KR100826145B1 - 센서를 구비한 킹 핀 조립체 - Google Patents

Abstract

센서(24)를 구비한 킹 핀 조립체에 관한 것으로, 상기 킹 핀 조립체(5)는 킹 핀(12), 차축 프레임(10), 스핀들(14), 그리고 킹 핀을 사용하여 차축 프레임(10)에 스핀들(14)을 이동 가능하게 장착시키기 위한 베어링(15)을 포함한다. 킹 핀 조립체(5)는 차축 프레임(10)을 베어링 내측 링(20)으로부터 예정된 거리에 유지시키기 위한 스페이서(1)를 더 포함한다. 스페이서(1) 내에 하우징(2)이 부착되어 있고, 이 하우징(2)은 적어도 센서(24)의 제1 부분(3)과, 스핀들(14)에 고정식으로 부착되어 있는 센서(24)의 제2 부분(4)을 포함한다.

Description

센서를 구비한 킹 핀 조립체{SENSOR IN KING-PIN}

본 발명은 차량의 조향 휠의 운동 혹은 위치를 검출하는 센서에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 센서를 구비한 킹 핀 조립체에 관한 것으로, 이 킹핀 조립체는 킹 핀, 차축 프레임, 스핀들, 그리고 킹 핀을 스핀들에 이동 가능하게 장착시키는 베어링을 포함한다.

이러한 센서 조립체는 유럽 특허 출원 제EP-A-0 330 632호에 공지되어 있으며, 이 특허에는 하나의 조향 휠에 있어서 하나의 회전 저어널과 차축 본체 사이에서 관절부(articulation)와 작동적으로 관련된 조향 각도를 측정하기 위한 장치가 개시되어 있다. 변환기가 저어널의 축에 평행하게 위치되어 있고, 필러(feeler)는 소정의 각 위치(angular position)에 돌출부를 갖는 고정식 캠 부재와 협동한다. 또한, 전위차계가 저어널의 킹 핀의 축방향 홈부에 위치하고 있는 실시예가 예시되어 있다. 전위차계의 샤프트는 차축 본체 상의 고착 지점(fixation point)에 결합된다.

이러한 공지된 센서 조립체는 몇몇 문제점을 안고 있다. 센서는 대개 외부에 장착되어 있기 때문에 주위 환경에 노출된다. 이로 인해 센서 시스템이 견고하지 못하게 되고, 먼지 누적 등으로 인하여 여러 메커니즘이 고장나기 쉽게 된다. 따라서, 센서의 작동을 신뢰할 수 없게 된다.

전위차계 형태의 센서를 킹 핀의 캐비티 내에 통합하게 되면, 킹 핀의 기계적 강도가 영향을 받게 된다. 또한, 전위차계 센서는, 예컨대 샤프트 커플링을 사용하는 것과 같이 항시 회전 부품에 대한 고착 지점을 필요로 한다. 어떤 구조에 있어서, 예컨대 킹 핀이 모든 스핀들을 통과하도록 설계된 경우에는, 그러한 고착 지점은 쓸모없을 수도 있다. 또한, 위치 센서로서 사용된 전위차계는 특히 중간 위치에서 쉽게 마모되는 문제를 유발하였다.

