KR100597120B1

KR100597120B1 - 차량의 조향장치용 토크센서

Info

Publication number: KR100597120B1
Application number: KR1020040104194A
Authority: KR
Inventors: 백승호
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-07-05
Also published as: US7051601B1; US20060123925A1; KR20060065787A

Abstract

본 발명은 차량의 조향장치용 토크센서로서, 그 구성은

전원 공급을 위한 전원부; 상기 전원부로부터 인가된 전압의 발진을 위한 발진부; 상기 발진부를 통해 출력되는 전압과 동위상의 교류 전압을 출력하는 전류증폭부; 상기 전원부를 통해 인가된 전압을 이용하여 오프셋 전압을 만들어주는 오프셋 전압회로부; 상기 전류증폭부와 오프셋 전압회로부의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일; 상기 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제1,2 저항; 상기 제1,2 코일 접속부 및 제1,2 저항 접속부에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제1,2 파형선택부; 상기 제1,2 파형선택부의 각 출력 전압에 해당하는 피크치 검출을 위한 제1,2 피크검출부; 상기 제1,2 피크검출부를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제1 차동증폭부; 및 상기 제1 차동증폭부를 통해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts)를 출력하는 제1 전압/전류변환부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

조향, 토크센서, 정류, 피크(peak), ECU

Description

차량의 조향장치용 토크센서 {A torque sensor for steering system of vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 조향장치용 토크센서 구성도.

도 2는 본 발명의 발진부에서의 출력전압 파형도.

도 3a는 본 발명의 전류증폭부에서의 출력전압 파형도.

도 3b는 본 발명의 오프셋 전압회로부에서의 출력전압 파형도.

도 4는 본 발명의 제1,2 코일 접속부에서의 출력전압 파형도.

도 5는 본 발명의 제1,2 파형선택부 및 제3,4 파형선택부에서의 출력전압 파형도.

도 6은 본 발명의 제1,2 피크검출부 및 제3,4 피크검출부에서의 출력전압 파형도.

<도면부호의 설명>

2 발진부 4 전류증폭부

6 오프셋 전압회로부 8a,8a' 제1,2 파형선택부

8b,8b' 제3,4 파형선택부 10a,10a' 제1,2 피크검출부

10b,10b' 제3,4 피크검출부 12a,12b 제1,2 차동증폭부

14a,14b 제1,2 전압/전류변환부

본 발명은 차량의 조향장치용 토크센서에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 토크센서의 코일부에서의 온도변화 등에 의한 진폭 및 위상 변화로 인해 출력되는 토크 검출신호의 왜곡현상을 방지하기 위한 조향장치용 토크센서에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 전동파워스티어링(EPS:Electrical Power Steering, 이하 EPS라 칭함)시스템의 ECU에서는 토크센서를 통해 운전자의 조향휠 조작에 따른 조타 토크를 검출하여 조향을 이룬다.

이러한, EPS 시스템에서의 토크센서의 종래 구조는 일본 특개평 8-68703에서와 같이, 토크센서에서는 토크검출코일의 출력파형에서 신호의 좌,우 판별을 위해 샘플링펄스회로를 통해 신호의 샘플링이 이루어진다.

즉, 상기 토크검출코일의 임피던스 변화에 의해 출력신호의 위상과 진폭이 변하게 되는데, 온도변화 등과 같은 환경변화에 의한 위상변화 발생시 신호의 정확한 샘플링이 이루어지지 않게 되면 토크검출 신호의 왜곡현상이 발생되어 토크센서의 신뢰성이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 조향장치용 토크센서의 코일부(온도보상코일 및 토크검출코일)에서의 온도변화 등에 의한 진폭 및 위상 변화로 인해 출력되는 토크 검출신호의 왜 곡현상을 방지하기 위한 조향장치용 토크센서를 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 차량의 조향장치용 토크센서는

전원 공급을 위한 전원부;

상기 전원부로부터 인가된 전압의 발진을 위한 발진부;

