KR960012222B1 - 조향토크 검출장치 - Google Patents

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    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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Abstract

내용없음

Description

조향토크 검출장치
제1도는 본 발명에 의한 조향토크 검출장치의 일실시예도.
제2도는 제1도에서 설치된 발수광부를 좀더 구체적으로 나타낸 참고도.
제3도 내지 제5도는 본 발명에서 조향동작에 따라 수광부에 전해지는 광점의 형태를 각기 나타내는 참고도.
제6도는 본 발명에서 발광부와 수광부가 상대 변위가 생길때 광의 진행방향을 알기위한 참고도.
제7도는 본 발명의 수광부에서 수광면적에 대한 전류변화를 나타내는 참고도.
제8도는 본 발명의 발광부에서 광의 세기와 전류와의 상관관계를 나타내는 참고도.
제9도는 본 발명에 의한 발수광부 신호처리 회로를 나타낸 실시예도.
제10도는 본 발명에서 발수광부의 상대변위에 따른 출력전압을 나타내는 참고도.
제11도는 종래의 조향 토크검출장치가 구비된 파워스티어링부를 나타내는 참고도.
제12도는 제11도에서 그 요부를 발췌하여 나타낸 참고도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 발광부 20 : 수광부
21 : 렌즈 22 : 수광소자
30 : 신호처리회로 31 : 전류전압변환부
32,33 : 제1,2가산부 34 : 감산부
35 : 제3가산부
본 발명은 모터구동식 동력 조향장치에서 모터를 제어하기 위한 조향토크 검출장치와 관련된 것으로서, 이는 특히 조향토크를 검출하는 수단을 전자식으로 실현함으로써 이러한 부위의 단순화 및 그 기능적 신뢰성을 양호히 확보할 수 있도록 한 것이다.
종래의 조향토크 검출장치는 일본국 특허 소 제59-11965에 소개되 있고, 이것은 제11도 및 제12도와 같이 나타내었다. 여기서는 조향핸들(72)의 동력을 전달하는 입력축(71)과, 이 입력축(71)에 접속되어 비틀림을 전달하는 토션바(81) 및 이 토션바(81)의 비틀림각을 스풀(82)측으로 전달하는 유성기어(83,83A,83B,83C)와, 스풀(82)의 직선변위 동작에 따라 그 변위량을 검출하는 차동 변압기등의 검출회로(84) 등을 포함한 구성으로 되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술은 입력축과 출력축이 회전하면서 발생하는 상대변위를 측정하기 위해 유성기어를 이용하여 측정장치를 구성하고 있기 때문에 그것에 사용되는 부품수가 상대적으로 많이 소요되면서도 구조가 복잡하다는 문제점을 피할 수 없는 것이었다. 또, 상기와 같은 측정수단이 기구적 조건으로 이루어져 있기 때문에 장시간 사용에 의한 부품의 마모등에 따른 측정수단의 신뢰성도 갖기가 어렵다는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 개선할 수 있도록 창안되어진 조향토크 검출장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 특허 상기 조향토크 검출수단이 광학수단을 이용한 전자식으로 실현될 수 있어 이러한 장치의 단순화를 꾀할 수 있음과 동시에 그 측정의 신뢰성도 양호하게 확보할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 이러한 목적을 얻을 수 있도록 토션바가 설치된 입력축과 출력축 사이에는 상대적인 비틀림 변위를 검출할 수 있도록 설치되어져 있는 발수광부와, 이 발수광부에서 발생된 검출신호를 측정하여 그 상대변위 신호를 생성하는 신호처리회로와의 관련 구성으로 되는 조향토크 검출장치를 특징으로 하는 것이다.
이하 이를 첨부 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 의한 발수광부(10,20)가 설치되어져 있는 입력축(71)과 출력축(91)의 구조를 나타내었다. 여기서 토션바(81)가 개재되어 있는 입력축(71)과 출력축(91)이 마주하는 일정한 갭부위(a)에는 각기발광부(10)와 수광부(20)가 마주하여 보게 설치되어져 있다.
상기 발광부(10)와 수광부(20)는 제2도와 같이 보호캡(12)내에 설치되어 있는 발광소자(11)와, 이 발광소자(11)의 광점과 마주하여 보호캡(23)내에 고정되어져 있는 렌즈(21) 및 수광소자(22)와의 관련 구성으로 되어있다. 또, 본 발명에 의한 신호처리회로(30)는 이것을 제9도와 같이 나타내었다. 여기서는 상기 수광소자(22)에 전달되는 빛의 부분을 수광소자(22)를 중심으로 직각 좌표의 4상한(I,II,III,IV)으로 분리하였을 경우 각 부분에서 발생된 전류를 검출하여 전압으로 변환시켜주는 전류전압 변환부(31)와, 이 전류전압 변환부(31)로 부터의 출력전압을 I 상한과 II 상한으로 이루어지는 좌원면 및 III상한과 IV상한으로 이뤄지는 우원면별로 합산처리하는 제1,2가산부(32,33) 및 제1,2가산부(32,33)의 출력을 각기 상대적으로 가산하는 제3가산부(35) 및 감산처리하는 감산부(34)와, 이들 제3가산부(35) 및 감산부(34)의 출력을 입력받아 시스템을 제어하는 전자제어 유니트와의 관련구성으로 되어있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과는 다음과 같다.
