웜축(14)과 웜휠 축(15)에서 감속되고, 전자 클러치(16)를 통하여 제2피니온축(17)에 전달되는 래크 축(6)의 제2래크 톱니부(6b)에 전달되며, 회전 운동에 의한 토크가 직선 운동으로 추력 변환된다. 이 추력은 핸들(1)에 가해진 조타 토크를 직선 운동의 추력으로 변환한 방향과 벡터가 일치하도록 설정되어 있기 때문에 보브조 가동한 것으로 되며, 토크 센서(3)에 걸리는 토크를 감소하는 방향으로 움직이며, 토크 센서(3)의 전위차계(31)의 조타 토크 신호를 감소시킴과 함께 조타 토크를 가볍게 할수 있다.

여기에서, 정상적인 때에는 이상과 같은 동작을 하는 시스템도, 예컨데, 토크 센서(3)의 전위차계(31)로부터 제어유닛(9)내의 파워 트랜지스터 유닛(928)에 이르는 회로에 고장이 발생하여 운전자가 핸들(1)에 조타 토크를 걸지 않는데도 모터(13)에 전류가 많이 흐른 경우를 상정하면, 토크 센서(3)의 토크 중립범위 센서(32)는 토크 중립범위 "H"를 출력하고 있는데도 모터 전류는 크게 되기 때문에, 모터 전류 검출회로(94)의 출력은 크게 되며, 제2비교기(l06)의 +측 입력단의 전위가 -측 입력단의 기준 전위를 넘기 때문에 "H"를 출력으로 한다. 따라서, 제3AND회로(107)의 출력도 "H", OR회로 출력도 "H"로 되며, 안전 제어릴레이(91)의 구동 코일(902)은 오프가 되기 때문에, 상개 접점(901)은 열려지며, 모터(13) 및 전자 클러치(16)는 차단되기 때문에, 웜휠 축(15)과 제2피니온 축(17)사이는 이탈하며, 핸들(1)은 보조 가동이 없어지고 파워 보조가 없는 조향으로 된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 파워 보조용의 제2피니온 축(17)을 설치한 방식에 대해서 설명했지만, 제1피니온 축(5)에 직접 파워 보조하는 것에 있어서도 같은 형태의 작용이 얻어진다. 또한, 제어 유닛(9)에 마이크로콤퓨터(102)를 사용했지만, 아날로그 회로로 구성하거나, 더우기 파워 트랜지스터 유닛(92) 대신에 파워 MOS FET 유닛을 사용하여도 같은 형태의 작용이 얻어진다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 조다 토크 센서에 조타 토크의 아날로그치를 검출하는 전위차계와는 별도로 전위차계의 가동부와 일체로 또는 연동하여 움직이는 토크의 중립범위를 검출하는 토크 중립범위센서를 설치하고, 이 센서가 중립범위신호를 산출하고 있는 상태에서 모터에 토크 중립범위 이상의 전류가 흐른 경우, 안전 제어 릴레이를 차단함으로써, 보조 가동 없는 조향으로 되어 안전성을 높일 수가 있다.

Claims

모터 구동식 조향 장치의 안전 제어방법에 있어서, 배터리로부터 제어 유닛 및 조타 토크 센서까지 전원을 제공하기 위해 키 스위치를 온으로 하는 단계와, 상기 조타 토크 센서의 전위차계에 의해 핸들에 인가된 회전력에 대응하는 조타 토크를 검출하여, 상기 조타 토크가 중립 범위인지 아닌지를 상기 조타 토크 센서의 토크 중립 범위 센서에 의해 검출하는 단계와, 상기 전위차계 및 상기 토크 중립 범위 센서로부터 발생된 신호에 응답하여 상기 조향 장치에 조타 보조력을 제공하기 위해 배터리로부터 D.C 모터까지 전원을 제공하는 단계와, 모터 전류 검출회로에 의해 D.C 모터에 흐르는 전류를 검출하는 단계와, 상기 토크 중립범위를 초과하는 큰 전류가 상기 D.C 모터 전류 검출 회로에 흐르고, 한편 상기 토크 중립 범위 센서는 상기 조타 토크가 중립범위내에 있는 것으로 검출된 경우, 상기 배터러와 상기 D.C 모터에 접속된 상개 접점이 제공된 안전 제어 릴레이를 차단하여 상기 조타 보조력을 제거하는 단계를 구비하는 모터 구동식 조향장치의 안전 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 토크 중립 범위 센서는 상기 전위차계의 가동부와 일체로 동작하는 모터 구동식 조향 장치의 안전 제어방법.
모터 구동식 조향 장치의 안전 제어 시스템에 있어서, 대응 조타 토크를 발생하기 위해 조타 회전력을 받은 핸들과, 상기 조타 토크가 상기 토크 중립 범위인지 아닌지를 표시하는 신호를 발생하기 위해서 상기조타 토크의 중립 범위를 검출하는 가동부와 일체로 동작하도록 배열된 토크 중립 범위 센서와, 상기 조타토크에 기인한 비틀림 각을 검출하는 가동부를 갖는 전위차계를 구비하고, 상기 핸들에 인가된 상기 회전력에 대응하는 신호를 발생하는 토크 센서와, 상기 D.C 모터에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출회로와, 상기 조향 장치에 상기 D.C 모터 출력을 접속/이탈시키는 전자 클러치와, 상기 D.C.모터와 상기 전자클러치에 전원을 제공하는 전원 회로와, 상기 전원 회로에 직렬로 접속된 상개 접점이 제공된 안전 제어 릴레이를 구비하며, 상기 토크 중립범위를 초과하는 큰 전류가 상기 모터 전류 검출회로에 흐르고, 한편 상기 토크 중립 범위 센서는 상기 조타 토크가 상기 토크 중립 범위내에 있는 것을 표시하는 신호를 발생할 때, 안전 제어 릴레이를 차단하여 상기 조타 보조력을 제거하는 모터 구동식 조향 장치의 안전 제어 시스템.