KR100503334B1 - 차량용 조향장치 - Google Patents

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KR100503334B1
KR100503334B1 KR10-2002-0047522A KR20020047522A KR100503334B1 KR 100503334 B1 KR100503334 B1 KR 100503334B1 KR 20020047522 A KR20020047522 A KR 20020047522A KR 100503334 B1 KR100503334 B1 KR 100503334B1
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Abstract

본 발명의 조향기어는, 랙하우징과; 상기 랙하우징의 좌측내부에 설치되고, 표면에 랙기어가 형성된 좌측랙바와; 상기 좌측랙바와 별개로 형성되고, 상기 랙하우징의 우측내부에 설치되며, 표면에 랙기어가 형성된 우측랙바와; 상기 좌측랙바의 랙기어에 치합하는 좌측피니언과; 상기 우측랙바의 랙기어에 치합하는 우측피니언과; 상기 좌측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 좌측모터와; 상기 우측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 우측모터를 포함하여 구성된다.

Description

차량용 조향장치{steering apparatus for vehicle}
본 발명은 차량용 조향장치에 관한 것이다.
차량에 장착되는 조향장치는 스티어링휠(핸들)의 회전운동을 타이어에 전달하여 차량이 선회할 수 있도록 작용하는 기구이다.
이와 같은 조향장치는, 스티어링휠, 링크기구, 조향기어, 타이로드 및 너클 등으로 이루어져 있다.
링크기구는 스티어링휠의 회전운동을 조향기어로 전달하는 장치이다.
승용차에 흔히 적용되는 조향기어는 도1에 도시된 바와 같은 랙앤드피니언 방식으로서, 스티어링휠의 회전운동을 감속시킴과 동시에 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 작용을 한다.
즉, 링크기구에 연결된 피니언과 상기 피니언에 치합되도록 랙기어가 형성된 랙바를 맞물려서, 피니언의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 것이다.
랙바의 양단에는 볼조인트를 매개로 타이로드가 연결되어 있고, 타이로드는 현가장치의 너클에 볼조인트로 연결되어 있기 때문에, 랙바가 좌측으로 이동하는 경우, 랙바에 연결된 좌측 및 우측 타이로드에 의해 좌측 및 우측 너클이 좌회전을 하게 되어 차량이 선회하게 되는 것이다.
위와 같은 조향장치에 요구되는 일반적인 성능으로서는, 조향조작이 주행중의 충격에 영향 받지 않을 것, 조작하기 쉽고 방향전환이 원활할 것, 회전반경이 작아서 좁은 곳에서도 방향 전환이 용이할 것, 진행방향을 바꿀 때 샤시 및 보디 각 부분에 무리한 힘이 작용되지 않을 것, 고속 주행에서도 조향핸들이 안전할 것, 조향핸들의 회전과 바퀴선회의 차가 크지 않을 것 등을 들 수 있다.
그런데, 종래의 랙앤드피니언 방식의 조향기어는 하나의 랙바에 의해 좌우의 타이로드가 연결되어 있기 때문에 좌측 타이어 및 우측 타이어가 일정한 관계를 가지고 회전하게 된다. 즉, 종래의 방식은 좌측 타이어와 우측 타이어의 선회각도를 임의적으로 부여할 수 없다는 문제점이 있었다.
특히, 저속시에 차량을 회전시키는 경우, 각 타이어가 사이드 슬립을 일으키지 않기 위해서는 차량의 선회 중심은 뒤차축 중심선의 연장선상에 있을 필요가 있으며 좌우의 앞차축 타이어의 선회중심도 그 점에 일치시켜야 한다.
이를 위해서는 앞차축에서는 선회외측 타이어 보다 선회내측 타이어의 회전각을 증대시킬 필요가 있다.
그런데, 종래의 랙앤드피니언 방식에서는 좌측타이로드, 랙바 및 우측타이로드로 이루어지는 구조 때문에 좌우의 앞차축 타이어의 선회중심을 일치시키기 어려운 문제가 있었다. 이와 같이, 좌우의 앞차축 타이어의 선회중심을 일치시키지 않는 경우에는 타이어의 마모 및 선회안정성 저하 등 여러 가지 문제점이 발생하게 된다.
또한, 고속시에 차량이 선회운동을 하는 경우, 차량의 주행상태에 따라 선회내측 타이어와 선회우측 타이어를 개별적으로 제어할 수 없다는 문제점이 있었다. 즉, 차량이 고속으로 주행하는 도중에 운전자의 실수로 과도하게 스티어링휠을 회전시키는 경우, 종래의 기술에서는 스티어링휠의 회전운동이 조향기어를 거쳐서 타이어로 그대로 전달되기 때문에 고속주행시 과대 조향에 의해 차량이 전복하게되는 문제점이 있다.
