KR100852768B1 - 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ａｂｓ 휠 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 안티록 브레이크 시스템(anti-lock brake system: ABS)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동륜의 회전수를 감지하여 전자제어유닛(ECU)으로 송출하는 고주파 발진형 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 센서에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명은 로터에 근접 설치되는 센서하우징과 상기 센서하우징의 내부에 장착되어 전압을 제공하는 발진부와, 상기 발진부에서 발생되는 전압을 인가받아 자기장을 형성하여 상기 회전하는 로터의 돌기와 홈의 거리 차에 의한 자기력선의 가감을 출력하는 인덕터로 구성되어 발진부에서 발생된 전압이 인덕터를 거쳐 출력되는 전압의 전위차를 신호파형으로 출력하는 검출부와 상기 검출부로부터 출력된 신호파형을 판독하여 상기 발진부에서 발생된 전압의 신호파형과 비교하는 비교부와 상기 비교부에서 비교되어 출력된 신호파형을 인가받아 전자제어유닛(ECU)에 송출하는 출력부를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

휠 센서, 홀 IC센서, ABS제어, 자동차, 브레이크

Description

근접센서의 원리를 이용한 차량용 ＡＢＳ 휠 센서{AUTOMOTIVE ABS WHEEL SENSOR BY USING PROXIMITY SENSOR PRINCIPLE}

도 1a는 종래 기술에 따른 전자유도 방식의 ABS 휠 스피드 센서를 나타낸 도면,

도 1b는 종래 기술에 따른 홀 IC방식의 ABS 휠 스피드 센서를 나타낸 도면,

도 1c는 도 1a에 따른 전자유도방식의 센서출력신호를 나타낸 도면,

도 1d는 도 1b에 따른 홀 IC방식의 센서출력신호를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서의 개략적인 회로 블록 개념도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 로터 20: 검출부

20a: 발진부 20b: 인덕터

30: 비교부 40: 출력부

50: 자동제어유닛(ECU) 70: 센서하우징

90: 인쇄회로기판(PCB)

본 발명은 차량의 안티록 브레이크 시스템(anti-lock brake system: ABS)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동륜의 회전수를 감지하여 전자제어유닛(ECU)으로 송출하는 고주파 발진형 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 센서에 관한 것이다.

일반적으로 차량이 주행중에 감속하거나 정지하기 위해서는 제동장치가 마련되어 있어야 한다. 이러한 제동장치는 브레이크 디스크와 패드로 구성되어 서로 간의 마찰력을 이용하여 차량의 바퀴를 제동하는데, 고속주행 중에 차량을 급제동하면 차량의 바퀴가 회전정지(Lock)된 상태가 되어 핸들의 조작이 불가능하게 된다.

또한, 이러한 상태(Lock)가 지속 되면 차량이 미끄러지면서 어느 한쪽 방향으로 회전하게 되어 다른 차량과의 충돌이 발생 될 뿐 아니라 핸들의 조작이 불가능하게 되어 인도, 가드레일, 중앙분리대에 부딪히는 등 2차 사고가 유발될 가능성이 상당하다.

이에 따라, 근래에는 차량의 주행 도중에 브레이크 페달을 조작하여 제동할 경우, 차량의 제동시 제동장치에 의한 바퀴의 회전정지(Lock)상태를 해제시켜 제동되도록 하는 이른바 ABS가 널리 사용되고 있다. 이러한 ABS는 차량의 제동시 차속센서의 신호에 의해 전자제어유닛(ECU)에서 검출된 차량의 속도를 기초로 하여 바 퀴의 회전정지(Lock)상태를 감지하고, 그 로크상태에서는 바퀴에 대한 제동상태를 해제함으로써 제동시 차량이 회전하거나 핸들이 로크되는 현상을 방지하여 주행안정성을 제공한다.

