KR20230116398A - 차량용 토크 센서 장치 - Google Patents

차량용 토크 센서 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230116398A
KR20230116398A KR1020220013284A KR20220013284A KR20230116398A KR 20230116398 A KR20230116398 A KR 20230116398A KR 1020220013284 A KR1020220013284 A KR 1020220013284A KR 20220013284 A KR20220013284 A KR 20220013284A KR 20230116398 A KR20230116398 A KR 20230116398A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
redundancy
measuring member
unit
stator
main
Prior art date
Application number
KR1020220013284A
Other languages
English (en)
Inventor
백순호
정선영
이석원
김광윤
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020220013284A priority Critical patent/KR20230116398A/ko
Publication of KR20230116398A publication Critical patent/KR20230116398A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/049—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting sensor failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/13—Failsafe arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/307—Torque sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

본 발명의 차량용 토크 센서 장치는 로터부와 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 메인측정부재; 로터부와 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 리던던시 측정부재; 메인측정부재와 리던던시 측정부재의 측정값 중 적어도 하나를 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 제어기; 및 메인측정부재와 리던던시 측정부재에 전원을 공급하고 메인측정부재와 리던던시 측정부재에서 각각 측정된 측정값을 제어기에 전달하는 커넥터를 포함하고, 메인측정부재와 리던던시 측정부재에 공급되는 전원은 이중화되어 커넥터를 통해 메인측정부재와 리던던시 측정부재에 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 토크 센서 장치{TORQUE SENSOR APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 토크 센서 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부자계에 영향을 최소화하고 이를 위한 커넥터의 사이즈와 핀의 개수를 감소하여 원가를 절감하는 차량용 토크 센서 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 바퀴와 연결된 스티어링 휠을 조작하여 주행 방향을 조작할 수 있도록 되어 있다. 그러나 바퀴와 노면과의 저항이 크거나 스티어링의 장애요인 발생시 조작력이 약화되어 신속한 조작이 어려운 경우가 있고, 이를 해결하기 위해 파워스티어링 장치가 사용된다. 이러한 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 조작에 동력장치를 개입하여 조작의 힘을 경감시키도록 하는 장치이다.
이러한 동력장치가 스티어링 휠을 조작하는 힘에 개입하기 위해서는 조향축에 걸리는 토크를 측정할 필요성이 있다. 따라서, 스티어링 휠의 토크를 측정하는 장치로 여러가지 방식의 장치가 사용되는데, 특히 조향축에 결합된 마그네트와의 상호 자기장을 측정하여 토크를 검출하는 방식이 경제성이 우수하여 많이 사용되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0983963호(2010.09.16 등록, 발명의 명칭: 전동식 파워 스티어링 장치용 토크센서)에 개시되어 있다.
본 발명은 외부자계에 영향을 최소화하고 이를 위한 커넥터의 사이즈와 핀의 개수를 감소하여 원가를 절감하는 차량용 토크 센서 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 토크 센서 장치는 로터부와 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 메인측정부재; 상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 리던던시 측정부재; 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재의 측정값 중 적어도 하나를 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 제어기; 및 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 전원을 공급하고 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에서 각각 측정된 측정값을 상기 제어기에 전달하는 커넥터를 포함하고, 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 공급되는 전원은 이중화되어 상기 커넥터를 통해 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 리던던시 측정부재는 상기 스테이터부의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 제1 리던던시 측정부재, 및 상기 메인측정부재의 외측에 배치되는 제2 리던던시 측정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어기는 상기 메인측정부재가 고장이면 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값을 이용하여 상기 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어기는 상기 메인측정부재와 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값의 평균치를 이용하여 상기 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어기는 상기 메인측정부재의 측정값과 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어기는 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값과 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어기는 상기 메인측정부재의 측정값과 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값의 평균치와, 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 토크 센서 장치는 외부자계에 영향을 최소화하고 이를 위한 커넥터의 사이즈와 핀의 개수를 감소하여 원가를 절감한다.
