KR20020073796A - 차량용 토크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 파워 스티어링 시스템에 적용되는 토크센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서하우징의 내부에 설치되는 온도보상 검출코일조립체 및 자기저항 검출코일조립체의 위치가 변화되는 것을 방지하기 위한 위치고정부재에 관한 것이다.

본 발명에 따른 토크센서는 상기 센서하우징의 내부에 온도보상 검출코일조립체 및 자기저항 검출코일조립체 그리고 각 검출코일조립체 사이에 마련되는 스페이서를 설치 고정함에 있어, 상기 센서하우징 측면의 개구부를 통해 삽입되어 상기 검출코일조립체들의 측면 일부를 감싸도록 마련되는 위치고정부재와 상기 위치고정부재와 상기 검출코일조립체들 사이에 개재되는 마찰부재가 사용된다. 상기 위치고정부재와 마찰부재의 마련으로 상기 온도보상 검출코일조립체와 자기저항 검출코일조립체는 열팽창율이 다른 상기 센서하우징의 내부에 안정적으로 수용됨은 물론 위치변화가 방지되어 토션바에 작용하는 토크의 정확한 검출이 가능하게 된다.

Description

차량용 토크센서{Torque sensor for vehicle}

본 발명은 차량의 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서하우징 내부에 온도보상 검출코일조립체와 스페이서 및 자기저항 검출코일조립체가 순차적으로 조립되는 차량용 토크센서에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 있어서, 대형차의 경우나 타이어의 공기압이 저압상태인 경우 또는 광폭타이어가 장착된 경우 등에는 바퀴와 노면과의 접지저항이 증가된다. 이렇게 접지저항이 증가된 상태에서는 스티어링휠의 조작력이 약화되어 자동차를 신속하게 조향할 수 없게 되는데 이를 해결하기 위한 것이 파워스티어링 장치이다. 이러한 파워스티어링 장치는 조향장치의 도중에 보조동력장치를 설치하여 스티어링휠의 조작력을 배력작용에 의해 경감시키게 한다.

파워스티어링 장치가 설치된 자동차의 조향축은 입력축과 출력축으로 이루어져 있고, 이중 입력축은 스티어링휠측에 결합되고 출력축은 타이로드의 랙바와 이물림 결합된 피니언기어측과 결합되며, 입력축과 출력축은 토션바에 의해 연결된다. 이와 같은 구조에서 스티어링휠을 회전시키면 출력축이 회전하며 피니언기어와 랙바의 기어작용에 의해 타이로드에 결합된 바퀴의 방향이 변화된다. 그러나 바퀴와 노면과의 접지저항이 큰 경우에는 랙바와 피니언기어와의 기어작용도 원활하게 이루어지지 않게 되어 스티어링휠측과 결합된 입력축에 비해 피니언기어측과 결합된 출력축이 덜회전하여 토션바가 비틀리게 된다. 이러한 토션바의 비틀림 정도는 전기적인 신호상태로 전자제어유닛에 입력되고, 전자제어유닛에서는 이 신호를 근거로 상기 랙바에 설치된 보조동력장치를 가동시켜 출력축의 회전을 보상하게 된다. 이로써 스티어링휠의 조작력이 향상되는데, 여기서 토션바의 비틀림 감지는 토크센서에 의해 이루어진다.

도 1은 이러한 종래 차량용 토크센서를 보인 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 차량용 토크센서는 입력축(1)의 하단과 출력축(2)의 상단을 동축상으로 연결하는 토션바(3)와, 자성체로 마련되며 입력축(1)과 출력축(2)의 연결부위 외주에 일정간격 이격되게 배치되는 3개의 검출링(4a,4b,4c)과, 검출링들(4a,4b,4c)이 끼워져 설치되는 통형상의 센서하우징(5)을 구비한다.

