KR100795048B1

KR100795048B1 - 자동차용 조향장치의 토오크센서

Info

Publication number: KR100795048B1
Application number: KR1020040003247A
Authority: KR
Inventors: 김지웅
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2008-01-17
Also published as: KR20050075881A

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 스플라인이 형성된 입력축과, 방사상으로 다수의 구멍이 형성된 원통체를 가진 출력축과, 그 원통체의 둘레에 감합된 통전체으로 구성하여, 상기 출력축의 스플라인과 원통체의 구멍들 간에 발생하는 중첩정도에 따른 인덕턴스값을 얻을 수 있도록 하므로써 입력축의 작은 회전에도 검출링의 변화가 분명하도록 하여 측정 오차를 줄이고, 구조를 간단히하여 조립, 생산성을 높이고자 하는데 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성 수단은 입력축(120) 외주면에 임의의 두께(T)를 가진 다수의 돌기(122)로 스플라인부(121)를 형성하고, 출력축(130) 상단에는 상기 스플라인부(121)의 외주면에 근접되도록 감싸면서 임의의 폭(W)으로 다수의 감지구멍(161)을 가진 원통체(160)를 구비하고, 상기한 하우징(110)의 내경에는 상기한 돌기(122)들과 상기한 감지구멍(161)들의 중첩상태에 따라 신호를 얻도록 마련한 통전체(170)를 형성하고, 상기 통전체(170)로부터 얻은 신호를 감지하는 신호감지부(180)를 포함하여 구성하는 것이다.

Description

자동차용 조향장치의 토오크센서 {TORQUR SENSOR FOR STEERING SYSTEM OF VEHICLE}

도 1은 종래의 토오크센서를 보인 예시도

도 2는 본 발명의 토오크센서 설치상태를 보인 단면도

도 3은 본 발명의 요부 분해 사시도

도 4는 본 발명의 요부 평단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

110 : 하우징 120 : 입력축

121 : 스플라인부 122 : 돌기

130 : 출력축 131 : 피니언

140 : 토션바 150 : 랙바

160 : 원통체 161 : 감지구멍

170 : 통전체 180 : 신호감지부

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 감지수단으로 스플라인이 형성된 입력축과, 방사상으로 다수의 구멍이 형성된 원통체를 가진 출력축과, 그 원통체의 둘레에 감합된 통전체으로 구성하여 조립구조를 간단히 하고, 감지 오차를 크게 줄이도록 하는데 특징이 있는 것이다.

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

이에 따라, 상기 조향핸들과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여 이를 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 바로 토오크 센서이다.

즉, 토오크 센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행시키고자 하는 방향으로 안전하고 정확하게 조향할 수 있다.

상기와 같은 기능을 갖는 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측단이 조향핸들(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 조향핸들(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 일정간격만큼 이격되게 구성되어 있으며, 이때 제1검출링(51)은 조향핸들(10)측의 입력축(20) 외주면에 결합되어 조향핸들(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 조향핸들과 동일한 각도로 회전운동한다.

이때, 상기 제1검출링(51)의 일면, 즉 제2검출링(52)의 일면과 대향하는 면에는 요철부(51a)가 형성되어 있고, 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 요철부(52a,53a)가 각각 형성되어 있으며, 상기 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 간격은 상기 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이에 설정된 간격의 2배의 간격으로 고정되어 있다.

또한, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)사이의 외측면과 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이의 외측면에는 제1검출코일(60)과 제2검출코일(70)이 각각 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호변환기(80)와 접속된다.

상기와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크 센서는, 운전자가 조향핸들(10)을 회전시키면, 토션바(40) 및 입력축(20), 출력축(30)도 일체로 회전하는데, 이때 조향핸들(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.

이에 따라, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 대향면적은 변하지 않는데, 각각의 요철부(52a,53a)가 서로 대향되게 형성된 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 대향면적은 변화되며, 따라서 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이의 바깥측 자속의 변화로 제2검출코일(70)의 인덕턴스 값이 변화된다.

즉, 초기에는 제1검출코일(60)과 제2검출코일(70)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데, 조향핸들(10)의 회전으로 인하여 제1검출코일(60)의 인덕턴스 값은 일정하고 제2검출코일(70)의 인덕턴스값만 변하게 됨으로써, 신호변환기(80)에서는 제1검출코일(60)의 인덕턴스값에 대한 제2검출코일(70)의 인덕턴스값의 변화를 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서의 기구적 장치에 있어서, 3개의 검출링을 설치하기 위해 별도의 기구적 구조가 필요하고 핀박음등의 작업이 필요하게 되며, 기구적 구조가 자성체이므로 별도의 비자성체링을 검출링에 삽입해야 하는 등의 번거로움이 있었다.

또한, 각 검출링(51∼53)간의 간격 설정도 상기 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 간격을 설정하고 나서 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 간격을 설정해야 하므로 두 번의 간격 설정 작업이 필요하게 되는 문제도 있었다.

특히, 검출링들이 갖는 치형의 이동에 따른 인덕턴스 변화가 작아 신호를 많 이 증폭해야 하는 단점이 있고, 그에 따라 노이즈도 같이 증폭되는 등의 문제점이 있다.