본 발명에 따른 차량용 토크 센서 장치는 리던던시 측정부가 주 측정부의 외측에 배치되어 스테이터부의 축 방향으로 인가되는 외부 자계를 우선적으로 유입받음에 따라 외부 자계로부터 주 측정부를 차폐할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 토크 센서 장치는 리던던시 측정부가 외부 자계의 인가 시 주 측정부와 서로 다른 측정값을 출력함에 따라, 제어기로 하여금 외부 자계로 인한 측정값의 오차를 보정하는 동작을 수행하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 토크 센서 장치는 제어기가 주 측정부와 리던던시 측정부의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우 오프셋 토크의 보상을 통해 외부 자계로 인한 주 측정부와 리던던시 측정부의 측정값의 오차를 제거함으로써 보다 정확한 조향 제어를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 도 4와 다른 시점에서 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1상부콜렉터와 제2상부콜렉터의 배치 상태를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 커넥터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 토크 센서 장치의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치의 구성을 도 4와 다른 시점에서 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치(1)는 로터부(100), 스테이터부(200), 제1측정부(300), 제2측정부(400)를 포함한다.
로터부(100)는 스티어링 휠과 연결되는 입력축과, 차륜측의 랙바와 치합되는 피니언에 결합되고 토션바를 매개로 입력축과 상대 회전 가능하게 연결되는 출력축 중 어느 하나에 연결되어 회전한다. 이하에서는 로터부(100)가 입력축에 연결되어 회전하는 것을 예로 들어 설명하겠으나, 이와 달리 로터부(100)는 출력축에 연결되어 회전하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터부(100)는 로터바디(110), 마그넷유닛(120)을 포함한다.
로터바디(110)는 대략 원통 형상을 갖도록 형성되어 입력축을 감싸도록 배치된다. 로터바디(110)는 내주면이 입력축의 외주면에 일체로 결합되어 입력축의 회전 시, 입력축과 함께 중심축을 축으로 회전된다. 로터바디(110)는 금속 재질로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 입력축과 일체로 고정될 수 있도록 일정 이상의 강도를 고려한 다른 재질이 이용될 수 있음은 물론이다.
마그넷유닛(120)은 중공이 형성된 링 형태를 갖도록 형성되고, N극과 S극이 원주방향을 따라 상호 교번적으로 배열된다. 즉, 마그넷유닛(120)은 N극 또는 S극을 갖는 호 형상의 단위체가 원주 방향을 따라 서로 번갈아 배치되는 형태로 형성된다. 마그넷유닛(120)은 내주면이 로터바디(110)의 외주면에 부착되어 지지될 수 있다. 마그넷유닛(120)은 로터바디(110)의 회전 시 로터바디(110)와 함께 중심축을 축으로 회전된다.
스테이터부(200)는 입력축과 출력축 중 나머지 하나에 연결되어 회전한다. 이하에서는 로터부(100)가 입력축에 연결되는 것에 대응하여 스테이터부(200)가 출력축에 연결되어 회전하는 것을 예로 들어 설명하도록 한다. 스테이터부(200)는 내주면이 로터부(100)의 외주면, 보다 구체적으로 마그넷유닛(120)과 마주보게 배치된다.
스테이터부(200)는 마그넷유닛(120)에 의한 자기 유도가 가능한 강자성체의 재질로 구비된다. 스테이터부(200)는 차륜과 노면 사이의 마찰력으로 인해 입력축과 출력축에 비틀림이 발생함에 따라 로터부(100)에 대해 상대 회전된다. 스테이터부(200)는 이러한 로터부(100)와의 상대 회전 변위에 의해 마그넷유닛(120)의 N극 또는 S극과 대향하는 면적이 가변되고, 마그넷유닛(120)에 의해 유도되는 자화량이 변화됨으로써 자기장의 변화를 발생시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터부(200)는 제1스테이터(210), 제2스테이터(220)를 포함한다.
제1스테이터(210), 제2스테이터(220)는 스테이터부(200)의 상측 및 하측 외관을 각각 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)는 중공이 형성된 원형의 링 형태를 갖도록 형성되어 로터부(100)의 축 방향으로 소정 간격 이격되어 마주보게 배치될 수 있다.
