KR100491896B1 - 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 관한 것으로, 특히 차량의 전륜 조타각을 측정하기 위해 좌/우측으로 이동되는 랙 바의 변위를 직접적으로 이용함으로써, 차량의 전륜 조타각을 보다 정확하고 정밀하게 측정할 수 있는 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 관한 것으로, 특히 차량의 전륜 조타각을 측정하기 위해 좌/우측으로 이동되는 랙 바의 변위를 직접적으로 이용함으로써, 차량의 전륜 조타각을 보다 정확하고 정밀하게 측정할 수 있는 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향 시스템은, 차량의 주행이나 주차 시 스티어링 휠(Steering Wheel)을 회전시켜 주행 방향을 임의로 바꾸는 시스템으로서, 이는 운전자로부터의 직접적인 조작력을 조향기어 및 링크 등에 전달하는 스티어링 휠, 스티어링 샤프트 및 칼럼 등으로 구성된 조작기구와; 이 조작기구의 작동을 앞바퀴에 전달하고, 또한 좌/우바퀴의 관계 위치를 바르게 지지하는 부분이며 피터암, 드래그 링크, 너클암 및 타이로드로 이루어진 링크기구 및 스티어링 샤프트의 조작력을 크게 함과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크기구에 전달하는 기어장치로 구성되어 있다.
도 1은 종래의 차량용 조향 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도로서, 운전자의 조작에 의해 회전되는 스티어링 휠(11)의 조향 토크와 회전 변위는 스티어링 칼럼(Steering Column)(12)을 통해 스티어링 기어(Steering Gear)(20)에 전달된다.
전술한 구성에서, 스티어링 기어(20)는 회전축이 스티어링 칼럼(12)에 연결된 피니언 기어부(21)와 양단에 각각 스티어링 링크(13)가 연결된 랙 바(22)로 구성되어 있다.
이러한 구성에서, 스티어링 휠(11)의 다기능 스위치 뭉치 안에는 광 센서방식 즉, 방사상으로 다수의 홈이 형성되어 있는 얇은 디스크 판을 사이에 두고 설치된 발광부와 수광부에 의해 빛의 통과를 감지하여 전기적인 신호를 출력하는 조향각 센서(미도시)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 조향각 센서는 스티어링 휠(11)의 회전에 따라 소정의 전기적인 신호를 미도시된 제어부에 출력한다. 이때, 상기 제어부에서는 상기 조향각 센서로부터 제공된 전기적인 신호를 연산하여 차량의 조향각을 검출하게 된다.
랙 바(22)는 탄소강 재질의 봉형 부재로서, 여기에는 피니언 기어부(21)와 맞물리는 랙 기어부(22a)가 형성되어 있다. 따라서, 피니언 기어부(21)가 스티어링 칼럼(12)과 함께 회전되는 것에 의해 랙 바(22)가 좌/우로 이동된다.
한편, 랙 바(22)의 양단에 연결된 한 쌍의 스티어링 링크(13)는 차륜(1)에 힌지 연결되어 있다. 따라서, 스티어링 칼럼(12)을 통해 전달된 회전 변위가 스티어링 기어(20)에 의해 랙 바(22)의 직선 변위로 변환되면, 랙 바(22)의 양단에 연결된 스티어링 링크(13)의 이동에 의해 차륜(1)과 연결된 힌지축이 좌측 또는 우측으로 이동된다. 이에 따라, 차륜(1)도 좌측 또는 우측으로 회전되어 자동차의 진행 방향이 변환된다.
상기와 같이 구성된 종래의 차량용 조향 시스템에서는 차량의 전륜 조타각을 통상적으로 상기 조향각 센서에서 검출된 조향각으로 대체하여 사용하고 있는 실정이다.
