KR100864876B1

KR100864876B1 - 회전각도 검출장치 및 그 초기 설정 방법

Info

Publication number: KR100864876B1
Application number: KR1020070020700A
Authority: KR
Inventors: 타케시 나카타; 세이지 콘도
Original assignee: 카부시키가이샤 토카이리카덴끼 세이사쿠쇼
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-10-22
Also published as: CN101038152A; JP4559982B2; CN100504285C; US20070205762A1; US7659713B2; JP2007232617A; KR20070090791A

Abstract

피검출물과 일체적으로 회전하는 주동기어에 맞물린 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들을 검출하고, 그 검출한 회전각도들에 기반하여 피검출물의 회전각도들을 구하는 회전각도 검출장치의 초기 설정 방법이 개시된다. 그 방법은, 주동기어를 정방향으로 회전시켰을 때, 주동기어와 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제1 오차를 구하는 단계와, 주동기어를 역방향으로 회전시켰을 때, 주종기어와 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제2 오차를 구하는 단계와, 제1 오차와 제2 오차와의 평균값을 구하는 단계와, 주동기어의 회전각도가 0˚가 되는 오차를 포함하지 않는 2개의 종동기어들 각각의 이론적인 회전각도들과 평균값과의 차이값을 구하는 단계와, 피검출물의 회전각도를 구할 때, 실제로 검출되는 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에 가산하기 위한 보정 데이터로서 차이값을 기억하는 단계를 포함한다.

Description

회전각도 검출장치 및 그 초기 설정 방법{Rotational angle detector and method for initializing rotational angle detector}

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 회전각도 검출장치의 평단면도이다.

도 2는 도 1의 회전각도 검출장치를 1-1을 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 회전각도 검출장치의 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4는 유형 (A) 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 5는 유형 (B) 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 6은 유형 (C) 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 7은 유형 (D) 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 8은 유형 (E) 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 9a는 본 발명의 실시예들에 따른 회전각도 검출장치의 초기설정 순서를 나타내는 흐름도이고, 도 9b는 스티어링 샤프트의 회전각도 연산순서를 나타내는 흐름도이다.

도 10은, 정방향 오차를 구하기 위해 주동기어를 정방향으로 회전시킨 후에 역방향으로 회전시킨 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 11은, 역방향 오차를 구하기 위해 주동기어를 역방향으로 회전시킨 후에 정방향으로 회전시킨 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

도 12는, 정방향 오차와 역방향 오차가 균등하게 된 경우의 주동기어와 제1 및 제2 종동기어와의 맞물림 상태를 나타내는 요부 확대 평면도이다.

본 발명은, 회전체의 각도를 검출하는 회전각도 검출장치 및 그 초기 설정 방법에 관한 것이다.

최근 차량의 고기능화에 따라, 차량 안정성 제어 시스템 및 전자 제어 서스펜션(suspension) 시스템 등의 주행 안정성을 향상시키기 위한 여러 가지 시스템이 차량에 탑재되고 있다. 이들 시스템은, 스티어링(steering)의 조타각을 차량의 자세(姿勢) 정보의 하나로서 취득하고, 그 자세 정보에 기반하여 차량의 자세가 안정적인 상태로 유지되도록 차량을 제어한다. 그 때문에, 상기 스티어링의 조타각을 검출하기 위한 회전각도 검출장치가 예를 들어 차량의 스티어링 칼럼 내에 형성되어 있다. 이와 같은 회전각도 검출장치에는, 조타각을 절대값으로 검출하는 절대각 검출 방식 및 조타각을 상대값으로 검출하는 상대각 검출 방식이 사용될 수 있다. 어떤 검출 방식으로 하는지는 제품 사양 등에 따라 결정된다.

일본특허공개공보 2004-309222호에는, 상기 두 가지 방식 중 절대각 검출방식의 회전각도 검출장치의 일예가 기재되어 있다. 상기 회전각도 검출장치는, 스티어링 샤프트와 일체적으로 회전하는 주동(主動)기어 및 상기 주동기어에 맞물리는 두 개의 종동(從動)기어를 구비하고 있다. 상기 두 개의 종동기어에는 자석이 일체 회전 가능하게 설치되어 있다. 또, 상기 두 개의 종동기어의 톱니 수는 서로 다르고, 이에 따라 상기 주동기어의 회전에 따른 상기 두 종동기어의 회전각도가 서로 다르게 되도록 하고 있다. 그리고, 상기 회전각도 검출장치의 제어장치는, 두 종동기어에 각각 대응하여 설치된 자기 센서에 의해 상기 두 종동기어의 회전각도를 검출하고, 그 검출한 회전각도에 기반하여 스티어링 샤프트의 회전각도를 구한다.

그러나, 전술한 종래의 회전각도 검출장치에는, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 주동기어에 2개의 종동기어가 맞물린 구성으로 되어있기 때문에, 검출되는 2개의 종동기어의 회전각도에는, 주동기어와 2개의 종동기어와의 사이의 백 래쉬(backlash)에 기인하는 오차가 포함되어 있다. 따라서, 2개의 종동기어의 회전각도에 기반하여 구해지는 스티어링 샤프트의 회전각도에도 잠재적인 오차(초기 조타 오차)가 포함되어 있다. 여기서, 스티어링 샤프트의 각 회전 각도의 오차를, 상기 회전각도를 사용하는 차량의 상기 시스템 측에서 보정함에 따라, 상기 스티어링 샤 프트의 참 회전각도를 연산에 의해 구하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 상기 스티어링 샤프트의 각 회전각도에 대응하는 대량의 보정 데이터가 필요함과 동시에, 상기 보정 데이터를 사용하는 보정 연산량이 매우 커지게 된다. 이와 같은 보정 처리를 차량 시스템 측에서 수행하는 것도 생각할 수 있으나, 그 경우에는 상기 시스템 측에서의 연산부하가 증대된다.

또, 주동기어와 2개의 종동기어와의 위치관계에 있어서, 상기 주동기어 및 상기 2개의 종동기어 사이의 백 래쉬의 크기는 상기 주동기어의 좌우회전 방향 시 서로 다르다. 이 경우, 상기 백 래쉬의 편중에 기인하여, 스티어링 샤프트의 회전각도의 오차(타각오차)도 좌우회전 시 서로 다르다. 그리고, 이와 같이 회전각도의 오차가 스티어링 샤프트의 좌우회전 시에 서로 다른 경우가 있다는 것도 고려하면, 회전각도 검출장치 또는 차량의 시스템 측의 연산부하는 한 층 커진다.

