KR100911060B1 - 절대회전각도를 검출하는 방법 및 그 방법을 포함하고 있는장치 및 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 절대회전각도를 검출하는 방법은, 차량의 스티어링 휠의 절대회전각도를 검출하기 위한 것으로서, 360°이상을 회전할 수 있도록 배치되어 n개의 기어수를 가지는 주기어 부재; 및 상기 주기어 부재에 맞물리도록 배치되며, 영구자석을 포함하는 제1서브기어 및 제2서브기어; 를 포함하며, 상기 제1서브기어 및 상기 제2서브기어의 회전각도를 측정하는 센서의 출력값의 주기가 Ω의 값을 가지는 장치에서, 상기 주기어 부재의 회전각도를 φ라 할 때, 그 φ는 상기 제1서브기어의 기어수(m1), 회전각도(θ₁)와, 상기 제2서브기어의 기어수(m2), 회전각도(θ₂)로부터 K={(m₂×θ₂)-(m₁×θ₁)}/Ω로 알려진 공식으로부터 정수 K 값을 구한 후 그 K 값을 φ={(m₁×θ₁)+(m₂×θ₂)-(2m₁×Ω×(K+(m₂-m₁-1)i))-K×Ω}/(2n)에 대입하여 φ의 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

Description

절대회전각도를 검출하는 방법 및 그 방법을 포함하고 있는 장치 및 기록매체{Method calculating absolute rotation angle and a device and a recording media including the same}

본 발명은 절대회전각도를 검출하는 방법에 관한 것으로서 종래의 절대회전각도 검출방법으로 제시된 방법을 보다 확장된 기어 조합에도 가능하도록 개선된 절대회전각도를 검출하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 필수적으로 적용되는 조향장치는 자동차의 경로 및 진행방향을 사용자의 요구에 따라 방향을 전환하는 장치로, 기본적으로 사용자가 조작하게 되는 스티어링 휠과, 그 스티어링 휠과 동일하게 회동하는 스티어링 컬럼과, 상기 스티어링 컬럼에 설치되어 스티어링 휠에서 자동차의 다양한 기능을 제어할 수 있게 케이블이 풀림과 감김이 반복되게 권취된 스티어링 롤 커넥터와, 상기 스티어링 컬럼에 설치하여 스티어링 휠의 각도를 감지하는 회전각도 감지장치가 설치되어 있다.

상기 회전각도 감지장치는 복수의 기어 조합에 의해 회전되는 영구자석의 자력변화를 감지하는 센서에 의해 간접적으로 각도를 측정하여 이를 기하학적인 원리 에 의하여 스티어링 컬럼의 절대회전각도를 구하도록 하는 절대각도 검출방법이 적용된다.

이와 같은 종래의 절대회전각도 검출방법으로 미국특허 제5,930,905호가 공지되어 있다. 그러나 상기 미국특허에서 제시되는 절대회전각도 검출방법은 도 1에 도시된 바와 같이 주기어 부재(1), 제1서브기어(2) 및 제3서브기어(3)이 마련되고 상기 제1서브기어(2)와 상기 제3서브기어(3)의 기어비가 m:m+1인 경우에만 적용되고 예컨대 그 기어비가 m:m+2나 m:m+3과 같은 경우에는 적용되지 못하는 문제점이 있다. 이와 같은 제약은 절대회전각도 감지장치의 제작 및 구현에 있어서 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법은 다양한 서브기어비의 조합에 적용이 가능한 절대회전각도 검출방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법은, 차량의 스티어링 휠의 절대회전각도를 검출하기 위한 방법으로서,

360°이상을 회전할 수 있도록 배치되어 n개의 기어수를 가지는 주기어 부재; 및

상기 주기어 부재에 맞물리도록 배치되며, 영구자석을 포함하는 제1서브기어 및 제2서브기어; 를 포함하며, 상기 제1서브기어 및 상기 제2서브기어의 회전각도 를 측정하는 센서의 출력값의 주기가 Ω의 값을 가지는 장치에서,

