KR101640945B1 - 조향각 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 조향각 센싱 장치는 입력축 상에 배치된 제1 마그네트, 토션바에 의하여 상기 입력축과 결합된 출력축에 끼워지며 상기 제1 마그네트와 상대운동하는 스테이터, 상기 출력축과 함께 회전되는 메인기어, 상기 메인 기어의 치열에 각각 직접 치차 결합된 제1 및 제2 서브 기어들을 포함하는 기어 모듈, 상기 제2 서브 기어 및 상기 제1 및 제2 서브 기어들의 회전 중심에 각각 설치된 제2 및 제3 마그네트 및 상기 제1 및 제2 마그네트들의 회전각을 측정하는 제1 및 제2 마그네트 센서들을 포함한다.

Description

조향각 센싱 장치{APPARATUS FOR SENSING STEERING ANGLE OF VEHICLE}
본 발명은 조향각 센싱 장치에 관한 것이다.
최근 들어 차량의 조향 기술의 개발에 따라 안정성과 편리성이 보다 향상된 차량용 조향 장치들이 개발되고 있다.
차량용 파워 스티어링 장치는 모터 등을 이용하여 운전자가 적은 힘으로 차량의 방향을 쉽게 변경할 수 있도록 하며, 조향각 센싱 장치는 운전자가 스티어링 휠을 조작함으로써 발생된 조향 토크 및 조향각을 센싱한다. 즉, 조향각 센싱 장치는 차량의 조향각 및 조향 토크를 센싱하는 장치로서 정의될 수 있다.
그러나, 종래 조향 장치의 조향각은 주로 직렬 방식으로 치차 결합된 기어들에 형성된 마그네트의 회전각을 센싱하여 측정되고, 직렬 방식으로 치차 결합된 기어들의 공차에 의하여 조향 장치의 조향각을 정확하게 측정하기 어려운 문제점을 갖는다.
본 발명은 치차 결합된 기어들을 이용하여 조향각을 측정할 때 각 기어들의 치열의 공차에 기인한 조향각 오차를 감소시켜 차량 주행 안정성을 향상시킨 조향각 센싱 장치를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 조향각 센싱 장치는 입력축 상에 배치된 제1 마그네트; 토션바에 의하여 상기 입력축과 결합된 출력축에 끼워지며 상기 제1 마그네트와 상대운동하는 스테이터; 상기 출력축과 함께 회전되는 메인기어, 상기 메인 기어의 치열에 각각 직접 치차 결합된 제1 서브 기어 및 제2 서브 기어를 포함하는 기어 모듈;
상기 제1 서브 기어의 회전 중심에 설치된 제2 마그네트 및 상기 제2 서브 기어의 회전 중심에 설치된 제3 마그네트; 및 상기 제2 마그네트의 회전각을 측정하는 제1 마그네트 센서 및 상기 제3 마그네트의 회전각을 측정하는 제2 마그네트 센서를 포함하며, 상기 제1 및 제2 서브 기어들은 상호 마주하게 배치되고, 상기 제1 서브기어 및 제2 서브 기어의 사이에 개재되며 상기 메인 기어와 평행하게 배치된 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 인쇄회로기판에는 상기 메인 기어를 수납하기 위한 관통홀이 형성된다.
일실시예로서, 조향각 센싱 장치는 상기 제1 및 제2 서브 기어들과 대응하는 상기 인쇄회로기판의 양쪽면에 배치되며 상기 제2 및 제3 마그네트들로부터 각각 발생된 자속을 차단하는 자속 차폐부재들을 더 포함한다.
본 발명의 조향각 센싱 장치에 따르면, 차량의 전륜과 연결된 출력축과 결합된 메인 기어에 제1 서브 기어 및 제2 서브 기어를 직접 치차 결합시켜 백래쉬를 감소시킴으로써 차량의 스티어링 휠의 조향 토크 및 조향각을 정밀하게 센싱할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 센싱 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 기어 모듈 부분을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 센싱 장치를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 기어 모듈 부분을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 조향각 센싱 장치(200)는 제1 마그네트(10), 스테이터(20), 기어 모듈(30), 제2 및 제3 마그네트(40,50) 및 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들을 포함한다. 이에 더하여, 조향각 센싱 장치(200)는 제1 케이스(80), 제2 케이스(90) 및 커버(100)를 더 포함할 수 있다.
제1 마그네트(10)는, 예를 들어, 링 형상을 갖고, 제1 마그네트(10)는 복수개의 자극(magnetic pole)을 갖는다.
