KR20110022201A - Steering angle sensor for vehicle - Google Patents

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KR20110022201A KR1020090079664A KR20090079664A KR20110022201A KR 20110022201 A KR20110022201 A KR 20110022201A KR 1020090079664 A KR1020090079664 A KR 1020090079664A KR 20090079664 A KR20090079664 A KR 20090079664A KR 20110022201 A KR20110022201 A KR 20110022201A
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김지웅
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Abstract

PURPOSE: A steering angle sensor for a vehicle is provided to cost-efficiently and accurately measure the absolute rotation angle of a steering wheel. CONSTITUTION: A steering angle sensor for a vehicle comprises a first magnet(3), a first detecting element(5) for magnetic field variation, a second magnet(7), a second detecting element(9) for magnetic field variation, and a micom(11). The first magnet covers a steering shaft. The first detecting element detects the rotation angle of the first magnet. The second magnet is rotated with the first magnet. The second detecting element detects the magnetic field variation when the second magnet is rotated. The micom receives the output of the second detecting element.

Description

차량의 조향각센서{Steering Angle Sensor for Vehicle}Steering Angle Sensor for Vehicle

본 발명은 차량의 조향각센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성과 저렴한 비용으로 다중 회전하는 조향휠의 절대각도를 검출할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a steering angle sensor of a vehicle, and more particularly, to a technology for detecting an absolute angle of a multi-rotating steering wheel with a simple configuration and low cost.

차량의 조향휠은 360도 이상의 회전으로 조향이 이루어지도록 되어 있기 때문에, 운전자가 조향휠을 조작한 조향 각도를 정확히 알아내기 위해서는, 조향휠의 한 바퀴 이상의 다중 회전에 대하여 그 절대 회전 각도를 검출할 수 있도록 조향각센서가 구성되어야 한다.Since the steering wheel of the vehicle is steered with a rotation of 360 degrees or more, in order to accurately determine the steering angle at which the driver operates the steering wheel, the absolute rotation angle may be detected for one or more revolutions of the steering wheel. Steering angle sensors should be configured to allow this.

한편, 종래의 조향각센서는 주로 홀센서를 사용하여 각도 변화를 검출하는데, 상기 홀센서의 분해능은 함께 사용되는 자석의 극 수와 비례하므로 고분해능을 구현하기 위해서는 상대적으로 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있다.On the other hand, the conventional steering angle sensor mainly detects the angle change by using a Hall sensor, the resolution of the Hall sensor is proportional to the number of poles of the magnets used together, so that a relatively expensive cost is required to implement high resolution. have.

종래의 조향각센서에서는 적정 수준의 분해능을 얻기 위해 5개의 홀센서를 사용하고 각각의 신호를 처리하는 동일한 개수의 마이컴을 사용하여 그 신호를 처리하도록 하므로 조향각센서의 단가를 높게 하며, 다수개의 기어를 사용하는 메커니즘으로서 그 작동소음도 비교적 높은 단점이 있다.In the conventional steering angle sensor, five hall sensors are used to obtain an appropriate level of resolution, and the same number of microcomputers that process each signal are used to process the signals, thereby increasing the unit cost of the steering angle sensor and providing a plurality of gears. As a mechanism for use, its operation noise is also relatively high.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저렴한 비용과 간단한 구성으로 다중 회전을 하는 조향휠의 절대 회전 각도를 정확하게 측정해 낼 수 있도록 함과 아울러 상대적으로 소음이 낮은 조용한 작동이 가능한 차량의 조향각센서를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the problems as described above, it is possible to accurately measure the absolute rotation angle of the steering wheel for the multi-turn with low cost and simple configuration, as well as quiet operation with relatively low noise It is an object of the present invention to provide a steering angle sensor of a vehicle.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 차량의 조향각센서는Steering angle sensor of the present invention devised to achieve the object as described above

조향축을 감싸면서 고정된 제1자석과;A first magnet fixed while surrounding the steering shaft;

