KR102073771B1 - 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치는, 차량 핸들 측에 결합되는 입력축과 바퀴 측에 결합되는 출력축 사이에서 입력축과 출력축을 연결하는 토션바의 샤프트 축으로 삽입되어 2체배의 채널 수로 구성되는 로터; 샤프트 축에 결합되고, 로터의 상하부에 배치되어 로터와 자기력에 의해 결합되는 한 쌍의 스테이터; 스테이터의 일측에 상하로 배치되어, 핸들 조향에 따른 로터와 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력이 집중되는 한 쌍의 컬렉터; 컬렉터의 일측에 전기적으로 접촉되도록 장착되어 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서; 저역통과필터가 설계된 PCB 기판; 및 홀 센서로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하고, 차량 조향 장치의 최대회전속도와 로터의 채널 수를 이용하여 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하며, 산출된 상기 컷오프 주파수를 이용하여 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하고, 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU에 전달하는 제어모듈을 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 차량 조향 장치 내 컬렉터에 추가된 홀 센서와 저역통과필터를 이용하여 차량 조향 장치 내 토크 신호 검출시 수직인가압력에 의해 발생되는 고주파 성분의 잡음 신호를 제거함으로써 토크 신호의 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있어 핸들의 조향감이 향상됨에 따라 운전자의 만족도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법{NOISE REMOVING APPARATUS OF TORQUE SIGNAL FOR VEHICLE STEERING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 조향 장치 내 토크검출모듈에서 검출되는 토크 신호의 잡음 신호를 제거하여 핸들의 조향감을 향상시킬 수 있는 차량 조향을 위한 잡음 신호 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 주행 또는 정지시 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 같이 회전 또는 정지를 하게 된다. 이때, 바퀴는 노면과 접촉하고 있어 차량의 차체 및 바퀴의 무게 등에 의해 노면과의 마찰력이 발생하게 되는데, 이러한 마찰력은 운전자의 조향 의도에 따라 많은 양의 힘을 필요로 하게 된다.
따라서, 운전자의 조향력을 보조하기 위해 자동차내에는 모터를 동원하는 EPS(Electronics Power Steering) 또는 MDPS(Motor Driven Power Steering)가 적용되며, 조향핸들의 미세한 토크량을 측정하여 운전자의 동력을 보조해주게 된다. 이때 EPS나 MDPS는 전기 모터를 이용하여 운전자가 조향하는 방향으로 보조 토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지도록 하는 일종의 조향력 보조 장치이다.
일반적으로 비접촉식 토크모듈의 경우 핸들 토션바(tosion bar) 축에 위치한 마그네틱 임펄스링과 강한 자기력으로 결합되는 스테이터(Stator) 및 스테이터 치(stator tooth)로 구성된다. 운전자가 핸들은 좌우로 조향하는 순간 토션바의 임펄스링과 스테이터 치간에 이격이 발생되게 되며, 이때 발생되는 자기력의 변화를 스테이터 치에 닿아있는 홀 센서(hall sensor)가 감지하여 토크 신호로 환산하게 된다.
토션바에 부착되는 임펄스링은 일반적으로 N, S극으로 구분되어 4폴페어(자극쌍, pole pair) 또는 8폴페어 등 2체배로 구성되며, 자극쌍은 임펄스링이 한바퀴 회전할 때 토크 검출용 홀 센서로부터 검출되는 신호의 파장 개수가 된다. 따라서 차량 조향 장치의 경우 일반적으로 약 2000°내지 3000°/sec의 회전 속도를 가지며, 토크 검출을 위해서는 약 -4°내지 +4° 의 범위로 측정하게 된다. 이때 토크 검출은 수 ms단위로 샘플링하여 이전 신호와 현재 측정된 신호의 차이를 통해 토크값으로 환산된다.
하지만, 실제 노면의 다양한 환경, 그리고 운전자의 부주의 등으로 인해 조향 장치 토션바 또는 조향 장치 모듈쪽에 수직으로 충격이 가해지는 경우, 토크값 환산 과정에서 원치않는 잡음 신호가 토크 신호에 포함되어 토크 검출 시 실제 토크 값과는 다르게 측정된다.