링 형상을 갖는 제1 마그네트(10)의 내측면에는 입력축(1)이 결합 된다. 입력축(1)은, 예를 들어, 차량의 스티어링 휠(미도시)과 연결되고 운전자가 스티어링 휠을 조작하여 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 제1 마그네트(10)는 입력축(1)과 연동하여 회전된다. 제1 마그네트(10)는 마그네트 홀더(12)에 의하여 입력축(1)의 외주면에 결합 될 수 있다.
스테이터(20)는 스테이터 홀더(22)의 상단 및 상단과 대향 하는 하단에 각각 설치된다. 스테이터 홀더(22)는, 예를 들어, 원통 형상을 가질 수 있고 스테이터(20)는, 예를 들어, 링 형상을 가질 수 있다.
스테이터(20)의 하단부로부터는 결합부(24)가 돌출될 수 있다. 결합부(24)는, 예를 들어, 원통 형상을 갖고 결합부(24)에는 출력축(101)이 결합 된다. 출력축(101)은 도로와 접촉되는 차량의 전륜과 연결되며, 출력축(101) 및 입력축(1)은 토션바(미도시)에 의하여 연결된다. 운전자가 스티어링 휠을 회전시킬 경우, 도로와 전륜과의 마찰저항에 의하여 출력축(101) 및 입력축(1)을 연결하는 토션바에는 비틀림 토크가 발생 된다.
토션바에 비틀림 토크가 발생될 경우, 입력축(1)에 연결된 제1 마그네트(10) 및 출력축(101)에 연결된 스테이터(20)의 회전 각도는 비틀림 토크에 의하여 서로 다르게 되고, 이로 인해 스테이터(20) 및 제1 마그네트(10)는 상대 운동한다.
한편, 스테이터(20) 및 제1 마그네트(10)의 회전 각도가 서로 다를 경우, 제1 마그네트(10) 및 스테이터(20)의 회전각의 차이에 따라 제1 마그네트(10)와 스테이터(20) 사이에서 자기장이 발생 된다.
제1 마그네트(10) 및 스테이터(20) 사이에서 발생 된 자기장은 자기장 센서(84)에 의하여 감지되고, 자기장 센서(84)로부터 감지된 자기장의 세기는 차량의 ECU(Electric Control Unit)로 전송된다.
ECU는 기 설정된 기준 자기장의 세기와 자기장 센서(84)로부터 수신된 자기장의 세기를 비교하여 조향 토크를 산출하고, 산출된 조향 토크에 근거하여 사용자가 스티어링 휠을 조작하는데 필요한 보조 조작력을 EPS(Electric Power Steering) 모터 등으로부터 발생시킨다.
제1 케이스(80)는 스테이터(20)를 수납한다. 제1 케이스(80)는 스테이터(20)를 수납하기 위해 상단이 개구되고, 하단에는 스테이터(20)로부터 돌출된 결합부(24)가 관통하기에 적합한 관통홀(82)이 형성된다.
기어 모듈(30) 및 제2 및 제3 마그네트(40,50)들은 사용자의 스티어링 휠의 조향각을 센싱할 수 있도록 한다.
기어 모듈(30)은 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)를 포함한다.
메인 기어(32)는 스테이터(20)로부터 돌출된 결합부(24)의 외측면에 끼워지고 메인 기어(32)의 외주면에는 치열이 형성되어 있다. 메인 기어(32)가 결합부(24)에 결합 되고, 결합부(24)는 출력축(101)과 결합 되기 때문에 메인 기어(32)는 출력축(101)의 회전에 연동하여 회전된다. 메인 기어(32)가 결합부(24)의 외측면으로부터 슬립 되는 것을 방지하기 위하여 메인 기어(32) 및 결합부(24)에는 각각 걸림돌기(미도시) 또는 걸림 돌기와 결합되는 걸림홈(미도시)을 형성할 수 있다.
제1 서브 기어(34)는, 예를 들어, 원판 형상을 갖고, 제1 서브 기어(34)의 외주면에는 치열이 형성된다. 제1 서브 기어(34)는 메인 기어(32)의 치열과 직접 치차 결합 되고, 제1 서브 기어(34) 및 메인 기어(32)는 상호 평행하게 배치된다. 메인 기어(32) 및 제1 서브 기어(34)는, 예를 들어, 제1 기어비를 갖는다.