출력축(2)의 하단은 바퀴(미도시)측의 타이로드(미도시)에 형성된 랙바(미도시)와 이물림결합된 피니언기어(미도시)와 연결되고, 입력축(1)의 상단은 스티어링휠(미도시)과 결합되어 스티어링휠(미도시)의 회전에 따라 입력축(1)과 출력축(2)을 연결하는 토션바(3)가 비틀리면서 출력축(2)이 회전하게 된다.

복수개의 검출링(4a,4b,4c)은 입력축(1) 외주에 결합되어 스티어링휠(미도시)과 동일한 각도로 회전 운동하는 제1검출링(4a)과 제2검출링(4b), 그리고 출력축(2) 외주에 결합되어 출력축(2)과 함께 회전 운동하는 제3검출링(4c)으로 구별된다. 또한, 제1검출링(4a)과 제2검출링(4b)의 하면 및 제3검출링(4c)의 상면에는 각각 요철이 반복된 톱니부(4d,4e,4f)가 형성된다.

센서하우징(5) 내부에는 검출링들(4a,4b,4c)의 톱니부(4d,4e,4f)를 감싸며 이들과 상호 작용하여 자기회로를 형성하도록 코일(6a,7a)이 권선된 온도보상 검출코일조립체(6)와 자기저항 검출코일조립체(7)가 배치된다. 온도보상 검출코일조립체(6)는 제1검출링(4a)과 제2검출링(4b) 사이를 감싸도록 배치되며, 자기저항 검출코일조립체(7)는 제2검출링(4b)과 제3검출링(4c) 사이를 감싸도록 배치되며, 이들 사이에는 스페이서(8)가 개재된다. 토션바(3)의 비틀림에 의해 제2검출링(4b)과제3검출링(4c)의 각 톱니부(4e,4f)들은 그 대향면적이 변화되며, 대향면적의 변화에 의하여 자기저항 검출코일조립체(7)의 인덕턴스값이 변화되고, 이 인덕턴스값의 변화를 측정하여 입력축(1)과 출력축(2)의 회전편차는 검출된다.

이러한 검출코일조립체(6,7)들은 토션바(3)에 작용하는 토크를 정확히 검출하기 위해서 상기 센서하우징(5)의 내부에서 그 위치가 변화되지 않도록 고정되어야 하는데, 검출코일조립체(6,7)들의 위치고정을 위해 자기저항 검출코일조립체(7) 하부에는 소정두께를 갖는 링형상의 스톱퍼스크류(9)가 결합되어 각 검출코일조립체(6,7)들을 종방향으로 지지하게 된다. 이 스톱퍼스크류(9)는 외주에 수나사가 가공되어 암나사가 가공된 센서하우징(5)의 하단 내주에 나사 결합된다.

그러나 스톱퍼스크류(9)를 상기 센서하우징(5)의 하단에 나사 결합시키는 과정에서 스톱퍼스크류(9)를 자기저항 검출코일조립체(7) 하단에 밀착시키면 스톱퍼스크류(9) 상단과 자기저항 검출코일조립체(7)의 하단 사이에 발생되는 마찰력에 의해 상기 자기저항 검출코일조립체(7) 및 온도보상 검출코일조립체(6)의 위치는 틀어질 수 있다. 또한 센서하우징(5)과 검출코일조립체들(6,7)은 각기 다른 재질로 마련되어 있어 서로 다른 열팽창율을 갖기 때문에 검출코일조립체(6,7)의 코일(6a,7a)에 발생되는 열에 의해 센서하우징(5)과 검출코일조립체들(6,7)은 각기 다른 정도로 열팽창하게 되고, 이러한 열팽창 정도의 차이에 따른 센서하우징(5)과 검출코일조립체들(6,7)의 체적변화는 센서하우징(5)과 검출코일조립체들(6,7) 파손의 원인이 된다. 이와 같은 사항을 고려하여 검출코일조립체(6,7)들은 상기 센서하우징(5)의 내면과 소정간격을 유지하며 센서하우징(5) 내부에 설치되고, 스톱퍼스크류(9)로 검출코일조립체(6,7)들을 고정지지할 때도 자기저항 검출코일조립체(7)와 스톱퍼스크류(9) 사이에 소정의 미세한 여유간격이 형성되도록 한다.

