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KR100539027B1 - 차량의 조향각 검출 장치 - Google Patents

차량의 조향각 검출 장치 Download PDF

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KR100539027B1
KR100539027B1 KR10-2002-0063791A KR20020063791A KR100539027B1 KR 100539027 B1 KR100539027 B1 KR 100539027B1 KR 20020063791 A KR20020063791 A KR 20020063791A KR 100539027 B1 KR100539027 B1 KR 100539027B1
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Abstract

본 발명은 기어와 자기저항센서로 구현되는 차량의 조향각 검출 장치의 전체적인 사이즈를 적게 할 수 있도록 한 차량의 조향각 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량의 조향각 검출 장치는 차량의 조향 샤프트에 축결합된 샤프트 기어, 샤프트 기어와 제1 기어비로 치결합되는 제 1 검출기어; 샤프트 기어와 제 2 기어비로 치결합되는 제 2 검출기어; 제 1 검출기어의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 1 영구자석; 제 1 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 1 자기저항센서; 제 2 검출기어의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 2 영구자석; 제 2 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 2 자기저항센서 및 제 1 및 제 2 자기저항센서로부터 제공된 검출 신호를 미리 정해진 프로그램에 의해 연산 처리하여 조향 샤프트의 회전 방향 및 회전각을 연산하는 연산/제어 수단을 포함하여 이루어진 차량의 조향각 검출 장치에 있어서, 샤프트 기어를 상층 기어와 하층 기어를 갖는 복층 기어로 구성하고; 제 1 검출기어와 제 2 검출기어를 각각 상층 기어와 하층 기어에 일부가 겹쳐지도록 치결합하며; 제 2 영구자석과 제 2 자기저항센서 사이의 간격을 제 1 영구자석과 제 1 자기저항센서의 간격과 동일하게 유지시키는 간격 유지구를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 조향각 검출 장치{detection apparatus for steering angle in vehicle}
본 발명은 차량의 조향각 검출 장치에 관한 것으로, 특히 자기저항센서를 사용하여 구현한 차량의 조향각 검출 장치에 관한 것이다.
회전체의 회전각을 검출할 수 있는 다양한 장치가 제안되어 있는 바, 이러한 회전각 검출 장치는, 예를 들어 차량의 조향각 검출 장치 등에 사용될 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 차량에서는 쇽업소버의 감쇠력 제어 등을 행함에 있어서 조향시의 롤 억제를 실행하기 위해 조향각 검출 장치를 채택하고 있는 바, 도 1은 종래의 차량의 조향각 검출 장치의 개략적인 평면도이고, 도 2는 종래의 차량의 조향각 검출 장치의 A-A 선을 절개하여 본 개략 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 차량의 조향각 검출 장치의 기구적인 구성은 장치가 수납되는 하우징(80), 차량의 조향 샤프트(40)에 축결합된 하나의 샤프트 기어(50), 샤프트 기어(50)의 적소에서 소정의 기어비로 치결합된 제 1 검출기어(52), 제 1 검출기어(52)의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 1 영구자석(56), 제 1 영구자석(56)의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 1 자기저항센서(20), 제 1 검출기어(52)와 동일 평면상에서 샤프트 기어(50)의 적소에 소정의 기어비로 치결합된 제 2 검출기어(58), 제 2 검출기어(58)의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 2 영구자석(60), 제 2 