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KR102032463B1 - Apparatus for measuring steering angle of vehicle - Google Patents

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Publication number
KR102032463B1
KR102032463B1 KR1020180028942A KR20180028942A KR102032463B1 KR 102032463 B1 KR102032463 B1 KR 102032463B1 KR 1020180028942 A KR1020180028942 A KR 1020180028942A KR 20180028942 A KR20180028942 A KR 20180028942A KR 102032463 B1 KR102032463 B1 KR 102032463B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steering angle
sensor
hall
value
magnet
Prior art date
Application number
KR1020180028942A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190056272A (en
Inventor
윤상원
오예균
차현준
한호범
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Publication of KR20190056272A publication Critical patent/KR20190056272A/en
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Publication of KR102032463B1 publication Critical patent/KR102032463B1/en

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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021Determination of steering angle
    • B62D15/0215Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

샤프트 축과 동축으로 배열(on-axis)되어 차량의 조향각을 측정하는 조향각 측정 장치가 개시된다. 개시된 조향각 측정 장치는 샤프트의 일단에 위치하는 자석; 상기 자석으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 복수의 홀센서; 및 상기 홀센서의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산하는 데이터 처리부를 포함한다.Disclosed is a steering angle measuring device arranged on-axis with a shaft axis to measure a steering angle of a vehicle. The disclosed steering angle measuring device includes a magnet located at one end of a shaft; A plurality of Hall sensors spaced apart from the magnet by a predetermined distance; And a data processor configured to calculate a steering angle using the sensing value of the hall sensor.

Description

차량의 조향각 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING STEERING ANGLE OF VEHICLE}Steering angle measuring device of vehicle {APPARATUS FOR MEASURING STEERING ANGLE OF VEHICLE}

본 발명은 조향각 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤프트 축과 동축으로 배열(on-axis)되어 차량의 조향각을 측정하는 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering angle measuring device, and more particularly, to an apparatus for measuring a steering angle of a vehicle by being coaxial with the shaft axis.

차량의 조향각 측정 장치는, 스티어링 휠(steering wheel)의 조향각을 실시간으로 측정하며, 일반적으로 스티어링 휠의 회전축인 샤프트의 회전을 감지함으로써 조향각을 측정한다.The steering angle measuring apparatus of a vehicle measures a steering angle of a steering wheel in real time and measures the steering angle by detecting a rotation of a shaft, which is generally a rotation axis of the steering wheel.

일예로서, 샤프트에 링 형태로 결합되는 자석과, 자석으로부터 이격되어 위치하는 자기 센서를 이용하여 조향각을 측정한다. 이와 같은 방식을 비동축(off-axis) 배열 방식이라 한다. 또는 엔코더와 같은 광학 센서를 이용하여 광학적 방식으로 조향각을 측정하기도 한다.As an example, the steering angle is measured by using a magnet coupled to the shaft in a ring shape and a magnetic sensor spaced apart from the magnet. Such a method is called an off-axis array method. Alternatively, the steering angle may be measured in an optical manner using an optical sensor such as an encoder.

광학적 방식은 밀실이 필요하며 외부의 빛에 노출되기 쉬운 차량의 특성 상 에러가 발생할 확률이 높다. 이에 따라 보상 로직이 반드시 필요하다. 또한 엔코더는 회전 방향에 대한 정보를 얻을 수 없기에 추가적인 센서가 필요하다. The optical method requires a closed room and there is a high probability of error due to the characteristics of the vehicle that are easily exposed to external light. As such, compensation logic is essential. In addition, encoders cannot obtain information about the direction of rotation, so additional sensors are needed.

그리고 회전축에서 이격하여 자기 센서를 배치하는 비동축 배열 방식은 회전축의 움직임을 방해하지 않으며 큰 자기 변화를 얻을 수 있으나, 이격거리 때문에 소형화에 한계가 있다. The non-coaxial arrangement in which the magnetic sensor is spaced apart from the rotating shaft does not interfere with the movement of the rotating shaft and can obtain a large magnetic change. However, there is a limitation in miniaturization due to the separation distance.

