KR101030570B1 - 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템은, 자기장을 발생시키는 2 쌍의 공진형 유도 코일; 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일에 의해 발생되는 자속 량을 변화시키는 2 쌍의 회전 제어판; 및 상기 회전 제어판에 의해 회전 제어되는 회전판으로 구성된 비접촉식 변위 센서를 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 종래의 접촉에 의한 내구성 저하 및 진동에 의한 품질 문제를 해결하여, 운전자의 안전성을 확보하고 운전자의 가속 의지를 정확하게 엔진 컨트롤 유니트(ECU)로 전달하여 가속이 정확하게 이루어지며, 또한, 종래의 인덕티브(Inductive) 방식이 가지고 있는 송/수신 코일 형식을 배제하여, 복잡한 코일 구조를 단순화시킬 수 있게 되며, ASIC을 1 개만 사용하여 품질 문제가 발생할 수 있는 요소를 제거할 수 있게 된다.
비접촉식 변위 센서, 공진형 유도 코일, 회전 제어판, 회전판, 신호 보증 매트릭스

Description

비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템 {Car pedal system using a no-touch type displacement sensor}
본 발명은, 접촉에 의한 내구성 저하와 접촉 불량에 의한 차량 가속 불량 요소 등을 효율적으로 제거할 수 있는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템에 관한 것이다.
도 1은, 종래의 접촉식 페달 변위 센서에 대한 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는, 종래의 접촉식 페달 변위 센서에 대한 일부 상세 구성을 도시한 도면이다.
예를 들어, 국내에서 생산 및 시판되고 있는 차량에 탑재된 전자식 악셀레이터 페달은, 세라믹 또는 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 센서 기판(15) 위에, 신호 저항들(152,153)이 저항 트랙으로 인쇄되어 있다.
그리고, 상기 저항 트랙 위를 도전체(141,142)로 접촉하여 전압을 출력하는 방식의 변위 센서, 즉 저항을 이용한 전압 분배 법칙이 적용되는 페달의 힌지 또는 링크 구조를 이용하여 페달에 조립되어 있다.
한편, 차량의 속도를 가속하기 위하여 운전자가, 악셀레이터 페달을 밟으면 페달 암(12)이 회전하고, 상기 페달 암의 힌지 또는 링크로 연결되어 있는 도전체(예: 브러시)(141,142)는, 저항 트랙(152,153) 위를 암 회전각도 만큼 이동하게 된다.
그리고, 이때 출력 전압(Vout)은, V(out) = 입력 전압 * (접촉된 저항/전체 트랙 저항)이라는 공식에 의하여 전압이 출력되며, 제1 출력 전압은, 제2 출력전압의 2 배가 되는 전압이 된다.
한편, 운전자가 악셀레이터 페달에서 발을 떼면, 페달 자체의 리턴 스프링에 의하여 변위 센서의 도전체(141,142)가 페달 작동 이전 위치로 복귀하게 되는 데, 이와 같은 접촉식 전자식 악셀레이터 페달은, 도전체(141,142)가 직접 저항 트랙(152,153) 위를 접촉하여 전압을 출력하기 때문에, 작동 횟수가 많을수록 접촉에 의한 도전체와 저항 트랙 간의 마모 현상이 발생하게 된다.
또한, 차량 진동 등으로 인해 인쇄회로기판(PCB)의 저항 트랙과 도전체의 접촉 불량 등이 발생하여, 출력 신호의 단락 현상 등에 의한 출력 신호 불량으로 운전자의 정확한 가속 의지를 차량용 엔진 컨트롤 유니트(ECU)에 전달하지 못하게 되므로, 차량 가속 불량 등이 발생하게 된다.
한편, 도 3은 종래의 인덕티브(Inductive) 방식의 비접촉식 페달 변위 센서에 대한 실시예를 도시한 것으로, 발진 회로를 가진 송신 코일(21)과, 송신 코일로부터 자기장을 받아 회전 제어판(24)의 회전을 감지하는 수신 코일인 회전부 코일(22), 그리고 회전 제어판과의 직선거리를 감지하는 거리부 코일(23)로 구성된 다.
또한, 상기 회전부 코일(22)에서 발생하는 신호를 거리부 코일(23)에서 발생하는 신호로 나누어 신호를 보증하고, 아날로그 회로를 이용하여 차량용 신호로 만들어 출력하는 데, 이와 같은 인덕티브(Inductive) 방식의 비접촉 페달 변위 센서는, 항상 송/수신 코일 방식으로 구성을 해야만 한다.
