KR20080032450A

KR20080032450A - 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템

Info

Publication number: KR20080032450A
Application number: KR1020060098237A
Authority: KR
Inventors: 임종순; 김진용; 윤한수
Original assignee: 주식회사 일진글로벌
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-15
Also published as: WO2008044879A1; KR100842392B1

Abstract

본 발명은 엔진의 출력을 휠로 전달하고 엔진에 의하여 휠에 작용하는 토크를 측정할 수 있으며, 허브베어링유니트(110)와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부(120)와, 제2 센서부(130)와, 상기 허브베어링유니트(110)에 연결되는 버필드 조인트(140)와, 상기 버필드 조인트(140)와 트라이포드 조인트(160)를 연결하는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 일단으로 연결되는 트라이포드 조인트(160)를 포함하여 구성되며; 상기 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163) 외면은 복수개의 원호부(163a)와 상기 원호부(163a)들 사이에 형성되며 원호부(163a)들과 동수의 오목부(163b)로 이루어지며, 상기 제2 센서부(130)는 상기 원호부(163a)의 반지름 방향으로 원호부(163a)와 소정간격 틈새를 가지도록 설치되어, 상기 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)에서 검출되는 파형으로부터 토크를 측정하는 구동휠시스템(100)에 관한 것으로; 미세한 토크를 측정할 수 있으며, 실제로 휠에 발생하는 토크를 정확하게 측정할 수 있으며, 휠의 속도와 휠에 작용하는 토크를 정확하게 측정함으로써 트랙션 제어를 각 휠마다 실시간으로 정밀하게 할 수 있는 반면, 설치 공간이나 설치 비용의 증가는 미미하게 되며, 파형의 크기에 관계없이 토크에 의하여 변형각이 크게 발생하는 경우에도 오차 없이 정확하게 토크를 산출할 수 있는 효과가 있다.

허브, 베어링, 토크, 버필드 조인트, 트라이포드 조인트

Description

토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템{Driving wheel system measurable torque}

도 1은 종래 기술에 의한 구동휠시스템을 도시한 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1의 'A'부를 확대 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템을 도시한 단면도이다.

도 4는 도 3의 구동휠시스템에 있어서 제1 센서부의 변형 예를 도시한 것이다.

도 5는 도 3의 A-A선에 따르는 단면도이다.

도 6은 도 5의 변형 예이다.

도 7은 본 발명의 구동휠시스템에 있어서 제2 센서부의 변형 예를 도시한 단면도이다.

도 8은 본 발명의 구동휠시스템에 있어서 제2 센서부의 또 다른 변형 예를 도시한 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템에 연결되는 자동차 장치의 구조 예를 도시한 것이다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템에 의하여 검출된 파형의 예를 도시한 것이다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 바람직한 다른 실시 예에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템에 있어서 톤휠의 변형 예를 도시한 것이다.

도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 톤휠로부터 검출된 파형을 도시한 것이다.

도 15는 본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템에 의하여 측정된 토크와 비틀림각의 관계를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 구동휠시스템 110 : 허브베어링유니트

111 : 허브 112, 114 : 플랜지

113 : 외륜체 115 : 전동체

117, 149 : 리테이너 119 : 내륜

120 : 제1 센서부 130 : 제2 센서부

124, 134 : 톤휠

140 : 버필드 조인트(Birfield Joint) 141 : 스템부

142, 162 : 부트 143 : 외륜부

145 : 볼 147 : 내륜부

150 : 구동축 160 : 트라이포드 조인트

161 : 스템 163 : 외륜

164 : 스파이더 167 : 롤러

169 : 고정부재

본 발명은 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세한 토크를 측정할 수 있으며, 토크가 미세한 경우에도 증폭할 필요가 없으며, 간단하게 실제 휠에 작용하는 토크를 측정할 수 있으며, 토크에 의하여 변형각이 크게 발생하는 경우에도 오차 없이 정확하게 토크를 산출할 수 있는 효과가 있다.

근래에는 자동차의 현가 장치에 장착되는 베어링에 인코더를 일체로 형성한 인코더 일체형 시일을 장착하고, 인코더로부터 발생하는 자장의 변화로부터 베어링의 회전을 감지하여 휠의 회전 속도를 측정하는 한편 엔진으로부터 출력되는 토크를 측정하여, 자동차에 구비되는 ABS(Anti-lock Brake System), TCU(Traction Control System), ESP(Electric Stability Program) 또는 LSD(Limited Slip Differential)와 같은 첨단 제어 시스템을 제어한다.

