KR100230038B1 - 차량용 조향장치의 토오크 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이오드(Diode)의 출력전압 특성을 이용하여 토오크 센서의 온도에 의한 토오크 검출값을 보상할 수 있음은 물론 토오크 센서의 소형화 및 경량화를 이룰 수 있도록 한 차량용 조향장치의 토오크 센서에 관한 것으로, 일단부가 차량의 조향핸들측과 연계된 입력축, 입력축과 일정간격 이격되며 일단부가 바퀴측과 연계된 출력축, 일단부가 입력축의 타단부와 결합되고 타단부는 출력축의 타단부와 결합되어 입력축과 출력축을 연계시키며 조향핸들의 조향운동에 따라 비틀리는 토션바, 입력축의 타단부에 마련되어 출력축과 대향하는 일면에 요철부가 형성된 제1 검출링, 출력축의 타단부에 마련되어 제1 검출링의 일면과 대향하는 면에 요철부가 형성된 제2 검출링, 제1 검출링과 제2 검출링 사이의 외측에 권선되어 자기회로를 형성하는 검출코일, 검출코일에 접속되어 검출코일에 유기되는 전압을 신호 처리하고 유기전압을 온도 보상 수단을 통해 보상하는 신호 처리 장치로 구성되어, 3개의 검출링을 사용하던 것을 2개의 검출링만 사용하여 부품수의 절감에 따른 원가절감과 구조의 단순화를 이루고, 특히 다이오드를 이용하여 온도에 의한 측정오차를 정확하게 보상할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

차량용 조향장치의 토오크 센서

본 발명은 차량에 관한 것으로, 특히 온도에 대한 다이오드(Diode)의 출력전압 특성을 이용하여 토오크 센서의 온도에 의한 토오크 검출값을 보상할 수 있음은 물론 토오크 센서의 소형화 및 경량화를 이룰 수 있도록 한 차량용 조향장치의 토오크 센서에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하여 조향되는데, 바퀴와 노면 사이에는 마찰력이 작용하고 있어 동력전달 과정중의 손실에 의해 조향핸들의 회전각도만큼 바퀴가 회전되지 않는다.

이에 따라, 상기 조향핸들과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여 이를 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 바로 토오크 센서이다.

즉, 토오크 센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행시키고자 하는 방향으로 안전하게 조향하도록 한다.

상기와 같은 기능을 하는 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서는 제1도에 도시된 바와 같이, 일측단이 조향핸들(10)과 결합된 입력축(20)과 일측단이 바퀴(도시하지 않음)측과 결합된 출력축(30)이 마련되고, 이 입력축(20)과 출력축(30)을 연결하며 상기 조향핸들(10)의 조향정도에 따라 비틀리는 토션바(TorsionBar)(40)로 구성된다.

상기 토션바(40)의 일단부가 입력축(20)의 타단부와 결합되고 이의 타단부는 출력축(30)의 타단부와 결합되어 있다.

그리고, 상기 입력축(20)과 출력축(30)의 타단부 사이에는 자성체로 이루어진 3개의 검출링(50)이 일정간격 이격되게 구성되어 있으며, 이때 제1 검출링(51)은 조향핸들(10)측의 입력축(20) 외주면에 결합되어 조향핸들(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제2 검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제3 검출링(53)은 바퀴측에 연계된 출력축(30)의 타단부 외주면에 각각 결합되어 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전운동한다.

이때, 상기 제1 검출링(51)의 일면, 즉 제2 검출링(52)의 일면과 대향하는 면에는 요철부(51a)가 형성되어 있고, 제2 검출링(52)과 제3 검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 요철부(52a, 53a)가 각각 형성되어 있다.

또한, 제1 검출링(51)과 제2 검출링(52) 사이의 외측면과 제2 검출링(52)과 제3 검출링(53) 사이의 외측면에는 온도보상 코일(70)과 검출코일(60)이 각각 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호 처리 장치(80)와 접속된다.

상기 제1 검출링(51)과 온도보상 코일(70)은 주변의 온도 변화에 의한 검출코일(60)의 출력전압값을 보상하기 위한 것으로, 온도보상 코일(70)의 형태와 구조는 검출코일(60)과 동일하다.

