KR20050094954A - 자동차용 조향장치의 토오크센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축과 출력축 사이에 제1마그넷트 링 및 제1홀센서로써 토오크를 감지하도록 하고, 입력축과 하우징 사이에 제2마그넷트 링 및 제2홀센서로써 회전량을 따로 감지하도록 하므로써 종래의 구성에 비해 부품을 간소화시키고, 다양한 구동로직을 실현하여 차량의 성능을 향상시키고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축(120)의 하단 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제1마그넷트 링(161)과, 이 제1마그넷트 링에 대응하여 상기 출력축(130)의 상단에 고정한 제1홀센서(162)로서 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있는 토오크 감지수단(160)과; 상기한 입력축(120)의 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제2마그넷트 링(171)과, 이 제2마그넷트 링에 대응하여 상기 하우징(110)의 내경에 부착한 제2홀센서(162)로서 회전량을 감지할 수 있는 회전량 감지수단(170);을 포함하여 구성하는 것이다.

Description

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

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 감지수단으로 홀센서(Hall sensor)를 사용하므로써 조립구조를 간단히 하고, 감지 오차를 줄이도록 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.

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.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축과 출력축 사이에 제1마그넷트 링 및 제1홀센서로써 토오크 감지수단을 구성하여 토오크를 감지하도록 하고, 입력축과 하우징 사이에 제2마그넷트 링 및 제2홀센서로써 회전량 감지수단을 구성하여 회전량을 따로 감지하도록 하므로써 종래의 구성에 비해 부품을 간소화시키고, 다양한 구동로직을 실현하여 차량의 성능을 향상시키고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바로써 연결되는 출력축으로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축의 하단 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제1마그넷트 링과, 이 제1마그넷트 링에 대응하여 상기 출력축의 상단에 고정한 제1홀센서로서 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있는 토오크 감지수단과; 상기한 입력축의 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제2마그넷트 링과, 이 제2마그넷트 링에 대응하여 상기 하우징의 내경에 부착한 제2홀센서로서 회전량을 감지할 수 있는 회전량 감지수단;을 포함하여 구성하는 것이다.

이때, 상기한 입력축은 그 외주면에 상기한 제1마그넷트 링과 제2마그넷트 링의 자력이 상호 간섭을 하지 못하도록 비자성체 원판을 구비하는 것이 바람직하고, 상기한 제1홀센서는 제1마그넷트 링의 자극 변화에 대하여 완만하게 반응하는 리니어 타입의 홀센서로, 상기 제2홀센서는 제2마그넷트 링의 자극 변화에 대하여 긴밀하게 반응하는 스위칭 타입의 홀센서로 사용하는 것이다.

그리고 또 상기한 제1홀센서는 온도 변화에 따른 측정오차값을 보상하기 위하여 임의의 거리를 가지고 배치된 적어도 2개 이상의 홀소자를 사용하여 구성하는 것이다.

이하 본 발명의 구성을 첨부 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 토오크센서 설치상태를 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 토오크 감지수단의 구성상태를 보인 평단면도, 도 4는 본 발명의 회전량 감지수단의 구성상태를 보인 평단면도이다.

먼저, 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130), 상기 출력축의 하단 피니언(131)에 연결된 랙바(150)로 이루어진 조향장치에 있어서, 토오크 감지수단(160)과 회전량 감지수단(170)을 구비한다.

상기 토오크 감지수단(160)은 상기한 입력축(120)의 하단 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제1마그넷트 링(161)과, 이 제1마그넷트 링에 대응하여 상기 출력축(130)의 상단에 고정한 제1홀센서(162)로서 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

또, 회전량 감지수단(170)은 상기한 입력축(120)의 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제2마그넷트 링(171)과, 이 제2마그넷트 링에 대응하여 상기 하우징(110)의 내경에 부착한 제2홀센서(162)로서 회전량을 감지할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 상기한 입력축(120)의 외주면에는 상기 토오크 감지수단(160)의 제1마그넷트 링(161)과 회전량 감지수단(170)의 제2마그넷트 링(171)의 자력이 상호 간섭을 하지 못하도록 비자성체 원판(180)을 구비하는 것이 바람직하다.

그리고 또, 상기한 제1홀센서(162)는 제1마그넷트 링(161)의 자극 변화에 대하여 완만하게 반응하는 리니어 타입의 홀센서로, 상기한 제2홀센서(162)는 제2마그넷트 링(171)의 자극 변화에 대하여 긴밀하게 반응하는 스위칭 타입의 홀센서로 하는 것이 좋다.

특히, 상기한 제1홀센서(162)는 온도 변화에 따른 측정오차값을 보상하기 위하여 임의의 거리를 가지고 배치된 적어도 2개 이상의 홀소자(162a)를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 설명한다.

