KR100455675B1 - 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치 - Google Patents

온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도가 변화하더라도 안정된 출력특성을 가지는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치에 관한 것으로, 검출코일 및 온도보상코일과 브릿지 회로를 이루는 온도보상수단, 검출코일 및 온도보상코일에 신호를 인가하고 유기되는 신호를 처리하는 신호처리장치, 신호처리장치에서 전송되는 신호에 따라 동력조향부를 제어하는 제어수단을 구비함으로써, 검출코일과 온도보상코일의 출력 변동분을 써미스터의 출력 변동분으로 상호 상쇄시킴으로써 출력전류를 안정시킬 수 있다.

Description

온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치{Apparatus for power steering of vehicle having temperature compensation unit}
본 발명은 조향장치에 관한 것으로, 특히 온도가 변화하더라도 안정된 출력특성을 가지는 온도보상수단을 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 비틀리는토션바(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 도 1에 도시한 바와 같은 브릿지 회로로 구성되는데, 검출코일(L1) 및 온도보상(L2)과 저항(R1) 및 저항(R2)은 브릿지 회로로 구성된다. 검출코일(L1)에 신호(IN1)가 인가되고, 온도보상코일(L2)에는 IN1과 반대위상을 가지는 신호(IN2)가 인가된다.
상기 신호(IN1) 및 신호(IN2)는 검출코일(L1)과 온도보상코일(L2)을 통하여 출력(Vout1)됨과 동시에 저항(R1) 및 저항(R2)을 통하여 출력(Vout2)됨으로써 브릿지 평형을 맞출 수 있다.
그러나 전술한 종래의 토크센서의 검출코일 및 온도보상용 코일은 온도가 상승할수록 저항이 증가하며 출력이 감소하는 온도특성을 가진다. 또한 검출코일 및온도보상코일과 브릿지 회로를 이루는 저항 역시 온도가 상승할수록 저항이 증가하며 출력이 감소하는 온도특성을 가진다.
즉, 동일한 온도특성으로 인해 브릿지 평형은 맞출 수 있으나 온도가 상승함에 따라 출력전류는 감소하므로, 온도 변화에 따라 출력전류가 변동되어 온도 변화분을 상쇄하지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도가 변화하더라도 영향을 받지 않고 안정된 출력특성을 가지는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 차량용 조향장치 토크센서의 온도보상을 설명하기 위한 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 토크센서를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치를 설명하기 위한 상세 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치의 동작을 설명하기 위한 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10:스티어링 휠 20:구동축
30:부하축 40:토션바
50:검출링 61:검출코일
62:제 1 써미스터 71:온도보상코일
72:제 2 써미스터 80:신호처리장치
81:신호발생수단 82:위상반전부
83:차동증폭수단 84:샘플앤홀드수단
85:전압-전류변환수단 90:제어수단
100:동력조향부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치는, 검출코일 및 온도보상코일과 브릿지 회로를 이루는 온도보상수단, 검출코일 및 온도보상코일에 신호를 인가하고 유기되는 신호를 처리하는 신호처리장치, 신호처리장치에서 전송되는 신호에 따라 동력조향부를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 토크센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2를 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 제 1 검출링(51)은 스티어링 휠(10)측의 입력축(20) 외주면에 결합되어 스티어링 휠(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제 2 검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제 3 검출링(53)은 바퀴측에 연계된 출력축(30)의 타단부 외주면에 각각 결합되어 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전 운동한다.
이때, 상기 제 1 검출링(51)의 일면, 즉 제 2 검출링(52)과 대향하는 면에는 요철부(51a)가 형성되어 있으며, 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 요철부(52a,53a)가 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 온도보상 코일(71)과 검출코일(61)이 각각 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호 처리 장치(80)와 접속된다.
