KR100904408B1 - 차량용 조향휠 각도 감지장치 - Google Patents

차량용 조향휠 각도 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것으로서, 차량의 조향휠에 연동되어 회전되는 로터와, 본 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와, 본 메인기어에 연동되어 회전되는 최종기어와, 자력을 발생시키기 위한 자성체와, 본 자성체의 회전에 의한 위상 변화를 감지하기 위한 감지부와, 본 감지부의 입력을 연산 및 출력하기 위한 연산부와 상기 감지부와 본 연산부를 실장하기 위한 PCB 기판 및 하우징을 포함하는 차량용 조향휠 각도 감지장치에 있어서,
상기 자성체는 상기 최종기어에 고정되며, 상기 메인기어와 본 최종기어 사이에는 감속기어가 연동되어 상기 메인기어와 상기 최종기어 간의 감속비를 조절가능하도록 구성되고, 상기 연산부는 상기 감지부로부터 입력된 위상변화에 기초하여 조향휠 회전 각도를 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 보다 적은 수의 부품으로서도 조향휠의 회전각도를 검출할 수 있으며, 또한, 단위 시간당 생산 효율을 높이고 생산단가를 감소시킬 수 있다.
조향휠, 각도감지 장치

Description

차량용 조향휠 각도 감지장치{STEERING WHEEL ANGLE SENSING DEVICE FOR VEHICLE}
도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치의 분해사시도이고,
도 2는 최종기어와 자성체의 분해 사시도이고,
도 3은 최종기어와 자성체의 결합 단면도이고,
도 4는 메인기어와 제 1 감속기어, 제 2 감속기어 및 최종기어가 연동된 상태를 도시하는 평면도이고,
도 5는 조향휠 각도 연산 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 로터 20 : 메인기어
21 : 제 1 감속기어 22 : 제 2 감속기어
21a: 제 1 상부 감속기어 22a: 제 2 상부 감속기어
21b: 제 1 하부 감속기어 22b: 제 2 하부 감속기어
25 : 최종기어 30 : 자성체
60 : 하우징 65 : 기어안착부
70 : PCB 기판 75 : 감지부
80 : 연산부 85 : 고정부
90 : 자성체안착부 95 : 유동방지부
본 발명은 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것으로서, 최종기어에 결합되는 자성체의 수직단면이 사다리꼴 형상으로 마련되어 본 자성체의 수직방향으로의 유동을 방지하며, 또한 메인기어와 상기 최종기어 사이에는 감속기어가 연동되어 상기 메인기어와 상기 최종기어 간의 감속비를 조절가능하도록 구성되고, 연산부는 감지부로부터 입력된 위상변화에 기초하여 조향휠 회전 각도를 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 필수적으로 적용되는 조향장치는 자동차의 경로 및 진행방향을 운전자의 요구에 따라 전환하는 장치로서, 기본적으로 운전자가 조작하게되는 조향휠(Steering wheel)과, 본 조향휠과 연동하여 조작력을 전달하는 조향 샤프트(Steering shaft)와, 상기 조향 샤프트에 설치되어 조향휠의 회전각도 즉, 조향각을 감지하는 조향휠 각도 감지장치를 포함한다.
여기서, 종래의 차량용 조향휠 각도 감지장치는 조향휠의 회전을 감지하기 위해 상기 메인기어와 연동하는 제1 회전기어, 제2 회전기어를 마련하고 각각의 회전기어에 제1 자성체, 제2 자성체를 결합하며, 다시 각각의 자성체에 대한 위상변화를 감지하기 위한 제1 감지부, 제2 감지부가 마련되었다.(대한민국 공개특허 제 2005-0028473호, 대한민국 공개특허 제 2006-0133704호.)
