KR100455674B1 - 감시부를 구비한 차량용 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크센서의 각 구성요소의 이상유무를 감시하며 이상 발생시 경보할 수 감시부를 구비한 차량용 조향장치에 관한 것으로, 검출코일과 온도보상코일로 신호를 입출력하며 내부 감시기능을 구비하는 신호처리장치, 상기 신호처리장치에서 출력신호에 따라 이상유무를 판단하여 경보신호를 출력하는 제어부, 상기 경보신호에 따라 시각적 혹은 청각적 경보를 하는 경보부를 구비함으로써, 토크센서의 각 구성요소의 이상유무를 자체적으로 감지하여 이상발생 시 운전자에게 청각적 혹은 시각적으로 경보할 수 있다.

Description

감시부를 구비한 차량용 조향장치{Apparatus for power steering of vehicle having monitoring unit}

본 발명은 차량에 관한 것으로, 특히 토크센서의 이상유무를 감시할 수 있는 감시부를 구비한 차량용 조향장치에 관한 것이다.

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

이에 따라, 상기 스티어링 휠과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여 이를 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 바로 토오크 센서이다. 즉, 토오크 센서를 통해 스티어링 휠의 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 일측단이 스티어링 휠과 결합된 입력축과 일측단이 바퀴측과 결합된 출력축이 마련되고, 이 입력축과 출력축을 연결하며 상기 스티어링 휠의 조향정도에 따라 비틀리는 토션바(Torsion Bar)로 구성된다.

또한, 제1검출링과 제2검출링 사이의 외측면과 제2검출링과 제3검출링 사이의 외측면에는 온도보상 코일과 검출코일이 각각 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호 처리 장치와 접속된다.

상기와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크 센서의 동작을 설명하면, 먼저 운전자가 스티어링 휠을 회전시키면, 스티어링 휠측과 결합된 토션바의 일측이 바퀴측과 결합된 타측보다 더 비틀려져 많이 회전된다.

제2검출링과 제3검출링 사이의 바깥측 자속의 변화로 검출코일의 인덕턴스 값이 변화된다. 이때, 신호 처리 장치에서는 검출코일에서 유기되는 출력전압과 온도보상 코일의 온도에 의한 출력전압을 차동하여 증폭시킨 후 이를 전류값으로 변환한다.

전술한 종래의 조향장치는 자체적으로 고장을 진단하는 기능을 갖고 있지 않다. 다만 전자제어장치는 토크센서로부터 출력되는 메인 및 서브신호에 의해 이상유무를 판단할 뿐이다. 즉, 종래의 조향장치는 토크센서 및 그 주변회로의 각 구성요소에 대한 이상유무는 감지할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 토크센서의 각 구성요소의 이상유무를 감시하며 이상발생시 경보할 수 감시부를 구비한 차량용 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 토크센서를 설명하기 위한 사시도.

도 2는 차량용 조향장치의 토크센서를 설명하기 위한 상세 블록도.

도 3은 차량용 조향장치의 토크센서 동작을 설명하기 위한 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:스티어링 휠 20:구동축

30:부하축 40:토션바

50:검출링 60:검출코일

70:온도보상코일 80:신호처리장치

81:신호발생수단 82:차동증폭수단

83:샘플앤홀드수단 84:전압-전류변환수단

85:온도감지수단 86:제 1 감시부

87:제 2 감시부 90:제어수단

100:동력조향부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 감시부를 구비한 차량용 조향장치는, 검출코일과 온도보상코일로 신호를 입출력하며 내부 감시기능을 구비하는 신호처리장치, 상기 신호처리장치에서 출력신호에 따라 이상유무를 판단하여 경보신호를 출력하는 제어부, 상기 경보신호에 따라 시각적 혹은 청각적 경보를 하는 경보부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 토오크 센서는, 일측단이 스티어링 휠(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 스티어링 휠(10)의 조향정도에 따라 비틀리는 토션바(Torsion Bar)(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 제1검출링(51)은 스티어링 휠(10)측의 입력축(20) 외주면에 결합되어 스티어링 휠(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제2검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제3검출링(53)은 바퀴측에 연계된 출력축(30)의 타단부 외주면에 각각 결합되어 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전 운동한다.