상기 주기어 부재의 회전각도를 φ라 할때, 그 φ는 상기 제1서브기어의 기어수(m₁), 회전각도(θ₁)와, 상기 제2서브기어의 기어수(m₂), 회전각도(θ₂)로부터 K={(m₂×θ₂)-(m₁×θ₁)}/Ω로 알려진 공식으로부터 정수 K 값을 구한 후 그 K 값을 φ={(m₁×θ₁)+(m₂×θ₂)-(2m₁×Ω×(K+(m₂-m₁-1)i))-K×Ω}/(2n)에 대입하여 φ의 값을 구하는 점에 특징이 있다.

상기 φ < 0 일 경우에는 φ₁=φ+(총측정가능각도×s) > 0 이 될때까지 자연수 s를 증가시켜서 φ=φ₁으로서 상기 주기어 부재의 회전각도를 정한다.

상기 어느 하나의 방법은 그 방법을 포함하고 있는 절대 회전각도 장치 또는 기록매체로도 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법은 다양한 서브기어비를 가지는 경우에도 동일한 검출방법을 적용할 수 있으므로 그 방법의 적용가능성을 높이는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 회전각도 감지장치를 원리를 보여주는 개략적인 도면이다. 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법을 도출하는 과정을 설명하기 참조 그래프이다. 도 4는 서브기어의 비가 5:6인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다. 도 5은 서브기어의 비가 5:7인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다. 도 6는 서브기어의 비가 5:8인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절대회전각도 검출방법은 차량의 스티어링 휠의 절대회전각도를 검출하기 위한 방법이다. 상기 절대회전각도 검출방법은 주기어 부재(1)와 제1서브기어(2) 및 제2서브기어(3)가 구비된 장치에 적용된다. 상기 제1서브기어(2)는 상기 주기어 부재(1)에 맞물리도록 배치되어 있다. 상기 제1서브기어(2)는 영구자석(4)을 포함하고 있다. 상기 제1서브기어(2)가 회전하면 상기 영구자석(4)이 회전하며 그 영구자석(4)이 회전함으로써 발생되는 자기장의 변화를 감지하여 그 제1서브기어(2)의 회전각도를 출력하는 센서가 구비되어 있어야 한다. 상기 센서의 출력값의 주기를 Ω라고 한다. 상기 Ω는 예컨대 180°또는 360° 등의 값을 가질 수 있다. 상기 제2서브기어(3)는 상기 제1서브기어(2)와 유사한 구조를 가지므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 제2서브기어(3)로부터 출력되는 회전각도의 출력값은 상기 제1서브기어(2)로부터 출력되는 회전각도와 일정한 위상차를 가지게 되는 것이 일반적이다.

상기 주기어 부재(1)는 360°이상을 회전할 수 있도록 배치되어 있으며, n개의 기어수를 가지고 있는 것으로 전제한다. 상기 n은 자연수로 한정된다.

상기 종래기술로서 제시된 미국특허 제5,930,905호(이하 "종래기술"이라 함) 에서는 상기 주기어 부재(1)의 절대회전각도를 φ라 정의하였으며, 본 발명에서도 동일한 용어를 사용하기로 한다.

한편, 상기 제1서브기어(2)는 기어수(m₁), 회전각도(θ₁)를 가지며 그 위치에 따라 다른 θ₁값을 출력하게 된다. 상기 제2서브기어(3)는 기어수(m₂), 회전각도(θ₂)를 가지며 그 위치에 따라 다른 θ₂ 값을 출력하게 된다. 이러한 조건에서 상기 종래기술에 의하면 K={m₂θ₂-m₁θ₁}/Ω로 정의되어 있다. 상기 K의 값은 정수가 아닌 경우가 발생하게 되는데 이 경우에는 정수부분만을 취하여 K의 값으로 한다. 이와 같은 규칙에 의하여 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3)의 비가 5:6인 경우에 K의 값을 계산한 표가 도 4에 도시되어 있다. 이 경우에 상기 제1서브기어(2)의 센서회전주기수(i)와 제2서브기어(3)의 센서회전주기수(j) 값을 구할 수 있다. 이러한 i,j 값이 도 4에 도시된 표에 나타나 있다. 이러한 값들은 미리 정해진 기억장치에 저장해 놓음으로써 반복적인 계산을 할 필요가 없이 언제든지 필요할 때 참조할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 점에서 본 발명에서는 K 값을 구하는 새로운 공식을 제안하였다.

