KR19990027610A

KR19990027610A - 전동식 파워스티어링장치

Info

Publication number: KR19990027610A
Application number: KR1019970050098A
Authority: KR
Inventors: 노병옥; 유영기
Original assignee: 노병옥; 이복우; 유영기; 동아전기공업 주식회사
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-15

Abstract

본 발명은 차량의 조타토오크를 검출하기 위한 전동식 파워스티어링장치에 관한 것으로서, 이는 차륜을 조타하기 위하여 조타력을 전달하는 출력축(11)과, 스티어링휠(12)과 상기 출력축(11)을 연결하는 입력축(13) 및 상기 입력축(13)과 상기 출력축(11)사이에 연결되어 상기 입력축이 받는 조타토오크에 대응하여 탄성변형가능한 텐션바(14)를 구비한 전동식 파워스티어링장치로서, 소정의 광량을 발생하기 위한 광원(101)과, 시간의 경과에 따른 광원의 광량변화를 측정하기 위한 제1센서유니트(110)와, 입력축(13)에 설치되어 제1센서유니트(110)를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제1편광필터(21)와, 이 제1편광필터(21)를 통과한 광량을 측정하기 위한 제2센서유니트(120)와, 출력축(11)에 설치되어 제2센서유니트(120)를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제2편광필터(22)와, 제2편광필터(22)를 통과한 광량을 측정하기 위한 제3센서유니트(130) 및 제1내지 제3센서유니트에 의해 감지된 광량을 산출하여 토오크를 검출하기 위한 검출수단(200)으로 구성된다.

Description

전동식파워스티어링장치

본 발명은 전동식 파워스티어링장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편광필터와 감지센서를 이용한 간단한 구성으로 조타 토오크(torque)를 정확하게 검출함은 물론 제조원가를 현저하게 경감시킬 수 있도록한 전동식 파워스티어링장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 전동식 파워스티어링장치는 차륜의 조타를 행하는 조타 토오크를 검출하는 스티어링휠의 수동력을 보조하도록 구성되었다는 것은 이미 공지된 사실이다. 이러한 구성에 있어서는 조타 토오크에 대응하는 텐션바에 가해지는 입력축과 출력축간의 상대각도변위를 축선방향의 이동량을 검출하여 조타 토오크를 측정하게 되는바, 이러한 전동식 파워스티어링장치의 일예로서는 도1에 도시한 것이있다.

도1에 도시된 전동식 파워스티어링장치는 일본특허출원공개 제8-216899호에 개시된 것으로서, 이는 전동식 파워스티어링장치의 요부단면도이다. 도1에 있어서, 중공의 입력축(1)은 그의 우측단이 도시하지 않은 스티어링샤프트를 매개로 도시하지 않은 스티어링휠(운전대)에 연결되어있다.

도1에서 알 수 있는 바와같이, 입력축(1)의 내측에는 탄성체로된 텐션바(2)가 삽설되어있는바, 이 텐션바(2)는 그의 우측단부가 입력축(1)에 고정되어있고, 그의 좌측단부는 출력축(3)에 고정되어있다. 출력축(3)의 좌측단부는 도시하지 않은 조타기구에 연결되어있다.

입력축(1)의 주위에는 환관형상의 리테이너(4)를 매개로 이동부재인 슬라이더(5)가 설치되어있다. 출력축(3)의 우측근방에는 워엄휠(6)이 동축상으로 취부되어있고 워엄휠(6)은 도시하지 않은 모터의 회전축에 취부된 워엄기어와 치합되어있다.

그리고 슬라이더(5)의 내측에는 다수개의 보올(7)이 위치되고, 슬라이더(5)의 외측에는 검출기인 포텐셔미터(108)의 측정자(8a)가 계합되어있다. 여기에서 측정자(8a)는 포텐셔미터의 측정축에 연결된 도시하지 않은 아암선단부에 설치된 샤프트로서 축을 매개로 홈내에서 조타시 축방향으로 좌우이동하게된다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치의 동작을 설명한다.