이때, 상기 제1검출링(51)의 일면, 즉 제2검출링(52)과 대향하는 면에는 요철부(51a)가 형성되어 있으며, 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 요철부(52a,53a)가 각각 형성되어 있다.

또한, 제1검출링(51)과 제2검출링(52) 사이의 외측면과 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이의 외측면에는 온도보상 코일(70)과 검출코일(60)이 각각 권선되어있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호 처리 장치(80)와 접속된다.

상기 제1검출링(51)과 온도보상 코일(70)은 주변의 온도 변화에 의한 검출코일(60)의 출력 전압값을 보상하기 위한 것으로, 온도보상 코일(70)의 형태와 구조는 검출코일(60)과 동일하다.

이하에서는 도 2를 참조하여 신호처리장치를 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 신호처리장치(80)는 이상유무를 판단하기 위한 감시부(86 및 87)를 구비하며, 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)에 신호를 공급할 수 있도록 기준신호를 발생시키는 신호발생수단(81)과, 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)의 출력의 차를 증폭하는 차동증폭수단(83)과, 차동증폭수단(83)의 출력의 노이즈를 제거하는 샘플앤홀드수단(84)과, 샘플앤홀드수단(84)의 출력 전압을 전류로 변환하여 제어수단(90)로 출력하는 전압-전류변환수단(85)을 포함하여 이루어진다.

상기 차동증폭수단(83)은 메인신호를 위한 제 1 차동증폭부(83a) 및 서브신호를 위한 제 2 차동증폭부(83b)로 이루어지며, 상기 샘플앤홀드수단(84)은 제 1 차동증폭부(83a)의 출력에서 노이즈를 제거하여 직류로 변환하는 제 1 샘플앤홀드부(84a) 및 제 2 차동증폭부(83b)의 출력에서 노이즈를 제거하여 직류로 변환하는 제 2 샘플앤홀드부(84b)로 이루어진다. 또한 전압-전류변환수단(85)은 제 1 샘플앤홀드부(84a)의 출력전압을 전류로 변환하는 제 1 전압-전류변환부(85a)와, 제 2 샘플앤홀드부(84b)의 출력전압을 전류로 변환하는 제 2 전압-전류변환부(85b)로 이루어진다.

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

즉, 바퀴와 노면과의 마찰력에 의해 제1검출링(51), 제2검출링(52) 그리고 제3검출링(53) 순으로 회전각도가 크게 된다.

따라서, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 대향면적은 거의 변하지 않는데, 각각의 요철부(52a,53a)가 서로 대향되게 형성된 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 대향면적은 변화되며, 이에 따라 제2검출링(52)과 제3검출링(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, 스티어링 휠(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 스티어링 휠(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 된다.

이때, 신호 처리 장치(80)에서는 검출코일(60)에서 유기되는 출력전압과 온도보상 코일(70)의 온도에 의한 출력전압을 차동증폭수단(83)에 의해 차동 증폭시킨다. 이때 차동증폭수단(83)은 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)의 출력과 신호발생수단(81)의 출력을 입력으로 하여 차동 증폭을 하는데 온도변화에 의한 성분은 제거되고 기준신호와의 차이만큼이 증폭된다.

차동증폭수단(83)에 의해 증폭된 신호는 샘플앤홀드수단(84)으로 전송되고, 전송된 신호는 샘플앤홀드수단(84)에서 리플 노이즈가 제거되어 직류로 변환된 후 전압-전류변환수단(85)으로 전송되고, 전압-전류변환수단(85)은 전송되는 전압을 전류로 변환하여 제어수단(90)으로 출력한다. 이에 따라 제어수단(90)은 동력조향부(100)를 제어한다.

상기 동작에서 감시부는 각 구성품의 이상유무를 감지하는데 다음과 같다.