그러나 이러한 상기 종래 기술에 의할 경우, 연산부의 오류에 의해 두 개의 감지부에서 나오는 신호들이 오차 범위 밖의 신호들로 출력되고, 이를 보정하기 위한 연산 단계에 의해 조향각 연산이 보다 복잡해지며, 이로 인한 연산오류로 실제 조향휠 회전각도와 연산에 의한 조향각도 간에 차이가 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 조향휠의 각도 감지를 위해, 두 개의 자성체와 두 개의 감지부를 사용함으로써 생산시간 및 생산비용이 증대되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 보다 적은 수의 부품으로서도 조향휠의 회전각도를 검출할 수 있는 차량용 조향휠 각도 감지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단위 시간당 생산 효율을 높이고 생산단가를 감소시킬 수 있는 차량용 조향휠 각도 감지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 자성체의 위상변화를 감지하는 감지부와 상기 감지부에서 출력된 신호를 연산하는 연산부에서, 조향각 연산을 단순화 시킬 수 있는 차량용 조향휠 각도 감지장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라 차량의 조향휠에 연동되어 회전되는 로터와, 상기 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와, 본 메인기어에 연동되어 회전되는 최종기어와, 자력을 발생시키기 위한 자성체와, 본 자성체의 회전에 의한 위상 변화를 감지하기 위한 감지부와, 본 감지부의 입력을 연산 및 출력하기 위한 연산부와 상기 감지부와 본 연산부를 실장하기 위한 PCB 기판 및 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치에 있어서,
상기 자성체는 상기 최종기어에 고정되며, 상기 메인기어와 상기 최종 기어 사이에는 감속기어가 연동되어 상기 메인기어와 상기 최종기어 간의 감속비(n)를 조절가능하도록 구성되고, 상기 연산부는 상기 감지부로부터 입력된 위상변화에 기초하여 조향휠 회전 각도를 연산하도록 구성된다.
여기서, 상기 감지부는 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
또한, 상기 감지부는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
또한, 상기 감속기어는 다수의 감속기어 조합으로 상기 메인기어와 상기 최종기어의 감속비(n)를 조정할 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 감지부는 상기 자성체의 위상변화를 최대 180°까지 감지할 수 있으며, 감속비(n)가 5.6 이상 10 이하로 적용될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연산부는 조향휠의 조향각도를 산출 하기위해, 상기 자성체의 위상변화에 의한 회전각도에 1/2감속비(n/2)를 곱한 값을 연산하여 출력되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 감지부는 상기 자성체의 위상변화를 최대 360°까지 감지할 수 있으며, 감속비(n)가 2.8 이상 5 이하로 적용될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연산부는 조향휠의 조향각도를 산출 하기위해 상기 자성체의 위상변화에 의한 회전각도에 감속비(n)를 곱한 값을 연산하여 출력되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 자성체는 수직단면이 사다리꼴 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 최종기어는 본 최종기어와 상기 자성체 사이에 미끄럼을 방지할 수 있도록 상기 자성체가 안착되는 자성체안착부를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 상부 하우징과 하부 하우징으로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상부 하우징은 상기 자성체의 유동을 방지하기 위한 유동방지부를 추가적으로 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치의 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치는 차량의 조향휠에 연동되어 회전되는 로터(10)와, 상기 로터(10)에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어(20)와, 상기 메인기어(20)에 연동되어 회전되는 최종기어(25)와, 자력을 발생시키기 위한 자성체(30)와, 본 자성체(30)의 회전에 의한 위상 변화를 감지하기 위한 감지부(75)와, 본 감지부(75)의 입력을 연산 및 출력하기 위한 연산부(80)와, 상기 감지부(75)와 상기 연산부(80)를 실장하기 위한 PCB 기판(70) 및 하우징(60)을 포함한다.
여기서, 상기 자성체(30)는 상기 최종기어(25)에 고정되며, 상기 메인기어(20)와 상기 최종기어(25) 사이에는 제 1 감속기어(21) 및 제 2 감속기어(22)가 연동되어 상기 메인기어(20)와 상기 최종기어(25) 간의 감속비(n)를 조절가능하도록 구성된다.