이러한 ABS는 자속이 변화하면 전류가 변화한다는 사실을 이용한 센서를 장착하여 이루어진 것으로 도 1a와 같이 폴피스(4)가 형성된 센서하우징부(7)와 로터(1)로 구성되어 있다.

로터(1)는 회전체와 함께 회전하도록 하며 센서하우징부(7)는 고정되도록 한다. 한편, 도 1b와 같이 센서하우징부(7)는 내부에 자석(6)과 전극을 감긴 코일 또는 홀 IC(9)를 포함하도록 구비하며, 로터(1)의 돌기(2)가 가까워지면 자속이 늘어나고 돌기(2)가 멀어져 홈(3)과 가까워지면 자속이 적어지게 되므로 로터(1)의 회전에 따라 이러한 상태가 반복되면 코일 및 홀IC(9)에 유기되는 전류도 증가감소를 반복하게 되어 센서부는 도1c에 도시된 정현파 또는 도1d에 도시된 구형파의 회수를 카운터하고 그 결과를 로터(1)의 돌기(2)수로 나누고 다시 시간으로 나누면 로터의 시간당 회전수가 되며, 여기에 회전체의 원주길이를 곱하면 시간당 회전체가 진행된 거리를 산출할 수 있으므로 회전체의 차륜의 회전속력 및 원주속력을 구할 수 있다.

그러나 이러한 원리를 이용한 휠 스피드 센서는 내장된 자석의 크기, 자석의 재료 및 주변 환경의 변화에 따라 자석의 특성이 변화됨으로 검출파형의 검출도에 있어 신호대 잡음비에 의해 정밀도가 떨어지는 단점이 있고, 로터는 연자성 소결재를 소결 합금한 것이어서 재료의 특성상 경도가 높아 취성이 크기 때문에 외부충격 에 특히 약하며, 미세 크랙이 발생하였을 경우 피로 강도가 극히 저하되어 내구한도가 감소되는 등 많은 문제점을 일으켜 왔다.

또한, 소결재로 이루어진 로터일 경우 재료 단가가 높고, 그 사용범위가 제한되어 재료수급도 원활하지 못하다는 단점도 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 부속품인 ABS 휠 스피드 센서의 검출정밀도 및 원가를 절감하게 하고, 연자성 소결재를 소결 합금하여 제작된 로터를 요구하지 않아 로터의 강성, 원가문제 및 물량수급을 해결하는 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 차량의 프런트 휠에 장착되어 로터의 좌우 회전 속도차를 감지하는 ABS 센서에 있어서, 상기 로터에 근접 설치되는 센서하우징과 상기 센서하우징의 내부에 장착되어 전압을 제공하는 발진부와, 상기 발진부에서 발생되는 전압을 인가받아 자기장을 형성하여 상기 회전하는 로터의 돌기와 홈의 거리 차에 의한 자기력선의 가감을 출력하는 인덕터로 구성되어 발진부에서 발생된 전압이 인덕터를 거쳐 출력되는 전압의 전위차를 신호파형으로 출력하는 검출부와 상기 검출부로부터 출력된 신호파형을 판독하여 상기 발진부에서 발생된 전압의 신호파형과 비교하는 비교부와 상기 비교부에서 비교되어 출력된 신호파형을 인가받아 전자제어유닛(ECU)에 송출하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서에 의해 달성된다.

여기서, 상기 인덕터는 로터와 근접한 센서하우징의 내부 일측에 구비되는 절연체 외주면에 감긴 코일인 것이 특징이며, 상기 발진부는 발진이 연속적으로 이루어지도록 출력의 일부를 상기 발진부에 포함 구성된 콘덴서에서 제공받고 이를 입력으로 전환하기 위해 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 바이폴라트랜지스터(BJT)를 포함하여 구성하되, 상기 FET 또는 BJT에 의해 발진된 정현파(sine wave)가 온도변화에 의해 변화되는 것을 방지하기 위해 FET 또는 BJT를 추가로 더 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서의 개략적인 회로 블록 개념도로서, 본 발명은 크게 로터(10)와 상기 로터(10)에 근접 설치되는 센서하우징(70)과, 상기 센서하우징(70)의 내부에 장착된 발진부(20a)와 인덕터(20b)로 구성된 검출부(20)와, 상기 센서하 우징(70)의 내부에 장착된 비교부(30) 및 출력부(40)로 구성된다.

