KR100215926B1 - 엔코더와 포텐시어미터의 결합된 방식을 가지는 자동차의 조향각도센서 - Google Patents

엔코더와 포텐시어미터의 결합된 방식을 가지는 자동차의 조향각도센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 조향 각도센서를 개시한다. 개시된 본 발명은, 조향축(1)이 중앙으로 관통되고, 조향축(1)을 회동가능하게 지지하는 컬럼 커버에 고정된 고정원판(10)과; 상기 고정원판(10)의 표면과 대향되도록 배치되고, 조향축(1)에 고정되어 조향축과 함께 회전되며, 반지름 방향을 따라 슬로트(22)가 형성된 회전원판(20)을 포함하고, 상기 고정원판(10)의 표면에 저항체(11)와 접지부(12)가 나선형으로 3회전되도록 설치되고, 상기 저항체(11)의 폭은 저항체(11)의 길이가 늘어나는 방향에 따라 일정한 비율로 증가되도록 형성되고, 또한 상기 고정원판(10)의 표면에 제 1, 제 2, 및 제 3 광센서(13,14,15)가 부착되고, 상기 회전원판(20)의 슬로트(22)에 상기 저항체(11)와 접지부(12)를 전기적으로 접속시키는 습동자(40)가 이동가능하게 삽입되고, 또한 상기 회전원판(20)에 제 1, 제 2, 제 3 광센서(13,14,15)로부터 조사된 빛이 통과되는 슬릿(23,24)이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

엔코더와 포텐시어미터의 결합된 방식을 가지는 자동차의 조향각도 센서
제 1 도는 종래의 조향 각도센서로 조향축에 조향각에 따라 측정된 저항값을 나타낸 그래프
제 2 도 내지 제 4 도는 본 발명에 따른 조향 각도센서의 각 구성요소들을 나타낸 도면으로서,
제 2 도는 고정원판을 나타낸 도면
제 3 도는 회전원판을 나타낸 도면
제 4 도는 가이드 원판을 나타낸 도면
제 5 도는 본 발명에 따른 조향 각도센서의 주요부인 습동자의 구조를 나타낸 사시도
제 6 도는 본 발명의 주요부인 저항체와 접지부의 배치관계를 나타낸 도면
제 7 도는 본 발명에 따른 조향 각도센서에서 저항체의 폭을 결정하는 식을 산출하기 위한 도면
제 8 도는 조향각에 따른 저항체의 내경, 외경, 및 중심선의 변화를 나타낸 그래프
제 9 도는 조향각에 따른 저항값의 변화율을 나타낸 그래프
제 10 도는 본 발명의 조향 각도센서에 의해 측정된 조향각에 대한 저항값이 선형적으로 변화하는 것을 나타낸 그래프
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 조향축 10 : 고정원판
11 : 저항체 12 : 접지부
13 : 제 1 광센서 14 : 제 2 광센서
15 : 제 3 광센서 20 : 회전원판
21 : 걸림홈 22 : 슬로트
23, 24 : 슬릿 30 : 가이드 원판
31 : 가이드 홈 32, 33, 34 : 홈부
40 : 습동자 41 : 몸체
42 : 슬라이더 43, 44 : 단자
[본 발명의 분야]
본 발명은 자동차의 조향 각도센서(steering angle sensor)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엔코더(encoder) 방식과 포텐시어미터(potentiometer) 방식을 일체로 구성하여 조향축의 조향각에 따라 저항값이 선형적으로 출력되도록 함과 아울러 조향각의 정확한 측정 및 제어 실현을 도모한 자동차의 조향 각도센서에 관한 것이다.
일반적으로, 조향장치는 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치로서, 조작기구와, 기어장치, 및 링크기구로 구성되어 있다. 조작기구는 운전자가 직접 조향조작을 하여, 그 조작력을 기어장치와 링크기구에 전달하는 부분으로서, 조향핸들, 조향축, 및 컬럼으로 구성되어 있다. 기어장치는 조향축의 회전을 감속하여 조작력을 증가시킴과 아울러 조작기구의 운동방향을 전환하여 링크기구에 전달하는 부분이다. 또한, 링크기구는 기어장치의 작동을 전륜에 전달하고, 또한 좌우 각 바퀴의 위치관계를 정렬하도록 지지하는 부분으로서, 피트먼 암, 드래그 링크, 너틀 암, 및 타이-로드로 구성되어 있다.
즉, 운전자가 조향핸들을 돌리면, 그 조작력이 기어장치의 조향기어로 전달되면서 감속됨과 동시에 운동방향이 전환된 후, 링크기구인 피트먼 암, 드래그 링크, 및 너클 암을 거쳐서 너클 스핀들로 전달된다.
너클 스핀들은 킹 핀을 중심으로 회전운동을 하기 때문에 전륜의 움직임을 전환시키게 된다. 그리고, 좌우의 너클은 너클 암을 통해 타이-로드와 연결되어, 한쪽 바퀴의 움직임을 반대쪽 바퀴에 전달하도록 되어 있다.
그런데, 상기와 같은 일반적인 조향장치에서, 전륜의 접지저항이 크기 때문에 조향 핸들의 조작력이 크게 되고, 신속한 조향 조작이 이루어지지 않을 소지가 많다.
이를 개선한 장치가 동력 조향장치로서, 기볍고 신속한 조향조작을 하기 위해서 기관으로 오일펌프를 구동시키고, 발생된 유압을 조향장치 중간에 설치된 배력장치로 보내어, 이 배력장치의 작동으로 핸들의 조작력을 가볍게 하는 구조로 되어 있다.
이 동력 조향장치는 동력장치와, 작동장치, 및 제어장치로 구성되어 있다. 동력장치는 동력원이 되는 유압을 발생하는 장치로서, 기관에 의해 구동되는 오일 펌프와, 최고 유압을 규제하는 압력 조절밸브, 및 오일 통로의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브를 포함한 밸브 유니트로 구성되어 있다.
작동장치는 오일 펌프에서 발생된 유압을 기계적인 힘으로 전환하여 전륜의 조향력을 발생하게 하는 부분으로, 주로 복동식 동력 실린더가 사용된다. 또한, 제어장치는 작동장치에 이르는 유로를 개폐하는 밸브와, 밸브의 개도각을 제어하는 전자 제어 유니트로 구성되어, 조향핸들의 조작으로 제어 밸브가 오일 회로를 바꾸어 동력 실린더의 작동 방향과 작동 상태를 제어한다. 전자 제어 유니트는 조향핸들의 회전된 각도를 측정하여, 이 조향각에 따라 밸브의 개도를 제어하도록 되어 있다. 따라서, 조향핸들에는 조향핸들이 회전된 각도, 즉 조향축의 회전각을 감지하는 조향 각도센서가 구비되어 있다.
[종래기술]
상기 조향 각도센서는 발광체 및 수광체를 이용한 엔코더 방식과, 저항값으로 조향각의 절대값을 계산할 수 있는 로타리 포텐시어미터(rotary potentiometer) 방식으로 구분된다.
먼저, 엔코더 방식은 조향핸들을 지지하는 컬럼 커버에 설치된 고정원판과, 상기 고정원판과 대향,배치되고 조향핸들에 연결된 조향축에 설치된 회전원판으로 구성되어 있다. 상기 고정원판에는 3개의 발광체 및 수광체가 설치되어, 제 1 발광체는 회전원판의 1회전을 감지하는 역할을 하고, 제 2 및 제 3 발광체는 회전원판의 회전방향에 따른 조향각을 감지하는 역할을 하게 된다. 상기 회전원판의 외곽 원주선을 따라 제 2 및 제 3 발광체로부터 발광된 빛이 수광체로 통과되기 위한 다수의 슬릿이 형성되어 있고, 또한 제 1 발광체로부터 발광된 빛을 수용하는 하나의 슬릿이 형성되어 있다.
즉, 상기 각 발광체에서 조사된 빛이 조향축과 함께 회전하는 회전원판의 일정 위치에서의 슬릿을 통해서 수광체에 감지된 신호가 전자 제어 유니트로 전송되어, 전자 제어 유니트에서 이 신호에 따른 조향각을 환산하므로써 조향축의 회전방향에 따른 조향각을 측정할 수가 있게 된다.
이러한 엔코더 방식의 조향 각도센서는 조향축의 회전에 따른 회전원판의 회전된 위치, 즉 조향각이 제 2 발광체 또는 제 3 발광체로부터 조사된 빛이 슬릿을 통과하여 수광체에 감지되기 때문에 조향각의 정확한 측정이 가능한 장점이 있지만, 전자 제어 유니트에서 수광체로부터 전송된 신호를 별도의 알고리즘을 이용해서 조향각으로 환산해야 되고, 또한 이렇게 환산된 조향각은 정렬 상태인 0 3 3 3 2 1 3 2 1 3 2 1 1 1 2 2 3 3 1 2 3 3 2 1 2 1