여기서, 상기 제 1 감속기어(21)는 상기 감속비(n)를 조절하기 위하여, 기어잇수가 다른 제 1 상부 감속기어(21a)와 제 1 하부 감속기어(21b)로 구성된다.
여기서, 상기 제 2 감속기어(22)는 상기 감속비(n)를 조절하기 위하여, 기어잇수가 다른 제 2 상부감속기어(22a)와 제 2 하부 감속기어(22b)로 구성된다.
또한, 상기 연산부(80)는 상기 감지부(75)로부터 입력된 위상변화에 기초하여 조향휠의 회전각도를 연산하도록 구성된다.
여기서, 상기 감지부(75)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서 또는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련될 수 있다.
상기 감지부(75)가 AMR센서로 마련되는 경우에는 0.1° 이상의 각도감지가 가능하고, GMR센서로 마련되는 경우에는 더욱 정밀한 각도 감지가 가능하다.
여기서, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치는 상기 메인기어(20)와, 상기 제 1 감속기어(21) 및 상기 제 2 감속기어(22), 그리고 상기 최종기어(25)를 안착시키기 위한 기어안착부(65)를 추가적으로 포함한다.
여기서, 상기 로터(10)는 하우징(60) 내부에서 조향샤프트에 연동하여 회전되도록 마련된다.
상기 로터(10)는 외주면에 상기 메인기어(20)가 결합되어 고정되며, 본 로터(10)의 회전시 상기 메인기어(20) 또한 연동되어 회전되도록 마련된다.
이 경우, 상기 로터(10)는 상기 메인기어(20)와 일체로 구성되거나 또는 별개의 부재로 마련되어 상호 결합 구성될 수도 있다.
상기 로터(10)는 상기 메인기어(20)와 결합된 상태로 기어안착부(65)에 안착되며, 상기 로터(10)와 상기 메인기어(20)의 회전시 상기 제 1 감속기어(21) 및 상기 제 2 감속기어(22)와 상기 최종기어(25)가 연동되어 회전되도록 마련된다.
여기서, 상기 감속비(n)는 상기 최종기어(25)의 단위회전시 이에 연동되어 회전되는 상기 메인기어(20)의 회전수로 정의되고, 이를 수식으로 나타내면,
감속비(n) = 메인기어회전수/최종기어단위회전수
로 표현할 수 있다.
일반적으로, 차량의 조향휠은 약 2.8~5회전(1008°~1800°)이 가능하므로, 상기 감지부(75)의 감지범위가 최대 180°일 경우,
180°×5.6 = 1008°≤ 조향휠의 회전각 ≤ 180°× 10 = 1800°가 되며,
이에 의해, 상기 제 1 감속기어(21), 상기 제 2 감속기어(22)의 조합에 의한 감속비(n)는 5.6 이상 10 이하가 되도록 구성되어야 한다.
여기서, 상기 감속비(n)가 5.6 미만으로 적용될 경우, 조향휠의 회전각(1008°~1800°)을 포함시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한, 상기 감속비(n)가 10 초과로 구성될 경우, 조향휠의 상기 회전각범위는 포함할 수 있지만, 이러한 10을 초과하는 감속비(n)를 구성하기 위해서는, 감속기어 갯수의 증가, 장치크기의 증가 등에 의해 생산단가가 증가된다는 문제점이 있다.
한편, 상기 감지부(75)의 감지범위가 최대 360°일 경우에는,
360°×2.8 = 1008°≤ 조향휠의 회전각 ≤ 360°× 5 = 1800°가 되며,
이에 의해, 상기 제 1 감속기어(21), 상기 제 2 감속기어(22)의 조합에 의한 감속비(n)는 2.8 이상 5 이하가 되도록 구성되어야 한다.
마찬가지로, 상기 감속비(n)가 2.8 미만으로 적용될 경우, 조향휠의 회전각(1008°~1800°)을 포함시킬 수 없는 문제점이 있으며, 또한, 상기 감속비(n)가 5 초과로 적용될 경우, 감속기어 갯수의 증가, 장치크기의 증가 등에 의해 생산단가가 증가되는 문제점이 있다.
