KR19990000047U - 자동차용 토오크 센서 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 자동차의 토오크 센서의 치차를 삼각톱니형으로 개선하여 에어갭(Airgap)에 따른 인덕턴스 변화를 이용함으로써 조향핸들과 조향각도와 바퀴의 조향각도 사이의 편차를 측정하여 보상하여 줄 수 있도록 한 자동차용 토오크 센서에 관한 것으로, 검출링의 치차를 삼각톱니파 형태로 구성하여 외부 토크양에 따라 에어갭이 좁아졌다 멀어졌다 하면서 검출코일의 인덕턴스를 변화시키도록 한 것이다.

Description

자동차용 토오크 센서
본 고안은 자동차에 관한 것으로, 특히 톱니형의 토오크 센서를 삼각톱니형으로 개선하여 에어갭(Airgap)에 따른 인덕턴스 변화를 이용함으로써 조향핸들의 조향각도와 바퀴의 조향각도 사이의 편차를 측정하여 보상하여 줄 수 있도록 한 자동차용 토오크 센서에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하여 조향되는데, 바퀴와 노면 사이에는 마찰력이 작동하고 있어서 동력전달 과정중의 손실에 의해 조향핸들의 회전각도만큼 바퀴가 회전되지 않는다.
따라서 이를 측정하여 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 토오크 센서이다.
즉, 토오크 센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 측정된 편차만큼 별개의 동력수단으로 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행시키고자 하는 방향으로 안전하게 조향하게 된다.
종래 이러한 기능을 하는 차량용 조향장치의 토오크 센서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일측단이 조향핸들(10)과 결합된 입력칼럼(20)과 일측단이 바퀴측과 결합된 출력칼럼(25)이 마련되고, 이 입력칼럼(20)과 출력칼럼(25)을 연결하며 조향정도에 따라 비틀림되는 토션바(TosionBar)(40)가 마련된다.
즉, 토션바(40)의 일단부가 입력칼럼(20)의 타단부와 결합되고 이의 타단부는 출력칼럼(25)의 타단부와 결합되어 있다.
그리고 입력칼럼(20)과 출력칼럼(25)의 타단부 사이에는 자성체로 이루어진 3개의 검출링(50)이 일정간격 이격되게 구성되어 있는데 제 1검출링(51)은 조향핸들(10)측의 입력칼럼(20)외주면에 결합되어 조향핸들(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제 2검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제 3검출링(53)은 바퀴(미도시)측에 연계된 출력칼럼(25)의 타단부 외주면에 결합되어 바퀴(미도시)와 거의 동일한 각도로 회전운동한다.
이때, 제 1검출링(51)의 일면, 즉 제 2검출링(52)과 대향하는 면에는 요철로 이루어진 치(齒)부(51a)가 형성되어 있으며, 제 2검출링(52)과 제 3검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 치부(52a, 53a)가 각각 형성되어 있다.
또한, 제 1검출링(51)과 제 2검출링(52)사이의 외측면과 제 2검출링(52)과 제 3검출링(53)사이의 외측면에는 각각 코일(60, 70)이 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 제어부(80)와 접속된다.
이와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크센서의 작동은 다음과 같다.
먼저, 운전자가 조향핸들(10)을 회전시키면 토션바(40) 및 입력, 출력칼럼(20,25)도 일체로 회전하는데, 조향핸들(10)측과 결합된 토션바(40)의 일측이 바퀴(미도시)측과 결합된 타측보다 비틀려져 많이 회전된다.
즉, 바퀴의 노면마찰력에 의해 제 1검출링(51), 제 2검출링(52) 그리고 제 3검출링(53)순으로 회전각도가 크게 된다.
따라서, 제 1검출링(51)과 제 2검출링(52)의 대향면적은 거의 변하지 않는데 각각 치부(52a, 53a)가 형성된 제 2검출링(52)과 제 3검출링(53)의 대향면적이 변화되며 제 2검출링(52)과 제 3검출링(53)사이의 바깥측 자속의 변화로 제 2코일(70)의 인덕턴스 값이 변화된다.