따라서 본 발명은 목적은, 연산 부하를 억제하면서, 주동기어와 종동기어와의 사이의 백 래쉬에 기인하는 검출오차를 감소시킬 수 있는 회전각도 검출장치 및 그 초기 설정 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 회전각도 검출장치의 초기 설정 방법에서는, 피검출물과 일체적으로 회전하는 주동기어에 맞물리는 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들을 검출하고, 그 검출한 회전각도들에 기반하여 상기 피검출물의 회전각도를 구한다. 상기 방법은, 상기 주동기어를 정방향으 로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제1 오차를 구하는 단계와, 상기 주동기어를 역방향으로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어 각각의 회전각도들에서 발생하는 제2 오차를 구하는 단계와, 상기 제1 오차와 제2 오차와의 평균값을 구하는 단계와, 상기 주동기어의 회전각도가 0˚가 되는 오차를 포함하지 않는 상기 2개의 종동기어들 각각의 이론적인 회전각도들과 상기 평균값과의 차이를 구하는 단계와, 상기 피검출물의 회전각도를 구하는 경우, 실제로 검출되는 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에 가산하기 위한 보정 데이터로서 상기 차이값을 기억하는 단계를 포함한다.

도면 전체를 통하여, 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타내는 것으로 사용된다.

이하, 예를 들면, 스티어링의 조타각을 검출하는 회전각도 검출장치로서 구체화된 본 발명의 실시예들이 도 1을 참조하여 설명된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 회전각도 검출장치(11)는, 스티어링(도시하지 않음)에 일체로 회전 가능하게 연결된 스티어링 샤프트(12)에 장착되어 있다. 회전각도 검출장치(11)는, 스티어링 샤프트(12) 주위의 스티어링 칼럼 등의 구조체(도시하지 않음)에 고정된 상자 형상의 하우징(13)을 포함한다. 하우징(13)내에는, 스티어링 샤프트(12)에 일체 회전 가능하게 바깥쪽에서 끼워 넣어진(외감, 外嵌)된 주동기어(14)가 수용됨과 동시에, 주동기어(14)에 맞물리는 제1 및 제2 종동기어 들(15, 16)이 회전 가능하도록 지지되어 있다. 제1 종동기어(15)의 톱니 수는, 제2 종동기어(16)의 톱니 수와 다르다. 따라서, 스티어링 샤프트(12)가 회전하면, 주동기어(14)는 일체적으로 회전하고, 이에 따라 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)도 각각 회전한다. 제1 종동기어(15)의 톱니 수는 제2 종동기어(16)의 톱니수와 다르므로, 주동기어(14)의 회전각도에 대한 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 각각의 회전각도는 서로 다르다. 또, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)은 제1 및 제2 자석들(영구자석)(17, 18)을 일체 회전 가능하도록 포함한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 자석들(17, 18)은 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 하부 개구부에 개재되어 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 하면에 접하도록 설치되어 있다. 또, 하우징(13)의 내부에서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 하부에는, 프린트 기판(19)이 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전중심축에 대하여 수직하도록 설치되어 있다. 그리고, 프린트 기판(19)의 상면에는, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)이 제1 및 제2 자석들(17, 18)에 대향하도록 설치되어 있다. 또, 하우징(13)의 내부에서, 프린트 기판(19)의 하부에는 또 다른 프린트 기판(22)이 프린트 기판(19)에 대하여 수직하도록 설치되어 있다. 프린트 기판(22)의 표면에는 마이크로컴퓨터(23)가 설치되어 있다.

<전기적 구성>

다음으로, 회전각도 검출장치(11)의 전기적 구성을 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 회전각도 검출장치(11)는, 상술한 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21), 마이크로컴퓨터(23) 및 전원 회로(24)를 포함한다. 전원 회로(24)는 차량의 배터리 (도시하지 않음)에서 공급되는 전압을, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21) 및 마이크로컴퓨터(23) 등의 회전각도 검출장치(11)의 각 부에 각각 대응하는 소정 레벨의 전압으로 변환하고, 상기 변환된 전압을 회전각도 검출장치(11)의 각 부에 공급한다. 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21) 및 마이크로컴퓨터(23) 등은 각각 전원 회로(24)에서 안정적으로 공급되는 소정 레벨의 전압을 동작 전원으로 하여 동작한다.

<제1 및 제2 자기 센서들>

제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)은, 각각 네 개의 이방성 자기 저항 소자(Anisotropic Magneto Resistive device; AMR 소자)를 브리지 형상으로 접속한 회로를 포함한다. 상기 이방성 자기 저항 소자는, 이방성 자기 저항 효과를 갖는 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 강자성체를 포함하고, 상기 이방성 자기 저항 소자의 저항값은 주어지는 자계(정확히는, 자속의 방향)에 따라 변화한다. 그리고, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)은, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)에 주어지는 자계의 변화(정확히는, 자속 방향의 변화)에 따라 상기 브리지 형상의 회로 중점의 전위를 자속의 검출신호로서 생성한다.

제1 자기 센서(20)는, 제1 종동기어(15)의 회전에 수반하는 제1 자석(17)에서 발생시키는 자속의 방향의 변화를 검출하고, 제1 종동기어(15)의 회전각도(α)에 따라 연속적으로 변화하는 아날로그 신호, 즉 정현함수에 준하는 정현신호 및 여현함수에 준하는 여현신호를 각각 생성한다. 제1 자기 센서(20)로부터의 아날로그 신호는 마이크로컴퓨터(23)에 보내진다. 또, 제2 자기 센서(21)는, 제2 종동기 어(16)의 회전에 수반하는 제2 자석(18)으로부터 보내지는 자속 방향의 변화를 검출하고, 제2 종동기어(16)의 회전각도(β)에 따라 연속적으로 변화하는 아날로그 신호, 즉 정현함수에 준하는 정현신호 및 여현함수에 준하는 여현신호를 각각 생성한다. 제2 자기 센서(21)로부터의 아날로그 신호는 마이크로컴퓨터(23)로 보내진다.

<마이크로컴퓨터>

마이크로컴퓨터(23)는, 씨피유(Central Processing Unit; CPU, 중앙 연산 장치)(25), 이이피롬(Electrically Erasable and Programmable ROM; EEPROM, 전기적 소거 및 프로그램 가능한 롬)(26) 및 램(Random Access Memory; RAM, 쓰기 및 읽기 가능한 메모리)(27)등을 포함한다.

이이피롬(26)에는, 회전각도 검출장치(11)의 전체를 통괄적으로 제어하기 위한 각종 제어 프로그램 및 데이터가 미리 격납되어 있다. 램(27)은 이이피롬(26)의 제어 프로그램을 전개하여 씨피유(25)가 각종처리를 실행하기 위한 데이터 기억영역, 즉 작업영역이다.