제2 서브 기어(36)는, 예를 들어, 원판 형상을 갖고, 제2 서브 기어(36)의 외주면에는 치열이 형성된다. 제2 서브 기어(36)는 제1 서브 기어(34)와 마찬가지로 메인 기어(32)의 치열과 직접 치차 결합 되며, 제2 서브 기어(36) 및 메인 기어(32)는, 예를 들어, 제2 기어비를 갖는다.
본 실시예에서, 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(34)는, 예를 들어, 상호 마주하게 배치될 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들은 상호 마주하지 않게 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)는 각각 메인 기어(32)와 직접 치차 결합 된다. 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들을 메인 기어(32)에 직접 치차 결합할 경우, 메인 기어(32)에 제1 서브 기어(34)를 직접 치차 결합 및 제1 서브 기어(34)에 제2 서브 기어(34)를 직접 치차 결합할 때에 비하여 백래쉬(backlash)를 크게 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 제2 마그네트(40)는 제1 서브 기어(34)의 회전 중심에 배치되고, 제3 마그네트(50)는 제2 서브 기어(36)의 회전 중심에 배치된다.
제2 케이스(90)는 제1 케이스(80)의 하부에 결합 되며, 제2 케이스(90)는 상단이 개구 되고 하단에는 출력축(101)이 통과하는 관통홀(92)이 형성된다.
제1 마그네트 센서(60)는 제1 서브 기어(34)의 회전 중심에 고정된 제2 마그네트(40)와 마주하게 후술 될 인쇄회로기판(210)의 상면 상에 배치된다. 제1 마그네트 센서(60)는 제2 마그네트(40)의 회전 각도를 측정하여 발생 된 신호를 ECU로 전송한다.
제2 마그네트 센서(70)는 제2 서브 기어(36)의 회전 중심에 고정된 제3 마그네트(50)와 마주하게 후술 될 인쇄회로기판(210)의 상기 상면과 대향하는 하면 상에 배치된다. 제2 마그네트 센서(70)는 제3 마그네트(50)의 회전 각도를 측정하여 발생된 신호를 ECU로 전송한다.
ECU는 제1 마그네트 센서(60) 및 제2 마그네트 센서(70)로부터 각각 출력된 신호를 연산하고 이 결과 조향륜의 회전각도가 산출된다.
본 발명의 일실시예에서, ECU로부터 산출된 조향륜의 회전각도는 기어 모듈(30)의 메인 기어(32)와 치차 결합된 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들의 회전 중심에 배치된 제2 및 제3 마그네트(40,50)들의 회전을 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)가 각각 센싱함으로써 산출된다.
기어 모듈(30)의 메인 기어(32)에 제1 서브 기어(34)를 직접 치차 결합 및 제1 서브 기어(34)에 제2 서브 기어(36)를 직접 치차 결합할 경우, 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36) 사이에는 백래쉬가 발생 되고, 백래쉬의 발생에 따라 출력축(101)의 실제 회전 각도 및 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)에 의하여 센싱된 회전 각도 사이에 큰 편차가 발생 된다.
반면, 본 발명의 일실시예와 같이 기어 모듈(30)의 메인 기어(32)에 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들을 직접 치차 결합할 경우, 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(34) 사이에서 발생되는 백래쉬를 감소시킬 수 있고, 백래쉬를 감소시킴에 따라 출력축(101)의 실제 회전 각도 및 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)에 의하여 센싱된 회전각도 사이의 편차를 크게 감소 시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 조향각 센싱 장치(200)는 인쇄회로기판(210)을 더 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(210)은, 예를 들어, 개구를 갖는 도우넛 형상을 갖고, 인쇄회로기판(210)의 양쪽면에는 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)가 회전 가능하게 결합 된다.
인쇄회로기판(210)은, 예를 들어, 메인 기어(32), 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)와 평행하게 배치될 수 있고, 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들은 메인 기어(32)와 직접 치차 결합 된다.
인쇄회로기판(210)의 상면 및 상기 상면과 대향 하는 하면에는 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들이 각각 배치된다.
인쇄회로기판(210)에는 스테이터(20)의 자기장을 센싱하기 위한 자기장 센서(미도시)가 스테이터(20)를 향하는 방향으로 돌출될 수 있다.
본 실시예에서, 인쇄회로기판(210)의 개구에는 메인 기어(32)가 배치되고 메인 기어(32)의 회전에 의하여 제1 서브 기어(34) 및 제2 서브 기어(36)는 회전된다.