상기 발진부를 통해 출력되는 전압과 동위상의 교류 전압을 출력하는 전류증폭부;

상기 전원부를 통해 인가된 전압을 이용하여 오프셋 전압을 만들어주는 오프셋 전압회로부;

상기 전류증폭부와 오프셋 전압회로부의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일;

상기 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제1,2 저항;

상기 제1,2 코일 접속부 및 제1,2 저항 접속부에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제1,2 파형선택부;

상기 제1,2 파형선택부의 각 출력 전압에 해당하는 피크치 검출을 위한 제1,2 피크검출부;

상기 제1,2 피크검출부를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제1 차동증폭부; 및

상기 제1 차동증폭부를 통해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts)를 출력하는 제1 전압/전류변환부로 구성되는 것을 특징으로 한 다.

또한, 본 발명에 따른 조향장치용 토크센서는 제1,2 코일 접속부에서의 전압 및 상기 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제3,4 저항의 접속부에서의 전압을 제3,4 파형선택부에서 인가받아 각 신호 파형을 정류변환하고, 제3,4 피크검출부를 통해 정류변환된 신호의 피크치 검출이 이루어진 후 상기 토크 신호(Ts)를 얻기위한 구성과 같은 동작으로 제2 전압/전류변환부를 통해 토크 신호(Ts')를 출력하는 페일 세이프(fail-safe)용 토크 검출 센서구조를 추가로 포함하는 구성인 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

본 실시예에 따른 조향장치용 토크센서의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 인가된 전압의 발진을 이룬 후 정류 변환 및 피크치 검출을 통해 조향장치용 토크센서의 코일부(온도보상코일 및 토크검출코일)에서의 온도변화 등에 의한 진폭 및 위상 변화로 인해 출력되는 토크 검출신호의 왜곡현상을 방지토록 한 것이다.

즉, 본 실시예에 따른 토크센서의 구성은,

전원 공급을 위한 전원부(E); 상기 전원부(E)로부터 인가된 전압의 발진을 위한 발진부(2); 상기 발진부(2)를 통해 출력되는 전압과 동위상의 교류 전압을 출력하는 전류증폭부(4); 상기 전원부(E)의 전원을 이용하여 오프셋 전압(Voffset)을 만들어주는 오프셋 전압회로부(6); 상기 전류증폭부(4)와 오프셋 전압회로부(6)의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일(L1, L2); 상기 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제1,2 저항(R1, R2); 상기 제1,2 코일(L1, L2) 접속부(A) 및 제1,2 저항(R1, R2) 접속부(B)에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제1,2 파형선택부(8a, 8a'); 상기 제1,2 파형선택부(8a, 8a')의 각 출력 전압에 해당하는 피크치(peak) 검출을 위한 제1,2 피크검출부(10a, 10a'); 상기 제1,2 피크검출부(10a, 10a')를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제1 차동증폭부(12a); 및 상기 제1 차동증폭부(12a)를 통해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts)를 출력하는 제1 전압/전류변환부(14a)로 구성된다.

한편, 본 실시예에 따른 토크 센서는 페일 세이프(fail-safe)용 토크 검출 구조를 갖는다.

즉, 상기 발진부(2)를 통해 인가된 전압의 발진이 이루어진 후 발진된 전압이 인가되는 전류증폭부(4)와 상기 전원부(E)의 전원을 이용하여 오프셋 전압(Voffset)을 만들어주는 오프셋 전압회로부(6)의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일(L1, L2)에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제3,4 저항(R1', R2'); 상기 제1,2 코일(L1, L2) 접속부(A) 및 제3,4 저항(R1', R2') 접속부(B')에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제3,4 파형선택부(8b, 8b'); 상기 제3,4 파형선택부(8b, 8b')의 각 출력 전압에 해당하는 피크치(peak) 검출을 위한 제3,4 피크검출부(10b, 10b'); 상기 제3,4 피크검출부(10b, 10b')를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제2 차동증폭부(12b); 및 상기 제2 차동증폭부(12b)를 통 해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts')를 출력하는 제2 전압/전류변환부(14b)로 구성된다. 이러한, 페일 세이프용 토크 검출 구조는 주회로용의 토크 검출신호(Ts)가 삭감된 경우 등과 같은 이상 현상 발생시 보조회로용의 토크 검출신호(Ts')를 이용하여 조향을 이루기 위해 필요한 것이다.