도 2는 최종기어(25)와 자성체(30)의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 자성체(30)는 상기 최종기어(25)와의 결합 시에 미끄럼을 방지할 수 있도록, 수직단면이 사다리꼴 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 최종기어(25)에는 상기 자성체(30)가 안착되는 자성체안착부(90)를 추가적으로 포함한다.
또한, 상기 최종기어(25)는 상기 자성체(30)를 상기 최종기어(25)에 결합 고 정시키기 위한 고정부(85)를 추가적으로 포함한다.
도 3은 최종기어(25)와 자성체(30), 상부하우징(60a), 본 최종기어(25)에 포함된 고정부(85) 및 감지부(75)가 결합된 상태를 도시하는 결합 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 차량용 조향휠 각도 감지장치의 상기 상부하우징(60a)은 상기 자성체의 유동을 방지하기 위한 유동방지부(95)를 포함한다.
도 4는 메인기어와 제 1 감속기어, 제 2 감속기어 및 최종기어가 연동된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도감지장치의 작동과정에 대해 상세히 설명한다.
로터에 고정되어 일체로 회전되는 메인기어(20)는 제 1 상부 감속기어(21a)와 연동되어 회전된다.
상기 제 1 상부 감속기어(21a)가 회전될 경우, 본 제 1 상부 감속기어(21a)와 동축 관계에 있는 제 1 하부 감속기어(21b)도 함께 회전된다.
상기 제 1 하부 감속기어(21b)는 제 2 하부감속기어(22b)와 연동되며, 본 제 2 하부감속기어(22b)가 회전될 경우, 이와 동축관계에 있는 제 2 상부 감속기어(22a) 역시 회전된다.
상기 최종기어(25)는 제 2 상부 감속기어(22a)와 연동되며, 본 제 2 상부 감속기어(22a)에 의해 상기 최종기어(25) 회전시 본 최종기어(25)에 결합된 상기 자성체(30) 역시 회전된다.
한편, 상기된 바와 같이 감속비(n)는,
감속비(n) = 메인기어회전수/최종기어단위회전수 로 정의되므로,
예를 들어 감속비(n)가 10으로 구성될 경우에는 최종기어 1회전에 대해 메인기어는 10회전하도록 구성된다.
만약, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도감지장치에 이용되는 감지부가 360°의 감지범위를 가지는 자기센서(360°감지센서)로 구성될 경우에는, 본 360°감지센서가 감지한 최종기어의 회전각도에 상기 감속비(n)을 곱한 수치가 실제 조향휠의 회전각도가 된다.
그런데 만약, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도감지장치에 이용되는 감지부가 180°의 감지범위를 가지는 자기센서(180°감지센서)로 구성될 경우에는, 180°감지센서의 경우 180°의 위상변화 동안에 하나의 완전한 사인파, 즉 360°범위의 사인파를 발생시키는 특성을 가지므로, 조향휠의 실제 회전각도는 감지센서가 감지한 회전각도의 절반에 감속비(n)를 곱한 수치가 된다.
왜냐하면, 상기된 바와 같이, 180°감지센서의 경우 0°에서 180°까지의 위상변화동안 0°에서 360°까지의 위상변화를 가지는 하나의 완전한 사인파를 감지하게 되므로, 만약 180°감지센서를 통해 360°위상지점의 사인파 신호를 검출할 경우에는 실제 회전각도가 180°가 되기 때문이다.
따라서, 상기와 같이 180°센서를 이용할 경우에는 감지센서가 감지한 회전각도에 1/2 감속비(n)를 곱한 수치가 실제 조향휠의 회전각도가 된다.
도 5는 조향휠 각도 연산 흐름도이다.
도 5를 참조하여 조향휠 회전각도 연산과정에 대해 설명한다. 운전자가 조향휠을 회전시키면, 조향휠과 연동된 로터가 회전하고, 본 로터와 일체로 회전하도록 구성되어 있는 메인기어가 회전한다(S11 단계).