이에 따라 최근에는, 조향각 측정을 위한 구성 요소들을 회전축인 샤프트의 중심 축과 동축 상에 배열(on-axis)시켜 조향각을 측정하는 연구들이 진행되고 있으며, 관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2012-0070161호가 있다.Accordingly, in recent years, studies have been conducted to measure steering angle by arranging components for steering angle measurement coaxially with a central axis of a shaft, which is a rotational axis, and as related related arts, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0070161 There is an arc.

또한 외부 자기장에 의해 자기장을 이용하는 자기 센서의 측정값이 부정확해질 수 있는 문제를 해결하기 위해 외부 자기장에 의한 자기 외란(magnetic disturbance)에 기반하여 센서의 측정값을 보정하는 연구들도 진행되고 있다. 관련 선행문헌으로 비특허 문헌인 “9축 관성/자기센서를 이용한 자기교란 및 자세 추정용 병렬 칼만필터, 이정근, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 40, No. 7, pp. 659~666, 2016가 있다.Further, in order to solve the problem that the measurement value of the magnetic sensor using the magnetic field may be inaccurate by an external magnetic field, studies are being conducted to correct the measurement value of the sensor based on magnetic disturbance caused by the external magnetic field. As a related prior document, a parallel Kalman filter for magnetic disturbance and posture estimation using a non-patent document “9-axis inertial / magnetic sensor, Lee, Jung-Keun, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 40, no. 7, pp. 659-666, 2016.

본 발명은 샤프트 축과 동축으로 배열되어 조향각을 측정할 수 있는 조향각 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a steering angle measuring device that can be arranged coaxially with the shaft axis to measure the steering angle.

또한 본 발명은 외부의 자기 외란을 보정하여 조향각을 측정할 수 있는 조향각 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.In another aspect, the present invention is to provide a steering angle measuring device that can measure the steering angle by correcting the external magnetic disturbance.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 샤프트의 일단에 위치하는 자석; 상기 자석으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 복수의 홀센서; 및 상기 홀센서의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산하는 데이터 처리부를 포함하는 조향각 측정 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a magnet located at one end of the shaft; A plurality of Hall sensors spaced apart from the magnet by a predetermined distance; And a data processing unit configured to calculate a steering angle using the sensing value of the hall sensor.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 샤프트의 일단에 결합되며 관성 센서를 포함하는 하우징; 상기 하우징의 일면에 결합된 자석; 상기 자석으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 복수의 홀센서; 및 상기 홀센서 및 상기 관성 센서의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산하는 데이터 처리부를 포함하는 조향각 측정 장치가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a housing coupled to one end of the shaft and including an inertial sensor; A magnet coupled to one surface of the housing; A plurality of Hall sensors spaced apart from the magnet by a predetermined distance; And a data processor configured to calculate a steering angle by using the sensing values of the hall sensor and the inertial sensor.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 샤프트의 일단에 결합되는 관성 센서; 상기 관성 센서와 상기 샤프트의 일단 사이에 위치하는 자석; 상기 자석으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 복수의 홀센서; 및 상기 홀센서 및 상기 관성 센서의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산하는 데이터 처리부를 포함하는 조향각 측정 장치가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, an inertial sensor coupled to one end of the shaft; A magnet located between the inertial sensor and one end of the shaft; A plurality of Hall sensors spaced apart from the magnet by a predetermined distance; And a data processor configured to calculate a steering angle by using the sensing values of the hall sensor and the inertial sensor.

본 발명에 따르면, 동축 배열 방식으로 자석과 홀센서를 배치함으로써 소형화된 조향각 측정 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 홀센서를 이용하여 홀센서 자체의 잡음을 제거함으로써 측정된 조향각의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a miniaturized steering angle measuring device by disposing a magnet and a hall sensor in a coaxial arrangement method, and to remove the noise of the hall sensor itself using a plurality of Hall sensors to improve the accuracy of the measured steering angle. Can be improved.

