KR101189573B1 - 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터 - Google Patents

조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터 Download PDF

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KR101189573B1
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곽희천
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Abstract

본 발명은 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 관한 것으로서, 내부에 조향각 검출을 위한 조향기어 및 종동기어, 각도검출수단, 조향각을 연산하기 위한 연산/제어부, 그리고 연산된 값을 출력하기 위한 출력부를 구비하여 조향각 센서와 일체로 통합된 형태로 구성되는 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 스티어링 롤 커넥터와 조향각 센서가 하나의 부품으로 통합되어 제공될 수 있게 됨으로써, 두 부품을 별도 부품으로 구성하는 것에 비해 상대적으로 부품의 부피를 줄일 수 있고, 부품 수 축소 및 원가 절감이 가능해지며, 부품 장착시 공간확보 측면 및 주변 부품의 공간확보 측면에서 유리해지는 장점이 있게 된다.
조향각 센서, 스티어링 롤 커넥터, SRC, 부품 통합

Description

조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터 {Automobile steering roll connector united with steering angle sensor}
도 1은 통상의 조향각 검출장치에 포함된 주요 구성요소를 도시한 개략도,
도 2는 개별 부품으로 제작된 종래의 SRC 어셈블리와 조향각 검출장치를 도시한 도면,
도 3은 개별 부품으로 제작된 종래의 SRC 어셈블리와 조향각 검출장치의 조립상태도,
도 4는 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 구성을 보여주는 분해사시도,
도 5는 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 스티어링 휠 측을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 스티어링 컬럼 측을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 케이스에 조향기어, 종동기어, 각도검출수단, PCB가 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터에서 조향각 검출 및 연산, 출력을 위한 구성요소의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 스티어링 롤 커넥터(SRC) 111 : 터미널부
120 : 릴 130 : 케이스
131 : 터미널부 140 : 상부 커버
150 : 플랫 케이블 161 : 조향기어
162, 163 : 종동기어 164, 165 : 각도검출수단
171 : 연산/제어부 172 : CAN 트랜시버
본 발명은 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 조향각 검출을 위한 조향기어 및 종동기어, 각도검출수단, 조향각을 연산하기 위한 연산/제어부, 그리고 연산된 값을 출력하기 위한 출력부를 구비하여 조향각 센서와 일체로 통합된 형태로 구성되는 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 스티어링 휠 어셈블리는 크게 스티어링 휠, 스티어링 컬럼, 스티어링 롤 커넥터(Steering Roll Connector, SRC) 어셈블리, 그리고 멀티펑션 스위치 어셈블리 등으로 구성되어 있다.
여기서, SRC 어셈블리는 스티어링 휠이 회전하는 동안에도 스티어링 휠 측의 에어백 모듈이나 리모트 컨트롤 스위치, 혼 등에 전원을 공급해주는 역할을 하는 부품으로서, 스티어링 휠 측의 전자장치와 컬럼 측의 유니트 사이에 스티어링 휠의 회전운동에 영향을 받지 않고 전원 및 신호(signal)의 전달이 가능하도록 회전 기능을 부여한 커넥터를 말하며, 스티어링 휠의 회전시에도 회로가 끊어지지 않는 구조로 설계되어 있다.
상기 SRC 어셈블리는 통상 멀티펑션 스위치의 상측에 고정되는데, 회전되는 로터와, 고정되는 케이스 및 스테이터를 포함하여 구성되고, 상기 세 부품으로 구성된 공간에는 전원연결장치인 플랫 케이블이 설치된다.
상기 플랫 케이블은 케이스 내부에 시계 태엽(clock spring) 형태로 수납되어 스티어링 휠의 회전과 동시에 회전되고, 이러한 회전동작에 의해 스티어링 휠의 회전과 상관없이 전원 및 신호(signal)를 전달할 수 있게 되어 있다.
한편, SRC 어셈블리와 함께 스티어링 컬럼에 장착되는 부품 중에는 조향각 검출장치가 있으며, 이 조향각 검출장치는 스티어링 휠의 회전각도 및 회전각속도, 즉 조향각 및 조향각속도를 검출하는 부품이다.
상기 조향각 검출장치에 의해 검출된 조향각 및 조향각속도는 차량에 설치된 각종 제어 시스템에 제공되고 있다.