상기의 구성에서, 본 실시예에 따른 상기 제1,2 파형선택부(8a, 8a') 및 제3,4 파형선택부(8b, 8b')는 반파 정류회로인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 실시예의 토크센서 구성에 따른 동작을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 전원부(E)로부터 전원 공급이 이루어지면, 공급된 전원은 발진부(2)를 통해 발진(oscillating)되어 전류증폭부(4)로 인가된다. 상기 발진부(2)에서의 출력파형(Va)은 도 2에 도시된 바와 같다.

또한, 상기 전류증폭부(4)에서는 도 3a에 도시된 바와 같이, 발진부(2)의 출력전압과 동위상의 교류전압(Vb) 및 발진부(2)로 인가되는 직류전압(Voffset)을 제1 코일의 온도보상코일(L1)측으로 출력하며, 이와 동시에 전원부(E)의 전원을 이용하여 오프셋 전압(Voffset)을 만들어주는 오프셋 전압회로부(6)를 통해서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 직류전압(Voffset)이 제2 코일인 토크검출코일(L2)측으로 출력된다.

상기 전류증폭부(4)의 출력단과 오프셋 전압회로부(6)의 출력단 사이에는 제1 코일인 온도보상코일(L1)과 제2 코일인 토크검출코일(L2)이 직렬 연결되는데, 상기 온도보상코일(L1)과 토크검출코일(L2)의 접속부(A)에서의 교류전압은 도 4에 도시된 바와 같이, 토크검출코일(L2)의 인덕턴스와 온도보상코일(L1)의 인덕턴스의 차이에 따라 신호의 진폭이 변화된다.

또한, 상기 온도보상코일(L1)과 토크검출코일(L2)에 각각 병렬로 제1,2 저항(R1, R2)이 직렬 연결을 갖는데, 상기 제1,2 저항(R1, R2) 값이 동일한 경우 접속부(B)에는 직류전압(Voffset)만이 인가되게 된다. 참고로, 페일 세이프용 제3,4 저항(R3, R4) 값이 동일한 경우 접속부(B')에서의 전압 또한 상기 접속부(B)에서의 전압과 동일하다.

그리고, 상기 제1,2 코일(L1, L2)과 제1,2 저항(R1, R2)의 접속부(A, B)에서의 전압은 각각 제2 파형선택부(8a')와 제1 파형선택부(8a)로 인가되는데, 상기 제1,2 파형선택부(8a, 8a')를 통해 출력되는 신호 파형(Vd)은 도 5에 도시된 바와 같다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 반파 정류회로인 제1,2 파형선택부(8a, 8a')를 통해 출력되는 신호는 인가된 교류전압의 반 주기만이 선택되게 된다.

이렇게, 제1,2 파형선택부(8a, 8a')를 통해 출력된 신호는 각각 제1,2 피크검출부(10a, 10a')로 인가되어, 각 신호 특히, 인가된 교류신호(Vd1~Vd3)의 피크치(Vp) 검출이 이루어진다. 이는, 도 6에 도시된 바와 같다. 즉, 본 실시예에서는 종래기술의 문제점인 온도변화 등에 의한 코일측(L1, L2)에서의 진폭 및 위상변화에 따른 샘플링펄스발생회로와의 부정합성의 문제점을 해결하기 위해, 발진부를 통한 교류신호의 정류변환 및 변환된 신호의 피크치 검출을 선행하는 것이다.

