KR20130016975A

KR20130016975A - 차량 조향각 감지 장치 및 이를 이용한 조향각 산출 방법

Info

Publication number: KR20130016975A
Application number: KR1020110079203A
Authority: KR
Inventors: 남철; 김용희
Original assignee: 대성전기공업 주식회사
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-19
Also published as: KR101271828B1

Abstract

본 발명은 차량 조향각 감지 장치 및 이를 이용한 조향각 산출 방법에 관한 것으로, 바코드가 형성된 메인 디스크와 이를 감지하는 옵티컬 센서를 이용하여 서브 기어의 개수를 최소화함과 동시에 자기력에 의한 노이즈 발생 등을 방지함으로써, 기어의 백래쉬 현상 및 외부 노이즈 발생에 의한 조향 각도 측정 오차를 최소화하여 더욱 정확한 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치와, 단순한 방식의 알고리즘을 통해 장치의 구조를 더욱 단순화할 수 있고, 연산 방법의 단순화를 통해 연산 속도를 향상시킬 수 있으며 더욱 정확하게 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법을 제공한다.

Description

차량 조향각 감지 장치 및 이를 이용한 조향각 산출 방법{Steering Angle Sensing System and Computing Method of Absolute Steering Angle Using The Same}

본 발명은 차량 조향각 감지 장치 및 이를 이용한 조향각 산출 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 바코드가 형성된 메인 디스크와 이를 감지하는 옵티컬 센서를 이용하여 서브 기어의 개수를 최소화함과 동시에 자기력에 의한 노이즈 발생 등을 방지함으로써, 기어의 백래쉬 현상 및 외부 노이즈 발생에 의한 조향 각도 측정 오차를 최소화하여 더욱 정확한 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치와, 단순한 방식의 알고리즘을 통해 장치의 구조를 더욱 단순화할 수 있고, 연산 방법의 단순화를 통해 연산 속도를 향상시킬 수 있으며 더욱 정확하게 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 필수적으로 적용되는 조향장치는 자동차의 경로 및 진행방향을 운전자의 요구에 따라 전환하는 장치로서, 스티어링 휠(Steering wheel)과, 스티어링 샤프트(Steering shaft)와, 조향각 감지 장치를 포함한다. 운전자에 의해 조작되는 스티어링 휠은 스티어링 샤프트와 연결되어 스티어링 휠의 회전력이 스티어링 휠에 연동되는 스티어링 샤프트에 전달된다. 조향각 감지 장치는 스티어링 샤프트에 연결되어 스티어링 휠의 회전 각도를 감지하여 운전자의 조향 의도(각도, 각속도)에 대한 데이터를 ECU와 같은 제어 장치로 전달한다.

최근 차량에는 차량 제어 장치의 전장화를 통하여 보다 정밀하고 안정적인 운행 조작을 이룰 수 있는 다양한 안전 장치, 예를 들어 차량 동적 제어(vehicle dynamic control) 또는 트랙션 제어 시스템(traction control system)과 같은 다양한 안전 장치가 구현되고 있는데, 이와 같은 안전 장치를 구현하기 위한 성능 확보를 위해서는 안전 장치의 실행 여부를 판단하기 위해 사용되는 입력 데이터의 정밀성 및 신뢰성이 요구되고 있다. 이러한 점에서 조향각 감지 장치 또한 더욱 고도의 정밀성이 요구되고 있으며, 이에 따라 최근에는 비접촉식 고정밀 조향각 감지 장치가 다양하게 개발되고 있다.

비접촉식 고정밀 조향각 감지 장치의 검출 방식으로는 일반적으로 AMR 센서를 사용한 마그네틱 방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 마그네틱 방식은 일반적으로 서로 다른 기어비를 갖는 2개의 기어에 마그넷을 삽입하고 기어 회전에 따른 자기장 변화에 의해 발생하는 센서 출력을 이용하여 전체 조향 각도 범위에 대한 절대각을 계산하는 방식으로 구성된다.

