KR930005855B1 - 모터구동식 동력조향(Power Steering)장치 - Google Patents

모터구동식 동력조향(Power Steering)장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

모터구동식 동력조향(Power Steering)장치
제1도는 이 발명의 구성도.
제2도는 이 발명에 의한 제어유닛의 구성도.
제3도는 이 발명에 의한 조향토크와 모터전류의 관계도.
제4도는 이 발명에 의한 차속도와 모터전류 및 전자클러치 인가전압과의 관계도.
제5도는 이 발명에 있어서의 평균전류에 의한 모터최대지시전류의 특성도.
제6도 및 제7도는 이 발명에 의한 제어유닛의 메인플로차트 및 서브플로차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 핸들 2a-2d : 조향축
3 : 토크센서 9 : 제어유닛
13 : 모터
이 발명은 자동차의 조향장치에 모터의 회전력에 의하여 보조력을 가하는 모터구동식 동력조향장치에 관한 것이다.
종래의 것은 모터구동력을 감속기를 통하여 기어 또는 벨트등의 전달기구에 의하여 조향축 혹은 랙축에 보조력을 가하는 구조인 것이다.
그렇지만, 상기한 종래장치는 정차시에 핸들을 조작하였을 때, 조향차륜이 어떠한 장애물단부에 접촉되어서 핸들이 록(lock)상태가 된것을 장시간 그대로 두거나, 핸들조작을 장시간 반복하면서 차고에 주차시키는 동작을 하게 되면 모터에 대전류가 연속 흐르게 되며, 모터는 발열되어서 연기를 내거나 냄새를 내게되고 드디어는 소손하는 등의 문제점이 있었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로써, 모터의 이상발열, 발연(發煙), 소손등 을 방지할 수 있는 모터구동식 동력조향장치를 얻는 그 목적이 있다.
이 발명에 관한 모터구동식 동력조향장치는 모터에 소정시간 이상 연속하여 전류가 흘렀을 때 이 모터전류의 평균치의 크기에 따라 모터전류의 최대치를 제한하는 모터전류제한수단을 설치시킨 것이다.
이 발명의 모터전류제한장치는 모터에 소정시간 연속하여 전류가 흐르면 모터의 평균전류의 크기에 따라 모터최대전류를 제한하는 것이다.
다음은 이 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다
제1도에 있어서, 1은 운전자의 조향회전력을 받는 핸들, 3은 제 1조향축(2a)을 통하여 핸들(1)과 연결된 토크센서로서, 핸들(1)에 가해진 회전력에 따라 전기신호를 출력한다.
16은 제 2조향축(2b)을 통하여 토크센서(3)에 연결된 웜기어, 4a는 제 3조향축(2c)을 통하여 웜기어(16)에 연결된 제 1자재이음, 4b는 제 4조향축(2d)을 통하여 제 1자내이음(4a)에 연결된 제 2자재이음, 5는 제 2자재이음(4b)와 기계적으로 연결된 피니온기어축, 6은 피니온기어축(5)과 맞물리는 랙톱니부(6a)가 있는 랙축, 7a는 랙축(6)의 일단과 한쪽의 타이로드(tie rod)(8a)를 연결시키는 한쪽의 볼조인트(ball joint), 7b는 랙축(7)의 타단과 다른쪽 타이로드(8b)를 연결시키는 다른쪽 볼조인트, 9는 제어유닛, 10은 차속도센서, 11은 배터리, 12는 키스위치, 13은 제어유닛(9)에 의하여 구동되고, 분권 또는 자석계자를 가진 DC모터, 14는 제어유닛(9)의 지시를 따라 DC모터(13)와 웜축(15)간의 기계적인 연결과 이탈을 제어하는 전자클러치이다 .
웜축(15)은 웜기어(16)와 맞물린다.
제2도는 제어유닛(9)의 구성을 나타낸 것이고, 9a는 토크센서(3)로부터의 입력에 따라 조향토크를 측정하는 조향토크측정수단, 9b는 차속도센서(10)로부터의 입력에 따라 차속도를 측정하는 차속도측정수단, 9c는 모터구동용 파워소자부(9i)에 내장되어 있는 전류센서의 출력에 따라 모터(13)로의 통전전류를 측정하는 모터전류측정수 단, 9d는 모터전류측정수단(9c)에서 측정한 모터전류치를 소정 시간폭으로 평균화하는 모터평균전류연산수단, 9e는 조향토크, 차속도, 모터평균 전류에 대응된 모터전류치를 기억유지하고 있는 모터전류기억수단, 9f는 모터전류기억수단(9e)에 기억유지된 값을 조향토크, 차속도, 모터평균전류에 따라 판독하고 모터(13)로의 통전전류를 결정하는 모터전류결정수단, 9g는 적어도 차속에 의하여 결정되는 조건에 의하여 전자클러치(1 4)의 결합, 이탈을 제어하는 전자클러치제어수단, 9h는 모터전류결정수단(9f)의 출력을 바탕으로 하여, 모터구동용파워소자부(9i)에 대하여 모터(13)로의 통전전류방향과 통전전류치를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 파워소자제어수단, 9i는 파워소자제어수단(9h)의 출력을 바탕으로 하여 모터(13)의 전류방향과 전류치를 소정치로 제어하는 모터구동용파워소자부이다.