우선 운전대를 조작하면 그의 회전이 스티어링샤프트(도시하지 않았음)를 매개로 입력축(1)에 전달되고, 입력축(1)의 회전은 텐션바(2)를 매개로 출력축(3)에 전달되는바, 그 결과 도시하지 않은 조타기구가 동작하여 차륜의 조타가 이루어지는 것이다.

예컨대, 차량이 고속으로 주행하고 있을 경우에는 차륜의 조타가 거의 없으므로 텐션바(2)에는 토오크가 가해지지 않게되므로 슬라이더(5)의 이동은 없게되고 그에 따라 포텐셔미터(8)는 실질적으로 조타 토오크를 검출하지 않는다.

그러나, 차량의 차고 주차등과 같이 차량에 큰 조타저항이 가해지는 경우 입력축(1)과 출력축(3)사이에 큰 토오크가 가해지는 경우 텐션바(2)가 비틀리게된다. 이 경우 슬라이더(5)는 핀(9)을 매개로 출력축(3)에 연결되어있으므로 그와 일체로 회전하게 된다. 따라서 슬라이더(5)는 축선방향으로 이동하게 되므로 텐션바(2)의 뒤틀림량은 슬라이더(5)의 축선방향이동량으로 나타나게되고, 이러한 이동량은 포텐셔미터(8)의 측정자(8a)로 측정하고, 전기적신호로 변환한다. 이 신호는 도시하지 않은 제어장치에 전송되고 제어장치는 도시하지 않은 모터의 출력을 제어하여 적절한 보조조타력을 출력하게됨으로써 핸들의 회전을 용이하게하는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 전동식 파워스티어링장치는 슬라이더, 포텐셔미터 등과 같은 복잡한 기계적구성으로 이루어져 제조 원가 및 작업공수가 많이 드는 결점이 있었다.따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 편광필터와 포토다이오드를 이용하여 종래에서와 같은 복잡한 기계적구성을 완전히 제거할뿐만 아니라, 제조 코스트를 현저하게 경감할 수 있도록한 전동식 파워스티어링장치를 제공함에 있다.

도1은 종래의 전동식 파워스티어링장치의 요부단면도,

도2는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치의 도식도,

도3은 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치의 설치상태도,

도4(a)내지 도4(c)는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면,

도5는 회전각에 대한 수광강도의 곡선을 도시한 것이다.

도면의 주요부분에 대한 부호dml 설명

11 : 출력축 12 : 파워스티어링휠

13 : 입력축 14 : 텐션바

21 : 제1편광필터 22 : 제2편광필터

100 : 센서유니트 101 : 광원

110 : 제1센서유니트 111 : 콜리메이트렌즈

112, 122 : 광분할기 113, 123, 133 : 집속렌즈

114, 124, 134 : 광센서 120 : 제2센서유니트

130 : 제3센서유니트

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치의 특징은 차륜을 조타하기 위하여 조타력을 전달하는 출력축과, 스티어링휠과 상기 출력축을 연결하는 입력축 및 상기 입력축과 상기 출력축사이에 연결되어 상기 입력축이 받는 조타토오크에 대응하여 탄성변형가능한 텐션바를 구비한 전동식 파워스티어링장치에 있어서, 소정의 광량을 발생하기 위한 광원과, 시간의 경과에 따른 상기 광원의 광량변화를 측정하기 위한 제1센서유니트와, 입력축에 설치되어 제1센서유니트를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제1편광필터와, 제1편광필터를 통과한 광량을 측정하기 위한 제2센서유니트와, 출력축에 설치되어 제2센서유니트를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제2편광필터와, 제2편광필터를 통과한 광량을 측정하기 위한 제3센서유니트 및 제1내지 제3센서유니트에 의해 감지된 광량을 산출하여 토오크를 검출하기 위한 검출수단으로 구성된 점에 있다.