상기 제 1 검출링(51)과 온도보상 코일(71)은 주변의 온도 변화에 의한 검출코일(61)의 출력 전압값을 보상하기 위한 것으로, 온도보상 코일(71)의 형태와 구조는 검출코일(61)과 동일하다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 신호처리장치를 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 온도보상장치를 구비한 차량용 토크센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)에 신호를 공급할 수 있도록 기준신호를 발생시키는 신호발생수단(81)과, 상기 신호발생수단(81)에서 발생된 기준신호를 반전시켜 상기 검출코일(61)로 공급하는 위상반전부(82)와, 위상반전부(82)로부터 온도보상코일(71)로 공급되는 반전된 기준신호를 공급받아 차동증폭수단(83)으로 전송하는 온도보상수단인 제 1 써미스터(62)와, 신호발생수단에서 발생되어 검출코일(61)로 공급되는 기준신호를 공급받아 차동증폭수단(83)으로 전송하는 온도보상수단인 제 2 써미스터(72)를 포함한다. 즉, 상기 신호발생수단(81)과 온도보상 코일(71)의 접속점과 차동증폭수단의 일측입력단 사이에는 제 2 써미스터(72)가 직렬로 접속되며, 상기 위상반전부(82)와 검출코일(61)의 접속점과 상기 차동증폭수단(83)의 상기 일측입력단 사이에는 제 1 써미스터(62)가 직렬로 접속된다. 상기 차동증폭수단(83)의 타측입력단에는 상기 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 출력단이 접속된다.
그리고 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 출력과 상기 각 써미스터(62 및 72)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)으로 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.
도 4는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 브릿지 평형 및 온도변화에 따른 출력변동을 보상하기 위하여 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)과 제 1 써미스터(62) 및 제 2 써미스터(72)는 브릿지 회로로 구성된다.
즉, 상기 제 1 써미스터(62)의 일측단은 상기 검출코일(61)의 입력측과 접속되며, 상기 제 2 써미스터(72)의 일측단은 상기 온도보상코일(71)의 입력측과 접속되며 타측단이 상기 제 1 써미스터(62)의 타측단과 접속되어 브릿지 회로를 이룬다.
온도보상코일(71)에는 신호발생수단(81)에서 발생된 기준신호가 공급되고, 검출코일(61)에는 신호발생수단(81)에서 발생된 기준신호가 위상반전부(82)에 의해 반전된 신호가 공급된다. 그리고 검출코일(61)과 온도보상코일(71)을 통한 출력 및제 1 써미스터(62) 및 제 2 써미스터(72)를 통한 출력은 각각 차동증폭수단(83)의 각 입력단으로 입력된다.
이때 상기 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)는 상기 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 온도특성과는 반대의 특성을 가진다. 즉, 온도가 상승할수록 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 저항이 증가한다면 상기 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)는 온도가 상승될수록 저항이 줄어드는 네가티브 온도특성(Negative temperature coefficient; NTC)을 가지며, 온도가 상승할수록 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 저항이 감소한다면 써미스터(62 및 72)는 온도가 상승될수록 저항이 증가하는 포지티브 온도특성(Positive temperature coefficient; PTC)을 가진다. 본 실시예에서는 온도가 상승할수록 검출코일 및 온도보상코일의 저항은 증가하며, 상기 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)는 온도가 상승될수록 저항이 줄어드는 네가티브 온도특성(Negative temperature coefficient; NTC)을 가진다.
즉, 온도가 상승하게 되면 검출코일(61)과 온도보상코일(71)의 저항이 증가하게 되어 출력전류가 감소하게 된다. 이때 제 1 및 제 2써미스터(62 및 72)는 온도에 대하여 네가티브 특성을 가지므로 온도가 상승하면 저항이 감소되어 출력전류가 증가하게 된다. 따라서 검출코일(61)과 온도보상코일(71)의 출력감소분 및 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)의 출력증가분은 상호 상쇄되어 출력전류가 안정되게 된다.