다음에 상기 장치의 동작을 제3도∼제6도에 의하여 설명한다.
제3도는 조향토크대 모터전류의 제어특성, 제4도는 차속도대 모터전류 및 전자클러치 인가전압의 제어 특성, 제5도는 모터평균전류에 의한 모터전류의 제어특성, 제6도, 제7도는 제어유닛(9)의 제어프로그램을 나타내는 플로차트이다.
우선, 엔진을 시동할 때, 키스위치(12)를 온시키면 전자클러치(14)가 온되고, 모터 (13)와 웜축(15)이 기계적으로 연결된다. 이 상태에서, 핸들(1)에 운전자가 회전력을 부여하면 제어유닛(9)는 제3도에 표시한 바와 같이 모터(13)에 흐르는 전류를 제어한다.
제3도에 있어서, 조향토크를 우측방향으로 증가하면 a점에서 모터(13)를 온시키며 더욱 조향토크를 증가하면 모터전류를 조향토크에 대하여 거의 직선적으로 증대시키고 b점 이상은 100% 전류로 된다.
반대로, 토크를 감소시키면, 조향토크가 b점이하에서부터 모터전류는 감소하며 a점까지 감소하면 모터(13)는 오프된다. 이것은 좌측방향에서도 마찬가지이다.
한편, 모터전류에 대한 모터(13)의 출력토크는 대략 비례관계이다.
따라서, 제3도에서 토크가 증가하면 a점에서 모터(13)가 온되고, 토크의 증가와 함께 모터전류가 서서히 증가하는 제어로 되기 때문에 웜축(15)으로의 출력토크는 서서히 증가하게 되고 모터(13)는 핸들(1)에 가해지는 운전자의 회전력에 따른 보조토크를 전자클러치(14), 웜축(15), 웜기어(16)을 통하여 조향축(2a)-(2d)에 전달한다. 이 때문에 핸들(1)의 조향토크는 모터(13)에 의한 보조토크분만큼 가벼워진다.
이때, 모터전류는 정기적 (예컨대 1회/1-100m sec)으로 모니터되어 기억축적되며, 소정시간(예컨대 30sec-3min)마다 평균전류를 연산하고 이 연산결과가 클(예컨대 모터최대지시전류의 60-80% 이상)경우, 제5도 좌측과 같이 모터최대지시전류를 소정치 (예컨대 모터최대지시전류의 5-10%)만 감소시키며, 다음의 평균전류에서도 연산결과가 계속되어 크면 모터최대지시전류를 다시 소정치만큼 감소시키는 제어를 반복하게 되며 연속하여 흘러도 모터(13)나 제어유닛(9)의 파워소자부(9i)가 열파괴되지 않는 전류치(예컨대 모터 최대지시전류의 50% 이하)로 유지한다.
다음에, 상기 연산결과가 적을(예컨대모터최대지시전류의 40% 이하)경우, 제5도 우측과 같이 모터최대지시전류를 상기 소정치만큼 증가시키며 다음의 평균전류에서도 상기 연산결과가 적으면 모터최대지시전류를 다시 상기 소정치만큼 증가시키는 제어를 반복하며 최초의 모터최대지시전류까지 증가시켜 유지한다.
그리고, 상기 연산결과가 중간정도(예컨대 모터최대지시전류의 30-70%)의 경우, 하나앞의 평균전류로부터 설정된 모터최대지시전류를 유지하는 제어로 되어 있다.
이상은 이 시스템에 있어서 자동차가 정지상태의 동작에 관하여 설명하였다.
다음에, 자동차가 주행상태로 된 경우, 제4도에 표시한 것과 같이 모터전류의 제어는 조향토크 및 차속도에 따라 미리 기억유지된 전류 IM1에 의하여 행한다.
이 IM1의 값은 c점까지는 상술한 바와 같이 조향토크, 차속도, 모터평균전류에 따른 값으로 제어하지만, c점을 넘으면 차속도에 따라 모터최대지시전류를 감소시키며, d점(차속도 V=V2)이상은 기계계통의 관성 영향을 경감하기 위하여 일정한 값 IOF로 한다. 또한 차속도가 e점(V=V1)을 넘으면 모터전류 및 전자클러치(14) 인가전압은 차단되고, 모터(13)와 윔축(15)은 기계적으로 이탈하며 핸들(1)을 돌리는 운전자로서는 부조력의 부가가 없는 조향이 된다.
다음에 제어유닛(9)의 동작을 제6도, 제7도의 플로차트에 의하여 설명한다.