제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에는 각각 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)가 구비된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)는 각각 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220) 내주면으로부터 절곡되어 연장되는 치형의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 스테이터 투스(211) 및 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)의 축 방향을 따라 서로 대향하는 방향으로 연장된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 복수개로 구비되어 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되어 배치된다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 상호 교번적으로 배치된다. 즉, 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 소정 간격을 두고 서로 맞물리는 형태로 배치된다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 내주면이 마그넷유닛(120)의 외주면과 마주보게 배치된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생하지 않은 경우, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 50 대 50으로 동일하게 설정된다. 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생됨에 따라, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 가변되며 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)의 자화값을 변화시킨다. 이 경우, 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)는 제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)가 마그넷유닛(120)의 원주 방향을 따라 상호 교번적으로 배치됨에 따라 서로 반대의 극성으로 자화될 수 있다.
제1측정부(300)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정한다.
보다 구체적으로, 제1측정부(300)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)와 자기적으로 연결되는 자기 회로를 형성하고, 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 시 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 형성되는 자기장을 수집하여 자기장의 변화량을 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1측정부(300)는 제1상부콜렉터(310), 제1하부콜렉터(320), 제1자기집중부(330), 메인측정부재(340) 및 제1리던던시 측정부재(350)를 포함한다.
제1상부콜렉터(310)는 제1측정부(300)의 상측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 상측면, 보다 구체적으로 제1스테이터(210)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1상부콜렉터(310)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1스테이터(210)의 상측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제1상부콜렉터(310)는 하측면이 제1스테이터(210)의 상측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제1상부콜렉터(310)는 제1스테이터(210)로부터 발생되는 자기장을 수집할 수 있도록 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제1상부콜렉터(310)는 제1스테이터(210)의 상측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제1하부콜렉터(320)는 제1측정부(300)의 하측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 하측면 보다 구체적으로, 제2스테이터(220)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1하부콜렉터(320)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제2스테이터(220)의 하측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제1하부콜렉터(320)는 하측면이 제2스테이터(220)의 하측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제1하부콜렉터(320)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)를 사이에 두고 제1상부콜렉터(310)와 평행하게 마주보도록 배치된다. 제1하부콜렉터(320)는 제2스테이터(220)로부터 발생되는 자기장을 수집할 수 있도록 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제1하부콜렉터(320)는 제2스테이터(220)의 하측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로부터 수집된 자기장을 집속시켜 후술하는 메인측정부재(340)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)의 외측 단부로부터 서로 대향하는 방향으로 절곡되어 연장되는 한 쌍의 막대 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1자기집중부(330)는 길이 방향이 스테이터부(200)의 축 방향과 나란하게 배치된다. 제1자기집중부(330)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로부터 수집된 자기장이 손실없이 후술하는 메인측정부재(340)로 전달될 수 있도록 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)보다 좁은 폭을 갖도록 형성된다. 한 쌍의 제1자기집중부(330)는 후술하는 메인측정부재(340)가 설치될 수 있는 공간을 마련할 수 있도록 단부가 소정 간격 이격되어 마주보게 배치된다.
메인측정부재(340)는 한 쌍의 제1자기집중부(330) 사이에 설치되고, 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메인측정부재(340)는 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력할 수 있는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 등으로 예시될 수 있다.
제1리던던시 측정부재(350)는 스테이터부(200)의 원주 방향을 따라 메인측정부재(340)와 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다. 이 경우, 제1리던던시 측정부재(350)로 자기장을 전달하는 한 쌍의 제1자기집중부(330) 또한 제1리던던시 측정부재(350)에 대응되는 개수로 구비되어 스테이터부(200)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350)는 제1상부콜렉터(310)와 제1하부콜렉터(320)로 수집된 자기장의 변화량을 독립적으로 측정한다. 이에 따라 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350) 각각을 통해 출력된 측정값의 평균치를 이용하여 데이터의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 제1리던던시 측정부재(350)는 메인측정부재(340)의 고장시 그 측정값을 제공할 수 있어 리던던시 기능을 제공할 수 있다.