그러나 상기와 같은 센서하우징(5)과 검출코일조립체(6,7) 사이 그리고 자기저항 검출코일조립체(7)와 스톱퍼스크류(9) 사이의 미세한 간격에 의해 외부로부터 토크센서 내부로 진동이나 충격 등이 전달되면, 센서하우징(5) 내의 온도보상 검출코일조립체(6) 및 자기저항 검출코일조립체(7)의 위치는 변하게 되어 토션바(3)에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 없게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 파워 스티어링 시스템에 있어서 토크센서의 구조를 개선하여 검출코일조립체들에 가해지는 충격이나 열적변형을 흡수함은 물론 검출코일조립체들의 위치가 효과적으로 고정되도록 하여 토션바에 작용하는 토크를 정확하게 검출할 수 있게 하는 차량용 토크센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 차량용 토크센서를 개략적으로 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 토크센서의 단면도이다

도 3은 본 발명에 따른 위치고정부재의 결합구조를 발췌하여 보인 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 위치고정부재의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 토크센서의 구조를 나나낸 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

90: 위치고정부재91: 몸체부

91a: 내주면91b: 관통부

92: 상측연장부93: 하측연장부

94: 체결부94a: 체결공

100: 마찰부재101: 관통홀

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스티어링휠이 결합되는 입력축과 조향기구와 결합되는 출력축을 동축상으로 연결하는 토션바, 상기 입력축과 출력축의 외면에 설치되는 복수의 검출링, 상기 복수의 검출링 사이를 감싸도록 마련되는 적어도 하나의 검출코일조립체, 상기 검출코일조립체를 수용하도록 마련되는 센서하우징을 구비한 토크센서에 있어서,

상기 센서하우징에는 상기 검출코일조립체의 위치고정을 위해 마찰부재를 매개로 상기 검출코일조립체의 측면에 밀착되는 위치고정부재가 고정된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 위치고정부재는 상기 검출코일조립체의 측면 일부를 감싸도록 마련되고, 상기 센서하우징에는 상기 위치고정부재의 장착을 위한 개구부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마찰부재는 상기 검출코일조립체의 측면 일부를 감싸도록 상기 검출코일조립체의 외면과 동일한 곡률을 갖도록 형성되며, 상기 검출코일조립체로 전달되는 진동과 상기 검출코일조립체나 상기 하우징의 열적변형을 흡수할 수 있도록 소정의 탄성을 갖는 고무재질로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치고정부재는 상기 검출코일조립체의 측면에 밀착되도록 내면이 상기 검출코일조립체의 외면과 같은 곡률을 갖는 몸체부와, 상기 검출코일조립체의 상단에 밀착되도록 상기 몸체부의 상측 단부로부터 연장되는 상측연장부, 상기 검출코일조립체의 하단에 밀착되도록 상기 몸체부의 하측 단부로부터 연장되는 하측연장부, 상기 몸체부의 측면으로 연장되어 상기 위치고정부재를 상기 센서하우징에 체결시키는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치고정부재의 체결부와 이와 대응하는 상기 센서하우징의 외면에는 상기 위치고정부재를 상기 센서하우징의 외면에 볼트 체결시키기 위한 체결공이 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치고정부재의 몸체부와 마찰부재에는 상기 센서하우징의 내부와 외부가 통하도록 하는 관통부와 관통홀이 각각 마련된 것을 특징으로 한다.

다음에는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 차량용 토크센서의 구조는 도 2에 도시한 바와 같이, 입력축(10)의 하단과 출력축(20)의 상단을 동축상으로 연결하는 토션바(30)와, 입력축(10)과 출력축(20)의 외주에 설치되는 복수의 검출링(41,42,43), 그리고 상기 각 검출링(41,42,43)을 내부에 수용하도록 마련된 센서하우징(50)을 구비한다.