이하에서 사용되는 용어인 구동휠시스템에 대하여 간단하게 설명한다. 일반적으로 자동차에 있어서, 엔진의 출력은 변속기로 전달되고, 변속기로부터의 출력 은 차동기어를 통하여 양측 휠로 전달된다. 상기 차동기어로부터 휠까지는 트라이포드 조인트, 구동축, 버필드 조인트를 통하여 휠로 전달되며, 상기 버필드 조인트와 휠 사이에는 휠을 회전 가능하게 지지하는 허브베어링유니트가 장착된다. 상기에서 트라이포드 조인트, 구동축, 버필드 조인트, 허브베어링유니트를 구동휠시스템이라고 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 구동휠시스템(1)을 도시한 개략적인 단면도이며, 도 2는 도 1의 'A'부를 확대 도시한 단면도이다. 종래 기술에 의한 구동휠시스템(1)은 도 1에 도시한 바와 같이 허브베어링유니트(10)와, 상기 허브베어링유니트(10)의 내측으로 스플라인(11a, 41a) 결합되며 너트(23) 체결되는 버필드 조인트(40)와, 상기 버필드 조인트(40)를 트라이포드 조인트(60)에 연결하는 구동축(50)과, 상기 구동축(50)에 의하여 버필드 조인트(40)로 회전력을 전달하는 트라이포드 조인트(60)로 구성된다. 상기 트라이포드 조인트(60)의 스템(61)은 변속기(도시하지 않음)의 차동기어에 스플라인 결합되어 동력을 전달받는다.

상기 허브베어링유니트(10)는 하나 이상의 궤도가 형성된 허브(11)와, 너클(도시하지 않음)이 결합되도록 나사공(14a)이 형성된 플랜지(14)를 구비하며 복수의 궤도가 형성된 외륜체(13)과, 상기 허브(11)와 외륜체(13) 사이에 구비되는 복열의 전동체(15)와, 상기 전동체(15)의 간격을 유지하도록 설치되는 케이지(17)로 이루어진다. 상기 허브(11)는 브레이크 패드(도시하지 않음)와 함께 휠(도시하지 않음)이 장착되는 허브너트(20)를 구비하는 플랜지(12)를 가진다.

도 1에서 18은 휠의 회전속도를 측정하는 회전속도센서부를 도시한 것이며, 18a는 인코더 씰을 도시한 것이고, 18b는 상기 인코더 씰로부터 자기력의 변화를 센싱하는 센서를 도시한 것이다. 상기 회전속도센서부(18)로부터 측정된 자기력의 변화로부터 회전속도를 산출하여 ABS등의 제어 자료로 사용된다. 그리고 19는 상기 허브(11)의 외경면에 삽입되며 궤도가 형성된 내륜을 도시한 것이다.

상기 버필드 조인트(40)와 트라이포드 조인트(60)는 일정한 각도 범위 내에서 회전 속도의 변동 없이 등속으로 회전력을 전달하기 위한 것으로, 버필드 조인트(40)는 허브(11)의 내경으로 삽입되어 너트(23) 체결되는 스템부(41)와, 상기 스템부(41)와 일체로 형성되며 일측으로 허브(11)의 측면을 지지하는 컵형 외륜부(43)와, 상기 외륜부(43) 내측으로 삽입되는 내륜부(47)와, 상기 내륜부(47)와 외륜부(43) 사이에 위치하는 복수개의 볼(45)과, 상기 볼(45)의 간격을 일정하게 유지하도록 하는 리테이너(49)로 이루어지며, 상기 내륜부(47)의 내측으로 구동축(50)이 삽입 고정된다. 상기 외륜부(43)의 외면과 구동축(50)의 외경면에는 버필드 조인트(40) 내에 충진되는 윤활재의 누설을 방지하고 외부로부터 이물질이 침입하는 것을 방지하기 위한 부트(42)가 고정 설치된다.

상기 구동축(50)의 타측은 트라이포드 조인트(60)의 스파이더(64)에 삽입 고정된다. 상기 트라이포드 조인트(60)는 구동축(50)이 삽입 고정되는 스파이더(64)와, 상기 스파이더(64)의 트라이온(65)에 회전 가능하게 장착되는 로울러(67)와, 상기 스파이더(64)가 삽입되면서 로울러(67)가 안착하는 조인트 외륜(63)으로 이루어지며, 상기 조인트 외륜(63)의 일측으로 스템(61)이 돌출 형성된다. 그리고 상기 구동축(50)과 조인트 외륜(63)의 외면에 고정되는 부트(62)를 구비한다.

종래에는 토크를 측정하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 허브(11)의 외경에 자기 왜곡링(21b)을 설치하고, 상기 자기 왜곡링(21b)이 변형할 때 발생하는 자기 변화를 측정하기 위한 자기센서(21a)를 상기 자기 왜곡링(21b)의 외측으로 설치하여, 상기 트라이포드 조인트(60)와, 구동축(50), 버필드 조인트(40)를 통하여 전달된 토크에 의하여 허브(11)에 비틀림이 발생할 때, 상기 허브(11)의 비틀림과 함께 자기 왜곡링(21b)에 비틀림이 발생하도록 하여, 자기 왜곡링(21b)의 비틀림에 의한 자기 변화로부터 허브(11)의 비틀림을 역산하여 허브(11)에 작용하는 토크를 측정하였다.