본 발명에 따르면, 제1센서유니트는 광원을 평행광으로 변환하기위한 콜리메이트렌즈와, 이 렌즈를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제1광분할기와, 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제1집속렌즈와 및 집속된 광량을 검출하기 위한 제1광센서로 구성되어 시간의 경과에 따른 광원의 광량을 검출하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 제2센서유니트는 제1편광필터를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제2광분할기와, 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제2집속렌즈 및 집속된 광량을 검출하기 위한 제2광센서로 구성되어 입력축에 설치된 제1편광필터를 통과한 광원의 광량을 검출하는 것이 바람직하다.

그리고, 제3센서유니트는 제2편광필터를 통과한 평행광을 한곳으로 집속하기 제3집속렌즈 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제3광센서로 구성되어 출력축에 설치된 제2편광필터를 통과한 광원의 광량을 검출하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2에는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치의 개략적 도식도가 도시되어 있고 도3에는 도2와 같은 구조를 채택한 자동차의 모식도가 도시되어있다.

우선 도3에서 알 수 있는 바와같이, 전동식 파워스티어링장치는 차륜(10a, 10b)을 조타하기 위하여 조타력을 전달하는 출력축(11)과, 스티어링휠(12)과 출력축(11)을 연결하는 입력축(13) 및 이 입력축(13)과 출력축(11)사이에 연결되어 상기 입력축(13)이 받는 조타토오크에 대응하여 탄성변형가능한 텐션바(14)를 구비하였다.

도3에서 알 수 있는 바와같이 입력축(13)과 출력축(11)에는 각각 원판형의 편광필터(21, 22)가 취부되어있고 그의 외측에는 광량을 감지하기 위한 센서유니트(100)가 취부되어있다.

이 센서유니트(100)는 도2에서 알 수 있는 바와 같이 구성된다. 즉 광원(101)은 소정의 광량을 발생시키며, 제1센서유니트(110)는 시간의 경과에 따른 상기 광원(101)의 광량변화를 측정하고, 제2센서유니트(120)는 제1편광필터(21)를 통과한 광량을 측정하고, 제3센서유니트(130)는 제2편광필터(22)를 통과한 광량을 측정하기 위한 것이다. 그리고 검출수단(200)은 제1내지 제3센서유니트(110, 120, 130)에 의해 감지된 광량을 산출하여 토오크를 검출하며, 시간의 경과에 따른 광원의 광량을 보정하여 제2센서유니트(120) 및 제3센서유니트(130)의 광량 차이를 자동으로 보정하는 역할을 한다.

그런데, 제1센서유니트(110)는 광원(101)을 평행광으로 변환하기위한 콜리메이트렌즈(111)와, 렌즈(111)를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제1광분할기(112)와, 상기 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제1집속렌즈(113) 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제1광센서(114)로 구성되어 시간의 경과에 따른 광원의 광량을 검출하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 제2센서유니트(120)는 제1편광필터(21)를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제2광분할기(122)와, 상기 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제2집속렌즈(123) 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제2광센서(124)로 구성되어 입력축에 설치된 제1편광필터(21)를 통과한 광원의 광량을 검출하도록 구성된다.

한편 제3센서유니트(130)는 제2편광필터(22)를 통과한 평행광을 한곳으로 집속하기 제3집속렌즈(133)와 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제3광센서(134)로 구성되어 출력축(11)에 설치된 제2편광필터(22)를 통과한 광원의 광량을 검출하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치는 도4(a)내지 도4(c)에 도시한 바와 같이 광원(101)에서 발생된 광량을 제1편광필터(21)를 통과시켜 제2센서유니트(120)에서 검출한 것(θ₁)과 다시 제1편광필터(22)를 통과시켜 제3센서유니트(130)에서 검출한 것(θ₂)의 차이로써 토오크차(θ₁-θ₂)를 계산할 수 가 있는바, 이에 대해 상세하게 설명한다.

도4(a)는 운전대(도시하지 않았음)를 회전시키지 않은 경우이고, 도4(b)와 도(c)는 운전대(도시하지 않았음)를 좌 도는 우측으로 점점더 많이 회전시킨 경우를 가정한 것이다.