그러나, 상기 조향각 센서로부터 검출된 조향각과 차량의 전륜 조타각은 스티어링 칼럼(12)의 비틀림 현상 때문에 많은 오차를 갖는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 전륜 조타각을 측정하기 위해 좌/우측으로 이동되는 랙 바의 변위를 직접적으로 이용함으로써, 차량의 전륜 조타각을 보다 정확하고 정밀하게 측정할 수 있는 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치는, 스티어링 휠의 회전에 따라 랙 바가 좌/우측으로 이동하도록 구성된 차량의 조향 시스템으로부터 전륜 조타각을 측정하는 장치에 있어서, 상기 랙 바의 일측 외주면에 길이방향으로 고정 설치되는 소정의 제 1랙 기어부; 상기 제 1랙 기어부와 평행하게 고정 설치되는 제 2랙 기어부; 상기 제 1랙 기어부와 치합되고, 복수개의 기어 잇수를 갖는 제 1피니언 기어부; 상기 제 2랙 기어부와 치합되고, 상기 제 1피니언 기어부의 기어 잇수와 다른 기어 잇수를 갖는 제 2피니언 기어부; 차량의 적소에 고정 설치되고, 상기 제 1피니언 기어부의 회전축에 연결되어 상기 랙 바의 이동변위에 따른 변위펄스신호를 출력하는 제 1엔코딩 수단; 차량의 적소에 고정 설치되고, 상기 제 2피니언 기어부의 회전축에 연결되어 상기 랙 바의 이동변위에 따른 변위펄스신호를 출력하는 제 2엔코딩 수단 및 상기 제 1엔코딩 수단 및 상기 제 2엔코딩 수단으로부터 제공된 각 변위펄스신호의 횟수를 단위시간별로 카운팅하여 비교판단한 후 상기 랙 바의 변위값을 연산하고, 상기 연산된 랙 바의 변위값에 따라 차량의 전륜 조타각을 측정하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 제 2피니언 기어부의 기어 잇수는 상기 제 1피니언 기어부의 기어 잇수보다 하나 적게 이루어짐이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치를 개략적으로 나타낸 사시도로서, 먼저, 본 발명에서는 도시되지 않았지만, 차량용 조향 시스템에서 스티어링 휠, 스티어링 칼럼 및 스티어링 링크 등의 구조는 종래와 동일하기 때문에 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치는, 조향축의 피니언 기어부(도 1참조, 21)와 치합되는 랙 기어부(도 1참조, 21a)가 형성되어 피니언 기어부(21)의 회전에 따라 차량의 양측으로 이동 가능한 랙 바(100)와; 랙 바(100)의 일측 외주면에 길이방향으로 고정 설치되는 소정의 제 1랙 기어부(200)와; 제 1랙 기어부(200)와 평행하게 고정 설치되는 제 2랙 기어부(300)와; 제 1랙 기어부(200)와 치합되고, 복수개의 기어 잇수(tooth)를 갖는 제 1피니언 기어부(400)와; 제 2랙 기어부(200)와 치합되고, 제 1피니언 기어부(400)의 기어 잇수와 다른 기어 잇수를 갖는 제 2피니언 기어부(500)와; 차량의 적소에 고정 설치되고, 제 1피니언 기어부(400)의 회전축(450)에 연결되어 랙 바(100)의 이동 변위에 따른 소정의 변위펄스신호를 출력하는 제 1엔코더(Encoder)(600)와; 차량의 적소에 고정 설치되고, 제 2피니언 기어부(500)의 회전축(550)에 연결되어 랙 바(100)의 이동 변위에 따른 소정의 변위펄스신호를 출력하는 제 2엔코더(700)와; 제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)로부터 제공된 각 변위펄스신호의 횟수를 단위시간별로 카운팅하여 비교판단한 후 랙 바(100)의 변위값을 연산하고, 랙 바(100)의 변위값에 따라 차량의 전륜 조타각을 측정하는 제어부(800)를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 제 1랙 기어부(200)와 제 2랙 기어부(300)는 동일한 크기와 동일한 기어 잇수(tooth)로 이루어질 수 있다.
제 1피니언 기어부(400) 및 제 2피니언 기어부(500)는 스티어링 휠(도 1참조, 11)이 중립위치에 있을 때, 제 1랙 기어부(200) 및 제 2랙 기어부(300)의 중간부에 위치함과 아울러 동일축상에 설치됨이 바람직하다.
또한, 제 2피니언 기어부(500)의 기어 잇수는 제 1피니언 기어부(400)의 기어 잇수보다 하나 적게 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 하나가 아닌 복수개 적게 이루어질 수도 있다.
제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)는 통상의 광 센서방식 즉, 방사상으로 다수의 홈이 형성되어 있는 얇은 디스크 판을 사이에 두고 설치된 발광부와 수광부에 의해 빛의 통과를 감지하여 펄스신호를 출력하는 장치로 구현될 수 있다.
제어부(800)는 차량의 전체적인 제어를 담당하는 전자제어유닛(Electronic Control Unit, ECU) 또는 이와 별도로 마련되어 이루어질 수 있다.
또한, 제어부(800)에서는 제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)로부터 소정의 위상차를 갖는 각각의 변위펄스신호를 제공받아 각 변위펄스신호의 횟수를 단위시간별로 카운팅한 후 랙 바(100)의 변위값을 연산하는데, 이때 랙 바(100)의 변위값을 연산하는 방법은 버니어 캘리퍼스(Vernier Caliper)의 측정원리와 동일하다.
예컨대, 버니어 캘리퍼스의 어미자의 한 눈금이 1mm라하고, 아들자의 한 눈금은 어미자의 19눈금을 20등분한다면, 아들자의 한 눈금은 19/20mm가 되고, 측정시 어미자와 아들자의 눈금차를 이용함에 따라 측정 정밀도는 가 된다.
즉, 제 1피니언 기어부(400)는 N(예컨대, N=2,3,4,5,??)개의 기어 잇수를 가지고 있고, 제 2피니언 기어부(500)는 (N-1)개의 기어 잇수를 가지고 있다고 가정하면, 측정 정밀도는 이 된다. 이에 따라, 기어의 잇수가 많으면 많을수록 측정 정밀도는 매우 높아지게 된다.