상기와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크 센서의 동작을 설명하면, 먼저 운전자가 조향핸들(10)을 회전시키면, 토션바(40) 및 입력축, 출력축(20,30)도 일체로 회전하는데, 이때 조향핸들(10)측과 결합된 토션바(40)의 일측이 바퀴측과 결합된 타측보다 더 비틀려져 많이 회전된다.

즉, 바퀴와 노면과의 마찰력에 의해 제1 검출링(51), 제2 검출링(52) 그리고 제3 검출링(53) 순으로 회전각도가 크게 된다.

따라서, 제1 검출링(51)과 제2 검출링(52)의 대향면적은 거의 변하지 않는데, 각각의 요철부(52a, 53a)가 서로 대향되게 형성된 제2 검출링(52)과 제3 검출링(53)의 대향면적은 변화되며, 따라서 제2 검출링(52)과 제3 검출링(53) 사이의 바깥측 자속의 변화로 검출코일(60)의 인덕턴스 값이 변화된다.

즉, 최초에는 검출코일(60)과 온도보상 코일(70)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데, 조향핸들(10)의 회전으로 온도보상 코일(70)의 인덕턴스 값은 일정하고, 검출코일(60)의 인덕턴스 값만 변하게 됨으로써 온도보상 코일(70)의 인덕턴스 값에 대한 검출코일(60)의 인덕턴스 값의 변화, 즉 검출코일(60)에 유기되는 전압을 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 되는 것이다.

이때, 신호 처리 장치(80)에서는 검출코일(60)에서 유기되는 출력전압과 온도보상 코일(70)의 온도에 의한 출력전압을 차동하여 증폭시킨 후 이를 전류값으로 변환한다.

즉, 신호 처리 장치(80)에서는 상기 검출코일(60)의 온도에 대한 출력전압(0.2㎷/℃)과 온도보상 코일(70)의 기울기(0.2㎷/℃)가 서로 같으므로 차동 증폭하여 주변 온도 변화로 인한 인덕턴스, 즉 유기전압의 측정오차를 보상하도록 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서는 주변의 온도 변화를 보상하기 위해서 제2 검출링(52) 및 제3 검출링(53) 이외의 제1 검출링(51)과 온도보상 코일(70)을 구비해야 함에 따라 많은 부품의 소요로 인해 토오크 센서의 크기가 커지게 되는 단점이 있었다.

또한, 상기 제1 검출링(51)에 가공이 쉽지 않은 별개의 요철부(51a)를 형성해야 함에 따라 기구적 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 토오크 센서의 전체적인 제조원가도 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 다이오드와 검출링 2개만을 사용하여 토오크 센서의 구조를 단순화시킴과 아울러 주변온도에 영향을 받지 않는 차량용 조향장치의 토오크 센서를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 조향장치의 토오크 센서는, 일단부가 차량의 조향핸들측과 연계된 입력축, 이 입력축과 일정간격 이격되며 일단부가 바퀴측과 연계된 출력축, 일단부가 입력축의 타단부와 결합되고 타단부는 출력축의 타단부와 결합되어 입력축과 출력축을 연계시키며 조향핸들의 조향운동에 따라 비틀리는 토션바, 입력축의 타단부에 마련되어 출력축과 대향하는 일면에 요철부가 형성된 제1 검출링, 출력축의 타단부에 마련되어 상기 제1 검출링의 일면과 대향하는 면에 요철부가 형성된 제2 검출링, 상기 제1 검출링과 제2 검출링의 사이의 외측면에 권선되어 자기회로를 형성하는 검출코일, 상기 검출코일에 접속되어 검출코일에 유기되는 전압을 신호 처리하고 상기 유기전압을 온도 보상 수단을 통해 보상하는 신호 처리 장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

제1도는 종래 조향장치의 토오크 센서를 개략적으로 보인 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 차량용 조향장치의 토오크 센서를 개략적으로 보인 사시도.