인쇄회로기판(210)에 회전 가능하게 배치된 제1 서브 기어(34)의 중심에는 제2 마그네트(40)가 배치되고, 제2 서브 기어(36)의 중심에는 제3 마그네트(50)가 배치된다. 제2 마그네트(40)는 제1 서브 기어(34)와 함께 회전되고, 제3 마그네트(50)는 제2 서브 기어(36)와 함께 회전된다.
인쇄회로기판(210)의 상면에 형성된 제1 마그네트 센서(60)는 제2 마그네트(40)와 마주하게 배치되고, 인쇄회로기판(210)의 제2 마그네트 센서(70)는 제3 마그네트(50)와 마주하게 배치된다.
인쇄회로기판(210)의 상면에 배치된 제1 마그네트 센서(60)는 제2 마그네트(40)의 회전각을 센싱하여 센싱 신호를 ECU로 전송하고, 제2 마그네트 센서(70)는 제3 마그네트(50)의 회전각을 센싱하여 센싱 신호를 ECU로 전송한다. ECU는 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들로부터 전송된 센싱 신호들을 연산하여 조향각을 산출한다.
한편, 인쇄회로기판(210)의 양쪽에 제1 서브 기어(34)와 제2 마그네트(40) 및 제2 서브 기어(36)와 제3 마그네트(50)가 배치될 경우, 제2 마그네트(40) 및 제3 마그네ㅡ(50)로부터 각각 발생된 자기장들이 상호 간섭을 일으켜 제1 및 제2 마그네트 센서(60,70)들이 상호 간섭을 일으킬 수 있다.
이를 방지하기 위해서 제1 및 제2 서브 기어(34,36)들과 대응하는 인쇄회로기판(210)의 양쪽면들 중 적어도 하나의 면에 자기 차폐막(95)을 배치 및/또는 형성할 수 있다. 자기 차폐막(95)에 의하여 제2 및 제3 마그네트(40,50)들로부터 각각 발생 된 자기장의 간섭을 방지할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 차량의 전륜과 연결된 출력축과 결합된 메인 기어에 제1 서브 기어 및 제2 서브 기어를 직접 치차 결합시켜 백래쉬를 감소시킴으로써 차량의 스티어링 휠의 조향 토크 및 조향각을 정밀하게 센싱할 수 있는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
조향각 센싱 장치...200 제1 마그네트...10
스테이터...20 기어모듈...30
제2 및 제3 마그네트...40,50 제1 및 제2 마그네트 센서...60,70
제1 케이스...80 제2 케이스...90
커버...100

Claims (5)

  1. 입력축 상에 배치된 제1 마그네트;
    토션바에 의하여 상기 입력축과 결합된 출력축에 끼워지며 상기 제1 마그네트와 상대운동하는 스테이터;
    상기 출력축과 함께 회전되는 메인기어, 상기 메인 기어의 치열에 각각 직접 치차 결합된 제1 서브 기어 및 제2 서브 기어를 포함하는 기어 모듈;
    상기 제1 서브 기어의 회전 중심에 설치된 제2 마그네트 및 상기 제2 서브 기어의 회전 중심에 설치된 제3 마그네트; 및
    상기 제2 마그네트의 회전각을 측정하는 제1 마그네트 센서 및 상기 제3 마그네트의 회전각을 측정하는 제2 마그네트 센서를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 서브 기어들은 상호 마주하게 배치되고, 상기 제1 서브기어 및 제2 서브 기어의 사이에 개재되며 상기 메인 기어와 평행하게 배치된 인쇄회로기판을 포함하며,
    상기 인쇄회로기판에는 상기 메인 기어를 수납하기 위한 관통홀이 형성되며,
    상기 제1 마그네트 센서는 상기 제1 서브 기어와 마주하는 상기 인쇄회로기판의 상면에 형성되고, 상기 제2 마그네트 센서는 상기 제2 서브기어와 마주하는 상기 인쇄회로기판의 상기 상면과 대향하는 하면에 형성되며,
    상기 제1 및 제2 서브기어들은 상기 인쇄회로기판의 양쪽에서 상호 마주하게 배치되며,
    상기 제2 마그네트 및 상기 제3 마그네트, 상기 제1 마그네트 센서 및 상기 제2 마그네트 센서는 각각 상기 제1 서브 기어 및 상기 제2 서브 기어에 의하여 덮이는 조향각 센싱 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서브 기어들과 대응하는 상기 인쇄회로기판의 상기 상면 및 상기 하면에 각각 배치되며 상기 제2 및 제3 마그네트들로부터 각각 발생된 자속을 차단하는 자속 차폐부재들을 더 포함하는 조향각 센싱 장치.
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