이이피롬(26)에 격납되는 제어 프로그램으로서는, 예를 들면, 보정 데이터 산출 프로그램 및 회전각도 검출 프로그램이 있다. 상기 보정 데이터 산출 프로그램은, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 회전각도(θ)의 검출오차, 정확히는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 보정하기 위한 각도 데이터를 구하기 위한 프로그램이다. 상기 보정 데이터 산출 프로그램은, 회전각도 검출장치(11)의 조립 초기 단계에서 실행 되고, 상기 프로그램에 의해 산출된 보정 데이터는 이이피롬(26)에 격납된다. 상기 보정 데이터를 구하는 방법은 뒤에 상술하기로 한다. 또, 상기 회전각도 산출 프로그램은, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)로부터의 검출신호에 기반하여 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 구하고, 상기 보정 데이터를 사용하여 상기 회전각도들(α, β)을 보정하며, 상기 보정 후의 회전각도들(α, β)의 차에 기반하여 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 절대값으로 구하기 위한 프로그램이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 씨피유(25)는, 각도 연산부(28) 및 보정데이터 연산부(29)를 포함한다. 보정데이터 연산부(29)는, 회전각도 검출장치(11)의 조립 초기 단계에서, 이이피롬(26)에 격납된 상기 보정 데이터 산출 프로그램에 따라 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 보정 데이터를 구한다. 각도 연산부(28)는, 이이피롬(26)에 격납된 상기 회전각도 산출 프로그램에 따라 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 구한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 종동기어(15)의 톱니수가 제2 종동기어(16)의 톱니수와 다르기 때문에, 주동기어(14)의 회전에 따른 제1 종동기어(15)의 회전각도(α)의 값은, 제2 종동기어(16)의 회전각도(β)의 값과는 다르다. 이 때문에, 스티어링이 중립위치(스티어링 조작각도=0˚)에 있는 상태에서 상기 스티어링이 회전 조작된 경우, 상기 조작 각도의 변화에 대하여, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이는 선형적으로 변화한다. 즉, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)와, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도 들(α, β)의 차이와는 비례관계에 있기 때문에, 회전각도들(α, β)의 차이는 주동기어(14)의 회전각도(θ)에 대하여 고유의 값이 된다. 이 때문에, 회전각도들(α, β)의 차이에 기반하여 주동기어(14), 즉 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)(절대값)의 즉시 검출이 가능하게 된다.

구체적으로는, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이의 함수이고, 아래의 [수학식 1]과 같이 나타내어진다.

[수학식 1]

θ=f{(α-β)}

씨피유(25)의 각도연산부(28)는, 이이피롬(26)에 격납된 상기 보정 데이터를 사용하여 산출한 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 보정한다. 그리고, 각도 연산부(28)는, 상기 보정 후의 회전각도들(α, β)의 차이를 사용하여, [수학식 1]에 기반하여 주동기어(14), 즉 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 산출한다. 마이크로컴퓨터(23)는, [수학식 1]에 기반하여 산출한 회전각도(θ)를 차량 안정성 제어 시스템 및 전자 제어 서스펜션 시스템 등의 주행 안정성을 향상시키기 위한 여러 가지 시스템(정확히는, 상기 시스템의 제어장치)으로 보낸다.

<회전각도(θ)의 검출오차>

다음으로, 회전각도 검출장치(11)의 검출오차를 설명한다. 상술한 바와 같이, 회전각도 검출장치(11)는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 맞물린 주동기 어(14)를 포함한다. 이 때문에, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)은, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 오차들(s, t)을 포함한다. 따라서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 기반하여 구해지는 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)도 잠재적으로 오차(타각오차)를 포함한다.

따라서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 포함되는 오차들(s, t)을 고려하면, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, [수학식 1]에 기반하여, 아래의 [수학식 2]와 같이 나타내어진다.

[수학식 2]

θ=f{(α+s)-(β+t)}=f{(α-β)+(s-t)}

그리고, 상기 [수학식 1]의 변수부 (s-t)에 따른 영향이, 회전각도(θ)의 참값에 대한 오차(△)(타각오차)이다. 아래의 [수학식 3]에 나타난 바와 같이, 오차요소(δ)는, 상기 변수부(s-t)에 의해 나타내어진다.

[수학식 3]

δ=s-t

상기 오차(△)는, 주동기어(14) 및 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계에 따라, 주동기어(14)가 정방향(우방향)으로 회전했을 때의 값과 역방향(좌방향)으로 회전했을 때의 값이 균일하지 않게 된다. 이 때문에, [수학식 1]에 기반하여 산출된 회전각도(θ)를, 차량 안정성 제어 시스템 및 전자 제어 서스펜션 시스템 등의 시스템 측에서 사용하는 경우, 상기 시스템 측에서는 회전각도(θ)의 오 차(△)를 고려해야 할 뿐만 아니라, 오차(△)는 스티어링의 좌회전 시와 우회전 시에 서로 다르다는 것을 고려하여 사용할 필요가 있다.

여기서, 상기 스티어링을 조작했을 때, 주동기어(14) 및 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계는, 다음의 (A)~(E)의 5개의 유형으로 분류될 수 있다. 또한, 유형 (A)~(E)에서, 접촉되는 것과 접촉되지 않는 것은, 주동기어(14) 및 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 톱니면 사이의 접촉상태에 따라 판정된다.

유형 (A)는 주동기어(14) 및 제1 및 제2 종동기어들(15, 16) 모두가 접촉되지 않는 상태를 말하고, 유형 (B)는 제1 및 제2의 종동기어들(15, 16)의 양쪽이 주동기어(14)의 좌측에 접촉되어 있는 상태를 말하며, 유형 (C)는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 양쪽이 주동기어(14)의 우측에 접촉되어 있는 상태를 말한다. 또한, 유형 (D)는 제1 종동기어(15)가 주동기어(14)의 좌측에 접촉되고, 제2 종동기어(16)는 주동기어(14)의 우측에 접촉되어 있는 상태를 말하며, 유형 (E)는 제1 종동기어(15)가 주동기어(14)의 우측에 접촉되고, 제2 종동기어(16)가 주동기어(14)의 좌측에 접촉되어 있는 상태를 말한다.

이하, 상기 유형 (A) 내지 (E)에서, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)의 참값(실제의 스티어링 조타각)과 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 기반하여 구해진 회전각도(θ)의 산출값과의 오차(△)에 있어서의 오차요소(δ)가 어떠한 값이 되는지를 나타낸다. 또한, 이하의 계산에서, 제1 종동기어(15)의 회전각도는 참조 번호 α, 제2 종동기어(16)의 회전각도는 참조 번호 β, 주동 기어(14)와 제2 종동기어(15)와의 사이의 백 래쉬는 참조 번호 j₂에 의해 나타내어진다.

또, 오차(△)가 최대값 또는 최소값이 되는 경우의 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계는, [수학식 1]에 대입하는 변수가 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이 즉, (α- β)인 것으로부터, 다음의 (F) 및 (G) 2개의 유형으로 분류될 수 있다.

