KR100376844B1 - 자동차의 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 스티어링휠(1)의 조향축(1a)끝단에 일정한 기어비를 갖춘 기어수단을 매개로 결합되면서 상기 스티어링휠(1)의 조작에 따라 회전구동됨은 물론 이 회전수를 전기적인 신호로 변환하기 위한 인코더(2a)가 구비된 조향각입력모터(2)와, 이 조향각입력모터(2)에 구비된 인코더(2a)의 신호를 전달받아 상기 스티어링휠(1)의 조향각을 판별하도록 된 전자제어유니트(ECU;3)와, 이 전자제어유니트(ECU;3)로부터 전달된 구동전류 및 구동신호에 의해 회전구동되면서 그 회전속도를 조절할 수 있는 감속기(4a)가 구비된 구동모터(4)와, 이 구동모터(4)의 모터축(4b)과 결합되어 감속된 회전력에 따라 회전구동되도록 된 피니언기어(5)와, 양단이 각각의 타이로드(11,12)와 너클암(13,14)을 매개로 좌우측차륜(15,16)과 연결됨은 물론 상기 피니언기어(5)와 치합되면서 구동모터(4)의 회전방향에 따라 좌우방향으로 이동되어 좌우측차륜(15,16)의 조향각을 조절하도록 된 랙기어(6)로 이루어져, 조향장치의 전체적인 중량이 감소됨은 물론 이로인해 연비가 절감될 뿐만 아니라, 조향장치의 제조원가가 절감되면서 환경오염이 예방할 수 있도록 된 것이다.

Description

자동차의 조향장치{STEERING SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 특히 구성요소의 단순화로 조향장치의 중량이 감소되어 연비가 향상됨은 물론, 스티어링휠의 조타력이 향상되면서 정면 충돌사고 발생시 운전자의 안전성이 증진되도록 된 자동차의 파워스티어링장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조향장치(steering system)중 유압을 이용하여 스티어링휠의 조작력을 가볍게 하는 파워스티어링장치(power steering system)는 그 기능에 따라 차속 감응형과 회전수 감응형으로 분류되며, 컨트롤밸브나 파워 실린더의 모양과 배치에 따라 인티그럴형과 세미인티그럴형 및 링키지형으로 분류된다.

한편, 종래의 파워스티어링장치는 보편적으로, 토션바와 결합된 컨트롤밸브샤프트와 다수개의 입출력포트가 구비된 로터리밸브와 랙기어 및 피니언기어등으로 구성되는 스티어링기어박스와, 조향각에 따라 상기 스티어링기어박스를 통해 공급된 유압을 증폭시키도록 된 파워실린더와, 리저버탱크와 유압펌프라인상에 구비된 각종 밸브들을 제어하도록 된 전자제어유니트(ECU)등으로 이루어져 있다.

이러한, 파워스티어링장치는, 압력을 높인 오일을 조향장치와 연동하는 실린더에 넣어 피스톤의 운동에 의해 스티어링휠의 조작력을 가볍게 하도록 되어 있는데, 상기 스티어링휠의 조작을 신속히 할수록 오일의 유입은 많아지게 되며, 반대로 스티어링휠의 조작을 멈추면 오일의 유입이 멈추는 구조로 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 조향장치는, 다수개의 링크부재들이 스티어링휠의 조작이 가능하도록 상호 기구적으로 결합되어 있어 조향장치의 전체적인 중량이 무거워질 뿐만 아니라, 이로인해 연비증가의 한 요인이 되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 스티어링휠의 조작을 가볍게 해주기 위해 스티어링 오일을 사용함으로써, 조향장치의 제조원가가 상승됨과 더불어 환경오염의 한 요인이 되는 문제점도 있었다.

또한, 정면충돌사고 발생시 조향장치의 링크부재들이 실내쪽으로 밀려들어오면서 운전자에게 치명적인 부상을 유발하기 때문에, 운전자의 안전성이 감소되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 모든 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 스티어링휠의 조작시 차륜의 조향각조절이 전자제어유니트의 제어에 의해 작동되는 모터의 구동력으로 조절되도록 하여, 상기 스티어링휠과 피니언기어사이의 기구적인 링크부재들을 사용하지 않게 됨으로써 조향장치의 전체적인 중량을 감소시키고 연비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이로인해 조향장치의 제조원가를 절감시키면서 환경오염을 예방할 수 있도록 된 자동차의 조향장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 상기 스티어링휠과 피니언기어사이의 기구적인 링크부재들이 탈거됨으로써, 정면충돌사고 발생시 조향장치에 의한 운전자에게 부상을 최소한으로 감소시킬 수 있음으로 인해 운전자의 안전성을 증진시키 수 있도록 된 자동차의 조향장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링휠과 연결되면서 상기 스티어링휠의 조작에 따라 회전구동됨은 물론 회전수를 전기적인 신호로 변환하기 위한 인코더가 구비된 조향각입력모터와, 상기 인코더의 신호를 전달받아 스티어링휠의 조향각을 판별하도록 된 전자제어유니트와, 이 전자제어유니트로부터 전달된 구동신호 및 구동전류에 의해 회전구동되면서 회전속도를 조절할 수 있는 감속기가 구비된 구동모터와, 이 구동모터의 모터축과 결합되어 감속된 회전력에 따라 회전구동되도록 된 피니언기어와, 양단이 각각의 타이로드와 너클암을 매개로 좌우측차륜과 연결됨은 물론 상기 피니언기어와 치합되면서 구동모터의 회전방향에 따라 좌우방향으로 이동되어 좌우측차륜의 조향각을 조절하도록 된 랙기어로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 조향장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 구동모터가 전자제어유니트에 의해 제어되는 상태를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 - 스티어링휠 1a - 조향축