도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 차량 조향각 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

종래 기술에 의한 일반적인 차량 조향각 감지 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 스티어링 샤프트(미도시)에 관통 결합되어 스티어링 샤프트와 일체로 회전하는 하나의 메인 기어(100)와, 메인 기어(100)와 맞물림되어 회전하는 제 1 및 제 2 서브 기어(200a,200b)를 포함하여 구성된다. 제 1 및 제 2 서브 기어(200a,200b)에는 각각 제 1 및 제 2 서브 기어(200a,200b)와 일체로 회전하도록 제 1 및 제 2 마그넷(210a,210b)이 결합되며, 제 1 및 제 2 서브 기어(200a,200b)의 외측에는 제 1 및 제 2 마그넷(210a,210b)의 자기장 변화를 감지하는 제 1 및 제 2 감지 센서(400a,400b)가 장착된다. 이때, 제 1 및 제 2 감지 센서는 AMR 센서가 사용된다.

따라서, 운전자가 스티어링 휠(미도시)을 회전 조작함에 따라 스티어링 샤프트가 회전하면, 메인 기어(100)가 회전하고 이에 따라 제 1 및 제 2 서브 기어(200a,200b)와 제 1 및 제 2 마그넷(210a,210b)이 회전한다. 이러한 제 1 및 제 2 마그넷(210a,210b)의 회전에 따른 자기장 변화는 제 1 및 제 2 감지 센서(400a,400b)에 의해 감지되고, 각각의 감지 신호는 연산부(500)로 전송되어 별도의 알고리즘을 통해 스티어링 휠에 의한 조향 각도를 산출하게 된다.

이러한 종래 기술에 의한 차량 조향각 감지 장치는 다중 회전하는 조향각 전체 범위를 산출할 수 있도록 다수개의 서브 기어를 이용한 구성이 적용되는데, 이러한 다수개의 기어 결합 구조에서는 기어 접촉면에 의한 백래쉬(backlash) 현상이 더욱 증가하게 되므로, 그 구조상 조향 각도에 대한 오차가 매우 증가하게 되는 문제가 있었다. 또한, 이러한 마그네틱 방식의 조향각 감지 장치는 다수개의 자석 및 전기 신호 등에 의해 외부 노이즈가 크게 발생하여 감지 신호의 왜곡 현상을 발생시키므로, 조향 각도에 대한 오차가 많이 발생하였다. 특히, 최근 차량에서는 이러한 조향 각도 산출값에 대해 허용 오차 범위를 더욱 작은 범위로 하는 고정밀도를 요구하기 때문에, 이러한 요구 조건을 만족시킬 수 없다는 점에서 더욱 문제가 되고 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 바코드가 형성된 메인 디스크와 이를 감지하는 옵티컬 센서를 이용하여 서브 기어의 개수를 최소화함과 동시에 자기력에 의한 노이즈 발생 등을 방지함으로써, 기어의 백래쉬 현상 및 외부 노이즈 발생에 의한 조향 각도 측정 오차를 최소화하여 더욱 정확한 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 메인 기어와 하나의 서브 기어를 이용하여 조향각을 산출할 수 있는 알고리즘을 통해 장치의 구조를 더욱 단순화할 수 있고, 연산 방법의 단순화를 통해 연산 속도를 향상시킬 수 있고 더욱 정확하게 조향각을 산출할 수 있는 차량 조향각 감지 장치 및 조향각 산출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 차량의 스티어링 샤프트와 일체로 회전하도록 결합되는 메인 기어; 상기 메인 기어와 일체로 회전하도록 상기 메인 기어의 외주면 둘레를 따라 결합되고 일면에 바코드가 형성되는 메인 디스크; 상기 메인 기어에 맞물림되어 회전하는 서브 기어; 상기 서브 기어와 일체로 회전하도록 상기 서브 기어에 결합되는 서브 마그넷; 상기 메인 디스크의 회전에 따른 바코드 변화를 감지하여 메인 감지 신호를 생성하는 메인 감지 센서; 상기 서브 마그넷의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하여 서브 감지 신호를 생성하는 서브 감지 센서; 및 상기 메인 감지 신호 및 서브 감지 신호를 인가받아 연산하여 조향각을 산출하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치를 제공한다.

이때, 상기 메인 감지 센서는 상기 메인 디스크의 바코드를 감지할 수 있는 옵티컬 센서로 적용될 수 있다.

