KR101650455B1 - 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치 - Google Patents

차량의 조향토크 및 조향각 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치로서 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 조향토크를 감지하기 위한 토크센서를 포함하는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에 있어서, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 회전신호 출력부와, 상기 회전신호 출력부의 근방에 고정 설치되어, 회전신호 출력부의 회전에 따라 회전 인덱스 신호를 출력하는 회전신호 감지부를 포함한다.
조향토크, 조향각도, 홀 스위치

Description

차량의 조향토크 및 조향각 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING STEERING TORQUE AND STEERING ANGLE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에 관한 것이다.
차량용 파워 스티어링 시스템은 조향 바퀴인 전륜에 걸리는 마찰저항이 커서 조향 핸들을 조향하기 위한 조작력이 클 때, 조향 핸들을 조작할 수 있도록 보조 조작력을 제공하는 시스템이다.
주행중인 차량의 조향정도는 차량을 제어하기 위한 데이터로 활용되므로, 조향축의 조향토크 및 조향각을 측정하여 차량의 조향정도를 검출한다.
조향각 측정 장치(모듈)는 앵글센서(steering angle sensor)가 포함되어 있으며, 이 앵글센서는 주행 중인 차량의 제어에 필요한 조향 핸들의 조향 정도를 측정한다.
또한, 토크 측정 장치(모듈)에는 토크센서(torque sensor)가 장착되어 있으며, 이 토크센서는 조향 핸들을 원활하게 조작할 수 있도록 토션 바에 걸리는 토크를 측정한다. 위와 같은 앵글센서와 토크센서는 앵글 토크센서 조립체 내에서 다른 구성 부재들과 함께 개별적으로 모듈화, 즉 앵글센서 모듈과 토크센서 모듈로 구성 된다.
종래에는 차량의 조향토크 및 조향각을 검출하기 위하여, 상기와 같이 조향토크 및 조향각을 감지하기 위한 토크센서 및 앵글센서를 각각 설치하여 사용한다. 그러므로, 부품수가 증가하고, 설치공정이 복잡하여 원가가 상승하는 문제가 있다. 특히, 앵글센서의 경우에는 그 비용이 고가이고, 설치가 까다로운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원가를 절감할 수 있는 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 하는 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치로서 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 조향토크를 감지하기 위한 토크센서를 포함하는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에 있어서, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 회전신호 출력부와, 상기 회전신호 출력부의 근방에 고정 설치되어, 회전신호 출력부의 회전에 따라 회전 인덱스 신호를 출력하는 회전신호 감지부를 포함한다.
또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에서 상기 회전신호 출 력부는, 원통형상으로 비자기체로 이루어져, 외면의 일부가 돌출 또는 절개된 적어도 하나 이상의 회전투스(Tooth)가 형성된다.
또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에서 상기 회전신호 감지부는, 중앙부분에 상기 회전신호 출력부가 회전이 가능하도록 설치되고, 마그네트와, 상기 마그네트의 자기장을 감지하여 신호를 출력하는 홀 스위치 센서가 상기 회전신호 출력부와 근접한 곳에 설치되며, 상기 홀 스위치 센서는 상기 회전신호 출력부의 회전시 회전투스가 근접할 때 감지신호를 출력한다.
또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에서 상기 회전투스는, 외면의 일부가 사각 형상으로 돌출되거나 또는 외면의 일부가 삼각형상으로 제거되어 있다.
또한, 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 검출장치에서 상기 회전투스가 복수개인 경우, 외주면에 등간격으로 형성되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치는 기존의 조향 토크를 측정하기 위한 구조에 조향각을 측정하기 위해 고정된 홀 스위치 센서, 마그네트와, 상기 홀 스위치 근방에 회전이 가능하도록 설치되어 회전투스에 의해 자속이 변화되도록 하여 차량의 인덱스한 조향각을 유추할 수 있다. 따라서, 부품수가 줄어들고, 조립이 용이하므로 공정이 간단해지고 원가가 절감되는 효과가 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 "가지 다" 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 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에 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 조향 토크 및 조향각 감지장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 조향각 감지장치를 설명하기 위한 간략도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 실시예에 따른 회전신호 감지부의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 실시예에 따른 마그네트의 자속의 변화를 설명하기 위한 그래프이며, 도 5는 본 실시예에 따른 홀 스위치 센서의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상부케이스(11)와 하부케이스(13)를 가지는 케이스(10)가 마련된다. 케이스(10)의 내부에는 기존의 토크 센서모듈(50)을 포함하는 로테이터 및 스테이터 어셈블리(20)가 설치되는데, 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
스테이터(도면에 표시하지 않음)가 설치되고, 스테이터의 내부에는 원통 링형상의 토크 감지용 마그네트(도면에 표시되지 않음)가 삽입되어 결합된다. 상기 마그네트는 조향 핸들과 연결된 입력축(미도시)에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전한다. 스테이터(도면에 표시되지 않음)는 토션바를 매체로 상기 입력축과 연결된 출력축(미도시)에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전한다. 상기 출력축은 조향 바퀴인 전륜측과 연결된다. 상기 입력축과 상기 출력축은 상기 토션바에 의하여 연결되어 있고, 상기 출력축은 노면과 접촉된 전륜측과 연결되어 있으므로, 외력을 가하여 조향 핸들을 회전시켰을 때, 상기 입력축과 상기 출력축의 회전각도는 상이하다. 그러므로, 마그네트와 스테이터의 회전각도도 상이하다.
상기와 같은 로터 및 스테이터 어셈블리(20)의 도면상 하부에는 조향각에 대한 인덱스 감지신호를 출력하는 회전신호 출력부(30)와, 회전신호 출력부(30)의 회전에 따라 회전 인덱스 신호를 출력하는 회전신호 감지부(40)가 설치된다.
상기 회전신호 출력부(30)는 사용자의 조향력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하도록 설치되는 것으로서, 원통형상으로 비자기체로 이루어져 외면의 일부가 돌출 또는 절개된 적어도 하나 이상의 회전 투스(Tooth)(31)를 포함한다.
상기 회전신호 감지부(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일정크기의 판으로 구비되어 중앙부분에 상기 회전신호 출력부(30)가 회전이 가능하도록 위치하고, 소정 위치에 마그네트(41)와 상기 마그네트(41)의 자기장을 감지하여 신호를 출력하는 홀 스위치 센서(42)가 상기 회전신호 출력부(30)와 근접하게 설치된다.
상기 미설명 부호 50은 토크 센서이다.
상기 회전신호 출력부(30)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 회전투 스(31)가 다양하게 구현될 수 있다. 즉, 도 3a와 같이 회전투스가 외주면에서 일정부분 돌출된 사각형상으로 마련될 수 있으며, 도 3b와 같이 회전투스가 외주면의 일정부분이 절개된 삼각형상으로 마련될 수 있다.
상기와 같은 회전신호 출력부(30)와 회전신호 감지부(50)의 동작에 의해 홀 스위치 센서(42)는 도 5와 같은 신호를 출력하게 된다. 즉, 마그네트(41)와 홀 스위치 센서(42)는 상호 마주보도록 설치되어 있으므로, 홀 스위치 센서(42)는 마그네트(41)의 자기장에 의해 지속적인 온 동작신호(Digit : 1)를 출력하는데, 상기 회전신호 출력부(30)의 회전시에 회전투스(31)가 근접하게 되면 오프 동작신호(Digit : 0)을 출력하게 되는 것이다. 다시 회전투스(31)가 멀어지게 되면 지속적인 온 동작신호를 출력하고 이를 반복하게 된다.
이는 도 4에 도시된 그래프를 참조하여 보면, 상기 회전투스(31)에 의해 자속 밀도가 점진적으로 떨어지게 되고, 홀 스위치 센서(42)와 회전투스(31)의 중심선이 정확히 일치하는 위치에 도달하면 도 4의 그래프에 표시한 바와 같이 최저점을 이루게 되어 이를 회전 감지신호로 인정하는 것이다.
통상의 토크 센서는 V/Deg[Voltage/Degree] 값으로 출력되는데, 상기 각도는 토션바의 비틀림 각도를 나타내며, 이때 각도량에 비례하는 전압 출력을 감지하는 것이다. 따라서, 운전자의 조향력에 의한 비틀림 각도를 적분하면 총 이동한 각도량을 유추할 수 있다. 이때, 상기 회전신호 출력부(30) 및 회전신호 감지부(50)는 상기와 같은 유추 각도량 정보에 360°회전시 마다 인덱스 신호값을 출력시킴에 따라 동일 방향으로 360°이상 회전하는 절대각 연산이 가능하게 되거나, 계산된 각 도의 범위를 확인하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시계방향(Clock Wise)으로 상기 회전신호 감지부(30)의 출력신호 신호가 1번으로 기록되면 해당 조향각 범위는 360°~ 720° 범위에 있는 것으로 유추할 수 있다.
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 조향 토크 및 조향각 감지장치를 설명하기 위한 사시도
도 2는 본 실시예에 따른 조향각 감지장치를 설명하기 위한 간략도
도 3a 및 도 3b는 본 실시예에 따른 회전신호 감지부의 실시예를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 실시예에 따른 마그네트의 자속의 변화를 설명하기 위한 그래프
도 5는 본 실시예에 따른 홀 스위치 센서의 동작을 설명하기 위한 그래프

