KR20050075880A - 자동차용 조향장치의 토오크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 회전량의 유발수단으로 나선홈을 가진 승강체로 하고, 토오크 센서의 감지수단을 상, 하의 갭센서로 이용하므로써 제조 및 조립이 용이하도록 하는데 있으며, 더 나가서 입력축 및 출력축의 회전에 따른 케이블 습동소음이 발생하지 않도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 상, 하 한쌍의 갭센서를 동시에 사용하므로써 열온도에 따른 변화가 있더라도 평균값으로 감지하여 감지 오차가 최소화 되도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 핸들측에 연결되며 외주면에 돌기(21)를 가지는 입력축(20); 상기 입력축과 연결하되, 그 속에서 토션바(40)로 연결되는 출력축(30); 상기 입력축(20)의 둘레에서 감합된 채 승강 가능하도록 조립하되, 상기 입력축의 돌기(21)가 끼워지도록 경사홈(110)이 구비되고, 그 둘레에 자성체(120)가 감합된 원통캠(100); 그리고 상기 원통캠(100)의 상사점 위에 고정된 상측 갭센서(210)와, 상기 원통캠(100)의 하사점 아래에 고정된 하측 갭센서(220)로 이루어진 감지수단(200)으로 구성하는 것이다.

Description

자동차용 조향장치의 토오크센서 {TORQUR SENSOR FOR STEERING SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 감지수단으로 갭센서를 사용하므로써 감지 오차를 줄이고 온도보상문제를 해결할 수 있도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하여 조향되는데, 바퀴와 노면 사이에는 마찰력이 작용하고 있어 동력전달 과정중의 손실에 의해 조향핸들의 회전각도만큼 바퀴가 회전되지 않는다.

이에 따라, 상기 조향핸들과 바퀴의 회전각도 편차를 측정하여 이를 보상하기 위한 수단이 필요한데, 이러한 기능을 하는 것이 바로 토오크 센서이다.

즉, 토오크 센서를 통해 조향핸들의 회전각도와 바퀴의 회전각도 사이의 회전각도 편차를 측정하고, 이 측정된 편차만큼 별개의 동력수단을 이용하여 바퀴를 회전시킴으로써 차량을 진행시키고자 하는 방향으로 안전하고 정확하게 조향할 수 있다.

상기와 같은 기능을 갖는 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측단이 조향핸들(10)과 결합된 입력축(20)과 일측단이 바퀴(도시하지 않음)측과 결합된 출력축(30)이 마련되고, 이 입력축(20)과 출력축(30)을 연결하며 상기 조향핸들(10)의 조향정도에 따라 비틀리는 토션바(Torsion Bar)(40)로 구성된다.

상기 토션바(40)의 일단부가 입력축(20)의 타단부와 결합되고 이의 타단부는 출력축(30)의 타단부와 결합되어 있다.

그리고, 상기 입력축(20)과 출력축(30)의 타단부 사이에는 자성체로 이루어진 3개의 검출링(50)이 일정간격만큼 이격되게 구성되어 있으며, 이때 제1검출링(51)은 조향핸들(10)측의 입력축(20) 외주면에 결합되어 조향핸들(10)과 동일한 각도로 회전운동하며, 제2검출링(52)은 토션바(40)의 중심부 외주면, 그리고 제3검출링(53)은 바퀴측에 연계된 출력축(30)의 타단부 외주면에 각각 결합되어 바퀴와 거의 동일한 각도로 회전운동한다.

이때, 상기 제1검출링(51)의 일면, 즉 제2검출링(52)의 일면과 대향하는 면에는 요철부(51a)가 형성되어 있고, 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 서로 대향하는 면에도 역시 요철부(52a,53a)가 각각 형성되어 있으며, 상기 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 간격은 상기 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이에 설정된 간격의 2배의 간격으로 고정되어 있다.

또한, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)사이의 외측면과 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이의 외측면에는 제1검출코일(60)과 제2검출코일(70)이 각각 권선되어 있으며, 이는 차량의 적소에 마련된 신호변환기(80)와 접속된다.

상기와 같이 구성된 종래 차량용 조향장치의 토오크 센서는, 운전자가 조향핸들(10)을 회전시키면, 토션바(40) 및 입력축(20), 출력축(30)도 일체로 회전하는데, 이때 조향핸들(10)측과 결합된 토션바(40)의 일측이 바퀴측과 결합된 타측보다 더 비틀려져 많이 회전된다.

즉, 바퀴와 노면과의 마찰력에 의해 제1검출링(51), 제2검출링(52) 그리고 제3검출링(53)순으로 회전각도가 크게 된다.

이에 따라, 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 대향면적은 거의 변하지 않는데, 각각의 요철부(52a,53a)가 서로 대향되게 형성된 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 대향면적은 변화되며, 따라서 제2검출링(52)과 제3검출링(53) 사이의 바깥측 자속의 변화로 제2검출코일(70)의 인덕턴스 값이 변화된다.

즉, 초기에는 제1검출코일(60)과 제2검출코일(70)의 인덕턴스 값이 동일하게 설정되어 있는데, 조향핸들(10)의 회전으로 인하여 제1검출코일(60)의 인덕턴스 값은 일정하고 제2검출코일(70)의 인덕턴스값만 변하게 됨으로써, 신호변환기(80)에서는 제1검출코일(60)의 인덕턴스값에 대한 제2검출코일(70)의 인덕턴스값의 변화를 측정하여 조향핸들(10)과 바퀴측의 회전편차를 측정하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 차량용 조향장치의 토오크 센서의 기구적 장치에 있어서, 3개의 검출링을 설치하기 위해 별도의 기구적 구조가 필요하고 핀박음등의 작업이 필요하게 되며, 기구적 구조가 자성체이므로 별도의 비자성체링을 검출링에 삽입해야 하는 등의 번거로움이 있었다.