또한, 상기 바코드는 1회전시 360°각도 단위로 상기 메인 감지 센서에 의해 검출되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 바코드는 1회전시 360°를 정수로 나눈 각도 단위로 상기 메인 감지 센서에 의해 반복적으로 검출되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 서브 마그넷은 상기 서브 기어의 중심부에 직경 방향을 따라 2극 착자되도록 형성되고, 상기 서브 감지 센서는 상기 서브 기어와 인접한 위치에 배치되는 AMR 센서로 적용될 수 있다.

또한, 상기 서브 마그넷은 상기 서브 기어의 원주 방향을 따라 동일 간격으로 다극 착자되도록 링 형태로 형성되며, 상기 서브 감지 센서는 상기 서브 기어와 인접한 위치에 상기 서브 기어의 원주 방향을 따라 배치되는 2개의 홀 센서로 적용될 수 있다.

한편, 본 발명은, 제 4 항의 차량 조향각 감지 장치를 이용하여 조향각을 산출하는 방법으로서, 상기 메인 기어의 1회전시마다 상기 바코드의 변화가 상기 메인 감지 센서에 의해 주기적으로 검출되는 메인 주기 각도(X)를 산출하고, 상기 서브 기어의 회전에 의한 상기 서브 감지 센서의 출력 파형 1주기에 해당하는 각도를 상기 메인 주기 각도(X)로 환산한 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 산출하는 매개 산출 단계; 상기 메인 감지 센서 및 서브 감지 센서에 의해 감지되는 감지 신호를 각각 연산하여 메인 연산 각도(P1) 및 서브 연산 각도(P2)를 각각 산출하는 연산 각도 산출 단계; 상기 메인 주기 각도(X)를 이용하여 상기 메인 연산 각도(P1)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 메인 절대 각도(C1)를 산출하고, 상기 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 이용하여 상기 서브 연산 각도(P2)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 서브 절대 각도(C2)를 각각 산출하는 절대 각도 산출 단계; 및 상기 절대 각도 산출 단계를 통해 각각 대응되게 산출되어 서로 쌍을 이루는 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2) 중 서로 차이가 가장 작은 한 쌍의 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)의 평균값 또는 둘 중 어느 하나의 값을 조향각으로 출력하는 조향각 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법을 제공한다.

이때, 상기 메인 기어의 전체 회전 각도를 Y라 할 때, 상기 제 1 서브 주기 각도(X+k)의 상수 k는 (Y/(X+k))+1≤(Y/X)를 만족하는 최소 정수로 설정될 수 있다.

또한, 상기 메인 기어의 전체 회전 각도를 Y라 할 때, 상기 제 2 서브 주기 각도(X-k)의 상수 k는 (Y/(X-k))-1≤(Y/X)를 만족하는 최대 정수로 설정될 수 있다.

또한, 상기 메인 절대 각도(C1)는 수식 P1+(X×(S-1))(S는 1≤S≤(Y/X)를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출되고, 상기 서브 절대 각도(C2)는 수식 P2+((X-k)×(T-1))(T는 1≤T≤(Y/(X-k))를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출될 수 있다.

본 발명에 의하면, 바코드가 형성된 메인 디스크와 이를 감지하는 옵티컬 센서를 이용하여 서브 기어의 개수를 최소화함과 동시에 자기력에 의한 노이즈 발생 등을 방지함으로써, 기어의 백래쉬 현상 및 외부 노이즈 발생에 의한 조향 각도 측정 오차를 최소화하여 더욱 정확한 조향각을 산출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하나의 메인 기어와 하나의 서브 기어를 이용하여 조향각을 산출할 수 있는 알고리즘을 통해 장치의 구조를 더욱 단순화할 수 있고, 연산 방법의 단순화를 통해 연산 속도를 향상시킬 수 있고 더욱 정확하게 조향각을 산출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 차량 조향각 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법을 단계적으로 도시한 동작 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 주기 각도 및 서브 주기 각도의 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치는 기어 결합 구조를 최소화함과 동시에 옵티컬 센서를 이용하여 백래쉬 현상에 의한 오차 발생량 및 외부 노이즈에 의한 오차 발생량을 감소시킴으로써 더욱 정확한 조향 각도를 산출할 수 있는 장치로서, 메인 기어(100)와, 메인 기어(100)에 결합되는 메인 디스크(600)와, 서브 기어(200)와, 서브 기어(200)에 결합되는 서브 마그넷(210)과, 메인 감지 센서(300) 및 서브 감지 센서(400)와, 별도의 알고리즘을 통해 조향각을 산출하는 연산부(500)를 포함하여 구성된다.

