KR101675531B1 - 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에 관한 것이다.

본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치로서 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트와, 상기 마그네트를 감싸는 형태로 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와, 상기 케이스에 고정되어 상기 스테이터와 소정 간격을 가지며, 상기 마그네트와 상기 스테이터 사이에 형성되는 자기장을 집중하기 위한 컬렉터와, 상기 컬렉터에 집중된 자기장을 감지하여 조향토크를 연산하기 위한 토크토크센서와, 상기 마그네트의 근방에 설치되어, 마그네트의 회전에 따라 인덱스 신호를 출력하는 홀 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

조향토크, 조향각도, 홀 스위치

Description

차량의 조향토크 및 조향각 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING STEERING TORQUE AND STEERING ANGLE OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에 관한 것이다.

차량용 파워 스티어링 시스템은 조향 바퀴인 전륜에 걸리는 마찰저항이 커서 조향 핸들을 조향하기 위한 조작력이 클 때, 조향 핸들을 조작할 수 있도록 보조 조작력을 제공하는 시스템이다.

주행중인 차량의 조향정도는 차량을 제어하기 위한 데이터로 활용되므로, 조향축의 조향토크 및 조향각을 측정하여 차량의 조향정도를 검출한다.

조향각 측정 장치(모듈)는 앵글센서(steering angle sensor)가 포함되어 있으며, 이 앵글센서는 주행 중인 차량의 제어에 필요한 조향 핸들의 조향 정도를 측정한다.

또한, 토크 측정 장치(모듈)에는 토크센서(torque sensor)가 장착되어 있으며, 이 토크센서는 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 토션 바에 걸리는 토크를 측정한다. 위와 같은 앵글센서와 토크센서는 앵글 토크센서 조립체 내에서 다른 구성 부재들과 함께 개별적으로 모듈화, 즉 앵글센서 모듈과 토크센서 모듈로 구성 된다.

종래에는 차량의 조향토크 및 조향각을 검출하기 위하여, 상기와 같이 조향토크 및 조향각을 감지하기 위한 토크센서를 각각 설치하여 사용한다. 그러므로, 부품수가 증가하고, 설치공정이 복잡하여 원가가 상승하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원가를 절감할 수 있는 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 하는 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치로서 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 마그네트와, 상기 마그네트를 감싸는 형태로 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와, 상기 케이스에 고정되어 상기 스테이터와 소정 간격을 가지며, 상기 마그네트와 상기 스테이터 사이에 형성되는 자기장을 집중하기 위한 컬렉터와, 상기 컬렉터에 집중된 자기장을 감지하여 조향토크를 연산하기 위한 토크토크센서와, 상기 마그네트의 근방에 설치되어, 마그네트의 회전에 따라 인덱스 신호를 출력하는 홀 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에서, 상기 홀 스위치의 일부는 상기 케이스의 외부로 노출되도록 설치되며, 상기 일부가 노출된 홀 스위치를 덮도록, 상기 케이스의 외부에 설치되는 보조 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에서, 상기 마그네트는 원통형상이며, 평면 투영시 그 원주를 따라 등간격으로 극성이 변화하도록 되어 있으며, 상기 홀 스위치는 상기 극성에 따라 온/오프 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에서, 상기 홀 스위치는, 상기 토크 토크센서가 설치된 인쇄회로기판에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치는 기존의 조향 토크를 측정하기 위한 구조에 조향각을 측정하기 위한 홀 아이씨를 구비하여, 하나의 마그네트에서 발생되는 자속을 감지하여 차량의 조향토크 및 조향각을 측정한다. 따라서, 부품수가 줄어들고, 조립이 용이하므로 공정이 간단해지고 원가가 절감되는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발 명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향 토크 및 조향각 감지장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 도면의 조립 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향각 감지를 위한 홀 스위치의 출력을 설명하기 위한 그래프 이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상부케이스(11)와 하부케이스(13)를 가지는 케이스(10)가 마련된다. 케이스(10)의 내부에는 스테이터(21)가 설치되고, 스테이터(21)의 내부에는 원통 링형상의 마그네트(23)가 삽입되어 결합된다.

상기 마그네트(23)는 조향 핸들과 연결된 입력축(미도시)에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전한다. 스테이터(21)는 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축(미도시)에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전한다. 상기 출력축은 조향 바퀴인 전륜측과 연결된다.

상기 입력축과 상기 출력축은 상기 토션바에 의하여 연결되어 있고, 상기 출력축은 노면과 접촉된 전륜측과 연결되어 있으므로, 외력을 가하여 조향 핸들을 회전시켰을 때, 상기 입력축과 상기 출력축의 회전각도는 상이하다. 그러므로, 마그 네트(23)와 스테이터(21)의 회전각도도 상이하다.

그리고, 케이스(10)의 내부에는 컬렉터(Collector)(31) 및 토크센서(40)가 고정된다. 컬렉터(31)는 홀더(33)에 일체로 형성되어 스테이터(21)와 인접되게 설치되며, 토크센서(40)는 컬렉터(31)와 인접되게 설치된다. 그리하여, 컬렉터(31)는 스테이터(21)와 마그네트(23) 사이에 형성되는 자기장을 집중하고, 토크센서(40)는 컬렉터(31)에 집중된 자기장을 감지한다. 또한, 마그네트(23)의 근방에 설치되어, 마그네트(23)의 회전에 따라 인덱스 신호를 출력하는 홀 스위치(60)가 상부 케이스(11)의 설치구멍(11a)를 관통하여 설치된다. 상기 홀 스위치(60)의 노출된 일부는 상기 상부 케이스(11)의 외면에 설치되는 보조덮개(50)에 의해 차폐되며 도 2에서와 같이 홀 스위치(60)는 와이어(61)를 통해 토크센서(40)가 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(70)에 연결된다. 이때 상기 보조덮개(50)는 와이어(61)를 보호하는 역할도 수행한다.

