KR0150829B1 - Steering torque sensor for power-assist vehicle steering - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전동식 조향장치의 조향토오크센서에 관한 것으로서, 특히 토오크를 발생시키는 토션바아와, 비틀림각 만을 검출하는 수단과, 직선변위 기구장치등을 배제하고, 스테인 게이지가 부착된 링을 조향장치에 설치하여 추력을 측정하므로서 조향토오크를 측정하여 별도의 토오크 검출장치가 없이도 용이하게 조향토오크를 검출할 수 있어, 부품수를 줄여 장치를 소형화시킬 수 있으며 유지보수 및 장착이 용이하게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering torque sensor of an electric steering apparatus, and in particular, a torsion bar for generating torque, a means for detecting only a torsion angle, a linear displacement mechanism, and the like, and a ring with a stain gauge is applied to the steering apparatus. By installing the thrust torque by measuring the thrust torque, it is possible to easily detect the steering torque without a separate torque detection device, so that the number of parts can be reduced, the device can be downsized, and maintenance and installation are easy.
Description
제1도는 종래의 조향토오크센서 구성도.1 is a configuration diagram of a conventional steering torque sensor.
제2도는 본 발명의 조향토오크센서 확대 단면도.2 is an enlarged cross-sectional view of a steering torque sensor of the present invention.
제3도는 본 발명의 요부 확대 사시도.Figure 3 is an enlarged perspective view of the main portion of the present invention.
제4도는 본 발명의 설치 사용상태 개략도.4 is a schematic diagram of the installation and use of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 래크 2 : 피니언기어1: rack 2: pinion gear
2a : 조향축 3 : 스트레인 게이지2a: Steering Shaft 3: Strain Gage
4 : 링 5 : 베어링4: ring 5: bearing
6 : 너트 7 : 너트커버6: nut 7: nut cover
8 : 전자제어 유니트 9 : 하우징8: electronic control unit 9: housing
20 : 전동모터20: electric motor
본 발명은 전동식 조향장치의 조향토오크센서에 관한 것으로서, 특히 토오크를 발생시키는 토션바아와, 비틀림각만을 검출하는 수단과, 직선변위 기구장치등을 배제하고, 스트레인 게이지가 부착된 링을 조향장치에 설치하여 추력을 측정하므로서 조향토오크를 측정하여 별도의 토오크 검출장치가 없이 간단한 구조로서 조향토오크를 검출할 수 있도록 한 전동식 조향장치의 조향토오크센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering torque sensor of an electric steering apparatus, and in particular, a torsion bar for generating torque, a means for detecting only a torsion angle, a linear displacement mechanism device, and the like, and a strain gage ring is attached to the steering apparatus. The present invention relates to a steering torque sensor of an electric steering apparatus that measures steering torque by installing thrust and detects steering torque in a simple structure without a separate torque detection device.
일반적으로 차량용 전동식 조향장치에는 조향토오크를 검출할 수 있도록 조향토오크 검출장치가 설치되어 사용된다.In general, a steering torque detection device is installed and used in a vehicle electric steering device to detect steering torque.
이와 같은 목적으로 이용되는 종래의 조향장치의 조향토오크 검출장치로 이용되는 조향토오크센서를 보면, 제1도에서 보는바와 같이 조향토오크를 회전변위로 바꾸어 주는 토션바아(11)와 회전변위를 증폭시켜 직선변위로 바꾸어 주는 기구부(51)와, 직선변위를 측정하기 위한 직선변위센서부(52)등의 조합으로 구성되어 있다(평2-5379호:공개실용신안공보, 평4-87881호:공개특허공보).Looking at the steering torque sensor used as the steering torque detection device of the conventional steering device used for this purpose, as shown in Figure 1 by amplifying the torsion bar 11 and the rotation displacement to change the steering torque to rotation displacement It is composed of a combination of a mechanism part 51 for converting the linear displacement and a linear displacement sensor portion 52 for measuring the linear displacement. Patent publication).
따라서 상기와 같은 종래의 조향토오크센서는 타이어와 지면사이의 접지저항이 클 때 토션바(11)에 비틀림이 발생한다.Therefore, in the conventional steering torque sensor as described above, the torsion bar 11 generates a torsion when the ground resistance between the tire and the ground is large.
이때 발생한 비틀림은 유성치차의 자유링기어에 의해 슬라이더의 직선운동을 발생시키고 직선변위센서인 포텐시오 메터를 이용하여 움직인 직선 변위를 측정하여 해당 전압을 발생시킨다.The torsion generated at this time generates the linear movement of the slider by the free ring gear of the planetary gear and generates the corresponding voltage by measuring the linear displacement moved by the potentiometer, which is a linear displacement sensor.
