KR100579405B1 - 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 전동식 액츄에이터가 설치되고, 상기 전동식 액츄에이터는 하우징의 후단부에 결합되는 DC 모터와, 하우징의 중공 홀 내부에 DC 모터의 모터 축과 스플라인 결합되어 DC 모터의 구동력이 전달되는 리드 스크류와, 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 결합되는 엔코더 디스크와, 리드 스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서, 상기 엔코더 디스크와 상기 리드 스크류는 회전방향으로 상호 고정되기 위해 서로 대응되는 결합단면이 다각형 형상으로 형성되고, 상기 리드 스크류에는 상기 엔코더 디스크를 길이방향으로 고정하는 스냅링이 결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 엔코더 디스크를 고정 설치할 때 컬링작업을 생략하는 대신 스냅링을 채용함으로써 나사결합된 리드 스크류와 볼 너트의 나사결합부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

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

도 1은 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어장치를 도시한 구성도.

도 2는 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터를 도시한 단면도.

도 3은 종래기술에 따른 엔코더 디스크의 결합구조를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 리드 스크류와 엔코더 디스크의 결합구조를 확대 도시한 단면도.

도 5는 도 3의 우측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 스냅링 11 ; 스냅링홈

40 : DC 모터 41 : 로드

42 : 리드 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

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 동력전달구조를 단순화하고, 베어링과 엔코더의 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 리드 스크류(42)와, 리드 스크류(42)에 나사결합되는 볼 너트(61)와, 하우징(45)의 전단부 방향으로 볼 너트(61)에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드(41)와, 리 미트 센서(43), 엔코더(44) 등으로 구성된다.

리드 스크류(42)의 일단은 DC 모터(40)의 모터 축(51)과 스플라인 결합되어 DC 모터(40)의 회전운동이 리드 스크류(42)에 전달된다. 한편, 리드 스크류(42)와 나사결합된 볼 너트(61)가 리드 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 리드 스크류(42)의 회전운동이 로드(41)의 직선운동으로 전달된다. 리드 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 리드 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 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 모터 축(51)과 스플라인 결합된 리드 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 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)의 엔코더 디스크(49)를 조립하기 위해서는 하우징(45)에 로드(41)와 리드 스크류(42)가 조립된 상태에서 리드 스크류(42)의 외주연에 엔코더 디스크(49)를 회전방향으로 끼운 후 컬링(curling) 작업으로 리드 스크류(42)의 일단을 엔코더 디스크(49)의 압착 홈에 압착하여 고정시킨다. 한편, 컬링 압력은 1.5 ∼2.0ton에 이르며 이때 가해지는 압력에 의해 나사결합된 리드 스크류(42)와 볼 너트(61)의 나사결합부가 손상될 수 있다. 통상적 으로 리드 스크류(42)는 침탄 질화 처리 등과 같은 열처리 가공을 통해 경도가 높은 반면에, 볼 너트(61)는 무른 황동 재질로 이루어져 상대적으로 무른 재질인 볼 너트(61)의 나사면이 손상된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 엔코더 디스크를 고정 설치할 때 컬링작업을 생략하는 대신 스냅링을 채용함으로써 나사결합된 리드 스크류와 볼 너트의 나사결합부가 손상되는 것을 방지할 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 모터의 모터 축과 스플라인 결합되어 DC 모터의 구동력이 전달되는 리드 스크류와, 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 결합되는 엔코더 디스크와, 리드 스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서, 상기 엔코더 디스크와 상기 리드 스크류는 회전방향으로 상호 고정되기 위해 서로 대응되는 결합단면이 다각형 형상으로 형성되고, 상기 리드 스크류에는 상기 엔코더 디스크를 길이방향으로 고정하는 스냅링이 결합된 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 4는 본 발명에 리드 스크류와 엔코더 디스크의 결합구조를 확대 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3의 우측면도이며, 종래와 동일한 구성부재에 대해서는 도 1을 참조하였다.

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 리드 스크류(42)와, 리드 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.

본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)의 로드(41) 작동 방향은 전동식 액츄 에이터(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 리드 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 리드 스크류(42)에 의해 직선 운동을 하게 된다. 리드 스크류(42)는 베어링(46)에 압입되어 고정된 상태로 회전된다.

하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 로드 스토퍼(59)가 리드 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.

DC 모터(40)의 모터 축(51)과 리드 스크류(42)가 스플라인 결합되어 DC 모터(40)의 구동력이 리드 스크류(42)에 전달된다.

특히, 본 발명에 따르면 엔코더 디스크(49)와 리드 스크류(42)의 결합단면이 다각형 형상으로 형성되어 회전방향으로 고정되고, 엔코더 디스크(49)가 스냅링(10)에 의해 길이방향으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

예시도면에서 엔코더 디스크(49)가 결합되는 리드 스크류(42)의 외주연은 최초 동심원을 이루는 원호 형상을 이루고 있으나, 원호의 일부를 면취하여 동심원의 형상을 갖추지 못하도록 한다. 또한, 이에 끼워지는 엔코더 디스크(49)의 내륜의 형상은 리드 스크류(42)의 형상에 반대되는 형상을 갖도록 한다.

이와 같이, 엔코더 디스크(49)와 리드 스크류(42)의 결합단면이 동심원을 갖추지 못하게 되면, 리드 스크류(42)의 회전방향으로 고정된다.

예시도면에서는 결합단면의 형상이 면취된 원호형상을 하나의 예로 보이고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 회전방향으로 고정력을 갖는 다양한 다각형 형상을 포함한다.

한편, 본 발명에 따르면, 리드 스크류(42)에 끼워진 엔코더 디스크(49)를 길이방향으로 고정시키기 위해 리드 스크류(42)의 외주연에 스냅링홈(11)을 형성하고 스냅링(10)을 결합한다.

이와 같은 엔코더 디스크(49)의 결합은 기존의 컬링공정으로 압착하는 방식에 비해 가압력이 가해지지 않으므로 이미 조립된 상태의 주변 부품들에 영향을 미치지 않게 된다. 즉, 이미 나사결합된 리드 스크류(42)와 볼 너트(61)의 나사결합부가 손상되지 않는다.

또한, 기존의 컬링공정을 이용한 고정 구조에 비해 고정작업이 단순하여 조립에 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 리 드 스크류(42)에 회전력이 전달되며, 모터 축(51)의 일단에 설치된 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 리드 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 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 엔코더 디스크를 고정 설치할 때 컬링작업을 생략하는 대신 스냅링을 채용함으로써 나사결합된 리드 스크류와 볼 너트의 나사결합부가 손상되는 것을 방지할 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.

Claims (1)

1. 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 모터의 모터 축과 스플라인 결합되어 DC 모터의 구동력이 전달되는 리드 스크류와, 리드 스크류의 일단에 회전방향으로 결합되는 엔코더 디스크와, 리드 스크류에 나사결합되는 볼 너트와, 하우징의 전단부 방향으로 볼 너트에 설치되어 직선운동 가능하도록 결합된 로드를 구비하는 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터에 있어서,

   상기 엔코더 디스크와 상기 리드 스크류는 회전방향으로 상호 고정되기 위해 서로 대응되는 결합단면이 다각형 형상으로 형성되고,

   상기 리드 스크류에는 상기 엔코더 디스크를 길이방향으로 고정하는 스냅링이 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 토우 각 제어용 전동식 액츄에이터.

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