2 - 조향각입력모터 2a,4c - 인코더

3 - 전자제어유니트(ECU) 4 - 구동모터

5 - 피니언기어 6 - 랙기어

7 - 변위감지센서

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 조향장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 구동모터가 전자제어유니트에 의해 제어되는 상태를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, 본 발명에 따른 조향장치는, 운전자가 조작하는 스티어링휠(1)과, 이 스티어링휠(1)의 조향축(1a)끝단에 일정한 기어비를 갖춘 기어수단(도시않됨)을 매개로 결합되면서 상기 스티어링휠(1)의 조작에 따라 회전구동됨은 물론 이 회전수를 전기적인 신호로 변환하기 위한 인코더(2a)가 구비된 조향각입력모터(2)와, 이 조향각입력모터(2)에 구비된 인코더(2a)의 신호를 전달받아 상기 스티어링휠(1)의 조향각을 판별하도록 된 전자제어유니트(ECU;3)와, 이 전자제어유니트(ECU;3)로부터 전달된 구동전류 및 구동신호에 의해 회전구동되면서 그 회전속도를 조절할 수 있는 감속기(4a)가 구비된 구동모터(4)와, 이 구동모터(4)의 모터축(4b)과 결합되어 감속된 회전력에 따라 회전구동되도록 된 피니언기어(5)와, 양단이 각각의 타이로드(11,12)와 너클암(13,14)을 매개로 좌우측차륜(15,16)과 연결됨은 물론 상기 피니언기어(5)와 치합되면서 구동모터(4)의 회전방향에 따라 좌우방향으로 이동되어 좌우측차륜(15,16)의 조향각을 조절하도록 된 랙기어(6)로 이루어져 있다.

여기서, 상기 랙기어(6)와 근접되는 부위에는, 상기 전자제어유니트(3)와 연결되면서 상기 랙기어(6)의 좌우방향 이동변위를 감지하도록 된 변위감지센서(7)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 구동모터(4)에는, 상기 구동모터(4)의 회전수를 전기적인 신호로 변환하여 상기 전자제어유니트(3)로 전달하도록 된 인코더(4c)가 구비되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 조향장치의 작동과정에 대해 도 1과 도 2를 참조로 상세히 설명한다.

먼저, 운전자가 스티어링휠(1)을 조작하게 되면, 이 스티어링휠(1)의 조작력이 조향축(1a) 및 기어수단을 통해 일정한 기어비로 변환되어 조향각입력모터(2)로 전달되게 되며, 이 조향각입력모터(2)는 스티어링휠(1)의 조작에 따라 일정한 회전수로 회전구동되게 된다.

이때, 상기 조향각입력모터(2)에 구비된 인코더(2a)는 조향각입력모터(2)의 회전수를 전기적인 신호로 변환하여 전자제어유니트(ECU;3)로 전달하게 되고, 이 전자제어유니트(ECU;3)는 전기적인 신호로 변환된 조향각입력모터(2)의 회전수를 판별하여 상기 회전수에 적합한 구동전류 및 구동신호를 구동모터(4)로 전달하게 되며, 이 구동모터(4)는 상기 전자제어유니트(ECU;3)의 제어신호에 의해 일정한 회전수로 회전구동을 하게 된다.

그리고, 상기 구동모터(4)의 회전속도는 감속기(4a)에 의해 일정속도로 감속회전되고, 상기 구동모터(4)의 모터축(4b)과 결합된 피니언기어(5)는 감속된 회전수에 따라 회전구동되게 된다.

이에따라, 상기 피니언기어(5)와 치합된 랙기어(6)가 상기 구동모터(4)의 회전방향에 따라 좌우방향으로 이동되게 되며, 이로인해 상기 랙기어(6)의 양단에서 타이로드(11,12)와 너클암(13,14)을 매개로 각각 결합된 좌우측륜(15,16)은 상기 스티어링휠(1)의 조작에 따라 조향되게 된다.