상기 검출부(20)의 발진부(20a)와 비교부(30) 및 출력부(40)는 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)(90)에 탑재되어 상기 센서하우징(70)의 내부에 구성된다.

검출부(20)는 일정한 전압을 제공하기 위하여 발진부(20a)와 인덕터(20b)로 구성되는 발진기로서, 발진부(20a)에 사용되는 소자는 능동소자인 트랜지스터인 것으로, 이와 같은 트랜지스터는 소자 특성에 따라 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 바이폴라트랜지스터(BJT)로 적절히 선택할 수 있으며, 입력측에선 네가티브 레지스턴스(negative resistance) 조건이 발생하도록 하고, 출력측은 출력 주파수 신호가 잘 출력되도록 임피던스 매칭을 하게 된다. 여기서 트랜지스터(Transistor)는 3개의 단자중 어떤 단자를 접지시키더라도 발진기로서의 구성을 만족하지만 일반적인 증폭기와 마찬가지로 FET의 경우는 source를, BJT의 경우는 emitter를 접지시킨 구조인 것이 바람직하다. 이는 가장 높은 출력을 얻을 수 있고 튜닝이 용이하기 때문이다.

또한, 발진부(20a)는 연속적인 발진을 이루도록 부족한 출력전압의 일부를 제공받기 위하여 상기 발진부(20a)에 콘덴서를 포함 구성한다. 그리고 콘덴서에서 출력된 전압을 입력으로 전환하기 위해 앞서 개시한 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 바이폴라트랜지스터(BJT)를 구비하는 것 외에 상기 FET 또는 BJT에 의해 발진되는 정현파(sine wave)는 온도변화에 따라 가변될 수 있음으로 온도변화에 의해 변화되는 것을 방지하기 위해 FET 또는 BJT를 더 구비하여 구성할 수 있다. 그리고 이와 같은 구성에 주파수 선택을 위해 공진(resonance)부가 구비되는 것은 공지 기술인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

인덕터(20b)는 상기 센서하우징(70)의 내부 그리고 로터(10)에 근접하는 곳에 구비되어 상기 발진부(20a)의 전압에 의해 자기장이 형성되고 회전하는 로터(10)의 돌기(10a) 또는 홈(10b)의 거리 간격에 따라 자기장이 변화되는 구성이다.

이러한 인덕터(20b)의 검출원리는 자기장이 형성된 인덕터(20b)에 돌기(10a) 또는 홈(10b)이 근접하면 전자유도현상에 의한 와전류로 인덕터(20b)의 자속을 방해하거나 증가시키는 것을 이용한 것으로, 인덕터(20b)의 일례는 절연체(PCB조각)의 외주면에 감긴 코일을 들 수 있다. 그러므로 상기 코일을 거쳐 출력된 전압은 발진부(20a)에서 제공한 입력전압과 전위차를 갖는다.

비교부(30)는 상기 검출부(20)의 인덕터(20b)에서 출력된 전압손실을 최소화하면서 정류되도록 배 정류회로로 구성하고, 배 정류회로로 정류된 전압을 증폭기를 통하여 발진부(20a)에서 제공한 입력전압으로 증폭한 다음 이에 대한 입력전압과 출력전압의 전압차값을 후술하는 출력부(40)에 제공한다.

출력부(40)는 센서하우징(70)의 내부에 장착된 인쇄회로기판(PCB)(90)의 일측에 구비되며 상기 비교부(30)에서 출력된 전압차 값을 자동제어유닛(ECU)에 제공한다.