즉, 최초에는 제 1코일(60)과 제 2코일(70)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데 조향핸들(10)의 회전으로 인해 제 1코일(60)의 인덕턴스 값은 일정하고 제 2코일(70)의 인덕턴스 값만 변하게 됨으로써 제 1코일(60)의 인덕턴스 값에 대한 제 2코일(70)의 인덕턴스 값의 변화를 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하는 것이다.
본 고안은 이와 같은 종래 차량용 토오크 센서에 관한 것으로, 에어갭에 따른 인덕턴스 변화를 이용하여 토오크를 보정할 수 있도록 하는 자동차용 토오크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 검출링의 치차를 삼각톱니파형으로 구성하여 외부 토크양에 따라 에어갭이 좁아졌다 멀어졌다하면서 검출코일의 인덕턴스를 변화시키도록 구성한 것에 그 특징이 있다.
도 1은 종래 차랑용 토오크 센서의 사시도
도 2는 종래 토오크 센서의 요부도
도 3은 본 고안의 신호처리를 수행하기 위한 블록도
도 4는 본 고안에 따른 삼각톱니파 형태의 토오크 센서의 개략구성도
도 5는 본 고안의 작동형태를 설명하기 위한 도면
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30:발진부31:검출코일
32:AC/DC변환부33:온도보상부
34:증폭부35:V-I변환부
100:제1검출링101:제2검출링
102:제3검출링103:검출코일
104:보상코일
이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 고안의 신호처리를 수행하기 위한 블록도로, 발진을 발생시키는 발진부(30)와, 상기 발진부(30)의 발진에 의해 동작되며 제2검출링과 제3검출링사이의 바깥측 자속의 변화로 인덕턴스값이 변하는 검출코일(31)과, 치차변환으로 인한 인덕턴스 변화로 유기된 신호를 직류신호로 변환시키는 AC/DC변환부(32)와, 상기 발진부(30)의 발진에 의해 동작되며 온도변화에 따른 측정오차를 보상해 주는 온도보상부(33)와, 상기 DC변환된 검출코일의 신호와 온도보상부(33)의 신호를 일정레벨로 증폭시키는 증폭부(34)와, 상기 증폭부(34)를 통해 일정레벨로 증폭된 신호전압을 전류로 변환시켜 출력시키는 V-I변환부(35)를 포함하여 구성된 것이다.
도4는 본 고안에 따른 검출링의 개략도로, 제1검출링내지 제3검출링(100-102)의 치차형상이 삼각톱니파형으로 이루어지며, 이 삼각톱니파의 외측에 검출코일(103)과 보상코일(104)이 각각 설치된 것으로, 도면중 미설명 부호 40은 운전자가 조향핸들을 회전시킬 때 일체로 회전하는 토션바를 나타낸다.
이와 같이 구성된 본 고안은 도 1내지 도4를 참고로 하여 설명하면, 운전자가 조향핸들(10)을 회전시킬 때 토션바(40)및 입력, 출력칼럼(20,25)도 일체로 회전하는데, 조향핸들(10)측과 결합된 토션바(40)의 일측이 바퀴측과 결합된 타측보다 비틀려져 많이 회전된다.
즉, 바퀴의 노면마찰력에 의해 제 1검출링-제 2검출링-제 3검출링순으로 회전각도가 크게 된다.
따라서, 도 4에서 볼 때 제 4검출링(101)과 제 3검출링(102)의 대향면적이 변화되므로 제 2검출링(101)과 제 3검출링(102)사이의 바깥측 자속이 변화되어 검출코일(103)의 인덕턴스 값이 변화된다.
즉, 최초에는 보상코일(104)과 검출코일(103)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데 조향핸들(10)의 회전으로 인해 보상코일(104)의 인덕턴스 값은 일정하고 검출코일(103)의 인덕턴스 값만 변하게 됨으로써 보상코일(104)의 인덕턴스값에 대한 검출코일(103)의 인덕턴스값의 변화를 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 된다.
이때, 본 고안의 작동원리는 인덕턴스에 비례하는 에어갭(Airgap)에 따라 출력값이 변화하는 것으로, 본 고안의 제1검출링 내지 제3검출링(100-102)에 각각 형성된 치차는 삼각톱니파형으로 이루어져 있어 외부 토크양에 따라 에어갭이 좁아졌다 멀어졌다 하면서 검출코일(103)의 인덕턴스를 변화시킨다.