상기 제1자석의 회전각도를 360도의 범위 내에서 검출하는 제1자장변화검출소자와;A first magnetic field change detecting element for detecting a rotation angle of the first magnet within a range of 360 degrees;

상기 제1자석과 연동하여 회전되는 제2자석과;A second magnet rotated in association with the first magnet;

상기 제2자석의 회전에 따른 자장변화를 검출하는 제2자장변화검출소자와;A second magnetic field change detecting element detecting a magnetic field change due to the rotation of the second magnet;

상기 제2자장변화검출소자의 출력을 받아, 상기 제1자석의 연이은 2회전에 대한 상기 제2자석의 연동된 회전으로부터 상기 제1자석의 각 회전마다 서로 다른 반복성을 나타내는 구형파를 출력할 수 있도록 구비된 마이컴;Receiving the output of the second magnetic field change detection element, to output a square wave representing a different repeatability for each rotation of the first magnet from the interlocking rotation of the second magnet for two consecutive rotations of the first magnet Equipped microcomputer;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And a control unit.

상기 제1자석과 상기 제2자석은 각각 2극 자석으로 이루어지며;The first magnet and the second magnet are each made of a two-pole magnet;

상기 제1자장변화검출소자와 상기 제2자장변화검출소자는 각각 홀센서로 이루어지고;The first magnetic field change detection element and the second magnetic field change detection element each comprise a hall sensor;

상기 마이컴은 상기 제1자장변화검출소자의 출력을 받아 상기 제1자석의 1회전에 따른 자장변화를 360도의 각도 변화로 환산하는 기능을 겸하여 수행하도록 구성할 수 있다.The microcomputer may be configured to perform a function of converting a magnetic field change according to one rotation of the first magnet into an angle change of 360 degrees by receiving the output of the first magnetic field change detecting device.

상기 제1자석에는 함께 회전하도록 이루어진 구동기어가 구비되고;The first magnet is provided with a drive gear configured to rotate together;

상기 제2자석에는 상기 구동기어에 치합되고, 상기 구동기어의 2/3의 잇수를 가진 피동기어가 함께 회전하도록 이루어진 구성으로 할 수 있다.The second magnet may be engaged with the drive gear, and the driven gear having two-thirds of the number of teeth of the drive gear rotates together.

상기 마이컴은 상기 제1자석이 1회전 하는 것에 대하여, 상기 제1자장변화검출소자의 출력으로부터, 0도부터 360도 까지 선형적인 출력을 얻어냄과 아울러, 상기 제2자장변화검출소자의 출력으로부터 1.5주기의 구형파를 얻어내도록 구성할 수 있다.The microcomputer obtains a linear output from 0 degrees to 360 degrees from the output of the first magnetic field change detection device with respect to the first rotation of the first magnet and from the output of the second magnetic field change detection device. It can be configured to obtain a square wave of 1.5 cycles.

상기 제1자장변화검출소자와 상기 제2자장변화검출소자 사이에는 자장 간섭을 막기 위해 비자성판이 삽입되 구조로 하는 것이 바람직하다.A nonmagnetic plate is preferably inserted between the first magnetic field change detection device and the second magnetic field change detection device to prevent magnetic field interference.

