KR20050100201A

KR20050100201A - 조향각 검출장치

Info

Publication number: KR20050100201A
Application number: KR1020040025403A
Authority: KR
Inventors: 이종화
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-10-18

Abstract

본 발명은 조향각 검출장치에 관한 것으로, 차량의 조향축에 축결합되는 조향축 기어; 상기 조향축 기어에 치결합되어 상기 조향축 기어의 회전수를 소정의 기어비로 조절하는 웜감속기; 상기 웜감속기에 결합되어 상기 웜감속기의 회전변위를 검출하는 회전변위 차동변압기 센서; 및 상기 회전변위 차동변압기 센서로부터 검출된 신호를 입력받아 조향각을 산출하는 전자제어장치를 포함하여 구성된다.

따라서, 회전변위 차동 변압기 센서를 통하여 비접촉 방식으로 마찰부하가 허용되지 않는 섬세한 조향각 측정에 이용할 수 있고, 미세한 회전에도 이에 상응하는 출력이 생성되어 무한 분해능을 제공하는 조향각 검출장치를 제공하고자 하는 것이다.

Description

조향각 검출장치{detection apparatus for steering angle}

본 발명은 조향각 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전변위 차동 변압기 센서를 통하여 비접촉 방식으로 마찰부하가 허용되지 않는 섬세한 조향각 측정에 이용할 수 있고, 미세한 회전에도 이에 상응하는 출력이 생성되어 무한 분해능을 제공하는 조향각 검출장치를 제공하고자 하는 것이다.

차동 변압기 센서(Differential Transformer sensor)는 일종의 변위센서로 1차측에 1개의 코일, 2차측에 2개의 코일이 감긴 변압기로 근본 원리는 변압기의 원리와 같다. 하지만 코일 내부의 철심이 이동하여 2차측 출력전압이 2차측 코일간의 차이에 의한 전압으로 나타난다는 것이다. 검출대상물이 철심과 함께 움직이며 변위를 측정하는 것이다. 이 센서의 특징으로는 1㎛까지 측정이 가능할 정도로 정밀도가 높으며, 내구성이 풍부하고 저렴한 특징을 가진다.

철심의 움직임이 직선형이면 직선의 변위를 측정할 수 있는 직선변위 차동 변압기 센서(LVDT sensor : Linear Variable Differential Transformer sensor), 철심의 움직임이 회전형일 경우는 각도 측정이 가능한 회전변위 차동 변압기 센서(RVDT sensor : Rotational Variable Differential Transformer sensor)라고 한다.

도 1은 종래의 조향각 검출 장치의 설치 구조를 나타내는 단면도이고, 도 2는 종래의 조향각 검출 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1과 도 2는 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0387791(발명의 명칭: 포텐셔미터를 이용한 조향각 센서)에 공개된 내용이다.

조향각 센서(20)는, 회전 샤프트(22)와 일체형으로 회전하여 와이어(40)가 감기게 되는 스풀(24), 회전 가능하게 회전 샤프트(22)를 지지하는 베어링(25), 와이어(40)의 장력을 유지시키는 와인드업 스프링(23), 스풀(24)에 감긴 와이어(40)의 길이를 전압으로 측정하는 포텐셔미터(30), 및 상기 포텐셔미터(30)로부터 측정된 전압을 이용하여 회전각 및 회전 각속도를 산출하는 ECU(10)로 구성된다.

조향휠의 회전에 따라 조향축(8)에 와이어(40)가 감기도록 조향축(8)에 도르래(11)가 설치되어 강철 밴드(12)로 고정된다.

조향각 센서(20)는 조향각 센서 고정용 강철 밴드(13)로 조향축(8)의 조향 칼럼(9)에 고정되고, 조향각 센서(20)의 상단 한쪽에는 와이어 가이드용 홀(21)이 형성되어, 이 홀(21)을 통해 조향축(8)으로부터의 와이어(40)가 조향각 센서(20)의 스풀(24)에 감기게 된다.

