KR101005758B1 - 자동차용 조향장치의 토오크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축의 회전상태를 그 둘레에 감합한 제1검출링의 직경변화로써 감지할 수 있도록 하고, 그 직경변화에 따른 인덕턴스값을 얻을 수 있도록 하는 한편, 회전에 따른 인덕턴스 값은 변하지 않고, 온도에 따른 인덕턴스 변화값을 감지할 수 있는 별도의 제2검출링을 마련하므로써 입력축의 작은 회전에도 검출링의 변화가 분명하도록 하여 측정 오차를 줄이는 한편, 기후의 변화나 다른 열원에 의해 인덕턴스 값의 변화가 있을 때, 그 온도 변화에 따른 보상값을 알 수 있는 기준치를 마련하므로써 조향토오크 센서로서의 기능을 충실히 다할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축(120)의 중단과 상기 하우징(110)의 내경 사이에는 입력축의 회전량과 무관한 채, 온도의 변화에 따라 인덕턴스 값이 증감되어 기준값으로 이용할 수 있도록 제1검출링(210)과 제1검출코일(220)로 이루어진 제1검출수단(200)을 구비하고, 상기한 상기한 입력축(120)의 하단 외주면에는 방사상으로 돌출된 하나 이상의 돌기(121)를 형성하고, 상기한 출력축(130)의 상단에는 상기한 돌기(121)의 외측에 접촉되도록 하되, 하나 이상의 내향 캠면(161)을 형성하고, 적어도 한 곳에 절단부(163)를 형성하여 상기한 돌기에 의해 외경이 벌어질 수 있도록 한 탄성 밴드부(164)와, 상기 탄성 밴드부의 아래에서 소폭부(165)로 연결한 지지 고정부(166)로 이루어진 제2검출링(160)과, 상기한 하우징(110)의 내경에서 상기한 제2검출링(160)의 탄성 밴드부(164)와 임의의 간격을 유지하도록 제2감지코일(170)로 이루어진 제2검출수단을 마련하여, 상기 제1검출수단(200) 및 제2검출수단(100)에 의한 인덕턴스 변화값을 동시에 파악하여 온도변화가 있더라도 회전 토오크를 정확히 감지하도록 하는 것이다.

Description

자동차용 조향장치의 토오크센서 {TORQUE 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 확대 단면도

도 4는 본 발명의 제2검출링과 자성체 띠의 구성도

도 5는 본 발명의 제2검출링과 비자성체 띠의 구성도

도 6은 본 발명의 제1검출수단 및 제2검출수단에 따른 인덕턴스값의 변화도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 제2검출수단

110 : 하우징 120 : 입력축

130 : 출력축 131 : 피니언

140 : 토션바 150 : 랙바

160 : 제2검출링 161 : 내향 캠면

162 : 상사점 163 : 절단부

164 : 탄성 밴드부 165 : 소폭부

166 : 지지 고정부 170 : 제2감지코일

180 : 자성체 띠 181 : 비자성체 띠

200 : 제1검출수단 210 : 제1검출링

220 : 제1검출코일

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 감지수단으로 갭센서와 축의 반경방향으로 가변되는 원통체를 구비함으로써 조립구조를 간단히 하고, 감지 오차를 줄이도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지 시에 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 토오크센서이다.

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 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전운동 한다.

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 권선 되어 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.

이에 따라, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 대향면적은 거의 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 인덕턴스값이 변화된다.