즉 K={m₁·i-m₂·j} ----- 식(1)

상기 식(1)에서 m₁,m₂는 각각 상기 제1서브기어(2)의 기어잇수, 상기 제2서브기어(3)의 기어잇수를 의미한다.

도 5 및 도 6에는 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3) 기어비가 5:7 및 5:8 인 경우에 K,i,j의 값들이 표기되어 있다.

이와 같이 K의 값을 구한 경우에 그 K 값을 이용하여 상기 주기어 부재(1)의 절대회전각도(φ)의 값을 구할 수 있다. 이때 서브기어의 비가 5:6 즉 m:m+1인 경우에는 상기 종래기술에서 제안된 식(2)

즉, φ={(m₁·θ₁)+(m₂·θ₂)-(θ₁+θ₂+1)KΩ}/2n ---- 식(2)

을 사용할 수 있다. 그러나 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 서브기어의 비가 m:m+1이 아닌 경우에는 이 식이 적용되지 아니한다.

그래서 상기 공식으로부터 수정된 공식을 식(4)와 같이 제안한다.

φ={(m₁·θ₁)+(m₂·θ₂)-(2m₁·Ω×(K+(m₂-m1-1)i))-KΩ}/2n --- 식(4)

도 2 및 도 3을 참조하면 상기 식(4)는 상기 종래기술에서 제안된 식(2)를 실제의 조건을 고려하여 수정한 것이다. 즉, 도 2에서 상기 식(2)는 주기어 부재(1)에 대비하여 제1서브기어(2)가 회전한 각도와 상기 제2서브기어(3)가 회전한 각도를 더해서 각도로 표현한 것이다. 또한 상기 식(2)에서 "(θ₁+θ₂+1)KΩ" 부분은 상기 제1서브기어(2)가 회전한 각도와 상기 제2서브기어(3)가 회전한 각도가 중복되는 각도량이다. 이는 두원의 교집합의 면적을 구하는 공식과 유사하다고 볼 수 있다. 그러나 도 3을 참조하면 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3)의 기어비가 m:m+2인 경우에는 각각의 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3)의 회전각도가 중복되는 각도 구간을 지날경우 도 3에 도시된 "A"부위에서 처럼 위상차가 다시 리셋(reset)되는 효과가 발생한다. 실제로는 그 전까지의 위상차가 쌓여있지 만, 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3)의 회전각도의 출력값은 θ₁,θ₂로만 판별하기 때문에 그 위상차의 누적치를 구분할 수 없다. 따라서 중복되는 부분 전까지의 상기 제1서브기어(2) 기준으로 발생하는 최대각도 차이만큼 더 빼주어야 상기 주기어 부재(1)의 절대회전각도를 구할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 식 (2)를 다음과 같이 수정하였다.

φ=[(m₁·θ₁)+(m₂·θ₂)-(θ₁+θ₂+1)KΩ/2n]-[{m₁×Ω×i×(m₂-m₁-1)}/n]

위 식을 정리하면 식(4)와 같이 본 발명에서 제안된 공식이 도출된다.

상기 식(4)는 서브기어비가 m:m+1인 경우에 한정되지 않고 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 경우에도 잘 적용되는 것이 확인되었다.

이 공식을 적용하여 n=58, m1=30, m2=34, Ω=180°인 경우에 상기 θ₁=2°, θ₂=150°로 측정되었을 때 상기 주기어 부재(1)의 절대회전각도(φ)를 구해보기로 한다.