출력축(20)은 바퀴(미도시)측의 조향기구(미도시)와 결합되는데 출력축(20)의 하단에는 바퀴(미도시)측의 타이로드(미도시)에 설치된 랙바(미도시)와 이물림결합되도록 피니언기어(21)가 가공되며, 입력축(10)의 상단은 스티어링휠(미도시)과 결합되어 있어, 바퀴(미도시)와 노면과의 마찰력이 클 경우 스티어링휠(미도시)의 회전에 따라 토션바(30)가 비틀리면서 출력축(20)이 회전하게 된다. 그리고 토션바(30)의 상단은 평행핀(10a)을 통해 입력축(10)에 고정되고, 하단은 센서하우징(50)의 하부로 연장된 출력축(20)에 압입고정된다.

검출링(41,42,43)은 제1검출링(41)과 제2검출링(42) 그리고 제3검출링(43)이 있는데 이들은 각각 자성체로 마련되어 입력축(10)과 출력축(20)의 연결부에 일정한 틈을 갖도록 설치된다. 제1검출링(41)과 제2검출링(42)은 입력축(10)의 하단 외주에 마련되며, 제3검출링(43)은 출력축(20)의 상단 외주에 마련된다. 그리고 제1검출링(41), 제2검출링(42)의 하단과 제3검출링(43)의 상단에는 각각 다수의 요철이 형성된 톱니부(41a,42a,43a)가 마련된다.

센서하우징(50)은 통형상으로 마련되고 상하부가 개방되어 있어 그 내주면이각 검출링(41,42,43)을 감싸도록 결합되며, 상기 센서하우징(50)에는 입력축(10)이 롤러베어링부재(10b)에 의해 회전 가능하도록 설치된다.

센서하우징(50)의 내부에는 각 검출링(41,42,43)의 톱니부(41a,42a,43a)를 감싸며 이들과 상호 작용하여 자기회로를 형성하는 검출코일조립체들(60,70)이 배치되는데, 제1검출링(41)과 제2검출링(42) 사이에는 온도보상 검출코일조립체(60)가 마련되고, 제2검출링(42)과 제3검출링(43) 사이에는 자기저항 검출코일조립체(70)가 마련된다. 각 검출코일조립체(60,70)는 동일한 구조로 이루어지며 코일(61,71)이 권선된 보빈(62,72)과 보빈(62,72)이 수용되는 보빈하우징(63,73)을 각각 구비한다. 또한, 각 검출코일조립체(60,70)는 그 사이에 개재된 스페이서(80)에 의해 일정간격을 유지하게 된다.

각 검출코일조립체들(60,70)은 토션바(30)에 작용하는 토크를 정확히 검출하기 위해 상기 센서하우징(50)의 내부에 고정되어야 하는데, 이를 위해 센서하우징(50)의 측면에는 검출코일조립체들(60,70)들의 위치를 고정시키기 위한 위치고정부재(90)가 결합된다.

상기 위치고정부재(90)는 도 3과 도4에 도시한 바와 같이, 내부에 상기 검출코일조립체들(60,70)의 일측 외주면을 수용하여 횡방향으로는 물론 종방향으로도 상기 검출코일조립체들(60,70)을 견고하게 고정시킨다. 이러한 위치고정부재(90)는 내주면(91a)이 상기 검출코일조립체들(60,70)의 일측 외주면에 밀착되도록 상기 검출코일조립체들(60,70)의 외주면과 같은 곡률을 갖는 몸체부(91)와, 상기 몸체부(91)의 상측 단부로부터 상기 온도보상 검출코일조립체(60)의 상부 외주면에밀착되도록 연장되는 상측연장부(92), 그리고 상기 몸체부(91)의 하측 단부로부터 상기 자기저항 검출코일조립체(70)의 하부 외주면에 밀착되도록 연장되는 하측연장부(93)를 포함하는 것은 물론, 상기 몸체부(91)의 측면으로부터 외측으로 연장되어 상기 위치고정부재(90)를 상기 센서하우징(50)에 체결시키는 체결부(94)를 구비한다.

