KR100583354B1 - 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것으로, 스티어링휠(1)이 결합된 조향조작부(10)에 장착되어 상기 스티어링휠(1)의 조작여부를 검출하는 토오크센서(31)와, 상기 토오크센서(31)로부터 전달된 신호를 통해 전원공급부(41)의 동작을 제어하는 전자제어유니트(33)와, 상기 조향조작부(10)로부터 독립된 구성으로 갖추어지면서 좌우측의 타이로드(37,39)와 각각 연결 가능하도록 서로 분리되어 설치되는 좌측조향기구부(50) 및 우측조향기구부(60)와, 상기 좌우측조향기구부(50,60)의 하우징(51,61)내에 설치되면서 상기 전원공급부(41)로부터 인가받는 전류의 세기 및 방향에 따라 상기 타이로드(37,39)의 이동을 제어하는 좌측리니어모터(70) 및 우측리니어모터(80)로 구성되는 한편; 상기 좌우측리니어모터(70,80)는, 상기 전원공급부(41)와 연결된 코일(71a,81a)이 길이방향을 따라 권회된 고정자(71,81)와, 상기 고정자(71,81)를 향하는 방향으로 영구자석을 구비하고서 차체의 외측을 향하는 일측단에 상기 좌우측의 타이로드(37,39)가 각각 결합된 이동자(73,83)로 구성되어져, 동력전달의 손실을 크게 줄일 수 있음과 더불어 보다 많은 주변의 여유공간을 확보할 수 있도록 된 것이다.

리니어 모터. 조향장치. SBW

Description

자동차의 스티어 바이 와이어 시스템{Steer By Wire System of vehicle}

도 1은 종래의 스티어 바이 와이어 시스템의 구성도,

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 구성도,

도 4와 도 5는 리니어 모터의 개념을 설명하기 위한 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 - 스티어링휠 10 - 조향조작부

20 - 조향기구부 21 - 하우징

31 - 토오크센서 33 - 전자제어유니트

37,39 - 타이로드 41 - 전원공급부

50 - 좌측조향기구부 51,61 - 하우징

60 - 우측조향기구부 70 - 좌측리니어모터

71,81 - 고정자 71a,81a - 코일

73,83 - 이동자 80 - 우측리니어모터

본 발명은 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것으로, 특히 동력전 달 과정상에서 불필요한 동력의 낭비를 최소화시킬 수 있도록 함과 더불어 전체적인 부피를 줄일 수 있도록 하여 여유공간의 활용도를 증대시킬 수 있도록 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 파워스티어링 시스템의 주류는 유압식 시스템이었다. 유압식 파워스티어링 시스템은 스티어링컬럼측에 연결된 피니언과 타이로드를 매개로 휠측에 연결된 랙이 결합상태로 내장된 기어박스가 동력실린더 역할을 하도록 오일리저버와 다수의 호스를 통하여 연결되어 있고, 스티어링휠 조작방향에 따라 상기 기어박스내의 양쪽 챔버로 오일펌프에 의해 오일이 공급되어 조향 보조력이 발생하도록 되어 있었다.

그러나, 복잡한 유압라인을 구성하여야만 하므로 즉, 오일리저버와 오일펌프 및 기어박스, 이들을 연결하는 다수의 호스 등을 설치하여야만 하므로 그 구성이 복잡하고, 또한 작은 배기량의 엔진을 사용하는 하이브리드 차량에 있어서 상기 오일펌프를 엔진으로 구동하는 것은 연비 측면에서 바람직하지 않으므로 유압식이 아닌 다른 형식의 파워스티어링 시스템이 필요하였다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 스티어 바이 와이어 시스템(Steer By Wire System)이 개발되었다.

상기 스티어 바이 와이어 시스템은 도시된 바와 같이 스티어링휠(1)이 결합된 조향조작부(10)와 기어박스(2)가 있는 조향기구부(20)를 유니버설조인트와 같은 기구적인 결합체를 이용하여 직접 연결시키지 않고, 이들을 독립적으로 분리시킨 구성이다.

