KR101018230B1

KR101018230B1 - 각도 센서를 구비한 볼 소켓 조인트

Info

Publication number: KR101018230B1
Application number: KR1020067003262A
Authority: KR
Inventors: 요아힘 슈프라테; 우베 로레트
Original assignee: 젠자이테크 게엠베하; 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2011-02-28
Also published as: ATE415298T1; DE502004008539D1; EP1656265A1; US20070040355A1; DE10339126B4; MXPA06002003A; EP1656265B1; CN100467295C; US7405557B2; CN1839057A; DE10339126A1; KR20060052986A; WO2005021295A1; JP2007503553A

Abstract

본 발명은, 특히 자동차의 주행 기어 내에서 차량 레벨 검출기로서 사용하기 위한, 일체화 된 각도 센서를 구비하고 있는 볼 소켓 조인트에 관한 것이다. 볼 소켓 조인트는 볼 조인트 하우징(1), 볼 조인트 하우징(1) 내에 수장된 볼 스터드(2), 볼 스터드(2)의 조인트 볼(3)에 배치된 2 극 자계 발생기(4) 및 볼 조인트 하우징(1)에 배치된 적어도 하나의 자계 방향 센서(5)를 구비하고, 그 자계 방향 센서는 자계 발생기(4)에 의해 생성된 자계와 상호작용을 하는데, 2 극 자계 발생기(4)의 단 하나의 극만이 볼 표면에 배치되어 있다.

Description

각도 센서를 구비한 볼 소켓 조인트{BALL-AND-SOCKET JOINT WITH AN ANGLE SENSOR}

본 발명은 특히 자동차의 주행 기어 내에서 차량 레벨 검출기로서 사용하기 위한, 일체화 된 각도 센서를 구비하고 있는 볼 소켓 조인트에 관한 것이다.

자동차 차체의 위치 변화를 비접촉적 및 연속적으로 측정하기 위해 차량 레벨 검출기로서의 볼 소켓 조인트를 자동차의 주행 기어 내에 설치하고, 여기에 볼 조인트 하우징과 볼 스터드는 차량 새시와 차륜 현가부 사이에 배치하는 것은, 유럽 공개 특허 EP 617260 A1로부터 알려져 있다. 그 공보에 있어서는 차량 레벨 검출기에 의해 얻어진 정보는 (탐조등) 광폭(光幅) 조정 및/또는 차량 레벨 조정에 이용될 것이 추천되어 있다.
볼 소켓 조인트는 볼 스터드의 조인트 볼에 배치된 2 극 자계 발생기(자계 검출기) 및 자계 발생기의 영향 범위 내 볼 조인트 하우징에 배치된 자기 저항 센서를 갖고 있다. 여기에서, 센서에 대한 자계 발생기의 위치, 따라서 센서 자리에서의 자계가 (그 변화시) 변하게 되는, 볼 소켓 조인트의 위치와 이 위치의 변화를, 센서가 최대한 정확하게 검출된 자계를 통해 검출한다는 것이다. 이를 위해, 차량의 축 영역에서 생기는 공간적 운동을 방해하는 일 없이 생성된 측정 신호가 자동차 차체의 실제 위치 변화를 나타내도록, 센서와 자계 발생기를 조인트 볼과 볼 조인트 하우징이 서로 대향 위치하게 배치할 것이 제안된다.

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그러나 이 볼 소켓 조인트에서는 하나의 센서로서는 정확도에 있어 자동차를 위해 충분한 측정 결과를 기대할 수 없는데, 그 이유는 센서는 볼 스터드의 단지 한 운동 방향(자유도)만을 측정할 수 있고 다른 두 자유도는 전자적 평가에 의해 구해지거나 또는 제외되어야하기 때문이다.

그 위에 측정 정확도의 개선을 위해 특허 출원 DE 101 34 259 A1에서는, 적어도 두 자계 센서를 볼 조인트 하우징 내에 서로 대각선 방향으로 구 표면의 영역 내 원 궤도 위에 배치할 것이 제안되어 있다. 그리하여 구 표면에 배치된 자계 발생기의 두 상이한 극들에 의해 볼 스터드의 두 자유도, 즉 스터드의 중심축 주위의 선회와 비틀림을 구하는 것이 가능하다. 모든 세 자유도에 있어 볼 조인트 하우징에 대해 볼 스터드의 정확한 공간적 위치를 구하기 위해 세 자계 센서를 원 궤도 위에 120°의 간격으로 배치할 것이 제안되어 있다.

