KR20080010275A - Apparatus for sensing steering angle and sensing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱장치를 보인 도.1 is a view showing a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 보인 플로우챠트.2 is a flowchart showing a steering angle sensing method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 설명하기 위한 것으로, 제 1 및 제 2 마그네트의 회전각도를 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로에서 각각 센싱한 디지털 출력값의 그래프.3 is a view illustrating a steering angle sensing method according to an exemplary embodiment of the present invention, and a graph of digital output values obtained by sensing rotation angles of first and second magnets in first and second rotary hole integrated circuits, respectively.
도 4는 도 3에 도시된 δS≥0 인 영역만을 발췌하여 도시한 그래프.FIG. 4 is a graph illustrating only an area of δS ≧ 0 shown in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 보인 플로우챠트.5 is a flowchart showing a steering angle sensing method according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 조향축 210 : 메인기어100: steering shaft 210: main gear
221,225 : 제 1,2 보조기어 231,235 : 제 1,2 마그네트221,225: 1st and 2nd auxiliary gear 231,235: 1st and 2nd magnet
241,245 : 제 1,2 로터리 홀 집적회로241,245: first and second rotary hole integrated circuit
본 발명은 조향각 센싱장치 및 센싱방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steering angle sensing device and a sensing method.
차량에 사용되는 조향장치는 주행중인 차량의 진행방향을 전환하기 위하여 조향륜(전륜 또는 후륜)의 방향을 전환시키는 장치이다. 주행중인 차량의 조향 정도는 차량을 제어하기 위한 데이터로 활용되므로, 조향축의 조향각 및 조향토크를 측정하여 차량의 조향 정도를 검출한다.The steering device used in a vehicle is a device for changing the direction of a steering wheel (front wheel or rear wheel) in order to change the traveling direction of the vehicle in operation. Since the steering degree of the driving vehicle is utilized as data for controlling the vehicle, the steering angle of the steering shaft is measured to detect the steering degree of the vehicle.
종래의 조향각 센싱장치는 조향축의 1회전을 기준으로 360°범위에서 조향각을 검출하였다. 그런데, 차량의 조향 핸들은 시계방향으로 2~3회전 및 반시계방향으로 2~3회전 회전하므로, 종래의 조향각 센싱장치로는 조향 핸들이 몇 회전하였는지는 전혀 알 수가 없다. 이로인해, 조향축의 절대각을 알 수 없는 문제점이 있다.Conventional steering angle sensing device detected a steering angle in a 360 ° range based on one rotation of the steering shaft. However, since the steering wheel of the vehicle rotates 2 to 3 rotations in the clockwise direction and 2 to 3 rotations in the counterclockwise direction, it is not known at all how much the steering wheel has been rotated by the conventional steering angle sensing device. Due to this, there is a problem that the absolute angle of the steering shaft is unknown.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, AMR(Anisotropic Magnetorresistance)소자를 이용한 조향각 센싱장치가 개발되었는데, 이를 상세히 설명한다.In order to solve such a problem, a steering angle sensing device using an anisotropic magnetorresistance (AMR) device has been developed, which will be described in detail.
AMR소자를 이용한 조향각 센싱장치는 조향축과 동일하게 회전하는 메인기어에 크기가 다른 2개의 서브기어가 각각 맞물린다. 그리고, 상기 2개의 서브기어에 마그네트를 각각 고정하고, 2개의 AMR소자가 각 마그네트의 위치를 센싱하여 아날로그 전압값으로 나타낸다. 그러면, 아날로그/디지털 변환기가 아날로그 전압값을 디지털 값으로 변환하고, 변환된 이들 값의 조합 및 연산을 통하여 조향륜의 절대각을 검출한다.In the steering angle sensing device using the AMR element, two subgear gears of different sizes are engaged with the main gear which rotates in the same manner as the steering shaft. The magnets are fixed to the two sub-gears, respectively, and two AMR elements sense the positions of the magnets and represent the analog voltage values. The analog-to-digital converter then converts the analog voltage values into digital values and detects the absolute angle of the steering wheel through the combination and operation of these converted values.
그러나, 상기와 같은 종래의 조향각 센서는 아날로그/디지털 변환기에서 변환도중 오류가 발생될 수 있으므로, 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.However, in the conventional steering angle sensor as described above, an error may occur during conversion in the analog-to-digital converter, and thus there is a disadvantage in that reliability is lowered.
또한, 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 과정이 필요하므로 처리 속도가 지연되는 단점이 있다.In addition, there is a disadvantage in that the processing speed is delayed because a process of converting an analog value to a digital value is required.