즉, 유형 (F)는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 가까이 있는 위치에 있는 경우이고, 유형 (G)는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져있는 위치에 있는 경우를 말한다.

상기 5개의 유형 (A)~(E) 각각의 상태에서, 제1 및 제2의 종동기어들(15, 16)이 상기 2개의 유형 (F) 및 (G)의 위치관계에 있는 경우의 오차요소(δ)(최대값 및 최소값)는 이하와 같다. 또한, 도 4 내지 도 8에서, 주동기어(14)의 정회전 방향(우회전 방향)은 플러스(+)로 표시되고, 역회전 방향(좌회전 방향)은 마이너스(-)로 표시된다.

<유형 (A)의 상태>

도 4에 타나낸 바와 같이, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (A)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)에 서로 가까이 있는 상기 유형 (F)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (A)의 상태로부터 각도(α+j₁, β-j₂)만큼 변위한 경우이 다. 또, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (A)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져 있는 상기 유형 (G)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (A)의 상태로부터 각도(α-j₁, β+j₂)만큼 변위한 경우이다. 그리고, [수학식 1]에 나타낸 바와 같이, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이의 함수로서 나타내어지기 때문에, 오차요소(δ)의 값은, 이하와 같이 나타내어진다.

(α+j₁)-( β-j₂)=(α-β)+(j₁+j₂)

(α-j₁)-( β+j₂)=(α-β)-(j₁+j₂)

따라서, 오차요소 δ=±(j₁+j₂)로 나타내어진다.

<유형 (B)의 상태>

도 5에 나타낸 바와 같이, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (B)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 가까이 있는 상기 유형 (F)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (B)의 상태로부터 각도(α, β-2j₂)만큼 변위한 경우이다. 또, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (B)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져 있는 상기 유형 (G)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (B)의 상 태로부터 각도(α-2j₁, β)만큼 변위한 경우이다. 그리고 [수학식 1]에 나타낸 바와 같이, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이의 함수로서 나타내어지는 것으로부터, 오차요소(δ)의 값은, 이하와 같이 나타내어진다.

α-(β-j₂)=(α-β)+2j₂

(α-2j₁)-β=(α-β)-2j₁

따라서, 오차요소δ=-2j₁,+2j₂로 나타내어진다.

<유형 (C)의 상태>

도 6에 나타낸 바와 같이, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (C)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 가까이 있는 상기 유형 (F)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (C)의 상태로부터 각도(α+2j₁, β)만큼 변위한 경우이다. 또, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (C)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져 있는 상기 유형 (G)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (C)의 상태로부터 각도(α, β+2j₂)만큼 변위한 경우이다. 그리고 [수학식 1]에 나타낸 바와 같이, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이의 함수로서 나타내어지는 것으로부터, 오차요소(δ)의 값은, 이하와 같이 나타내어진다.

(α+2j₁)-β=(α-β)+2j₁

α-(β+2j₂)=(α-β)-2j₂

따라서, 오차요소δ=+2j₁, -2j₂로 나타내어진다.

<유형 (D)의 상태>

도 7에 타나낸 바와 같이, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (D)의 상태에서 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 가까이 있는 상기 유형 (F)의 위치관계에 있는 경우는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (D)의 상태로부터 각도(α+2j₁, β-2j₂)만큼 변위한 경우이다. 또, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (D)의 상태에서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져 있는 상기 유형 (G)의 위치관계에 있는 경우는, 현 상태의 위치, 즉, (α, β)에 있는 경우이다. 그리고 [수학식 1]에 나타낸 바와 같이, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도(α, β)의 차이의 함수로서 나타내어지는 것으로부터, 오차요소(δ)의 값은, 이하와 같이 나타내어진다.

(α+2j₁)-(β-2j₂)=(α-β)+2(j₁+j₂)

α-β=α-β+0

따라서, 오차요소 δ=+2(j₁+j₂), 0으로 나타내어진다.

<유형 (E)의 상태>

도 8에 나타낸 바와 같이, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (E)의 상태에서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 가까이 있는 상기 유형 (F)의 위치관계에 있는 경우는, 현 상태의 위치, 즉 (α, β)에 있는 경우이다. 또, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (E)의 상태에서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 서로 떨어져 있는 상기 유형 (G)의 위치관계에 있는 경우는, 상기 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 상기 유형 (E)의 상태로부터 각도(α-2j₁, β-2j₂)만큼 변위한 경우이다. 그리고, [수학식 1]에 나타낸 바와 같이, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 차이의 함수로서 나타내어지는 것으로부터, 오차요소(δ)의 값은, 이하와 같이 나타내어진다.

α-β=α-β+0

(α-2j₁)-(β+2j₂)=(α-β)-2(j₁+j₂)

따라서, 오차요소 δ=0, -2(j₁+j₂)로 나타내어진다.

여기서, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬들(j₁, j₂)의 대소 관계가, "j₁=j₂", "j₁>j₂", "j₁<j₂"의 3개의 관계에 있는 경우의 오차요소(δ)의 크기(절대값)를, 상기 유형 (A) 내지 (E)마다 비교 검토한다.

우선, 유형 (A)의 상태에 있는 경우, "j₁=j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요 소(δ)의 크기는 유형 (B) 및 유형 (C)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 작은 값을 갖는다. 또, 유형 (A)의 상태에 있는 경우, "j₁>j₂"또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는 유형 (B) 내지 (E)의 상태에 있는 경우의 오차요소(δ)들 사이에서는 비교적 작은 값을 갖는다. 그리고, 유형 (A)의 상태에 있는 경우, "j₁=j₂", "j₁>j₂", "j₁<j₂"중 어떤 관계가 성립하는 때이든지, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 동일하다.

다음으로, 유형 (B)의 상태에 있는 경우에, "j₁=j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는 유형 (A) 및 유형 (C)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 작은 값을 갖는다. 또, 유형 (B)의 상태에 있는 경우, "j₁>j₂" 또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는, 다른 유형 (A) 및 유형 (C) 내지 (E)의 상태에 있는 경우의 오차요소(δ)들 사이에서는 비교적 작은 값을 갖는다. 그러나, 유형 (B)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂"의 관계가 성립할 때에는, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 동일하나, "j₁>j₂"또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때에는, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 서로 다르다.

다음으로, 유형 (C)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는 유형 (A) 및 유형 (B)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 작은 값 을 갖는다. 또, 유형 (C)의 상태에 있는 경우, "j₁>j₂" 또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는, 다른 유형들 즉 유형 (A), (B), (D) 및 (E)의 상태에 있는 경우의 오차요소(δ)들 사이에서는 비교적 작은 값을 갖는다. 그러나, 유형 (C)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂"의 관계가 성립할 때에는, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 동일하나, "j₁>j₂"또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때에는, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와, 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 서로 다르다.