이러한 잡음 신호들은 결국 EPS 또는 MDPS에 있어 운전자에게 유동적이면서 적절한 보조 동력을 전달해주는데 어려움을 줄 수 있으며, 최종적으로 운전자의 핸들 조향감을 저감시키게 되는 문제점이 있다.
따라서, 차량 조향장치 내 토크 신호 검출시 포함된 잡음 신호를 제거하기 위한 장치의 개발이 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0098924호(2014. 08. 11. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량 조향 장치 내 토크검출모듈에서 수직인가압력에 의해 검출되는 잡음 신호를 제거하여 핸들의 조향감을 향상시킬 수 있는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치는, 차량 핸들 측에 결합되는 입력축과 바퀴 측에 결합되는 출력축 사이에서 상기 입력축과 출력축을 연결하는 토션바(torshion bar)의 샤프트 축으로 삽입되어 2체배의 채널 수로 구성되는 로터; 상기 샤프트 축에 결합되고, 상기 로터의 상하부에 배치되어 상기 로터와 자기력에 의해 결합되는 한 쌍의 스테이터; 상기 스테이터의 일측에 상하로 배치되어, 상기 핸들 조향에 따른 상기 로터와 상기 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력이 집중되는 한 쌍의 컬렉터; 상기 컬렉터의 일측에 전기적으로 접촉되도록 장착되어 상기 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서; 저역통과필터가 설계된 PCB 기판; 및 상기 홀 센서로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하고, 차량 조향 장치의 최대회전속도와 상기 로터의 채널 수를 이용하여 상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하며, 상기 산출된 상기 컷오프 주파수를 이용하여 상기 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하고, 상기 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(Electronic Controlled Unit)에 전달하는 제어모듈을 포함한다.
또한, 상기 한 쌍의 스테이터로부터 각각 축방향으로 절곡되어 상기 로터를 감싸는 형상을 가지는 스테이터 치를 더 포함하고, 상기 홀 센서는 상기 로터의 외주면과 상기 스테이터 치 사이의 대향면 변화에 따른 자기력의 변화를 감지할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 상기 검출된 토크 신호를 상기 저역통과필터에 통과시켜 상기 컷오프 주파수 대역을 초과하는 대역의 토크 신호가 제거된 토크 신호를 상기 메인 ECU에 전달할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 다음의 수학식에 의해 상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출할 수 있다.
Figure 112018113186553-pat00001
여기서,
Figure 112018113186553-pat00002
는 저역통과필터의 컷오프 주파수, WS는 조향 장치의 최대회전속도, pole pair는 상기 로터의 채널수이다.
또한, 상기 샤프트 축의 일측면에 장착되며, 수직 운동에 의해 발생되는 진동을 감지하는 가속도 센서; 및 상기 샤프트 축 표면으로 감겨지는 형태로 설계되되, 좌우 ±720˚ 내지 ±1080˚ 범위 내에서 회전이 가능한 플렉시블 PCB 형태로 설계되어 상기 가속도 센서에 의해 감지된 진동 데이터를 상기 제어모듈에 전달하는 데이터 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 상기 데이터 라인에 의해 전달된 진동 데이터의 전압값과 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호의 전압값이 레벨 표준화를 거친 후, 동일 시간축 상에서 검출되는 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호와 상기 진동 데이터를 가산하여 상기 컷오프 주파수 대역 이하에서의 상기 토크 신호에 포함된 잡음 신호를 제거할 수 있다.