상기 스티어 바이 와이어 시스템은, 상기 조향조작부(10)에 장착된 토오크센서(31)가 스티어링휠(1)의 조작을 감지하고, 상기 토오크센서(31)로부터 신호를 전달받은 전자제어유니트(33)가 상기 기어박스(2)상에 장착된 모터(35)의 구동을 제어하게 된다.

이에 따라, 상기 모터(35)의 구동력은 기어박스(2)내에 장착된 랙바(도시않됨)로 전달되고, 상기 랙바의 직선이동에 의해 차륜과 연결된 타이로드(37,39)가 움직임에 따라 조향조작이 이루어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 스티어 바이 와이어 시스템은, 회전형전동기에 해당하는 모터(35)의 회전동력이 랙바의 직선동력으로 변환되는 과정상에서 미약하게 나마 원치 않는 동력의 손실이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 동력이 전달되는 과정상에서 불필요한 동력의 낭비를 줄일 수 있는 새로운 구성을 채택함으로써, 보다 원활하고 정확한 조향조작이 이루어질 수 있도록 하는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 불필요한 동력의 낭비를 최소화시킬 수 있는 새로운 구성의 스티어 바이 와이어 시스템을 통해, 모터와 랙바를 사용하고 있는 종래의 구성보다 전체적인 부피를 줄일 수 있도록 함으로써, 보다 많은 여유공간을 확보할 수 있도록 하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템은, 스티어링휠이 결합된 조향조작부에 장착되어 상기 스티어링휠의 조작여부를 검출하는 토오크센서와, 상기 토오크센서로부터 전달된 신호를 통해 전원공급부의 동작을 제어하는 전자제어유니트와, 상기 조향조작부로부터 독립된 구성으로 갖추어지면서 좌우측의 타이로드와 각각 연결 가능하도록 서로 분리되어 설치되는 좌측조향기구부 및 우측조향기구부와, 상기 좌우측조향기구부의 하우징내에 설치되면서 상기 전원공급부로부터 인가받는 전류의 세기 및 방향에 따라 상기 타이로드의 이동을 제어하는 좌측리니어모터 및 우측리니어모터로 구성되는 한편; 상기 좌우측리니어모터는, 상기 전원공급부와 연결된 코일이 길이방향을 따라 권회된 고정자와, 상기 고정자를 향하는 방향으로 영구자석을 구비하고서 차체의 외측을 향하는 일측단에 상기 좌우측의 타이로드가 각각 결합된 이동자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 구성도로서, 종래 구조와 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 붙이면서 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템(Steer By Wire System)은 도 2에 도시된 바와 같이, 스티어링휠(1)이 결합된 조향조작부(10)에 장착되어 상기 스티어링휠(1)의 조작여부를 검출하는 토오크센서(31)와, 상기 토오크센서(31)로부터 전달된 신호를 통해 전원공급부(41)의 동작을 제어하는 전자제어유니트(33)와, 상기 조향조작부(10)로부터 독립된 구성으로 갖추어지면서 좌우측의 타이로드(37,39)와 각각 연결 가능하도록 서로 분리되어 설치되는 좌측조향기구부(50) 및 우측조향 기구부(60)와, 상기 좌우측조향기구부(50,60)의 하우징(51,61)내에 설치되면서 상기 전원공급부(41)로부터 인가받는 전류의 세기 및 방향에 따라 상기 타이로드(37,39)의 이동을 제어하는 좌측리니어모터(70) 및 우측리니어모터(80)로 구성된다.

한편, 상기 스티어링휠(1)이 결합된 조향조작부(10)와, 상기 토오크센서(31) 및 상기 전자제어유니트(33)는 도 1을 참조로 전술한 일반적인 구조와 동일하므로 이를 참조하기로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 좌우측의 리니어모터(70,80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전원공급부(41)와 연결된 코일(71a,81a)이 길이방향을 따라 권회된 고정자(71,81)와, 상기 고정자(71,81)를 향하는 방향으로 영구자석을 구비하고서 차체의 외측을 향하는 일측단에 상기 좌우측의 타이로드(37,39)가 각각 결합된 이동자(73,83)로 구성된다.