영구자석(60)의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 2 자기저항센서(30), 제 1 및 제2 자기저항센서(20),(30)를 지지하며 이외에도 검출 장치에 필요한 전기 회로들이 탑재된 인쇄회로기판(70) 및 상기 부품들이 내장되는 하우징(80)을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 샤프트 기어(50)와 제 1 검출기어(52) 및 제 2 검출기어(58)는 모두 평기어로 구현되고, 샤프트 기어(50)의 이빨수는 42개, 제 1 검출기어(52)의 이빨수는 28개, 제2 검출기어(58)의 이빨수는 26개로 구성되어 있어서, 샤프트 기어(50)와 제 1 검출기어(52) 사이의 기어비는 42/28이고, 샤프트 기어(50)와 제 2 검출기어(58) 사이의 기어비는 42/26이 된다. 한편, 조향 샤프트(40), 즉 샤프트 기어(50)가 회전함에 따라 제 1 검출기어(52)와 제 2 검출기어(58)의 축에 각각 설치된 영구자석(56),(60)이 제 1 검출기어(52) 및 제 2 검출기어(58)와 함께 회전함으로써 자계의 방향이 변화되는데, 제 1 및 제 2 자기저항센서(20),(30)는 이러한 변화에 대응하는 검출 신호를 출력하게 되고, 도시하지 않은 연산/제어부에서는 미리 정해진 프로그램에 따라 상기 검출 신호를 처리하여 조향각 및 방향을 산출해 내게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 차량의 조향각 검출 장치에서는 제 1 검출기어와 제 2 검출기어가 샤프트 기어에 동일 평면 상에서 치결합되어 있기 때문에 검출 장치의 전체적인 사이즈가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기어와 자기저항센서로 구현되는 차량의 조향각 검출 장치의 전체적인 사이즈를 적게 할 수 있도록 한 차량의 조향각 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치는 차량의 조향 샤프트에 축결합된 샤프트 기어, 샤프트 기어와 제1 기어비로 치결합되는 제 1 검출기어; 샤프트 기어와 제 2 기어비로 치결합되는 제 2 검출기어; 제 1 검출기어의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 1 영구자석; 제 1 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 1 자기저항센서; 제 2 검출기어의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 2 영구자석; 제 2 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 2 자기저항센서 및 제 1 및 제 2 자기저항센서로부터 제공된 검출 신호를 미리 정해진 프로그램에 의해 연산 처리하여 조향 샤프트의 회전 방향 및 회전각을 연산하는 연산/제어 수단을 포함하여 이루어진 차량의 조향각 검출 장치에 있어서, 샤프트 기어를 상층 기어와 하층 기어를 갖는 복층 기어로 구성하고; 제 1 검출기어와 제 2 검출기어를 각각 상층 기어와 하층 기어에 일부가 겹쳐지도록 치결합하며; 제 2 영구자석과 제 2 자기저항센서 사이의 간격을 제 1 영구자석과 제 1 자기저항센서의 간격과 동일하게 유지시키는 간격 유지구를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 조향각 검출 장치에 대해 상세하게 설명하는데, 이에 앞서 자기저항센서의 검출 원리에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향각 검출 장치에 사용되는 자기저항센서(Magneto Resistive sensor)의 검출 원리를 설명하기 위한 도이고, 도 4는 자기저항센서의 검출 출력 파형도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 45°만큼 틀어진 채로 배치된 2개의 자기저항 브릿지 소자(22),(24)를 갖는 자기저항센서(20)에 외부의 회전 자계(B)가 인가될 때 각 브릿지 소자(22),(24)의 출력단(U1),(U2)에서는 도 4에 도시한 바와 같이 주기가 180°이고 위상이 45°만큼 차이나는 2개의 정현파 신호(VU1),(VU2)가 얻어지게 된다. 이 때 각 정현파 신호(VU1),(VU2)의 진폭을 동일하게 하면, 아래의 수학식 1에 의해 외부 회전 자계(B)의 현재 각도(θ)를 산출할 수 있게 된다.