한편, 상기 랙기어(6)의 근접부위에 설치된 변위감지센서(7)는 상기 구동모터(4)의 구동에 따라 좌우방향으로 이동되는 랙기어(6)의 이동변위를 감지하여 상기 전자제어유니트(ECU;3)로 전기신호를 송신하게 되고, 상기 전자제어유니트(ECU;3)는 변위감지센서(7)로부터 신호를 전달받아 상기 랙기어(6)의 좌우방향 이동이 구동모터(4)의 회전수와 일치되도록 이동되었는가를 판별하게 된다.

이때, 상기 랙기어(6)의 좌우방향 이동이 구동모터(4)의 회전수와 일치되지 않게 이동되었으면, 상기 전자제어유니트(ECU;3)는 구동전류 및 구동신호를 구동모터(4)로 재송신하게 되며, 이로인해 상기 구동모터(4)가 재구동되어 상기 랙기어(6)를 구동모터(4)의 회전수와 일치되도록 이동시키게 된다.

또한, 상기 구동모터(4)에 구비된 인코더(4c)는 상기 구동모터(4)의 회전수를 전기적인 신호로서 전자제어유니트(ECU;3)로 송신하게 되고, 상기 전자제어유니트(ECU;3)는 구동모터(4)에 구비된 인코더(4c)의 신호를 전달받아 조향각입력모터(2)의 인코더(2a)로부터 전달된 전기신호와 일치되는 회전수로 구동되었는가를 판별하게 된다.

여기서, 상기 인코더(4c)를 통해 송신된 구동모터(4)의 전기신호는 도 2에 도시된 바와 같이 웨이브쉐이퍼(17)를 통해 전자제어유니트(ECU;3)로 전달되게 되는데, 상기 웨이브쉐이퍼(17)는 구동모터(4)에서 송신된 전기신호의 파형을 전자제어유니트(ECU;3)가 인식할 수 있는 전기신호의 파형으로 변환시켜 주는 기능을 수행하게 된다.

이때, 상기 구동모터(4)의 회전수가 조향각입력모터(2)의 인코더(2a)로부터 전달된 신호와 일치되지 않는 회전수로 구동되었으면, 상기 전자제어유니트(ECU;3)는 구동신호를 구동모터(4)로 재전송하게 되고, 이 구동신호는 도 2에 도시된 바와 같이 컨버터(18)와 증폭기(19)를 통해 구동모터(4)로 재전송되어 구동모터(4)가 재구동됨으로써, 상기 구동모터(4)를 조향각입력모터(2)의 인코더(2a)로부터 전달된 신호와 일치되도록 회전시키게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스티어링휠의 조작력이 조향각입력모터를 통해 전자제어유니트로 전달되고, 이 전자제어유니트의 제어신호에 의해 피니언기어가 결합된 구동모터가 구동되며, 상기 피니언기어와 치합되면서 양단에 좌우측륜이 연결된 랙기어가 구동모터의 회전구동에 의해 좌우방향으로 이동됨으로서 상기 좌우측륜의 조향이 이루어져, 조향장치의 전체적인 중량이 감소됨은 물론 이로인해 연비가 절감될 뿐만 아니라, 조향장치의 제조원가가 절감되면서 환경오염이 예방됨으로써 상품성이 증진되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 스티어링휠과 연결되면서 상기 스티어링휠의 조작에 따라 회전구동됨은 물론 회전수를 전기적인 신호로 변환하기 위한 인코더가 구비된 조향각입력모터와, 이 조향각입력모터에 구비된 인코더의 신호를 전달받아 상기 스티어링휠의 조향각을 판별하도록 된 전자제어유니트와, 이 전자제어유니트로부터 전달된 구동전류 및 구동신호에 의해 회전구동되면서 회전속도를 조절할 수 있는 감속기가 구비된 구동모터와, 이 구동모터의 모터축과 결합되어 감속된 회전력에 따라 회전구동되도록 된 피니언기어와, 양단이 각각의 타이로드와 너클암을 매개로 좌우측차륜과 연결됨은 물론 상기 피니언기어와 치합되면서 구동모터의 회전방향에 따라 좌우방향으로 이동되어 좌우측차륜의 조향각을 조절하도록 된 랙기어로 이루어진 자동차의 조향장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 랙기어의 근접부에는, 상기 전자제어유니트와 연결되면서 랙기어의 이동변위를 감지하도록 된 변위감지센서가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 구동모터에는, 상기 구동모터의 회전수를 전기적인 신호로 변환하여 전자제어유니트로 전달하도록 된 인코더가 구비된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전자제어유니트가, 상기 변위감지센서로부터 전달된 랙기어의 이동변위를 판별함과 더불어 상기 랙기어의 이동변위가 적절하지 않을시에는 상기 구동모터로 구동신호를 재전송하여 랙기어의 이동변위를 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전자제어유니트가, 상기 구동모터에 구비된 인코더의 신호를 전달받아 회전수를 판별함과 더불어 상기 구동모터의 회전수에 오차가 생길시에는 상기 구동모터를 재구동시켜 회전수의 오차를 보상할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.