본 발명은 저렴한 비용과 간단한 구성으로 다중 회전을 하는 조향휠의 절대 회전 각도를 정확하게 측정해 낼 수 있도록 함과 아울러 상대적으로 소음이 낮은 조용한 작동이 가능하도록 한다.The present invention enables accurate measurement of the absolute rotation angle of the steering wheel with multiple turns at low cost and simple configuration, and also enables quiet operation with relatively low noise.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 조향축(1)을 감싸면서 고정된 제1자석(3)과; 상기 제1자석(3)의 회전각도를 360도의 범위 내에서 검출하는 제1자장변화검출소자(5)와; 상기 제1자석(3)과 연동하여 회전되는 제2자석(7)과; 상기 제2자석(7)의 회전에 따른 자장변화를 검출하는 제2자장변화검출소자(9)와; 상기 제2자장변화검출소자(9)의 출력을 받아, 상기 제1자석(3)의 연이은 2회전에 대한 상기 제2자석(7)의 연동된 회전으로부터 상기 제1자석(3)의 각 회전마다 서로 다른 반복성을 나타내는 구형파를 출력할 수 있도록 구비된 마이컴(11)을 포함하여 구성된다.1 and 2, an embodiment of the present invention includes a first magnet 3 fixed while surrounding a steering shaft 1; A first magnetic field change detecting element (5) for detecting the rotation angle of the first magnet (3) within a range of 360 degrees; A second magnet 7 which rotates in association with the first magnet 3; A second magnetic field change detecting element (9) for detecting a magnetic field change due to the rotation of the second magnet (7); Receiving the output of the second magnetic field change detection element 9, each rotation of the first magnet 3 from the interlocked rotation of the second magnet 7 for two subsequent turns of the first magnet 3 It is configured to include a microcomputer 11 provided to output a square wave showing different repeatability for each.

즉, 상기 제1자석(3)은 상기 조향축(1)과 일체로 회전되면서 조향축(1)의 회전각도를 자장의 변화로 나타내는 역할을 하며, 상기 제2자석(7)은 상기 제1 자석(3)과 연동하여 회전되되 그 회전수는 후술하는 바와 같이 상기 제1자석(3)의 회전수와는 다르게 구성되며, 상기 제1자석(3)의 회전에 대해서는 상기 제1자장변화검출소자(5)가 그 자장의 변화를 검출하고 상기 제2자석(7)의 회전에 대해서는 상기 제2자장변화검출소자(9)가 그 자장의 변화를 검출하며, 상기 마이컴(11)은 이들로부터 입력된 신호를 처리하도록 구성한 것이다.That is, the first magnet 3 rotates integrally with the steering shaft 1 and serves to represent the rotation angle of the steering shaft 1 as a change in the magnetic field, and the second magnet 7 is the first magnet. It rotates in conjunction with the magnet (3), the number of revolutions is configured differently from the number of revolutions of the first magnet 3, as will be described later, the first magnetic field change detection for the rotation of the first magnet (3) The element 5 detects a change in the magnetic field, and for the rotation of the second magnet 7, the second magnetic field change detecting element 9 detects a change in the magnetic field, and the microcomputer 11 departs from them. It is configured to process the input signal.

물론, 상기 마이컴(11)은 각각 상기 제1자장변화검출소자(5)의 출력신호를 처리하는 것과 상기 제2자장변화검출소자(9)의 출력신호를 처리하는 것으로 나누어서 구성할 수도 있으나, 본 실시예에서는 하나의 마이컴(11)에서 이들 출력신호를 모두 처리하는 것으로 가정하여 설명한다.Of course, the microcomputer 11 may be configured to process the output signal of the first magnetic field change detection element 5 and the output signal of the second magnetic field change detection element 9, respectively. In the embodiment, it is assumed that one microcomputer 11 processes all of these output signals.

상기 제1자석(3)과 상기 제2자석(7)은 각각 2극 자석으로 이루어지며, 상기 제1자장변화검출소자(5)와 상기 제2자장변화검출소자(9)는 각각 홀센서로 이루어지고, 상기 마이컴(11)은 상기 제1자장변화검출소자(5)의 출력을 받아 상기 제1자석(3)의 1회전에 따른 자장변화를 360도의 각도 변화로 환산하는 기능을 겸하여 수행하도록 되어 있다.The first magnet 3 and the second magnet 7 are each made of a two-pole magnet, and the first magnetic field change detection element 5 and the second magnetic field change detection element 9 are each hall sensors. The microcomputer 11 receives the output of the first magnetic field change detecting element 5 and performs a function of converting a magnetic field change according to one rotation of the first magnet 3 into an angle change of 360 degrees. It is.