전술한, 자기저항센서로는 철과 니켈 합금의 일종인 퍼멀로이(등록상표임) 박막으로 제조된 이방성 자기저항센서(Anistropic Magneto Resistive sensor)가 양호하게 사용될 수 있다. 도 3에서, 부호 Vcc1과 Vcc2는 각각 브릿지 소자(22),(24)에 인가되는 전원 전압을 나타내고, +Vo1과 -Vo1은 각각 브릿지 소자(22)의 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 나타내며, +Vo2와 -Vo1은 각각 브릿지 소자(24)의 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치의 개략적인 사시도이고, 도 6은 도 5에서 하우징의 일부를 절개하여 본 개략 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치의 기구적인 구성은 장치가 수납되는 하우징(80'), 차량의 조향 샤프트(40)의 외측에 삽입되며 상·하 복층 구조로 된 샤프트 기어(50'), 샤프트 기어(50') 중에서 상층에 배치된 기어(이하, '상층 기어'라 한다)(50u)와 소정의 기어비로 치결합되는 제 1 검출기어(52'), 제 1 검출 기어(52')의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 1 영구자석(56), 제 1 영구자석(56)의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 1 자기저항센서(20), 평면에서 볼 때 제 1 검출기어(52')와 일부 겹쳐진 채로 샤프트 기어(50')의 하층에 배치된 기어(이하, '하층 기어'라 한다)(50l)와 소정의 기어비로 치결합된 제 2 검출기어(58'), 제 2 검출기어(58')의 축 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 제 2 영구자석(60), 제 2 영구자석(60)의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 2 자기저항센서(30), 제 1 및 제2 자기저항센서(20),(30)를 지지하며 이외에도 검출 장치에 필요한 전기 회로들이 탑재된 인쇄회로기판(70') 및 상기 부품들이 내장되는 하우징(80')을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 사프트 기어(50')와 제 1 검출기어(52') 및 제 2 검출기어(58')는 모두 평기어로 구현되고, 샤프트 기어(50')의 상층 기어(50u)와 하층 기어(50l)의 이빨수는 각각 39개와 42개로 하고, 제 1 검출기어(52')와 제 2 검출기어(58')의 이빨수를 모두 26개로 하면, 전술한 종래의 샤프트 기어(50)와 제 1 검출기어(52)의 기어비 및 샤프트 기어(50)와 제 2 검출기어(58)의 기어비가 그대로 유지되게 된다. 결과적으로, 제 1 자기저항센서(20)와 제 2 자기저항센서(30)의 출력값은 종래의 검출 장치와 동일하지만, 제 1 검출기어(52')와 제 2 검출기어(58')가 일부 겹쳐진 채로 샤프트 기어(50')의 상층 기어(50u) 및 하층 기어(50l)에 각각 치결합되기 때문에 제 1 및 제 2 검출기어(52'),(58')가 위치한 부분의 하우징(80')의 폭을 줄일 수 있게 된다. 즉, 검출 장치의 전체적인 크기를 감소시킬 수가 있게 된다. 도면에서 미설명 부호 54는 제 2 검출기어(58')가 샤프트 기어(50')의 하층 기어(50l)와 치결합되더라도 제2 자기저항센서(30)와 제2 영구자석(60) 사이를 소정의 간격, 즉 제 1 자기저항센서(20)와 제 1 영구자석(56) 사이의 간격과 같게 유지시키는 간격 유지구를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치에서, 제 1 및 제 2 검출기어의 검출각과 샤프트 기어의 회전각 사이의 관계를 보인 그래프이다. 먼저, 샤프트 기어(50')의 회전각을 ψ라 하고, 제 1 검출기어(52')의 회전각을 θ라 하며, 제 2 검출기어(58')의 회전각을 θ'라고 하자. 샤프트 기어(50')의 상위 기어(50u)의 이빨수(m)가 42, 하위 기어(50l)의 이빨수(m')가 39, 제 1 및 제 2 검출기어(52')의 이빨수(n)가 26이기 때문에 제 1 및 제 2 검출기어(52'),(58')의 검출각과 샤프트 기어(50')의 회전각 사이의 관계가 도 7에 도시한 그래프와 같이 되고, 이들 사이에는 아래의 식들이 성립하게 된다.
그리고, 위의 수학식 2에 의해 아래의 수학식 3이 성립하게 된다.
따라서, 샤프트 기어(50')의 회전각은 아래의 수학식 4와 같이 된다.
그리고, 전술한 수학식 4에서 θ>θ'인 경우에 Δθ= θ- θ'로 하여 ψ를 구하면 되고, 이와는 반대로 θ<θ'인 경우에 Δθ= θ- θ'+180°로 하여 ψ를 구하면 된다.