즉, 초기에는 제1검출코일(60)과 제2검출코일(70)의 인덕턴스값이 동일하게 설정되어 있는데, 조향핸들(10)의 회전으로 인하여 제1검출코일(60)의 인덕턴스값은 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 많이 증폭해야 하는 단점이 있고, 온도 변화에 따라 인덕턴스도 같이 변하기 때문에 기후가 달라지거나, 다른 열원에 의해 온도가 변화하였을 때 조향 토오크로서의 기능을 온전히 수행하지 못하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결 보완하기 위해 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축의 회전상태를 그 둘레에 감합한 제1검출링의 직경변화로써 감지할 수 있도록 하고, 그 직경변화에 따른 인덕턴스값을 얻을 수 있도록 하는 한편, 회전에 따른 인덕턴스 값은 변하지 않고, 온도에 따른 인덕턴스 변화값을 감지할 수 있는 별도의 제2검출링을 마련하므로써 입력축의 작은 회전에도 검출링의 변화가 분명하도록 하여 측정 오차를 줄이는 한편, 기후의 변화나 다른 열원에 의해 인덕턴스 값의 변화가 있을 때, 그 온도 변화에 따른 보상값을 알 수 있는 기준치를 마련하므로써 조향토오크 센서로서의 기능을 충실히 다할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성 수단은 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되, 상기한 하우징의 중공부 속에서 토션바로써 연결되는 출력축으로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축의 중단과 상기 하우징의 내경 사이에는 입력축의 회전량과 무관한 채, 온도의 변화에 따라 인덕턴스 값이 증감되어 기준값으로 이용할 수 있도록 제1검출링과 제1검출코일로 이루어진 제1검출수단을 구비하고, 상기한 입력축의 하단 외주면에는 방사상으로 돌출된 하나 이상의 돌기를 형성하고, 상기한 출력축의 상단에는 상기한 돌기의 외측에 접촉되도록 하되, 하나 이상의 내향 캠면을 형성하고, 적어도 한 곳에 절단부를 형성하여 상기한 돌기에 의해 외경이 벌어질 수 있도록 한 탄성 밴드부와, 상기한 탄성 밴드부를 포함하며 상기 탄성 밴드부의 아래에서 소폭부로 연결한 지지 고정부로 이루어진 제2검출링과, 상기한 하우징의 내경에서 상기한 제2검출링의 탄성 밴드부와 임의의 간격을 유지하도록 제2감지코일로 이루어진 제2검출수단을 마련하여, 상기 제1검출수단 및 제2검출수단에 의한 인덕턴스 변화값을 동시에 파악하여 온도변화가 있더라도 회전 토오크를 정확히 감지하도록 하는 것이다.

이때, 상기한 입력축의 돌기는 그 외주면에서 방사상으로 등간격을 갖도록 4개를 형성하고, 상기한 탄성 밴드부의 내향 캠면은 상기한 돌기와 대응하여 4개의 상사점을 갖도록 하는 것이 바람직하고, 또 상기한 탄성 밴드부는 그 외주면에 자성체 띠를 감합하여 탄성 밴드부의 외경이 커질 때, 인덕턴스값이 증가값을 갖도록 하거나, 비자성체 띠를 감합하여 탄성 밴드부의 외경이 커질 때, 인덕턴스값이 감소값을 갖도록 할 수도 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 토오크센서 설치상태를 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 요부 확대 단면도, 도 4는 본 발명의 제2검출링과 자성체 띠의 구성도, 도 5는 본 발명의 제2검출링과 비자성체 띠의 구성도이다.

먼저, EPS 스티어링 조향장치는 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기한 입력축과 연결하되, 상기한 하우징(110)의 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진다.

본 발명에서는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 상기한 입력축(120)의 중단과 하우징(110)의 사이에 제1검출수단(200)을 마련하고, 상기한 입력축(120)의 하단과, 출력축(130)의 상단과, 하우징(110)의 사이에 제2검출수단(100)을 마련하는 것이 특징이다.

상기한 제1검출수단(200)은 상기한 입력축(120)의 중단과 상기 하우징(110)의 내경 사이에 마련하되, 상기한 입력축(120)에는 제1검출링(210)을 감합하고, 상기한 하우징(110)의 내경에는 제1검출코일(220)을 설치하는 것이다.

이는 제1검출코일(220)에 의한 인덕턴트의 값이 입력축의 회전량과 무관한 반면, 하우징 내부의 온도의 변화에 따라 인덕턴스 값이 임의의 값보다 증가 되거나 감소되는 정도를 판단하기 위한 것이다.

상기한 제2검출수단(100)은 상기한 입력축(120)의 하단 외주면에는 방사상으로 돌출된 하나 이상의 돌기(121)를 형성하고, 상기한 출력축(130)의 상단에는 상기한 돌기(121)의 외측에 접촉되도록 하되, 하나 이상의 내향 캠면(161)을 형성하고, 적어도 한 곳에 절단부(163)를 형성하여 상기한 돌기에 의해 외경이 벌어질 수 있도록 한 탄성 밴드부(164)와, 상기한 탄성 밴드부를 포함하며 상기 탄성 밴드부의 아래에서 소폭부(165)로 연결한 지지 고정부(166)로 이루어진 제2검출링(160)을 마련하고, 상기한 하우징(110)의 내경에는 상기한 제2검출링(160)의 탄성 밴드부(164)와 임의의 간격을 유지하도록 제2감지코일(170)을 마련하는 것이다.