그리고 다른 방법으로서 엔진의 성능 곡선인 회전수와 스로틀밸브의 함수로 작성된 토크 차트를 이용하는 엔진맵에 의하여 토크를 측정하였다.

그러나 상기의 자기 왜곡링(21b)을 이용하는 방법은 허브(11)의 비틀림 양이 미미하므로 측정신호가 미약하여 별도의 증폭회로가 필요하며, 미소 토크 변화를 정밀하게 측정할 수 없으며, 신호에 외란이 발생한 가능성이 크며, 허브베어링유니트(10) 내에 자기센서(21a)를 설치하므로 자기센서(21a)의 보정이 어려우며, 또한 보수 비용이 고가인 문제점이 있고,

엔진맵을 이용하여 토크를 측정하는 기술은 시간 지연의 문제가 있으며, 온도나 습도와 같은 외부 환경 요인에 의하여 오차가 발생하며, 엔진에서 토크를 측정하므로 휠에 실제로 발생하는 토크를 정확하게 측정할 수 없으며, 구동휠시스템에서 실시간으로 토크를 측정할 수 없으므로 휠을 실시간을 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 토크 측정에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 미세한 토크도 측정할 수 있으며, 휠에 작용하는 토크를 실시간으로 측정할 수 있으며, 따라서 휠 제어를 실시간으로 정밀하게 할 수 있는 반면, 설치 비용은 저렴하고 또한 파형의 크기에 관계없이 토크에 의하여 변형각이 크게 발생하는 경우에도 오차 없이 정확하게 토크를 측정할 수 있는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템은 허브베어링유니트와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부와, 제2 센서부와, 상기 허브베어링유니트에 연결되는 버필드 조인트와, 상기 버필드 조인트와 트라이포드 조인트를 연결하는 구동축과, 상기 구동축의 일측으로 연결되는 트라이포드 조인트를 포함하여 구성되며; 상기 트라이포드 조인트의 외륜 외면은 복수개의 원호부와 상기 원호부들 사이에 형성되며 원호부들과 동수의 오목부로 이루어지며, 상기 제2 센서부는 상기 원호부의 반지름 방향으로 원호부와 소정간격 틈새를 가지도록 설치되어, 상기 제1 센서부와 제2 센서부에서 검출되는 파형의 위상차로부터 토크를 측정하는 것을 특징으로 하며,