그러나, 상기와 같은 송수신 코일 방식은, 코일 패턴이 매우 복잡하여 인쇄하기 어렵기 때문에, 품질 관리가 용이하지 못하며, 또한 2 개의 신호를 출력하는 방식으로 신호 보증하고, 차량용 신호로 보정하는 아날로그 회로를 ASIC 화(25)하여 사용하고 있기 때문에, 항상 2 개의 ASIC이 필요하므로, 단가가 높고 품질 관리가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은, 접촉에 의한 내구성 저하 및 진동에 의한 품질 문제를 해결함과 아울러, 복잡한 구조의 송/수신 코일을 사용하지 않고 2 쌍의 공진형 코일을 사용하는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템은, 자기장을 발생시키는 2 쌍의 공진형 유도 코일; 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일에 의해 발 생되는 자속 량을 변화시키는 2 쌍의 회전 제어판; 및 상기 회전 제어판에 의해 회전 제어되는 회전판으로 구성된 비접촉식 변위 센서를 이용하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일에서 발생되는 자기장은, 상기 회전 제어판과 유도 코일이 서로 겹치는 면적에 따라 진폭이 다른 교류 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 비접촉식 변위 센서는, 인쇄회로기판에 설치되고, 상기 인쇄회로기판에는, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일의 출력 신호를 외부 노이즈 및 왜란으로부터 보증하기 위한 보증 매트릭스(Metrics)를 구현하는 회로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 인쇄회로기판에는, 상기 2 쌍의 유도 코일에서 발생되는 자기장에 의해 교류 신호를 발생시키는 발진 회로; 상기 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류 회로; 상기 정류 회로를 거쳐 나온 2 쌍의 직류 신호를 감산하는 감산 회로; 상기 직류 신호를 가산하는 가산 회로; 상기 감산 회로와 가산 회로에서 출력된 신호를 증폭하는 증폭 회로; 및 상기 증폭 회로에 의해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 감산 신호를 가산 신호로 나누어 신호를 보증하고, 차량에서 사용하기 적합한 신호로 보정하는 디지털 시그널 프로세서와, 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터로 구성되는 마이크로 컨트롤러가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래의 접촉에 의한 내구성 저하 및 진동에 의한 품질 문제를 해결하여, 운전자의 안전성을 확보하고 운전자의 가속 의지를 정확하게 엔진 컨트롤 유니트(ECU)로 전달하여 가속이 정확하게 이루어진다.
또한, 종래의 인덕티브(Inductive) 방식이 가지고 있는 송/수신 코일 형식을 배제하여, 복잡한 코일 구조를 단순화시킬 수 있게 되며, ASIC을 1 개만 사용하여 품질 문제가 발생할 수 있는 요소를 제거할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는, 본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서에 대한 실시예를 도시한 것으로, 예를 들어, 상기 비접촉식 변위 센서는, 공진형 유도 코일을 이용한 비접촉식 차량용 페달 센서가 사용된다.
한편, 상기 비접촉식 변위 센서는, 자기장을 발생시키는 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)과, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)에 의해 발생되는 자속 량을 변화시키는 2 쌍의 회전 제어판(32)과, 상기 회전 제어판(32)에 의해 회전 제어되는 회전판(33)으로 구성되며, 상기 비접촉식 변위 센서는, 인쇄회로기판(PCB)(34)에 설치된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(34)에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 2 쌍의 유도 코일(31)에 자기장을 발생시키기 위한 교류 발진 회로(35)가 설치되는 데, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)에서 발생된 자기장은, 상기 회전 제어판(32)과 유도 코일이 서로 겹치는 면적에 따라 진폭이 다른 교류 신호를 발생시키게 된다.
그리고, 상기 인쇄회로기판(34)에는, 상기 발생된 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류 회로(36)와, 상기 정류 회로(36)를 거쳐 나온 2 쌍의 직류 신호를 감산하는 감산 회로(37)와, 상기 직류 신호를 가산하는 가산 회로(38), 그리고 상기 감산 회로(37)와 가산 회로(38)에서 출력된 신호를 증폭하는 증폭 회로(39)가 설치된다.
또한, 상기 증폭 회로(39)에 의해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(400)와, 상기 감산 신호를 가산 신호로 나누어 신호를 보증하고, 차량에서 사용하기 알맞은 신호로 보정하는 디지털 시그널 프로세서(DSP)(401)와, 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(402)로 구성되는 마이크로 컨트롤러(40)가, 상기 인쇄회로기판(34)에 설치된다.
한편, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)에서 자기장이 발생하게 되면, 자속 량을 제어하는 2 쌍의 회전 제어판(32)은, 페달 암이 회전할 때 같이 회전하기 때문에, 상기 회전 제어판(32)과 공진형 유도 코일(31)이 서로 겹치는 면적이 변화하게 된다.
그리고, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)은, 상기 발진 회로(36)와 조합되어 일정한 진폭을 가진 교류 주파수를 발생시키게 되는 데, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)에 겹치는 회전 제어판(32)의 면적에 따라 와전류 발생량이 다르게 되 며, 이와 같은 와전류의 흐름에 의해 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)에서 발생하는 자속과 반대 반향의 자속이 발생하게 되고, 이러한 자속의 영향에 의해 발진 회로(35)에 출력되는 신호의 진폭이 감쇄하게 된다.