따라서, 본 발명은 차량의 조향 휠의 운동을 검출하기 위한 센서 조립체의 개량에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 개선된 센서 조립는 상기 전제부에서 언급한 센서 조립체에 의해 달성되는데, 여기서 킹 핀 조립체는 차축 프레임을 베어링 내측 링으로부터 예정된 거리에 유지시키기 위한 스페이서(spacer)를 더 포함하며, 스페이서에는 하우징이 부착되어 있고, 이 하우징은 적어도 센서의 제1 부분과, 스핀들에 고정식으로 부착되어 있는 센서의 제2 부분을 포함한다. 이러한 구조는 하우징이 센서의 구성 요소들을 효과적으로 차폐하기 때문에 전술한 문제점을 도출하지 않으면서 킹 핀 조립체를 견고한 구조로 될 수 있게 한다. 이 센서는, 예컨대 용량형, 유도형 혹은 자성 수단을 사용하여 각 위치를 검출하기 위한 임의의 공지된 형태일 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 하우징은 센서의 제1 부분에 연결된 처리 전자회로(processing electronics)를 포함한다. 센서의 제1 부분이 부착될 하우징 내에 처리 전자회로를 통합시킴으로써, 노이즈를 잡는 긴 배선(noise receiving wiring)을 필요로 하지 않고 센서 신호를 국부적으로 처리하는 것이 가능해진다. 추가의 차량 시스템에 사용되고 있는 처리 전자회로로부터 나온 신호[예컨대, 유선 조향 장치(steer-by-wire) 제어 피드백]는 하우징이 차축 본체에 대해 이동하지 않을 때 통상의 배선(normal wiring)을 사용하여 킹 핀 조립체로부터 간단하게 인출될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 센서의 제1 및 제2 부분은 디스크 형상이고 동일 축상에서 정렬될 수 있으며, 그리고 예컨대 차축 프레임과 스핀들 사이에 각 위치를 결정하기 위한 용량형 센서를 형성할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 킹 핀 조립체는 센서의 제1 및 제2 부분 사이에 위치한, 예컨대 테프론(Teflon) 링과 같은 중간 부재를 포함해도 좋다. 이는 센서의 제1 및 제2 부분 사이에 예정된 거리를 유지하여 마찰이 없는 운동을 제공할 수 있게 해준다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 물 혹은 먼지 등의 외부 오염물의 유입으로부터 킹 핀 베어링과 센서를 보호하기 위해 상기 스페이서와 스핀들 사이에서 방사 방향으로 연장되는 밀봉 부재가 설치되어도 좋다.

양호한 실시예에 따르면, 스페이서, 하우징 및 센서의 제1 부분은 단일의 조립체를 형성한다. 이는 킹 핀 조립체의 조립을 용이하게 하고, 또한 킹 핀 베어링 등의 관리를 용이하게 한다.

상기 센서는 각 위치 센서, 상대 운동 센서, 로드 센서 및/또는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이는 본 발명의 킹 핀 센서 조립체를 사용하여 부가적이면서 더욱 복잡한 기능을 실시할 수 있도록 해준다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 통합 센서를 구비한 킹 핀 조립체의 측단면도이며,

도 2는 도 1에 표시된 Ⅱ 영역을 도시한 확대도이다.

본 발명은 조향 휠의 위치 혹은 운동을 검출하기 위해 예컨대, 카운터밸런스 포크 리프트 트럭(counterbalance fork lift truck)에 유용하게 사용될 수 있다. 이를 위해 유선 조향 장치(steer-by-wire)용 피드백 신호가 필요하다. 도 1에는 휠의 조향을 제어하기 위해 사용된 포크 리프트 트럭의 부품 즉, 킹 핀 조립체(5)의 단면도가 도시되어 있다.

도 1은 킹 핀 조립체(5)의 단면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 로마 숫자 Ⅱ로 표시된 킹 핀 조립체(5)의 일부의 단면을 도시한 단면도이다.

본 발명의 킹 핀 조립체(5)는 여러 용례에 유리하게 사용될 수 있다. 예컨대 비종동 샤프트에 대해서는 0 내지 180도, 종동 샤프트에 대해서는 0 내지 50도의, 비포장 도로용 차량의 조향 휠 위치를 검출하기 위해 사용할 수 있다. 자동차에 있어서, 종동 샤프트 및 비종동 샤프트 양자에 대해 0 내지 50도의 위치를 검출하기 위해 본 발명의 킹 핀 조립체(5)를 사용할 수 있다.