이때, 상기한 입력축(120)의 돌기(121)와 탄성 밴드부(164)의 내향 캠면(161)은 도 4에서 보는 바와 같이 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 입력축(120)의 외주면에서 방사상으로 등간격을 배치 상태를 이루도록 4개를 형성하고, 상기한 탄성 밴드부(164)의 내향 캠면(161)은 상기한 돌기와 대응하여 역시 4개의 상사점(162)을 갖도록 하는 것이다.

이는 가능한 원주 전체에 걸쳐서 고르게 직경 변화를 유발시키기 위한 것이며, 탄성 밴드부(164)와 지지 고정부(166)는 도 4에서 보는 바와 같이 대부분 절개되고, 나머지 좁은 소폭부(165)로 연결되어 있는 바, 이 소폭부는 어떠한 내향 캠면(161)과도 일치하지 않는 장소에 있어야 충분한 탄성을 제공할 수 있을 것이다.

그리고 탄성 밴드부(164)는 그 외주면에 자성체 띠(180) 또는 비자성체 띠(181)를 감합하여 탄성 밴드부(164)의 외경 변화에 따른 인덕턴트값의 측정이 더 용이하도록 한다.

예컨대, 도 4에서 보는 바와 같이 탄성 밴드부(164)의 외주면에 자성체 띠(180)를 감합하여 구성하면 탄성 밴드부(164)의 직경이 커질 때, 인덕턴스값 측정값이 증가하는 형태로 측정하게 되는 것이고, 도 5에서 보는 바와 같이 탄성 밴드부(164)의 외주면에 알루미늄 등의 비자성체 띠(181)를 감합하여 구성하면 탄성 밴드부(164)의 직경이 커질 때, 자장의 흐름에 저항을 주므로 인덕턴스값 측정값이 감소하는 형태로 측정하게 되는 것이다.

다음은 본 발명의 작용 상태를 설명한다.

입력축(120)이 회전되면 제1검출수단(200)의 제1검출링(210)과 제2검출수단(100)의 돌기(121)가 회전된다.

먼저, 제1검출수단에서는 늘 같은 값의 인덕턴스 값이 측정되겠지만, 하우징 내부의 온도 변화가 있었을 때, 그 온도 변화에 따라서 도 6과 같이 상향된 상태에서의 일정값, 또는 하향된 상태에서의 일정값으로 검출된다.

한편, 제2검출수단에서는 입력축(120)의 좌, 우 회전상태에 따라 돌기(121)들이 좌측 또는 우측으로 회전하게 되는 바, 그 각각의 돌기(121)들은 탄성 밴드부(164)의 해당 내향 캠면(161)에 접하여 자성체 띠(180)와 제2감지코일(170)과의 간격(g)을 가변시킨다.

즉, 핸들을 우측으로 돌리면 입력축(120)의 돌기(121)들이 캠면(161)의 상사점(162)쪽으로 이동하며, 그 상사점(162) 주위가 눌리면 그 캠면의 높이 차이만큼 탄성 밴드부(164)가 바깥쪽으로 밀려서 직경이 커지게 되고, 직경이 커지게 되면 자성체인 자성체 띠(180)와 제2감지코일(170)의 간격(g)이 가까워져 인덕턴스값이 증가하게 되는 것이다.

반대로 핸들을 좌측으로 돌리면 입력축(120)의 돌기(121)들이 캠면(161)의 상사점(162)과 반대쪽으로 이동하며, 그 상사점(162) 주위가 눌리지 않게 되면 탄성 밴드부(164)가 안쪽으로 오므라져서 직경이 작아지게 되고, 직경이 작아지게 되는 만큼 자성체인 자성체 띠(180)와 제2감지코일(170)의 간격(g)이 멀어져 인덕턴스값이 감소하게 되는 것이다.

따라서 제2검출수단(100)에 의해 검출된 인덕턴스 값이 증감하는 상태로 검출될 때, 미리 제1검출수단(200)에서 검출된 상향된 인덕턴스 값, 또는 하향된 인덕턴스값을 기준으로 대비하여 감지하면 항상 정확한 값으로 측정되는 것이다.

예컨대, 하우징(110) 내부의 온도가 높아져서 제1검출수단(200)에서 검출된 인덕턴스 값이 증가된 상태를 측정되었다면, 제2검출수단(100)에서 입력축의 회전에 따라 측정된 인덕턴스 값도 증가된 값일 것이므로 제1검출수단(200)에서 검출된 값 만큼 일정 비례로 감소하여 인식하면 된다.

