KR101604093B1 - 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 조향 인식을 위한 센서보정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 핸들의 조향정도를 감지하는 앵글 센서의 출력값을 보정하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치로서, 조향시의 조향토크를 측정하기 위한 토크모듈과, 조향시의 조향각을 측정 하기 위한 앵글모듈과, 조향시의 방향전환을 감지하여 상기 토크모듈의 출력을 입력받아 제1 조향각을 연산하고, 상기 앵글모듈의 출력을 입력받아 제2 조향각을 연산하며, 상기 제1 조향각 값에 의한 제2 조향각 값의 보정 파라미터를 생성하여, 상기 제2 조향각값을 보정 파라미터에 의해 보정하여 출력하는 보정유닛을 갖는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차량, 조향각, 보정

Description

차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치{SENSOR CORRECTING DEVICE FOR TURNING OF A TRACK VIHICLES}

본 발명은 차량의 조향 인식을 위한 센서보정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 핸들의 조향정도를 감지하는 앵글 센서의 출력값을 보정하는 장치에 관한 것이다.

차량에 사용되는 조향 장치는 주행 중인 차량의 진행 방향을 전환하기 위하여 조향 핸들을 통해 조향륜의 방향을 전환시키는 장치이다.

최근, 조향 장치에는 주행 안정성과 사용자 편의성을 고려하여 전동 파워 스티어링 시스템(electric power steering system; 이하, "EPS 시스템"이라 칭함)이 적용되며, 이 EPS 시스템에는 조향각 측정 장치와 토크 측정 장치를 포함한다.

조향각 측정 장치(모듈)는 앵글 센서(steering angle sensor)가 포함되어 있으며, 이 앵글 센서는 주행 중인 차량의 제어에 필요한 조향 핸들의 조향 정도(절대각)를 측정한다.

또한, 토크 측정 장치(모듈)에는 토크 센서(torque sensor)가 장착되어 있으며, 이 토크 센서는 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 토션 바에 걸리는 토 크를 측정한다. 위와 같은 앵글 센서와 토크 센서는 토크 앵글 센서 조립체 내에서 다른 구성 부재들과 함께 개별적으로 모듈화, 즉 앵글 센서 모듈과 토크 센서 모듈로 구성된다.

도 3은 앵글 센서 모듈이 조립된 후 제 1 및 제 2 기어(1 및 2)와 인쇄 회로 기판(3)상에 장착된 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)의 관계를 도시한 도면으로서, 제 1 및 제 2 기어(1 및 2)의 중심부(즉, 회전축)가 인쇄 회로 기판(3) 상에 장착된 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)와 각각 대응한 상태를 도시하고 있다. 앵글 센서 모듈에서, 포지션 로터의 회전, 즉 메인 기어(4)의 회전에 따라 제 1 및 제 2 기어(1 및 2)는 서로 반대 방향으로 회전하며, 따라서 제 1 및 제 2 기어(1 및 2)의 회전축 종단에 고정된 마그네트(M1 및 M2)의 회전에 따른 자력의 변화가 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)에 전달되며, 따라서 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)은 각각 센싱 신호를 출력하게 된다.

앵글 센서 모듈의 성능을 결정하는 한 요인은 히스테리시스(hysterisis)이다. 앵글 센서 모듈에서의 히스테리시스는 메인 기어(4)가 서로 다른 방향으로 회전할 때의 출력, 즉 메인 기어(4)가 반시계 방향으로 회전할 때의 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)에서의 출력과 시계 방향으로 할 때의 제 1 및 제 2 로터리 홀 IC(3a 및 3b)에서의 출력 간의 차이를 의미한다. 메인 기어(4)와 제 1 기어(1) 간의 기어 백 래쉬(gear backlash) 그리고 메인 기어(4)와 스테이터 홀더 간의 유격이 이와 같은 출력 차이를 발생시키는 원인으로 알려져 있다.

이는 일반적으로, 메인 기어(4)와 스테이터 홀더 간의 유격을 줄이기 위하여 그리고 스테이터 홀더의 회전력을 메인 기어(4)로 정확하게 전달하기 위하여 스테이터 홀더의 외주부에는 단일의 키 홈이 형성되고, 메인 기어(4)의 내주면에는 단일의 돌기부가 일체로 형성되어 있다. 이와 같은 구조에서는, 메인 기어(4)와 스테이터 홀더의 결합시, 메인 기어(4)의 돌기부는 스테이터 홀더의 키홈 내에 수용된다. 합성 수지를 이용한 사출 성형 공정을 통하여 제조된 메인 기어(4)와 스테이터 홀더의 결합(억지끼워맞춤)시, 돌기부와 키홈의 결합에 의하여 메인 기어(4)의 돌기부의 주변 영역은 돌기부가 형성되지 않은 영역으로 밀리게 된다. 이러한 현상에 의하여, 정원(正圓)의 형상을 갖고 제조된 메인 기어(4)는 스테이터 홀더와의 결합후, 일부 영역이 반경 방향으로 돌출된 형상을 갖게 된다. 이와 같이 정원(正圓)이 아닌 일부 영역이 돌출된 형상을 갖는 메인 기어(4)와 제 1 기어(1)의 치합시, 메인 기어(4)의 돌출 영역에 의하여 제 1 기어(1)에 과도한 부하가 작용하며, 이로 인하여 제 1 기어(1) 및 제 2 기어(2)의 정확한 회전이 이루어지지 않는다.