예를 들면, 최근 운전자의 조향 의지를 판단하여 차량을 제어하는 다양한 차량 제어 시스템이 도입되고 있는 바, 실제 차량의 거동상태와 운전자의 조향 의지를 비교/판단하여 차량의 차선 이탈을 방지하고 차량의 자세를 제어하는 ESP(Electronic Stability Program) 시스템을 그 예로 들 수 있다.
이러한 ESP 시스템뿐만 아니라 조향 의지를 판단하는 각종 차량 제어 시스템의 제어성능을 향상시키기 위해서는 무엇보다도 정확한 조향축의 조향각을 제공하는 것이 필수적이다.
조향각 검출장치는 미국특허 제5,930,905호 및 제6,324,905호에 개시되어 있으며, 주요 구성요소는 첨부한 도 1에 나타낸 바와 같다.
이에 도시된 바와 같이, 통상의 조향각 검출장치는 스티어링 컬럼 내에 위치하여 스티어링 축과 일체로 회전하는 조향기어(10), 상기 조향기어(10)에 치합되어 회전되는 두 개의 종동기어(20), 연산/제어부(40)에 연결되어 상기 종동기어(20)의 회전각을 전자기적으로 검출하는 각도검출수단(30)으로 이루어진다.
이러한 조향각 검출장치에서는 운전자가 스티어링 휠을 통해 스티어링 축(50)을 회전시킴에 따라 조향기어(10)가 스티어링 축(50)과 일체로 회전되고, 이에 조향기어(10)에 치합된 두 개의 종동기어(20)가 연동하여 회전되면, 종동기어(20) 주변에 위치한 각도검출수단(30)이 전기적 또는 자기적으로 종동기어(20)의 회전각도를 검출하는 바, 이때 연산/제어부(40)는 종동기어(20)의 회전각도를 전기적 신호로 전달받아 스티어링 축의 회전각을 산출하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, SRC 어셈블리와 조향각 검출장치는 스티어링 컬럼에 장착되는 부품으로, SRC 어셈블리는 회전하는 스티어링 휠의 전자장치들과 차량 내 와이어링을 연결시키는 기능을 하고, 조향각 검출장치는 운전자에 의해 스티어링 휠의 조작 각도 및 각속도를 검출하여 관련 장치에 검출값을 전송하는 기능을 한다.
한편, 상기와 같이 차량의 스티어링 컬럼에 장착되는 SRC 어셈블리와 조향각 검출장치는 두 부품이 항상 분리 적용되어 왔다.
즉, SRC 어셈블리와 조향각 검출장치는 별개의 부품으로 제작된 뒤 함께 조립되어 스티어링 컬럼에 장착되었으며, 이와 같이 별개의 부품으로 제작된 뒤 조립되는 두 부품을 스티어링 컬럼에 장착할 때 다음과 같은 문제점이 있었다.
첨부한 도 2는 개별 부품으로 제작된 종래의 SRC 어셈블리와 조향각 검출장치를 도시한 도면이고, 도 3은 개별 부품으로 제작된 종래의 SRC 어셈블리와 조향각 검출장치의 조립상태도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 SRC 어셈블리(1)와 조향각 검출장치(2)는 스티어링 컬럼에 함께 장착되는 부품이면서도 내부 구성요소 및 케이스 등 구성이 서로 완전 분리된 별도 부품으로 제작되며, 조향각 검출장치(2)가 도 3에 나타낸 바와 같이 SRC 어셈블리(1)에 부착되어 장착되므로 SRC 어셈블리(1)의 두께와 조향각 검출장치(2)의 두께가 합쳐져 두 부품이 차지하는 공간은 매우 커지게 된다.