본 발명의 목적은 단지 수 개의 센서를 사용하여 볼 조인트 하우징 내 볼 스터드의 선동을 높은 정확도로 검출할 수 있는 볼 소켓 조인트를 제공하는데 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 그리하여 볼 소켓 조인트는, 볼 조인트 하우징, 볼 조인트 하우징 내에 수장된 볼 스터드, 볼 스터드의 조인트 볼에 배치된 2 극 자계 검출기 및 볼 조인트 하우징에 배치된 적어도 하나의 자계 방향 센서를 구비하고, 그 자계 방향 센서는 자계 발생기에 의해 생성된 자계와 상호작용을 하고, 거기에 있어 2 극 자계 발생기의 단 하나의 극만이 볼 표면에 배치된다. 자계 발생기의 한 극을 볼 표면에 배치함에 의해 두 극이 볼 표면에 배치되는 배치와는 반대로 자계 방향 센서의 검출 영역에는 방사상 자기장이 생긴다. 이는, 단지 한 센서에 의해 선회축 내 볼 스터드의 선동정도(선회정도)의 정확한 결정(또는 판정)을 신속하게 할 수 있도록 한다. 삽입 설치된 자계 발생기에 의한 볼 표면 형상의 악화는 대단히 미미하다.

자계 발생기, 예컨대 막대 자석이 볼 스터드의 대칭축 내에 배치되면, 각 선회 위치에 있어 볼 스터드의 그의 대칭축 주위 회전 운동이 볼 스터드의 선회의 측정에 영향을 미치지 않을 수 있는데, 그 이유는 매 회전시 방사상 자계로 인해 센서 자리에서의 자계의 방향은 거의 같게 유지되기 때문이다. 이것은 차륜 현가부의 움직임을 통해 차량의 수평 위치를 구할 때 특히 유리한데, 그 이유는 이때에는 측정 오류를 야기하는 또한 조향 동작에 의해 야기되는 볼 헤드의 그 대칭축 주위 회전 운동이 감쇠되기 때문이다.

조인트 볼이 높은 조인트 힘을 전달할 수 있게 금속으로 제조될 수 있도록 하기 위해, 자계 발생기는 볼 헤드 내에 있어 비 자성 재료로 된 층 내에 매립될 수 있다. 내부에 위치하는 자계 발생기의 자극이 금속 조인트 볼에 자기적으로 연결 결합됨에 의해 자계 방향 센서의 검출 영역에서의 자기장의 형태가 개선된다.

자계 방향 센서들이 자계 발생기에 의해 생성된 자계와 상호작용을 하고 그 센서들의 기준축들이 서로 평행하게 뻗지 않게 한, 적어도 두 개의 자계 방향 센서들을 사용함에 의해, 각 방향에 있어 볼 스터드의 선회가 검출될 수 있다.

간단한 장착을 위해 자계 방향 센서들은 한 판 위에, 예로서 볼 조인트 하우징의 폐쇄 덮개에 설치되게 한다. 볼 스터드의 효과적인 설계 버전을 위해 센서들은 서로 90°의 각도로 판 위에 배치되고 판 자체는 볼 스터드의 중심축에 대해 수직으로 배치된다. 이 배치에 의해, 단지 한 측정기, 즉 자계 발생기에 의해, 두 자유도에 따른, 볼 스터들의 기울어짐을 구하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 볼 소켓 조인트의 실시예의 부분 단면도이고,

도 2는 도 1에 도시된 볼 소켓 조인트의 볼 조인트 하우징 내에 일체화 되어 있는 두 개의 자계 방향 센서를 구비한 판의 약시도이고,

도 3은, 본 발명의 실시예에 따른, 해당하는 진행 자력선이 표시된 볼 스터드의 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 볼 소켓 조인트의 추가 실시예의 단면도이다.

[부재 번호의 설명] 1 볼 조인트 하우징, 2 볼 스터드, 3 조인트 볼, 4 자계 발생기, 5 자계 방향 센서, 6 링, 7 판, 8 폐쇄 덮개, 9 케이블, M 볼 스터드의 중심축, α 각도.

본 발명을 이하 첨부 도면을 참고로 상세히 설명하겠다.

도 1에 부분 단면도로 표시된 볼 소켓 조인트는 볼 조인트 하우징(1) 및 조인트 볼(3)에 의해 볼 조인트 하우징(1) 내에 수장된 볼 스터드(2)로 구성되어 있다. 볼 소켓 조인트는 차량 레벨 검출기로서 차량의 주행 기어 내에 삽입,설치되어 있는데, 그 검출기의 신호는 예컨대 정적 또는 동적 (탐조등) 광폭- 및/또는 차량 레벨 조정에 이용될 수 있고, 볼 조인트 하우징(1)이나 또는 볼 스터드(2)는 차륜 현가부와 그리고 볼 스터드(2)나 볼 조인트 하우징(1)은 차량의 새시와 연결되어 있다.