상기 제1,2 피크검출부(10a, 10a')를 통해 제1 차동증폭부(12a)로 인가된 전압은 차동증폭된 후 제1 전압/전류변환부(14a)를 통해 토크 검출신호(Ts)로 출력된다. 이렇게, 출력된 토크 검출신호는 ECU 컨트롤러(미도시)로 입력되어 토크 검출 신호(Ts)에 따른 모터의 구동으로 조타력을 확보하게 되는 것이다.

한편, 본 실시예에 따른 페일 세이프(fail-safe)용 토크 검출센서 구조 즉, 제3,4 파형선택부(8b, 8b'), 제3,4 피크검출부(10b, 10b'), 제2 차동증폭부(12b) 및 제2 전압/전류변환부(14b)에서의 동작은 상기에서 설명한 주회로용 토크 검출센서의 동작과 동일하다. 즉, 상기 페일 세이프용 토크 검출센서 구조에서의 토크 검출신호(Ts')는 앞에서 언급한 바와 같이, 주회로용의 토크 검출신호(Ts)가 삭감된 경우 등에 대비하여 페일 세이프용으로 동작되는 토크 검출용이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 토크 센서에 따르면, 전원부를 통해 인가된 전압의 발진을 이룬 후 정류회로인 파형선택부를 통한 정류 변환 및 정류 변환된 신호의 피크치 검출을 통해 토크센서의 코일부(온도보상코일 및 토크검출코일)에서의 온도변화 등에 의한 진폭 및 위상 변화가 발생하더라도 출력되는 토크 검출신호의 왜곡현상이 발생되지 않도록 한 것이다.

본 발명의 기술적 범위를 해석함에 있어서는, 상기에서 설명된 실시예에 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적 해석에 의해 결정되어져야 한다.

본 발명의 차량의 조향장치용 토크센서에 따르면, 온도변화 등에 의한 코일단에서의 위상변화에 따른 토크 검출신호의 왜곡현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

전원 공급을 위한 전원부;

상기 전원부로부터 인가된 전압의 발진을 위한 발진부;

상기 발진부를 통해 출력되는 전압과 동위상의 교류 전압을 출력하는 전류증폭부;

상기 전원부를 통해 인가된 전압을 이용하여 오프셋 전압을 만들어주는 오프셋 전압회로부;

상기 전류증폭부와 오프셋 전압회로부의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일;

상기 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제1,2 저항;

상기 제1,2 코일 접속부 및 제1,2 저항 접속부에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제1,2 파형선택부;

상기 제1,2 파형선택부의 각 출력 전압에 해당하는 피크치 검출을 위한 제1,2 피크검출부;

상기 제1,2 피크검출부를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제1 차동증폭부; 및

상기 제1 차동증폭부를 통해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts)를 출력하는 제1 전압/전류변환부로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센서.
제 1항에 있어서,

상기 발진부를 통해 인가된 전압의 발진이 이루어진 후 발진된 전압이 인가되는 전류증폭부와 상기 전원부를 통해 인가된 전압을 이용하여 오프셋 전압을 만들어주는 오프셋 전압회로부의 출력단에 각각 직렬 연결된 제1,2 코일에 각각 병렬로 직렬 연결을 갖는 제3,4 저항;

상기 제1,2 코일 접속부 및 제3,4 저항 접속부에서의 전압을 인가받아 각 신호 파형을 정류 변환하는 제3,4 파형선택부;

상기 제3,4 파형선택부의 각 출력 전압에 해당하는 피크치 검출을 위한 제3,4 피크검출부;

상기 제3,4 피크검출부를 통해 출력되는 전압을 인가받아 차동증폭을 이루는 제2 차동증폭부; 및

상기 제2 차동증폭부를 통해 출력되는 전압을 전류로 변환하여 그에 해당하는 토크 신호(Ts')를 출력하는 제2 전압/전류변환부로 구성되는 페일 세이프(fail-safe)용 토크 검출 센서구조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센서.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 제1,2 파형선택부 및 제3,4 파형선택부는 반파 정류회로인 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센서.