또한, 아날로그/디저털 변환기가 필요하므로 원가가 상승하는 단점이 있다.In addition, since an analog-digital converter is required, the cost increases.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신뢰성을 향상시킬 수 있는 조향각 센싱장치 및 그 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a steering angle sensing device and method that can improve the reliability.
본 발명의 다른 목적은 처리 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있는 조향각 센싱장치 및 그 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a steering angle sensing device and method for improving the processing speed as well as reducing the cost.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조향각 센싱장치는, 조향축과 함께 회전하는 메인기어; 상기 메인기어와 연동하여 회전하는 상호 다른 기어비를 가지는 제 1 및 제 2 보조기어; 상기 제 1 및 제 2 보조기어에 각각 결합되어 상기 제 1 및 제 2 보조기어와 각각 함께 회전하는 제 1 및 제 2 마그네트; 상기 제 1 및 제 2 마그네트의 회전각도를 각각 센싱하여 디지털 신호를 출력하는 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(Rotary Hall Integrated Circuit); 상기 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로의 출력신호에 따라 상기 조향축의 절대 조향각을 연산하는 수단을 포함한다.Steering angle sensing device according to the present invention for achieving the above object, the main gear to rotate with the steering shaft; First and second auxiliary gears having different gear ratios that rotate in association with the main gear; First and second magnets respectively coupled to the first and second auxiliary gears and rotating together with the first and second auxiliary gears, respectively; First and second rotary hall integrated circuits for sensing digital rotation angles of the first and second magnets to output digital signals; Means for calculating an absolute steering angle of the steering shaft in accordance with output signals of the first and second rotary hole integrated circuits.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조향각 센싱방법은, 조향축이 회전함에 따라 상호 다른 각속도로 회전하는 제 1 및 제 2 마그네트의 회전각도를 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(Rotary Hall Integrated Circuit)를 이용하여 센싱하는 단계; 센싱한 상기 제 1 마그네트의 회전각도(S1)와 센싱한 상기 제 2 마그네트의 회전각도(S2)의 차(δS)를 구하는 단계; 상기 조향축의 회전각도(θ)를 수학식 δS x G(게인값)를 이용하여 계산하는 단계를 수행한다.In addition, the steering angle sensing method according to the present invention for achieving the above object, the first and second rotary hole integrated circuit (Rotary) the rotation angle of the first and second magnets rotate at different angular speeds as the steering shaft rotates; Sensing using a Hall Integrated Circuit); Obtaining a difference δS between the rotation angle S1 of the sensed first magnet and the rotation angle S2 of the second magnet sensed; The rotation angle θ of the steering shaft is calculated using Equation δS x G (gain value).
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱장치 및 센싱방법을 차량을 예로 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, a steering angle sensing device and a sensing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱장치를 보인 도이다.1 is a view showing a steering angle sensing device according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조향각 센싱장치는 메인기어(210), 제 1 및 제 2 보조기어(221,225), 제 1 및 제 2 마그네트(231,235), 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(Rotary Hall Integrated Circuit)(241,245)를 가진다.As shown, the steering angle sensing device according to the present embodiment includes the
메인기어(210)는 조향핸들(미도시)을 회전시키기 위한 외력에 따라 회전하는 조향축(100)의 외주면에 결합되어 조향축(100)과 함께 회전한다.The
제 1 및 제 2 보조기어(221,225)는 메인기어(210)에 맞물려 연동된다. 이때, 제 1 보조기어(221)의 기어비와 제 2 보조기어(225)의 기어비는 상호 다르게 형성되는데, 이하, 제 2 보조기어(225)의 기어비가 제 1 보조기어(221)의 기어비 보다 크다고 가정한다. 그러면, 메인기어(210)가 1바퀴 회전하면, 제 1 보조기어(221)는 제 2 보조기어(225) 보다 더 많이 회전한다.The first and second
제 1 및 제 2 마그네트(231,235)는 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)에 각각 결합되어, 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)와 각각 동일하게 회전한다.The first and
그리고, 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)는 제 1 및 제 2 마그네트(231,235)와 각각 대향되게 설치되어 제 1 및 제 2 마그네트(231,235)의 회전각도를 센싱한다. 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)는 제 1 및 제 2 마그네 트(231,235)의 회전에 따른 자속의 변화를 센싱하여 그 값을 디지털 신호로 출력한다.The first and second rotary hole integrated
메인기어(210)는 조향축(100)에 직접 결합될 수 도 있고, 조향토크 센싱장치(300)를 매체로 조향축(100)에 결합될 수 도 있다. 조향토크 센싱장치(300)는 조향축(100)과 연결되어 조향축(100)과 함께 회전하는데, 조향축(100)에 결합된 조향토크 센싱장치(300)의 출력축(310)에 메인기어(210)가 결합된다. 메인기어(210)와 출력축(310)의 결합을 위하여 메인기어(210)의 내주면 및 출력축(310)의 외주면에는 상호 삽입되어 걸리는 돌기(213) 및 홈(313)이 형성된다.The
그리고, 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)는 조향토크 센싱장치(300)의 케이스(350)에 결합되어 지지되고, 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)는 조향각 센싱장치의 케이스(250)에 결합된 PCB(260)에 접속된다.The first and second
본 실시예에 따른 조향각 센싱장치에는 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)에서 출력한 디지털 신호값을 이용하여 조향축(100)의 절대 조향각을 연산하는 수단이 마련된다.The steering angle sensing device according to the present embodiment is provided with means for calculating an absolute steering angle of the
상기 수단은 수학식 1로 표시된다.The means is represented by equation (1).
