KR100528617B1 - 차량의 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 조절하여 주행중인 차량의 안정성을 확보하기 위해 리어 크로스 멤버 일단에 설치되는 전동식 액츄에이터에 관한 것으로, 전동식 액츄에이터의 하우징의 제 2 개구부에 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있도록 홀소자와 영구자석으로 이루어지는 홀 센서 타입 리미트 센서가 장착되며, 상기 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 상기 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 영구자석 둘레에 비자성 재질의 가이드가 설치되며, 상기 가이드가 로드의 직선운동을 유도할 수 있도록 하우징 내면과 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 리미트 센서는 홀 센서 타입으로 자속밀도를 감지하므로 전동식 액츄에이터의 구동 시 발생되는 그리스의 비산에도 불구하고 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있다.

Description

차량의 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터{ELECTRO-MOTIVE ACTUATOR FOR CONTROLING REAR WHEEL TOE ANGLE OF THE VEHICLES}

본 발명은 차량의 주행 상태에 따라 능동적으로 전동식 액츄에이터를 이용하여 차량 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변하여 주행중인 차량의 안정성을 확보하는 후륜 토우각 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동식 액츄에이터의 구동 시 발생되는 그리스의 비산에도 불구하고 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있는 홀 센서 타입 리미트 센서를 구비한 전동식 액츄에이터에 관한 것이다.

차량에 있어서의 현가장치(Suspension)는 차체와 휠 사이에 존재하며, 이 두 강체를 하나 혹은 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 트레일링 암과 너클, 컨트롤 암 등으로 구성되어 있다.

이러한 현가장치는 첫째, 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자의 안락한 승차감을 제공하고, 둘째, 운전자의 운전 행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하여야 하며, 셋째, 불규칙한 노면의 주행 시 타이어 접지면에서의 수직 하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 구동 시 차량의 안정성을 확보할 수 있어야 한다.

한편, 차량 선회 시 토우 아웃(Toe Out) 경향이 나타나 조정성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해 최근에 후륜 컨트롤 아암의 길이를 신축시켜 선회 시 후륜을 토우 인(Toe In)으로 유도하여 조종 안정성을 향상하고자 하는 AGCS(Active Geometry Controlled System)가 장착된 후륜 토우각 제어장치가 개발되어 있다.

도 1은 종래기술의 AGCS 시스템이 장착된 후륜 토우 각 제어장치의 구성 사시도이며, 도 2는 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 후륜(30)은 리어 크로스 멤버(31)에 현가 지지되며, 후륜(30)을 지지하는 너클(32)은 차폭방향으로는 컨트롤 아암(33)에 지지되고, 차체의 길이 방향으로는 미도시된 트레일링 아암에 의하여 지지되며, 상하방향으로는 스프링(34)과 쇽 업소버(35)에 의해 지지된다.

후륜 토우 각 제어장치는 리어 크로스 멤버(31) 일단에 설치되어 DC 모터(40)의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 전동식 액츄에이터(36)와, 전동식 액츄에이터(36)의 구동에 따라 후륜(30)의 토우 각을 조절하는 링크 기구(37)로 구성된다.

링크 기구(37)는 리어 크로스 멤버(31)의 일단에 힌지결합되며 그 일단은 전동식 액츄에이터(36)와 링크 결합되고 그 타단은 보조 링크(38)에 링크 결합되는 컨트롤 레버(39)와, 컨트롤 레버(39)의 타단과 후륜 너클(32) 사이에 연결되어 전동식 액츄에이터(36)의 구동력을 후륜에 전달하는 보조 링크(38)로 구성된다.

한편, 전동식 액츄에이터(36)는 하우징(45)의 후단부에 결합되는 DC 모터(40)와, 하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 회전가능하게 결합되는 볼스크류(42)와, 볼스크류(42)에 나사결합되는 볼 너트(61)와, 하우징(45)의 전단부 방향으로 볼 너트(61)에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드(41)와, 리미트 센서(43), 엔코더(44) 등으로 구성된다.

볼스크류(42)의 일단은 DC 모터(40)의 모터 축(51)과 커플링(52)에 의해 결합되어 DC 모터(40)의 회전운동이 볼스크류(42)에 전달된다. 한편, 볼스크류(42)와 나사결합된 볼 너트(61)가 볼스크류(42)의 회전운동에 따라 직선방향으로 움직인다. 이와 같은 볼 너트(61)의 직선운동은 하우징(45)의 전단부 방향으로 돌출된 로드(41)를 직선운동 시킨다. 로드(41)의 직선운동은 로드(41)의 일단에 돌출된 돌기(미도시됨)가 중공부(58)의 하단에 마련된 가이드(62)에 슬라이딩 결합되어 볼스크류(42)의 회전운동이 로드(41)의 직선운동으로 전달된다.