Claims (5)

  1. 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되며, 토션바를 매체로 입력축과 연결된 출력축에 결합되어 상기 출력축과 동일하게 회전하는 스테이터와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 조향토크를 감지하기 위한 토크센서를 포함하는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치에 있어서,
    상기 케이스의 내부에 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 입력축에 결합되어 상기 입력축과 동일하게 회전하는 회전신호 출력부와,
    상기 회전신호 출력부의 근방에 고정 설치되어, 회전신호 출력부의 회전에 따라 회전 인덱스 신호를 출력하는 회전신호 감지부를 포함하고,
    상기 회전신호 출력부는, 원통형상으로 비자기체로 이루어져, 외면의 일부가 돌출 또는 절개된 적어도 하나 이상의 회전투스(Tooth)가 형성되며,
    일정한 크기의 판으로 마련되는 상기 회전신호 감지부는 자기장을 형성하도록 기판에 배치되는 마그네트와, 상기 마그네트의 자기장을 감지하여 온 동작신호를 출력하는 홀 스위치 센서를 포함하며,
    상기 홀 스위치 센서는 상기 회전신호 출력부와 근접한 곳에 설치되되, 상기 회전신호 출력부의 회전시 회전투스가 근접할 때 오프 동작신호를 출력하고,
    상기 기판은 곡선 형상을 구비하며, 상기 회전신호 출력부가 회전 가능하도록 상기 기판의 곡선 영역이 상기 회전신호 출력부의 둘레에 배치되고,
    상기 토크 센서는 상기 기판에 설치되는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전신호 감지부는 중앙부분에 상기 회전신호 출력부가 회전이 가능하도록 설치되는 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
  4. 제1항에 있어서
    상기 회전투스는,
    외면의 일부가 사각 형상으로 돌출되거나 또는 외면의 일부가 삼각형상으로 제거된 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전투스가 복수개인 경우,
    외주면에 등간격으로 형성된 차량의 조향토크 및 조향각 감지장치.
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