또한 본 발명에 따르면, 홀센서를 이용하여 조향각을 측정할 때, 외부 자기장에 의한 자기 외란을 반영함으로써, 조향각 측정의 정확도가 향상될 수 있다.In addition, according to the present invention, when measuring the steering angle using the Hall sensor, by reflecting the magnetic disturbance caused by the external magnetic field, the accuracy of the steering angle measurement can be improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 홀센서의 센싱값과, 센싱값으로부터 생성된 차동 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 측정 장치의 최대 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자기 외란 보정에 따른 조향각 측정치의 안정화를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a steering angle measuring device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a sensing value of a hall sensor and a differential signal generated from the sensing value.
3 is a view for explaining a steering angle measuring device according to another embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the maximum error of the steering angle measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for describing stabilization of a steering angle measurement value according to a magnetic disturbance correction.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 측정 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 홀센서의 센싱값과, 센싱값으로부터 생성된 차동 신호를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a steering angle measuring device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a differential value generated from the sensing value and the sensing value of the Hall sensor.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 조향각 측정 장치는 자석(110), 복수의 홀센서(121 내지 124) 및 데이터 처리부(130)를 포함한다. 또는 실시예에 따라서, 홀센서 대신 다른 종류의 자기 센서가 이용될 수 있으며, AMR 센서, GMR 센서 등이 이용될 수도 있다.Referring to FIG. 1, the steering angle measuring apparatus according to the present invention includes a magnet 110, a plurality of hall sensors 121 to 124, and a data processor 130. Alternatively, another type of magnetic sensor may be used instead of the hall sensor, and an AMR sensor, a GMR sensor, or the like may be used.

자석(110)은 스티어링 휠의 회전축인 샤프트(140)의 일단에 위치하며, 샤프트(140)의 일단에 결합된다. 자석(110)은 하우징에 포함되어 샤프트(140)에 결합되거나 또는 외부로 노출되어 샤프트(140)에 결합될 수 있다. 또한 자석(110)은 예를 들어, 납작한 원형의 형상일 수 있으며, 도 1에서는 샤프트(140)의 직경보다 큰 직경의 자석(110)이 도시되나, 자석의 직경은 실시예에 따라서 달라질 수 있다.The magnet 110 is located at one end of the shaft 140, which is a rotation axis of the steering wheel, and is coupled to one end of the shaft 140. The magnet 110 may be included in the housing and coupled to the shaft 140 or exposed to the outside and coupled to the shaft 140. In addition, the magnet 110 may be, for example, a flat circular shape. In FIG. 1, a magnet 110 having a diameter larger than the diameter of the shaft 140 is illustrated, but the diameter of the magnet may vary depending on the embodiment. .

그리고 복수의 홀 센서(121 내지 124)는 자석(110)으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치된다. 홀센서의 개수는 실시예에 따라 다양하게 결정될 수 있으며, 도 1에서는 4개의 홀센서(121 내지 124)가 이용되는 실시예가 설명된다. 특히 본 발명에 따른 조향각 측정 장치는, 단일의 홀센서가 아닌 복수의 홀센서를 이용함으로써, 후술되지만 홀센서 자체의 잡음을 제거할 수 있다.The hall sensors 121 to 124 are spaced apart from the magnet 110 by a predetermined distance. The number of Hall sensors may be variously determined according to an embodiment. In FIG. 1, an embodiment in which four Hall sensors 121 to 124 are used will be described. In particular, the steering angle measuring device according to the present invention, by using a plurality of hall sensors instead of a single hall sensor, can be removed later, but the noise of the hall sensor itself.

홀센서(121 내지 124)는 기판(150) 상에 배치될 수 있으며, 홀센서 각각의 일부 또는 전부가 자석(110)의 직경 내에 포함되도록 4개의 사분면 각각에 배치될 수 있다. The Hall sensors 121 to 124 may be disposed on the substrate 150, and may be disposed in each of the four quadrants such that some or all of the Hall sensors are included in the diameter of the magnet 110.

이 때, 홀센서(121 내지 124)는 샤프트(140)의 중심축(160) 그리고 중심축(160)이 지나는 사분면의 중심(151)으로부터 모두 동일한 거리만큼 떨어져 대칭되도록 사분면에 배치될 수 있다. 또한 자석(110) 역시, 자석의 중심축이 샤프트(140)의 중심축(160)에 대응되도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 조향각 측정 장치는 자석(110) 및 복수의 홀센서들(121 내지 124)이 회전축인 샤프트(140)의 중심축(160)과 동축 상에 배치된다. In this case, the hall sensors 121 to 124 may be disposed in the quadrant so as to be symmetrical apart from the center axis 160 of the shaft 140 and the center 151 of the quadrant through which the center axis 160 passes. In addition, the magnet 110 may also be disposed such that the central axis of the magnet corresponds to the central axis 160 of the shaft 140. In other words, in the steering angle measuring device according to the present invention, the magnet 110 and the plurality of Hall sensors 121 to 124 are disposed coaxially with the central axis 160 of the shaft 140 that is the rotation axis.