상기 제1자석(3)에는 함께 회전하도록 이루어진 구동기어(13)가 구비되고, 상기 제2자석(7)에는 상기 구동기어(13)에 치합되고, 상기 구동기어(13)의 2/3의 잇수를 가진 피동기어(15)가 함께 회전하도록 이루어진 구조이다. 본 실시예에서, 상기 구동기어(13)는 잇수가 30개이고 상기 피동기어(15)는 잇수가 20개이다.The first magnet 3 is provided with a drive gear 13 to rotate together, the second magnet 7 is meshed with the drive gear 13, and two thirds of the drive gear 13 The driven gear 15 having the number of teeth rotates together. In the present embodiment, the drive gear 13 has 30 teeth and the driven gear 15 has 20 teeth.

상기 제1자장변화검출소자(5)와 상기 제2자장변화검출소자(9) 사이에는 자장 간섭을 막기 위해 비자성판(17)이 삽입된 구조이다.A nonmagnetic plate 17 is inserted between the first magnetic field change detection element 5 and the second magnetic field change detection element 9 to prevent magnetic field interference.

상기 마이컴(11)은 상기 제1자석(3)이 1회전 하는 것에 대하여, 상기 제1자장변화검출소자(5)의 출력으로부터, 0도부터 360도 까지 선형적인 출력을 얻어냄과 아울러, 상기 제2자장변화검출소자(9)의 출력으로부터 1.5주기의 구형파를 얻어내도록 되어 있다.The microcomputer 11 obtains a linear output from 0 degrees to 360 degrees from the output of the first magnetic field change detection device 5 when the first magnet 3 is rotated once. A square wave of 1.5 cycles is obtained from the output of the second magnetic field change detection element 9.

즉, 상기 마이컴(11)은 상기 제1자석(3)이 조향축(1)의 회전과 함께 회전하면, 상기 제1자석(3)의 회전에 따른 자장의 변화를 상기 제1자장변화검출소자(5)로 검출하여, 도 2에 조향축(1) 회전각도에 따를 출력 특성의 그래프에 사선으로 예시된 바와 같이 그 매 1회전에 대하여 0도에서부터 360도까지의 범위 내에 있는 각도로 산출하고, 이와 동시에, 상기 제1자석(3)이 1회전하면, 상기 제2자석(7)은 상기 구동기어(13)와 피동기어(15)의 기어비에 따라 1.5회전하게 되는데, 이와 같은 제2자석(7)의 1.5회전에 대해 상기 제2자장변화검출소자(9)에서 출력된 신호를 이용하여, 도 2에 도시된 바와 같은 구형파를 산출한다.That is, when the first magnet 3 rotates with the rotation of the steering shaft 1, the microcomputer 11 changes the magnetic field according to the rotation of the first magnet 3 to the first magnetic field change detection device. Detected by (5) and calculated at an angle in the range of 0 to 360 degrees for every one revolution thereof, as illustrated by the oblique line in the graph of the output characteristics according to the steering angle of the steering shaft 1 in FIG. At the same time, when the first magnet 3 rotates once, the second magnet 7 rotates 1.5 times according to the gear ratio of the driving gear 13 and the driven gear 15. A square wave as shown in FIG. 2 is calculated using the signal output from the second magnetic field change detecting element 9 for 1.5 revolutions of (7).

여기서, 상기 구형파는 상기 제1자석(3)의 연이은 2회전에 대한 상기 제2자 석(7)의 연동된 회전으로부터 상기 제1자석(3)의 각 회전마다 서로 다른 반복성을 나타내게 된다.Here, the square wave shows different repeatability for each rotation of the first magnet 3 from the interlocked rotation of the second magnet 7 with respect to two successive rotations of the first magnet 3.