다음으로, 유형 (D)의 상태에 있는 경우, "j₁=j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는 유형 (E)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 큰 값을 갖는다. 또, 유형 (D)의 상태에 있는 경우, "j₁>j₂" 또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는, 유형 (E)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 큰 값을 갖는다. 또한, 유형 (D)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂","j₁>j₂","j₁<j₂" 중 어떤 관계가 성립하든지, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 서로 다르다. 또한, 유형 (D)의 상태에 있는 경우, 플러스 방향의 오차요소(δ)와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기의 차이는 유형 (E)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 크다.

마지막으로, 유형 (E)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂"의 관계가 성립할 때, 오차요소(δ)의 크기는 유형 (D)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 큰 값을 갖는다. 또, 유형 (E)의 상태에 있는 경우에, "j₁>j₂" 또는 "j₁<j₂"의 관계가 성립할 때에는, 오차요소δ의 크기는 유형 (D)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 큰 값을 갖는다. 또한, 유형 (E)의 상태에 있는 경우,"j₁=j₂","j₁>j₂","j₁<j₂" 중 어떤 관계가 성립하든지, 플러스 방향의 오차요소(δ)의 크기와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기는 서로 다르다. 또한, 유형 (E)의 상태에 있는 경우, 플러스 방향의 오차요소(δ)와 마이너스 방향의 오차요소(δ)의 크기의 차이는 유형 (D)의 상태에 있는 경우와 함께 가장 크다.

이상과 같이, 유형 (A) 내지 (E) 중에서는, 유형 (A)의 경우, 오차요소(δ)의 크기가 보다 작은 값을 가지고, 플러스 방향의 오차요소(δ)와 마이너스 방향의 오차요소(δ)가 항상 값은 값(정확히는, 근사값)인 것을 알 수 있다. 즉, 유형 (A) 내지 (E) 중에서는, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 유형 (A)의 상태에 있는 경우에, 회전각도 검출장치(11)의 회전각도(θ)에 대한 오차(△)가 가장 안정되어 있다. 이 때문에, 제품으로서는, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 상기 유형 (A)의 상태가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

그러나, 회전각도 검출장치(11)의 조립 초기 단계에서는, 반대로 회전각도 검출장치(11)에 의해 스티어링 조작각도=0˚라고 검출되는 경우, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계가 유형 (A) 내지 (E)의 어느 상태로 되어 있는지는 제품마다 제각각일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주동기 어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 실제 위치관계가 상기 유형 (A) 내지 (E)의 어디에 속해 있든지 간에, 상기 유형 (A)의 상태에 있을 때의 회전각도(θ)가 산출되도록 회전각도 검출장치(11)가 초기 설정된다.

<회전각도 검출장치의 초기 설정 방법>

다음으로, 회전각도 검출장치(11)의 초기설정 방법을 도 9a에 나타낸 흐름도에 따라 설명한다.

회전각도 검출장치(11)의 초기설정을 수행할 때에는, 우선 스티어링 샤프트(12), 즉 주동기어(14)가 스티어링 조작각도=0˚가 되는 기준 위치에 맞춰진다(단계S1-1). 이 때, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15,16)의 위치관계가 상기 유형 (A) 내지 (E)의 어디에 속해 있는지는 불명확하다.

다음으로, 주동기어(14)가 상기 기준 위치로부터 정방향(우회전 방향)으로 소정의 각도(θa)만큼 회전한다(단계S1-2).

다음으로, 주동기어(14)가 단계 S1-2의 위치에서 역방향(좌회전 방향)으로 소정의 각도(θa)만큼 회전하여, 주동기어(14)가 상기 기준위치로 돌아간다(단계S1-3).

이 때, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계는, 도 10에 나타낸 것과 같은 상태이다. 즉, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 양쪽이 주동기어(14)의 좌측에 접촉되어 있는 상태이다.

다음으로, 이 상태에서, 회전각도 검출장치(11)로 검출신호 등의 외부적인 트리거 신호(전압)가 주어진다(단계 S1-4). 이에 따라, 제1 및 제2 자기 센서 들(20, 21)은, 상기 트리거 신호를 동작 전원으로서, 제1 및 제2 자석들(17, 18)로부터 발생되는 자속의 방향에 따른 출력신호를 생성한다.

마이크로컴퓨터(23)의 보정 데이터 연산부(29)는, 상기 출력신호에 기반하여, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α1, β1)을 구함과 동시에, 회전각도들(α1, β1)을 이이피롬(26)에 기억시킨다(단계 S1-5). 회전각도들(α1, β1)은, 스티어링 샤프트(12)(주동기어(14))를 정방향으로 회전시킨 경우, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들의 오차(이하, "정방향 오차"라 한다)이다.

다음으로, 주동기어(14)가 단계 S1-3의 위치, 즉 상기 기준위치에서 역방향(좌회전 방향)으로, 소정의 각도(θb) 만큼 회전한다(단계 S1-6).

다음으로, 주동기어(14)가 단계 S1-6의 위치에서 정방향(우회전 방향)으로 소정의 각도(θb)만큼 회전하고, 주동기어(14)는 상기 기준위치로 돌아간다(단계 S1-7).

이 때, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계는, 도 11에 나타낸 것과 같은 상태이다. 즉, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 양쪽이 주동기어(14)의 우측에 접촉되어 있는 상태이다.

그리고, 단계 S1-4와 마찬가지로, 이 상태에서, 회전각도 검출장치(11)로 트리거 신호가 주어진다(단계S1-8). 그리고, 보정 데이터 연산부(29)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α2, β2)을 이이피롬(26)에 기억시킨다(단계S1-9). 회전각도들(α2, β2)은, 스티어링 샤프트(12)(주동기어14)를 역방향으로 회전 시킨 경우, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도의 오차(이하, "역방향 오차"라 한다)이다.

다음으로, 보정 데이터 연산부(29)는, 단계 S1-5에서 구한 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α1, β1) 및 단계 S1-9에서 구한 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α2, β2)의 평균값인 회전각도들(αave, βave)을, [수학식 4] 및 [수학식 5]에 기반하여 구한다(단계 S1-10).

[수학식 4]

αave=(α1+α2)/2

[수학식 5]

βave=(β1+β2)/2

[수학식 4] 및 [수학식 5]에 의해 구해진 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(αave, βave)은 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)이 도 12에 도시된 위치에 유지되어 있을 때의 회전각도들이다. 도 12에 도시된 위치는, 주동기어(14)와 제1 종동기어(15)와의 사이의 백 래쉬 및 주동기어(14)와 제2 종동기어(16)와의 사이의 백 래쉬가 좌우 균등히 되는 위치, 즉, 상기 정방향 오차 및 상기 역방향 오차의 크기가 균등하게 되는 위치이다.