제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치되어 외부 자계로부터 제1측정부(300)를 차폐한다. 보다 구체적으로, 제2측정부(400)는 제1측정부(300)와 스테이터부(200)의 축 방향을 따라 순차적으로 적층됨으로써 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부 자계로부터 제1측정부(300)를 차폐한다.
제2측정부(400)는 제1측정부(300)와 함께 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위에 따른 자기장의 변화량을 측정한다. 상술한 바와 같이 제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치됨에 따라 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부 자계는 제2측정부(400)에 우선적으로 유입된다. 이에 따라, 제2측정부(400)는 외부 자계의 인가 시 제1측정부(300)와 서로 다른 측정값을 출력하고, 이러한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 외부 자계의 크기에 비례하여 증가한다. 이에 따라, 제2측정부(400)는 후술하는 제어기(500)로 하여금 외부 자계로 인한 측정값의 오차를 보정하는 동작을 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2측정부(400)는 제2상부콜렉터(410), 제2하부콜렉터(420), 제2자기집중부(430), 제2리던던시 측정부재(440)를 포함한다.
제2상부콜렉터(410)는 제2측정부(400)의 상측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 상측면, 보다 구체적으로 제1스테이터(210)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2상부콜렉터(410)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1상부콜렉터(310)의 상측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제2상부콜렉터(410)는 하측면이 제1상부콜렉터(310)의 상측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1상부콜렉터와 제2상부콜렉터의 배치 상태를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 6을 참조하면, 제2상부콜렉터(410)의 내측 단부는 제1상부콜렉터(310)의 내측 단부보다 스테이터부(200)의 중심축을 향해 더 길게 연장된다. 이에 따라 제2상부콜렉터(410)는 내측 단부의 하측면이 제1상부콜렉터(310)와 간섭되지 않고 제1스테이터(210)의 상측면과 직접 마주보게 배치되어 제1스테이터(210)에 형성되는 자기장을 수집할 수 있다. 제2상부콜렉터(410)는 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제2상부콜렉터(410)는 제1스테이터(210)의 상측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제2하부콜렉터(420)는 제2측정부(400)의 하측 외관을 형성하고, 스테이터부(200)의 하측면 보다 구체적으로, 제2스테이터(220)로부터 자기장을 수집한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2하부콜렉터(420)는 양단부가 호 형상으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성되어 제1하부콜렉터(320)의 하측면과 마주보게 배치될 수 있다. 제2하부콜렉터(420)는 하측면이 제1하부콜렉터(320)의 하측면으로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 제2하부콜렉터(420)는 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)를 사이에 두고 제2상부콜렉터(410)와 평행하게 마주보도록 배치된다.
제2하부콜렉터(420)의 내측 단부는 제1하부콜렉터(320)의 내측 단부보다 스테이터부(200)의 중심축을 향해 더 길게 연장된다. 이에 따라 제2하부콜렉터(420)는 내측 단부의 상측면이 제1하부콜렉터(320)와 간섭되지 않고 제2스테이터(220)의 하측면과 직접 마주보게 배치되어 제2스테이터(220)에 형성되는 자기장을 수집할 수 있다. 제2하부콜렉터(420)는 자화가 가능한 자성체의 재질로 구비된다. 제2하부콜렉터(420)는 제2스테이터(220)의 하측면에 별도로 마련된 몰드(미도시)에 볼팅 결합되어 지지될 수 있다.
제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)로부터 수집된 자기장을 집속시켜 후술하는 제2리던던시 측정부재(440)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)의 외측 단부로부터 서로 대향하는 방향으로 절곡되어 연장되는 한 쌍의 막대 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2자기집중부(430)는 길이 방향이 스테이터부(200)의 축 방향과 나란하게 배치된다. 제2자기집중부(430)는 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)에 수집된 자기장이 손실없이 후술하는 제2리던던시 측정부재(440)로 전달될 수 있도록 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)보다 좁은 폭을 갖도록 형성된다. 한 쌍의 제2자기집중부(430)는 후술하는 제2리던던시 측정부재(440)가 설치될 수 있는 공간을 마련할 수 있도록 단부가 소정 간격 이격되어 마주보게 배치된다.