또한, 상기 로터는 N, S극으로 구분되고, 링 형상으로 상기 샤프트 축 외주면으로 배치되어 회전하는 임펄스 링일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치를 이용한 잡음 제거 방법은, 제어모듈이 핸들 조향에 따른 로터와 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하는 단계; 상기 제어모듈이 차량 조향 장치의 최대회전속도와 상기 로터의 채널 수를 이용하여 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하는 단계; 상기 제어모듈이 상기 산출된 상기 컷오프 주파수를 이용하여 상기 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하는 단계; 및 상기 제어모듈이 상기 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(Electronic Controlled Unit)에 전달하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 차량 조향 장치 내 컬렉터에 추가된 홀 센서와 저역통과필터를 이용하여 차량 조향 장치 내 토크 신호 검출시 수직인가압력에 의해 발생되는 고주파 성분의 잡음 신호를 제거함으로써 토크 신호의 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있어 핸들의 조향감이 향상됨에 따라 운전자의 만족도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 차량 조향장치 내 컬렉터에 추가된 홀 센서와 샤프트 축에 부착된 단일축 반응 가속도센서를 이용하여 차량 토크 신호 검출시 수직 운동에 의해 발생되는 저주파 성분의 잡음 신호까지 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 홀 센서, 가속도 센서 및 저역통과필터를 이용하여 토크 신호 검출시 발생되는 고주파 및 저주파 성분의 잡음 신호를 제거함으로써 간단한 회로 구성만으로도 효과적으로 잡음 신호를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치가 포함된 차량 조향 장치의 간략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 로터와 스테이터의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 저역통과필터를 나타낸 회로이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 가속도 센서와 데이터 라인의 장착 위치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법에서 잡음 신호 제거 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법에서 저주파 잡음 신호의 제거 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치가 포함된 차량 조향 장치의 간략도이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 장치(100)는 차량 핸들(200) 측에 결합되는 입력축(300)과 바퀴(700) 측에 결합되는 출력축(800) 사이에 위치하는 토션바(torshion bar)의 샤프트 축(400)에 장착된다.
즉, 운전자가 핸들(200)을 조향하여 입력축(300)에 토크가 가해지면, 일정 토크 이하에서 입력축(300)과 출력축(800)은 토션바의 샤프트 축(400)에 걸리는 토크 및 이로 인해 발생되는 비틀림에 의해 상대 변위가 발생하는데, 이러한 핸들(200)의 조작 과정에 있어서 바퀴(700)의 조향을 위한 정확한 토크를 검출하기 위해 토션바의 샤프트 축(400)에 걸리는 정확한 토크 신호를 본 발명의 실시에에 따른 잡음 제거 장치(100)에서 측정하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치(100)는, 탑 케이스(110), 로터(120), 스테이터(130), 스테이터 치(135) 컬렉터(140), 홀 센서(150), PCB 기판(160), 제어모듈(170), 가속도 센서(180), 데이터 라인(185) 및 버텀 케이스(190)를 포함한다.
먼저, 탑 케이스(110)는 토션바의 샤프트 축(400)으로 삽입된다.
그리고 로터(120)는 토션바의 샤프트 축(400)으로 삽입되어 탑 케이스(110) 하부에 위치하며, 2체배의 채널 수로 구성된다.
그리고 스테이터(130)는 한 쌍이 구비되며 토션바의 샤프트 축(400)에 삽입되어 결합되고, 로터(120)의 상하부에 배치되어 로터(120)와 자기력에 의해 결합된다.
그리고 스테이터 치(135)는 한 쌍의 스테이터(130)로부터 각각 축방향으로 절곡되어 로터(120)를 감싸는 형상을 가진다.
그리고 컬렉터(140)는 한 쌍이 구비되어 스테이터(130)의 일측에 상하로 배치되어, 핸들(200) 조향에 따른 로터(120)와 스테이터(130)간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력이 집중된다.
그리고 홀 센서(150)는 컬렉터(140)의 일측에 전기적으로 접촉되도록 장착되어 자기력의 변화를 감지한다.
즉, 홀 센서(150)는 로터(120)의 외주면과 스테이터 치(135) 사이의 대향면 변화에 따른 자기력의 변화를 감지하는데, 자세히는 운전자가 핸들(200)을 좌우로 조향하는 순간 로터(120)와 스테이터 치(135)간의 이격이 발생되게 되며, 이때 발생되는 자기력의 변화를 컬렉터(140)에 닿아 있는 홀 센서(150)가 감지한다.