그래서, 차륜 현가부에 대한 차량 차체의 위치 변화 시, 볼 조인트 하우징(1) 내 볼 스터드(2)가, 도로에 대한 차량 차체의 위치 변화를 잘 나타내는 선회가 발생하도록, 볼 소켓 조인트는 차륜 현가부와 새시 사이에 배치된다.

볼 조인트 하우징(1) 내 볼 스터드(2)의 선회(선동)를 검출하기 위해, 볼 스터드(2)의 조인트 볼(3) 내에는 자계 발생기(자계 검출기)(4)로서 자계를 생성하는 막대 자석이 삽입되어 있는데, 그 자계는 예컨대 자기 저항 각도 센서와 같은 볼 조인트 하우징(1)에 설치된 하나 또는 수개의 자계 방향 센서들(5)에 의해 검출된다. 볼 조인트 하우징(1) 내에 있어 볼 스터드(2)의 최대 선회는 도 1에 각도 α로 표시되어 있다.

일반적으로 최고 면압(面壓)은 조인트 볼(3)의 적도 영역에서 발생하기 때문에, 자계 발생기(4)는 조인트 볼(3)의 하부 내에 설치된다. 도 1에 표시된 실시예에서는, 자계 발생기는 조인트 볼(3) 내 비 자성 재료로 된 링(6) 내에 매립되고, 이것이(이 비 자성 재료로 인해) 상자성 재료로 조인트 볼(3)이 형성되어도 괜찮게 한다.

자계 발생기는 예컨대 알니코(Alnico) 500 또는 바륨페라이트와 같은 일반적으로 알려진 내구성 자기 재료로 제조될 수 있다. 이 검출기는 바람직하게는 고급 품질 인수 (BH)max를 가진 재료로 된 영구자석으로, 예컨대 SmCo₅, Sm₂Co₁₇, Nd₂Fe₁₄B 등 재료로 제조된다.

센서들은 볼 조인트 하우징(1) 내 판(7), 예컨대 전도 판 위에 위치한다.

도 2는 판(7) 위의 자계 방향 센서(5)의 배치를 보여준다. 여기서 자계 방향 센서들(5)은 서로 90°의 각도로 된 그의 측정 기준축 x, y를 가지고 또한 판(7) 위 한 평면에 위치해 있다. 연구의 결과, 자계 방향 센서들(5)이 판(7) 위에 서로 가까이 그리고 판(7) 자체는 볼 스터드(2)의 중심축(M)에 대해 직각으로 배치될 경우에는, 볼 스터드(2)의 선회를 검출할 때 양호한 결과가 달성된다는 것이 드러났다.

도 3은, 본 발명의 실시예에 따른, 해당하는 자력선 경과가 표시된 볼 스터드(2)의 단면도를 보여준다. 자계 발생기(4)를 볼 스터드(2)의 대칭축에 평행으로 배치하고 자계 방향 센서들(5)을 자계 발생기(4)에 직각으로 배치함에 의해 센서의 검출 영역에는 방사상 자력선 경과가 얻어진다.

볼 스터드(2)가 볼 조인트 하우징(2) 내에서 선회할 때 자계 발생기(4)의 위치가 그리고 따라서 자계 방향 센서(5) 자리에서의 자력선 경과가 변한다. 자계 방향 센서들(5)은 그 장소에 있어 볼 스터드(2)의 각 위치 또는 선회도에 해당하는 진행 자력선의 각도를 검출한다. 이것은, 단 하나의 측정 장치, 즉 자계 발생기(4)에 의해, 두 자유도에 따른(자유도를 갖는), 볼 조인트 하우징(1) 내 볼 스터드(2)의 선회를 구할 수 있게 한다.

도 3에 표시된 예에서는 자계 발생기(4)의 절연체(6)가 검출기의 측방 영역에서 뻗고 있다. 한편 조인트 볼(3) 내에 위치하는 자계 발생기(4)의 극은 상자성 조인트 볼(3)에 접촉해 있다. 그럼으로써 도 3에 표시된 것과 같은 경과 자력선의 진행이 얻어지고 이에 의해 자력선 방향 센서들(5)에 의한 볼 스터드(2)의 선회의 검출이 개선된다.