상기 위치고정부재(90)는 상기 센서하우징(50)의 측면을 통해 삽입되는데, 도 5에 도시한 바와 같이, 이를 위해 상기 센서하우징(50)의 측면 일측에는 상기 위치고정부재(90)의 삽입을 위한 개구부(51)가 상기 위치고정부재(90)의 몸체부(91)와 대향되도록 마련되고, 상기 개구부(51) 양측의 상기 센서하우징(50) 외면에는 상기 위치고정부재(90)의 체결부(94)가 걸리도록 하는 걸림부(52)가 마련된다. 또한, 상기 체결부(94)와 걸림부(52)에는 각각 체결공(94a,52a)이 마련되어 있어, 상기 체결공(94a,52a)에 체결되는 볼트(110)에 의해 상기 위치고정부재(90)는 상기 센서하우징(50)에 견고히 결합된다.

그리고, 상기 위치고정부재(90)와 상기 검출코일조립체들(60,70)의 사이에는 마찰력을 발생시켜 상기 검출코일조립체들(60,70)의 위치를 더욱 확고히 하기 위한 마찰부재(100)가 마련된다. 상기 마찰부재(100)는 고무재질로 마련되어 스티어링휠(미도시)의 움직임이나 외부의 충격으로부터 상기 검출코일조립체들(60,70)로 전달되는 진동을 감소시킴은 물론, 서로 다른 열팽창율을 갖는 상기 센서하우징(50)과 상기 보빈하우징(63,73)이 코일(61,71)에서 발생되는 열에 의해 각기 다른 정도로 열팽창하게 되어도 중간에서 이를 흡수한다. 이러한 마찰부재(100)는 상기 위치고정부재(90)의 몸체부(91) 내주면(91a)과 이와 밀착되는 상기 검출코일조립체들(60,70)의 일측 외주면 사이에서 이들과 같은 곡률을 갖도록 마련된다. 마찰부재(100)의 마련으로 위치고정부재(90)는 상기 검출코일조립체(60,70)에 강력하게 밀착되면서 서로 다른 열팽창율을 갖는 센서하우징(50)과 보빈하우징(63,73) 사이에 위치할 수 있게 된다.

또한, 상기 온도보상 검출코일조립체(60)와 자기저항 검출코일조립체(70)의 각 코일(61,71)은 케이블(40)에 의해 차량의 적소에 마련된 신호처리장치(미도시)와 연결되기 때문에 상기 몸체부(91)의 중앙에는 상기 케이블(40)을 인출하기 위한 관통부(91b)가 마련되며, 상기 관통부(91b)와 대향되는 상기 마찰부재(100)의 중앙에도 상기 관통부(91b)와 같은 목적의 관통홀(101)이 마련된다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 토크센서의 동작을 설명한다.

본 발명에 따른 토크센서가 장착된 차량의 주행 중 운전자가 스티어링휠(미도시)을 조향시키면, 입력축(10)과 토션바(30)로 연계된 출력축(20)을 통해 조향기구(미도시)가 작동되며 바퀴(미도시)의 방향이 변화된다. 이때, 일정크기 이상의 조향력이 작용하게 되면, 바퀴(미도시)와 노면과의 마찰력에 의해 스티어링휠(미도시)을 통해 직접적으로 회전하는 입력축(10)에 비해 토션바(30)로 연계된 출력축(20)의 회전각도가 작아 토션바(30)가 비틀린다. 토션바(30)의 비틀림으로 제2검출링(42)과 제3검출링(43)의 각 톱니부(42a,43a)는 그 대향면적이 변화되고, 이에 따라 자기저항 검출코일조립체(70)의 인덕턴스 값이 변화됨과 동시에 코일(61,71)에 흐르는 유기전압이 변화된다.