하우징(45)의 상단부에는 포토 인터럽터(48)가 설치된 회로기판 장착을 위한 제 1 개구부(53)가 형성되며, 포토 인터럽터(48)는 엔코더 디스크(49)의 톱니형 슬릿을 감지하여 전기적 펄스를 출력한다. 엔코더 디스크(49)는 DC 모터(40)의 모터 축(51) 상에 설치되어 회전된다.

또한, 하우징(45) 상단부에는 리미트 센서(43)가 설치된 회로기판 장착을 위한 제 2 개구부(54)가 형성되며, 리미트 센서(43)는 로드(41)의 초기 위치(입입된 위치)와 최종 위치(인출된 위치)를 제한할 수 있도록 2개소에 설치된다. 이와 같은 리미트 센서(43)는 2개의 광학 센서(43a, 43b)로 이루어지며, 광학센서(43a, 43b)는 로드(41)의 일단에 설치된 반사부(43c)로 빛을 주사시켜 반사되는 빛을 감지한다.

한편, 하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 로드 스토퍼(59)가 볼스크류(42)의 나사산 형성부 시작 위치에 회전 직각 방향으로 설치되어 로드(41)가 더 이상 인입되는 것을 차단한다.

하우징(45) 하부에는 설치 브라켓(60)이 결합되어 전동식 액츄에이터(36)를 리어 크로스 멤버(31)의 일단에 고정 설치하기에 용이하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 전동식 액츄에이터(36)는 DC 모터(40)의 구동에 의해 모터 축(51)이 정역 회전하며, 모터 축(51)과 연결된 커플링(52)과 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 커플링(52)과 연결된 볼스크류(42)의 회전운동에 의해 로드(41)가 직선운동한다. 로드(41)의 직선 변위 측정은 엔코더 디스크(49)의 회전량과 로드(41)에 형성된 피치 크기의 비율에 의해 측정된다. 이때 리미트 센서(43)는 직선운동을 하는 로드(41)의 작동 범위를 규제한다.

따라서, 전동식 액츄에이터(36)는 보조 링크(38)와 연결 고정되어 차량의 차량의 선회시 외륜의 토우 각 제어를 전동식 액츄에이터(36)의 구동에 의한 토우 인으로 제어하여 차량의 안정된 자세제어 및 주행 안정성을 얻을 수 있다.

그런데, 종래의 전동식 액츄에이터(36)는 로드(41)의 원활한 직선운동을 위해 볼 스크류(42), 볼 너트(61) 및 로드(41)의 결합부에 그리스가 주입되어 있는데 이 구성부품들이 빠른 속도로 직선운동 또는 회전운동되면서 그리스가 비산된다. 전동식 액츄이이터(36)는 DC 10-16V의 입력전압으로 구동이 가능하며, 13.5V의 정격입력 전압에서 액츄에이터(36)의 로드(41) 방향으로 20kgf 및 60kgf의 부하가 가해진 경우 각각 105mm/s, 65mm/s 이상의 속도로 제어된다. 비산된 그리스는 광센서(43a,43b)와 반사부(43c)의 감지능력을 저하시켜 전동식 액츄에이터의 제어 불능 상태를 야기시킬 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 전동식 액츄에이터의 구동 시 발생되는 그리스의 비산에도 불구하고 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있는 홀 센서 타입 리미트 센서를 전동식 액츄에이터에 장착하는 것을 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 가이드를 채용한 전동식 액츄에이터를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 영구자석의 자속 밀도를 집중시키기 위한 가이드를 로드의 직선운동을 유도할 수 있는 가이드로 복합적으로 활용한 전동식 액츄에이터를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 조절하여 주행중인 차량의 안정성을 확보하기 위해 리어 크로스 멤버 일단에 전동식 액츄에이터가 설치되고, 상기 전동식 액츄에이터는 하우징의 후단부에 결합되는 DC 모터와, 하우징의 중공 홀 내부에 DC 모터에 의해 회전가능하게 결합되는 볼스크류와, 볼스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서, 상기 하우징의 제 2 개구부에 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있도록 홀소자와 영구자석으로 이루어지는 홀 센서 타입 리미트 센서가 장착되며, 상기 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 상기 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 영구자석 둘레에 비자성 재질의 가이드가 설치되며, 상기 가이드가 로드의 직선운동을 유도할 수 있도록 하우징 내면과 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

3은 본 발명에 리미트 센서를 확대 도시한 전동식 액츄에이터의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 가이드와 하우징의 결합구조를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 도 4의 확대 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 가이드와 영구자석을 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 후륜 토우 각 제어장치는 리어 크로스 멤버 일단에 설치되어 DC 모터의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 전동식 액츄에이터와, 전동식 액츄에이터의 구동에 따라 후륜의 토우 각을 조절하는 링크 기구로 구성된다.