이와 같이 두 부품이 별도 부품으로 제작되어 조립 후에 매우 큰 부피를 차지하고 있는 바, 부품 장착시 공간확보 측면에서 어려움이 있는 것이 사실이며, 주변 부품의 공간확보 측면에서도 어려움이 있는 바, 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 스티어링 롤 커넥터와 조향각 센서가 통합되어 하나의 부품으로 구성됨으로써, 부피 및 부품 수 축소는 물론 원가 절감이 가능해지고, 부품 장착시 공간확보 측면에서 보다 유리해지는 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 스티어링 휠에 결합되어 일체로 회전하는 회전체 및 상기 회전체에 일체로 조립되는 릴과, 스티어링 컬럼 측에 고정되는 케이스 및 상기 케이스에 일체로 조립되는 상부 커버와, 상기 케이스와 상기 상부 커버가 형성하는 내부공간에 장착되는 플랫 케이블과, 상기 케이스 내부 일측에 설치되는 PCB를 포함하여 구성되는 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 있어서,
상기 케이스 내부에 장착되어 상기 회전체와 일체로 회전하는 조향기어와;
상기 케이스 내부에 상기 조향기어와 치합된 상태로 설치되어 조향기어의 회전시에 함께 회전하는 두 종동기어와;
상기 케이스 내부에 각각의 종동기어에 대해 일정 간격을 두고 근접되게 설치되어 각 종동기어의 회전각을 검출하는 각도검출수단과;
상기 각도검출수단의 출력신호로부터 조향각 및 조향각속도를 연산하는 연산/제어부와;
상기 연산/제어부에 의해 연산된 조향각 및 조향각속도를 출력하는 출력부 와;
상기 케이스의 외부 일측에 설치되어 상기 출력부에서 출력되는 조향각 및 조향각속도 신호를 외부로 전달하기 위한 터미널부;
를 포함하여 구성되는 조향각 센서가 상기 케이스와 상기 상부 커버가 형성하는 내부공간에 일체로 통합 구성되는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터를 제공한다.
여기서, 상기 조향기어는 상기 회전체와 일체로 회전하도록 상기 릴에 장착되어 이 릴을 매개로 상기 회전체에 연결되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 PCB에 연산/제어부 및 출력부를 포함하여 조향각 및 조향각속도를 연산 및 출력하기 위한 각종 회로 및 소자들이 통합 탑재되어, 상기 PCB가 스티어링 롤 커넥터 및 조향각 센서용 PCB로 통합된 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 관한 것으로서, 장착시 공간 측면에서 유리하도록 조향각 센서와 스티어링 롤 커넥터를 통합시켜 통합된 하나의 부품이 두 기능을 수행할 수 있도록 구성되는 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 스티어링 롤 커넥터의 내부에 조향각 센서의 주요 구성요소, 즉 스티어링 휠의 회전조작에 따라 회전하는 조향기어, 상기 조향기어에 연동하여 회전하는 두 종동기어, 그리고 상기 두 종동기어의 회전각을 전자기적으 로 검출하는 각도검출수단이 추가되고, 또한 스티어링 롤 커넥터의 PCB와 조향각 센서의 PCB가 하나의 PCB로 통합되어 구성된다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 구성을 보여주는 분해사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 스티어링 휠 측을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 스티어링 컬럼 측을 도시한 도면이다.
이에 도시한 바와 같이, 스티어링 롤 커넥터(SCR)(100)는 기본적으로 스티어링 휠에 결합되어 일체로 회전하는 회전체(110) 및 상기 회전체(110)에 일체로 조립되는 릴(120), 스티어링 컬럼 측에 고정되는 케이스(130) 및 상기 케이스(130)에 일체로 조립되는 상부 커버(140), 상기 케이스(130)와 상기 상부 커버(140)가 형성하는 내부공간에 장착되는 플랫 케이블(150)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 회전체(110)의 외부 일측에는 터미널부(111)가 구비되고, 상기 회전체(110)의 중앙 내주부에 릴(120)이 조립되어 상기 회전체(110)와 릴(120)이 스티어링 휠과 일체로 회전되게 되어 있다.
그리고, 상기 플랫 케이블(150)은 상기 케이스(130)와 상기 상부 커버(140)가 형성하는 내부공간에서 릴(120) 외측으로 장착되어 그 일단부가 상기 회전체(110)의 터미널부(111)에 연결되고, 타단부가 케이스(130) 내부 일측에 설치된 PCB(170)에 연결된다.
상기 회전체(110)의 터미널부(111)는 스티어링 휠에 장착되는 각종 전자장치가 전원 및 신호의 전달이 가능하도록 연결되는 부분이 된다.
또한 상기 PCB(170)는 외부와의 신호 입출력을 위한 별도의 터미널부(131)에 연결되고, 이 터미널부(131)는 케이스(130)의 외부 일측에 설치된다.
