KR100783912B1

KR100783912B1 - 절대조향각 센서를 가진 토크센서

Info

Publication number: KR100783912B1
Application number: KR1020060114036A
Authority: KR
Inventors: 조정은
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2007-12-10

Abstract

본 발명은 절대조향각 센서를 가진 토크센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 크로스바 레버 및 슬라이더 부분에 도장벗겨짐 및 상처가 발생되는 것을 방지하여 외관이 미려하도록 발명된 것이다.

본 발명의 구성은 조향핸들에 연결된 입력축(10)과; 차륜에 연결된 출력축(20)과;

상기 입력축(10)의 둘레에 형성되는 스크류(30)와; 이 입력축(10)의 스크류(30)에 체결되며 원주방향을 따라 비틀림각 확인용 확인홀(41)들이 뚫어지는 입력축 디스크(40)와; 이 입력축 디스크(40)에 설치되는 발광센서(60)와; 상기 출력축(20)에 고정되며 비틀림각 확인을 위한 확인구멍(51)들이 원주면을 따라 뚫어지는 출력축 디스크(50)와; 상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 발광센서(60)의 빛을 수광하여 비틀림각을 인식하는 수광센서(70)와; 상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 입력축 디스크(40)와의 상대 거리 변화를 감지하는 조향각센서 수광부(80)로 구성된다.

상대거리, 조향각, 토크센서, 조향토크, 발광센서, 수광부

Description

절대조향각 센서를 가진 토크센서{a MDPS torque sensor having absolute steering angle sensor}

도 1은 종래, 차량의 비접촉식 토크센서의 구조를 보인 사시도.

도 2는 종래, 조향각 센서가 없는 비접촉식 토크센서의 구조를 보인 사시도.

도 3은 본 발명의 장치를 보인 사시도.

*도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 - 입력축 20 - 출력축

30 - 스크류 40 - 입력축 디스크

41 - 확인홀 50 - 출력축 디스크

51 - 확인구멍 60 - 발광센서

70 - 수광센서 80 - 수광부

차량의 주행 또는 정지 시에 조향핸들을 회전시키면 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 대응되는 방향으로 움직이는데, 바퀴와 노면 사이에는 마찰력이 작용하고 있어서 조향핸들을 조작하는데 큰 힘이 요구된다.

조향시스템의 조향토크 검출장치는 이와 같은 조향핸들의 회전 상태를 측정하고 전동모터에 의해 조향축에 보조 조향력을 제공함으로써 차량의 조향 편의성을 높이기 위한 장치이다.

조향시스템은 조향핸들에 연결된 입력축과 차륜에 연결된 출력축이 토션바에 의해 연결된다.

상기 입력축과 출력축은 토션바에 의해 서로 다른 방향으로 회전이 가능하도록 연결되어 조향핸들과 입력축을 통해 입력되는 조향토크가 토션바에 의해 출력축으로 전달된다.

조향핸들을 조작하면 토션바가 변형되면서 입력축과 출력축 사이에 소정각도의 변위가 발생하는데, 상기 입력축과 출력축 사이에는 조향토크 검출장치가 설치되고 이 검출장치에서 발생되는 신호에 의해 출력축에 연결된 모터를 제어하여 보조 토크를 발생시킴으로써 조향을 보조한다.

조향토크 검출장치는 센싱수단의 접촉여부에 따라 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다.

접촉식에는 포텐셔미터 등을 사용하는 방식이 있는데, 이와 같은 접촉식 조향토크검출장치는 부피 및 중량이 크며 검출 정확도가 떨어지고 신호처리가복잡한 문제점이 있으며, 조향축과 검출장치가 접촉되는 구조로 인하여 조향축의 고유 토크 특성에 영향을 미치는 문제점도 있었다.

이에 반해, 비접촉식 조향토크 검출장치는 입력축과의 접촉이 필요없을 뿐만 아니라 복잡한 기계구성이 없어서 그 구조가 단순하여 원가가 절감되고 조향 토오크를 정확하게 검출할 수 있다.

따라서 현재는 비접촉식 조향토크 검출장치가 많이 사용되면서 접촉식 조향토크 검출장치를 대체하고 있다.

도 1에서는 조향시스템의 조향토크 검출장치구조로서 입력축(1)과 출력축(2) 각각에 발광수단(3)과 수광수단(4)을 설치하여 두 축 사이의 비틀림각을 측정하도록 구성하고 있다.