상기 입력축이 회전하면 토션바(140)로 연결된 출력축(130)이 회전하여 랙바(150)를 구동시키게 되는 바, 입력축(120)의 하단 외주면에 부착된 제1마그넷트 링(161)이 회전하면, 그 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자되어 있기 때문에 그 자로의 변화를 제1홀센서(162)가 감지하여 회전 토오크를 감지하게 되는 것이다.

이 때, 본 발명에서의 제1홀센서(162)는 리니어한 타입의 홀센서이기 때문에 입력축(120)의 회전에 대한 출력축(130)의 회전 변화값 차이가 크지 않아도 무난하게 감지하는 것이며, 도 3에서 보는 바와 같이 적어도 2개의 홀소자(162a)를 배치하여 구성하였기 때문에 홀센서 앞을 회전하면서 지나가는 임의의 N극(또는S극) 극성에 대하여 그 신호의 증가와 감소를 동시에 측정하게 되는 것이다. 따라서 엔진으로부터의 열때문에 하우징 내부의 온도가 높아져 마그넷트 링의 자력에 영향을 준다 하더라도 토오크 감지에 오차를 최소화 할 수 있다.

한편, 입력축(120) 회전하면 그 입력축의 중단에 마련된 제2마그넷트 링(171)도 회전하며, 이 제2마그넷트 링(171)에 착자된 N,S 극성에 따라 하우징(110)의 내경에 부착된 제2홀센서(162)가 신호를 감지한다. 그리고 이때의 신호는 제2홀센서(162)가 스위칭 타입이기 때문에 착자된 N,S 극성의 통과에 따라 펄스형식으로 감지하여 회전량을 알수 있게 되는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 입력축과 출력축 사이에 제1마그넷트 링 및 제1홀센서로써 토오크 감지수단을 구성하여 토오크를 감지하였기 때문에 매우 간단한 구성으로 토오크 감지가 가능할 뿐만 아니라 제1홀센서는 적어도 2개 이상의 홀소자를 사용하였기 때문에 하우징 내부의 온도 변화에 따른 오차를 최소로 줄일 수 있게 되는 장점을 가진다.

또 한, 입력축과 하우징 사이에 제2마그넷트 링 및 제2홀센서로써 회전량 감지수단을 구성하였기 때문에 토오크 감지값과 별도로 입력축의 회전량을 따로 감지할 수 있는 특징을 가지는 것이다.

따라서 본 발명은 종래의 토오크 감지장치에 비해 부품이 간단하고, 그로 인해 제조가 용이할 뿐만 아니라 가격이 저렴하고, 다양한 구동로직을 실현하여 차량의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 토오크센서를 보인 예시도

도 2는 본 발명의 토오크센서 설치상태를 보인 단면도

도 3은 본 발명의 토오크 감지수단의 구성상태를 보인 A-A선 평단면도

도 4는 본 발명의 회전량 감지수단의 구성상태를 보인 B-B선 평단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

110 : 하우징 120 : 입력축

130 : 출력축 131 : 피니언

140 : 토션바 150 : 랙바

160 : 토오크 감지수단 161 : 제1마그넷트 링

162 : 제1홀센서 162a : 홀소자

170 : 회전량 감지수단 171 : 제2마그넷트 링

172 : 제2홀센서 180 : 비자성체 원판

Claims (5)

1. 하우징(110)의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축(120)과, 상기 입력축과 연결하되, 그 중공부 속에서 토션바(140)로써 연결되는 출력축(130)으로 이루어진 조향장치에 있어서,

   상기한 입력축(120)의 하단 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제1마그넷트 링(161)과, 이 제1마그넷트 링에 대응하여 상기 출력축(130)의 상단에 고정한 제1홀센서(162)로서 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있는 토오크 감지수단(160)과;

   상기한 입력축(120)의 외주면에 부착된 채 원주면을 따라 N,S 극성이 반복되게 착자된 제2마그넷트 링(171)과, 이 제2마그넷트 링에 대응하여 상기 하우징(110)의 내경에 부착한 제2홀센서(162)로서 회전량을 감지할 수 있는 회전량 감지수단(170);을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 입력축(120)은 그 외주면에 상기한 제1마그넷트 링(161)과 제2마그넷트 링(171)의 자력이 상호 간섭을 하지 못하도록 비자성체 원판(180)을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제1홀센서(162)는 제1마그넷트 링(161)의 자극 변화에 대하여 완만하게 반응하는 리니어 타입의 홀센서로 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
4. 상기한 제2홀센서(162)는 제2마그넷트 링(171)의 자극 변화에 대하여 긴밀하게 반응하는 스위칭 타입의 홀센서로 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제1홀센서(162)는 온도 변화에 따른 측정오차값을 보상하기 위하여 임의의 거리를 가지고 배치된 적어도 2개 이상의 홀소자(162a)를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.