링크 기구는 리어 크로스 멤버의 일단에 힌지결합되며 그 일단은 전동식 액츄에이터와 링크 결합되고 그 타단은 보조 링크에 링크 결합되는 컨트롤 레버와, 컨트롤 레버의 타단과 후륜 너클 사이에 연결되어 전동식 액츄에이터의 구동력을 후륜에 전달하는 보조 링크로 구성된다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)는 정역 회전하는 DC 모터(40)를 이용하여 직선 변위를 제어하기 위한 것으로, 하우징(45)의 후단부에 결합되는 DC 모터(40)와, 하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 회전가능하게 결합되는 볼스크류(42)와, 볼스크류(42)에 나사결합되는 볼 너트(61)와, 하우징(45)의 전단부 방향으로 볼 너트(61)에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드(41)와, 리미트 센서(43), 엔코더(44), 하우징(45) 등으로 구성된다.

전동식 액츄에이터(36)는 DC 10-16V의 전압을 입력으로 구동이 가능하며, 13.5V의 정격입력 전압에서 액츄에이터(36)의 로드(41) 방향으로 20kgf 및 60kgf의 부하가 가해진 경우 각각 105mm/s, 65mm/s 이상의 속도로 구동이 가능하다.

본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)의 로드(41) 작동 방향은 전동식 액츄에이터(36) 몸체 방향으로 작동하는 경우를 정방향으로 정의하였고, 그 반대 방향을 역방향으로 정의하였다.

본 발명에 따른 로드(41)의 일단에 볼 너트(61)가 고정 설치되고, 볼 너트(61)의 암나사부에 볼스크류(42)의 숫나사부가 맞물려 나사 결합되어 DC 모터(40)의 출력 축과 직접 연결되어 1:1의 회전 속도비를 갖는다. 로드(41) 및 볼 너트(61)는 볼스크류(42)에 의해 직선 운동을 하게 된다. 볼스크류(42)는 베어링(46)에 압입되어 고정된 상태로 회전운동을 하며, 베어링(46)은 베어링 스토퍼(47)에 의해 하우징(45)에 고정되며, 볼스크류(42)와 함께 회전운동을 한다.

하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 로드 스토퍼(59)가 볼스크류(42)의 나사산 형성부 시작 위치에 회전 직각 방향으로 설치되어 로드(41)가 더 이상 정방향으로 이동하는 것을 강제로 제한한다.

하우징(45)의 후단부에는 DC 모터(40)가 결합되며, 하우징(45)의 상단부에는 포토 인터럽터(48) 설치를 위한 제 1 개구부(53)와 리미트 센서(43)를 설치하기 위한 제 2 개구부(54)가 형성된다.

포토 인터럽터(48)는 엔코더 디스크(49)의 톱니형 슬릿을 감지하여 전기적 펄스를 출력한다. 엔코더 디스크(49)는 DC 모터(40)의 모터 축(51) 상에 설치되어 회전된다.

특히, 본 발명에 따른 리미트 센서(43)는 로드(41)의 초기 위치(입입된 위치)와 최종 위치(인출된 위치)를 제한하는 센서로서, 전동식 액츄에이터의 구동 시 발생되는 그리스의 비산에도 불구하고 로드(41)의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있는 홀 센서 타입을 채용하고 있다.

본 발명에 따르면, 홀 센서의 홀소자(11)는 제 2 개구부(54)에 장착되는 홀 센서 회로기판(12) 저면에 설치되며, 영구자석(13)은 홀소자(11)와 대면할 수 있도록 로드(41)의 일단에 설치된다. 홀소자(11)는 영구자석에서 발생되는 자속밀도를 감지하여 영구자석(13)과 함께 직선운동하는 로드(41)의 위치를 파악할 수 있다. 미설명 부호 14는 하우징(45)의 제 2 개구부(54)를 밀폐시키기 위한 덮개이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 영구자석(13)의 자속밀도를 집중시켜 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 영구자석(13) 주변에 비자성재질 예를 들면 나일론 수지재 등으로 이루어진 가이드(15)를 채용하는 것이 유리하다.