따라서, 상기 회전 제어판(32)과 2 쌍의 공진형 유도 코일(31)이 서로 겹치는 면적에 따라, 진폭이 다른 교류 신호가 발생하고, 상기 발생된 교류 신호를 정류 회로(36)에서 직류로 변환하여 2 쌍의 직류 신호를 만들어 낸다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서의 신호 보증 매트릭스(Metrics)를 도시한 도면으로서, 신호 보증 매트릭스(Metrics)를 이용하여 2 쌍의 직류 신호를 외부 노이즈 및 왜란에 영향을 안 받는 별도의 보증 출력 신호를 만들어 내는 데, 상기 신호 보증 매트릭스는 다음과 같이 된다.
[수학식1]
Figure 112008085706794-pat00001
[수학식2]
Figure 112008085706794-pat00002
여기서, VPA1은, PA1 공진형 유도 코일(311)에서 발생된 신호를 직류 신호로 변환하였을 때 신호이고, VPA2은, PA2 공진형 유도 코일(314)에서 발생된 신호를 직류 신호로 변환하였을 때 신호이다.
그리고, VPB1은, PB1 공진형 유도 코일(312)에서 발생된 신호를 직류 신호로 변환하였을 때 신호이고, VPB2은, PB2 공진형 유도 코일(313)에서 발생된 신호를 직류 신호로 변환하였을 때 신호를 나타낸다.
한편, 이와 같은 신호 보증 매트릭스를 회로로 구성하면, 2 쌍의 직류 신호를 감산 회로(37)에서 감산하고, 가산 회로(38)에서 가산하여 출력된 신호를 증폭 회로(39)에서 증폭하게 된다.
그리고, 상기 신호가, 마이크로 컨트롤러(40)의 A/D 컨버터(400)에 입력되면, 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되고, 상기 디지털 시그널 프로세서(401)에서는, 감산 신호를 가산 신호로 나누어 신호를 보증하여, 차량에 사용하기 알맞은 신호로 보정한 후, 상기 D/A 컨버터(402)에서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 종래의 접촉에 의한 내구성 저하와 접촉 불량에 의한 차량 가속 불량 요소를 효율적으로 제거할 수 있게 되며, 또한 종래의 인덕티브(Inductive) 방식의 비접촉 페달 변위 센서에 비해 훨씬 간단한 구조로 품질 관리가 가능하게 된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 차량용 접촉식 페달 변위 센서를 도시한 도면,
도 2는 종래의 차량용 접촉식 페달 변위 센서의 일부 상세 구성을 도시한 도면,
도 3은 종래의 차량용 인덕티브(Inductive) 방식의 비접촉식 페달 변위 센서를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 비접촉식 변위 센서에 대한 실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템에 대한 실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 변위 센서의 신호 보증 매트릭스(Metrics)를 도시한 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
31 : 공진형 유도 코일 32 : 회전 제어판
33 : 회전판 34 : 인쇄회로기판
35 : 발진 회로 36 : 정류 회로
37 : 감산 회로 38 : 가산 회로
39 : 증폭 회로 40 : 마이크로 컨트롤러
311 : 제어판 PA1 312 : 제어판 PB1
313 : 제어판 PB2 314 : 제어판 PA2
400 : A/D 컨버터 401 : 디지털 시그널 프로세서
402 : D/A 컨버터

Claims (4)

  1. 자기장을 발생시키는 2 쌍의 공진형 유도 코일;
    상기 2 쌍의 공진형 유도 코일에 의해 발생되는 자속 량을 변화시키는 2 쌍의 회전 제어판; 및
    상기 회전 제어판에 의해 회전 제어되는 회전판으로 구성된 비접촉식 변위 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2 쌍의 공진형 유도 코일에서 발생되는 자기장은, 상기 회전 제어판과 유도 코일이 서로 겹치는 면적에 따라 진폭이 다른 교류 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위 센서는, 인쇄회로기판에 설치되고,
    상기 인쇄회로기판에는, 상기 2 쌍의 공진형 유도 코일의 출력 신호를 외부 노이즈 및 왜란으로부터 보증하기 위한 보증 매트릭스(Metrics)를 구현하는 회로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위 센서는, 인쇄회로기판에 설치되고,
    상기 인쇄회로기판에는,
    상기 2 쌍의 유도 코일에서 발생되는 자기장에 의해 교류 신호를 발생시키는 발진 회로;
    상기 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류 회로;
    상기 정류 회로를 거쳐 나온 2 쌍의 직류 신호를 감산하는 감산 회로;
    상기 직류 신호를 가산하는 가산 회로;
    상기 감산 회로와 가산 회로에서 출력된 신호를 증폭하는 증폭 회로; 및
    상기 증폭 회로에 의해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 감산 신호를 가산 신호로 나누어 신호를 보증하고, 차량에서 사용하기 적합한 신호로 보정하는 디지털 시그널 프로세서와, 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터로 구성되는 마이크로 컨트롤러가 설치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 변위 센서를 이용한 차량용 페달 시스템.
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