이때, 홀 센서(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개가 구비될 수도 있다.
그리고 PCB 기판(160)은 컷오프 주파수를 기준으로 컷오프 주파수 대역을 초과하는 고주파 대역의 신호를 제거하고, 컷오프 주파수 대역 이하의 저주파 대역의 신호만 통과시키는 저역통과필터(LPF)가 설계된다.
그리고 제어모듈(170)은 홀 센서(150)로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하고, 차량 조향 장치의 최대회전속도와 로터(120)의 채널 수를 이용하여 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하며, 산출된 컷오프 주파수를 이용하여 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하고, 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(500, Electronic Controlled Unit)에 전달한다.
이때, 메인 ECU(500)는 제어모듈(170)로부터 전달받은 토크 신호를 DC모터(600)에 전달함으로써 잡음 신호가 제거된 토크 신호에 의해 정확한 모터 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
그리고 가속도 센서(180)는 토션바의 샤프트 축(400) 일측면에 장착되며, 수직 운동에 의해 발생되는 진동을 감지한다.
그리고 데이터 라인(185)는 토션바의 샤프트 축(400) 표면으로 감겨지는 형태로 설계되어 가속도 센서(180)에 의해 감지된 진동 데이터를 제어모듈(170)에 전달한다.
마지막으로 버텀 케이스(190)는 토션바의 샤프트 축(400)으로 삽입되어 스테이터(130)를 안착시킨다.
이때, 탑 케이스(110)와 버텀 케이스(190) 내부로 한 쌍의 컬렉터(140)가 각각 안착될 수도 있다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 로터와 스테이터의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에서와 같이, 로터(120)는 N, S극으로 구분되고 2체배의 채널 수를 가지는 링 형상으로 구현되어 샤프트 축(400) 외주면으로 배치되어 회전하는 임펄스 링이 적용될 수 있다. 도 3에 표시된 Nm은 핸들(200) 조향에 따른 자속의 이동 경로 및 토크검출기전을 의미한다.
자세히는, 로터(120)는 N, S극으로 구분되어 4 폴페어(pole pair) 또는 8 폴페어와 같이 2체배로 구성되며, 폴페어는 로터(120)가 한바퀴 회전할 때 홀 센서(150)로부터 검출되는 신호의 파장 개수가 된다.
차량 조향 장치의 경우 약 2000° 내지 3000°/sec의 회전 속도를 가지며, 토크 신호 검출을 위해서 약 -4° 내지 +4°의 범위로 측정한다. 또한, 토크 신호 검출은 수 ms단위로 샘플링하여 이전 신호와 현재 측정된 신호의 차이를 통해 토크 값으로 환산된다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 저역통과필터를 나타낸 회로이다.
제어모듈(170)은, 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호를 도 4에서와 같은 저역통과필터에 통과시켜 컷오프 주파수 대역을 초과하는 대역의 토크 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(500)에 전달한다.
이때, 저역통과필터의 컷오프 주파수는 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.
Figure 112018113186553-pat00003
여기서,
Figure 112018113186553-pat00004
는 저역통과필터의 컷오프 주파수, WS는 조향 장치의 최대회전속도, pole pair는 로터(120)의 채널수이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치에서 가속도 센서와 데이터 라인의 장착 위치를 도시한 도면이다.
도 5에서와 같이, 가속도 센서(180)는 토션바의 샤프트 축(400) 일측면에 장착되고, 데이터 라인(185)는 토션바의 샤프트 축(400) 표면으로 감겨지는 형태로 설계되되, 좌우 ±720˚ 내지 ±1080˚ 범위 내에서 회전이 가능한 플렉시블 PCB 형태로 설계될 수도 있다.
