KR20060104190A

KR20060104190A - 자동차용 조향장치의 토오크센서

Info

Publication number: KR20060104190A
Application number: KR1020050026127A
Authority: KR
Inventors: 김지웅
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-09

Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 둘레에 감합된 마그네트 조각과, 이 마그네트 조각의 이동에 따른 유기 자력을 감지하기 위한 검출소자를 구비함으로 써, 이 검출소자에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것으로, 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있도록 개선하고, 조립/생산성을 높이고자 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 수단은 하우징(110)과, 이 하우징의 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, 상기한 입력축(120)은 그 하단에서부터 마그네트 조각(163)을 가진 원통형 승강체(160)를 끼우되, 이 승강체(160)는 그 외주면을 따라 형성된 경사홈(161)을 통해서 회전돌기(121)를 고정하여 이 회전돌기(121)가 상기 승강체(160)를 승강시킬 수 있도록 하고, 상기한 출력축(130)은 그 상단에 기준돌기(132)를 고정하여, 이 기준돌기(132)가 상기 승강체(160)의 하단에 형성된 승강 안내홈(162)에 끼워져 상기 승강체의 회전을 방지하도록 하며, 상기한 하우징(110)은 그 내주면에 자기력 검출소자(170)를 고정하여, 이 자기력 검출소자(170)가 상기 입력축(120)의 회전에 따라 승강되 는 상기 승강체(160)의 위치 변화를 검출하므로 써 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

Description

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

도 1은 종래의 토오크센서를 보인 구성도

도 2는 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도

도 3은 본 발명의 요부 구성도

도 4는 본 발명의 자기력 검출소자가 감지하는 자기력 출력선도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

110 : 하우징 120 : 입력축

121 : 회전돌기 122 : 환테돌출부

130 : 출력축 131 : 피니언

132 : 기준돌기 140 : 토션바

150 : 랙바 160 : 승강체

161 : 경사홈 162 : 승강 안내홈

163 : 마그네트 조각 170 : 자기력 검출소자

180 : 탄성체

본 발명은 자동차용 조향장치의 토오크센서에 대한 것으로, 더 상세하게는 회전 토오크의 감지수단으로 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 둘레에 감합된 마그네트 조각과, 이 마그네트 조각의 이동에 따른 유기 자력을 감지하기 위한 검출소자를 구비하여, 이 검출소자에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지하고자 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 자동차는 주행중 또는 정지시에 조향핸들을 회전시킴에 따라 노면과 접촉하고 있는 바퀴도 회전하여 조향되는데, 바퀴와 노면 사이에는 마찰력이 작용하고 있어 운전자의 조향력보다 타이어 등의 마찰력이 크기 때문에 운전자가 더 많은 조향력을 제공해야 한다. 이를 보조하기 위하여 운전자가 작용하는 조향력을 검출하여 모터 등의 보조동력으로 조향력을 보조해 주게되는 바, 이때 필요한 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 조향핸들과 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 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.

특히, 검출링들이 갖는 치형의 이동에 따른 인덕턴스 변화가 작아 신호를 많이 증폭해야 하는 단점이 있고, 그에 따라 노이즈도 같이 증폭되는 등의 문제점이 있다.

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

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체의 둘레에 감합된 마그네트 조각과, 이 마그네트 조각의 이동에 따른 유기 자력을 감지하기 위한 검출소자를 구비함으로 써, 이 검출소자에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것으로, 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있도록 개선하고, 조립/생산성을 높이고자 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 수단은 하우징과, 이 하우징의 내부에서 핸들의 회전력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축과 연결하되 그 중공부 속에서 토션바로써 연결되는 출력축, 상기 출력축의 하단 피니언에 연결된 랙바로 이루어진 조향장치에 있어서, 상기한 입력축은 그 하단에서부터 마그네트 조각을 가진 원통형 승강체를 끼우되, 이 승강체는 그 외주면을 따라 형성된 경사홈을 통해서 회전돌기를 고정하여 이 회전돌기가 상기 승강체를 승강시킬 수 있도록 하고, 상기한 출력축은 그 상단에 기준돌기를 고정하여, 이 기준돌기가 상기 승강체의 하단에 형성된 승강 안내홈에 끼워져 상기 승강체의 회전을 방지하도록 하며, 상기한 하우징은 그 내주면에 자기력 검출소자를 고정하여, 이 자기력 검출소자가 상기 입력축의 회전에 따라 승강되는 상기 승강체의 위치 변화를 검출하므로 써 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하는 것이다.

그리고 상기한 자기력 검출소자는 2개를 구비하되, 하나는 상기 마그네트 조각 보다 상측에, 다른 하나는 상기 마그네트 조각보다 하측에 각각 고정하여, 상기 승강체의 이동시 하나는 자기력 감소값을 검출하고, 다른 하나는 자기력 증가값을 검출하여 상기 승강체의 승강되는 값을 상호 검증할 수 있도록 한다.

또 한, 상기 승강체는 상기한 출력축과의 사이에 탄성체를 개입시켜 승강 작동이 원할하도록 한다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 전체 구성을 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 요부 구 성도이다.

먼저, 조향장치를 구성하기 위해서 하우징(110)과, 이 하우징의 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)를 구비하여 조립한다.

이때, 상기한 입력축(120)은 그 하단에서부터 마그네트 조각(163)을 가진 원통형 승강체(160)를 끼우되, 이 승강체(160)는 그 외주면을 따라 형성된 경사홈(161)을 통해서 회전돌기(121)를 고정하여 이 회전돌기(121)가 상기 승강체(160)를 승강시킬 수 있도록 한다.

또, 상기한 출력축(130)은 그 상단에 기준돌기(132)를 고정하여, 이 기준돌기(132)가 상기 승강체(160)의 하단에 형성된 승강 안내홈(162)에 끼워져 상기 승강체의 회전을 방지하도록 한다.