또한, 고속으로 차량이 운행하는 도중에 스티어링휠의 미세회전에 의해 차량이 선회운동을 하는 경우, 주행상태에 따라 좌측 및 우측 타이어의 회전량을 미세하게 조절할 필요가 있음에도 불구하고 종래의 기술에서는 좌측 및 우측 타이어의 회전량을 개별적으로 조절할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량용 조향기어의 랙바를 좌우로 분리하여 좌측 및 우측의 랙바의 이동량을 개별적으로 조절할 수 있는 조향장치 및 조향기어를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 조향장치는, 스티어링휠과; 상기 스티어링휠의 회전각도를 검출하는 스티어링앵글센서와; 차량의 회전 각속도를 검출하는 요레이트센서와; 차량의 횡방향 가속도를 검출하는 횡가속도센서와; 차량 타이어의 회전속도를 검출하는 휠스피드센서와; 상기 스티어링앵글센서, 요레이트센서, 횡가속도센서 및 휠스피드센서의 검출값을 입력받는 제어부와; 상기 제어부에 의해 구동되고, 상기 스티어링휠과 기계적으로 연결되지 않는 조향기어를 포함하여 이루어지되; 상기 조향기어는; 랙하우징과; 상기 랙하우징의 좌측내부에 설치되고, 표면에 랙기어가 형성된 좌측랙바와; 상기 좌측랙바와 별개로 형성되고, 상기 랙하우징의 우측내부에 설치되며, 표면에 랙기어가 형성된 우측랙바와; 상기 좌측랙바의 랙기어에 치합하는 좌측피니언과; 상기 우측랙바의 랙기어에 치합하는 우측피니언과; 상기 좌측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 좌측모터와; 상기 우측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 우측모터로 이루어지되; 상기 좌측랙바 및 우측랙바에는 좌측돌기 및 우측돌기가 형성되고; 상기 랙하우징의 이면에는 좌측스토퍼 및 우측스토퍼가 형성되며; 상기 랙하우징 양단과 좌우측돌기 및 상기 랙하우징의 좌우측스토퍼와 좌우측돌기 사이에는 스프링이 설치되어 구성된다.
위와 같은 구성에 의해, 차량의 운행정보를 입력받은 제어부가 차량의 운행상태에 따라 좌측랙바 및 우측랙바의 이동량을 최적으로 제어할 수 있게되는 것이다.
또한, 본 발명의 조향기어는, 랙하우징과; 상기 랙하우징의 좌측내부에 설치되고, 표면에 랙기어가 형성된 좌측랙바와; 상기 좌측랙바와 별개로 형성되고, 상기 랙하우징의 우측내부에 설치되며, 표면에 랙기어가 형성된 우측랙바와; 상기 좌측랙바의 랙기어에 치합하는 좌측피니언과; 상기 우측랙바의 랙기어에 치합하는 우측피니언과; 상기 좌측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 좌측모터와; 상기 우측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 우측모터를 포함하여 구성된다.
위 구성에 의해, 좌측랙바 및 우측랙바를 개별적으로 조절할 수 있는 조향기어를 제공할 수 있게된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 조향기어를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 조향장치를 나타내는 블록도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조향기어는 랙하우징(30)과 상기 랙하우징(30) 내부에 삽입되는 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)로 이루어져 있다.
좌측랙바(100A)는 상기 랙하우징(30)의 좌측내부에 설치되고, 표면에 좌측랙기어(104A)가 형성되어 있다.
좌측랙바(100A)에는 좌측돌기(102A)가 형성되어 있고, 랙하우징(30)의 단부 이면과 좌측돌기(102A) 사이에는 스프링이 설치되어 있다.
랙하우징(30)의 좌측내면에는 좌측스토퍼(30A)가 형성되어 있고, 좌측돌기(102A)와 좌측스토퍼(30A) 사이에는 스프링이 설치되어 있다.
좌측돌기(102A) 양측에 설치된 스프링은 압축을 받는 상태에서 설치되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 좌측돌기(102A) 우측표면과 좌측스토퍼(30A) 표면 사이의 거리 및 랙하우징 이면과 좌측돌기(102A) 좌측표면 사이의 거리는, 스프링이 압축을 받지 않는 자유로운 상태의 스프링 길이보다 작게 형성되어 있다.
우측랙바(100B)는 좌측랙바(100A)와 별개로 형성되어 있고, 상기 랙하우징(30)의 우측내부에 설치되며, 표면에는 우측랙기어(104B)가 형성되어 있다.
우측랙바(100B)에는 우측돌기(102B)가 형성되어 있고, 랙하우징(30)의 우측단부 이면과 우측돌기(102B) 사이에는 스프링이 설치되어 있다.