즉, 도5에 도시된 바와 같이 자동차의 중립위치에서는 제2검출링(101)과 제3검출링(102)의 삼각톱니파형의 치차꼭지점이 수평위치로 볼 때 동일선상에 위치해 있지만, 우회전시에는 제2검출링(101)의 삼각톱니파형의 치차꼭지점이 제3검출링(102)의 삼각톱니파형의 치차꼭지점보다 상방에 위치하게 되는 반면에 좌회전시에는 제2검출링(101)의 삼각톱니파형의 치차꼭지점이 제3검출링(102)의 삼각톱니파형의 치차꼭지점보다 하방에 위치하게 된다.
이때, 제2검출링(101)과 제3검출링(102)사이의 에어갭을 ℓg라고 하고 인덕턴스를 L이라 할 때가 된다.
따라서, 도 3을 참고로 설명하면, 삼각톱니파형 치차의 인덕턴스의 변화가 검출코일(31)에서 검출되면, 이렇게 검출된 값이 AC/DC변환부(32)를 통해 DC로 변환된 후 증폭부(34)를 통해 일정레벨로 증폭되어 V-I변환부(35)를 거쳐 전류로 출력되며, 이후 V-I변환부(35)에서 변환된 전류를 이용하여 조향편차를 측정하고, 구동부를 통해 동력수단을 가동하여 조향핸들측과 바퀴측의 회전편차를 보상하도록 한다.
한편, 검출코일(103)의 인덕턴스값은 온도에 따라 약 0.003576 mH/℃ (실험치)정도 직선적으로 증가하는데, 이는 온도에 따른 치차의 투자율의 변화에 따른 것이다.
그리고 이 변화는 전압으로 변환시 약 0.2mV/℃ 만큼 변화하므로 결과적으로 토오크센서의 온도범위(-40~80℃) 즉, 120도 범위에서 24mV 정도 온도에 의해서 드리프트(Drift)가 발생한다.
측정결과 증폭전의 토오크센서는 외부 토오크양에 의해 최대 42mV 정도 변화하는데 실제적으로 조향장치에 사용되는 토오크센서는 작은 변위를 감지하므로 약 10mV 이하의 변위값을 갖는다.
따라서, 이 변위의 출력전압값은 온도에 의해서 발생되는 온도 드리프트 값보다 2배이상 작다.
따라서, 토오크센서의 온도보상은 필수적이라 할 수 있으며, 정확한 온도 보상을 위해서는 검출코일(103)과 동일한 조건의 더미(Dummy)코일 즉, 보상코일(104)을 추가로 장착하는 것이다.
즉, 검출코일(103)과 보상코일(104)의 조건이 비슷하고 자기회로상으로 동일하다면 온도에 따라 동일한 출력전압(기울기 0.2mV/℃)을 갖는다.
따라서, 센서 신호를 차동 증폭시 보상코일의 온도에 따라 변화를 차동시켜 출력단에는 순수한 외부 토크에 의한 출력값만이 출력되어 온도보상을 하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 고안은 감지방법이 기존의 것은 자기회로(자로)가 변화하는 것에 따라 토오크 센서의 감지가 이루어졌지만, 본 고안은 토오크센서의 치차를 삼각톱니파형으로 구성하여 에어갭에 따른 인덕턴스 변화를 이용함으로써 조향핸들의 조향각도와 바퀴의 조향각도 사이의 편차를 더욱 정확히 측정할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 토오크센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 측정된 편차만큼 동력수단으로 바퀴를 회전시켜 자동차를 진행시키고자 하는 방향으로 조향하는 자동차에 있어서, 상기 토오크 센서를 이루는 제1검출링 내지 제3검출링(100-102)의 치차형상이 삼각톱니파형으로 이루어지고, 이 삼각톱니파의 외측에는 검출코일(103)과 보상코일(104)이 각각 설치되어 외부 토크양에 따라 에어갭이 변화하면서 검출코일(103)의 인덕턴스가 변화되도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동차용 토오크 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제2검출링(101)과 제3검출링(102)사이의 에어갭과 인덕턴스는 서로 반비례하는 것을 특징으로 하는 자동차용 토오크 센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100469384B1 (ko) * 2001-04-10 2005-02-02 주식회사 만도 스티어링 시스템의 반력장치

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