더 나아가 본 발명에서는 영구자석(13)의 자속 밀도를 집중시키기 위한 가이드(15)가 로드(41)의 직선운동을 유도할 수 있도록 하우징(45) 내면과 슬라이딩 결합되는 것이 바람직하다. 슬라이딩 결합된 가이드(15)는 직선운동을 유도할 수 있도록 별도로 구비해야 하는 종래의 가이드를 대체할 수 있다. 또한, 로드(41)의 일단에 돌기를 형성할 필요가 없다. 한편, 가이드(15)는 로드(41)의 외경부에 핀박음되어 회전방향으로의 유동이 고정된다. 예시도면에서 영구자석(13)이 위치한 부분은 제외하고 90°간격으로 3면에 고정핀(16)이 핀박음이 되어 있다.

본 발명에 따른 가이드(15)의 원활한 슬라이딩 이동을 위해 가이드의 단면형상은 사각형상의 각 모서리를 모따기가공(chamfering)하고, 가이드(15)와 면접촉되는 하우징(45)의 내부 단면은 가이드(15)와 소정의 간격(gap)을 유지하는 대신 모따기 가공된 모서리의 양단에 위치한 극히 좁은 부분만이 하우징(45)에 접할 수 있도록 가이드(15)의 모서리와 대응하는 하우징(45)의 각 귀퉁이에 내측으로 돌출된 라운드처리부(17)가 마련되는 것이 바람직하다. 이처럼, 가이드와 하우징의 마찰면을 최소화하는 것은 마찰부하를 줄일 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 전동식 액츄에이터(36)는 DC 모터(40)의 구동에 의해 모터 축(51)이 정/역회전하며, 모터 축(51)과 연결된 커플링(52)과 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 커플링(52)과 연결된 볼스크류(42)의 회전운동에 의해 로드(41)가 직선운동한다. 로드(41)의 직선 변위 측정은 엔코더 디스크(49)의 회전량과 로드(41)에 형성된 피치 크기의 비율에 의해 측정된다. 이때 리미트 센서(43)는 직선운동을 하는 로드(41)의 작동 범위를 규제한다.

따라서, 전동식 액츄에이터(36)는 보조 링크와 연결 고정되어 차량의 차량의 선회시 외륜의 토우 각 제어를 전동식 액츄에이터의 구동에 의한 토우 인으로 제어하여 차량의 안정된 자세제어 및 주행 안정성을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 리미트 센서는 홀 센서 타입으로 자속밀도를 감지하므로 전동식 액츄에이터의 구동 시 발생되는 그리스의 비산에도 불구하고 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있으며, 영구자석 주변에 가이드를 채용하여 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있으며, 가이드가 로드의 직선운동을 유도할 수 있어 조립구조를 단순화할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어장치를 도시한 구성도.

도 2는 종래기술에 따른 전동식 액츄에이터를 도시한 부분 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 리미트 센서를 확대 도시한 전동식 액츄에이터의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 가이드와 하우징의 결합구조를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 도 4의 확대 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 가이드와 영구자석을 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

43 ; 리미트 센서 11 ; 홀소자

12 ; 홀소자 회로기판 13 ; 영구자석

14 ; 덮개 15 ; 가이드

40 : DC 모터 41 : 로드

42 : 볼스크류 45 : 하우징

48 : 포토 인터럽터 49 : 엔코더 디스크

51 : 모터 축 52 : 커플링

53 : 제 1 개구부 54 : 제 2 개구부

58 : 중공 홀(하우징) 59 : 로드 스토퍼

60 : 설치 브라켓 61 : 볼 너트

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 차량의 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 조절하여 주행중인 차량의 안정성을 확보하기 위해 리어 크로스 멤버 일단에 전동식 액츄에이터가 설치되고, 상기 전동식 액츄에이터는 하우징의 후단부에 결합되는 DC 모터와, 하우징의 중공 홀 내부에 DC 모터에 의해 회전가능하게 결합되는 볼스크류와, 볼스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서,

   상기 하우징의 제2개구부에 장착되어 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있도록 홀소자와 영구자석으로 이루어지는 홀 센서 타입 리미트 센서와,

   상기 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 상기 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 영구자석 둘레에 설치되는 비자성 재질의 가이드를 포함하되,

   상기 가이드가 상기 로드의 직선운동을 유도할 수 있도록 하우징 내면과 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가이드의 원활한 슬라이딩 이동을 위해 가이드의 단면형상은 사각형상의 각 모서리를 모따기가공(chamfering)하는 것을 특징으로 하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 가이드의 모서리와 대응하는 하우징의 각 귀퉁이에 내측으로 돌출된 라운드처리부가 마련되는 것을 특징으로 하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터.