랙하우징(30)의 우측내면에는 우측스토퍼(30B)가 형성되어 있고, 우측돌기(102B)와 우측스토퍼(30B) 사이에는 스프링이 설치되어 있다.
우돌기(102B) 양측에 설치된 스프링은, 좌측에 설치된 스프링과 마찬가지로, 압축을 받는 상태에서 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 좌측랙기어(104A) 및 우측랙기어(104B)는 좌측피니언(200A) 및 우측피니언(200B)과 치합되어 있다.
좌측피니언(200A) 및 우측피니언(200B)는, 각각 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)의 회전축에 일체로 형성되어 있다. 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)는, 도시되지 않은 감속기구를 거쳐서 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)에 연결될 수도 있다.
또한, 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)는 랙하우징(30)에 고정되어 있다.
상기 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)는 종래 기술과 마찬가지로 각각 좌우측의 타이로드에 연결된다.
본 발명의 차량용 조향장치는, 위 조향기어의 구성을 모두 포함하되 미도시한 스티어링휠(미도시), 제어부 및 각종 센서류를 포함한다.
다만, 종래 기술과 달리, 본 발명의 차량용 조향장치에서 스티어링휠(미도시)은 본 발명의 조향기어와 기계적으로 연결되어 있지 않다.
즉, 스티어링휠(미도시)에는 스티어링휠의 회전각도를 검출하는 스티어링앵글센서(SWAS)가 설치되어 있고, 스티어링앵글센서(SWAS)에서 검출된 회전각도값은 제어부(ECU)에 입력된다.
차량의 수직축 중심에 대한 회전 각속도인 요레이트를 검출하는 요레이트센서(YRS) 및 차량의 횡방향 가속도를 검출하는 횡가속도센서(LAS)가 차량의 적당한 장소에 설치되어 있고, 요레이트센서(YRS) 및 횡가속도센서(LAS)에서 검출된 값들은 제어부(ECU)에 입력된다.,
휠스피드센서(WSP)에서 검출된 차량 타이어의 회전속도값 또는 차량의 운행속도값 역시 제어부(ECU)에 입력된다.
조향기어에 설치된 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)는, 제어부(ECU)에 의해 정역회전된다.
이하, 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.
운전자가 스티어링휠을 회전시키는 경우, 스티어링앵글센서(SWAS)에서 스티어링휠의 회전각을 측정하여 제어부(ECU)로 데이터를 보내게된다.
제어부(ECU)는 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)를 구동하여 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)를 좌우방향으로 이동시켜서 좌측타이어 및 우측타이어를 선회시켜서 차량의 조향운동이 가능하게된다.
제어부(ECU)에는 차량속도에 따른 좌측타이어 및 우측타이어의 개별적인 선회각도가 입력되어 있다.
즉, 저속에서 주차하는 경우, 후륜 타이어의 회전축을 연장한 중심선상에 선회중심을 형성시키기 위해서는, 차량 전방의 선회내측타이어 및 선회외측타이어의 선회각도를 달리 설정할 필요가 있게된다. 선회내측타이어 및 선회외측타이어에 필요로 하는 선회각도에 해당하는 만큼 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)를 구동하여 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)를 이동시켜 선회내측타이어 및 선회외측타이어를 회전시키게 된다.
즉, 본 발명에서는 좌측랙바(100A)와 우측랙바(100B)가 서로 분리되어 있기 때문에, 좌측타이어 및 우측타이어의 선회각도를 개별적으로 조절할 수 있게되는 것이다.
또한, 일정한 운행속도로 주행하는 차량의 운동상태를 요레이트센서(YRS), 횡가속도센서(LAS) 및 휠스피드센서(WSP) 등에 의해 검출하여, 차량의 운동상태에 적합하게 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)의 움직임을 제한할 수도 있다.
즉, 일정한 차속(예: 100Km/h) 이상에서 차량이 전복하게 되는 스티어링휠앵글 값을 실험등에 의해 알고 있는 경우, 일정한 차속 이상에서 스티어링휠앵글센서(SWAS)에서 검출된 값이 일정 이상인 경우 제어부(ECU)에서 좌측모터(M1) 및 우측모터(M2)를 구동시키지 않을 수 있다.
물론, 요레이트센서(YRS) 및 횡가속도센서(LSA)에서 검출된 값이 한계치를 넘을 경우, 제어부(ECU)에서는 스티어링휠이 회전되더라도 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)를 구동시키지 않을 수도 있을 것이다.
또한, 선회내측 또는 선회외측 타이어 중 어느 하나가 얼음판 등의 결빙된 도로를 지나게 되어 한쪽 타이어에 스핀이 발생하는 경우, 휠스피드센서(WSP)에서 검출된 휠스피드가 일정값을 넘는 경우 스핀이 발생한 것으로 제어부에서 판단할 수 있고, 제어부에서는 다른 쪽 타이어의 선회각도를 가감시켜서 차량의 조향운동을 제어할 수도 있게된다.