그러나 종래에는 포텐셔미터를 통하여 조향각을 측정하였으나, 이와 같은 방식은 접촉식으로 이루어지는바 기계적 마찰이 크고 분해능에 일정한 제약이 있으며, 진동에 약하고 수명이 짧다는 문제점이 있다. 또한 종래에 비접촉으로 조향각을 측정하는 자기저항센서 2개 이상을 통하여 조향각을 측정하는 경우에 있어서는 내부 구성이 용이하지 않고 전기회로 구성면에서도 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비접촉 방식으로 마찰부하가 허용되지 않는 섬세한 조향각 측정에 이용할 수 있고, 미세한 회전에도 이에 상응하는 출력이 생성되어 무한 분해능이 제공되는 회전변위 차동 변압기 센서를 이용하여 조향각을 검출하는 조향각 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량의 조향축에 축결합되는 조향축 기어; 상기 조향축 기어에 치결합되어 상기 조향축 기어의 회전수를 소정의 기어비로 조절하는 웜감속기; 상기 웜감속기에 결합되어 상기 웜감속기의 회전변위를 검출하는 회전변위 차동변압기 센서; 및 상기 회전변위 차동변압기 센서로부터 검출된 신호를 입력받아 조향각을 산출하는 전자제어장치로 이루어진 조향각 검출장치를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 구조를 나타낸 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 구성은 차량의 조향축(100)의 외측에 삽입된 조향축 기어(150), 조향축 기어(150)와 소정의 기어비로 치결합되어 있는 변환 기어(200), 변환 기어의 회전축 선단부(250)에 삽입되어 있고 소정 위치에 웜기어(350)가 형성되어 있는 웜(300), 웜기어(350)와 치결합되어 웜기어(350)로부터 변환 기어(200)의 회전력을 전달받고 중앙부에 결합공(450)이 형성되어 있는 웜휠(400), 결합공(450)과 결합할 수 있는 돌출봉(550)을 가지고 있는 회전변위 차동 변압기 센서(500)(이하 발명의 구성에서는 'RVDT 센서'라 한다), RVDT 센서(500)로부터 아날로그 전압 신호를 출력받아 이를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 컨버터(600), A/D 컨버터(600)로부터 디지털 전압 신호를 입력받아 이를 통하여 차량을 제어하는 전자제어장치(700)를 포함하여 이루어져 있다.

웜(300)은 변환 기어(200)의 회전축 선단부(250)에 결합되어 있고, 웜(300)의 소정 위치에는 웜기어(350)가 형성되어 있다. 웜기어(350)는 변환 기어(200)의 회전력을 웜휠(400)로 전달하도록 구성한 것으로, 외주면 선단으로는 환형요홈이 형성되어 있다. 도면에 미도시된 웜감속기는 조향축 기어(150)에 치결합되어 조향축 기어(150)의 회전수를 소정의 기어비로 조절한다. 웜감속기는 변환 기어(200), 웜(300) 및 웜휠(400)로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 작용, 효과를 살펴보기로 한다. 운전자의 조향휠(미도시)의 조향에 의하여 조향축(100)의 외측에 삽입된 조향축 기어(150)가 회전운동하게 되고, 조향축 기어(150)와 일정한 기어비로 치결합되어 있는 변환 기어(200)도 기어비에 상응하게 회전운동하게 된다.

전술한 구성에서, 조향축 기어(150)와 변환 기어(200)는 모두 평기어로 구현될 수 있다. 또한, 조향축 기어(150)의 이빨수는 변환 기어(200)의 이빨수보다 많게 하는 것이 바람직한 바, 둘 사이의 기어비는 예를 들어 1.5로 할 수 있을 것이다. 즉 조향축 기어(150)의 이빨수를 42개로 하는 경우에, 변환 기어(200)의 이빨수를 28개로 할 수 있을 것인데, 이 경우에 조향축 기어(150)가 1회전할 때 변환 기어(200)는 1.5회전을 하게 된다. 물론 요구되는 정밀도에 따라 조향축 기어(150)의 이빨수와 변환 기어(200)의 이빨수에 의한 기어비를 변경시킬 수도 있다.