상기에서 트라이포드 조인트의 외륜의 외면 원호부에는 일정 간격으로 복수 개의 돌기가 형성되며, 상기 제2 센서부는 상기 원호부의 반지름 방향으로 돌기와 소정간격 틈새를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따르는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템은 허브베어링유니트와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부와, 제2 센서부와, 상기 허브베어링유니트에 연결되는 버필드 조인트와, 상기 버필드 조인트와 트라이포드 조인트를 연결하는 구동축과, 상기 구동축의 일측으로 구비되며 부트에 의하여 보호되는 트라이포드 조인트를 포함하여 구성되며; 상기 부트는 트라이포드 조인트의 외륜에 고정부재에 의하여 일측이 고정되며, 상기 고정부재는 원주방향으로 일정 간격으로 복수개의 관통공이 형성된 축방향 연장부를 구비하며, 상기 제2 센서부는 반지름 방향으로 상기 축방향 연장부와 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템은 허브베어링유니트와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부와, 제2 센서부와, 상기 허브베어링유니트에 연결되는 버필드 조인트와, 상기 버필드 조인트와 트라이포드 조인트를 연결하는 구동축과, 상기 구동축의 일측으로 연결되는 트라이포드 조인트를 포함하여 구성되며; 상기 트라이포드 조인트에는 복수개의 돌기부재를 구비하는 톤휠이 장착되며, 상기 제2 센서부는 반지름 방향으로 상기 돌기부재로부터 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 제1 센서부는 허브베어링유니트에 구비되며 지지대에 원주 방향으로 등간격으로 오목부나 관통홈이 형성되거나, 원주 방향으로 하나 이상의 N극과 S극이 교차하는 자석부를 구비하는 씰과, 상기 씰과 소정간격 이격하여 설치되 어 씰로부터의 신호를 센싱하는 제1 센서이거나; 버필드 조인트의 외륜부 외경면에 설치되며 원주 방향으로 복수개의 돌기를 구비하는 톤휠과, 상기 돌기로부터 반지름 방향으로 소정간격 이격하여 설치되어 상기 톤휠로부터 신호를 센싱하는 제1 센서인 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 원호부, 원호부에 형성되는 돌기, 외륜에 장착되는 톤휠의 돌기부재 또는 고정부재에 형성되는 관통공은 하나 이상의 불규칙 펄스가 검출되도록 형성되며; 허브베어링유니트에 구비되는 씰의 지지대에 형성되는 오목부, 관통홈 또는 자석부, 또는 버필드 조인트에 구비되는 톤휠의 돌기는 하나 이상의 불규칙 펄스가 검출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 본 발명에 따르는 구동휠시스템은 제1 센서부와 제2 센서부에 연결되어 제1 센서부와 제2 센서부로부터 파형을 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 연결되어 검출부에서 검출된 파형을 연산하여 연산결과를 제어부로 전달하는 연산부를 더 포함하여 구성되며; 상기 연산부는 제1 센서부 또는 제2 센서부에서 검출된 파형으로부터 회전속도를 연산하며; 제2 센서부와 제1 센서부로부터 검출된 파형을 대비하여 시간편차를 추출하며; 상기 추출된 시간편차로부터 토크를 연산하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기에서 본 발명에 따르는 구동휠시스템은 제1 센서부와 제2 센서부에 연결되어 제1 센서부와 제2 센서부로부터 파형을 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 연결되어 검출부에서 검출된 파형을 연산하여 연산결과를 제어부로 전달하는 연산부를 더 포함하여 구성되며; 상기 연산부는 제2 센서부에서 검출된 불규칙 펄 스에 대한 제1 센서부에서 검출된 불규칙 펄스의 위상차와 초기위상차의 차이로부터 시간편차를 추출하며, 상기 추출된 시간편차로부터 토크를 연산하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따르는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 따르는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템의 설명에 있어서 종래 기술과 동등한 부분에 대해서는 종래 기술과 동등한 명칭을 사용하며, 중복 설명되는 부분에서는 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)을 도시한 개략적인 단면도이며, 도 4는 도 3에서 버필드 조인트를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3의 A-A선에 따르는 단면도이며, 도 6은 도 5의 변형 예를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 구동휠시스템(100)의 또 다른 변형 예를 도시한 단면도이며, 도 8은 본 발명의 구동휠시스템(100)의 또 다른 변형 예를 도시한 단면도이며, 도 9는 본 발명에 구동휠시스템에 연결되는 자동차 장치의 구조 예를 도시한 것이며, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템에 의하여 검출된 파형의 예를 개략적으로 도시한 것이며, 도 15는 본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)을 구동하면서 측정한 토크와 비틀림 각의 관계의 예를 도시한 그래프이다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)은 허브베어링유니트(110)와, 상기 허브베어링유니트(110)의 내경부에 삽입되어 연결되는 버필드 조인트(140)와, 상기 버필드 조인트(140)와 트라이포드 조인트(160)를 연결하는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 일측으로 연결되는 트라이포드 조인트(160)를 포함하여 구성된다.

허브베어링유니트(110)에 있어서 111은 허브를, 112는 허브에서 반지름 방향으로 연장 형성되는 플랜지를, 113은 외륜체를, 114는 외륜체(113)에서 연장 형성되는 플랜지를, 115는 허브(111)와 외륜체(113) 사이에 위치하는 전동체를, 117은 상기 전동체(115)의 간격을 일정하게 유지하는 리테이너를, 119는 상기 허브(111)의 외경면에 안착하는 내륜을, 123은 버필드 조인트(140)를 허브베어링유니트(110)에 고정시키는 너트를, 111a와 141a는 각각 허브(111)의 내경에 형성되는 스플라인과 버필드 조인트(140)의 스템부(141) 외경면에 형성되는 스플라인을 도시한 것이다. 상기에서 도 3에 점선으로 도시한 바와 같이 허브(111)의 외경면에 분리된 2개의 내륜을 안착하여 형성하는 것도 가능하다. 도 3에서 112a는 플랜지(112)에 휠(도시하지 않음)과 브레이크 패드(도시하지 않음)를 고정 설치하기 위한 허브볼트를 도시한 것이며, 114a는 플랜지(114)에 너클(도시하지 않음)을 고정 설치하기 위한 너클공을 도시한 것이다.

버필드 조인트(140)에 있어서 141은 허브(111) 내경으로 삽입되는 스템부를, 143은 상기 스템부(141)와 일체 형성되는 컵형의 외륜부를, 147은 상기 외륜부(143) 내로 삽입되는 내륜부를, 145는 상기 외륜부(143)와 내륜부(147) 사이에 위치하는 볼을, 149는 상기 볼(145) 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 하는 리테 이너를 도시한 것이며, 142는 버필드 조인트(140) 내에 충진되는 윤활재의 누설을 방지하는 한편, 내부로 이물질이 침입하는 것을 방지하는 부트를 도시한 것이다.