또한, 온도가 하강하게 되면 검출코일(61)과 온도보상코일(71)의 저항이 감소하게 되어 출력전류가 증가하게 된다. 이때 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)는온도에 대하여 네가티브 특성을 가지므로 온도가 하강하면 저항이 증가되어 출력전류가 감소하게 된다. 따라서 검출코일(61)과 온도보상코일(71)의 출력증가분 및 제 1 및 제 2 써미스터(62 및 72)의 출력감소분은 상호 상쇄되어 출력전류가 안정되게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 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 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, 각각의 요철부(52a,53a)가 서로 대향되게 형성된 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53)의 대향면적은 변화되며, 이에 따라 제 2 검출링(52)과 제 3 검출링(53) 사이의 바깥측 자속의 변화로 검출코일(61)의 인덕턴스 값이 변화된다.
즉, 최초에는 검출코일(61)과 온도보상 코일(71)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데, 스티어링 휠(10)의 회전으로 온도보상 코일(71)의 인덕턴스 값은 일정하고, 검출코일(61)의 인덕턴스 값만 변하게 됨으로써 온도보상 코일(71)의 인덕턴스 값에 대한 검출코일(61)의 인덕턴스 값의 변화, 즉 검출코일(61)에 유기되는 전압을 측정하여 스티어링 휠(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 된다.
신호 처리 장치(80)에서는 검출코일(61)에서 유기되는 출력전압과 온도보상코일(71)의 온도에 의한 출력전압 및 써미스터(62 및 72)의 출력을 차동증폭수단(83)에 의해 차동 증폭시킨다. 이때 차동증폭수단(83)은 검출코일(61) 및 온도보상코일(71)의 출력과 신호발생수단(81)의 출력을 입력으로 하여 차동 증폭을 하는데 온도변화에 의한 성분은 제거되고 써미스터(62 및 72)를 통한 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.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치에 의하면, 검출코일과 온도보상코일의 출력 변동분을 써미스터의 출력 변동분으로 상호 상쇄시킴으로써 출력전류를 안정시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 검출코일 및 온도보상코일을 구비하는 조향장치에 있어서,
    상기 검출코일의 온도특성을 보상하기 위한 제 1 써미스터와 상기 온도보상코일의 온도특성을 보상하기 위한 제 2 써미스터가 상기 검출코일 및 온도보상코일과 브릿지 회로를 이루는 온도보상수단,
    상기 검출코일 및 온도보상코일에 인가된 신호를 전류로 변환하여 출력해주는 신호처리장치,
    상기 신호처리장치에서 전송되는 신호에 따라 동력조향부를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 써미스터는 상기 검출코일 및 온도보상코일과 반대의 온도특성을 갖는 것을 특징으로 하는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리장치는, 상기 검출코일 및 온도보상코일에 인가되는 신호를 발생시키는 신호발생부와,
    상기 신호발생부에서 발생된 기준신호를 반전시켜 상기 검출코일로 공급하는 위상반전부와,
    서로 다른 입력신호를 차동 증폭하는 차동증폭수단과,
    상기 차동증폭수단의 출력전압을 리플노이즈를 제거하며 직류로 변환하는 샘플앤홀드수단,
    상기 샘플앤홀드수단의 출력전압을 전류로 변환하여 상기 제어수단으로 출력하는 전압-전류변환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 써미스터의 일측단은 상기 검출코일의 입력측과 접속되며, 상기 제 2 써미스터의 일측단은 상기 온도보상코일의 입력측과 접속되며 타측단이 상기 제 1 써미스터의 타측단과 접속되어 브릿지 회로를 이루며,
    상기 온도보상코일의 입력측은 상기 신호발생부와 접속되고, 상기 검출코일의 입력측은 상기 위상반전부와 접속되며 상기 검출코일과 온도보상코일을 통한 출력 및 상기 제 1 및 제 2 써미스터를 통한 출력은 상기 차동증폭수단의 각 입력단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 온도보상수단을 구비한 차량용 조향장치.
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