먼저, 상기 식(1) 또는 상기 종래기술에 제시된 식(1)에 의하여 K=28의 값을 가지며, i=10, j=10의 값을 가진다.

이와 같은 값들을 상기 식 (4)에 대입하면

φ={(30·2)+(34·150)-(2·30·180×(28+(34-30-1)10))-28·180}/(2·58)=-5398.97 이 된다.

그런데 φ < 0 일 경우에 그 값을 양(+)의 값으로 환산하는 공식은 상기 종 래기술에서 식(3)으로 제안된 식, 즉 φ₁=φ+(총측정가능각도×s) > 0 이 될 때까지 자연수 s를 증가시켜서 φ=φ₁으로서 상기 주기어 부재의 회전각도를 정할 수 있다. 이와 같이 상기 식(3)에 의해 φ₁=-5398.97+(1580×4)≒921°의 값이 된다. 여기에서 상기 총측정가능각도는 상기 주기어 부재(1)와 상기 제1서브기어(2)와 상기 제2서브기어(3)를 조합하여 물리적으로 얻을 수 있는 최대측정가능각도를 의미하는데 여기에서는 1580°의 값을 가진다. 상기 최대측정각도를 구하는 방법은 상기 종래기술에서 차용한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 절대회전각도 검출방법은 회전각도 감지장치에 포함되어 장치로서 제작되거나 메모리 칩, 플로피 디스크, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광 디스크, 플래시 메모리 등과 같은 다양한 매체에 기록되어 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법은 상기 종래기술에서 제안된 방법보다 다양한 서브기어의 조합이 있는 경우에도 적용이 가능하므로 응용범위가 현저하게 증가하는 효과가 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 회전각도 감지장치를 원리를 보여주는 개략적인 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 절대회전각도 검출방법을 도출하는 과정을 설명하기 참조 그래프이다.

도 4는 서브기어의 비가 5:6인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다.

도 5은 서브기어의 비가 5:7인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다.

도 6는 서브기어의 비가 5:8인 경우의 K 값과 각 서브기어의 회전수의 상관관계를 보여주는 표이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1...주기어 부재 2...제1서브기어

3...제2서브기어 4,5...영구자석

Claims (4)

1. 차량의 스티어링 휠의 절대회전각도를 검출하기 위한 방법으로서,

   360°이상을 회전할 수 있도록 배치되어 n개의 기어수를 가지는 주기어 부재; 및

   상기 주기어 부재에 맞물리도록 배치되며, 영구자석을 포함하는 제1서브기어 및 제2서브기어; 를 포함하며, 상기 제1서브기어 및 상기 제2서브기어의 회전각도를 측정하는 센서의 출력값의 주기가 Ω의 값을 가지는 장치에서,

   상기 주기어 부재의 회전각도를 φ라 할 때, 그 φ는 상기 제1서브기어의 기어수(m₁), 회전각도(θ₁)와, 상기 제2서브기어의 기어수(m₂), 회전각도(θ₂)로부터 K={(m₂×θ₂)-(m₁×θ₁)}/Ω로 알려진 공식으로부터 정수 K 값을 구한 후 그 K 값을 φ={(m₁×θ₁)+(m₂×θ₂)-(2m₁×Ω×(K+(m₂-m₁-1)i))-K×Ω}/(2n)에 대입하여 φ의 값을 구하는 것을 특징으로 하는 절대회전각도 검출방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 φ < 0 일 경우에는 φ₁=φ+(총측정가능각도×s) > 0 이 될 때까지 자연수 s를 증가시켜서 φ=φ₁으로서 상기 주기어 부재의 회전각도를 정하는 것을 특징으로 하는 절대회전각도 검출방법.
3. 제1항 또는 제2항의 방법을 포함하는 회전각도 검출장치.
4. 제1항 또는 제2항의 방법을 포함하는 기록매체.

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