본 발명에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)은 휠(도시하지 않음)의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부(120)와 트라이포드 조인트(160)의 회전 속도를 측정하는 제2 센서부(130)로 이루어지며,

상기 제1 센서부(120)는 도 3에 도시한 바와 같이 허브베어링유니트(110)에 구비되는 씰(122)과, 상기 씰(122)의 회전을 감지하도록 상기 씰(122)로부터 소정간격 이격되어 설치되는 제1 센서(121)로 이루어진다.

상기에서 씰(122)은 허브베어링유니트(110)에 충진되는 윤활재의 누설을 방지하는 한편, 외부로부터 허브베어링유니트(110) 내로 이물질이 침입하는 방지하는 작용을 하는 것으로, 금속성 재질로 형성되는 지지대(도시하지 않음)와, 상기 지지대에 부착되어 밀봉 작용을 하는 씰립(도시하지 않음)으로 이루어진다. 상기 씰(122)이 허브베어링유니트(110)의 내륜(119)이나 외륜체(113)와 함께 회전할 때, 제1 센서(121)에서 상기 회전을 감지할 수 있도록 하기 위하여 상기 지지대에 원주 방향으로 소정 간격으로 구멍이나 오목홈을 형성하거나, 원주 방향으로 하나 이상의 N극과 S극이 교대로 형성된 자석부(도시하지 않음)를 구비하도록 한다.

한편, 상기 제1 센서부(120)는 도 4에 도시한 바와 같이 버필드 조인트(140)의 외륜부(143)에 장착되며 복수개의 돌기(126)를 구비하는 톤휠(124)과, 상기 돌기(126)로부터 반지름 방향으로 소정 간격 이격하여 설치되는 제1 센서(121)로 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 트라이포드 조인트(160)는 스템(161)과, 상기 스템(161)과 일체로 형성되는 외륜(163)과, 상기 외륜(163) 내측으로 삽입 설치되는 스파이더(164)와, 상기 스파이더(164)의 트라이온(165)에 회전 가능하게 장착되는 로울러(167)로 이루어진다. 그리고 버필드 조인트(140)의 부트(142)와 동등한 작용을 하는 부트(162)를 구비한다.

상기에서 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)을 형성함에 있어서, 도 5에 도시한 바와 같이 외륜(163) 외면에 중심이 스템(161)의 회전 중심과 일치하는 복수개의 원호부(163a)를 형성하고, 상기 원호부(163a) 사이에 상기 원호부(163a)와 동수의 오목부(163b)를 가지도록 하며, 상기 원호부(163a)의 반지름 방향으로 원호부(163a)와 소정 간격 이격하여 제2 센서(131)를 설치하여 제2 센서부(130)를 형성하고, 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)를 피검출부로 하여 소정의 파형을 검출할 수 있다.

그리고 도 6에 도시한 바와 같이 상기 원호부(163a)에 하나 이상의 돌기(163c)를 구비하도록 하고, 상기 돌기(163c)에 대하여 반지름 방향으로 소정 간격 이격하여 제2 센서(131)를 설치하여 제2 센서부(130)로 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163) 외면을 피검출부로 하고, 제2 센서(131)를 설치하여 제2 센서부(130)를 구성함으로써, 간단하게 저 비용으로 제2 센서부(130)를 구성하는 것이 가능하며, 설치 공간도 별도로 필요로 하지 않게 되는 효과가 있다.

도 7은 트라이포드 조인트(160)를 확대 도시한 단면도로서, 트라이포드 조인트(160)의 부트(162)는 고정부재(169)에 의하여 외륜(163)에 견고하게 고정된다. 상기 고정부재(169)에 도 7에 도시한 바와 같이 축방향으로 연장부(169a)를 구비하도록 하며, 상기 연장부(169a)에 원주 방향으로 복수개의 관통공(169c)을 형성하고, 상기 관통공(169c)으로부터 반지름 방향으로 소정 간격 이격하여 제2 센서(131)를 설치하여 제2 센서부(130)로 형성하는 것도 가능하다. 도 7에서 169b는 상기 연장부(169a)로부터 경방향으로 연장되어 연장부(169a)의 경방향 변형이 발생하는 것을 방지하는 작용을 하는 경방향 연장부를 도시한 것이다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)의 외면에 원주 방향으로 다수개의 돌기부재(136)를 구비한 톤휠(134)을 장착하고, 반지름 방향으로 상기 돌기부재(136)로부터 소정간격 이격되도록 제2 센서(131)를 설치함으로써, 제2 센서부(130)를 형성하는 것이 가능하다. 이 경우에는 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)에 구비되는 원호부(163a)를 형성함에 있어서 원호부(163a) 중심을 스템(161)의 회전 중심과 일치하도록 할 필요는 없다.