자계 발생기(4)를 볼 스터드(2)의 대칭축에 배치함에 의해 측정시 볼 스터드(2)가 그의 대칭축 주위로 회전 운동을 함에 의한 영향은 제거될 수 있는데, 그 이유는 볼 스터드(2)의 선회와는 반대되는 방사상 자계로 인해 볼 스터드(2)의 회전 시 센서 장소에서의 자계의 방향 및 센서에 의해 검출되는 각도는 거의 같기 때문이다. 볼 스터드(2)의 소망스럽지 않은 회전 운동을 측정하기 위한 그런 센서들은, 볼 소켓 조인트가 차륜 현가부에 차량 레벨 검출기로서 사용될 때에는, 예컨대 조향 운동 시 의미를 갖는다.

바람직하게도 볼 소켓 조인트가 차량 레벨 검출기로서 차륜 현가부에 사용될 경우 자계 방향 센서(5)의 측정 기준축 x는 기울어질 때 차체의 레벨 위치가 변하는데 따라 배향되며, 그 경우 다른 측정 기준축 y 또는 다른 자계 방향 센서(5)는 제동 부하 또는 가속 부하에 의해 생기는 차량의 인상 동작을 검출하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 볼 소켓 조인트의 추가 실시예의 단면도를 표시한다. 여기서 센서들은 자계 발생기(4)를 용이하게 장착하고 위치 정할 수 있도록 볼 조인트 하우징(1)의 폐쇄 덮개(8)에 있는 판(7) 위에 설치된다. 볼 조인트 하우징(1)은 하부 영역에 개구를 갖고 있는데 그 개구는 초음파 용접 또는 열 봉쇄 방법에 의해 폐쇄 덮개로 폐쇄된다. 그리고 자계 방향 센서들(5)은 전도판을 형성하는, 폐쇄 덮개(8)의 성분인 판(7) 위에 위치한다. 볼 조인트 하우징(1)을 폐쇄 덮개(8)에 의해 폐쇄한 후에 센서들은 조인트 볼(3) 내에 삽입된 자계 발생기(4)를 향하도록 위치한다.

볼 조인트 하우징(1)과 폐쇄 덮개(8)는 그 자체 공지의 방법으로 사출성형법으로 제조될 수 있는 것으로, 이때에 센서들을 접점화 하는 케이블(9)을 폐쇄 덮개(8)를 통해 삽입하거나 밖으로 꺼내고, 그럼으로써 동시에 폐쇄 덮개(8)를 통한 케이블(9)의 견인 응력 제거 및 밀폐가 이루어질 수 있다. 볼 하우징으로부터 인출된 케이블(9)의 접점화는 플러그 연결기에 의해 이루어진다.

센서 모듈을 볼 조인트 하우징 내에 장착하고 폐쇄 덮개(8)를 덮어서 케이블(9)과 장착된 센서 모듈 사이에 연결을 형성하는 것도 가능하다.

Claims

볼 조인트 하우징(1), 상기 볼 조인트 하우징(1) 내에 수장된 볼 스터드(2), 상기 볼 스터드(2)의 조인트 볼(3)에 배치된 2 극 자계 발생기(4) 및 볼 조인트 하우징(1)에 배치된 적어도 하나의 자계 방향 센서(5)를 구비하고 있고, 상기 자계 방향 센서는 자계 발생기(4)에 의해 생성된 자계와 상호작용을 하고, 상기 2극 자계 발생기(4)의 단 하나의 극만이 볼 표면에 배치되는, 볼 소켓 조인트에 있어서,

상기 조인트 볼(3)은 강자성 재료로 이루어지고, 상기 자계 발생기(4)는 상기 조인트 볼 내에서 비자성 재료로 된 층(6) 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제 1 항에 있어서, 자계 발생기(4)의 양 극들이 볼 스터드(2)의 대칭축 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자계 발생기(4)는 막대 자석인 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
삭제
제 3 항에 있어서, 조인트 볼 내에 위치하는 자계 발생기(4)의 극은 상자성 조인트 볼(3)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자계 발생기(4)에 의해 생성된 자계와 상호작용을 하고 있는 적어도 두 개의 자계 방향 센서들(5)은 볼 조인트 하우징(1) 내에 배치되어 있고, 상기 자계 방향 센서들(5)의 측정 기준축들(x, y)은 한 평면에 놓여있고 서로 평행하지 않게 연장하는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제 6 항에 있어서, 두 자계 방향 센서들(5)은 판(7) 위에서 서로 90°의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제 7 항에 있어서, 상기 판(7)은 볼 조인트 하우징(1)의 폐쇄 덮개(8)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제 8 항에 있어서, 상기 판(7)은 볼 스터드의 중심축에 대해 직각으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 소켓 조인트는 차량 레벨 검출기로서 차량의 주행 기어 내에 설치되어 있고, 상기 볼 조인트 하우징(1)과 볼 스터드(2)는 차량 새시와 차량의 차륜 현가부 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.