다음으로, 보정 데이터 연산부(29)는, 오차(△)(오차요소(δ))가 0(제로)인 이론적인 스티어링 조작각도=0˚가 되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α0, β0)과 단계 S1-10에서 구한 회전각도들(αave, βave)과의 차이를 구한 다(단계 S1-11). 또한, 오차(△)(오차요소(δ))가 0(제로)인 이론적인 스티어링 조작각도=0˚가 되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α0, β0)의 값은 미리 이이피롬(26)에 격납되어 있다.

그리고, 보정 데이터 연산부(29)는, [수학식 6]에 나타난 바와 같이, 그 차이값(각도)을 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 보정 데이터로서 오프셋 값들(αofs, βofs)을 이이피롬(26)에 기억시킨다(단계 S1-11).

[수학식 6]

αofs, βofs=αave-α0, βave-β0

이상에서, 회전각도 검출장치(11)의 초기설정은 완료된다. 상기 초기 설정이 완료된 이후, 회전각도 검출장치(11)가 기동될 때마다, 보정 데이터 연산부(29)는, 이이피롬(26)에 기억된 오프셋 값들(αofs, βofs)을 독출하고, 상기 독출한 값을 사용하여 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 구한다. 따라서, 단계 S1-1 내지 S1-11는 초기 실행시(즉, 공장 출하시)에만 수행되며, 회전각도 검출장치(11)의 기동시마다 단계 S1-1 내지 S1-11가 수행되는 것은 아니다.

<회전각도(θ)의 연산처리>

다음으로, 회전각도 검출장치(11)에 따른 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)의 연산처리를 도 9b에 나타낸 흐름도에 따라서 설명한다.

회전각도 검출장치(11)의 실제 사용시(기동시), 마이크로컴퓨터(23)의 각도 연산부(28)는 이이피롬(26)에 격납된 오프셋 값들(αofs, βofs)을 독출한다. 그리고, 각도 연산부(28)는 상기 독출한 오프셋 값들(αofs, βofs)에 기반하여 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)로부터의 검출신호에 기반하여 산출한 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 보정한다. 그리고, 각도 연산부(28)는, 상기 보정된 회전각도들(α, β)에 기반하여 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 구한다. 즉, 각도 연산부(28)는, 스티어링 조작에 수반하여 회전하는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 소정의 제어 주기 마다 산출한다(단계 S2-1).

그리고, 각도 연산부(28)는, 다음의 [수학식 7] 및 [수학식 8]에 나타난 바와 같이, 단계 2-1에서 산출한 회전각도들(α, β)에 이이피롬(26)에 기억되어 있는 오프셋 값들(αofs, βofs)을 가산함에 따라, 회전각도(θ)의 산출에 실제로 사용하는 회전각도들(αave, βave)을 구한다(단계 S2-2).

[수학식 7]

αrev=α+αofs

[수학식 8]

βrev=β+βofs

그리고, 아래의 [수학식 9]에 나타난 바와 같이, 각도 연산부(28)는, 단계 S2-2에서 산출한 보정 후의 회전각도들(αrev, βrev)을 [수학식 1]에 대입함에 따라, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 절대값으로 구한다(단계 S2-3).

[수학식 9]

θ=f{αrev-βrev}

이상의 처리에 의해, 오차(△)(타각오차)가 정회전 방향 및 역회전 방향에서 균일한 상태에서의 회전각도(θ)가 얻어진다. 즉, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 실제 위치관계가 상기 유형 (A) 내지 (E) 중 어디에 속하게 되는 경우든지, 상기 유형 (A)의 상태에 있을 때의 회전각도(θ)가 산출된다. 이 때문에, 회전각도(θ)에 대한 오차(△)(오차요소(δ))가 보다 작아짐과 동시에, 스티어링의 좌우회전시의 백 래쉬에 기인하는 오차(△)의 균일화를 도모할 수 있다. 따라서, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 보다 정확히 구할 수 있다. 그리고, 마이크로컴퓨터(23)는, 각도 연산부(28)에서 산출된 정밀도가 확보된 회전각도(θ)를 차량 안정성 제어 시스템 및 전자 제어 서스펜션 시스템 등의 주행 안정성을 향상시키기 위한 여러 종류의 시스템(정확히는, 상기 시스템의 제어장치)으로 보낸다.

따라서, 본 발명에 따른 회전각도 검출장치(11)는 이하의 이점을 갖는다.

(1) 회전각도 검출장치(11)의 초기 설정 방법은, 정방향 오차인 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α1, β1)을 구하는 단계(S1-2 내지 S1-5) 및 역방향 오차인 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α2, β2)을 구하는 단계(S1-6 내지 S1-9)를 포함한다. 또, 그 방법은, 정방향 오차와 역방향 오차와의 평균값인 회전각도들(αave, βave)을 구하는 단계(S1-10)와, 주동기어(14)의 회전각도가 0˚가 되는 오차를 포함하지 않는 이론적인 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α0, β0)과 회전각도들(αave, βave)과의 차인 오프셋 값들(αofs, βofs)을 구하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은, 피검출물인 스티어링 샤프트(12), 즉 주동기어(14)의 회전각도(θ)를 구할 때에, 실제로 검출된 제1 및 제 2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α,β)에 가산되는 보정 데이터로서 상기 차이값인 오프셋 값(αofs, βofs)을 기억하는 단계(S1-11)를 포함한다.

상기 보정 데이터인 오프셋 값들(αofs, βofs)이 가산된 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(αrev, βrev)은, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 정역회전시의 오차가 균등한 상태에서 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들이다. 즉, 백 래쉬에 기인하는 오차(△)(타각오차)가 정역회전방향에서 균등하게 나누어진다. 이와 같이, 오차특성의 균일화가 도모됨에 따라, 상기 백 래쉬에 기인하는 정역회전시의 오차가 균등하지 않고 편중이 있는 상태에서 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 기반하여 산출된 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)에 비하여, 검출오차가 작다. 즉, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)는 보다 정확히 검출된다.

(2) 또한, 초기 설정의 단계에서, 회전각도(θ)의 보정 데이터인 오프셋 값들(αofs, βofs)을 회전각도 검출장치(11)에 기억해 둠에 따라, 회전각도 검출장치(11)의 실제 사용시에는, 오프셋 값들(αofs, βofs)을 실제로 검출된 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 가산하는 것만으로도 무방하다. 이 때문에, 스티어링 샤프트(12)의 각 회전각도(θ)에 대응하는 대량의 보정 데이터를 준비할 필요가 없고, 또, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)의 보정을 위한 연산량도 최소한으로 제어된다.

