KR100226633B1 - 차량용 조향장치의 토오크 센서 - Google Patents

차량용 조향장치의 토오크 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 유도 방식 토오크 센서에 있어서, 부품수를 감소하여 소형화 및 경량화를 이룰수 있도록 한 차량용 조향장치의 토오크센서에 관한 것으로, 토션바를 개재하여 연결된 두 개의 축의 한 쪽에 고정 설치한 제 1 자성체의 원통과 다른 쪽 축에 고정 설치한 제 2 자성체의 원통을 설치하고 각각의 제 1, 제 2 자성체의 치부가 서로 대향하고, 두 개의 치부가 서로 일정범위내에서 대향하도록 회전범위를 규제하는 장치를 가지는 토오크 센서를 제공하며, 오프셋을 발진기, 증폭기, 전류변환기에 추가하여 별도의 클램프를 사용하지 않도록 함은 물론 쇼트, 오픈, 노멀 등의 센서상태를 감시할 수 있는 신호를 얻어낼 수 있도록 한 것이다.

Description

차량용 조향장치의 토오크센서
본 발명은 차량용 조향장치에 관한 것으로, 특히 전자 유도 방식 토오크센서에 있어서 부품수를 감소하여 소형화 및 경량화를 이룰 수 있도록 한 차량용 조향장치의 토오크센서에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하여 조향되는데, 바퀴와 노면사이에는 마찰력이 작동하고 있어서 동력전달 과정중의 손실에 의해 조향핸들의 회전각도만큼 바퀴가 회전되지 않는다.
따라서 이를 측정하여 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 토오크센서이다.
즉, 토오크센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 측정된 편차만큼 별개의 동격수단으로 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행시키고자 하는 방향으로 안전하게 조향하게 된다.
이러한 기능을 하는 차량용 조향장치의 토오크센서는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 일측단이 조향핸들(10)과 결합된 입력칼럼(20)과 일측단이 바퀴측과 결합된 출력칼럼(30)이 마련되고, 이 입력칼럼(20)과 출력칼럼(30)을 연결하며 조향정도에 따라 비틀림되는 토션바(TosionBar)(40)가 마련된다.
즉, 토션바(40)의 일단부가 입력칼럼(20)의 타단부와 결합되고 이를 타단부는 출력칼럼(3)의 타단부와 결합되어 있다.
그리고 입력칼럼(20)과 출력칼럼(30)의 타단부사이에는 자성체로 이루어진 3개의 검출링(50)이 일정간격 이격되게 구성되어 있는데 제 1 검출링(51)은 조향핸들(10)측의 입력칼럼(20)외주면에 결합되어 조향핸들(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제 2 검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제 3 검출링(53)은 바퀴(미도시)측에 연계된 출력칼럼(30)의 타단부 외주면에 결합되어 이들은 바퀴(미도시)와 거의 동일한 각도로 회전운동한다.
이때, 제 1 검출링(51)의 일면, 즉 제 2 검출링(52)가 대향하는 면에는 요철로 이루어진 치(齒)부(51a)가 형성되어 있으며, 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 치부(52a, 53a) 각각 형성되어 있다.
또한 제 1 검출링(51)과 제 2 검출링(52)사이의 외측면과 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53)사이의 외측면에는 각각 코일(60, 70)이 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 제어부(80)와 접속된다.
이와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크센서의 작동은 다음과 같다.
먼저, 운전자가 조향핸들(10)을 회전시키면 토션바(40) 및 입력, 출력칼럼(20,30)도 일체로 회전하는데, 조향핸들(10)측과 결합된 토션바(40)의 일측이 바퀴(미도시)측과 결합된 타측보다 비틀려져 많이 회전된다.
즉, 바퀴(미도시)의 노면마찰력에 의해 제 1 검출링(51), 제 2 검출링(52) 그리고 제 3 검출링(53) 순으로 회전각도가 크게 된다.
따라서 제 1 검출링(51)과 제 2 검출링(52)의 대향면적은 거의 변하지 않는데 각각 치부(52a, 53a)가 형성된 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53)의 대향면적이 변화되며 제 2 검출링(52)와 게 3 검출링(53)사이의 바깥측 자속의 변화로 제 2 코일(70)의 인덕턴스 값이 변화된다.
즉, 최초에는 제 1 코일(60)과 제 2 코일(70)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데 조향핸들(10)의 회전으로 인해 제 1 코일(60)의 인덕턴스 값은 일정하고 제 2 코일(70)의 인덕턴스 값만 변화하게됨으로써 제 1 코일(60)의 인덕턴스 값에 대한제 2 코일(70)의 인덕턴스값의 변화를 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴(미도시)측의 회전편차를 측정하는 것이다.
도 3 은 종래 토오크센서의 신호처리장치의 블록도로, 발진기(90)에 코일부(91)의 일측 접점을 통하여 제 1 클램프(92)와 제 3 클램프(94)가 접속되고 코일부(91)의 타측접점을 통하여 제 2 클램프(93)와 제 4 클램프(95)가 접속되었다.
그리고 상기 각 클램프(92~95)의 출력단에 제 1 피크검출기(96)내지 제 4 피크검출기(96~99)가 각각 접속되고 제 1, 제 2 피크검출기(96)(97)의 출력단에는 이들의 차이를 검출하는 제 1 차동증폭기(100)가 접속됨과 아울러 제 3, 제 4 피크검출기(98)(99)의 출력단에는 이들의 차를 검출하는 제 2 차동증폭기(101)가 접속되었다.
또한, 상기 제 1 차동증폭기(100)의 출력단에는 제 1 전류변환기(102)를 통하여 서브가 출력되도록 하였으며, 제 2 차동증폭기(101)의 출력단에는 제 2 전류변환기(103)를 통하여 메인이 출력되도록 하였다.
이러한 신호처리구성에 있어서는, 발진기(90)의 출력이 코일부(91)를 통하여 제 1 내지 제 4 클램프(92~95)에 입력되었으며, 각 클램프(92~95)의 출력신호로부터 제 1 내지 제 4 피크검출기(96~99)를 통하여 피크가 검출된 후 제 1 차동증폭기(100)를 통하여는 제 1, 제 2 피크검출기(96)(97)의 피크치가 검출되고, 제 2 차동증폭기(101)를 통하여는 제 3, 제 4 피크검출기(98)(99)의 피크치가 검출되어 각각 제 1, 제 2 전류변환기(102)(103)를 통하여 서브와 메인의 출력을 내보낼 수 있었다.