즉, 도 2를 참조하면, 상기 구형파는 상기 제1자석(3)의 첫 번째 1회전에서는 하이(HIGH) 상태로 출발하여 하이 상태로 끝나는 1.5주기를 그리면서 반복되는데, 다음의 상기 제1자석(3)의 두 번째 1회전에서는 로우(LOW) 상태로 출발하여 다시 로우 상태로 끝나는 1.5주기를 그리게 되므로, 상기 제1자석(3)의 연이은 2회전에 대해, 상기 제1자석(3)의 각 회전마다 서로 다른 반복성을 가지고 그려지는 것이다.That is, referring to FIG. 2, the square wave is repeated while drawing a 1.5 cycle starting from a high state and ending with a high state in the first one rotation of the first magnet 3. In the second one rotation of (3), 1.5 cycles starting from the low state and ending again in the low state are drawn. Therefore, for two consecutive rotations of the first magnet 3, the first magnet 3 is rotated. Each rotation is drawn with different repeatability.

상기한 바와 같이 제1자석(3)의 1회전 동안 회전되는 상기 제2자석(7)의 회전에 대해, 상기 제1자석(3)의 매 1회전마다 서로 다른 반복성의 구형파를 형성하게 되면, 상기 구형파와 상기 제1자장변화검출소자(5)의 신호를 조합하여, 현재 상태가 상기 제1자석(3)의 첫 번째 회전인지, 두 번째 회전인지를 알아낼 수 있어서, 도 2의 경우 조향축(1)의 회전각도 0도에서부터 720도 까지를 정확하게 선별해 낼 수 있게 된다.As described above, with respect to the rotation of the second magnet 7 which is rotated during one rotation of the first magnet 3, if a square wave of different repeatability is formed in every one rotation of the first magnet 3, By combining the square wave and the signal of the first magnetic field change detection device 5, it is possible to find out whether the current state is the first rotation or the second rotation of the first magnet 3, the steering shaft in the case of FIG. The rotation angle of (1) can be accurately sorted from 0 degree to 720 degree.

즉, 상기 조향축(1)의 회전에 따라 상기 제1자장변화검출소자(5)의 출력신호로부터 180도의 회전임을 산출한 경우, 그 때 상기 구형파가 로우 상태이면, 상기 조향축(1)은 첫 번째 바퀴를 회전하고 있는 상태이므로, 절대 회전 각도도 180도이 지만, 그 때 상기 구형파가 하이 상태라면, 이는 상기 제1자석(3)의 2번째 바퀴에 해당되는 것이므로, 조향축(1)의 절대 회전 각도는 540도 인 것이다.That is, when it is calculated that the rotation of the steering shaft 1 is 180 degrees from the output signal of the first magnetic field change detection element 5, if the square wave is in a low state, the steering shaft 1 is Since the first wheel is rotating, the absolute rotation angle is 180 degrees, but if the square wave is high, this corresponds to the second wheel of the first magnet 3, so that the steering shaft 1 The absolute rotation angle is 540 degrees.

상기한 바와 같은 차량의 조향각센서는 상기 비자성판(17)에 의해 상기 제1자장변화검출소자(5)와 제2자장변화검출소자(9) 사이의 자장 간섭이 회피되어 정확한 측정이 가능하고, 상기 제1자석(3)과 제2자석(7)의 연동구조가 단지 상기 구동기어(13)와 피동기어(15)에 의하므로, 간단한 구성으로 이루어짐은 물론, 그 작동소음이 크게 저감될 수 있으며, 사용되는 홀센서의 개수도 2개에 불과하므로, 매우 저렴한 제작이 가능한 장점이 있다.In the steering angle sensor of the vehicle as described above, the magnetic field interference between the first magnetic field change detection device 5 and the second magnetic field change detection device 9 is avoided by the nonmagnetic plate 17, so that accurate measurement is possible. Since the interlocking structure of the first magnet 3 and the second magnet 7 is based solely on the drive gear 13 and the driven gear 15, the simple configuration as well as the operation noise can be greatly reduced. In addition, since the number of Hall sensors used is only two, there is an advantage that can be manufactured very cheap.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 조향각센서의 구성을 설명한 도면,1 is a view illustrating a configuration of a steering angle sensor of a vehicle according to the present invention;

도 2는 도 1의 조향각센서의 조향축 회전각도에 따른 출력특성을 설명한 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating output characteristics according to a steering shaft rotation angle of the steering angle sensor of FIG. 1.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