데이터 처리부는 홀센서(121 내지 124)의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산하며, 도면에 도시되지는 않았지만 기판(150) 상에 배치될 수 있다.The data processor calculates a steering angle by using the sensing values of the hall sensors 121 to 124 and may be disposed on the substrate 150 although not shown in the drawing.

보다 구체적으로 데이터 처리부는 홀센서 자체의 공통 잡음(common noise)을 제거하기 위해, 홀센서 센싱값의 차동 신호를 이용하여 조향각을 계산할 수 있다. 일실시예로서, 데이터 처리부는 [수학식 1]과 같이, 제1 및 제2사분면에 배치된 홀센서(121, 122)의 센싱값(VHS1, VHS2)의 합에서, 제3 및 제4사분면에 배치된 홀센서(123, 124)의 센싱값(VHS3, VHS4)을 차감한 신호인 제1신호(Signal 1)와 제1 및 제4사분면에 배치된 홀센서(121, 124)의 센싱값(VHS1, VHS4)의 합에서, 제2 및 제3사분면에 배치된 홀센서(122, 123)의 센싱값(VHS2, VHS3)을 차감한 신호인 제2신호(Signal 2)를 이용해 조향각을 계산할 수 있다. 홀센서의 개수나 배치에 따라서, 차동 신호는 다양한 방법으로 계산될 수 있다.More specifically, the data processor may calculate the steering angle by using a differential signal of the hall sensor sensing value in order to remove common noise of the hall sensor itself. In one embodiment, the data processing unit, as shown in [Equation 1], in the sum of the sensing values (V HS1 , V HS2 ) of the Hall sensors 121, 122 disposed in the first and second quadrants, The first signal Signal 1, which is a signal obtained by subtracting the sensing values V HS3 and V HS4 of the hall sensors 123 and 124 disposed in the four quadrants, and the hall sensors 121 and 124 disposed in the first and fourth quadrants. The second signal (S) which is a signal obtained by subtracting the sensing values V HS2 and V HS3 of the Hall sensors 122 and 123 disposed in the second and third quadrants from the sum of the sensing values V HS1 and V HS4 . The steering angle can be calculated using Signal 2). Depending on the number or arrangement of Hall sensors, the differential signal can be calculated in various ways.

Figure 112018024896316-pat00001
Figure 112018024896316-pat00001

도 2를 참조하면, 자석의 회전각 즉, 조향각(x축)에 따라서 홀센서의 센싱값(y축)은 정현파의 파형으로 출력되며, 제1 및 제2신호는 90도의 위상차이를 나타내는 정현파의 파형을 나타낸다. 결국, 제1 및 제2신호는 사인 함수와 코사인 함수의 출력값에 대응되며, 따라서 데이터 처리부는 [수학식 2]와 같이 아크탄젠트 함수를 이용해 조향각(θ)을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 2, the sensing value (y-axis) of the hall sensor is output as a sinusoidal waveform according to the rotation angle of the magnet, that is, the steering angle (x-axis), and the first and second signals are sinusoids representing a phase difference of 90 degrees. Indicates the waveform. As a result, the first and second signals correspond to the output values of the sine function and the cosine function, and thus the data processor may calculate the steering angle θ by using the arc tangent function as shown in [Equation 2].

Figure 112018024896316-pat00002
Figure 112018024896316-pat00002

예컨대, 스티어링 휠의 회전에 따라서 계산된 특정 시점에서의 제1신호값이 -2이고, 제2신호값이 2인 경우, 데이터 처리부는 이러한 특정 시점에서의 조향각이 135도라고 계산할 수 있다.For example, when the first signal value at a specific time point calculated by the rotation of the steering wheel is -2 and the second signal value is 2, the data processor may calculate that the steering angle at this specific time point is 135 degrees.

[수학식 2]를 이용하기 위해, 서로 90도의 위상차이가 발생하는 홀센서의 센싱값들에 대한 합산과 뺄셈을 조합하여, 잡음이 제거되면서 90도의 위상차이를 나타내는 차동 신호를 생성할 수 있다.In order to use Equation 2, a sum and subtraction of sensing values of Hall sensors having a phase difference of 90 degrees can be combined to generate a differential signal representing a phase difference of 90 degrees while noise is removed. .