다음, 메인기어의 회전에 의해 메인기어와 연동되는 제 1, 2 감속기어(21, 22)들이 구성된 감속비(n)에 따라서 자성체를 포함한 최종기어를 감속 회전(S12 단계)시킨다.
다음, 감지부에서 자성체를 포함한 최종기어의 회전에 따른 자성체의 회전 각도를 감지(S13 단계)한다.
다음, 감지부로서, 360°감지센서가 이용될 경우(S14 단계)에는, 본 360°감지센서가 감지한 최종기어의 회전각도에 감속비(n)를 곱한 수치가 연산부에 의해 연산(S15 단계)되고, 조향휠 회전각도가 출력(S18 단계)된다.
또한, 감지부로서, 180°감지센서가 이용될 경우(S16 단계)에는, 본 180°감지센서가 감지한 최종기어의 회전각도에 1/2 감속비(n/2)를 곱한 수치가 연산부에 의해 연산(S17 단계)되고, 조향휠 회전각도가 출력(S18 단계)된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 조향휠 각도 감지장치에 의해 보다 적은 수의 부품으로서도 조향휠의 회전각도를 검출할 수 있다.
또한, 단위 시간당 생산 효율을 높이고 생산단가를 감소시킬 수 있다.
또한, 하나의 자성체의 위상변화를 감지하는 감지부와 상기 감지부에서 출력된 신호를 연산하는 연산부를 설치함으로써 조향각 연산을 단순화 시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 차량의 조향휠에 연동되어 회전되는 로터와, 상기 로터에 고정되어 일체로 회전하는 메인기어와, 상기 메인기어에 연동되어 회전되는 최종기어와, 자력을 발생시키기 위한 자성체와, 상기 자성체의 회전에 의한 위상 변화를 감지하기 위하여 상기 자성체의 하부에 위치하는 감지부와, 상기 감지부의 입력을 연산 및 출력하기 위한 연산부와 본 감지부와 본 연산부를 실장하기 위한 PCB 기판 및 하우징을 포함하는 차량용 조향휠 각도 감지장치에 있어서,
    상기 자성체는 상기 자성체의 중심을 지나는 제 1 수직단면에 대해서는 사다리꼴 단면을 구비하며, 상기 제 1 수직단면에 직각인 제 2 수직단면에 대해서는 사각형 단면을 구비하도록 마련되고,
    상기 최종기어는 상기 자성체의 형상과 대응되며 하부가 개방된 자성체안착부를 포함하며,
    상기 하우징은 상부 하우징과 하부 하우징으로 마련되며, 상기 상부 하우징은 상기 자성체의 유동을 방지하기 위한 유동방지부를 추가적으로 포함하고,
    상기 메인기어와 최종기어 사이에는 감속기어가 연동되어 본 메인기어와 본 최종기어 간의 감속비(n)를 조절가능하도록 구성되고, 상기 연산부는 상기 감지부로부터 입력된 위상변화에 기초하여 조향휠 회전 각도를 연산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는 AMR(Anisotropic Magnetic Resistor)센서로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는 GMR(Giant Magnetic Resistor)센서로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감속기어는 다수의 감속기어 조합으로 상기 메인기어와 상기 최종기어의 감속비를 조정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 자성체의 위상변화를 최대 180°까지 감지할 수 있으며, 상기 감속비(n)가 5.6 이상 10 이하로 적용될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 조향휠의 조향각도에 대해 상기 자성체의 위상변화에 의한 회전각도에 상기 1/2감속비(n)를 곱한 값을 연산하여 출력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 자성체의 위상변화를 최대 360°까지 감지할 수 있으며, 상기 감속비(n)가 2.8 이상 5 이하로 적용될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하 는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 조향휠의 조향각도에 대해 상기 자성체의 위상변화에 의한 회전각도에 상기 감속비(n)를 곱한 값을 연산하여 출력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향휠 각도 감지장치.
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