이와 같은 구성으로 본 발명에서는 로터(10)를 일반적인 강재나 비철금속류의 재질로 구성할 수 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서의 작동 및 원리를 설명하도록 한다.

발진부(20a)는 일정한 전압을 인덕터(20b)에 공급하고, 이에 따라 상기 인덕터(20b)는 자기장이 형성되며, 인덕터(20b)는 회전하는 로터(10)의 돌기(10a) 부위와 홈(10b) 부위에 의해 와전류가 발생되며 이로인해 인덕터(20b)의 자속을 방해하거나 증가되는 것을 감지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 발진부(20a)는 발진이 연속적으로 이루어지도록 출력의 일부를 콘덴서에서 뽑아내어 입력으로 되돌린다. 즉, 상기 인덕터(20b)에 전원을 인가시키면 자기력선이 발생되고, 그 부위에 로터(10)의 돌기(10a) 등의 금속물질이 접근하면서 자기력선이 감쇠하게 되는 것이다.

이렇게 변화되어 발진된 발진주파수는 배 정류회로를 적용한 비교부(30)를 거치면서 상기 발진회로의 감쇄량에 대한 진폭 변화 손실이 최소화되면서 정류가 되어 상기 정류되어진 전압에 대하여 진폭변화값의 증폭기를 통하여 일정전압의 대비 입력 전압차를 증폭하여 그 차에 대한 전압이 출력되게 되고, 출력부(40)와 연결되어 도2b와 같은 구형파의 점멸신호를 송출하게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서에 의하면 상품적 측면에서 볼 때 감지특성(sensing characteristics), 신뢰성(reliability), 적용성(applicability), 생산성(productibility) 등에 효과적이다.

상기 감지특성 및 신뢰성은 본 발명이 온도변화와는 무관하게 일관성 있는 작동을 제공하는 것에 기인한 것이며, 적용성은 본 발명을 사용하면 재료수급이 원활하고 강자성 또는 비자성의 로터를 사용할 수 있음에 기인한 것이며, 생산성은 본 발명의 제작비용 절감과 로터의 원활한 수급에 기인한 것이다.

Claims (3)

1. 차량의 프런트 휠에 장착되어 로터(10)의 좌우 회전 속도차를 감지하는 ABS 센서에 있어서,

   상기 로터(10)에 근접 설치되는 센서하우징(70)과;

   상기 센서하우징(70)의 내부에 장착되어 전압을 제공하는 발진부(20a)와, 상기 발진부(20a)에서 발생되는 전압을 인가받아 자기장을 형성하여 상기 회전하는 로터(10)의 돌기(10a)와 홈(10b)의 거리 차에 의한 자기력선의 가감을 출력하는 인덕터(20b)로 구성되어 발진부(20a)에서 발생된 전압이 인덕터(20b)를 거쳐 출력되는 전압의 전위차를 신호파형으로 출력하는 검출부(20)와;

   상기 검출부(20)로부터 출력된 신호파형을 판독하여 상기 발진부(20a)에서 발생된 전압의 신호파형과 비교하는 비교부(30)와;

   상기 비교부(30)에서 비교되어 출력된 신호파형을 인가받아 전자제어유닛(ECU)(50)에 송출하는 출력부(40);를 포함하여 구성하되,

   상기 인덕터(20b)는 로터(10)와 근접한 센서하우징(70)의 내부 일측에 구비되는 절연체 외주면에 감긴 코일이고,

   상기 발진부(20a)는 발진이 연속적으로 이루어지도록 출력의 일부를 상기 발진부(20a)에 포함 구성된 콘덴서에서 제공받고 이를 입력으로 전환하기 위해 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 바이폴라트랜지스터(BJT)를 포함하여 구성하되, 상기 FET 또는 BJT에 의해 발진된 정현파(sine wave)가 온도변화에 의해 변화되는 것을 방지하기 위해 FET 또는 BJT를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 근접센서의 원리를 이용한 차량용 ABS 휠 센서.
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