결국, 본 발명에 따르면, 동축 배열 방식으로 자석과 홀센서를 배치함으로써 소형화된 조향각 측정 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 홀센서를 이용하여 홀센서 자체의 잡음을 제거함으로써 측정된 조향각의 정확도를 향상시킬 수 있다.As a result, according to the present invention, it is possible to provide a miniaturized steering angle measuring device by disposing a magnet and a hall sensor in a coaxial arrangement, and to remove the noise of the hall sensor itself by using a plurality of Hall sensors. Can improve the accuracy.

한편, 전술된 바와 같이, 홀센서(121 내지 124)와 자석(110)은 서로 이격되어 배치되는데, 자석(110)과 홀센서(121 내지 124) 사이의 거리에 따라서 센싱값의 정확도가 떨어질 수 있다.On the other hand, as described above, the Hall sensors 121 to 124 and the magnets 110 are spaced apart from each other, the accuracy of the sensing value may decrease depending on the distance between the magnet 110 and the Hall sensors 121 to 124. have.

예컨대, 자석의 자력 세기가 클 경우, 자석(110)과 홀센서(121 내지 124) 사이의 거리가 증가되더라도, 홀센서가 자기장의 변화를 용이하게 감지할 수 있다. 또는 홀센서의 측정 범위가 넓지 않음에도 불구하고, 자석의 자력 세기가 너무 강한 경우 홀센서의 센싱값이 포화(saturation)될 수 있다. 또는 홀센서의 민감도가 좋지 않음에도 불구하고, 자석(110)과 홀센서(121 내지 124) 사이의 거리가 지나치게 멀거나 자석의 자력 세기가 작은 경우, 잡음에 의해 홀센서의 센싱값이 부정확해질 수 있다.For example, when the magnetic strength of the magnet is large, even if the distance between the magnet 110 and the Hall sensors 121 to 124 is increased, the Hall sensor can easily detect the change in the magnetic field. Alternatively, even though the measurement range of the Hall sensor is not wide, the sensing value of the Hall sensor may be saturated when the magnetic force of the magnet is too strong. Alternatively, even if the sensitivity of the Hall sensor is not good, when the distance between the magnet 110 and the Hall sensors 121 to 124 is too long or the magnetic strength of the magnet is small, the sensing value of the Hall sensor may become inaccurate due to noise. Can be.

따라서, 자석(110)과 홀센서(121 내지 124) 사이의 거리는 자석(110)의 자력 세기, 홀센서의 민감도 및 측정 범위 중 적어도 하나에 따라서 결정될 수 있다.Therefore, the distance between the magnet 110 and the Hall sensors 121 to 124 may be determined according to at least one of the magnetic strength of the magnet 110, the sensitivity of the Hall sensor, and the measurement range.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향각 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a steering angle measuring device according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 조향각 측정 장치는 도 2에서 설명된 조향각 측정 장치와 비교하여 하우징(370)을 더 포함하며, 실시예에 따라서 차폐부(380)를 더 포함할 수 있다.The steering angle measuring device illustrated in FIG. 3 further includes a housing 370 as compared to the steering angle measuring device described in FIG. 2, and may further include a shield 380 according to an exemplary embodiment.

하우징(370)은 샤프트(140)의 일단에 결합되며, 관성 센서를 포함한다. 하우징(370)은 관성 센서로서 가속도 센서, 자이로 센서 및 자기 센서를 포함할 수 있다. 데이터 처리부는 관성 센서의 센싱값으로부터 자석(110) 및 외부 자기장에 의한 자기 외란값을 계산하여 조향각 계산에 반영할 수 있다.The housing 370 is coupled to one end of the shaft 140 and includes an inertial sensor. The housing 370 may include an acceleration sensor, a gyro sensor, and a magnetic sensor as an inertial sensor. The data processor may calculate the magnetic disturbance value of the magnet 110 and the external magnetic field from the sensing value of the inertial sensor and reflect the calculated magnetic disturbance value in the steering angle calculation.