또한, 각 검출링(51∼53)간의 간격 설정도 상기 제2검출링(52)과 제3검출링(53)의 간격을 설정하고 나서 제1검출링(51)과 제2검출링(52)의 간격을 설정해야 하므로 두 번의 간격 설정 작업이 필요하게 되는 문제도 있었다.

그 외에도 케이블이 풀리고 감기는데 따른 소음이 발생하며, 열온도에 민감하여 성능이 저하되는 등의 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 회전량의 유발수단으로 나선홈을 가진 승강체로 하고, 토오크 센서의 감지수단을 상, 하의 갭센서로 이용하므로써 제조 및 조립이 용이하도록 하는데 있으며, 더 나가서 입력축 및 출력축의 회전에 따른 케이블 습동소음이 발생하지 않도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 상, 하 한쌍의 갭센서를 동시에 사용하므로써 열온도에 따른 변화가 있더라도 평균값으로 감지하여 감지 오차가 최소화 되도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 핸들측에 연결되며 외주면에 돌기를 가지는 입력축, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바로 연결되는 출력축; 상기 입력축의 둘레에서 감합된 채 승강 가능하도록 조립하되, 상기 입력축의 돌기가 끼워지도록 경사홈이 구비되고, 그 둘레에 자성체가 감합된 원통캠; 그리고 상기 원통캠의 상사점 위에 고정된 상측 갭센서와, 상기 원통캠의 하사점 아래에 고정된 하측 갭센서로 이루어진 감지수단으로 구성하는 것이다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라서 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 토오크센서를 보인 구성도인 바, 상기 도면에서 보는 바와 같이 핸들(도시하지 않았음)에 연결되는 입력축(20)과, 이 입력축과 토션바(40)로써 연결되는 출력축(30)을 구성하되, 상기한 입력축(20)의 외주면에는 원통캠(100)을 끼워 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강할 수 있도록 한다.

즉, 원통캠(100)에는 그 외주면에서 내부로 연통되는 경사홈(110)을 형성하고, 상기한 입력축(20)의 외주면 일측에는 돌기(21)를 형성하여 이 돌기(21)가 상기한 경사홈(110)에 끼워지도록 한다.

따라서 원통캠(100)은 입력축(20)이 좌측 또는 우측으로 회전함에 따라 상승 또는 하강하게 되는 것이다.

한편, 상기한 원통캠(100)의 둘레에는 자성체(120)를 감합고정하여 같이 승강할 수 있도록 하고, 그 상, 하에 감지수단(200)을 구비한다.

이 감지수단(200)은 상측에 고정된 상측 갭센서(210)와 하측에 고정된 하측 갭센서(220)로서, 각각의 위치는 원통캠(100)이 승강할 때 간섭이 발생하지 않도록 하기 위하여 상사점 또는 하사점을 벗어난 위치에 고정하는 것이 바람직하다.

그리고 도면중 미설명 부호 130은 원통캠(100)의 일측 하단에 형성된 U자홈이고, 31은 그 홈을 통해 고정한 고정핀이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 토오크센서는 핸들을 돌리므로써 입력축(20)이 회전하면 그 입력축(20)의 돌기(21)가 원통캠(100)의 경사홈(110)에 끼워져 있기 때문에 상기 원통캠(100)은 상승 또는 하강을 하게 된다.

이와 같이 원통캠(100)이 상승 또는 하강할 때, 자성체(120)도 같이 승강하기 때문에 상측 갭센서(210)는 그 자성체와의 거리가 가까워짐을 감지하게 되고, 하측 갭센서(220)는 그 자성체와의 거리가 멀어짐을 감지하게 된다.

따라서 상, 하측 갭센서(210)(220)의 의해 수집된 정보는 신호변환기(80)를 통해 ECU에 전달하고, 더 나가서 출력축의 회전각 판단에 사용될 수 있는 것이다.

특히 본 발명에서는 항상 상, 하측 갭센서에 의해서 감지된 평균값을 채택할 수 있기 때문에 별도의 온도보상 수단이 필요치 않다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 회전량의 유발수단으로 나선홈을 가진 승강체로 하고, 토오크 센서의 감지수단을 상, 하의 갭센서로 이용하기 때문에 그 구성 부품이 비교적 간단하여 제조 및 조립이 용이하다.

뿐만 아니라 종래와 달리 회전하는 원통캠에는 아무런 케이블이 연결되지 않으므로 케이블 습동소음이 발생하지 않는 장점이 있으며, 특히 상, 하 한쌍의 갭센서를 동시에 사용하기 때문에 열온도 변화에 따른 오차가 있더라도 2개의 평균값으로 감지하여 오차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 토오크센서를 보인 단면도

도 2는 본 발명의 토오크센서를 보인 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

20 : 입력축 21 : 돌기

30 : 출력축 40 : 토션바

100 : 원통캠 110 : 경사홈

120 : 자성체 200 : 감지수단

210 : 상측 갭센서 220 : 하측 갭센서

Claims (1)

1. 핸들측에 연결되며 외주면에 돌기(21)를 가지는 입력축(20);

   상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(40)로 연결되는 출력축(30);

   상기 입력축(20)의 둘레에서 감합된 채 승강 가능하도록 조립하되, 상기 입력축의 돌기(21)가 끼워지도록 경사홈(110)이 구비되고, 그 둘레에 자성체(120)가 감합된 원통캠(100);

   그리고 상기 원통캠(100)의 상사점 위에 고정된 상측 갭센서(210)와, 상기 원통캠(100)의 하사점 아래에 고정된 하측 갭센서(220)로 이루어진 감지수단(200)으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.