그러나, 이러한 토오크센서의 기구적장치 및 회로구성에 있어서는, 주변온도변화를 보상하여 초기 인덕턴스를 측정하기 위해서 제 1 검출링(51)과 제 1 코일(60)이 필요하게 됨으로써 많은 부품의 소요로 인해 토오크센서의 크기가 커지게 된다.
또한, 제 1 검출링(51)에 별도의 치부(51a)를 형성함으로써 토오크센서의 전체적인 원가가 상승되는 문제점이 있었다.
한편, 페일 세이프티 처리를 위해 서브와 메인 2 블록으로 나누어 처리하므로 부품수가 많이 필요하게 되는 문제가 있을뿐만 아니라 단전원 처리를 위해 신호를 제로레벨 이상으로 끌어올리기 위한 별도의 클램프(92~95)가 필요하게 되는 문제도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 검출링을 2개만 사용하여 구조를 단순화시킴과 아울러 주변온도에 영향을 받지 않는 토오크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 토션바를 개재하여 연결된 두 개가 축의 한쪽에 고정 설치한 제 1 자성체의 원통과 다른쪽축에 고정 설치한 제 2 자성체의 원통을 설치하고 각각의 제 1, 제 2 자성체의 치부가 서로 대향하고 두 개의 치부가 서로 일정범위내에서 대향하도록 회전범위를 규제하는 장치를 가지는 토오크 센서를 제공함으로써 달성된다.
또한, 본 발명은 제 1, 제 2 자성체와 자기회로를 형성하고 있는 검출코일을 갖추고 있는 토오크 센서를 제공함으로써 달성된다.
제1도는 일반적인 조향장치의 토오크센서를 개략적으로 보인 사시도
제2도는 종래 토오크센서의 요부도
제3도는 종래 토오크센서의 전기적 회로구성도
제4도는 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 토오크센서를 개략적으로 보인 사시도
제5도는 본 발명에 따른 토오크센서의 요부도
제6도는 본 발명에 따른 토오크센서의 신호처리장치의 회로구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
150 : 조향핸들 200 : 입력칼럼
300 : 출력칼럼 400 : 토션바
510 : 제 1 검출링 520 : 제 2 검출링
600, 700 : 코일 802, 803 : 피크검출기
804 : 차동증폭기 805 : 전류변환기
806 : 전압오프셋부
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3 과 4 는 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 토오크 센서를 보인 개략적인 사시도와 검출링부만 보인 요부도로, 일측단이 차량의 조향핸들(150)과 결합된 입력칼럼(200)과 일단부가 바퀴(미도시)측에 결합된 출력칼럼(300)이 구비되며, 이들은 후술하는 토션바(400)로 연계되어 조향핸들(150)의 조작에 따라 같이 연동된다.
이를 위해 토션바(400)는 일단부가 입력칼럼(200)의 타단부와 결합되며 타단부는 출력칼럼(300)의 타단부와 결합되어 출력칼럼(300)과 입력칼럼(200)의 타단면이 일정간격 이격되게 전술한 바와 같이 이들을 결합시킨다.
그리고 이들사이에는 검출링(500)이 구비되는데, 입력칼럼(200)의 타단부 외주면에 자성체의 제 1 검출링(510)이 마련되어 일체로 연동하며, 이의 일단면 즉 출력칼럼(300)과 대향하는 면에 다수의 요철로 이루어진 치부(511)와 대응하게 교호적으로 치부(521)가 이루어져 있다.
한편, 출력칼럼(300)의 타단부 외주면에도 자성체로 이루어진 제 2 검출링(520)이 설치되며, 제 1 검출링(510)과 제 2 검출링(520)사이의 외측부에 자기회로를 형성하는 토오크 검출용 코일(600)권선됨과 아울러 제 1 검출링(51)의 외측부에도 자기회로를 형성하는 온도 보상용 코일(700)이 권선되며, 이들 코일(600)(700)에 공통으로 제어부(750)가 접속된다.
도 6 은 본 발명에 따른 전기적인 구성도로, 발진기(800)에 부릿지회로를 이루는 코일부(801)를 통하여 접속되어 피크치를 검출하는 피크 검출기(802)(803)와, 상기 피크검출기(802)(803)의 출력차이를 검출하여 소정레벨로 증폭시키는 차동증폭기(804)와 상기 차동증폭기(804)의 출력전압을 전류로 변환시키는 전류변환기(805)를 구비하고, 상기 발진기(800), 차동증폭기(804), 전류변환기(805)에 공통으로 접속되도록 전압 오프셋부(806)를 구비하여 구성된 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 먼저, 차량의 주행중에 운전자가 방향을 바꾸기 위하여 조향핸들(150)을 조향시키면 입력칼럼(200)과 토션바(400) 및 출력칼럼(300)을 통해 바퀴(미도시)가 조향되어 주행방향이 바뀌게 된다.
이때 일정이상의 조향력이 작용하게 되면, 바퀴(미도시)와 노면과의 마찰력에 의해 회전되는 입력칼럼(200)보다 토션바(400)로 연계된 출력칼럼(300)의 회전각도가 줄어 토션바(400)가 비틀리게 된다.
즉, 제 1 검출링(510)과 제 2 검출링(520)의 외측면에 마련된 토오크 검출용 코일(600)은 제 1 검출링(510)의 치부(511)와 제 2 검출링(520)의 치부(521)와의 대향면적의 변화에 따라 이의 인덕턴스가 변화됨과 동시에 이에 흐르는 유기전압도 변화된다.
이와 같이 코일(600)의 자기저항변화에 의해 변화된 유기전압의 값이 제어부(750)에 입력되면, 제어부(750)에서는 입력된 신호를 근거로 판단하여 조향편차를 측정하고, 구동부를 통해 동력수단을 가동하여 보상하게 된다.
한편, 주변 온도변화에 의한 측정오차는 온도보상용 코일(700)에 입력된 신호를 회로적으로 제거함으로써 보상된다.
또한, 도 6 에 도시된 바와같이 발진기(800), 코일부(801), 피크검출기(802)(803), 차동증폭기(804), 전류변환기(805)에 전압 오프셋부(806)로부터 오르셋을 주어 AC→DC화하는 과정이 한단계로 감소되므로 쇼트, 오픈, 노멀시의 상태를 구분할 수 있는 출력이 발생되어 이 출력을 페일 세이프티(Fail Safety:FS)에 응용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 기존에는 3개의 검출링을 사용하던 것을 2개의 검출링(510)(520)만 사용하여 주변온도에 영향을 받지 않는 토오크 센서를 제공할 수 있어 부품수의 절감에 따른 원가절감과 구조의 단순화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
그리고, 페일 세이프티 신호를 따로 갖기 때문에 각 상태별로 구분할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명에서는 오프셋을 발진기, 증폭기, 전류변환기에 추가하여 별도의 클램프 과정이 필요없으며, 쇼트, 오픈, 노멀드의 센서상태를 감시할 수 있는 신호를 얻어낼 수 있는 효과도 있다.