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터의 케이스(130)에 조향기어(161), 종동기어(162,163), 각도검출수단(164,165), PCB(170)가 설치된 상태를 도시한 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 케이스(130)의 내부에 조향각 센서의 구성요소, 즉 조향기어(161)와 일정 기어비를 갖는 두 종동기어(162,163), 각도검출수단(164,165)이 설치되고, 조향각 센서의 PCB가 스티어링 롤 커넥터의 PCB(170)에 통합된다.
즉, 조향기어, 두 종동기어, 각도검출수단, 상기 각도검출수단의 출력신호로부터 조향각 및 조향각속도를 연산하는 연산/제어부, 그리고 상기 연산/제어부에 의해 연산된 조향각 및 조향각속도를 출력하는 출력부 등으로 구성되는 조향각 센서가 스티어링 롤 커넥터(100)의 케이스(130)와 상부 커버(140)가 형성하는 내부공간에 일체로 통합 구성되는 것이다.
상기 조향기어(161)는 케이스(130) 내부에서 회전체(110)에 조립된 릴(120)에 장착되어 상기 릴(120)을 매개로 회전체(110)와 일체로 회전하도록 되어 있으며, 상기 회전체(110)가 스티어링 휠과 일체 회전하도록 되어 있으므로 운전자가 스티어링 휠을 회전조작하는 경우 상기 조향기어(161)가 동시 회전하도록 되어 있다.
또한 상기 두 종동기어(162,163)는 케이스(130) 내부에 조향기어(161)와 치합된 상태로 설치되며, 이들은 조향기어(161)가 회전하게 될 때 함께 회전하게 된 다.
또한 상기 두 종동기어(162,163)에는 마그넷(magnet)(도시하지 않음)이 부착되고, 각각의 종동기어에 대하여 일정 간격을 두고 근접되게 각도검출수단(164,165)이 설치되는 바, 상기 각도검출수단(164,165)으로는 자기저항센서(Magneto Resistance Sensor, MR 센서)가 설치될 수 있으며, 자기저항센서 중에서도 철과 니켈 합금의 일종인 퍼멀로이(등록상표임) 박막으로 제조된 이방성 자기저항센서(Anisotropic Magneto Resistance Sensor, 이하 AMR 센서라 함)가 양호하게 사용될 수 있다.
결국, 운전자가 스티어링 휠을 회전조작하게 되면, 회전조작량만큼 스티어링 휠에 결합된 회전체(110)와 함께 조향기어(161)가 동시에 회전하게 되고, 또한 조향기어(161)에 치합된 각 종동기어(162,163)가 동시에 회전하게 되는 바, 상기 각 AMR 센서(164,165)로부터는 반복적인 신호 형태의 전기적인 신호가 출력된다.
상기 각 AMR 센서(164,165)는 그로부터 출력되는 전기적인 신호가 PCB(170)에 장착된 마이컴(연산/제어부)으로 입력되도록 연결되어 있으며, 상기 마이컴은 각 AMR 센서(164,165)로부터 출력되는 전기적인 신호를 입력받아 이를 토대로 조향각 및 조향각속도를 연산하게 된다.
그리고, 상기 PCB(170)에는 스티어링 롤 커넥터에서 사용되는 각종 회로 및 소자들이 탑재되고, 그 외에 조향각 연산 및 출력을 위한 각종 회로 및 소자들이 탑재된다.
즉, 기존 조향각 센서의 PCB에 장착되는 각종 회로 및 소자들이 스티어링 롤 커넥터(100)의 PCB(170)에 함께 탑재되는데, 예컨대 AMR 센서(161,162)의 출력신호로부터 조향각 및 조향각속도를 연산하는 연산/제어부(마이컴으로 구현됨), 상기 연산/제어부에서 연산된 값을 출력하기 위한 통신 IC 등이 설치될 수 있다.
통상의 조향각 센서에서는 연산/제어부에 의해 계산된 조향각 및 조향각속도가 이를 필요로 하는 각종 시스템에 CAN 통신라인을 통하여 전송되고, 이를 위해 CAN 트랜시버(CAN Tranceiver)가 설치되고 있는 바, 상기 PCB에는 CAN 트랜시버를 포함하여 각 AMR 센서(164,165)의 출력신호로부터 조향각 및 조향각속도를 계산하고 계산된 값을 전송하기 위한 각종 회로 및 소자들이 설치된다.