이때, δS = S1 - S2, θ는 메인기어(210)의 회전각도, G는 게인(Gain) 값, n은 로터리 홀 집적회로의 비트 수이다. 그리고, S1은 제 1 로터리 홀 집적회 로(241)에서 센싱하여 출력한 제 1 마그네트(231)의 회전각도이고, S2는 제 2 로터리 홀 집적회로(245)에서 센싱하여 출력한 제 2 마그네트(235)의 회전각도이다.At this time, δS = S1-S2, θ is the rotation angle of the
상기의 수학식 1에 의하여 조향각을 센싱하는 방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.A method of sensing a steering angle by the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 보인 플로우챠트이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 설명하기 위한 것으로, 제 1 및 제 2 마그네트의 회전각도를 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로에서 센싱한 디지털 출력값의 그래프이며, 도 4는 도 3에 도시된 δS≥0 인 영역만을 발췌하여 도시한 그래프이다.2 is a flow chart illustrating a steering angle sensing method according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining a steering angle sensing method according to an embodiment of the present invention, the rotation angle of the first and second magnets FIG. 4 is a graph showing digital output values sensed by the first and second rotary hole integrated circuits, and FIG. 4 is a graph illustrating only an area of δS ≧ 0 illustrated in FIG. 3.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조향각 센싱방법은 조향축(100)과 동일하게 회전하는 메인기어(210)의 회전각도를 센싱하여 조향축(100)의 회전각도를 측정한다.As shown, the steering angle sensing method according to the present embodiment senses the rotation angle of the
이를 위하여, 단계(S110)에서는 메인기어(210)와 연동하여 회전하는 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)와 동일하게 회전하는 제 1 및 제 2 마그네트(231,235)의 회전각도를 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)를 이용하여 센싱한다. 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)는 제 1 및 제 2 마그네트(231,235)의 회전각도를 디지털 값으로 출력한다.To this end, in step S110, the rotation angles of the first and
조향핸들을 시계방향으로 최대한 회전시킨 상태에서 반시계방향으로 최대한 회전시키면 조향핸들과 조향축(100) 및 메인기어(210)가 1,800°회전한다고 가정한다. 그리고, 상호 다른 기어비를 가지면서 메인기어(210)와 연동하는 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)는 8회전 및 7.5회전 한다고 가정한다. 제 1 및 제 2 보조기어(221,225)의 기어비는 차량에 따른 메인기어(210)의 실제 회전각도 및 센싱하고자 하는 정밀도에 따라 적정하게 설계하면 된다. 그러면, 메인기어(210)가 회전함에 따라 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)에서 센싱한 제 1 및 제 2 마그네트(231,235)의 회전각도는, 도 3에 도시된 바와 같이, 파형 S1 및 파형 S2로 출력된다. 이때, 출력의 최대값은 2n 인데, n은 로터리 홀 집적회로의 비트 수이다.It is assumed that the steering wheel and the
그리고, 단계(S120)에서는 제 1 로터리 홀 집적회로(241)에서 센싱한 출력값 S1과 제 2 로터리 홀 집적회로(245)에서 센싱한 출력값 S2의 차 δS를 계산한다. δS의 값은 도 3에 왼쪽으로 빗금친 영역의 값이다. 이때, 파형 S1의 주기가 파형 S2의 주기 보다 짧으므로, 도 3에 오른쪽으로 빗금친 영역에서는, δS의 값이 (-)가 된다. δS의 값이 (-)이면, 계산하고자 하는 메인기어(210)의 회전각도 θ도 (-)의 값이 된다. 그러면, (-)값에 대한 새로운 기준값을 설정하여야 하므로 번거롭다.In operation S120, the difference δS between the output value S1 sensed by the first rotary hole integrated
이를 해소하기 위하여, 단계(S130)에서는 δS≥0 인가를 판단한다. 그리하여, δS≥0 이면 θ를 계산하고(S140), δS<0이면 S1+2n = S1을 계산한 후(S133), 단계 S120으로 피드백(Feed Back)하여 (+) 값의 δS를 계산한다.In order to solve this problem, it is determined in step S130 that? S ≧ 0 is applied. Thus, if δS≥0, θ is calculated (S140), if δS <0, S1 + 2 n = S1 is calculated (S133), and fed back to step S120 to calculate δS of the positive value. .