본 발명에 따른 조향각 측정 장치는 홀센서에 기반하기 때문에, 자기 외란(magnetic disturbance)에 의해 조향각에 오차가 발생할 수 있으므로, 자기 외란을 조향각에 반영하기 위해 관성 센서를 이용한다.Since the steering angle measuring apparatus according to the present invention is based on a hall sensor, an error may occur in the steering angle due to magnetic disturbance, and thus an inertial sensor is used to reflect the magnetic disturbance in the steering angle.

데이터 처리부는 홀센서 및 관성 센서의 센싱값을 이용하여 조향각을 계산한다. 전술된 바와 같이 데이터 처리부는 홀센서의 센싱값으로부터 제1 및 제2신호를 생성하여 조향각을 계산하는데, 주변 자기장에 의한 자기 외란값을 홀센서의 센싱값에 반영하여, 제1 및 제2신호를 생성한다. 그리고 자기 외란값은 관성 센서의 센싱값으로부터 생성될 수 있다.The data processor calculates the steering angle by using the sensing values of the Hall sensor and the inertial sensor. As described above, the data processing unit calculates the steering angle by generating the first and second signals from the sensing values of the hall sensor, and reflects the magnetic disturbance value caused by the surrounding magnetic field to the sensing value of the hall sensor, thereby the first and second signals. Create And the magnetic disturbance value may be generated from the sensing value of the inertial sensor.

데이터 처리부는 칼만 필터를 이용하여 자기 외란값을 계산할 수 있으며, 일실시예로서 자이로 센서 및 가속도 센서의 센싱값을 이용하여 관성 센서에 대한 자세 행렬 중, X축(roll)에 대한 자세 행렬을 계산하며, 자이로 센서 및 자기 센서의 센싱 값을 이용하여 관성 센서에 대한 자세 행렬 중, Z축(yaw)에 대한 자세 행렬과 자기 외란값을 계산한다. 후술되지만 자세 행렬은 자기 외란값에 대한 좌표계를 변경하기 위해 이용될 수 있다.The data processor may calculate a magnetic disturbance value using a Kalman filter, and as an example, calculates an attitude matrix of an X-axis (roll) of the attitude matrix of the inertial sensor using the sensing values of the gyro sensor and the acceleration sensor. The attitude matrix and the magnetic disturbance value of the Z-axis are calculated among the attitude matrices for the inertial sensor using the gyro sensor and the sensing values of the magnetic sensor. As will be described below, the attitude matrix can be used to change the coordinate system for the self disturbance value.

본 발명은 자기 외란값을 측정된 조향각에 반영하는 것에 특징이 있는 것이고, 자기 외란값을 계산하는 방법에 특징이 있는 것이 아니며, 자기 외란값을 계산하는 방법은 전술된 선행기술 등에도 개시되어 있으므로, 자기 외란값을 계산하는 자세한 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.The present invention is characterized by reflecting the magnetic disturbance value to the measured steering angle, and is not characteristic of the method of calculating the magnetic disturbance value, and the method of calculating the magnetic disturbance value is disclosed in the above-described prior art and the like. Therefore, the description of the detailed method of calculating the magnetic disturbance value will be omitted.

이와 같이 계산된 자기 외란값은 양수 또는 음수를 나타낼 수 있는데, 데이터 처리부는 자기 외란값이 양수인 경우, 자기 외란값이 합산된 홀센서의 센싱값을 이용하여 제1 및 제2신호를 생성하며, 자기 외란값이 음수인 경우에는, 자기 외란값이 차감된된 홀센서의 센싱값을 이용하여 제1 및 제2신호를 생성할 수 있다.The calculated magnetic disturbance value may represent a positive or negative number. When the magnetic disturbance value is a positive value, the data processing unit generates the first and second signals by using the sensing values of the Hall sensor to which the magnetic disturbance value is added. When the magnetic disturbance value is negative, the first and second signals may be generated using the sensing value of the hall sensor from which the magnetic disturbance value is subtracted.

이 때, 홀센서의 센싱값은 전압값이며, 자기 외란값은 자속밀도(테슬라, T)를 나타내므로, 홀센서별 민감도값(mT/volt)를 전압값에 곱하여, 자기 외란값을 홀센서의 센싱값에 반영할 수 있다.At this time, the sensing value of the Hall sensor is a voltage value, and the magnetic disturbance value represents the magnetic flux density (Tesla, T). Therefore, the magnetic disturbance value is multiplied by the voltage value by multiplying the sensitivity value (mT / volt) for each Hall sensor. This can be reflected in the sensing value of.