도 8은 제 1 및 제 2 검출기어의 검출 각도차와 샤프트 기어의 회전각 사이의 관계를 보인 그래프이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 검출기어(52'),(58')의 검출 각도차(Δθ)와 샤프트 기어(50')의 회전각(ψ) 사이의 관계는 선형으로 되기 때문에 제 1 및 제 2 자기저항센서(20),(30)의 아날로그 검출값을 디지털 데이터로 변환하여 위의 수학식 4에 직접 대입하거나 위의 수학식 4에 의해 작성된 검출 각도차(Δθ) 대 샤프트 기어 회전각(ψ) 변환 테이블에 대입하여 최종적으로 조향각과 방향을 검출할 수가 있다.
본 발명의 차량의 조향각 검출 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변환하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 전술한 실시예에서 와는 달리 샤프트 기어(50')의 상층 기어(50u)를 제 2 검출기어(58')와 치결합시키고, 샤프트 기어(50')의 하층 기어(50l)를 제 1 검출기어(52')와 치결합시킬 수도 있는데, 이 경우에는 그 이빨수를 적절하게 변경시키면 될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치에 따르면, 샤프트 기어를 복층으로 배치한 상태에서 여기에 제 1 및 제 2 검출기어를 겹쳐지도록 구성함으로써 장치의 사이즈를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 조향각 검출 장치의 개략적인 평면도,
도 2는 종래의 차량의 조향각 검출 장치의 A-A 선을 절개하여 본 개략 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 조향각 검출 장치에 사용되는 자기저항센서의 검출 원리를 설명하기 위한 도,
도 4는 자기저항센서의 검출 출력 파형도,
도 5는 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치의 개략적인 사시도,
도 6은 도 5에서 하우징의 일부를 절개하여 본 개략 단면도,
도 7은 본 발명의 차량의 조향각 검출 장치에서 제 1 및 제 2 검출기어의 검출각과 샤프트 기어의 회전각 사이의 관계를 보인 그래프,
도 8은 제 1 및 제 2 검출기어의 검출 각도차와 샤프트 기어의 회전각 사이의 관계를 보인 그래프이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
20, 30: 자기저항센서,
40: 조향 샤프트, 50: 샤프트 기어,
50u: 상층 기어, 50l: 하층 기어,
52, 52': 제 1 검출기어, 54: 간격 유지구,
56, 60: 영구자석, 58, 58': 제 2 검출기어,
70, 70': 인쇄회로기판, 80, 80': 하우징

Claims (1)

  1. 차량의 조향 샤프트에 축결합된 샤프트 기어, 샤프트 기어와 제1 기어비로 치결합되는 제 1 검출기어; 샤프트 기어와 제 2 기어비로 치결합되는 제 2 검출기어; 제 1 검출기어의 중심축선 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 단일의 제 1 영구자석; 제 1 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 1 자기저항센서; 제 2 검출기어의 중심축선 상에 설치되어 회전 자계를 발생시키는 단일의 제 2 영구자석; 제 2 영구자석의 상부에 근접 설치되어 상기 회전 자계의 회전각을 검출하는 제 2 자기저항센서 및 제 1 및 제 2 자기저항센서로부터 제공된 검출 신호를 미리 정해진 프로그램에 의해 연산 처리하여 조향 샤프트의 회전 방향 및 회전각을 연산하는 연산/제어 수단을 포함하여 이루어진 차량의 조향각 검출 장치에 있어서,
    샤프트 기어를 상층 기어와 하층 기어를 갖는 복층 기어로 구성하고;
    제 1 검출기어와 제 2 검출기어를 각각 상층 기어와 하층 기어에 치결합하되 제 1 검출기어가 제 2 검출기어의 상부에서 제 2 검출기어의 중심축을 덮지 않는 범위 내에서 제 2 검출기어에 겹쳐져서 배치되며;
    제 2 영구자석과 제 2 자기저항센서 사이의 간격을 제 1 영구자석과 제 1 자기저항센서의 간격과 동일하게 유지시키는 간격 유지구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 차량의 조향각 검출 장치.
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