제2리던던시 측정부재(440)는 한 쌍의 제2자기집중부(430) 사이에 설치되고, 제2상부콜렉터(410)와 제2하부콜렉터(420)로 수집된 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2리던던시 측정부재(440)는 자기장의 변화량을 전기신호로 변환하여 출력할 수 있는 자기저항소자(AMR IC) 및 홀 소자(Hall IC) 등으로 예시될 수 있다.
본 실시예에서는, 리던던시 측정부재로서, 제1리던던시 측정부재(350)와 제2리던던시 측정부재(440)를 포함하며, 제1리던던시 측정부재(350)는 메인측정부재(340)에 대한 리던던시 기능을 제공하고, 제2리던던시 측정부재(350)는 제1측정부(300)에 대한 리던던시 기능을 제공한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치(1)는 커넥터(600) 및 제어기(500)를 더 포함할 수 있다.
커넥터(600)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 제어기(500)에 전달한다.
여기서, 제1측정부(300)는 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350)의 측정값의 평균치를 이용하거나, 제1리던던시 측정부재(350)의 측정값을 토대로 리던던시 기능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350) 각각이 커넥터(600)에 연결된다.
커넥터(600)는 8핀 사양으로써, 메인 센서로서 동작하는 메인측정부재(TSS, TSM)(340), 및 리던던시 측정부재인 제1리던던시 측정부재(TSS_2)와 제2리던던시 측정부재(TSM_3)(440)에 각각 연결되며, 이들 각각으로부터 입력되는 측정값을 제어기(500)에 전달한다.
메인측정부재(340)에는 내부에 메인 IC(TSM)와 서브 IC(TSS)가 탑재되어 각각이 커넥터(600)의 TSM 핀 및 TSS 핀과 각각 연결된다.
리던던시 기능을 제공하는 제1리던던시 측정부재(TSS_2)는 커넥터(600)의 TSS_2 핀과 연결되며, 제2리던던시 측정부재(TSM_3)는 커넥터(600)의 TSM_3 핀과 연결된다.
또한, 커넥터(600)는 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350) 및 제2리던던시 측정부재(440)에 전원을 공급한다. 여기서, 전원은 메인측정부재(340)에 공급되는 전원(VDD1), 및 제1리던던시 측정부재(350)와 제2리던던시 측정부재(440)에 공급되는 전원(VDD2/3)으로 이중화된다.
이에 따라, 커넥터(600)는 메인측정부재(340)와 리던던시 기능을 제공하는 메인측정부재(340)와 제2리던던시 측정부재(440)에 전원을 독립적으로 제공한다.
즉, 메인측정부재(TSS,TSM)에는 전원 VDD1이 커넥터(600)의 VDD_A 핀을 통해 공급되고, 제1리던던시 측정부재(TSS_2) 및 제2리던던시 측정부재(TSM_3)에는 전원 VDD2/3이 커넥터(600)의 TSS_2 핀과 TSM_3 핀을 통해 공급된다.
아울러, 커넥터(600)의 GND_A 핀과 GND_B/C 핀은 GND_A 접지 및 GND_B/C 접지와 각각 연결된다.
제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출한다. 이 경우, 제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로부터 측정된 측정값을 기입력된 다양한 방식의 제어로직에 대입하여 모터 토크를 산출할 수 있다.
한편, 여러 요인으로 인해 제1측정부(300)와 제2측정부(400)에 외부 자계가 인가되는 경우, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크에는 외부 자계로 인한 오프셋 토크가 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값의 차이가 외부 자계의 크기에 비례하여 증가함에 따라, 오프셋 토크 또한 외부 자계의 크기에 비례하여 증가한다.