예컨대, 차량이 고속으로 주행하고 있을 경우에는 차륜의 조타가 거의 없으므로 텐션바(14)에는 토오크가 가해지지 않게되므로 입력축(13)의 회전은 거의 없게되고 또한 텐션바(14)의 뒤틀림은 없게된다. 따라서, 제1편광필터(21)와 제2편광필터(22)의 위치관계는 도4a와 같은 상태를 유지하게 되므로 제1편광필터(21)에서 출력되는 광선과 제2편광필터(22)에서 출력되는 광선은 동일하게 된다. 따라서 이 경우 조타 토오크는 도시하지 않은 제어장치에서 검출되지 않는다.

여기에서 제2 및 제3광센서(124, 134)에 의한 초기 설정치는 제1 및 제2편광필터(21, 22)를 통과한 광량이 동일한 광량을 기준으로 사전에 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 검출수단(200)에서는 이를 기준으로 토오크의 강약을 검출하게 된다.

그러나, 차량의 차고 주차등과 같이 차량에 큰 조타저항이 가해지는 경우 입력축(13)과 출력축(11)사이에 큰 토오크가 가해지고 제1편광필터(21)와 제2편광필터(22)는 상대적으로 어긋나게 되는바, 이때 제2편광필터(22)를 통과한 광량은 적게 되므로 이를 이를 제3광센서(134)가 검지하게 되고 이러한 신호는 검출수단(200)에 전송된다.

이때 검출수단(200)은 광센서(124, 134)에 의한 광량차이를 감지하여 예정된 프로그램에 따라 도시하지 않은 모터의 출력을 제어하여 적절한 보조조타력을 출력하게됨으로써 핸들의 회전을 용이하게하는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링장치에 의하면 두 개의 편광필터를 이용하여 핸들의 회전시 텐션바의 토오크를 검지할 수 있고 간단한 구성으로써 장치를 제조할 수 있으므로 제조 코스트를 다운시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

차륜을 조타하기 위하여 조타력을 전달하는 출력축과, 스티어링휠과 상기 출력축을 연결하는 입력축 및 상기 입력축과 상기 출력축사이에 연결되어 상기 입력축이 받는 조타토오크에 대응하여 탄성변형가능한 텐션바를 구비한 전동식 파워스티어링장치에 있어서: 소정의 광량을 발생하기 위한 광원과; 시간의 경과에 따른 상기 광원의 광량변화를 측정하기 위한 제1센서유니트와; 상기 입력축에 설치되어 상기 제1센서유니트를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제1편광필터와; 상기 제1편광필터를 통과한 광량을 측정하기 위한 제2센서유니트와; 상기 출력축에 설치되어 상기 제2센서유니트를 통과한 광량을 필터링하기 위한 제2편광필터와; 상기 제2편광필터를 통과한 광량을 측정하기 위한 제3센서유니트 및 상기 제1내지 제3센서유니트에 의해 감지된 광량을 산출하여 토오크를 검출하기 위한 검출수단으로 구성됨을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링장치.
제1항에 있어서, 상기 제1센서유니트는 상기 광원을 평행광으로 변환하기위한 콜리메이트렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제1광분할기와, 상기 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제1집속렌즈 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제1광센서로 구성되어 시간의 경과에 따른 광원의 광량을 검출함을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링장치.
제1항에 있어서, 상기 제2센서유니트는 상기 제1편광필터를 통과한 평행광을 통과 및 90°로 반사시키기 위한 제2광분할기와, 상기 반사된 평행광을 한곳으로 집속하기 제2집속렌즈 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제2광센서로 구성되어 입력축에 설치된 제1편광필터를 통과한 광원의 광량을 검출함을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링장치.
제1항에 있어서, 상기 제3센서유니트는 상기 제2편광필터를 통과한 평행광을 한곳으로 집속하기 제3집속렌즈와 및 상기 집속된 광량을 검출하기 위한 제3광센서로 구성되어 출력축에 설치된 제2편광필터를 통과한 광원의 광량을 검출함을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링장치.