따라서, 제어모듈(170)은 데이터 라인(185)에 의해 전달된 진동 데이터의 전압값과 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호의 전압값이 레벨 표준화를 거친 후, 동일 시간축 상에서 검출되는 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호와 가속도 센서(180)로부터 검출된 진동 데이터를 가산하여 컷오프 주파수 대역 이하에서의 토크 신호에 포함된 잡음 신호를 제거할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시에에 따르면 컷오프 주파수 대역을 초과하는 고주파 대역의 토크 신호는 저역통과필터를 이용하여 제거하고, 저주파 대역의 토크 신호에 포함된 잡음 신호는 가속도 센서(180)와 홀 센서(150)를 이용하여 실시간으로 제거함으로써 잡음 신호가 포함되지 않은 토크 신호만 메인 ECU(500)에 전달되도록 하여, 핸들(200)의 조향감이 향상됨에 따라 운전자의 만족도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 9를 통해 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 먼저 잡음 제거 장치(100) 내 제어모듈(170)이 핸들(200) 조향에 따른 로터(120)와 스테이터(130)간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서(150)로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출한다(S610).
그 다음, 제어모듈(170)이 차량 조향 장치의 최대회전속도와 로터(120)의 채널 수를 이용하여 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출한다(S620).
이때, 저역통과필터의 컷오프 주파수는 상술한 바와 같이 수학식 1에 의해 산출된다.
그 다음, 제어모듈(170)이 S620 단계에서 산출된 컷오프 주파수를 이용하여 S610 단계에서 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거한다(S630).
이때, 제어모듈(170)은, 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호를 도 4에서와 같은 저역통과필터에 통과시켜 컷오프 주파수 대역을 초과하는 대역의 토크 신호를 잡음으로 간주하여 제거한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법에서 잡음 신호 제거 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
컷오프 주파수는 로터(120)의 채널 수와 조향 장치의 최대회전속도에 따라 상이해지며, 도 7에서와 같이, 컷오프 주파수 대역 이상의 토크 신호에 대하여는 모두 잡음 신호로 간주하여 제거한다.
예를 들면, 로터(120)가 8폴페어 구조이고, 조향 장치의 최대회전속도 성능이 3600°/sec일 때, 컷오프 주파수는 수학식 1에 의해 80Hz로 산출된다. 따라서, 토크 신호를 저역통과필터에 통과시켰을 때, 컷오프 주파수인 80Hz 이상의 주파수 대역의 신호는 잡음 신호로 간주하여 제거하고, 80Hz대역 이하의 신호만 토크 신호로 간주한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 방법에서 저주파 잡음 신호의 제거 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8의 (A)는 시간에 따라 홀 센서(150)로부터 감지되는 수직 운동에 의한 전원값을 나타낸 그래프이고, 도 8의 (B)는 시간에 따라 가속도 센서(180)로부터 감지되는 수직 운동에 의한 전원값을 나타낸 그래프이다. 도 9는 도 8의 (A)와 (B)를 동일 시간축에 대응하여 가산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8및 도 9에서와 같이 제어모듈(170)은 데이터 라인(185)에 의해 전달된 진동 데이터의 전압값과 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호의 전압값이 레벨 표준화를 거친 후, 동일 시간축 상에서 검출되는 홀 센서(150)로부터 검출된 토크 신호와 가속도 센서(180)로부터 검출된 진동 데이터를 가산하여 컷오프 주파수 대역 이하에서의 토크 신호에 포함된 잡음 신호를 제거할 수도 있다.