제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이하인 경우, 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부 자계는 1차적으로 제2측정부(400)에 의해 차폐되므로, 제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 산출된 모터 토크를 실제 모터 토크로 추정한다.
제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하고, 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 산출된 모터 토크로부터 오프셋 토크를 상쇄시킨 실제 모터 토크를 산출한다.
여기서, 제1측정부(300)의 측정값은 메인측정부재(340)에서 측정된 측정값이거나, 제1리던던시 측정부재(350)에서 측정된 측정값이거나, 또는 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350)에서 측정된 측정값들의 평균치일 수 있다.
또한, 제어기(500)가 외부 자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 토션바의 토크 상수, 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350) 및 제2리던던시 측정부재(440)의 민감도에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
이에 따라 제어기(500)는 외부 자계의 인가 시 외부 자계로 인한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 오차를 제거함으로써 보다 정확한 조향 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(500)는 메인측정부재(340) 및 제2리던던시 측정부재(440)와 무선 또는 유선으로 연결되어 메인측정부재(340) 및 제2리던던시 측정부재(440)로부터 측정값을 전달받는 통신모듈과, 통신모듈로 전달된 데이터를 바탕으로 모터 토크 산출하고, 산출된 모터 토크를 통해 조향 모터의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 토크 센서 장치(1)의 동작을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 운전자가 스티어링 휠을 조작함에 따라, 스티어링 휠의 회전력은 입력축을 통해 출력축으로 전달되고, 피니언과 랙바의 작용에 의해 차륜의 방향이 변화된다.
이 경우, 차륜과 노면 사이의 저항에 의해 입력축과 출력축은 서로 다른 회전량으로 회전되고, 이러한 회전량의 차이로 인해 로터부(100)와 스테이터부(200)에는 상대 회전 변위가 발생한다.
제1 스테이터 투스(211)와 제2 스테이터 투스(221)는 로터부(100)와 스테이터부(200)의 상대 회전 변위가 발생됨에 따라, 마그넷유닛(120)의 N극과 S극에 대향하는 면적 비율이 가변되고, 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 자기장을 형성한다.
제1스테이터(210) 및 제2스테이터(220)에 형성된 자기장은 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로 수집되고, 메인측정부재(340) 및 제2리던던시 측정부재(440)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)로 수집된 자기장의 변화량을 측정한다.
제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값을 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출한다.
여러 요인으로 인해 제1측정부(300)와 제2측정부(400)에 외부 자계가 인가되는 경우, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크에는 외부 자계로 인한 오프셋 토크가 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2측정부(400)는 제1측정부(300)의 외측에 배치됨에 따라 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부 자계는 제2측정부(400)에 우선적으로 유입된다.
이에 따라 제2측정부(400)는 외부 자계의 인가 시 제1측정부(300)와 서로 다른 측정값을 출력하고, 이러한 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이는 외부 자계의 크기에 비례하여 증가한다.
제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이하인 경우, 스테이터부(200)의 축 방향으로 인가되는 외부 자계는 1차적으로 제2측정부(400)에 의해 차폐되므로, 제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값으로부터 산출된 모터 토크를 실제 모터 토크로 추정할 수 있다.
여기서, 제1측정부(300)의 측정값은 메인측정부재(340)에서 측정된 측정값이거나, 제1리던던시 측정부재(350)에서 측정된 측정값이거나, 또는 메인측정부재(340)와 제1리던던시 측정부재(350)에서 측정된 측정값들의 평균치일 수 있다.