메인 기어(100)는 운전자에 의해 회전 조작되는 스티어링 휠(미도시)의 회전력이 전달되는 스티어링 샤프트(800)에 관통 결합되어 스티어링 샤프트(800)와 일체로 회전하도록 구성된다. 이러한 메인 기어(100)에는 외주면 둘레를 따라 메인 디스크(600)가 결합된다.

메인 디스크(600)는 링 형상으로 메인 기어(100)의 외주면에 결합되어 메인 기어(100)와 일체로 회전하며, 일면에는 메인 감지 센서(300)에 의해 감지될 수 있는 바코드(610)가 형성된다.

메인 감지 센서(300)는 이러한 메인 디스크(600)의 회전에 따른 바코드 변화를 감지하여 메인 감지 신호를 생성하도록 구성되며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 바코드(610)의 상부에 근접하게 배치될 수 있다. 이러한 메인 감지 센서(300)는 메인 디스크(600)의 바코드(610)를 감지할 수 있는 옵티컬 센서로 적용된다.

서브 기어(200)는 종래 기술과 달리 1개만 구비되며, 메인 기어(100)에 직접 맞물림되어 메인 기어(100)에 연동하여 회전하도록 구성된다. 이때, 메인 기어(100)와 서브 기어(200)에는 서로 맞물림 가능한 기어 치형이 형성되고, 서로 직경이 다르거나 치형의 갯수가 서로 다르게 형성되는 등의 방식으로 서로 기어비가 다르도록 각각 형성된다. 이러한 서브 기어(200)에는 서브 기어(200)와 일체로 회전하도록 서브 마그넷(210)이 결합된다.

서브 마그넷(210)은 서브 기어(200)와 함께 회전함에 따라 주변 둘레에 자기장 변화를 크게 발생시킬 수 있도록 배치되는 것이 바람직한데, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 서브 기어(200)의 중심부에 서브 기어(200)의 직경 방향을 따라 N극, S극이 하나씩 배치되는 형태로 2극 착자되도록 구성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 링 형태로 형성되어 서브 기어(200)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있으며, 이 경우 서브 기어(200)의 원주 방향을 따라 동일 간격으로 다극 착자되도록 구성될 수 있다.

서브 감지 센서(400)는 서브 마그넷(210)의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하여 서브 감지 신호를 생성하도록 구성되며, 도 2에 도시된 바와 같이 1개의 AMR 센서(410)로 구성되거나 또는 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 홀 센서(420,430)로 구성될 수 있다.

연산부(500)는 메인 감지 센서(300) 및 서브 감지 센서(400)를 통해 생성된 메인 감지 신호 및 서브 감지 신호를 인가받아 별도의 알고리즘을 통해 연산하여 스티어링 휠의 조향각을 산출하도록 구성된다. 연산부(500)를 통해 산출된 조향각은 ECU와 같은 별도의 차량 제어부(미도시)으로 전송되어 각종 차량 제어 시스템 정보로서 활용된다.