상기 마그네트(23)는 평면 투영시 원주를 따라 등간격으로 극성이 교차되어 바뀌도록 형성되어 있다. 따라서, 도 2를 참조해 보면 상기 마그네트(23)와 인접하게 설치된 홀 스위치(60)는 상기 마그네트(23)의 회전에 따른 극성 변화에 의해 인덱스한 신호를 출력, 즉 온/오프 되는 동작을 수행한다.

이하 조향토크 감지 및 조향각 감지에 대해 상세히 설명하면, 상기 조향 핸들에 의하여 상기 입력축이 회전하면 마그네트(23)도 상기 입력축과 동일하게 회전한다. 그리고, 상기 출력축은 상기 입력축의 회전력을 상기 토션바를 통하여 전달받아 회전하고, 이로 인해 스테이터(21)도 회전한다. 그런데, 상기 입력축과 상기 출력축은 상기 토션바에 의하여 연결되어 있고, 상기 출력축은 도로와 접촉하는 상기 전륜측과 연결되어 있으므로, 상기 토션바에는 토크가 발생하고, 이로 인해 마그네트(23)와 스테이터(21)의 회전각도는 상이하게 된다.

그러면, 마그네트(23)의 회전각도와 스테이터(21)의 회전각도 차이에 따라 마그네트(23)와 스테이터(21) 사이에 형성되는 자기장은 각각 다르므로, 토크센서(40)는 마그네트(23)와 스테이터(21) 사이에 형성되는 자기장을 감지하여 제어부(미도시)로 송신하고, 상기 제어부는 토크센서(40)로부터 수신한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 토크를 측정한다.

그리고, 측정된 토크에 따라 차량의 조향에 필요한 보조 조작력을 결정하여 모터 등을 구동시킨다. 자기장 방식의 토크 측정장치는 스테이터(21)와 컬렉터(31)의 간격이 설정 범위 내에 존재하여야 컬렉터(31)에 자계가 일정하게 집중된다.

상기 홀 스위치(60)는 마그네트(23)가 등간격으로 극성이 변화되게 형성되어 있으므로, 마그네트(23)가 회전함에 따라 인덱스한 신호를 출력하게 된다. 상기와 같이 마그네트(23)의 회전에 의한 홀 스위치(60)의 출력은 도 3에 도시되어 있다. 조향핸들의 기준위치를 0°라고 했을 때, 극성의 변화에 따라 온/오프 되는 홀 스위치(60)는 도 3과 같은 인덱스한 신호를 출력하게 된다. 따라서, 마그네트(23)를 평면 투영시 원 형상이고, 원주를 따라 등간격으로 극성이 변화되도록 형성되어 있으므로, 도 3의 그래프상 우측방향으로의 신호가 발생하면 시계방향으로의 조향을 유추할 수 있고, 좌측방향으로의 신호가 발생하면 반시계 방향으로의 조향을 유추할 수 있다. 또한, 원주상 등간격으로 배치된 마그네트(23)의 극성 변화 개수에 의해 그 조향 각도가 산출됨은 당연할 것이다.

따라서, 일정한 조향각의 변화에 따라 홀 스위치(60)는 인덱스 신호를 출력하여 조향각의 산출이 가능하게 된다.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향 토크 및 조향각 감지장치를 설명하기 위한 도면

도 2는 도 1에 도시된 도면의 조립 단면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향각 감지를 위한 홀 스위치의 출력을 설명하기 위한 그래프

Claims (4)

1. 상부 케이스와 하부 케이스를 포함하는 케이스와,

   상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하며, 평면 투영시 그 원주를 따라 등간격으로 극성이 변하는 마그네트와,

   상기 마그네트를 감싸는 형태로 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와,

   상기 케이스에 고정되어 상기 스테이터와 소정 간격을 가지며, 상기 마그네트와 상기 스테이터가 회전할 때, 상기 마그네트와 상기 스테이터 사이에 형성되는 자기장을 집중하기 위한 컬렉터와,

   상기 컬렉터에 집중된 자기장을 감지하여 조향토크를 연산하기 위한 토크센서와,

   상기 마그네트와 이격되도록 상기 상부 케이스를 관통하는 설치구멍에 삽입되어, 상기 마그네트가 상기 입력축과 동일하게 회전할 때, 상기 마그네트의 극성 변화를 통해 인덱스 신호를 출력하여 조향각을 산출하는 홀 스위치를 포함하며,

   상기 홀 스위치와 상기 토크센서는 동일한 인쇄회로기판에 설치된 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 홀 스위치의 일부는 상기 케이스의 외부로 노출되도록 설치되며,

   상기 일부가 노출된 홀 스위치를 덮도록, 상기 케이스의 외부에 설치되는 보조 덮개를 더 포함하는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 마그네트는 원통형상인 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
4. 삭제

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