그러나 이와 같은 구조의 종래 조향토크 검출장치는 구조가 복잡하여 각 구성부품의 가공이 어렵고 입력축(1)과 출력축(2) 각각에 발광수단(3) 및 수광수단(4)을 설치하고, 이를 전기적으로 배선하는 것이 쉽지 않아서 제조원가가 많이 소요되며 내구성도 불량한 문제가 있었다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 포션 로터(5)(6) 사이에 토크 로터(7)를 설치하고, 앵귤러 쉬프트를 홀IC(8)에서 측정하여 운전자의 조향토크를 계측하는 비 접촉식 토크센서 구성도 적용되고 있다.

이 경우, 절대 조향각센서가 필요없어 가격이 저렴한 이점이 있기는 하나, 외부 충격에 의해 홀IC(8) 또는 포션 로터(5)(6)와 토크 로터(7)의 위치가 이동되는 등의 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 운전자가 요구하는 조향 어싯트력을 정확하게 감지하여 제어할 수 없도록 하는 등의 문제점이 있었던 것이다.

이를 개선하기 위해서, 차량 조립시 의장 최종 점검 라인에서 중립위치 설정 작업 공정이 더 필요하게 된다.

그리고, 차량 양산 후에 배터리 교환시에 조향각 센서 작동 불가로 인한 중립위치 재 설정이 또 필요하게 되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명의 목적은, 조향각 센서가 불필요하여 중립위치 설정에 따른 문제점들을 근본적으로 개선할 수 있도록 한 절대조향각 센서를 가진 토크센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부 충격에 의한 부품들의 이동이나 탈착을 미연에 방지할 수 있는 절대조향각 센서를 가진 토크센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 정확한 조향 어시스트(Assist) 력(力)을 얻을 수 있어 차량 신뢰성을 상승시킬 수 있도록 한 절대 조향각 센서를 가진 토크센서를 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 목적은, 조향핸들에 연결된 입력축(10)과;

차륜에 연결된 출력축(20)과;

상기 입력축(10)의 둘레에 형성되는 스크류(30)와;

이 입력축(10)의 스크류(30)에 체결되며 원주방향을 따라 비틀림각 확인용 확인홀(41)들이 뚫어지는 입력축 디스크(40)와;

이 입력축 디스크(40)에 설치되는 발광센서(60)와;

상기 출력축(20)에 고정되며 비틀림각 확인을 위한 확인구멍(51)들이 원주면을 따라 뚫어지는 출력축 디스크(50)와;

상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 발광센서(60)의 빛을 수광하여 비틀림각을 인식하는 수광센서(70)와;

상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 입력축 디스크(40)와의 상대 거리 변화를 감지하는 조향각센서 수광부(80)로 구성되는 것에 의해 달성된다.

따라서, 조향각 센서가 불필요하여 중립위치 설정에 따른 문제점들을 근본적으로 개선할 수 있다.

또, 외부 충격에 의한 부품들의 이동이나 탈착을 미연에 방지할 수 있고, 정확한 조향 어시스트(Assist) 력(力)을 얻을 수 있어 차량 신뢰성을 상승시킬 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 토크 센서를 사시도로 도시하고 있다.

즉, 조향핸들에는 입력축(10)이 연결되고, 이 입력축(10)에 연결된 출력축(20)은 차륜에 연결되어 핸들의 조향력을 입력축(10)과 출력축(20)을 통해 차륜으로 전달되는데, 이때 조향토크 검출용 노크 센서를 설치하여 향핸들의 회전 상태를 측정하고 전동모터에 의해 조향축에 보조 조향력을 제공하게 되는 것이다.

이러한 토크 검출을 위해, 입력축(10)의 둘레에 스크류(30)를 형성하고, 이 스크류(30)에 입력축 디스크(40)를 나사 체결하여 입력축(10)의 회전에 대해 입력축 디스크(40)가 상하 직선방향으로 이동되게 한다.

그리고, 입력축 디스크(40)에는 그 원주방향을 따라 비틀림각 확인용 확인홀(41)들이 다수개 일정간격으로 뚫어 지는데, 이 확인홀(41)들중 어느 한 위치에는 출력축(20)을 향해 발광센서(60)가 부착된다.

한편, 출력축(20)에는 비틀림각 확인을 위한 확인구멍(51)들이 원주면을 따라 뚫어지는 출력축 디스크(50)이 설치된다.