제3도는 본 발명에 의한 토오크 센서의 신호 처리 장치의 회로 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 각 부의 온도에 따른 전압 관계 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 조향핸들 200 : 입력축

300 : 출력축 400 : 토션바

500 : 검출링 510 : 제1 검출링

520 : 제2 검출링 600 : 검출코일

700 : 신호 처리 장치 710 : AC/DC 변환부

720 : 제1 증폭부 730 : 온도 보상부

740 : 제2 증폭부 740 : V-I 변환부

D : 다이오드

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 차량용 조향장치의 토오크 센서를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 차량용 조향장치의 토오크 센서를 개략적으로 보인 사시도로서, 일측단이 차량의 조향핸들(100)과 결합된 입력축(200)과 일단부가 바퀴측에 결합된 출력축(300)으로 구성되며, 이들은 후술되는 토션바(400)로 연계되어 조향핸들(100)의 조작에 따라 같이 연동된다.

상기 토션바(400)는 그 일단부가 입력축(200)의 타단부와 결합되며, 타단부는 출력축(300)의 타단부와 결합되어 출력축(300)과 입력축(200)의 타단면이 일정간격 이격되게 전술한 바와 같이 이들을 결합시킨다.

그리고, 이들 사이에는 검출링(500)이 구비되는데, 입력축(200)의 타단부 외주면에 자성체의 제1 검출링(510)이 마련되어 일체로 요동되는데, 이의 일단면, 즉 출력축(300)과 대향하는 면에는 요철부(511)가 구성되어 있으며, 출력축(300)의 타단부 외주면에도 역시 자성체로 이루어진 제2 검출링(520)이 설치되어 있고, 여기에도 제1 검출링(510)의 요철부(511)와 대응되게 요철부(521)가 형성되어 있다.

한편, 각각의 요철부(511), (521)가 형성된 제1 검출링(510)과 제2 검출링(52-) 사이의 외측부에는 자기 회로를 형성하는 검출코일(600)이 권선되어 후술되는 신호 처리 장치(700)와 전기적으로 접속되어 있다.

제3도는 본 발명에 의한 토오크 센서의 신호 처리 장치(700)의 회로 구성도로서, 검출코일(600)에 접속되어 인덕턴스 변화로 인해 유기되는 전압을 직류전압으로 변환하는 AD/DC 변환부(710)와, 상기 AC/DC 변환기(710)에서 변환된 직류전압에 포함된 온도에 대한 전압(0.2㎷/℃)을 10배 증폭하는 제1 증폭부(720)와, 온도에 따른 전압이 -2㎷/℃인 다이오드(D)를 이용하여 상기 제1 증폭부(720)에서 증폭된 검출코일(600)의 출력전압에 포함된 온도에 따른 전압을 상쇄시키는 온도 보상부(730)와, 상기 온도 보상부(730)를 통해 출력되는 검출코일(600)에 유기된 순수 출력전압만을 소정 증폭하는 제2 증폭부(740)와, 상기 제2 증폭부(740)에서 출력된 전압을 변환하는 V-I 변환부(750)로 구성된다.

상기 V-I 변환부(750)에서 변환되어 출력되는 전류 신호에 의해 동력수단을 구동시켜 바퀴를 조향함으로써 차량을 안전하게 조향하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량용 조향장치의 토오크 센서의 동작을 설명하면, 먼저 차량의 주행중에 운전자가 방향을 바꾸기 위하여 조향핸들(100)을 조향시키면 입력축(200)과 토션바(400) 및 출력축(300)을 통해 바퀴가 조향되어 주행방향이 바뀌게 된다.

이때, 일정이상의 조향력이 작용하게 되면, 바퀴와 노면과의 마찰력에 의해 조향핸들(100)에 의해 회전되는 입력축(200)보다 토션바(400)로 연계된 출력축(300)의 회전각도가 줄어 토션바(400)가 비틀리게 된다.

즉, 제1 검출링(510)과 제2 검출링(520)의 외측면에 마련된 검출코일(600)은 제1 검출링(510)의 요철부(511)와 제2 검출링(520)의 요철부(521)와의 대향면적에 따라 이의 인덕턴스가 변화됨과 동시에 이에 흐르는 유기전압도 변화한다.