트라이포드 조인트(160)가 회전할 때 상기 톤휠(134)이 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)에 대하여 상대 회전 운동을 하는 것을 방지하기 위하여 상기 톤휠(134)의 내경부로 두 개 이상의 돌기부(138)를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)의 제1 센서부(120)의 제1 센서(121)와 제2 센서부(130)의 제2 센서(131)는 도 9에 도시된 바와 같이 검출부(171)에 연결되어 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 파형으로 검출된다. 한편, 상기 검출부(171)는 연산부(173)에 연결되며, 사이 연산부(173)는 자동차의 제어부(ECU, 175)에 연결되어, 검출부(171)에서 검출된 파형을 연산하여 연산 결과를 제어부(175)로 전달하며, 제어부(175)는 연산부(173)로부터 전달된 연산 결과에 기초하여 제어장치부(180)로 제어 신호를 전달하게 된다. 상기 제어장치부(180)는 자동차의 성능에 따라서 서로 다른 구성으로 구비될 수 있다.

도 10 및 도 11에서 131로 도시된 파형은 제2 센서부(130)의 제2 센서(131)로부터 검출된 파형을 도시한 것이며, 121로 도시된 파형은 제1 센서부(120)의 제1 센서(121)로부터 검출된 파형을 도시한 것이다. 구동휠조인트(100)에 토크가 발생하지 않은 초기 상태에서 상기 두 파형 사이에 위상차가 발생하지 않는다고 가정할 때, 트라이포드 조인트(160)로부터 동력이 전달되어 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130) 사이의 구조물(예를 들면 구동축(150))에서 비틀림이 발생하면 도 10과 도 11의 첫 번째 파형과 두 번째 파형에서와 같은 시간편차(Δt)를 검출할 수 있으며, 상기 검출된 시간편차(Δt)로부터

식에 의하여 비틀림각을 연산할 수 있다. 상기 식에서

는 비틀림각(rad), N은 회전수(rpm), Δt(sec)는 상기와 같이 시간편차를 나타낸다. 그리고 상기 비틀림각(

)으로부터

식에 의하여 토크를 연산할 수 있다. 상기 식에서

는 전단탄 성계수(N/m²),

는 극관성모멘트(m⁴),

은 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130) 사이의 거리(m)를 나타낸다.

상기와 같이 본 발명에 바람직한 실시 예에 따르는 구동휠시스템(100)은 간단하게 토크를 측정할 수 있으며, 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130) 사이의 거리를 크게 함으로써 아주 작은 토크도 증폭 없이 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있으나, 도 10 및 도 11에 세 번째 파형으로 도시한 바와 같이 큰 토크가 작용하여 시간편차(Δt)가 제2 센서부(130)에서 검출되는 파형의 주기보다 커지는 경우에는 상기 시간편차의 크기를 Δt보다 파형의 주기 만큼 작은 값인 Δt'로 검출하여 실제 작용하는 토크보다 작은 값으로 연산될 염려가 있다. 즉, 토크 검출 시간 간격보다 토크 변화 속도가 빠른 경우에는 Δt를 Δt'로 인식하여 토크를 연산할 염려가 있는 것이다.

상기 예에서 제1 센서부(120)에 구비되는 톤휠(124)에서 돌기(126)의 개수가 일반적으로 널리 사용되는 톤휠과 같이 48개라면, 도 10 및 도 11에서 121로 도시한 펄스의 개수는 48개가 될 것이며, 각 펄스의 주기가 일정하다면 각 펄스가 가지는 주기는 회전 각으로 나타내면 15°가 될 것이다. 따라서 작용하는 토크에 의하여 발생하는 비틀림 각이 15°보다 크게 되는 경우에는 Δt를 Δt'로 인식하여 토크를 잘못 연산할 염려가 있게 된다.

도 15는 본 발명에 따르는 구동휠시스템(100)이 작동할 때 토크와 비틀림 각을 측정한 결과의 예를 도시한 그래프이다. 도 15에서 세로축이 구동휠시스 템(100)에 작용하는 토크이며, 가로축이 토크에 의하여 발생하는 비틀림 각이다. 도 15에 도시한 바와 같이 일반적으로 자동차에서 발생할 수 있는 토크 범위에서 비틀림 각은 15°보다 크게 발생할 수 있다.

상기와 같이 토크가 작용하여 제1 센서부(120)에서 검출되는 파형의 주기보다 커지는 경우를 대비하여, 상기 원호부(163a), 원호부(163a)에 구비되는 복수개의 돌기(163c), 외륜(163)에 장착되는 톤휠(134)의 돌기부재(136) 또는 고정부재(169)에 형성되는 관통공(169c)을 형성함에 있어서 제2 센서(131)에서 센싱되어 검출되는 파형에서 하나 이상의 불규칙 펄스가 형성되도록 하며,

마찬가지로 허브베어링유니트(110)에 구비되는 씰(122)의 지지대에 형성되는 오목부, 관통홈 또는 자석부, 또는 버필드 조인트(140)에 구비되는 톤휠(124)의 돌기(126)를 형성함에 있어서 제1 센서(121)에서 센싱되어 검출되는 파형에서 하나 이상의 불규칙 펄스가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