킹 핀(12)은 예컨대 돌출부(11)를 사용하여 포크 리프트 트럭의 후방 차축의 프레임(10)에 고정적으로 부착된다. 킹 핀(12)은 포크 리프트 트럭의 조향 휠들 중 하나의 조향 기구(도시 생략)를 향해 하향 연장한다. 킹 핀(12)은 스핀들 베어링(15)에 의해 스핀들(14)에 이동 가능하게 부착된다. 스핀들 베어링(15)은 스핀들(14)에 고정적으로 부착된 제1 부분(16)과, 킹 핀(12)에 고정적으로 부착된 제2 부분(20)과, 상기 제1 부분(16)과 제2 부분(20) 사이에 위치한 복수 개의 테이퍼진 롤러(18)를 포함한다. 스핀들(14)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 차축 프레임(10), 킹 핀(12) 및 베어링의 제2 부분(20)이 고정되어 있고, 베어링의 제 1부분(16)과 스핀들(14)은 스핀들 축 둘레를 이동하도록 조향 휠에 부착되어 있다.

스핀들(14)은 스페이서(1)를 사용하여 프레임(10)으로부터 예정된 거리에 유지된다. 이 스페이서는 링 형상을 가지면서 킹 핀(12) 둘레에 끼워져 있으며, 그 외주부에는 실린더 형상의 하우징(2)이 부착되어 있다. 디스크형이 바람직하고 하우징(2)의 밑면과 동일한 높이인 센서의 제1 부분(3)이 하우징(2)에 혹은 그 내부에 부착되어 있다. 센서의 제2 부분(4)은 스핀들 축 둘레를 회전하지 못하는 동시에 센서의 제1 부분(3)에 대해 이동할 수 있도록 스핀들(14)에 고정적으로 부착되어 있다. 이러한 부착은 예컨대, 센서의 제2 부분의 외주에서 스핀들(14)의 홈부와 협동하고 방사방향으로 연장하는 돌출부를 사용함으로써 달성될 수 있다. 센서의 제2 부분(4)은 예컨대, 스핀들(14)과 협동하는 탄성 링(5)을 사용하여 센서의 제1 부분(3)으로부터 예정된 거리에 유지된다. 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4) 사이에 중간 부재(7)가 위치할 수 있으며, 이 부재는 센서의 제1 부분(3)과 제2 부분(4) 중 하나 이상에 테프론 코팅을 포함한다. 이러한 중간 부재(7)는 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4)의 마찰이 전혀 없는 상호 운동을 허용하며, 또한 제1 부분(3) 및 제2 부분(4) 사이의 간격을 고정 유지시킨다.

센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4)은 용량형의 각 위치 센서 형태의 센서(24)를 형성할 수 있다. 이는 당업자들에게 알려진 바와 같이 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4)의 마주하는 표면 상에 적절한 구리 패턴을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 물론, 다른 형태의 접촉 혹은 비접촉 센서를 사용할 수 있다. 또한, 로드 센서 혹은 온도 센서 등의 별도의 센서를 설치해도 좋다.

센서(24)는 또한 상이한 측정 원리 예컨대, 유도성 혹은 자성을 기초로 한 원리를 이용할 수 있다.

하우징(2)은 센서(24)용 처리 전자회로를 포함할 수 있다. 이 처리 전자회로는 예비 처리 전자회로(신호 변환, 아날로그-디지털 변환기 등)를 포함할 수 있지만, 능동 또는 수동 신호처리 회로(능동 또는 수동, 디지털 혹은 아날로그 필터)와 인터페이스 회로(예컨대, RS232 혹은 CAN-bus interface)를 포함해도 좋다. 센서 신호는 연결 케이블(8)을 사용하여 추가의 차량 시스템에 연결될 수 있다. 상기 전자회로가 고정 하우징(2)에 위치할 경우, 프레임(10)을 경유하여 연결 케이블(8)을 용이하게 리드할 수 있다.

