KR101006150B1 - 자동차용 조향장치의 토오크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 승강 작동에 대한 거리의 변화값을 감지하기 위한 거리감지센서를 구비하여 이 거리감지센서에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것으로, 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있도록 개선하고, 조립/생산성을 높이고자 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 하우징(110)과, 이 하우징의 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)의 하단과 상기한 출력축(130)의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체(160)를 구비하고, 이 승강체와 상기 입력축의 상단에 마련한 환테돌출부(122) 사이에 거리감지수단(170)을 마련하여 이 거리감지수단(170)의 측정 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

Description

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

도 1은 종래의 토오크센서를 보인 구성도

도 2는 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도

도 3은 본 발명의 요부 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

110 : 하우징 120 : 입력축

121 : 회전돌기 122 : 환테돌출부

130 : 출력축 131 : 피니언

132 : 기준돌기 140 : 토션바

150 : 랙바 160 : 승강체

161 : 경사홈 162 : 승강 안내홈

170 : 거리감지수단 171 : 탄성수단

172 : 접촉볼 173 : 거리감지센서

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 회전 토오크의 감지수단으로 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 승강 작동에 대한 거리의 변화값을 감지하기 위한 거리감지센서를 구비하여 이 거리감지센서에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지하고자 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 조향 핸들(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 많이 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 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 승강 작동에 대한 거리의 변화값을 감지하기 위한 거리감지센서를 구비하여 이 거리감지센서에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것으로, 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있도록 개선하고, 조립/생산성을 높이고자 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 하우징과, 이 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 입력축의 하단과 상기한 출력축의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체를 구비하고, 이 승강체와 상기 입력축의 상단에 마련한 환테돌출부 사이에 거리감지수단을 마련하여 이 거리감지수단의 측정 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

이때의 상기한 원통형 승강체는 그 원통면 중단에 경사홈을 형성하여 상기 입력축의 회전돌기가 끼워지게 하여 입력축의 회전에 따라 승강하도록 한다.

또, 상기한 원통형 승강체는 그 원통면 하단에 승강 안내홈을 형성하고, 그 승강 안내홈에 출력축의 기준돌기가 끼워지게 하여 회전 없이 승강 작동만 허용되도록 한다.

그리고 상기한 거리감지수단은 상기한 입력축의 환테돌출부에 마련하되, 하향 설치된 탄성수단과, 그 탄성수단의 끝단에 구비된 접촉볼과, 상기 탄성수단의 상단에 구비된 거리감지용 센서를 포함하여 구성하는 것이다.

이하 본 발명의 구성을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 요부 구성도이다.

먼저, 조향장치를 구성하기 위해서 하우징(110)과, 이 하우징의 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)를 구비하여 조립한다.

본 발명에서는 상기한 입력축(120)의 하단에서 원통형 승강체(160)를 끼운 후, 이 승강체(160)의 원통면에 형성된 경사홈(161)을 통해 회전돌기(121)를 고정하여 상기 승강체를 승강시킬 수 있도록 하고, 상기한 출력축(130)은 그 상단에 기준돌기(132)를 고정하여, 이 기준돌기(132)가 상기 승강체(160)의 하단에 형성된 승강 안내홈(162)에 끼워져 상기 승강체의 회전을 방지하도록 하며, 상기한 입력축(120)의 상단에 형성한 환테돌출부(122)와 상기한 승강체(160)의 상단면 사이에 거리감지수단(170)을 마련하여, 이 거리감지수단(170)의 측정 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 한다.

이때, 상기한 거리감지수단(170)은 상기한 입력축(120)의 환테돌출부(122)에 마련하되, 하향 설치된 탄성수단(171)과, 그 탄성수단(171)의 끝단에 구비된 접촉볼(172)과, 상기 탄성수단(171)의 상단에 구비된 거리감지용 센서(173)로 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 토오크센서는 운전자가 조향 핸들을 돌려서 입력축(120)이 회전할 때, 원통형 승강체(160)가 상승 또는 하강하게 되고, 그에 따라서 입력축(120)의 환테돌출부(122)로 가까워 지거나 멀어지게 되는 바, 이를 거리감지수단(170)에서 감지하여 회전토오크를 감지하게 된다.

즉, 운전자가 조향 핸들을 돌려서 입력축(120)이 회전하면 그 입력축의 중단에 고정된 회전돌기(121)가 승강체(160)의 경사홈(161)에 끼워져 있으므로 이 경사홈(161)의 윗쪽 또는 아랫쪽 면을 밀게 되고, 승강 안내홈(162)에 끼워진 기준돌기(132)에 의해서 회전을 하지 못하는 상기 승강체(160)는 상측 또는 하측 방향으로 승강된다.

이와 같은 승강체(160)의 상, 하 이동은 입력축(120)의 환테돌출부(122)에 대한 거리가 가변되는 것이며, 이 가변량을 거리감지센서(173)가 감지하여 차량의 ECU로 보내게 되는 것이다.

이때, 상기한 승강체(160)는 상기 환테돌출부(122)와의 사이에서 탄성수단(171)의 아래에 접촉볼(172)을 구비하여 승강체(160)의 상면을 항상 눌러 줄 수 있도록 하였기 때문에 마찰에 의해 이동거리가 부정확해지는 일이 없이 보다 완벽한 감지가 이루어질 수 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 승강 작동에 대한 거리의 변화값을 감지하기 위한 거리감지센서를 구비하여 이 거리감지센서에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하였기 때문에 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있게 되었고, 아울러 조립/생산성을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.

특히, 온도변화에 영향이 없는 기구적인 구성으로 되어 있기 때문에 하우징 내부에 온도변화가 있어도 항상 정확한 측정값을 얻을 수 있어 좋은 것이다.

Claims (4)

1. 하우징(110)과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되 상기 입력축의 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130), 상기 출력축의 하단 피니언(131)에 연결된 랙바(150)로 이루어진 조향장치의 토오크 센서에 있어서,

   상기한 입력축(120)의 하단과 상기한 출력축(130)의 상단에 이들 하, 상단을 감싸는 원통형 승강체(160)를 구비하고, 이 승강체와 상기 입력축의 상단에 마련한 환테돌출부(122) 사이에 거리감지수단(170)을 마련하여 이 거리감지수단(170)의 측정 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하며,

   상기한 거리감지수단(170)은 상기한 입력축(120)의 환테돌출부(122)에 마련하되, 하향 설치된 탄성수단(171)과, 상기 탄성수단(171)의 끝단에 구비된 접촉볼(172)과, 상기 탄성수단(171)의 상단에 구비된 거리감지용 센서(173)로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 원통형 승강체(160)는 그 원통면 중단에 경사홈(161)을 형성하여 상기 입력축의 회전돌기(121)가 끼워지게 하여 입력축(120)의 회전에 따라 승강하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 원통형 승강체(160)는 그 원통면 하단에 승강 안내홈(162)을 형성하고, 그 승강 안내홈에 출력축(130)의 기준돌기(132)가 끼워지게 하여 회전 없이 승강 작동만 허용되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
4. 삭제

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