(3) 상기 정방향 오차를 구하는 단계는, 주동기어(14)를 정방향으로 소정의 각도(θa)만큼 회전시키는 단계(S1-2)와, 상기 각도(θa)와 동일한 각도만큼 주동기어(14)를 역방향으로 회전시키는 단계(S1-3)를 포함한다. 또, 상기 정방향 오차를 구하는 단계는, 상기 역방향으로 회전시켰을 때의 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α1, α2)을 상기 정방향 오차로서 구하는 단계(S1-5)를 포함한다. 한편, 상기 역방향 오차를 구하는 단계는, 주동기어(14)를 역방향으로 소정의 각도(θb)만큼 회전시키는 단계(S1-6)와, 각도(θb)와 같은 각도만큼 주동기어(14)를 정방향으로 회전시키는 단계(S1-7)와, 상기 정방향으로 회전시켰을 때의 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α2, β2)을 상기 역방향 오차로서 구하는 단계(S1-9)를 포함한다.

이 초기 설정 방법에 의하면, 회전각도 검출장치(11)의 초기 설정 단계에서, 주동기어(14)를 정방향으로 소정의 각도(θa)만큼 회전시킨 후, 역방향으로 소정의 각도(θa)만큼 회전시킴에 따라, 정방향 오차가 얻어진다. 또, 주동기어(14)를 역방향으로 소정의 각도(θb)만큼 회전시킨 후, 정방향으로 소정의 각도(θb)만큼 회전시킴에 따라, 역방향 오차가 얻어진다. 이로 인해, 간단한 조작에 따라 정방향 오차 및 역방향 오차를 얻을 수 있다.

(4) 회전각도 검출장치(11)는, 상기 보정 데이터가 기억된 기억수단으로서의 이이피롬(26)과, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 검출하는 검출수단으로서의 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)을 포함한다. 또, 회전각도 검출장치(11)는, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)에 의해 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 실제 회전각도들(α, β)에, 이이피롬(26)에 기억된 보정 데이터인 오프셋 값들(αofs, βofs)을 가산하고, 상기 가산후의 회전각도들(αrev, βrev)에 기반하여, 회전각도(θ)를 구하는 씨피유(25)를 포함한다.

오프셋 값들(αofs, βofs)이 가산된 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(αrev, βrev)은, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 정역회전시의 오차가 균등한 상태에서 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도이다. 즉, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)과의 사이의 백 래쉬에 기인하는 오차가 균등하지 않고 편중이 있는 상태에서 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)에 기반하여 산출된 회전각도(θ)에 비하여, 오차(△)(검출오차)가 작다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 회전각도 검출장치(11)에 의하면, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)가 보다 정확히 검출될 수 있다.

(5) 씨피유(25)는, 초기 설정 단계에서 보정 데이터인 오프셋 값들(αofs, βofs)을 연산하여 이이피롬(26)에 격납하는 보정 데이터 연산 수단으로서의 보정 데이터 연산부(29)를 포함한다.

이 때문에, 오프셋 값들(αofs, βofs)의 연산을 회전각도 검출장치(11)측의 보정 데이터 연산부(29)에서 수행함에 따라, 회전각도 검출장치(11)의 초기설정을, 예를 들어, 차량의 시스템 측과 연계하여 수행할 필요는 없다. 더 나아가, 회전각도 검출장치(11)의 초기설정에 따른 처리가 간단해진다.

(6) 회전각도 검출장치(11)는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 검출하기 위한 수단으로서, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)에 일체 회전 가능하도록 설치된 제1 및 제2 자석들(17, 18)을 포함한다. 또, 회전각도 검출장치(11)는, 검출 수단으로서의 제1 및 제2 자석들(17, 18)에 대향하도록 배치됨과 동시에, 제1 및 제2 자석들(17, 18)로부터 발생하는 자계의 방향의 변화에 따른 검출신호를 생성하는 자기 센서로서의 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)을 포함한다.

이 구성에 따르면, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전에 수반되는 제1 및 제2 자석들(17, 18)로부터 발생하는 자계의 방향의 변화가 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)에 의해 검출됨과 동시에, 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)은 상기 자계의 방향의 변화에 따른 검출신호를 생성한다. 그리고, 씨피유(25)는, 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)로부터의 검출신호 및 이이피롬(26)에 기억된 오프셋 값들(αofs, βofs)에 기반하여, 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 구한다. 이와 같이, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)의 검출을 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)을 통하여 수행함에 따라, 회전각도 검출장치(11)의 구성의 간소화를 도모할 수 있다.

즉, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을, 예를 들면 광학식의 로터리 인코더를 사용하여 구할 수도 있다. 그러나, 상기 로터리 인코더는, 스티어링 샤프트(12)와 일체로 회전가능하게 설치되는 슬릿 원판, 상기 슬릿 원판을 두께방향에서 개재하도록 설치되는 발광 소자 및 수광 소자 등이 필요로 한다. 이 때문에, 이와 같은 로터리 인코더에 의해 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)을 구하도록 한 경우에는, 부품개수의 감소, 나아가서는 구성의 간소화에는 자연히 한계가 있다.

(7) 회전각도 검출장치(11)에서는, 이이피롬(26)에 기억된 오프셋 값들(αofs, βofs)을 사용하여 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)을 통하여 검출되는 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 각 회전각도들(α, β)이 보정된다. 이 때문에, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 실제 위치관계가 어떠하든지, 백 래쉬에 기인하는 오차(△)(타각오차)가 정역회전 방향에서 균등히 나누어짐과 동시에, 오차특성의 균일화가 도모된다. 즉, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 실제 위치관계에 관계없이, 회전각도(θ)의 검출오차를 감소시킬 수 있다. 따라서, 회전각도 검출장치(11)를 공장 등에서 조립할 때, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 위치관계를 스티어링 조작각도=0˚가 될 때의 이론적 위치에 맞출 필요가 없다. 바꿔 말하면, 주동기어(14)와 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)은 모든 임의의 위치에서 스티어링 조작각도=0˚으로서 맞추어져 있다. 이 때문에, 회전각도 검출장치(11)의 조립 작업 효율이 향상된다.

<다른 실시형태>

또한, 본 발명의 실시예들은 다음과 같이 변경될 수 있다.