여기서 상기 유성치차 기구부를 사용한 이유는 미소한 토션바(11)의 비틀림각을 증폭시키는 역할뿐만 아니라 비틀림이 생길 때면 검출할 수 있도록 된 것이다.The reason why the planetary gear mechanism is used is not only to amplify the torsion angle of the minute torsion bar 11 but also to detect when a torsion occurs.
즉 타이어의 접지저항이 작을 때 핸들을 돌려도 토션바의 비틀림은 발생하지 않지만, 핸들에 따라 회전운동을 하므로 유성치차와 같은 기구를 사용하게 되는 것이다.In other words, the torsion bar's torsion does not occur even if the steering wheel is turned when the tire's grounding resistance is small.
상기와 같은 종래의 토오크 측정과정을 보면,Looking at the conventional torque measurement process as described above,
핸들입력-Q1발생(토션바)-유성치차에 의해 Q2(검출,증폭)-직선변위기구에 의핸 X(슬라이더변위)-직선변위 센서에 의해 V(전압)을 검출하여 토오크를 측정하게 된다.The torque is measured by detecting the V (voltage) by the X (slider displacement) -linear displacement sensor handled by the Q2 (detection and amplification) -linear displacement mechanism by the handle input-Q1 generation (torsion bar) -plane shift.
따라서 상기와 같은 종래의 조향토오크센서는 토션바의 비틀림각 만을 검출하기 위한 수단(유성치차 및 슬립링)이 반드시 필요하게 되고 대부분 비틀림각을 직선변위로 바꾸기 때문에 이를 위한 직선변위 기구부가 필요하다. 따라서 필요 부품수가 많으며, 토오크 센싱부가 비대해지고 유지보수 및 장착이 까다롭다.Therefore, the conventional steering torque sensor as described above requires a means for detecting only the torsion angle of the torsion bar (the planetary gear and the slip ring), and since the torsion angle is mostly changed to the linear displacement, a linear displacement mechanism part is required. Therefore, the number of parts required is large, the torque sensing part is enlarged, and maintenance and mounting are difficult.
또한 토오크를 발생시키는 토션바아가 반드시 있어야 하므로 장치가 대형화되는 문제점이 있었다.In addition, there must be a torsion bar that generates a torque, there is a problem that the device is large.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 토오크를 발생시키는 토션바아와, 비틀림각만을 검출하는 수단과, 직선변위 기구장치 등을 배제하고, 스트레인 게이지 부착된 링을 조향장치에 설치하여 추력을 측정하므로서 조향토오크를 측정하여 별도의 토오크 검출장치가 없이도 용이하게 조향토오크를 검출할 수 있는 조향토오크센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to remove a torsion bar for generating torque, a means for detecting only a torsion angle, a linear displacement mechanism device, and the like and a strain gage ring. It is to provide a steering torque sensor that can easily detect the steering torque without the need of a separate torque detection device by measuring the steering torque by measuring the thrust installed in the steering device.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향핸들에 연결되어 함께 회전되는 조향축과, 상기 조향축의 단부에 설치된 피니언기어와, 상기 피니언기어와 맞물려 상기 피니언기어의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 래크를 구비하는 전동식 동력 조향장치에 있어서, 상기 조향축이 회전될 때 축방향의 힘인 추력이 발생될 수 있도록 이의 형상이 비틀리게 형성된 피니언기어 및 래크와, 상기 조향축을 통해 전달되는 추력을 감지하여 전기신호를 발생시키도록 상기 조향축이 지지되는 베어링과 인접되는 복수의 스트레인 게이지와, 상기 스트레인 게이지의 전기신호를 입력받아 상기 조향축의 회전방향 및 토오크를 판단하도록 상기 스트레인 게이지와 접속된 전자제어유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.The present invention for achieving the above object is connected to the steering wheel, the steering shaft rotates together, the pinion gear installed at the end of the steering shaft, and meshes with the pinion gear to convert the rotational motion of the pinion gear into a linear motion An electric power steering apparatus having a rack, comprising: a pinion gear and a rack whose twist is formed so that a thrust as an axial force is generated when the steering shaft is rotated, and detecting a thrust transmitted through the steering shaft A plurality of strain gauges adjacent to a bearing on which the steering shaft is supported to generate an electrical signal, and an electronic control unit connected to the strain gauge to receive the electrical signal of the strain gauge and determine a rotation direction and torque of the steering shaft. It is a configuration characterized by having a.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 제2도는 본 발명의 조향토오크센서의 구조를 보인 단면도이고, 제3도는 본 발명에 따른 스트레인 게이지가 부착된 링부의 확대 사시도이며, 제4도는 본 발명의 설치 사용상태를 보인 개략도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of the steering torque sensor of the present invention, Figure 3 is an enlarged perspective view of the ring portion is attached to the strain gauge according to the present invention, Figure 4 is a schematic diagram showing the installation and use of the present invention.