또한 전술된 자기 외란값은 센서 좌표계에서 관찰된 값이기 때문에, 절대 좌표계에 대한 자기 외란값으로 보정할 필요가 있으며, 전술된 자세 벡터를 통해 절대 좌표계에 대한 자기 외란값이 계산될 수 있다. X축에 대한 자세 행렬과, Z축에 대한 자세 행렬로부터 Y축에 대한 자세 행렬이 계산될 수 있으며, 최종적인 자세 벡터로부터 절대 좌표계에 대한 자기 외란값이 계산될 수 있다.In addition, since the above-described magnetic disturbance value is a value observed in the sensor coordinate system, it is necessary to correct the magnetic disturbance value with respect to the absolute coordinate system, and the magnetic disturbance value with respect to the absolute coordinate system may be calculated through the aforementioned attitude vector. An attitude matrix on the X axis and an attitude matrix on the Y axis may be calculated from the attitude matrix on the Z axis, and a magnetic disturbance value on the absolute coordinate system may be calculated from the final attitude vector.

차폐부(390)는 자석과 관성 센서 사이에 위치하며, 자력을 차단할 수 있는 물질로 이루어져 관성 센서에 대한 자석의 영향을 감소시킨다. The shield 390 is positioned between the magnet and the inertial sensor and is made of a material capable of blocking magnetic force to reduce the influence of the magnet on the inertial sensor.

한편, 자석(110)은 하우징(370)의 일면에 결합된다. 실시예에 따라서 관성 센서는 하우징없이 샤프트(140)의 일단에 결합될 수 있으며, 샤프트(140)의 일단에 형성된 홈에 삽입되는 형태로 샤프트와 결합될 수 있다. 이 때 자석(110)은 샤프트의 일단에 위치할 수 있으며, 관성 센서는 자석과 샤프트 사이에 위치할 수 있다.On the other hand, the magnet 110 is coupled to one surface of the housing 370. According to an embodiment, the inertial sensor may be coupled to one end of the shaft 140 without a housing, and may be coupled to the shaft in a form of being inserted into a groove formed at one end of the shaft 140. At this time, the magnet 110 may be located at one end of the shaft, the inertial sensor may be located between the magnet and the shaft.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조향각 측정 장치의 최대 오차를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 자기 외란 보정에 따른 조향각 측정치의 안정화를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the maximum error of the steering angle measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view for explaining the stabilization of the steering angle measurement value according to the magnetic disturbance correction.

도 4를 참조하면, 실제 조향각(True)과 본 발명에 의해 계산된 조향각(Measure)의 최대 차이가 0.5도 정도임을 알 수 있다. 현재 상용화된 조향각 측정 장치의 최대 오차가 1.8도에서 2.5도인 것과 비교하면, 본 발명에 따른 조향각 측정 장치의 정확도가 매우 높은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the maximum difference between the actual steering angle True and the steering angle calculated by the present invention is about 0.5 degrees. Comparing the maximum error of the current commercial steering angle measuring device is 1.8 degrees to 2.5 degrees, it can be seen that the accuracy of the steering angle measuring device according to the present invention is very high.

또한 도 5를 참조하면, 자기 외란을 보정한 경우(with compensation)의 조향각 측정값이 그렇지 않은 경우(without compensation)와 비교하여 실제 조향각(truth)과 차이가 적으면서 실제 조향각으로 빠르게 수렴함을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 자기 외란을 보정함으로써 조향각 측정치의 정확도가 향상될 뿐만 아니라 훨씬 빠르게 안정화됨을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 5, it is understood that the steering angle measurement value when the magnetic disturbance is compensated (with compensation) converges quickly to the actual steering angle while having a small difference from the actual steering angle (truth) compared with the case where the compensation is not performed (without compensation). Can be. According to the present invention, it can be seen that the correction of the magnetic disturbance not only improves the accuracy of the steering angle measurement but also stabilizes much faster.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. .