그리고, 이 출력축 디스크(50)의 확인구멍(51)에는 발광센서(60)의 빛을 수광하여 비틀림각을 인식하기 위한 수광센서(70)가 디스크 형상으로 설치된다.

이 수광센서(70)는 상기한 입력축 디스크(40)와 출력축 디스크(50) 사이의 비틀림각을 파형으로 인식하여 발광센서(60)와 함께 토크센서 역할을 수행하는 것이다.

그리고, 상기 출력축 디스크(50)의 상부에는 조향각센서 수광부(80)가 부착된다.

이 조향각센서 수광부(80)는 상기한 입력축 디스크(40)와 출력축 디스크(50) 사이의 상대 거리를 광센서를 통하여 판단하여 이 상대거리를 통하여 운전자가 스티어링 휠을 얼마만큼 회전 했는가를 확인하게 된다.

이러한 본 발명의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

운전자가 스티어링 휠을 동작하게 되면 발광센서(60)가 장착된 입력축 디스크(40)가 스크류(30)를 따라 상, 하로 이동하면서 회전하게 된다.

이때, 출력축 디스크(50)에 설치된 조향각센서 수광부(80)는 발광센서(60)에서 보내는 신호를 받게 되는데, 발광센서(60)의 빛의 세기가 거리에 따라 달라지는 것을 감지하여 입력축 디스크(40)와 출력축 디스크(50) 사이의 상대 거리를 판단하여, 이 상대거리를 가지고 운전자가 스티어링 휠을 얼마만큼 회전했는 가를 감지하게 된다.

여기서, 스크류(30)의 홈 상단부는 스티어링 휠의 좌풀턴을 감안하여 위치를 결정하게 되고, 홈 하단부는 우풀턴을 각각 의미하게 된다.

따라서, 스크류(30) 홈의 어느 위치에 입력축 디스크(40)가 위치하는 지에 따라 MDPS ECU는 스티어링 회전각을 자동으로 인식하게 되므로, 종래 토크센서에서 수행한 중립위치 설정을 본 발명의 경우 토크센서를 강제적으로 인식시켜줄 필요가 없다.

그리고, 입력축 디스크(40)와 출력축 디스크(50)에 뚫어진 확인홀(41)들과 확인구멍(51)들에 의해 두 입력축 디스크(40)와 출력축 디스크(50)에서 발생한 상대적인 비틀림각을 계산하며, 파형(Wave form)의 형태가 얼마나 변하는냐에 따라 운전자의 조향토크와 어시스트 력를 정확하게 계측하게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면,

조향각 센서가 불필요하여 중립위치 설정에 따른 문제점들을 근본적으로 개선할 수 있다.

레버(40)가 과도하게 젖혀져서 사이드바(10)에 접촉되는 것에 의해 도장이 벗겨지거나 접촉상태로 이동되면서 상호 상처가 발생되는 경우를 미연에 방지할 수가 있는 것이다.

그러므로, 차량의 외관을 항상 미려하게 유지할 수 있어 차량 품격을 상승시킬 수 있는 것이다.

따라서, 차량의 신뢰성과 상품성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

조향핸들에 연결된 입력축(10)과;

차륜에 연결된 출력축(20)과;

상기 입력축(10)의 둘레에 형성되는 스크류(30)와;

이 입력축(10)의 스크류(30)에 체결되며 원주방향을 따라 비틀림각 확인용 확인홀(41)들이 뚫어지는 입력축 디스크(40)와;

이 입력축 디스크(40)에 설치되는 발광센서(60)와;

상기 출력축(20)에 고정되며 비틀림각 확인을 위한 확인구멍(51)들이 원주면을 따라 뚫어지는 출력축 디스크(50)와;

상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 발광센서(60)의 빛을 수광하여 비틀림각을 인식하는 수광센서(70)와;

상기 출력축 디스크(50)에 부착되어 입력축 디스크(40)와의 상대 거리 변화를 감지하는 조향각센서 수광부(80)로 구성됨을 특징으로 하는 절대조향각 센서를 가진 토크센서.
청구항 1에 있어서, 비틀림각 확인용 확인홀(41)들은 입력축 디스크(40)의 원주면을 따라 일정간격 다수개 반복 성형됨을 특징으로 하는 절대조향각 센서를 가진 토크센서.
청구항 1에 있어서, 비틀림각 확인용 확인구멍(51)들은 출력축 디스크(50)의 원주면을 따라 일정간격 다수개 반복 성형됨을 특징으로 하는 절대조향각 센서를 가진 토크센서.