이후, 상기와 같은 검출코일(600)의 자기저항 변화에 의해 변화된 유기전압값이 상기 신호 처리 장치(700)에 입력되면, 신호 처리 장치(700)에서는 AC/DC 변환부(710)를 통해 입력된 유기전압을 직류전압으로 변화한 후, 제1 증폭부(720)를 통해 상기 검출코일(600)의 검출전압에 포함된 주변 온도 변화에 의한 출력전압을 10배 증폭한다.

그리고 나서, 상기 제1 증폭부(720)에서 증폭된 제4(a)도와 같은 온도에 따른 전압은 온도 보상부(730)의 다이오드(D)의 제4(b)도와 같은 특성에 의해 상쇄되어 제4(c)도와 같이 일정하게 되므로 제2 증폭부(740)에서는 온도에 의해 변화되는 전압 이외의 검출코일(600)에 유기된 순수전압만을 소정 증폭한다.

즉, 온도 보상부(730)내의 다이오드(D)는 온도에 대해 출력전압의 기울기가 -2㎷/℃이고, 검출코일(600)의 온도에 대한 출력전압의 기울기는 0.2㎷/℃로, 10배 증폭된 검출코일(600)의 온도에 대한 출력전압의 기울기가 2㎷/℃로 서로 절대크기가 동일하여 상쇄됨으로써 주변 온도에 의해 변화된 검출코일(600)의 출력전압을 보상할 수 있게 되는 것이다.

이후, 상기 제2 증폭부(740)에서 증폭된 검출코일(600)에 유기된 순수전압을 V-I 변환부(740)를 통해 전류로 변환한 후, 이 전류 신호를 이용하여 조향편차를 측정하고, 구동부를 통해 동력수단을 가동하여 조향핸들측과 바퀴측의 회전편차를 보상하도록 한다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 기존에 3개의 검출링을 사용하던 것을 2개의 검출링만 사용하여 부품수의 절감에 따른 원가절감과 구조의 단순화를 이룰 수 있으며, 특히 일반 수동소자인 다이오드의 전압특성을 이용하여 주변의 온도 변화에 의한 측정 온차를 보상함에 따라 주변 온도가 변화하여도 정확한 조향 편차를 측정하여 보상할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 일단부가 차량의 조향핸들(100)측과 연계된 입력축(200), 상기 입력축(200)과 일정간격 이격되며 일단부가 바퀴측과 연계된 출력축(300), 일단부가 상기 입력축(200)의 타단부와 결합되고 타단부는 상기 출력축(300)의 타단부와 결합되어 상기 입력축(200)과 출력축(300)을 연계시키며 상기 조향핸들(100)의 조향운동에 따라 비틀리는 토션바(400), 상기 입력축(200)의 타단부에 마련되어 상기 출력축(300)과 대향하는 일면에 요철부(511)기 형성된 제1 검출링(510), 상기 출력축(300)의 타단부에 마련되어 상기 제1 검출링(510)의 일면과 대향하는 면에 요철부(521)가 형성된 제2 검출링(520), 상기 제1 검출링(510)과 제2 검출링(520) 사이의 외측면에 권선되어 자기회로를 형성하는 검출코일(600), 상기 검출코일(600)에 접속되어 검출코일(600)에 유기되는 전압을 신호 처리하고 상기 유기전압을 온도 보상 수단을 통해 보상하는 신호 처리 장치(700)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리 장치(700)는 상기 검출코일(600)에 접속되어 인덕턴스 변화로 인해 유기되는 전압을 직류전압으로 변환하는 AC/DC 변환부(710)와, 상기 AC/DC 변환부(710)에서 변환된 직류전압에 포함된 온도에 따른 전압을 소정 레벨로 증폭하는 제1 증폭부(720)와, 상기 제1 증폭부(720)에서 증폭된 검출코일(600)의 출력전압에 포함된 온도 상승에 따른 전압을 상쇄시키는 온도 보상부(730)와, 상기 온도 보상부(730)를 통해 출력되는 검출코일(600)에 유기된 순수 출력전압만을 소정 증폭하는 제2 증폭부(740)와, 상기 제2 증폭부(740)에서 출력된 전압을 전류로 변환하는 V-I 변환부(740)로 구성됨을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 온도 보상부(730)가, 온도에 대한 전압 특성이(-)인 다이오드(D)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서.

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