본 발명이 적용되는 조향장치는 이에 도시된 바와 같이, 조향핸들(10)과 함께 회전되는 조향축(2a)의 선단에 피니언기어(2)가 설치되고, 이 피니언기어(2)에는 피니언기어(2)와 맞물려 직선운동을 하는 래크(1)가 설치된다. 즉, 조향장치는 래크(1)와 피니언기어(2)를 통해 조향핸들(10)의 회전운동이 횡방향의 직선운동으로 변화되게 된다. 이를 위하여 조향축(2a)은 그 단부가 하우징(9)에 회동이 가능하게 설치되고, 래크(1)는 횡방향으로 미끄럼운동이 가능하게 설치된다. 여기에서 하우징(9)과 조향축(2a)의 단부사이에는 조향축(2a)을 회동 가능하게 지지할 수 있도록 베어링(5)이 설치된다.As shown therein, the steering apparatus to which the present invention is applied is provided with a pinion gear 2 at the tip of the steering shaft 2a which is rotated together with the steering wheel 10, and the pinion gear 2 has a pinion gear ( The rack (1) which engages with 2) and performs linear motion is installed. That is, in the steering apparatus, the rotational movement of the steering wheel 10 is changed into a horizontal linear motion through the rack 1 and the pinion gear 2. To this end, the steering shaft 2a is rotatably installed at the end thereof in the housing 9, and the rack 1 is installed to be slidable in the transverse direction. Here, a bearing 5 is installed between the housing 9 and the end of the steering shaft 2a so as to be able to pivotally support the steering shaft 2a.
한편, 상기 래크(1)와 피니언(2)은 전동이 원활하고 큰 힘을 전달할 수 있는 동시에 축방향의 추력을 발생시키는 헬리컬기어로 구성된다. 즉, 헬리컬기어는 치형이 비틀린 구조로 형성되어 있기 때문에 조향축(2a)에 설치된 피니언기어(2)가 회전될 때, 축방향의 힘인 추력(thrust)이 발생되고, 이 추력은 기어의 회전방향이 변할 때 작용방향이 변화하게 된다.On the other hand, the rack (1) and the pinion (2) is composed of a helical gear that is smooth transmission and can transmit a large force and at the same time generates axial thrust. That is, since the helical gear has a tooth-twisted structure, when the pinion gear 2 installed on the steering shaft 2a is rotated, thrust, which is an axial force, is generated, and this thrust is a rotational direction of the gear. When this changes, the direction of action changes.
본 발명은 이러한 헬리컬기어 특성을 이용하여 조향축(2a)에 걸리는 토오크와 조향축(2a)의 회전방향 등을 감지하게 된다. 이러한 구성을 위해 조향축(2a)이 지지되는 베어링(5)에는 조향축(2a)의 추력을 검출할 수 있도록, 입력을 받아 전기신호를 발생시키는 스트레인 게이지(3)가 부착된 링(4)이 설치된다.The present invention senses the torque applied to the steering shaft 2a and the rotational direction of the steering shaft 2a using the helical gear characteristics. For this configuration, the bearing 5 on which the steering shaft 2a is supported is provided with a strain gauge 3 having a strain gauge 3 for receiving an input and generating an electrical signal so as to detect the thrust of the steering shaft 2a. This is installed.
그리고, 이 링(4)은 베어링(5)의 상부와 하부에 각각 설치되어, 조향축(2a)에 걸리는 추력의 변화를 스트레인 게이지(3)의 전기신호를 통해 검출할 수 있게 된다. 이때, 링(4)은 조향축(2a)의 회전에 영향을 주지 않도록 베어링(5)의 외륜을 지지하도록 설치된다. 또한, 조향축(2a)의 단부와 하우징(9)에는 조향축(2a)의 작동시에 발생되는 백래쉬의 영향을 최소화하고 안정된 결합상태를 이루도록 너트(6)와 너트커버(7)가 설치된다.Then, the ring 4 is provided at the upper and lower portions of the bearing 5, respectively, so that the change in the thrust applied to the steering shaft 2a can be detected through the electrical signal of the strain gauge 3. At this time, the ring 4 is installed to support the outer ring of the bearing 5 so as not to affect the rotation of the steering shaft 2a. In addition, the end of the steering shaft (2a) and the housing (9) is provided with a nut (6) and a nut cover (7) to minimize the effect of the backlash generated during operation of the steering shaft (2a) and achieve a stable coupling state .