이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치는 메인 기어(100)의 회전에 따른 메인 디스크(600)의 바코드(610) 변화를 메인 감지 센서(300)를 통해 감지하고, 서브 기어(200)의 회전에 따른 서브 마그넷(210)의 자기장 변화를 서브 감지 센서(400)를 통해 감지하며, 각각의 감지 신호를 연산하여 스티어링 휠의 조향각을 산출할 수 있다. 즉, 메인 기어(100)와 1개의 서브 기어(200)와의 기어 결합 구조를 통해 스티어링 휠의 조향각을 산출할 수 있기 때문에, 종래 기술과 달리 기어 결합 구조가 최소화되므로 기어 접촉면에서 발생하는 백래쉬 등의 현상이 감소되어 조향각 산출값에 대한 오차가 감소되며, 이에 따라 더욱 정확한 조향각을 산출할 수 있다. 또한, 바코드(610)가 형성된 메인 디스크(600) 및 이를 감지하는 옵티컬 센서를 통해 메인 감지 신호를 생성할 수 있기 때문에, 자기장 발생 및 이에 따른 노이즈 발생을 최소화할 수 있어 더욱 정확하게 조향각을 산출할 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 서브 기어(200)에 결합된 서브 마그넷(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 서브 기어(200)의 중심부에 직경 방향으로 2극 착자되는 형태로 형성될 수 있는데, 이러한 서브 마그넷(210)의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하는 서브 감지 센서(400)는 서브 기어(200)의 외측에 서브 기어(200)와 인접하게 배치되는 1개의 AMR 센서(410)로 적용될 수 있다. 이러한 AMR 센서(410)는 서브 마그넷(210)의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하여 서브 감지 신호를 생성하는데, 서브 감지 신호는 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 위상차가 존재하는 2개의 자기 신호(α1,α2)로 생성되고, 이러한 2개의 자기 신호(α1,α2)가 연산부(500)로 인가되어 메인 감지 신호와 함께 연산되어 조향각이 산출된다.

한편, 서브 기어(200)에 결합된 서브 마그넷(210)은 도 3에 도시된 바와 같이 서브 기어(200)의 원주 방향을 따라 동일 간격으로 다극 착자되도록 링 형태로 형성될 수도 있는데, 이러한 서브 마그넷(210)의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하는 서브 감지 센서(400)는 서브 기어(200)와 인접한 위치에 서브 기어(200)의 원주 방향을 따라 배치되는 2개의 홀 센서(420,430)로 구성될 수 있다.

이때, 2개의 홀 센서(420,430)는 다극 착자되는 서브 마그넷(210)의 형상에 따라 배치 형태가 달라질 수 있는데, 360°를 서브 마그넷(210)의 다극 착자 개수로 나눈 각도의 1/2 각도만큼 중심 각도를 이루며 원주 방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 서브 마그넷(110)이 4극 착자되어 각각 90°각도 범위로 N극, S극 교대로 원주 방향을 따라 배치되는 경우, 2개의 홀 센서(420,430)는 360°를 다극 착자 개수인 4로 나눈 각도의 1/2 각도인 45°로 중심 각도를 이루며 원주 방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 2개의 홀 센서(420,430)는 서브 마그넷(210)의 자기장 변화를 감지하여 서브 감지 신호를 생성하는데, 서브 감지 신호는 전술한 1개의 AMR 센서와 동일한 형태로 위상차를 갖는 2개의 자기 신호(α1,α2)로 생성되고, 이러한 2개의 자기 신호(α1,α2)가 연산부(500)로 인가되어 메인 감지 신호와 함께 연산되어 조향각이 산출된다.

메인 기어(100)에 결합된 메인 디스크(600)에 형성된 바코드(610)는 메인 기어(100)의 1회전시 360°각도 단위로 메인 감지 센서(300)에 의해 검출되도록 형성될 수도 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 1회전시 360°를 정수로 나눈 각도 단위(X)로 메인 감지 센서(300)에 의해 반복적으로 검출되도록 형성되는 것이 좀 더 정밀한 측정을 위해 바람직하다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 360°를 5로 나누어 1회전시 72°각도 단위마다 반복적으로 검출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 바코드(610)에는 72°각도 단위마다 새로운 검출을 시작할 수 있는 별도의 마크(611)가 형성될 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법을 단계적으로 도시한 동작 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 주기 각도 및 서브 주기 각도의 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법은 매개 산출 단계(E1,E2)와, 연산 각도 산출 단계(E3)와, 절대 각도 산출 단계(E4)와, 조향각 출력 단계(E5,E6)을 포함하여 구성된다.