*도 9a에 도시된 처리(조작)에서, 단계 (S1-2) 내지 단계 (S1-5)의 처리군과, 단계 (S1-6) 내지 단계 (S1-9)의 처리군과의 처리순서를 바꾸어도 무방하다. 즉, 전술한 본 발명의 실시예들에서는, 상기 정방향 오차를 취득한 후에, 상기 역방향 오차를 취득하도록 하였으나, 상기 역방향 오차를 취득한 후에, 상기 정방향 오차를 취득하여도 상관없다. 이와 같이 하여도, 정방향 오차와 역방향 오차와의 평균치인 회전각도들(αave,βave)은 구해질 수 있다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)로서, 이방성 자기 저항 소자(AMR 소자)를 구비한 이방성 자기 저항 센서를 사용하도록 하였으나, 다른 자기센서를 채용하여도 상관없다. 예를 들면, 홀 소자를 구비한 홀 센서 및 거대 자기 저항 소자(Giant Magneto Resistive; GMR 소자)를 구비한 거대 자기 저항 센서 등을 사용하여도 좋다. 홀 센서는, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전에 수반하여 변화하는 제1 및 제2 자석들(17, 18)의 자계의 강도(크기)의 변화에 따라 검출신호를 생성한다. 상기 거대 자기 저항 센서는, 상기 이방성 자기 저항 센서와 마찬가지로 자계의 방향의 변화에 따른 검출신호를 생성한다. 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전에 수반되는 제1 및 제2 자석들(17, 18)의 자계 변화에 따른 출력신호를 생성하는 센서라면, 어떠한 타입의 자기 센서든 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)로서 사용가능하다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 보정 데이터 등의 각종 데이터의 기억수단으로서, 이이피롬(26)이 사용되었으나, 다른 종류의 불휘발성 메모리(ROM)를 사용하여도 무방하다. 예를 들면, 플래쉬 메모리, 이이피롬(EEPROM, 소거 및 프로그램 가능한 롬)등이 기재수단으로서 채용가능하다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)의 회전각도들(α, β)은 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)을 통하여 검출되도록 하였으나, 회전각도들(α, β)의 검출수단으로서, 예를 들면 광학식의 로터리 인코더를 사용하여도 무방하다. 이 경우, 스티어링 샤프트(12)와 일체로 회전 가능하게 설치 되는 슬릿 원판, 상기 슬릿 원판을 두께 방향에서 개재되도록 설치되는 발광소자 및 수광소자 등을 설치할 수 있다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 자석들(17, 18)이 제1 및 제2 종동기어들(15, 16)에 고정됨과 동시에, 제1 및 제2 자기센서들(20, 21)이 프린트 기판(19)에 고정되어 있다. 그러나, 제1 및 제2 자석들(17, 18)이 프린트 기판(19)에 고정됨과 동시에, 제1 및 제2 자기 센서들(20, 21)이 프린트 기판(19)에 고정되도록 하여도 무방하다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 자석들(17, 18)은 영구자석이나, 통전함에 따라 자력(자계)을 발생하는 전자석이어도 무방하다.

*전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 회전각도 검출장치(11)는 스티어링 샤프트(12)의 회전각도(θ)를 검출하기 위해 사용되었으나, 예를 들면 엔진의 클락 샤프트, 산업용 로봇 암 등의 다른 회전체(피검출물)의 회전각도를 구하기 위해 사용되어도 무방하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

피검출물과 일체적으로 회전하는 주동기어(14)에 맞물린 2개의 종동기어들(15, 16) 각각의 회전각도들(α, β)을 검출하고, 상기 검출된 회전각도들에 기반하여 상기 피검출물의 회전각도(θ)를 구하는 회전각도 검출장치의 초기 설정 방법에 있어서,

상기 주동기어를 정방향으로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제1 오차(α1, β1)를 구하는 단계;

상기 주동기어를 역방향으로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제2 오차(α2, β2)를 구하는 단계;

상기 제1 오차와 상기 제2 오차의 평균값(αave, βave)을 구하는 단계;

상기 주동기어의 회전각도가 0˚가 되는 오차를 포함하지 않는 상기 2개의 종동기어들 각각의 이론적인 회전각도들(α0, β0)과 상기 평균값 사이의 차이값(αofs, βofs)을 구하는 단계; 및

상기 피검출물의 회전각도(θ)를 구할 때, 실제로 검출되는 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들(α, β)에 가산하기 위한 보정 데이터로서 상기 차이값을 기억하는 단계를 포함하는 회전각도 검출장치의 초기 설정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 오차를 구하는 단계는,

상기 주동기어를 정방향으로 소정의 각도(θa)만큼 회전시키는 단계;

상기 소정의 각도와 동일한 각도만큼 상기 주동기어를 역방향으로 회전시키는 단계; 및

상기 주동기어를 역방향으로 회전시켰을 때의 상기 2개의 종동기어 각각의 회전각도들을 상기 제1 오차로서 구하는 단계를 포함하고,

상기 제2 오차를 구하는 단계는,

상기 주동기어를 역방향으로 소정의 각도(θb)만큼 회전시키는 단계;

상기 소정의 각도와 동일한 각도만큼 상기 주동기어를 정방향으로 회전시키는 단계; 및

상기 주동기어를 정방향으로 회전시켰을 때의 상기 2개의 종동기어 각각의 회전각도를 상기 제2 오차로서 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치의 초기설정 방법.
피검출물과 일체적으로 회전하는 주동기어(14)에 맞물린 2개의 종동기어들(15, 16) 각각의 회전각도들(α, β)을 검출하고, 상기 검출된 회전각도들에 기반하여 상기 피검출물의 회전각도(θ)를 구하는 회전각도 검출장치에 있어서,

보정 데이터를 기억하는 기억수단(26)으로서,

상기 주동기어를 정방향으로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제1 오차(α1, β1)를 구하고, 나아가 상기 주동기어를 역방향으로 회전시켰을 때, 상기 주동기어와 상기 2개의 종동기어들과의 사이의 백 래쉬에 기인하여 상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들에서 생기는 제2 오차(α2, β2)를 구하여, 상기 제1 오차와 상기 제2 오차의 평균값(αave, βave)을 구하고, 상기 주동기어의 회전각도가 0˚가 되는 오차를 포함하지 않는 상기 2개의 종동기어들 각각의 이론적인 회전각도들(α0, β0)과 상기 평균값 사이의 차이값(αofs, βofs)을 상기 보정 데이터로서 기억하는 기억 수단(26);

상기 2개의 종동기어들 각각의 회전각도들을 검출하는 검출수단(17, 18, 20, 21); 및

상기 검출수단에 의해 검출되는 상기 2개의 종동기어들 각각의 실제 회전각도들(α, β)에 상기 기억수단에 기억된 보정 데이터들(αofs, βofs)을 가산함과 동시에, 상기 가산된 후의 회전각도들(αrev, βrev)에 기반하여 상기 피검출물의 회전각도(θ)를 구하는 제어수단(25)을 구비하는 회전각도 검출장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어수단은, 초기 설정 단계에서 상기 보정 데이터들을 연산하여 상기 기억 수단에 격납하는 보정 데이터 연산 수단(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.
제 3 항에 있어서,

상기 검출수단은,

상기 2개의 종동기어들 각각에 일체적으로 회전 가능하게 설치된 자석들(17, 18); 및

상기 자석들에 대향하도록 설치됨과 동시에, 상기 자석들에서 발생하는 자계 방향의 변화 또는 자계 강도의 변화에 따른 검출신호를 생성하는 자기 센서들(20, 21)을 포함하는 회전각도 검출장치.