여기서, 상기 고정자(71,81)는 일자형태로 된 막대형상으로서 상기 좌우측의 조향기구부(50,60)를 구성하는 하우징(51,61)의 길이방향을 따라 설치되며, 상기 코일(71a,81a)은 막대형상으로 된 상기 고정자(71,81)의 전체구간에 걸쳐서 권회된 구조이다.

한편, 도 4와 도 5에는 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 구성을 이해하는데 도움을 주기 위한 일반적인 리니어 모터의 구성도가 도시되어 있다.

즉, 직선형전동기(直線型電動機)라고도 불리우는 리니어 모터(linear motor)는, 직선 모양으로 면하는 이동자(移動子)와 고정자(固定子) 사이에서 추력(推力: 미는 힘)을 발생하는 구조로 되어 있는 전동기이다.

리니어 모터는 1차코일을 고정시키고 2차코일을 회전시키는 일반전동기와는 구조적으로 다르지만, 회전형전동기의 회전자측과 고정자측을 각각 반지름 방향으로 잘라서 평판모양으로 전개한 것이라고 생각하면 된다.

리니어 모터의 기종은 동기형(회전형전동기의 동기기로서 직류기에 해당한다)과 비동기형(회전형전동기의 유도전동기에 해당한다)으로 구분되며, 구조도 여러 종류가 있다.

동기형의 리니어 모터는 도 4에 도시된 바와 같이 이동자측과 고정자측의 어느 한쪽에 고정된 자극을 놓고, 나머지 쪽에 교번하는 전력을 보내면 양자 사이에 전자력이 작용한다. 한쪽 방향으로 추력을 내기 위해서는 항상 자극의 극성을 검출하고, 그 극성에 대응해서 전류의 방향을 바꿀 필요가 있다. 속도제어는 속도에 동기시켜서 주파수를 연속적으로 변화시킴으로써 이루어진다. 고정된 자극을 이동자측에 설치한 구조도 있으며, 리니어 모터 자동차에서는 고정자극으로 초전도자석을 사용하고 있다.

비동기형 리니어 모터는 도 5에 도시된 바와 같이 이동자측이나 고정자측의 어느 한쪽을 두꺼운 구리 또는 알루미늄 도체의 판(2차측)으로 하고, 다른 쪽은 도마판 모양의 철심에 홈을 파고 이것에 3상권선을 넣은 것(1차측)으로 구성한다. 1차측에 3상교류를 흘러보내면 이동자기장이 생기고, 이것에 의해 2차측에 유도전류가 흘러서 양자 사이에 전자력이 작용한다. 1차측에 흐르게 하는 3상교류에 의해 이동자기장의 이동방향이 정해지므로, 한쪽 방향의 추력을 얻을 수 있다. 속도제어 는 일정한 주파수로 전압을 바꾸어도 되지만, 전동기의 효율을 향상시키려면 주파수를 변화시킬 필요가 있다. 2차측은 간단한 구조로 할 수 있으므로, 이것을 고정자측으로 하여 사용하는 것이 보통이다.

리니어 모터는 1940년 미국에서 캐터펄트(catapult)용으로 처음 제작되었으나 실용화되지 못하였다. 그러나 그 후 영국에서 이론의 연구와 실험이 대대적으로 추진되어, 고속 전기철도의 주동력원으로 주목하게 되었다. 전기철도에 있어서 속도가 300km/h 정도보다 빨라지면, 차륜(바퀴)이 레일에 밀착되지 않고 공전(空轉)하는 경향이 있다. 이것은 회전형 전동기의 동력이 바퀴에 전해지고, 바퀴와 레일의 마찰을 통해서 차량을 전진시키는 방식을 취하고 있기 때문이다. 따라서 전기철도에서 바라는 시속 500km라는 고속수송기관과 같은 경우, 공전의 염려를 없애려면 바퀴를 사용하지 않고 직접 차량을 추진시키는 방법을 취할 필요가 있다. 이것을 해결하는 것으로서 리니어 모터는 기대되는 바 크다. 리니어 모터는 직선 위를 움직이고, 직접 동력을 주며, 높은 가속과 감속을 가지게 할 수 있기 때문에 고속철도용 뿐만 아니라, 조차장(操車場)에서의 화차 구분작업 자동화에도 사용되고 있으며, 지금은 그 용도가 점차 확대되고 있는 추세이다.