메인기어(210)의 회전각도 θ = δS x G인데, G는 미리 계산되어 설정된 게인(Gain) 값이다.The rotation angle of the
δS의 값이 선형적으로 변하여야 중복된 δS의 값이 존재하지 않고, 중복된 δS의 값이 존재하지 않아야만 중복된 θ의 값이 존재하지 않는다. θ 값의 중복이 발생되지 않기 위해서는 0≤δS≤(2n-1) 이어야 한다.When the value of δS changes linearly, there is no overlapping value of δS, and when there is no overlapping value of δS, there is no overlapping value of θ. In order not to cause duplication of θ values, 0 ≦ δS ≦ (2 n −1) should be used.
0≤δS 조건은 δS의 값이 (-)인 도 3에 오른쪽으로 빗금친 영역의 S1을 S1+2n 하여 δS를 구하면 된다. 그러므로, 0≤δS의 조건은 δS의 값이 선형적으로 변하도록 하기 위한 조건에도 해당된다.In the condition of 0≤δS, δS may be obtained by S1 + 2 n of S1 of the region hatched to the right in FIG. 3 where the value of δS is negative. Therefore, the condition of 0≤δS also corresponds to a condition for causing the value of δS to change linearly.
δS≥0 인 영역과 δS가 (-)여서 S1을 S1+2n 하여 새로 구한 δS의 영역을 발췌하면, 도 4에 도시된 바와 같이 메인기어(210)가 0°∼1800°회전함에 따라, δS는 0∼(2n-1) 사이에서 선형적으로 변한다. 즉, 중복된 δS의 값은 존재하지 않는다.When the area of δS≥0 and δS are negative (-), and the area of δS newly obtained by S1 + S1 + 2 n is extracted, as shown in FIG. 4, as the
본 실시예에 따른 조향각 센싱장치 및 센싱방법은 조향축(100)과 동일하게 회전하는 메인기어(210)와 연동하여 회전하되, 상호 상이한 주기로 회전하는 제 1및 제 2 마그네트(231,235)의 회전각도를 디지털 신호를 출력하는 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로(241,245)로 센싱하여, 그 차를 구하여 조향축(100)의 절대 조향각을 구한다. 즉, 직접 출력된 디지털 신호를 이용하여 조향각을 센싱하므로, 신뢰성이 향상되고 처리속도가 빠르다.The steering angle sensing device and the sensing method according to the present embodiment rotate in conjunction with the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 센싱방법을 보인 플로우챠트로서, 도 2와의 차이점만을 설명한다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a steering angle sensing method according to another exemplary embodiment of the present invention, and describes only differences from FIG. 2.
도시된 바와 같이, 단계(S130)에서 δS≥0이 아니면, δS+2n=δS(n=로터리 홀 집적회로의 비트 수)로 새로운 δS 를 계산(S133)한 후, θ를 계산하는 단계(S140)를 수행한다.As shown, in step S130, if δS≥0, the new δS is calculated (S133) with δS + 2n = δS (n = number of bits of the rotary hole integrated circuit), and then θ is calculated ( S140).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향각 센싱장치는 조향축과 연동하여 상호 상이한 주기로 회전하는 제 1 및 제 2 마그네트의 회전각도를 디지털 신호로 출력하는 제 1 및 제 2 로터리 홀 집적회로로 센싱하여, 그 차를 구하여 조향축의 절대 조향각을 구한다. 그러므로, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이 없으므로, 신호 변환으로 인한 오류 발생 현상이 제거되어 신뢰성이 향상된다.As described above, the steering angle sensing device according to the present invention senses the first and second rotary hole integrated circuits outputting digital angles of rotation angles of the first and second magnets rotating at different periods in cooperation with the steering shaft. Then, the difference is found and the absolute steering angle of the steering shaft is obtained. Therefore, since there is no process of converting an analog signal into a digital signal, an error occurrence phenomenon due to signal conversion is eliminated and reliability is improved.
또한, 신호 변환 과정이 없으므로 처리속도가 향상되고, 아날로그/디지털 변환기가 필요 없으므로 원가가 절감된다.In addition, the processing speed is improved because there is no signal conversion process, and the cost is reduced because no analog / digital converter is required.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.In the above, the present invention has been described in accordance with one embodiment of the present invention, but those skilled in the art to which the present invention pertains have been changed and modified without departing from the spirit of the present invention. Of course.
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