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터에서 조향각 검출 및 연산, 출력을 위한 구성요소의 개략도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 각 종동기어(162,163)가 회전함에 따라 AMR 센서(164,165)로부터 출력되는 전기적인 신호가 연산/제어부(171)로 입력되고, 이 연산/제어부(171)에서는 AMR 센서(164,165)의 신호로부터 조향각 및 조향각속도를 연산하는 바, 여기서 연산된 값은 CAN 트랜시버(172)를 통해 외부로 전송되게 된다.
물론, 상기 PCB(도 7에서 도면부호 170임)가 전원 및 신호의 입/출력이 가능하도록 케이스(130)에 설치된 터미널부(131)와 연결되어 있으므로 측정된 조향각 및 조향각속도는 최종 출력부인 상기 터미널부(131)를 통해 출력되게 된다.
본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터에서 조향기어, 종동기어, AMR 센서, 연산/제어부, 출력부 등에 의해 조향각 및 조향각속도가 검출, 연산, 출력되는 원리 및 상기 각 구성요소의 작동상태는 종래의 조향각 센서에 포함된 조향기어, 종동기 어, AMR 센서, 연산/제어부, 출력부의 통상적인 검출원리 및 작동상태와 동일하고, 이러한 검출원리 및 작동상태는 잘 알려진 공지의 기술이므로, 본 명세서에서 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 스티어링 롤 커넥터에는 조향각 검출 및 연산, 출력을 위한 조향기어 및 종동기어, AMR 센서, 연산/제어부, 출력부 등이 설치되는 바, 이에 따라 조향각 센서가 통합된 스티어링 롤 커넥터가 구성되는 것이며, 이와 같이 조향각 센서가 통합된 스티어링 롤 커넥터가 하나의 부품으로 제공되어 스티어링 컬럼에 장착될 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 의하면, 스티어링 롤 커넥터와 조향각 센서가 하나의 부품으로 통합되어 제공될 수 있게 됨으로써, 두 부품을 별도 부품으로 구성하는 것에 비해 상대적으로 부품의 부피를 줄일 수 있고, PCB 및 케이스 등을 공유하므로 부품 수 축소 및 원가 절감, 중량 저감이 가능해지며, 부품 장착시 공간확보 측면 및 주변 부품의 공간확보 측면에서 유리해지는 장점이 있게 된다.

Claims (3)

  1. 스티어링 휠에 결합되어 일체로 회전하는 회전체 및 상기 회전체에 일체로 조립되는 릴과, 스티어링 컬럼 측에 고정되는 케이스 및 상기 케이스에 일체로 조립되는 상부 커버와, 상기 케이스와 상기 상부 커버가 형성하는 내부공간에 장착되는 플랫 케이블과, 상기 케이스 내부 일측에 설치되는 PCB를 포함하여 구성되는 자동차용 스티어링 롤 커넥터에 있어서,
    상기 케이스 내부에 장착되어 상기 회전체와 일체로 회전하는 조향기어와;
    상기 케이스 내부에 상기 조향기어와 치합된 상태로 설치되어 조향기어의 회전시에 함께 회전하는 두 종동기어와;
    상기 케이스 내부에 각각의 종동기어에 대해 일정 간격을 두고 근접되게 설치되어 각 종동기어의 회전각을 검출하는 각도검출수단과;
    상기 각도검출수단의 출력신호로부터 조향각 및 조향각속도를 연산하는 연산/제어부와;
    상기 연산/제어부에 의해 연산된 조향각 및 조향각속도를 출력하는 출력부와;
    상기 케이스의 외부 일측에 설치되어 상기 출력부에서 출력되는 조향각 및 조향각속도 신호를 외부로 전달하기 위한 터미널부;
    를 포함하여 구성되는 조향각 센서가 상기 케이스와 상기 상부 커버가 형성하는 내부공간에 일체로 통합 구성되는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조향기어는 상기 회전체와 일체로 회전하도록 상기 릴에 장착되어 이 릴을 매개로 상기 회전체에 연결되는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 PCB에 연산/제어부 및 출력부를 포함하여 조향각 및 조향각속도를 연산 및 출력하기 위한 각종 회로 및 소자들이 통합 탑재되어, 상기 PCB가 스티어링 롤 커넥터 및 조향각 센서용 PCB로 통합된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 조향각 센서 일체형의 자동차용 스티어링 롤 커넥터.
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