그리고 상기한 하우징(110)은 그 내주면에 자기력 검출소자(170)를 고정하여, 이 자기력 검출소자(170)가 상기 입력축(120)의 회전에 따라 승강되는 상기 승강체(160)의 위치 변화를 검출할 수 있도록 한다.

이와 같이 구성하면 운전자가 조향 핸들을 돌려서 입력축(120)이 회전할 때, 마그네트 조각(163)을 가진 원통형 승강체(160)가 상승 또는 하강하게 되고, 그 승강에 따라서 자기력 검출소자(170)가 거리의 변화를 검출하여 회전 토오크를 감지하게 된다.

즉, 운전자가 조향 핸들을 돌려서 입력축(120)이 회전하면 그 입력축의 중단에 고정된 회전돌기(121)가 승강체(160)의 경사홈(161)에 끼워져 있으므로 이 경사홈(161)의 윗쪽 또는 아랫쪽 면을 밀게 되고, 승강 안내홈(162)에 끼워진 기준돌기(132)에 의해서 회전을 하지 못하는 상기 승강체(160)는 상측 또는 하측 방향으로 승강 작동만을 하게된다.

이와 같이 승강체(160)가 상, 하 이동을 하게 되면, 그 외주면에 고정한 마그네트 조각(163)이 함께 승강하게 되는 바, 마그네트 조각(163)이 승강하여 자기력 검출소자(170)에 가까워지면 유기되는 자기력의 검출량이 커지고, 반대로 마그네트 조각(163)이 자기력 검출소자(170)에 멀어지면 유기되는 자기력의 검출량이 작아지는 것이며, 이러한 검출값은 지속적으로 차량의 ECU(도시하지 않았음)로 보내게 되는 것이다.

이때, 상기한 승강체(160)는 출력축(120)과의 사이에 탄성체(180)를 구비하여 입력축(120)의 좌, 우 회전에 대하여 가능한 일정한 비율로 상, 하 승강하도록 한다.

즉, 승강체(160)의 하강 작동시에는 중력이 +값으로 작용하는 반면, 상승시에는 -값으로 작용하기 때문에 그 균형을 상기 탄성체(180)로써 맞추는 것이다.

또 한, 본 발명의 자기력 검출소자(170)는 2개를 구비하여 검출되는 신호값을 자체 검증할 수 있도록 한다.

즉, 자기력 검출소자1(170a)은 상기 마그네트 조각(163) 보다 상측에, 다른 하나의 자기력 검출소자2(170b)는 상기 마그네트 조각(163)보다 하측에 고정하여, 상기 승강체(160)가 승강하였을 때, 도 4에서 보는 바와 같이 하나는 자기력 증가값을 검출하게 되고, 다른 하나는 자기력 감소값을 검출하게 된다.

따라서 각각의 자기력 검출소자(170a)(170b)가 검출한 자기력 검출값을 상호 대비하여 항상 정상작동 되는 것인지를 판단할 수 있다.

이와 같은 검증수단은 하우징 내부의 온도변화가 발생하여 마그네트 조각(163)의 자기력 크기에 변화가 있더라도 그 변화된 값에 따라 상호 대비될 수 있는 기준값을 제공받을 수 있도록 하기 때문에 매우 유용한 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 입력축에 끼운 채, 입력축의 회전에 따라 상, 하 승강하도록 한 승강체와, 상기 승강체에 구비된 마그네트 조각의 승강 작동에 대한 거리의 변화값을 감지하는 자기력 검출소자를 구비하여, 이 자기력 검출소자에 의해 측정된 값으로 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하였기 때문에 토오크 센서의 전체적인 구성품을 간소화 시킬 수 있게 되었고, 아울러 조립 생산성을 크게 높일 수 있게 되는 것이다.

특히, 하우징 내부에서 온도변화가 있다 하더라도 상호 반대 방향으로 측정값을 검출하도록 구비된 한 쌍의 자기력 검출소자를 구비하였기 때문에 항상 정확한 측정값을 얻을 수 있어 좋은 것이다.

Claims

하우징(110)과, 이 하우징의 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,

상기한 입력축(120)은 그 하단에서부터 마그네트 조각(163)을 가진 원통형 승강체(160)를 끼우되, 이 승강체(160)는 그 외주면을 따라 형성된 경사홈(161)을 통해서 회전돌기(121)를 고정하여 이 회전돌기(121)가 상기 승강체(160)를 승강시킬 수 있도록 하고,

상기한 출력축(130)은 그 상단에 기준돌기(132)를 고정하여, 이 기준돌기(132)가 상기 승강체(160)의 하단에 형성된 승강 안내홈(162)에 끼워져 상기 승강체의 회전을 방지하도록 하며,

상기한 하우징(110)은 그 내주면에 자기력 검출소자(170)를 고정하여, 이 자기력 검출소자(170)가 상기 입력축(120)의 회전에 따라 승강되는 상기 승강체(160)의 위치 변화를 검출하므로 써 입력축의 회전 토오크를 감지할 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
제 1 항에 있어서,

상기한 자기력 검출소자(170)는 2개를 구비하되, 하나는 상기 마그네트 조각(163) 보다 상측에, 다른 하나는 상기 마그네트 조각(163)보다 하측에 각각 고정하여, 상기 승강체(160)의 이동시 하나는 자기력 감소값을 검출하고, 다른 하나는 자기력 증가값을 검출하여 상기 승강체의 승강되는 값을 상호 검증할 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.
제 1 항에 있어서,

상기한 승강체(160)는 상기한 출력축(120)과의 사이에 탄성체(180)를 개입시켜 승강 작동이 원할하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 토오크센서.