변환 기어(200)의 회전축 선단부(250)에서 삽입 형성되어 있는 웜(300)과 웜기어(350)는 변환 기어(200)의 회전운동과 함께 회전운동하게 된다. 중심축선이 직교하는 상태로 조합되는 웜기어(350)와 웜휠(400)간의 동력전달 과정은, 웜기어(350)와 웜휠(400)의 조합에서는 웜기어(350)가 변환 기어(200)의 구동력에 의해 회전하는 과정에서 나선형상으로 이루어진 웜기어(350) 기어부(gear-tooth)의 회전에 따라 웜휠(400)의 기어부가 중심축선의 직각방향으로 순차적으로 가압되어 상기한 웜휠(400)의 회전이 이루어지게 된다. 웜휠(400)의 회전이 이루어짐에 따라 웜휠(400) 내부에 형성된 결합공(450)에 결합된 결합봉(550)을 가지고 있는 RVDT 센서(500)는 결합봉(550)과 연결되어 있는 내부의 철심(미도시)이 회전함에 상응하여 아날로그 전압 신호를 출력하게 된다. 여기에서, RVDT 센서(500)는 일종의 변위센서로 1차측에 1개의 코일, 2차측에 2개의 코일이 감긴 변압기로 이루어져, 코일 내부의 철심이 회전하여 2차측 출력전압이 2차측 코일간의 차이에 의한 전압으로 나타나게 되는 것이다. RVDT 센서(500)에서 출력된 아날로그 전압 신호는 A/D 컨버터(600)를 거친 후 디지털 전압 신호로 변환되어 전자제어장치(700)로 입력되게 된다.

전자제어장치(700)는 기 저장된 기억장치(미도시)를 통하여 상기 입력된 디지털 전압 신호를 기 저장된 값과 비교판단후 현재 조향축(100)의 조향각을 산출하게 된다. 이와 같이 산출된 조향각을 통하여 전자제어장치(700)는 차량을 제어하게 된다. 나아가 본 발명의 일실시예에서는, 상기 결합공(450)과 결합봉(550)의 형상은 원형인 아닌 비원형으로 형성되도록 함으로써 결합봉(550)이 헛도는 것을 방지할 수 있다. 그럼으로써 보다 정확하고 신뢰 할 수 있는 조향축(100)의 조향각을 측정할 수 있게 된다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명은 조향각 검출장치에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다. 조향각을 검출하는 장치에 있어서 비접촉 방식으로 조향각에 해당하는 전압을 검출하는 회전변위 차동 변압기 센서를 이용하는바, 마찰부하가 허용되지 않는 조향각의 섬세한 측정에 이용할 수 있고, 미소한 움직임에 상응하는 전압 출력이 생성되어 무한 분해능이 제공될 수 있다. 또한 내부의 구성에 있어 기계적 내구성이 용이하며, 360도 이상의 조향축 회전을 측정할 수 있는 운전자가 신뢰할 수 있는 조향각 검출 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 조향각 검출 장치의 설치 구조를 나타내는 단면도,

도 2는 종래의 조향각 검출 장치의 구조를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 검출 장치의 구조를 나타낸 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 조향축, 150: 조향축 기어,

200: 변환 기어, 250: 선단부,

300: 웜, 350: 웜기어,

400: 웜휠, 450: 결합공,

500: 회전변위 차동 변압기 센서(RVDT 센서),

550: 결합봉, 600: A/D 컨버터,

700: 전자제어장치.

Claims

차량의 조향축에 축결합되는 조향축 기어;

상기 조향축 기어에 치결합되어 상기 조향축 기어의 회전수를 소정의 기어비로 조절하는 웜감속기;

상기 웜감속기에 결합되어 상기 웜감속기의 회전변위를 검출하는 회전변위 차동변압기 센서; 및

상기 회전변위 차동변압기 센서로부터 검출된 신호를 입력받아 조향각을 산출하는 전자제어장치로 이루어진 조향각 검출장치.
제 1 항에 있어서,

상기 웜감속기는,상기 조향축 기어와 소정의 기어비로 치결합되는 변환 기어;

일단에 상기 변환 기어가 형성되고, 소정의 위치에 웜기어가 형성된 웜 및

상기 웜기어와 치결합되며, 회전 변위를 상기 회전변위 차동변압기 센서에 전달하도록 상기 회전변위 차동변압기 센서의 돌출봉이 결합되는 결합공이 형성된 웜휠로 이루어진 것을 특징으로 하는 조향각 검출 장치.