또, 그 외에도 케이블이 풀리고 감기는데 따른 소음이 발생하며, 열온도에 민감하여 성능이 저하되는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 스플라인 돌기들이 형성된 입력축과, 방사상으로 다수의 감지구멍들이 형성된 원통체를 가진 출력축과, 그 원통체의 둘레에 감합된 통전체로 구성하여, 상기 입력축의 스플라인 돌기들과 원통체의 감지구멍들 간에 발생하는 중첩정도에 따른 유기 전류의 증감 차이로 인덕턴스값을 얻을 수 있도록 하므로써 입력축의 작은 회전에도 검출값의 변화가 분명하도록 하여 측정 오차를 줄이고, 그 구조를 간단히하여 조립, 생산성을 높이고자 하는데 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성 수단은 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바로써 연결되는 출력축, 상기 출력축의 하단 피니언에 연결된 랙바로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축은 그 외주면에 임의의 두께를 가진 다수의 돌기로 스플라인부를 형성하고, 상기한 출력축은 그 상단에 고정하되, 상기한 스플라인부의 외주면에 근접되도록 감싸면서 임의의 폭으로 다수의 감지구멍을 가진 원통체를 구비하고, 상기한 하우징의 내경에는 상기한 돌기들과 상기한 감지구멍들의 중첩상태에 따라 신호를 얻도록 마련한 통전체를 형성하고, 상기 통전체로부터 얻은 신호를 감지하는 신호감지부를 포함하여 구성하는 것이다.

그리고 상기한 입력축이 갖는 스플라인부의 돌기와 상기한 출력축이 갖는 원통체의 감지구멍들은 같은 수량으로 형성하되, 상기한 돌기의 두께와 상기한 감지구멍의 폭이 1/2 겹친 상태를 입력축이 회전하기 전의 정위치로 하는 것이다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 토오크센서 설치상태를 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 요부 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 요부 단면도이다.

먼저, EPS 스티어링 조향장치는 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130), 상기 출력축의 하단 피니언(131)에 연결된 랙바(150)로 이루어 진다.

이때, 본 발명에서는 상기한 입력축(120)의 외주면에 임의의 두께(T)를 가진 다수의 돌기(122)로 스플라인부(121)를 형성하고, 상기한 출력축(130)은 그 상단에 고정하되, 상기한 스플라인부(121)의 외주면에 근접되도록 감싸면서 임의의 폭(W)으로 다수의 감지구멍(161)을 가진 원통체(160)를 구비하고, 상기한 하우징(110)의 내경에는 상기한 돌기(122)들과 상기한 감지구멍(161)들의 중첩상태에 따라 신호를 얻도록 마련한 통전체(170)를 형성하고, 상기 통전체(170)로부터 얻은 신호를 감지하는 신호감지부(180)를 마련하여 구성하는 것이다.

도면 중 미설명 부호 190은 회전각 검출수단이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 보면, 먼저, 도 4에서 보는 바와 같이 입력축(120)이 갖는 스플라인부(121)의 돌기(122)와, 상기 출력축(130)이 갖는 원통체(160)의 감지구멍(161)들이 같은 갯수로 형성되어 있는 바, 상기한 돌기(122)들은 그 각각이 감지구멍(161)과 1/2만큼씩 겹쳐진 상태가 정위치가 된다.

즉, 돌기(122)와 감지구멍(161)이 서로의 두께(T)와 폭(W)이 50% 만큼 겹쳐진 상태에서 시작하여 입력축(120)이 우측으로 회전하면 스플라인부(121)의 돌기(122)들이 감지구멍(161)과 겹쳐지는 폭이 더 증가하여 50% 이상이 되고, 따라서 통전체(170)에 유기되는 전류가 증가하는 것이다.

반대로 입력축(120)이 좌측으로 회전하면 스플라인부(121)의 돌기(122)들이 감지구멍(161)과 겹쳐지는 폭이 더 감소하여 50% 이하가 되고, 따라서 통전체(170)에 유기되는 전류가 감소하는 것이다.

상기와 같이 입력축(120)을 좌회전 또는 우회전 시켰을 때, 스플라인부(121)의 돌기(122)들이 원통체(160)의 감지구멍(161)과 겹쳐지는 넓이에 따라 가변하게 되는 바, 그 유기 전류를 통전체(170)에서 감지한 후, 신호감지부(180)로 전송하여 회전 토오크를 측정할 수 있는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 스플라인 돌기들이 형성된 입력축과, 방사상으로 다수의 감지구멍들이 형성된 원통체를 가진 출력축과, 그 원통체의 둘레에 감합된 통전체로 구성하여, 상기 입력축의 스플라인 돌기들과 원통체의 감지구멍들 간에 발생하는 중첩정도에 따른 유기 전류의 증감 차이로 인덕턴스값을 얻을 수 있도록 하였기 때문에 입력축의 작은 회전에도 검출값의 변화가 분명하여 측정 오차를 줄일수 있게 되는 장점이 있고, 그 구조가 매우 간단하기 때문에 조립, 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims

하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130), 상기 출력축의 하단 피니언(131)에 연결된 랙바(150)로 이루어진 조향장치에 있어서,

상기한 입력축(120)은 그 외주면에 임의의 두께(T)를 가진 다수의 돌기(122)로 스플라인부(121)를 형성하고,

상기한 출력축(130)은 그 상단에 고정하되, 상기한 스플라인부(121)의 외주면에 근접되도록 감싸면서 임의의 폭(W)으로 다수의 감지구멍(161)을 가진 원통체(160)를 구비하고,

상기한 하우징(110)의 내경에는 상기한 돌기(122)들과 상기한 감지구멍(161)들의 중첩상태에 따라 신호를 얻도록 마련한 통전체(170)를 형성하고,

상기 통전체(170)로부터 얻은 신호를 감지하는 신호감지부(180)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
제 1 항에 있어서,

상기한 입력축(120)이 갖는 스플라인부(121)의 돌기(122)와 상기한 출력축(130)이 갖는 원통체(160)의 감지구멍(161)들은 같은 수량으로 형성하되, 상기한 돌기(122)의 두께(T)와 상기한 감지구멍(161)의 폭(W)이 1/2 겹친 상태를 입 력축이 회전하기 전의 정위치로 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.