본 발명에서 좌측돌기(102A) 및 우측돌기(102B)의 양측에 설치된 스프링은, 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)가 항상 중립위치로 복귀시키는 작용을 하게된다. 또한, 좌측모터(M1) 또는 우측모터(M2)에 고장이 발생하는 경우에도 좌측랙바(100A) 및 우측랙바(100B)를 중립위치로 복귀시키기 때문에 기본적이 차량 운행을 가능하게 하는 작용을 하게된다.
본 발명은 좌측랙바 및 우측랙바를 분리시킨 구성을 채택하였기 때문에, 차량 전방 좌우측 타이어가 서로 구속됨이 없이 조향이 가능하게 되어 선회내외측 타이어를 이상적인 선회각도로 조절할 수 있게된다.
또한, 스티어링휠과 조향기어를 기계적으로 연결하지 않았기 때문에, 스티어링휠에 과도한 조향각이 입력되더라도 차량 운행상태에 적합하게 좌측랙바 및 우측랙바를 조절할 수 있게된다.
또한, 한쪽 타이어가 빙판길에 위치하여 스핀이 발생하는 경우, 다른쪽 타이어의 선회각도을 임의적으로 조절할 수 있게 되어 선회성능이 향상하게 된다.
또한, 좌측랙바와 우측랙바에 설치된 스프링의 구성에 의해, 좌측랙바 및 우측랙바를 항상 중립위치로 복원시키는 것이 가능하다.
도 1은 종래의 랙앤드피니언식 조향기어를 나타내는 분리사시도
도 2는 본 발명의 조향기어를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 블록도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
M1 : 좌측모터 M2 : 우측모터
30 : 랙하우징
30A : 좌측스토퍼 30B : 우측스토퍼
100A : 좌측랙바 100B : 우측랙바
102A : 좌측돌기 102B : 우측돌기
104A : 좌측랙기어 104B : 우측랙기어
200A : 좌측피니언 200B : 우측피니언
ECU : 제어부

Claims (3)

  1. 스티어링휠과;
    상기 스티어링휠의 회전각도를 검출하는 스티어링앵글센서와;
    차량의 회전 각속도를 검출하는 요레이트센서와;
    차량의 횡방향 가속도를 검출하는 횡가속도센서와;
    차량 타이어의 회전속도를 검출하는 휠스피드센서와;
    상기 스티어링앵글센서, 요레이트센서, 횡가속도센서 및 휠스피드센서의 검출값을 입력받는 제어부와;
    상기 제어부에 의해 구동되고, 상기 스티어링휠과 기계적으로 연결되지 않는 조향기어를 포함하여 이루어지되;
    상기 조향기어는;
    랙하우징과;
    상기 랙하우징의 좌측내부에 설치되고, 표면에 랙기어가 형성된 좌측랙바와;
    상기 좌측랙바와 별개로 형성되고, 상기 랙하우징의 우측내부에 설치되며, 표면에 랙기어가 형성된 우측랙바와;
    상기 좌측랙바의 랙기어에 치합하는 좌측피니언과;
    상기 우측랙바의 랙기어에 치합하는 우측피니언과;
    상기 좌측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 좌측모터와;
    상기 우측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 우측모터로 이루어지되;
    상기 좌측랙바 및 우측랙바에는 좌측돌기 및 우측돌기가 형성되고;
    상기 랙하우징의 이면에는 좌측스토퍼 및 우측스토퍼가 형성되며;
    상기 랙하우징 양단과 좌우측돌기 및 상기 랙하우징의 좌우측스토퍼와 좌우측돌기 사이에는 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.
  2. 삭제
  3. 랙하우징과;
    상기 랙하우징의 좌측내부에 설치되고, 표면에 랙기어가 형성된 좌측랙바와;
    상기 좌측랙바와 별개로 형성되고, 상기 랙하우징의 우측내부에 설치되며, 표면에 랙기어가 형성된 우측랙바와;
    상기 좌측랙바의 랙기어에 치합하는 좌측피니언과;
    상기 우측랙바의 랙기어에 치합하는 우측피니언과;
    상기 좌측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 좌측모터와;
    상기 우측피니언과 일체로 형성되고, 상기 랙하우징에 고정되는 우측모터를 포함하되;
    상기 좌측랙바 및 우측랙바에는 좌측돌기 및 우측돌기가 형성되고;
    상기 랙하우징의 이면에는 좌측스토퍼 및 우측스토퍼가 형성되며;
    상기 랙하우징 양단과 좌우측돌기 및 상기 랙하우징의 좌우측스토퍼와 좌우측돌기 사이에는 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 조향기어.
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