스텝(21)에서는 이니셔라이즈(초기화)하고 스텝(22)에서는 조향토크를 측정한 값을 변수 TS에 대입시키고, 스텝(23)에서는 차속도를 측정한 값을 변수 V에 대입시킨다
스텝(24)에서는 모터전류를 측정한 값을 변수 IMS에 대입시키고 스텝(25)에서는 모터평균전류에 의한 억제치를 계산하여 변수 IM(MAX)에 대입시킨다.
스텝(26)에서는 조향토크, 차속도, 모터평균전류에 대응하여 기억된 모터전류치를 모터전류기억수단에서 판독하여 변수 IM1에 대입시킨다.
스텝(27)에서는 앞의 사이클에서 지시된 모터전류기억치 IMO의 값에 의하여 판단한다.
IMO≠0이면 이 사이클에서 측정된 모터전류 IMS에 의한 판단으로 이행하며 스텝(28)에서 IMO≠0이면 차속도 V에 의한 판단으로 이행한다.
스텝(29), (39)에 있어서 V < V2이면 스텝(31)에서 판독된 모터전류 IMI을 모터전류출력지시치의 변수 IM에 대입하고 스텝(32)에서 전자클러치(14)를 결합시키며, 스텝(33)에서 모터전류지시치 IM을 모터전류기억치의 변수 IMO에 대입시키고, 스텝(22)으로 돌아간다.
또 V2<V<V1이면 판독된 모터전류 IM1(=IOF)를 모터전류출력지시치의 변수 IM에 대입시키며 전자 클러치(14)를 결합하고 모터전류지시치IM을 모터전류기억치의 변수 IMO에 대입시키고 조향토크측정으로 돌아간다.
또 IMO=0의 경우에는 IMS에 의한 판단을 거르고 차속도에 의한 판단으로 이행한다.
다시, IMO≠0에서 IMS=0의 경우, 또는 V>V1의 경우에는 스텝(35)에서 모터전류출력지시치의 변수 IM에 0을 대입시키며 스텝(36)에서 전자클러치(14)를 차단시키고 스텝(33)에서 모터전류지시치 IM를 모터전류지시치 IM를 모터전류기억치의 변수 IMO에 대입시키며 조향토크의 측정으로 돌아간다.
제7도는 제6도에서 표시한 모터평균전류를 계산하는 서브루틴을 나타낸 것으로써, 스텝(41)에서는 앞의 사이클에서 계산된 모터평균전류치 IM(AV)에 모터전류출력지시치 IM을 가하여 모터평균전류치 IM(AV)에 대입한다.
스텝(42)에서는 일정시간 경과하였는지의 여부를 판단하며 경과하지 않았을 경우에는 주제어로 돌아가며 경과하였을 경우에는 모터평균전류치 IM(AV)의 크기에 의한 판단으로 이행한다.
스텝(43), (44)에 있어서, 30% < IM(AV) < 60%이면(%는 최대치에 대한 것임) 스텝(45)에서 IM(AV)을 크리어하고 주제어로 돌아간다.
또 30%>IP(AV)이면 스텝(46)에서 모터평균전류에 의한 억제치 IM(MAX)를 5% 증가시키고 IM(AV)을 크리어하고 주제어로 돌아간다.
또 60%>IP(AV)이면 스텝(47)에서 모터평균전류에 의한 억제치 IM(MAX)를 5% 감소시키고 IM(AV)을 크리어하고 주제어로 돌아간다.
이상 설명한 바와 같이 이 발명에 의하면 모터에 소정시간 연속하여 전류가 흘렀을 경우 이 모터전류의 평균을 구하고 이 평균전류의 크기에 따라 모터의 최대지시전류를 제한하도록 하고 있으며 예컨대, 정차시 핸들을 록상태로 밀어붙인채 장시간 방치시킨 경우에도 모터의 최대지시전류는 제한되므로 모터의 이상발열, 발연, 소손등을 방지할 수 있다.
또 모터, 전자클러치, 제어유닛의 파워소자부등을 소형으로 설계할 수 있음과 동시에 안정성이 높은 모터 구동식 동력조형장치를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 핸들의 조향토크를 검출하는 토크센서, 핸들과 일체적으로 설치된 조향축에 보조력을 가하는 모터, 조향토크의 크기에 따라 모터를 구동시키는 제어유닛을 구비한 모터구동식 동력조향장치에 있어서, 상기 모터에 소정시간 이상 연속하여 전류가 흘렀을 때 이 모터전류의 소정시간마다의 평균전류의 크기에 따라 모터 전류의 최대치를 제한하는 모터전류제한수단을 설치한 것을 특징으로 하는 모터구동식 동력조향장치.
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KR100563727B1 (ko) * 2004-06-02 2006-03-28 미츠비시덴키 가부시키가이샤 전동 파워 스티어링 장치

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