매개 산출 단계(E1,E2)에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 메인 디스크(600)의 바코드(610)가 360°를 정수로 나눈 각도 단위로 메인 감지 센서(300)에 의해 반복적으로 검출되는 경우를 예로 들어 설명하면, 먼저, 메인 기어(100)의 1회전시마다 바코드(610)의 변화가 메인 감지 센서(300)에 의해 주기적으로 검출되는 메인 주기 각도(X)를 산출한다(E1). 메인 주기 각도 X는 360/N으로 구할 수 있다. 즉, 메인 기어(100)의 1회전시마다 바코드(610)의 변화가 5회 반복적으로 검출되도록 구성하는 경우, 메인 주기 각도 X는 360/5로서 72°로 산출된다.

이와 같이 메인 주기 각도(X)가 산출되면, 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 산출한다(E2). 여기서, 제 1 및 제 2 서브 주기 각도는, 서브 기어(200)의 회전에 의한 서브 감지 센서(400)의 출력 파형 1주기에 해당하는 각도를 메인 주기 각도(X)로 환산한 값이다. 이러한 서브 주기 각도는 메인 주기 각도 X에 상수 k를 더하거나 빼는 값으로 표현할 수 있다. 이때, 제 1 서브 주기 각도(X+k)인 경우, 상수 k는 (Y/(X+k))+1≤(Y/X)를 만족하는 최소 정수로 설정되고, 제 2 서브 주기 각도(X-k)인 경우, 상수 k는 (Y/(X-k))-1≤(Y/X)를 만족하는 최대 정수로 설정되는 것이 바람직하다. 여기서 Y는 메인 기어(100)의 전체 회전 각도에 해당한다.

예를 들어, 메인 기어(100)의 전체 회전 각도가 1800°이고, 메인 기어(100)의 1회전시마다 검출 반복 횟수를 5로 하는 경우라면, 메인 주기 각도 X는 360/5로서 72°이고, 제 1 서브 주기 각도 X+k인데, 여기서 상수 k는 (1800/(72+k)+1)≤1800/72 를 만족하는 최소 정수이며, 이를 산출하면 3이 된다. 제 2 서브 주기 각도 X-k에서도 마찬가지로 산출하면, 제 2 서브 주기 각도에서 상수 k는 2가 된다.

제 1 서브 주기 각도 X+k 를 기준으로 설명하면, 메인 기어(100)는 메인 감지 센서(300)에 의해 72°각도마다 1주기의 출력 파형이 형성되고, 서브 기어(200)는 메인 기어(100)가 75°각도 회전할 때마다 1주기의 출력 파형이 형성된다. 즉, 메인 기어(100)가 75°각도 회전할 때마다 서브 기어(200)는 서브 감지 센서(400)에 의해 1주기의 출력 파형이 형성되도록 180°또는 360°회전한다. 예를 들어, 서브 감지 센서(400)가 AMR 센서인 경우에는, 메인 기어(100)가 75°회전할 때 서브 기어(200)가 180°회전하고, 서브 감지 센서(400)가 GMR 센서인 경우에는, 메인 기어(100)가 75°회전할 때 서브 기어(200)가 360°회전한다.

따라서, 메인 기어(100)의 전체 회전 각도 1800°각도 구간에서, 메인 감지 센서(300)는 메인 기어(100)의 72°회전 각도마다 25주기 출력 파형을 생성하고, 서브 감지 센서(400)는 메인 기어(100)의 75°회전 각도마다 24주기 출력 파형을 생성한다. 이러한 메인 주기 각도(X)와 제 1 서브 주기 각도(X+k)에 대한 반복 출력 파형이 도 5에 도시된다.

연산 각도 산출 단계(E3)에서는 전술한 메인 감지 센서(300) 및 서브 감지 센서(400)의 메인 감지 신호 및 서브 감지 신호가 연산부(500)로 인가되고, 연산부(500)는 별도의 수식에 의해 해당 신호를 연산 처리하고, 각각 메인 연산 각도(P1)와 서브 연산 각도(P2)를 산출한다.

절대 각도 산출 단계(E4)에서는 연산부(500)가 메인 주기 각도(X)를 이용하여 메인 연산 각도(P1)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 메인 절대 각도(C1)를 산출하고, 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 이용하여 서브 연산 각도(P2)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 서브 절대 각도(C2)를 각각 산출한다(E4).