Claims (3)

  1. 조향축이 중앙으로 관통되고, 조향축을 회동가능하게 지지하는 컬럼 커버에 고정된 고정원판과; 상기 고정원판의 표면과 대향되도록 배치되고, 조향축에 고정되어 조향축과 함께 회전되며, 반지름 방향을 따라 슬로트가 형성된 회전원판을 포함하고, 상기 고정원판의 표면에 저항체가 나선형으로 3회전되도록 설치되고, 상기 저항체의 나선형상을 따라 외측에 배치되는 접지부가 고정원판의 표면에 설치되며, 상기 저항체의 폭은 저항체의 길이가 늘어나는 방향에 따라 일정한 비율로 증가되도록 형성되고, 또한 상기 고정원판의 표면에 회전원판의 회전수를 감지하는 제 1 광센서와, 회전원판의 회전방향에 따른 회전각을 감지하는 제 2 및 제 3 광센서가 부착되고, 상기 각 광센서는 발광 및 수광체가 상하 일정간격을 두고 배치된 일체형 구조로 형성되고, 상기 회전원판의 슬로트에 조향축의 회전에 의해 나선형을 따라 이동되면서 상기 저항체와 접지부를 전기적으로 접속시키는 습동자가 이동가능하게 삽입되고, 또한 상기 회전원판에 제 1 광센서로부터 조사된 빛이 통과되는 슬릿이 형성되며, 상기 제 2 및 제 3 광센서로부터 조사된 빛이 통과되는 다수의 슬릿이 원주선을 따라 일정간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 각도센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체의 일정위치에서의 폭은 하기 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 각도센서.
    w= (0.33/2π)θ + 1.4
    여기서, w는 저항체의 폭, θ는 조향축의 조향각을 라디안으로 나타낸 수치
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전원판의 상부에 상기 습동자의 나선형 이동을 가이드하는 홈이 나선형을 따라 형성되어, 상기 컬럼 커버에 고정된 가이드 원판이 대향, 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향각도센서.
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