Claims (2)

  1. 일단부가 차량의 조향핸들(150)측과 연계된 입력칼럼(200)과 상기 입력컬럼(200)과 일정간격 이격되며 일단부가 바퀴측과 연계된 출력칼럼(300)과 일단부가 상기 입력칼럼(200)의 타단부와 결합되고 타단부는 상기 출력칼럼(300)의 타단부와 결합되어 상기 입력칼럼(200)과 상기 출력칼럼(300)을 연계시키며 상기 조향핸들(100)의 조향운동에 따라 비틀리는 토션바(400)가 구비된 차량용 조향장치에 있어서, 상기 입력칼럼(200)과 출력칼럼(300)의 외주면에 치부(511)(521)를 가진 제 1, 제 2 검출링(510)(520)을 마련하고, 상기 치부(511)(521)부분에는 토오크 검출용 코일(600)을 제 1 검출링(510)의 외주면에는 온도보상용 코일(700)을 감아 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서.
  2. 코일부(801)에 접속되어 피크치를 검출하는 2개의 피크 검출기(802)(803)와 상기 피크검출기(802)(803)의 출력차이를 소정레벨로 증폭시키는 차동증폭기(804)와 상기 차동증폭기(804)의 출력전압을 전류로 변화시키는 전류변화기(805)와 상기 코일부(801), 차동증폭기(804), 전류변환기(805)에 공통접속되어 신호를 소정레벨 이상 올려주는 전압 오프셋부(806)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서.
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