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 주변 자기장에 의한 자기 외란값을 측정하기 위한 관성 센서를 포함하며, 스티어링 휠의 회전축인 샤프트의 일단에 결합되는 하우징;
상기 하우징의 일면에 결합된 자석;
상기 하우징에 포함되며, 상기 자석과 상기 관성 센서 사이에 위치하는 차폐부;
상기 자석으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 복수의 홀센서; 및
상기 홀센서 및 상기 관성 센서의 센싱값을 이용하여 조향각(θ)을 계산하는 데이터 처리부를 포함하며,
상기 데이터 처리부는, 상기 홀센서의 공통 잡음을 제거하기 위해, 상기 홀센서의 센싱값으로부터 생성된 제1 및 제2신호를 하기 수학식에 적용하여 상기 조향각을 계산하며,
상기 제1신호(Signal 1)는, 제1 및 제2사분면에 배치된 홀센서의 센싱값의 합에서, 제3 및 제4사분면에 배치된 홀센서의 센싱값을 차감한 신호이며,
상기 제2신호(Signal 2)는, 상기 제1 및 제4사분면에 배치된 홀센서의 센싱값의 합에서, 상기 제2 및 제3사분면에 배치된 홀센서의 센싱값을 차감한 신호인,
차량의 조향각 측정 장치.
[수학식]
Figure 112019503790749-pat00009

A housing including an inertial sensor for measuring a magnetic disturbance due to a peripheral magnetic field, the housing coupled to one end of a shaft which is a rotation axis of the steering wheel;
A magnet coupled to one surface of the housing;
A shield included in the housing and positioned between the magnet and the inertial sensor;
A plurality of Hall sensors spaced apart from the magnet by a predetermined distance; And
It includes a data processing unit for calculating the steering angle (θ) by using the sensing value of the Hall sensor and the inertial sensor,
The data processing unit calculates the steering angle by applying first and second signals generated from the sensing values of the hall sensor to the following equation to remove common noise of the hall sensor,
The first signal Signal 1 is a signal obtained by subtracting the sensing values of the Hall sensors disposed in the third and fourth quadrants from the sum of the sensing values of the Hall sensors disposed in the first and second quadrants,
The second signal Signal 2 is a signal obtained by subtracting the sensing values of the hall sensors disposed in the second and third quadrants from the sum of the sensing values of the hall sensors disposed in the first and fourth quadrants.
Steering angle measuring device of the vehicle.
[Equation]
Figure 112019503790749-pat00009

제 7항에 있어서,
상기 홀센서는
상기 홀센서 각각의 일부 또는 전부가 상기 자석의 직경 내에 포함되도록 4개의 사분면 각각에 배치되는
차량의 조향각 측정 장치.
The method of claim 7, wherein
The Hall sensor is
Some or all of each of the Hall sensors is disposed in each of the four quadrants so as to fall within the diameter of the magnet.
Steering angle measuring device of the vehicle.
삭제delete 제 7항에 있어서,
상기 관성 센서는
가속도 센서, 자이로 센서 및 자기 센서를 포함하며,
상기 데이터 처리부는
상기 관성 센서의 센싱값으로부터 생성된, 주변 자기장에 의한 자기 외란값을 상기 홀센서의 센싱값에 반영하여, 상기 제1 및 제2신호를 생성하는
차량의 조향각 측정 장치.
The method of claim 7, wherein
The inertial sensor
Including acceleration sensor, gyro sensor and magnetic sensor,
The data processing unit
The first and second signals are generated by reflecting a magnetic disturbance by a peripheral magnetic field, which is generated from a sensing value of the inertial sensor, into a sensing value of the hall sensor.
Steering angle measuring device of the vehicle.
제 10항에 있어서,
상기 데이터 처리부는
상기 자기 외란값이 양수인 경우, 상기 자기 외란값이 합산된 홀센서의 센싱값을 이용하여 상기 제1 및 제2신호를 생성하며,
상기 자기 외란값이 음수인 경우, 상기 자기 외란값이 차감된된 홀센서의 센싱값을 이용하여 상기 제1 및 제2신호를 생성하는
차량의 조향각 측정 장치.
The method of claim 10,
The data processing unit
When the magnetic disturbance value is positive, the first and second signals are generated by using the sensing values of the Hall sensor, the magnetic disturbance value being summed,
When the magnetic disturbance value is negative, the first and second signals are generated by using the sensing value of the hall sensor from which the magnetic disturbance value is subtracted.
Steering angle measuring device of the vehicle.
삭제delete 삭제delete
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