상기와 같은 원인은 특히, 한방향으로 조향을 지속중에 다른 방향으로 조향방향을 변경하는 경우에 특히 발생한다.

이와 같은 현상은 앵글 센서 모듈에 의하여 측정된 조향 정도의 정확도를 저하시키는 원인으로 작용한다. 상기와 같은 문제는 기구적인 개선을 통해 가능하지만, 제조공차 등에 따른 원천적인 문제사항에 대해서는 해결할 수 없는 편차가 발생한다.

상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 본 발명은 기구적인 개선을 통해 해결할 수 없는 앵글 센서모듈의 측정 편차에 대해서 정확도를 향상시키기 위한 보정 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 토크 센서모듈의 감지값을 이용하여 앵글 센서모듈의 편차를 보정하도록 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치로서, 조향시의 조향토크를 측정하기 위한 토크모듈과, 조향시의 조향각을 측정 하기 위한 앵글모듈과, 조향시의 방향전환을 감지하여 상기 토크모듈의 출력을 입력받아 제1 조향각을 연산하고, 상기 앵글모듈의 출력을 입력받아 제2 조향각을 연산하며, 상기 제1 조향각 값에 의한 제2 조향각 값의 보정 파라미터를 생성하여, 상기 제2 조향각값을 보정 파라미터에 의해 보정하여 출력하는 보정유닛을 갖는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치에서 상기 보정유닛의 조향시의 방향전환을 감지하는 것은, 상기 토크모듈의 출력값이 증가 또는 감소하는 도중에 감소 또는 증가되는 시점을 조향시의 방향전환으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치에서, 상기 보정 파라미터는 제1 조향각값과 제2 조향각값과의 차이값 이며, 상기 보정유닛은 상기 제1 조향각값과 제2 조향각값과의 차이값 만큼 상기 제2 조향각값을 가감하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치에서, 상기 보정유닛은 상기 토크모듈의 출력값이 증가 또는 감소하는 도중에 감소 또는 증가되는 출력값이 설정값 이상일 경우에만 조향시 방향전환으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 기구적인 개선을 통해서도 해결할 수 없는 원천적인 앵글 센서모듈의 편차에 대해서 토크 센서모듈의 측정값을 이용하여 보정함으로써, 정확한 앵글 센서모듈의 출력이 이루어질 수 있도록 하는 장점이 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 스포츠 영상 분석 시스템에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시된 토크모듈 및 앵글모듈의 출력값을 보이기 위한 도면으로서, 도 2a는 토크모듈의 출력값을 보이는 그래프이고, 도 2b는 앵글모듈의 출력값을 보이는 그래프이며, 도 3은 차량의 조향시 조향각을 감지하기 위한 앵글 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치는 조향시의 조향토크를 측정하기 위한 토크모듈(10)과, 조향시의 조향각을 측정하기 위한 앵글모듈(20)과, 상기 앵글모듈(20)의 측정된 조향각 값을 보정하여 출력하는 보정유닛(32)을 포함하는 제어부(30)로 구비된다. 상기 토크모듈(10)은 통상의 리니어 홀 센서(Linear Hall IC)로 마련되어 그 출력은 전압값으로 표시된다. 즉, 아날로그 출력으로서 상기 토크모듈(10)과 보정유닛(32)의 사이에는 A/D 컨버터(31)가 구비되어 아날로그 출력값을 디지털로 변환하여 주며, 다이오드(기호표시)를 구비하여 토크모듈(10)로의 노이즈 유입을 방지한다. 상기 앵글모듈(20)은 통상의 로터리 홀 센서(Rotary Hall IC)로 마련되고, 그 출력은 디지트(Digit)로 표시된다.

상기와 같은 토크모듈(10)과 앵글모듈(20)의 출력을 입력받아 앵글모듈(20)의 출력을 보정하는 보정유닛(32)은 시계방향 또는 반시계 방향으로의 조향도중에 반대방향으로의 조향이 이루어지는 시점부터 보정 파라메터를 생성하고, 상기 보정 파라메터를 앵글모듈(20)의 출력에 적용하여 보정을 하게 된다.