마지막으로, 제어모듈(170)이 S630 단계에서 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(500)에 전달한다(S640).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치 및 그 방법은 차량 조향 장치 내 컬렉터에 추가된 홀 센서와 저역통과필터를 이용하여 차량 조향 장치 내 토크 신호 검출시 수직인가압력에 의해 발생되는 고주파 성분의 잡음 신호를 제거함으로써 토크 신호의 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있어 핸들의 조향감이 향상됨에 따라 운전자의 만족도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 차량 조향장치 내 컬렉터에 추가된 홀 센서와 샤프트 축에 부착된 단일축 반응 가속도센서를 이용하여 차량 토크 신호 검출시 수직 운동에 의해 발생되는 저주파 성분의 잡음 신호까지 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 홀 센서, 가속도 센서 및 저역통과필터를 이용하여 토크 신호 검출시 발생되는 고주파 및 저주파 성분의 잡음 신호를 제거함으로써 간단한 회로 구성만으로도 효과적으로 잡음 신호를 제거할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 잡음 제거 장치 110 : 탑 케이스
120 : 로터 130 : 스테이터
135 : 스테이터 치 140 : 컬렉터
150 : 홀 센서 160 : PCB 기판
170 : 제어모듈 180 : 가속도 센서
185 : 데이터 라인 190 : 버텀 케이스
200 : 핸들 300 : 입력축
400 : 샤프트 축 500 : 메인 ECU
600 : DC모터 700 : 바퀴
800 : 출력축

Claims (14)

  1. 차량 핸들 측에 결합되는 입력축과 바퀴 측에 결합되는 출력축 사이에서 상기 입력축과 출력축을 연결하는 토션바(torshion bar)의 샤프트 축으로 삽입되어 2체배의 채널 수로 구성되는 로터;
    상기 샤프트 축에 결합되고, 상기 로터의 상하부에 배치되어 상기 로터와 자기력에 의해 결합되는 한 쌍의 스테이터;
    상기 스테이터의 일측에 상하로 배치되어, 상기 핸들 조향에 따른 상기 로터와 상기 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력이 집중되는 한 쌍의 컬렉터;
    상기 컬렉터의 일측에 전기적으로 접촉되도록 장착되어 상기 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서;
    저역통과필터가 설계된 PCB 기판;
    상기 홀 센서로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하고, 차량 조향 장치의 최대회전속도와 상기 로터의 채널 수를 이용하여 상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하며, 상기 산출된 상기 컷오프 주파수를 이용하여 상기 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하고, 상기 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(Electronic Controlled Unit)에 전달하는 제어모듈;
    상기 샤프트 축의 일측면에 장착되며, 수직 운동에 의해 발생되는 진동을 감지하는 가속도 센서; 및
    상기 샤프트 축 표면으로 감겨지는 형태로 설계되되, 좌우 ±720˚ 내지 ±1080˚ 범위 내에서 회전이 가능한 플렉시블 PCB 형태로 설계되어 상기 가속도 센서에 의해 감지된 진동 데이터를 상기 제어모듈에 전달하는 데이터 라인을 포함하는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 스테이터로부터 각각 축방향으로 절곡되어 상기 로터를 감싸는 형상을 가지는 스테이터 치를 더 포함하고,
    상기 홀 센서는,
    상기 로터의 외주면과 상기 스테이터 치 사이의 대향면 변화에 따른 자기력의 변화를 감지하는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 검출된 토크 신호를 상기 저역통과필터에 통과시켜 상기 컷오프 주파수 대역을 초과하는 대역의 토크 신호가 제거된 토크 신호를 상기 메인 ECU에 전달하는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    다음의 수학식에 의해 상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치:
    Figure 112018113186553-pat00005

    여기서,
    Figure 112018113186553-pat00006
    는 저역통과필터의 컷오프 주파수, WS는 조향 장치의 최대회전속도, pole pair는 상기 로터의 채널수이다.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 데이터 라인에 의해 전달된 진동 데이터의 전압값과 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호의 전압값이 레벨 표준화를 거친 후, 동일 시간축 상에서 검출되는 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호와 상기 진동 데이터를 가산하여 상기 컷오프 주파수 대역 이하에서의 상기 토크 신호에 포함된 잡음 신호를 제거하는 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터는,
    N, S극으로 구분되고, 링 형상으로 상기 샤프트 축 외주면으로 배치되어 회전하는 임펄스 링인 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치.