한편, 본 발명에서는 제 1피니언 기어부(400) 및 제 2피니언 기어부(500) 각각의 회전축(450)(550)에 제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)를 연결하였지만, 이에 국한하지 않으며, 포텐티오메터(Potentiometer)를 연결할 수도 있다.
이하에는 전술한 구성을 가지는 본 발명의 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치의 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치의 동작상태를 나타낸 사용상태도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 운전자가 스티어링 휠(11)을 좌/우측방향으로 회전시키면, 스티어링 휠(11)에 연결된 스티어링 칼럼(12)이 함께 좌/우측방향으로 회동됨과 동시에 스티어링 칼럼(12)에 연결된 피니언 기어부(21)도 좌/우측방향으로 회동하게 되고, 피니언 기어부(21)에 치결합되는 랙 기어부(22a)가 형성된 랙 바(100)가 좌/우측방향으로 직선 이동하게 된다.
이에 따라, 랙 바(100)의 일측 외주면에 길이방향으로 설치된 제 1랙 기어부(200) 및 제 2랙 기어부(300)도 좌/우측방향으로 직선 이동하고, 동시에 제 1랙 기어부(200) 및 제 2랙 기어부(300)에 적절한 기어비로 치결합된 제 1피니언 기어부(400) 및 제 2피니언 기어부(500)는 각각 좌/우측방향으로 회전하게 된다.
이때, 제 1피니언 기어부(400) 및 제 2피니언 기어부(500) 각각의 회전축(450)(550)에 연결된 제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)를 동작시키게 된다.
그리고, 제어부(800)에서는 제 1엔코더(600) 및 제 2엔코더(700)로부터 소정의 위상차를 갖는 각각의 변위펄스신호를 제공받아 그 횟수를 단위시간별로 카운팅하여 비교판단한 후, 랙 바(100)의 변위값을 연산하고 상기 연산된 랙 바(100)의 변위값과 차량의 전륜 조타각의 일정한 비례 관계가 성립함으로써, 랙 바(100)의 변위값에 따라 차량의 전륜 조타각을 용이하게 측정할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치는, 차량의 전륜 조타각을 측정하기 위해 좌/우측으로 이동되는 랙 바의 변위를 직접적으로 이용함으로써, 차량의 전륜 조타각을 보다 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
예컨대, 본 발명에서는 일반적인 차량의 조향 시스템에 적용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 차량의 유압식/전기식 동력 조향 시스템에 적용할 수도 있으며, 특히 최근에 운전자가 스티어링 휠을 조작하면 그 조작력이 스티어링 칼럼을 거치지 않고 바로 차륜으로 전달되어 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 시스템(예컨대, 미국 특허 제5,937,704호)에 본 발명을 적용함으로써, 보다 정확하고 효과적으로 차량의 전륜 조타각을 측정할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치에 따르면, 차량의 전륜 조타각을 측정하기 위해 좌/우측으로 이동되는 랙 바의 변위를 직접적으로 이용함으로써, 차량의 전륜 조타각을 보다 정확하고 정밀하게 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 차량용 조향 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치의 동작상태를 나타낸 사용상태도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 랙 바, 200 : 제 1랙 기어부,
300 : 제 2랙 기어부, 400 : 제 1피니언 기어부,
500 : 제 2피니언 기어부, 600 : 제 1엔코더(Encoder),
700 : 제 2엔코더(Encoder), 800 : 제어부
Claims (2)
- 스티어링 휠의 회전에 따라 랙 바가 좌/우측으로 이동하도록 구성된 차량의 조향 시스템으로부터 전륜 조타각을 측정하는 장치에 있어서,상기 랙 바의 일측 외주면에 길이방향으로 고정 설치되는 소정의 제 1랙 기어부;상기 제 1랙 기어부와 평행하게 고정 설치되는 제 2랙 기어부;상기 제 1랙 기어부와 치합되고, 복수개의 기어 잇수를 갖는 제 1피니언 기어부;상기 제 2랙 기어부와 치합되고, 상기 제 1피니언 기어부의 기어 잇수와 다른 기어 잇수를 갖는 제 2피니언 기어부;차량의 적소에 고정 설치되고, 상기 제 1피니언 기어부의 회전축에 연결되어 상기 랙 바의 이동변위에 따른 변위펄스신호를 출력하는 제 1엔코딩 수단;차량의 적소에 고정 설치되고, 상기 제 2피니언 기어부의 회전축에 연결되어 상기 랙 바의 이동변위에 따른 변위펄스신호를 출력하는 제 2엔코딩 수단 및상기 제 1엔코딩 수단 및 상기 제 2엔코딩 수단으로부터 제공된 각 변위펄스신호의 횟수를 단위시간별로 카운팅하여 비교판단한 후 상기 랙 바의 변위값을 연산하고, 상기 연산된 랙 바의 변위값에 따라 차량의 전륜 조타각을 측정하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2피니언 기어부의 기어 잇수는 상기 제 1피니언 기어부의 기어 잇수보다 하나 적게 이루어진 것을 특징으로 하는 랙 바의 변위를 이용한 차량의 전륜 조타각 측정장치.
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