1; 조향축 3; 제1자석One; Steering shaft 3; 1st magnet

5; 제1자장변화검출소자 7; 제2자석5; A first magnetic field change detection device 7; 2nd magnet

9; 제2자장변화검출소자 11; 마이컴9; A second magnetic field change detection device 11; Micom

13; 구동기어 15; 피동기어13; Drive gear 15; Driven gear

17; 비자성판 17; Nonmagnetic

Claims (5)

조향축을 감싸면서 고정된 제1자석과;A first magnet fixed while surrounding the steering shaft; 상기 제1자석의 회전각도를 360도의 범위 내에서 검출하는 제1자장변화검출소자와;A first magnetic field change detecting element for detecting a rotation angle of the first magnet within a range of 360 degrees; 상기 제1자석과 연동하여 회전되는 제2자석과;A second magnet rotated in association with the first magnet; 상기 제2자석의 회전에 따른 자장변화를 검출하는 제2자장변화검출소자와;A second magnetic field change detecting element detecting a magnetic field change due to the rotation of the second magnet; 상기 제2자장변화검출소자의 출력을 받아, 상기 제1자석의 연이은 2회전에 대한 상기 제2자석의 연동된 회전으로부터 상기 제1자석의 각 회전마다 서로 다른 반복성을 나타내는 구형파를 출력할 수 있도록 구비된 마이컴;Receiving the output of the second magnetic field change detection element, to output a square wave representing a different repeatability for each rotation of the first magnet from the interlocking rotation of the second magnet for two consecutive rotations of the first magnet Equipped microcomputer; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향각센서.Steering angle sensor of a vehicle, characterized in that configured to include. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1자석과 상기 제2자석은 각각 2극 자석으로 이루어지며;The first magnet and the second magnet are each made of a two-pole magnet; 상기 제1자장변화검출소자와 상기 제2자장변화검출소자는 각각 홀센서로 이루어지고;The first magnetic field change detection element and the second magnetic field change detection element each comprise a hall sensor; 상기 마이컴은 상기 제1자장변화검출소자의 출력을 받아 상기 제1자석의 1회전에 따른 자장변화를 360도의 각도 변화로 환산하는 기능을 겸하여 수행하는 것The microcomputer receives the output of the first magnetic field change detection element and performs a function of converting a magnetic field change according to one rotation of the first magnet into an angle change of 360 degrees. 을 특징으로 하는 차량의 조향각센서.Steering angle sensor of the vehicle, characterized in that. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 제1자석에는 함께 회전하도록 이루어진 구동기어가 구비되고;The first magnet is provided with a drive gear configured to rotate together; 상기 제2자석에는 상기 구동기어에 치합되고, 상기 구동기어의 2/3의 잇수를 가진 피동기어가 함께 회전하도록 이루어진 것The second magnet is engaged with the drive gear, the driven gear having two thirds of the drive gear to rotate together 을 특징으로 하는 차량의 조향각센서.Steering angle sensor of the vehicle, characterized in that. 상기 마이컴은 상기 제1자석이 1회전 하는 것에 대하여, 상기 제1자장변화검출소자의 출력으로부터, 0도부터 360도 까지 선형적인 출력을 얻어냄과 아울러, 상기 제2자장변화검출소자의 출력으로부터 1.5주기의 구형파를 얻어내는 것The microcomputer obtains a linear output from 0 degrees to 360 degrees from the output of the first magnetic field change detection device with respect to the first rotation of the first magnet and from the output of the second magnetic field change detection device. Obtaining a square wave of 1.5 cycles 을 특징으로 하는 차량의 조향각센서.Steering angle sensor of the vehicle, characterized in that. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 제1자장변화검출소자와 상기 제2자장변화검출소자 사이에는 자장 간섭을 막기 위해 비자성판이 삽입된 것A nonmagnetic plate is inserted between the first magnetic field change detection device and the second magnetic field change detection device to prevent magnetic field interference. 을 특징으로 하는 차량의 조향각센서.Steering angle sensor of the vehicle, characterized in that.
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