또한, 본 발명에 따른 조향토오크센서는 링(4)에 설치된 스트레인 게이지(3)의 전기신호를 토대로 조향장치의 일측방에 마련된 전동모터(20)의 동작을 제어할 수 있도록 이들과 접속된 전자제어 유니트(8)가 마련된다. 여기에서, 전동모터(20)는 전자제어 유니트(8)의 제어를 바다 작동되며, 조향장치의 작동이 용이하도록 보조해주게 된다.In addition, the steering torque sensor according to the present invention is the electronic connected to them so as to control the operation of the electric motor 20 provided on one side of the steering apparatus based on the electrical signal of the strain gauge (3) installed in the ring (4) The control unit 8 is provided. Here, the electric motor 20 is sea-operated to control the electronic control unit 8, and assists the operation of the steering device.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 작용효과를 설명한다.The following describes the effects of the embodiment of the present invention.
조향핸들(10)이 좌우로 회전되면 피니언기어(2)와 래크(1)가 같이 연동되고, 조향축(2a)에는 추력이 상·하 방향으로 발생되어, 베어링(5)의 상·하부에 각각 설치된 링(4)의 스트레인 게이지(3)에 압력으로 작용되게 된다. 이때, 추력은 조향축(2a)의 회전방향에 따라 힘의 방향이 변화하게 된다. 즉, 이 힘은 조향축(2a)이 일방향으로 회전될 때, 어느 한방향으로만 작용되게 되므로, 조향축(2a)의 회전방향에 따라 상부 또는 하부 링(4)의 어느 하나에만 번갈아 작용되게 된다. 따라서 전자제어 유니트(8)는 상부의 링(4)에 추력이 작용되는지, 또는 하부의 링(4)에 추력이 작용되는지를 판단하여 조향축(2a)의 회전방향과 조향토오크를 검출하여 전동모터(20)를 제어할 수 있게 된다.When the steering wheel 10 is rotated to the left and right, the pinion gear 2 and the rack 1 are interlocked together, and thrust is generated in the steering shaft 2a in the up and down directions, so that the upper and lower parts of the bearing 5 Pressure strain is applied to the strain gauges 3 of the rings 4 respectively installed. At this time, the thrust of the force is changed according to the rotation direction of the steering shaft (2a). That is, this force is applied only in one direction when the steering shaft (2a) is rotated in one direction, it is alternately applied to only one of the upper or lower ring (4) in accordance with the rotation direction of the steering shaft (2a). . Accordingly, the electronic control unit 8 determines whether the thrust is applied to the upper ring 4 or the lower ring 4 to detect the rotational direction and the steering torque of the steering shaft 2a and transmit the electric force. The motor 20 can be controlled.
여기에서 전자제어 유니트(8)는 스트레인 게이지(3)의 압축시에 발생하는 미소전압을 증폭하는 회로가 내장되고, 또한 차속과 조향토오크에 따라 전동모터(20)가 적절한 힘으로 구동될 수 있도록 제어신호를 콘트롤하게 된다.Herein, the electronic control unit 8 has a circuit for amplifying a small voltage generated when the strain gauge 3 is compressed, and the electric motor 20 can be driven with an appropriate force according to the vehicle speed and steering torque. The control signal is controlled.
이처럼, 본 발명에 따른 조향토오크센서는 스트레인 게이지(3)와 전자제어 유니트(8)를 통해 용이하게 구현되므로, 기존의 토오크센서와 달리 구성 부품수가 현저하게 줄고 토션바아가 불필요할 뿐만 아니라, 기존 조향장치의 일부를 변경하여 쉽게 구현할 수 있게 된다.As such, since the steering torque sensor according to the present invention is easily implemented through the strain gauge 3 and the electronic control unit 8, unlike the conventional torque sensor, the number of components is significantly reduced and the torsion bar is not necessary, Some parts of the steering system can be changed for easy implementation.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향토오크센서는 토오크를 발생시키는 토션바아와, 비틀림각만을 검출하는 수단과, 직선변위 기구장치등을 배제하고, 조향축(2a)에 스트레인 게이지(3)가 부착된 링(4)을 설치함으로써 토오크 및 회전방향을 측정할 수 있게 되었다. 따라서, 부품수가 크게 줄어들어 조향장치를 소형화시킬 수 있고, 유지보수 및 장착이 용이하여 사용상 편리함을 줄 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the steering torque sensor according to the present invention excludes a torsion bar for generating torque, a means for detecting only a torsion angle, a linear displacement mechanism, and the like, and a strain gauge 3 on the steering shaft 2a. By installing the ring 4 with), the torque and the rotation direction can be measured. Therefore, the number of parts is greatly reduced, so that the steering apparatus can be miniaturized, and maintenance and mounting can be easily performed, thereby providing convenience in use.
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