KR100535307B1 - 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, DC 모터의 모터 축과 볼 스크류가 스플라인 결합되어 DC 모터의 구동력이 볼 스크류에 전달되며, 베어링이 하우징 내주면에 결합된 제 1 스냅링과 볼 스크류 외주면에 결합된 제 2 스냅링에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전동식 액츄에이터의 동력전달 구조를 단순화하여 조립작업의 효율성을 기할 수 있으며, 볼 스크류와 하우징 사이에 결합되는 베어링을 고정시키는 구조를 단순화하여 조립작업의 효율성을 높일 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 동력전달구조와 베어링의 조립구조를 개선한 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 볼 스크류(42)와, 볼 스크류(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.

볼 스크류(42)의 일단은 DC 모터(40)의 모터 축(51)과 커플링(52)에 의해 결합되어 DC 모터(40)의 회전운동이 볼 스크류(42)에 전달된다. 한편, 볼 스크류(42)와 나사결합된 볼 너트(61)가 볼 스크류(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 볼 스크류(42)의 회전운동이 로드(41)의 직선운동으로 전달된다. 볼 스크류(42)는 베어링(46)을 매개로 하우징(45)에 압입되어 고정된 상태로 회전되며, 베어링(46)은 베어링 스토퍼(47)에 의해 하우징(45)에 고정된다.

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 볼 스크류(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 볼 스크류(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 커플링(52)을 이용한 동력전달 방식에 있어서 모터 축(51) 및 볼 스크류(42)와 키(key) 결합을 통해 회전력을 전달하고 있으나, 이는 조립구조가 복잡하고 조립작업에 어려운 단점이 있었다. 또한, 볼 스크류(42)와 하우징(45) 사이에 결합되는 베어링(46)을 고정시키기 위해 베어링 스토퍼(47)를 이용하고 있으나, 이 또한 다수의 체결부재로 원주면을 따라 채결해야 하는 등 조립구조가 복잡하고 조립작업에 어려움이 많았다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 전동식 액츄에이터의 동력전달 구조를 단순화하여 조립작업의 효율성을 기할 수 있으며, 볼 스크류와 하우징 사이에 결합되는 베어링을 고정시키는 구조를 단순화하여 조립작업의 효율성을 높일 수 있는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

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 볼 스크류와, 볼 스크류와 하우징 사이에 압입되는 베어링과, 볼 스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서, 상기 DC 모터의 모터 축과 상기 볼 스크류가 스플라인 결합되어 상기 DC 모터의 구동력이 볼 스크류에 전달되며, 상기 베어링이 상기 하우징 내주면에 결합된 제 1 스냅링과 상기 볼 스크류 외주면에 결합된 제 2 스냅링에 의해 고정되는 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.

도 3은 본 발명에 전동식 액츄에이터의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전동식 액츄에이터의 내부 결합구조를 도시한 확대단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 베어링 고정결합구조를 도시한 확대단면도이다.

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 볼 스크류(42)와, 볼 스크류(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 볼 스크류(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 볼 스크류(42)에 의해 직선 운동을 하게 된다. 볼 스크류(42)는 베어링(46)에 압입되어 고정된 상태로 회전된다.

하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 로드 스토퍼(59)가 볼 스크류(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 따르면, DC 모터(40)의 모터 축(51)과 볼 스크류(42)가 스플라인 결합되어 DC 모터(40)의 구동력이 볼 스크류(42)에 전달되며, 베어링(46)은 하우징(45) 내주면에 결합된 제 1 스냅링(12)과 볼 스크류(42) 외주면에 결합된 제 2 스냅링(13)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 모터 축(51)의 단부에 축방향으로 미세한 3각형 홈이 톱니모양으로 절삭되는 세레이션축(10)이 형성되고, 이에 대응하는 볼 스크류(42)의 단부에는 세레이션축(10)과 끼워 맞추어지는 홈이 형성된 보스(11)가 형성된다. 이와 같은 스플라인 결합된 모터 축(51)과 볼 스크류(42)는 기존의 커플링 구조에 비해 동력 전달 구조가 단순할 뿐만 아니라 조립구조에 있어서도 단순하여 조립작업에 유리하다.

또한, 베어링(46)은 한쌍의 스냅링에 의해 고정지지된다. 이를 위해 하우징(45) 내주면 일단에 원주방향으로 제 1 스냅링 홈(12a)이 오목하게 형성되고, 볼 스크류(42)의 외주면 일단에 제 2 스냅링 홈(13a)이 형성된다. 제 1 스냅링(12)은 베어링(46)의 외경부 측면을 지지하고 제 2 스냅링(13)은 베어링(46)의 내경부 측면 지지하여 베어링(46)이 압입된 상태로 고정시킨다. 이와 같은 스냅링은 기존의 체결부재를 이용한 구조에 비해 조립구조가 단순하여 조립작업에 유리하다.

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 스플라인 결합된 볼 스크류(42)에 회전력이 전달되며, 모터 축(51)의 일단에 설치된 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 볼 스크류(42)의 회전운동에 의해 로드(41)가 직선방향으로 이동한다. 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 스플라인 결합된 모터 축과 볼 스크류는 기존의 커플링 구조에 비해 동력 전달 구조가 단순할 뿐만 아니라 조립구조에 있어서도 단순하여 조립작업에 유리하며, 베어링을 고정시키는 스냅링은 기존의 체결부재를 이용한 구조에 비해 조립구조가 단순하여 조립작업에 유리하다.

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 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 전동식 액츄에이터의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 전동식 액츄에이터의 내부 결합구조를 도시한 확대단면도.

도 5는 본 발명에 따른 베어링 고정결합구조를 도시한 확대 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 세레이션축 11 ; 보스

12 ; 제 1 스냅링 13 ; 제 2 스냅링

12a ; 제 1 스냅링홈 13a ; 제 2 스냅링홈

40 : DC 모터 41 : 로드

42 : 볼 스크류 43 ; 리미트 센서

45 : 하우징 46 ; 베어링

48 : 포토 인터럽터 49 : 엔코더 디스크

51 : 모터 축 53 : 제 1 개구부

54 : 제 2 개구부 61 : 볼 너트

Claims (2)

1. 삭제
2. 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 볼 스크류와, 볼 스크류와 하우징 사이에 압입되는 베어링과, 볼 스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서,

   상기 DC 모터의 모터 축과 상기 볼 스크류가 스플라인 결합되어 상기 DC 모터의 구동력이 볼 스크류에 전달되고,

   상기 베어링이 상기 하우징 내주면에 결합된 제1스냅링과 상기 볼 스크류 외주면에 결합된 제2스냅링에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 후륜 토우각 제어용 전동식 액츄에이터.