즉, 본 발명에 의한 조향토크 검출장치는 운전자가 핸들을 조작할때 발생되는 조향토크가 변위될때 그 상태를 수광부(20)에서 검출한 후 신호처리회로(30)를 통해 그 상태를 전자제어 유니트에 전달하게 되며, 시스템 제어의 전자제어 유니트는 이에 따른 모터제어를 수행하게 되는 것이다.
상기 조향토크는 입력축(71)과 토션바(81)를 거쳐 출력축(91)으로 전달될 때 주어진 토크에 비례하는 양만큼 토션바(81)가 비틀려서 입력축(71)에 대한 출력축(91)측의 상대변위를 일으키게 되는 것이다. 이때 그 상대변위를 측정하면 토크값을 얻을 수 있으므로 입력축(71)측에 설치된 발광부(10)와 출력축(91)측에 설치된 수광부(20)에서 그 상대변위값을 검출한 후 신호처리회로(30)에 전달하게 되면 신호처리회로(30)에서 얻어진 값이 전자제어 유니트로 제공되어 이에 따른 모터제어를 가능하도록 하는 것이다.
상기에서 얻어지는 신호는 전달되는 토크가 없을때는 발광부(10)의 발광소자(11)에서 발생한 광이 제2도와 같이 수광부(20)의 수광소자(22) 중심부에 위치하도록 설치되어져 있기 때문에 제3도와 같이 발광소자(11)측의 광점은 수광소자(22)의 중심에 있게 되는 것이다.
수광소자(22)는 그 부위가 4등분(I,II,III,IV)으로 되어 있어 그 부분에서 광점의 면적 및 세기에 따라 소정 전류를 발생시킨다.
수광소자(22)는 수광면적에 대한 전류특성이 제7도와 같이 비례하므로 제3도의 경우에는 I∼IV부분이 각기 iI=iII=iIII=iIV로서 동일한 전류가 발생한다. 이러한 상태에서 토션바(81)의 비틀림각이 생길때는 제6도과 같이 발광부(10)와 수광부(20)가 변위 X만큼 상대변위가 생기게되고, 수광소자(22)에 맺히는 광점은 제5도와 같이 광점 중심이 0에서 0로 이동한다.
이때 변위 X는 수광소자(22) 각 부분에서 발생하는 전류 iI ∼iIV에 의해 간단한 계산으로 구할 수 있기 때문에 토션바(81)의 비틀림 변위를 알 수 있게 되는 것이다.
한편, 제9도의 신호처리회로(30)에서는 수광소자(22)의 4상한부분에서 발생한 전류신호를 전류전압 변환부(39)에서 전압으로 변화시키고, 여기서 출력된 신호중 좌원면(I,II)의 신호전압을 VL이라 할 때 좌원면(I,II)신호를 제1가산부(32)로 합산하여 VL을 만들고, 우원면(III,IV) 신호전압을 VR라 할때 우원면(III,IV)신호를 제2가산부(33)로 합산하여 VR을 얻는다.
이후, 상기 VL과 VR을 각기 제3가산부(35)와 감산부(34)에서 가산 및 감산하여 VR+VL과 VR-VL신호를 얻는다. 이 VR+VL신호는 수광소자(22)에서 받아들이는 광점의 전체 크기와 광원의 세기에 관계되고, 광원의 세기가 일정하면 이값은 항상 일정하게 유지될 수 밖에 없는 것이며, VR-VL은 광점의 중심위치를 구할수 있다. 또, 발광소자(11)의 광세기가 제8도와 같이 항상 일정하게 유지될 수 없는 점을 고려하여 VR-VL을 VR+VL로 나누면 광원의 세기가 변해도 VR-VL/VR+VL값은 항상 광점 중심 위치와 1 : 1로 대응하게 된다.
이러한 신호처리회로(30)의 출력값이 전자제어 유니트로 전달되면 전자제어 유니트는 제10도와 같이 상기와 같은 VR과 VL의 조건을 고려하여 조향토크를 계산하고 시스템을 제어할 수 있게 되는 것이다.
이러한 본 발명은 자동차의 조향토크 검출장치가 복잡한 구조 및 기구들을 동원하지 않고 전자식으로 실현할 수 있어 이러한 장치의 단순화와 측정의 신뢰성등을 양호히 확보할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 조향장치의 입력축(71)과 출력축(91) 사이에는 수광면이 4부분으로 분할되어져 있는 수광부(20)와, 이수광부(20)에 대응하는 위치에 설치되어 있는 발광부(10)가 각기 구비되어져 있고, 수광부(20)에서 검출된 수광신호를 처리하여 ECU에 그 토크변위 상태의 출력을 제공하는 신호처리회로(30)를 포함하여서 된 조향토크 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호처리회로(30)는, 수광부(20)로 부터 각기 검출된 전류신호를 전압값으로 변환시키는 전류전압 변환부(31)와, 이것에서 출력된 전압을 상대부분으로 할당하여 합산처리하는 제1 및 제2가산부(32,33) 상기 제1및 제2가산부(32,33)로 부터 출력되는 VR및 VL신호를 합산하는 제3가산부(35)와 감산하는 감산부(34)로서 구성된 것을 특징으로 하는 조향토크 검출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수광부(20)는 수광소자(22)에 대응하여 광을 모으는 렌즈(21)와, 2 또는 4부분의 분할된 면적을 갖는 수광소자(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 조향토크 검출장치.
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