제어기(500)는 제1측정부(300)와 제2측정부(400)의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크의 보상이 필요하다고 판단하고, 제1측정부(300)와 제2측정부(400) 측정값을 통해 산출된 모터 토크로부터 오프셋 토크를 상쇄시킨 실제 모터 토크를 산출한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 차량용 토크 센서 장치 100 : 로터부
110 : 로터바디 120 : 마그넷유닛
200 : 스테이터부 210 : 제1스테이터
211 : 제1 스테이터 투스 220 : 제2스테이터
221 : 제2 스테이터 투스 300 : 제1측정부
310 : 제1상부콜렉터 320 : 제1하부콜렉터
330 : 제1자기집중부 340 : 메인측정부재
350 : 제1리던던시 측정부재 400 : 제2측정부
410 : 제2상부콜렉터 420 : 제2하부콜렉터
430 : 제2자기집중부 440 : 제2리던던시 측정부재
500 : 제어기 600 : 커넥터

Claims (7)

  1. 로터부와 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 메인측정부재;
    상기 로터부와 상기 스테이터부의 상대 회전 변위에 따라 자기장의 변화량을 측정하는 리던던시 측정부재;
    상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재의 측정값 중 적어도 하나를 통해 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 제어기; 및
    상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 전원을 공급하고 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에서 각각 측정된 측정값을 상기 제어기에 전달하는 커넥터를 포함하고,
    상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 공급되는 전원은 이중화되어 상기 커넥터를 통해 상기 메인측정부재와 상기 리던던시 측정부재에 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리던던시 측정부재는
    상기 스테이터부의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 제1 리던던시 측정부재, 및 상기 메인측정부재의 외측에 배치되는 제2 리던던시 측정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 메인측정부재가 고장이면 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값을 이용하여 상기 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 메인측정부재와 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값의 평균치를 이용하여 상기 출력축의 회전을 보조하기 위한 모터 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 메인측정부재의 측정값과 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값과 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 메인측정부재의 측정값과 상기 제1 리던던시 측정부재의 측정값의 평균치와, 상기 제2 리던던시 측정부재의 측정값의 차이가 설정 크기 이상인 경우, 외부 자계에 의한 오프셋 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 차량용 토크 센서 장치.

KR1020220013284A 2022-01-28 2022-01-28 차량용 토크 센서 장치 KR20230116398A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013284A KR20230116398A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 차량용 토크 센서 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013284A KR20230116398A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 차량용 토크 센서 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230116398A true KR20230116398A (ko) 2023-08-04

Family

ID=87568775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220013284A KR20230116398A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 차량용 토크 센서 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230116398A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2302330B1 (en) Rotational angle sensor, motor, rotational angle detector, and electric power steering system
CN107709947B (zh) 相对角度检测装置、扭矩传感器、电动助力转向装置和车辆
JP5580427B2 (ja) 操向トルク及び操向角測定装置並びにこれを備えた車両用操向装置
US9366590B2 (en) Torque sensor for measuring torsion of steering column and measurement method using the same
CN108698640B (zh) 电动助力转向设备及用于减小其扭矩波动的方法
WO2012090768A1 (ja) 磁界角計測装置，回転角計測装置およびそれを用いた回転機，システム，車両および車両駆動装置
WO2007119701A1 (ja) 回転角度検出装置
US7087889B2 (en) Rotational angle detecting apparatus and torque detecting apparatus
KR101741963B1 (ko) 토크 센서 및 이를 갖는 스티어링 시스템
CN110537083A (zh) 磁力检测装置、转矩传感器以及电动动力转向装置
CN103528601A (zh) 一种非接触复合式扭矩和角度位置传感器
JP2741388B2 (ja) 相対変位検出装置
KR101730547B1 (ko) 토크 앵글 센서모듈
KR20230116398A (ko) 차량용 토크 센서 장치
JP5948100B2 (ja) トルクセンサ
US6851325B2 (en) DSP based algorithm for non-contacting torque sensor
KR101208178B1 (ko) 토크 센서를 구비한 전동식 조향장치
KR101238508B1 (ko) 스티어링 시스템의 토크 센서
KR20230090708A (ko) 차량용 토크 센서 장치
US20040016306A1 (en) Torque detecting device
KR20230110953A (ko) 차량용 토크 센서 장치
JP2012112778A (ja) 故障検出装置、故障検出方法および電動パワーステアリング装置
US8746082B2 (en) Torque sensor
KR20230111802A (ko) 차량용 토크 센서 장치 및 그의 측정값 보정 방법
JP2008233040A (ja) トルク検出装置