이때, 다수개의 메인 절대 각도(C1) 및 다수개의 서브 절대 각도(C2)는 다음 수식에 의해 산출된다.

수식 1: 메인 절대 각도(C1) = P1+(X×(S-1)

여기서, S는 1≤S≤(Y/X)를 만족하는 정수

수식 2: 서브 절대 각도(C2)=P2+((X+k)×(T-1))

여기서, T는 1≤T≤(Y/(X+k))를 만족하는 정수

수식 2는 제 1 서브 주기 각도(X+k)를 이용하여 서브 절대 각도(C2)를 구하는 방식인데, 만약, 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 이용하여 서브 절대 각도(C2)를 구하는 경우라면, 수식 2는 아래와 같이 변경된다.

수식 2: 서브 절대 각도(C2)=P2+((X-k)×(T-1))

여기서, T는 1≤T≤(Y/(X-k))를 만족하는 정수

이와 같이 산출된 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)는 수식을 통해서도 알 수 있는 바와 같이 서로 쌍을 이루며 대응되게 산출되는데, 조향각 출력 단계(E5,E6)에서는 이와 같이 쌍을 이루는 다수개의 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2) 중 서로 차이가 가장 작은 한 쌍의 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)를 선택하고(E5), 선택된 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)의 평균값 또는 둘 중 어느 하나의 값을 조향각으로 출력한다(E6).

예를 들어 설명하면, 메인 감지 센서(300)와 서브 감지 센서(400)에 의해 출력 신호를 연산하여 각각 해당되는 메인 연산 각도(P1) 및 서브 연산 각도(P2)를 산출하고, 이러한 메인 연산 각도(P1)에 대해 설정될 수 있는 메인 절대 각도(C1)은 72°주기로 반복되며 다수개 설정되며, 서브 연산 각도(P2)에 대해 설정될 수 있는 서브 절대 각도(C2)는 75°주기로 반복되며 다수개 설정된다.

예를 들어, 메인 감지 센서(300)와 서브 감지 센서(400)에 의해 메인 연산 각도가 56°로 산출되고, 서브 연산 각도가 35°로 산출된 경우, 메인 절대 각도는 56, 128, 200, 272, 344, 416, 488, 560, 632.. 이와 같이 72°주기로 다수개 설정되고, 서브 절대 각도는 35, 110, 185, 260, 335, 410, 485, 560, 635.. 이와 가이 75°주기로 다수개 설정된다. 이때, 각각의 메인 절대 각도(C1)와 서브 절대 각도(C2)는 서로 쌍을 이루며 설정되고, 실제 조향 각도 지점에서 서로 동일한 값을 나타내거나 그 차이가 가장 작아지게 되며, 이 값이 메인 기어(100)의 최종 조향각을 나타내는 것이다. 위의 예시에서는 560°각도에서 서로 동일한 각도를 나타내게 되므로, 이 경우 조향각을 560°로 출력하게 된다.

이때, 서로 가장 차이가 작은 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)는 서로 동일한 값으로 나타날 수도 있지만, 기어의 오차 또는 센서 특성 등의 이유로 서로 미세한 차이를 나타낼 수 있기 때문에, 이 경우 메인 절대 각도(C1) 또는 서브 절대 각도(C2) 중 어느 하나의 값을 스티어링 휠에 대한 조향각으로 출력하거나 또는 이 값의 평균을 조향각으로 출력할 수 있다.

한편, 이상에서는 제 1 서브 주기 각도(X+k)를 이용하여 조향각을 산출하는 방식을 예로 들어 설명하였으나, 제 2 서브 주기 각도(X-k) 또한 마찬가지 방식으로 적용하여 조향각을 산출할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 메인 기어 200: 서브 기어
210: 서브 마그넷 300: 메인 감지 센서
400: 서브 감지 센서 500: 연산부
600: 메인 디스크 610: 바코드