즉, 어느 한 방향으로의 조향 도중에 반대방향으로의 조향이 이루어짐을 감지하게 되면, 토크모듈(10)의 출력을 입력받아 제1 조향각을 연산하고, 상기 앵글모듈(20)의 출력을 입력받아 제2 조향각을 연산하며, 상기 제1 조향각 값에 의한 제2 조향각 값의 보정 파라메터를 생성한다. 상기 보정파라메터는 제1 조향각 값과 제2 조향각 값의 차이 값으로서 상기 보정유닛(32)은 상기와 같은 보정 파라메터를 이용하여 상기 앵글모듈의 제2 조향각 값을 보정하게 된다.

도 2를 참조하여 더 상세히 살펴보면, 도 2a에서 핸들이 중립상태 일 경우 각도는 조향각은 0°이므로 이때 갖는 토크모듈(10)의 출력값은 약 2.5[V]이다. 이때, 시계방향으로 핸들이 조향된 경우, 토크모듈(10)은 그래프상에서 우측으로 값이 상승하게 되고 시계방향 끝까지 핸들이 조향될 때 최대 토크값인 4.2[V]를 출력하며, 반 시계방향으로 핸들이 조향된 경우 그래프 상에서 좌측으로 값이 하락하게 되며 반 시계방향 끝까지 핸들이 조향될 때 최대 토크값이 0.8[V]를 출력하게 된다. 어느 한 방향, 즉 시계방향 또는 반시계 방향으로 핸들이 조향되는 도중에 반대방향으로 핸들을 조향하면 토크모듈(10)의 출력이 상승 또는 하락 하는 도중에 하락 또는 상승하게 되는 것이다. 그 시점부터 보정유닛(32)은 설정시간 마다 토크모듈(10)의 출력값을 입력받아 조향각을 연산하게 되는데, 상기 토크모듈(10)의 센싱감도를 0.46V/Deg 라고 하는 경우, 첫번째 감지타임에서 3[V]가 감지되고, 두번째 감지타임에서 2.08[V]가 감지되면 반시계방향으로 약 2°의 조향각이 이루어 진것을 알 수 있는 것이다.

동일하게, 앵글모듈(20)의 첫번째 감지타임에서 150.3° 의 감지값이 입력되고, 두번째 감지타임에서 149°감지값이 입력되면 약 1.3°의 조향각이 이루어 진 것으로 연산된다. 상기 토크모듈(10)에서 감지된 조향각 값과는 0.7°의 차이가 발생하는 바, 상기와 같은 차이를 보정유닛(32)은 보정 파라메터로 하여, 앵글모듈(20)의 출력 조향각 값을 보정하여 주는 것이다.

상기 보정유닛(32)은 어느 한 방향으로의 조향중에 다른 방향으로의 조향이 발생하는 경우, 상기 토크모듈(10)의 출력값이 설정값 이상일 경우에만 방향전환으 로 판단하여 보정을 수행하도록 함도 가능하다. 이는 기구적인 히스테리시스를 감안하여 유효한 보정범위를 선정함으로써 좀 더 정확한 보정을 수행하기 위함이다.

상기와 같은 앵글모듈(20)의 조향각 측정편차는 기구적인 제조공차 등에 의해 발생하는 것으로서, 기구개선을 통해 극복할 수 있는 한계가 있으므로, 정확한 조향각을 측정할 수 있는 토크모듈(10)의 출력값을 통해 보정하여 줌으로써 좀 더 정확한 조향이 수행되는 장점이 있는 것이다.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치의 동작을 설명하기 위한 블록도

도 2는 상기 도 1에 도시된 토크모듈 및 앵글모듈의 출력값을 보이기 위한 도면으로서, 도 2a는 토크모듈의 출력값을 보이는 그래프이고, 도 2b는 앵글모듈의 출력값을 보이는 그래프

도 3은 차량의 조향시 조향각을 감지하기 위한 앵글 모듈의 감지편차 발생을 설명하기 위한 도면

Claims (4)

1. 조향시의 조향토크를 측정하기 위한 토크모듈과,

   조향시의 조향각을 측정 하기 위한 앵글모듈과,

   상기 토크모듈의 출력값이 증가 또는 감소하는 도중에 감소 또는 증가되는 시점을 조향시의 방향전환으로 판단하고 조향시의 방향전환이 감지되면, 설정시간마다 상기 토크모듈의 출력과 상기 앵글모듈의 출력을 입력받아 각각 제1 조향각과 제2 조향각을 연산하며, 상기 제1 조향각 값에 의한 제2 조향각 값의 보정 파라미터를 생성하여, 상기 제2 조향각 값을 보정 파라미터에 의해 보정하여 출력하는 보정유닛을 갖는 제어부를 포함하는 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 보정 파라미터는 제1 조향각 값과 제2 조향각 값과의 차이값 이며,

   상기 보정유닛은 상기 제1 조향각값과 제2 조향각값과의 차이값 만큼 상기 제2 조향각 값을 가감하여 보정하는 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보정유닛은 상기 토크모듈의 출력값이 증가 또는 감소하는 도중에 감소 또는 증가되는 출력값이 설정값 이상일 경우에만 조향시 방향전환으로 판단하는 차량의 조향인식을 위한 센서 보정장치.

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