제 1 감시부는 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)의 출력을 입력받아 코일(60 및 70)의 단선유무를 판단한다. 코일(60 및 70)의 단선유무를 판단하기 위하여 제 1 감시부(86)는 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)의 출력을 측정하여 그 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 측정값이 기준값 이상 혹은 이하일 경우 검출코일(60) 및 온도보상코일(70)에 이상이 있다고 판단하여 제어수단(90)으로 경보신호를 송출한다. 이에 따라 제어수단(90)은 경보부(110)를 제어하여 스피커(111)를 통해 청각적 경보를 하고 램프(112)를 통해 시각적 경보를 하여 운전자에게 각 코일(60 및 70)의 이상을 경보한다.

또한 제 1 감시부(86)는 신호발생수단(81)의 이상유무를 판단하기 위하여 신호발생수단(81)에서 발생되는 기준신호를 입력받아 신호발생수단(81)의 이상유무를 판단한다. 이상유무를 판단하기 위하여 제 1 감시부(86)는 신호발생수단(81)에서 발생된 기준신호의 진폭을 측정하여 그 측정값과 미리 설정된 기준진폭값을 비교하여 측정값이 기준진폭값 이상 혹은 이하일 경우 신호발생수단(81)에 이상이 있다고판단하여 제어수단(90)으로 경보신호를 송출한다. 이에 따라 제어수단(90)은 경보부(110)를 제어하여 스피커(111)를 통해 청각적 경보를 하고 램프(112)를 통해 시각적 경보를 하여 운전자에게 신호발생수단(81)의 이상을 경보한다.

그리고 제 2 감시부(87)는 위상반전부(82)의 이상유무를 판단하기 위하여 위상반전부(82)에서 출력되는 신호를 입력받아 위상반전부(82)의 이상유무를 판단한다. 이상유무를 판단하기 위하여 제 2 감시부(87)는 위상반전부(82)에서 발생된 신호의 진폭을 측정하여 그 측정값과 미리 설정된 기준진폭값을 비교하여 측정값이 기준진폭값 이상 혹은 이하일 경우 위상반전부(82)에 이상이 있다고 판단하여 제어수단(90)으로 경보신호를 송출한다. 이에 따라 제어수단(90)은 경보부(110)를 제어하여 스피커(111)를 통해 청각적 경보를 하고 램프(112)를 통해 시각적 경보를 하여 운전자에게 위상반전부(82)의 이상을 경보한다.

한편, 제 1 감시부(86) 및 제 2 감시부(87)는 각각 차동증폭수단(83), 샘플앤홀드수단(84) 및 전압-전류변환수단(85)의 출력을 입력받아 미리 설정된 기준값과 비교하여 각 부분의 이상유무를 판단한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 감시부를 구비한 차량용 조향장치에 의하면, 토크센서의 각 구성요소의 이상유무를 자체적으로 감지하여 이상발생 시 운전자에게 청각적 혹은 시각적으로 경보할 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 검출코일과 온도보상코일을 구비한 차량용 조향장치에 있어서,

   상기 검출코일과 온도보상코일에 공급되는 기준신호를 발생시키는 신호발생수단과, 상기 신호발생수단에서 발생된 신호를 반전시켜 상기 검출코일로 공급하는 위상반전부와, 상기 검출코일 및 온도보상코일의 출력신호를 차동 증폭하는 차동증폭수단과, 상기 차동증폭수단의 출력전압의 리플노이즈를 제거하며 직류로 변환하는 샘플앤홀드수단, 상기 샘플앤홀드수단의 출력전압을 전류로 변환하여 출력하는 전압-전류변환수단과, 상기 신호발생수단, 위상반전부, 차동증폭수단, 샘플앤홀드부 및 전압-전류변환수단의 출력을 각각 미리 설정된 기준값과 비교하여 이상유무를 판단한 결과를 출력하는 감시부를 포함하는 신호처리장치;

   상기 감시부에서 출력하는 판단 결과에 따라 경보신호를 출력하는 제어부,

   상기 경보신호에 따라 시각적 혹은 청각적 경보를 하는 경보부를 포함하는 차량용 조향장치.