반대로 하우징(110) 내부의 온도가 낮아져서 제1검출수단(200)에서 검출된 인덕턴스 값이 감소된 상태를 측정되었다면, 제2검출수단(100)에서 입력축의 회전에 따라 측정된 인덕턴스 값도 감소된 값일 것이므로 제1검출수단(200)에서 검출된 값 만큼 일정 비례로 증가하여 ECU가 인식하면 되는 것이다.

따라서 하우징 내부의 온도 변화가 발생하더라도 그 상황에 맞게 제1검출수단(200) 및 제2검출수단(100)의 값을 대비하여 판단하면 항상 정확한 값을 측정을 할 수 있다.

한편, 도 5에서 보는 바와 같이 상기한 탄성 밴드부(164)의 외주면에 비자성체 띠(181)가 감합되어 있을 경우, 도 4의 경우와 마찬가지로 캠면의 높이 차이만큼 탄성 밴드부(164)가 바깥쪽으로 밀려서 직경이 커지게 될 때, 비자성체인 비자성체 띠(181)와 제2감지코일(170)과의 간격(g)이 가까워지고, 안쪽으로 오므라져 직경이 작아지게 될 때, 비자성체인 비자성체 띠(181)와 제2감지코일(170)과의 간격(g)이 멀어지므로 인덕턴스값의 증감변화를 감지하여 역시 토오크를 측정할 수 있게 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 제1검출링 및 제1검출코일로 이루어진 제1검출수단, 그리고 입력축의 둘레에 탄성 밴드부를 가진 제2검출링을 구비한 후, 입력축의 돌기들이 이 탄성 밴드부의 외경을 확장시켜 하우징 안쪽의 제2감지 코일이 인덕턴스값을 측정하여 회전 토오크 감지를 하도록 하는 제2검출수단을 같이 마련하였기 때문에 입력축의 작은 회전에도 검출링의 변화가 분명하여 측정 오차가 크게 줄어들고, 특히 온도 변화가 빈번하여 제2검출값이 달라진다 하더라도 제1검출수단에서 온도변화에 따른 기본값 늘 같이 측정한 후, 그 기본값을 기준으로 ECU가 대비판단하기 때문에 안정된 측정을 이룩할 수 있다.

Claims (4)

1. 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 상기한 하우징(110)의 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진 조향장치에 있어서,

   상기한 입력축(120)의 중단과 상기 하우징(110)의 내경 사이에는 입력축의 회전량과 무관한 채, 온도의 변화에 따라 인덕턴스 값이 증감되어 기준값으로 이용할 수 있도록 제1검출링(210)과 제1검출코일(220)로 이루어진 제1검출수단(200)을 구비하고,

   상기한 입력축(120)의 하단 외주면에는 방사상으로 돌출된 하나 이상의 돌기(121)를 형성하고, 상기한 출력축(130)의 상단에는 상기한 돌기(121)의 외측에 접촉되도록 하되, 하나 이상의 내향 캠면(161)을 형성하고, 적어도 한 곳에 절단부(163)를 형성하여 상기한 돌기에 의해 외경이 벌어질 수 있도록 한 탄성 밴드부(164)와, 상기한 탄성 밴드부를 포함하며 상기 탄성 밴드부의 아래에서 소폭부(165)로 연결한 지지 고정부(166)로 이루어진 제2검출링(160)과, 상기한 하우징(110)의 내경에서 상기한 제2검출링(160)의 탄성 밴드부(164)와 임의의 간격을 유지하도록 제2감지코일(170)로 이루어진 제2검출수단을 마련하여,

   상기 제1검출수단(200) 및 제2검출수단(100)에 의한 인덕턴스 변화값을 동시에 파악하여 온도변화가 있더라도 회전 토오크를 정확히 감지하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 입력축(120)의 돌기(121)는 그 외주면에서 방사상으로 등간격을 갖도록 4개를 형성하고, 상기한 탄성 밴드부(164)의 내향 캠면(161)은 상기한 돌기와 대응하여 4개의 상사점(162)을 갖도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 탄성 밴드부(164)는 그 외주면에 자성체 띠(180)를 감합하여 탄성 밴드부(164)의 외경이 커질 때, 인덕턴스값이 증가값을 갖도록 하여 감지하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 탄성 밴드부(164)는 그 외주면에 비자성체 띠(181)를 감합하여 탄성 밴드부(164)의 외경이 커질 때, 인덕턴스값이 감소값을 갖도록 하여서 감지하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.

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