Claims

차량의 스티어링 샤프트와 일체로 회전하도록 결합되는 메인 기어;
상기 메인 기어와 일체로 회전하도록 상기 메인 기어의 외주면 둘레를 따라 결합되고 일면에 바코드가 형성되는 메인 디스크;
상기 메인 기어에 맞물림되어 회전하는 서브 기어;
상기 서브 기어와 일체로 회전하도록 상기 서브 기어에 결합되는 서브 마그넷;
상기 메인 디스크의 회전에 따른 바코드 변화를 감지하여 메인 감지 신호를 생성하는 메인 감지 센서;
상기 서브 마그넷의 회전에 따른 자기장 변화를 감지하여 서브 감지 신호를 생성하는 서브 감지 센서; 및
상기 메인 감지 신호 및 서브 감지 신호를 인가받아 연산하여 조향각을 산출하는 연산부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 감지 센서는 상기 메인 디스크의 바코드를 감지할 수 있는 옵티컬 센서로 적용되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 바코드는 1회전시 360°각도 단위로 상기 메인 감지 센서에 의해 검출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 바코드는 1회전시 360°를 정수로 나눈 각도 단위로 상기 메인 감지 센서에 의해 반복적으로 검출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서브 마그넷은 상기 서브 기어의 중심부에 직경 방향을 따라 2극 착자되도록 형성되고, 상기 서브 감지 센서는 상기 서브 기어와 인접한 위치에 배치되는 AMR 센서로 적용되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서브 마그넷은 상기 서브 기어의 원주 방향을 따라 동일 간격으로 다극 착자되도록 링 형태로 형성되며, 상기 서브 감지 센서는 상기 서브 기어와 인접한 위치에 상기 서브 기어의 원주 방향을 따라 배치되는 2개의 홀 센서로 적용되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치.
제 4 항의 차량 조향각 감지 장치를 이용하여 조향각을 산출하는 방법으로서,
상기 메인 기어의 1회전시마다 상기 바코드의 변화가 상기 메인 감지 센서에 의해 주기적으로 검출되는 메인 주기 각도(X)를 산출하고, 상기 서브 기어의 회전에 의한 상기 서브 감지 센서의 출력 파형 1주기에 해당하는 각도를 상기 메인 주기 각도(X)로 환산한 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 산출하는 매개 산출 단계;
상기 메인 감지 센서 및 서브 감지 센서에 의해 감지되는 감지 신호를 각각 연산하여 메인 연산 각도(P1) 및 서브 연산 각도(P2)를 각각 산출하는 연산 각도 산출 단계;
상기 메인 주기 각도(X)를 이용하여 상기 메인 연산 각도(P1)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 메인 절대 각도(C1)를 산출하고, 상기 제 1 서브 주기 각도(X+k) 또는 제 2 서브 주기 각도(X-k)를 이용하여 상기 서브 연산 각도(P2)에 대해 설정될 수 있는 다수개의 서브 절대 각도(C2)를 각각 산출하는 절대 각도 산출 단계; 및
상기 절대 각도 산출 단계를 통해 각각 대응되게 산출되어 서로 쌍을 이루는 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2) 중 서로 차이가 가장 작은 한 쌍의 메인 절대 각도(C1) 및 서브 절대 각도(C2)의 평균값 또는 둘 중 어느 하나의 값을 조향각으로 출력하는 조향각 출력 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 메인 기어의 전체 회전 각도를 Y라 할 때, 상기 제 1 서브 주기 각도(X+k)의 상수 k는 (Y/(X+k))+1≤(Y/X)를 만족하는 최소 정수로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 메인 절대 각도(C1)는 수식 P1+(X×(S-1))(S는 1≤S≤(Y/X)를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출되고,
상기 서브 절대 각도(C2)는 수식 P2+((X+k)×(T-1))(T는 1≤T≤(Y/(X+k))를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 메인 기어의 전체 회전 각도를 Y라 할 때, 상기 제 2 서브 주기 각도(X-k)의 상수 k는 (Y/(X-k))-1≤(Y/X)를 만족하는 최대 정수로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 메인 절대 각도(C1)는 수식 P1+(X×(S-1))(S는 1≤S≤(Y/X)를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출되고,
상기 서브 절대 각도(C2)는 수식 P2+((X-k)×(T-1))(T는 1≤T≤(Y/(X-k))를 만족하는 정수)을 통해 다수개 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 조향각 감지 장치의 조향각 산출 방법.