  8. 차량 조향을 위한 토크 신호의 잡음 제거 장치를 이용한 잡음 제거 방법에 있어서,
    제어모듈이 핸들 조향에 따른 로터와 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력의 변화를 감지하는 홀 센서로부터 감지된 자기력의 변화로부터 토크 신호를 검출하는 단계;
    상기 제어모듈이 차량 조향 장치의 최대회전속도와 상기 로터의 채널 수를 이용하여 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하는 단계;
    상기 제어모듈이 상기 산출된 상기 컷오프 주파수를 이용하여 상기 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하는 단계;
    상기 제어모듈이 상기 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(Electronic Controlled Unit)에 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 토크 신호의 잡음 제거 장치는,
    상기 핸들 측에 결합되는 입력축과 바퀴 측에 결합되는 출력축 사이에서 상기 입력축과 출력축을 연결하는 토션바(torshion bar)의 샤프트 축의 일측면에 장착되며, 수직 운동에 의해 발생되는 진동을 감지하는 가속도 센서; 및
    상기 샤프트 축 표면으로 감겨지는 형태로 설계되되, 좌우 ±720˚ 내지 ±1080˚ 범위 내에서 회전이 가능한 플렉시블 PCB 형태로 설계되어 상기 가속도 센서에 의해 감지된 진동 데이터를 상기 제어모듈에 전달하는 데이터 라인을 포함하는 토크 신호의 잡음 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 토크 신호의 잡음 제거 장치는,
    상기 샤프트 축으로 삽입되어 2체배의 채널 수로 구성되는 상기 로터;
    상기 샤프트 축에 결합되고, 상기 로터의 상하부에 배치되어 상기 로터와 자기력에 의해 결합되는 한 쌍의 스테이터;
    상기 한 쌍의 스테이터로부터 각각 축방향으로 절곡되어 상기 로터를 감싸는 형상을 가지는 스테이터 치;
    상기 스테이터의 일측에 상하로 배치되어, 상기 핸들 조향에 따른 상기 로터와 상기 스테이터간 상대적 회전에 따라 변화하는 자기력이 집중되는 한 쌍의 컬렉터;
    상기 컬렉터의 일측에 전기적으로 접촉되도록 장착되어 상기 로터의 외주면과 상기 스테이터 치 사이의 대향면 변화에 따른 자기력의 변화를 감지하는 상기 홀 센서;
    상기 저역통과필터가 설계된 PCB 기판; 및
    상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 이용하여 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호의 잡음 신호를 제거하고, 상기 잡음 신호가 제거된 토크 신호를 메인 ECU(Electronic Controlled Unit)에 전달하는 제어모듈을 더 포함하는 토크 신호의 잡음 제거 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 잡음 신호를 제거하는 단계는,
    상기 검출된 토크 신호를 상기 저역통과필터에 통과시켜 상기 컷오프 주파수 대역을 초과하는 대역의 토크 신호가 잡음 신호로 제거되는 토크 신호의 잡음 제거 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하는 단계는,
    다음의 수학식에 의해 상기 저역통과필터의 컷오프 주파수를 산출하는 토크 신호의 잡음 제거 방법:
    Figure 112018113186553-pat00007

    여기서,
    Figure 112018113186553-pat00008
    는 저역통과필터의 컷오프 주파수, WS는 조향 장치의 최대회전속도, pole pair는 상기 로터의 채널수이다.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 잡음 신호를 제거하는 단계는,
    상기 데이터 라인에 의해 전달된 진동 데이터의 전압값과 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호의 전압값이 레벨 표준화를 거친 후, 동일 시간축 상에서 검출되는 상기 홀 센서로부터 검출된 토크 신호와 상기 진동 데이터를 가산하여 상기 컷오프 주파수 대역 이하에서의 상기 토크 신호에 포함된 잡음 신호를 제거하는 토크 신호의 잡음 제거 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 로터는,
    N, S극으로 구분되고, 링 형상으로 상기 샤프트 축 외주면으로 배치되어 회전하는 임펄스 링인 토크 신호의 잡음 제거 방법.
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