도 12 및 도 13은 제1 센서부(120) 및 제2 센서부(130)로부터 불규칙 파형을 검출하기 위한 예를 도시한 것이며, 도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 톤휠로부터 검출된 파형을 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따르는 구동휠시스템(100)에 있어서 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)에 구비되는 톤휠(124, 134)은 복수개의 돌기(126)와 돌기부재(136)를 구비하며, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 상기 톤휠(124)은 돌기(126)들 중에서 다른 돌기(126)들 보다 폭이 작게(또는 크게) 형성되는 돌기(126a)를 구비하며, 마찬가지로 톤휠(134)도 돌기부재(136) 들 중에서 다른 돌기 부재(136)들 보다 폭이 작게(또는 크게) 형성되는 돌기부재(136a)를 구비한다.

상기 톤휠(124, 134)이 회전하는 경우 도 14에 도시된 바와 같은 파형이 검출되고, 상기 파형 중 다른 돌기(126)보다 폭이 작게(또는 크게) 형성되는 돌기(126a)에 의하여 불규칙 파형(1P)이 검출되며, 마찬가지로 다른 돌기부재(136)보다 폭이 작게(또는 크게) 형성되는 돌기부재(136a)에 의하여 불규칙 파형(1R)이 검출 된다.

도 14에서 130으로 도시한 제2 센서부(130)의 파형과, Ⅰ로 도시한 제1 센서부(120)의 파형을 토크가 작용하지 않는 기준 파형이라고 할 때, 상기 두 파형에서의 불규칙 펄스(1R, 1P) 사이의 위상차를 초기 위상차(T)로 한다. 토크가 작용하여 Ⅱ로 도시한 세 번째 파형과 같이 시간 지연이 발생하면 130 파형과 Ⅱ 파형의 불규칙 펄스(1R, 1P) 사이에 위상차는 T₁으로 감소하게 되며, 상기 초기 위상차(T)와 T₁의 차이로부터 시간편차(Δt)를 추출할 수 있게 된다. 그리고 토크가 증가하여 시간편차(Δt)가 제1 센서부(120)로부터 검출되는 파형의 주기보다 커져서 Ⅲ 파형과 같이 되는 경우에도 130 파형과 Ⅲ 파형의 불규칙 펄스(1R, 1P)의 위상차(T₂)를 용이하게 검출할 수 있으며, 따라서 토크 검출 시간 간격과 관계없이 초기 위상차(T)와의 차이로부터 시간편차(Δt)를 정확하게 검출할 수 있게 된다. 상기 초기 위상차(T)를 토크에 의하여 발생하는 비틀림 각보다 충분히 크게 함으로써 토크에 의하여 발생하는 비틀림 각이 펄스(1P)의 주기보다 크게 되는 경우에도 항상 정확하게 토크를 측정할 수 있게 된다.

상기에서 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 상기 실시 예에 한정해서 해석하여서는 아니 되며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변형할 수 있는 범위까지 본 발명의 권리에 속하는 것으로 하여야 할 것이다.

이상과 같이, 본 발명의 토크 측정이 가능한 구동휠시스템(100)은 미세한 토크를 정확하게 증폭하지 않고 측정할 수 있으며, 휠에 작용하는 토크를 측정하므로 정확하게 실제로 휠에 발생하는 토크를 측정할 수 있으며, 휠의 속도와 휠에 작용하는 토크를 정확하게 측정함으로써 트랙션 제어를 각 휠마다 실시간으로 정밀하게 할 수 있는 반면, 설치 공간이나 설치 비용의 증가는 미미하게 되는 효과가 있다. 그리고 파형의 크기에 관계없이 토크에 의하여 변형각이 크게 발생하는 경우에도 오차 없이 정확하게 토크를 산출할 수 있는 효과가 있다.