본 발명의 실시예의 또 다른 장점은, 킹 핀(12)과 프레임(10) 조립체를 분해 한 다음 하우징(2), 센서의 제1 부분(3)(가능하게는, 단일의 조립체로 통합됨) 그리고 센서의 제2 부분(4)과 함께 스페이서(1)를 제거함으로써 스핀들(14)의 베어링에 용이하게 접근할 수 있다는 것이다. 이러한 방법에 따라, 통합 베어링 및 센서 조립체와는 달리 마모되기 쉬운 부품(베어링)을 교체하는 것과, 센서의 다른 부품을 재사용하는 것이 가능하게 된다.

스페이서(1)와 스핀들(14) 사이의 공간에는 오염물이 킹 핀 조립체의 센서와 베어링 공간으로 유입하는 것을 방지하기 위해 밀봉 부재(6)가 마련될 수 있다. 〔강 혹은 플라스틱 밀봉 부재(6)로 둘러싸는 방식으로〕 센서(24)를 킹 핀 조립체(5) 내부에 통합시키고 외부의 영향 및 오염으로부터 보호함으로써, 매우 견고하고 신뢰성 있는 센서 조립체를 형성할 수 있다. 더욱이, 킹 핀 조립체의 조립 공정에서 센서(24)를 추가하는 것이 매우 간단해진다.

이상의 설명은 특히 포크 리프트 트럭의 조향 구조에 대해서 한정하여 설명하였지만, 본 발명은 특히 가혹한 환경에서 상대 운동의 신뢰성이 있고 확실한 검출이 중요시되는 각종의 다른 분야에 응용할 수 있다. [스트럿(strut) 베어링에 센서가 합체된] 개인용 자동차에 한정되는 것만은 아니고 다른 용례로서 중장비의 다양한 가동 부품 예컨대, 셔블, 로딩 플랫폼 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 조립체는 유압 실린더의 외향(out going) 로드에 있어서 로드 메커니즘(rod mechanism)의 회전 지점 상에 적용될 수 있다.

Claims (8)

1. 센서(24)를 구비한 킹 핀 조립체로서, 킹 핀(12), 차축 프레임(10), 스핀들(14), 그리고 킹 핀을 사용하여 차축 프레임(10)에 스핀들(14)을 이동 가능하게 장착시키기 위한 베어링(15)을 포함하는 킹 핀 조립체(5)에 있어서,

   상기 차축 프레임(10)을 베어링 내측 링(20)으로부터 예정된 거리에 유지시키기 위한 스페이서(1)를 더 포함하며, 상기 스페이서(1) 내에 하우징(2)이 부착되어 있고, 상기 하우징(2)은 적어도 센서(24)의 제1 부분(3)과, 스핀들(14)에 고정식으로 부착되어 있는 센서(24)의 제2 부분(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 킹 핀 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(2)은 센서의 제1 부분(3)에 연결된 처리 전자회로(processing electronics)를 포함하는 것인 킹 핀 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4)은 디스크 형상이고 동일 축상에서 정렬되어 있는 것인 킹 핀 조립체.
4. 제3항에 있어서, 상기 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4)은 디스크 차축 프레임(10)과 스핀들(14) 사이의 각 위치(angular position)를 결정하기 위한 용량형 센서(24)를 형성하는 것인 킹 핀 조립체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서의 제1 부분(3) 및 제2 부분(4) 사이에 위치된 테프론 링 등의 중간 부재(7)를 더 포함하는 것인 킹 핀 조립체.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스페이서(1)와 스핀들(14) 사이에서 방사 방향으로 연장하는 밀봉 부재(6)를 더 포함하는 것인 킹 핀 조립체.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스페이서(1), 하우징(2) 및 센서의 제1 부분(3)은 단일의 조립체를 형성하는 것인 킹 핀 조립체.
8. 제1항에 있어서, 상기 센서(24)는 각 위치 센서, 상대 운동 센서, 로드 센서 및 온도 센서 중 하나 이상을 포함하는 것인 킹 핀 조립체.

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