이러한 유기전압의 변화는 코일(61,71)의 자기저항의 변화에 의한 것으로 신호처리장치(미도시)를 통해 제어부(미도시)에 입력된다. 제어부(미도시)에서는 입력된 신호를 근거로 조향편차를 측정하고, 동력수단(미도시)을 가동시켜 이를 보상한다.

상기 위치고정부재(90)와 마찰부재(100)의 마련으로, 상기 온도보상 검출코일조립체(60) 및 자기저항 검출코일조립체(70)는 상기 센서하우징(50)의 내부에서 종방향으로는 물론 횡방향으로도 견고하게 고정되며, 각 검출코일조립체들(60,70)은 외부로부터 진동이나 충격이 가해지거나 온도변화가 발생되어도 그 위치를 그대로 유지할 수 있게 되고, 이로써 토션바(30)에 작용하는 토크의 정확한 검출이 가능하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토크센서에는 센서하우징의 측면에 설치되어 내부에 검출코일조립체들의 측면 일부를 수용하는 위치고정부재와, 상기 검출코일조립체와 위치고정부재 사이에 개재되는 마찰부재가 마련된다. 상기 마찰부재의 마련으로 상기 위치고정부재는 상기 검출코일조립체들에 발생되는 충격이나 열적변형을 흡수함은 물론, 상기 각 검출코일조립체측에 강력하게 밀착되어 상기 센서하우징 내부에서 각 검출코일조립체들의 위치를 효과적으로 고정시키고 이에 따라 토션바에 작용하는 토크의 정확한 검출이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 스티어링휠이 결합되는 입력축과 조향기구와 결합되는 출력축을 동축상으로 연결하는 토션바, 상기 입력축과 출력축의 외면에 설치되는 복수의 검출링, 상기 복수의 검출링 사이를 감싸도록 마련되는 적어도 하나의 검출코일조립체, 상기 검출코일조립체를 수용하도록 마련되는 센서하우징을 구비한 토크센서에 있어서,

   상기 센서하우징에는 상기 검출코일조립체의 위치고정을 위해 마찰부재를 매개로 상기 검출코일조립체의 측면에 밀착되는 위치고정부재가 고정된 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 위치고정부재는 상기 검출코일조립체의 측면 일부를 감싸도록 마련되고, 상기 센서하우징에는 상기 위치고정부재의 장착을 위한 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 마찰부재는 상기 검출코일조립체의 측면 일부를 감싸도록 상기 검출코일조립체의 외면과 동일한 곡률을 갖도록 형성되며, 상기 검출코일조립체로 전달되는 진동과 상기 검출코일조립체나 상기 센서하우징의 열적변형을 흡수할 수 있도록 소정의 탄성을 갖는 고무재질로 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 위치고정부재는 상기 검출코일조립체의 측면에 밀착되도록 내면이 상기 검출코일조립체의 외면과 같은 곡률을 갖는 몸체부와, 상기 검출코일조립체의 상단에 밀착되도록 상기 몸체부의 상측 단부로부터 연장되는 상측연장부, 상기 검출코일조립체의 하단에 밀착되도록 상기 몸체부의 하측 단부로부터 연장되는 하측연장부, 상기 몸체부의 측면으로 연장되어 상기 위치고정부재를 상기 센서하우징에 체결시키는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 위치고정부재의 체결부와 이와 대응하는 상기 센서하우징의 외면에는 상기 위치고정부재를 상기 센서하우징의 외면에 볼트 체결시키기 위한 체결공이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 위치고정부재의 몸체부와 마찰부재에는 상기 센서하우징의 내부와 외부가 통하도록 하는 관통부와 관통홀이 각각 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 토크센서.