Claims

엔진의 출력을 휠로 전달하며 엔진에 의하여 휠에 작용하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100)에 있어서, 상기 구동휠시스템(100)은 허브베어링유니트(110)와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부(120)와, 제2 센서부(130)와, 상기 허브베어링유니트(110)에 연결되는 버필드 조인트(140)와, 상기 버필드 조인트(140)와 트라이포드 조인트(160)를 연결하는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 일단으로 연결되는 트라이포드 조인트(160)를 포함하여 구성되며; 상기 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163) 외면은 복수개의 원호부(163a)와 상기 원호부(163a)들 사이에 형성되며 원호부(163a)들과 동수의 오목부(163b)로 이루어지며, 상기 제2 센서부(130)는 상기 원호부(163a)의 반지름 방향으로 원호부(163a)와 소정간격 틈새를 가지도록 설치되어, 상기 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)에서 검출되는 파형의 위상차로부터 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 구동휠시스템(100).
제1 항에 있어서, 상기 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)의 외면 원호부(163a)에는 일정 간격으로 복수개의 돌기((163c)가 형성되며, 상기 제2 센서부(130)는 상기 원호부(163a)의 반지름 방향으로 돌기(163a)와 소정간격 틈새를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).
엔진의 출력을 휠로 전달하며 엔진에 의하여 휠에 작용하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100)에 있어서, 상기 구동휠시스템(100)은 허브베어링유니트(110)와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부(120)와, 제2 센서부(130)와, 상기 허브베어링유니트(110)에 연결되는 버필드 조인트(140)와, 상기 버필드 조인트(140)와 트라이포드 조인트(160)를 연결하는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 일단으로 구비되며 부트(162)에 의하여 보호되는 트라이포드 조인트(160)를 포함하여 구성되며; 상기 부트(162)는 트라이포드 조인트(160)의 외륜(163)에 고정부재(169)에 의하여 일측이 고정되며, 상기 고정부재(169)는 원주방향 일정 간격으로 복수개의 관통공(169c)이 형성된 축방향 연장부(169a)를 구비하며, 상기 제2 센서부(130)는 반지름 방향으로 상기 축방향 연장부(169a)와 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).
엔진의 출력을 휠로 전달하며 엔진에 의하여 휠에 작용하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100)에 있어서, 상기 구동휠시스템(100)은 허브베어링유니트(110)와, 휠의 회전 속도를 측정하는 제1 센서부(120)와, 제2 센서부(130)와, 상기 허브베어링유니트(110)에 연결되는 버필드 조인트(140)와, 상기 버필드 조인트(140)와 트라이포드 조인트(160)를 연결하는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 일단으로 연결되는 트라이포드 조인트(160)를 포함하여 구성되며; 상기 트라이포드 조인트(160)에는 복수개의 돌기부재(136)를 구비하는 톤휠(134)이 장착되며, 상기 제2 센서부(130)는 반지름 방향으로 상기 돌기부재(136)로부터 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).
제1 항에 있어서, 상기 제1 센서부(120)는 허브베어링유니트(110)에 구비되며 지지대에 원주 방향으로 등간격으로 오목부나 관통홈이 형성되거나, 원주 방향으로 하나 이상의 N극과 S극이 교차하는 자석부를 구비하는 씰(122)과, 상기 씰(122)과 소정간격 이격하여 설치되어 씰(122)로부터의 신호를 센싱하는 센서부(121)이거나; 버필드 조인트(140)의 외륜부(143) 외경면에 설치되며 원주 방향으로 복수개의 돌기(126)를 구비하는 톤휠(124)과, 상기 돌기(126)로부터 반지름 방향으로 소정간격 이격하여 설치되어 상기 톤휠(124)로부터 신호를 센싱하는 센서부(121)인 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원호부, 원호부에 형성되는 돌기, 외륜(163)에 장착되는 톤휠(134)의 돌기부재(136, 136') 또는 고정부재(169)에 형성되는 관통공(169c)은 하나 이상의 불규칙 펄스가 검출되도록 형성되며; 허브베어링유니트(110)에 구비되는 씰(122)의 지지대에 형성되는 오목부, 관통홈 또는 자석부, 또는 버필드 조인트버필드 조인트버필드 조인트버필드 조인트버필드 조인트하나 이상의 불규칙 펄스가 검출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠 시스템(100).
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)에 연결되어 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)로부터 파형을 검출하 는 검출부(171)와, 상기 검출부(171)에 연결되어 검출부(171)에서 검출된 파형을 연산하여 연산결과를 제어부(ECU, 180)로 전달하는 연산부(173)를 더 포함하여 구성되며; 상기 연산부(173)는 제1 센서부(120) 또는 제2 센서부(130)에서 검출된 파형으로부터 회전속도를 연산하며; 제2 센서부(130)와 제1 센서부(120)로부터 검출된 파형을 대비하여 시간편차(Δt)를 추출하며; 상기 추출된 시간편차(Δt)로부터 토크를 연산하는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).
제6 항에 있어서, 상기 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)에 연결되어 제1 센서부(120)와 제2 센서부(130)로부터 파형을 검출하는 검출부(171)와, 상기 검출부(171)에 연결되어 검출부(171)에서 검출된 파형을 연산하여 연산결과를 제어부(ECU, 180)로 전달하는 연산부(173)를 더 포함하여 구성되며; 상기 연산부(173)는 제2 센서부(130)에서 검출된 불규칙 펄스에 대한 제1 센서부(120)에서 검출된 불규칙 펄스의 위상차(T₁)와 초기 위상차(T)의 차이로부터 시간편차(Δt)를 추출하며, 상기 추출된 시간편차(Δt)로부터 토크를 연산하는 것을 특징으로 하는 토크를 측정할 수 있는 구동휠시스템(100).