이상과 같이 조향기구부를 좌측조향기구부(50) 및 우측조향기구부(60)로 분리 구성하고, 상기 좌우측조향기구부(50,60)내에 타이로드(37,39)의 이동을 제어하는 좌측리니어모터(70) 및 우측리니어모터(80)를 각각 설치하여 구성된 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템은, 스티어링휠(1)의 조작방향 및 조작력에 따라 고정자(71,81)측의 코일(71a,81a)로 교번하는 전력을 보내주게 되면, 상기 고정자 (71,81)와 이동자(73,83)의 사이에 작용하는 전자력에 의해 상기 이동자(73,83)는 어느 한 방향으로 이동을 하게 된다.

이때, 상기 고정자(71,81)측으로 공급되는 전류의 방향을 바꿔주게 되면, 상기 이동자(73,83)는 반대쪽 방향으로도 이동을 하게 할 수 있게 된다.

즉, 상기 이동자(73,83)는 고정자(71,81)측으로 공급되는 전류의 방향에 따라 도 3에 도시된 상태에서 좌측방향이나 또는 우측방향으로 이동을 하게 되고, 이에 따라 좌우측의 타이로드(37,39)가 직선 이동함에 따라 좌우측의 차륜이 움직이면서 조향조작이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 리니어 모터(70,80)를 이용하여 스티어 바이 와이어 시스템을 구성하게 되면, 동력이 전달되는 과정상에서 불필요한 동력의 낭비를 크게 줄일 수 있는 잇점이 있게 된다.

즉, 종래의 스티어 바이 와이어 시스템은 전술한 바와 같이 회전형전동기에 해당하는 모터(35)의 회전동력이 랙바의 직선동력으로 변환되는 과정상에서 동력손실이 발생하였지만, 본 발명은 동력의 변환과정이 없는 구성 다시 말해서 리니어 모터(70,80)에서 발생하는 직선동력을 이용하여 타이로드(37,39)를 움직이는 구성이기 때문에 불필요한 동력손실을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 회전형전동기에 해당하는 모터(35)와 이의 동력을 전달받는 랙바 대신에 그 부피를 크게 줄일 수 있는 리니어 모터(70,80)를 사용함으로써, 종래의 구조에 비해 보다 많은 주변의 여유공간을 확보할 수 있는 장점도 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리니어 모터를 이용하여 스티어 바이 와이어 시스템을 구성함으로써 동력전달의 손실을 크게 줄일 수 있게 되고, 동시에 보다 많은 주변의 여유공간을 확보할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 스티어링휠(1)이 결합된 조향조작부(10)에 장착되어 상기 스티어링휠(1)의 조작여부를 검출하는 토오크센서(31)와,

   상기 토오크센서(31)로부터 전달된 신호를 통해 전원공급부(41)의 동작을 제어하는 전자제어유니트(33)와,

   상기 조향조작부(10)로부터 독립된 구성으로 갖추어지면서 좌우측의 타이로드(37,39)와 각각 연결 가능하도록 서로 분리되어 설치되는 좌측조향기구부(50) 및 우측조향기구부(60)와,

   상기 좌우측조향기구부(50,60)의 하우징(51,61)내에 설치되면서 상기 전원공급부(41)로부터 인가받는 전류의 세기 및 방향에 따라 상기 타이로드(37,39)의 이동을 제어하는 좌측리니어모터(70) 및 우측리니어모터(80)로 구성되는 한편;

   상기 좌우측리니어모터(70,80)는,

   상기 전원공급부(41)와 연결된 코일(71a,81a)이 길이방향을 따라 권회된 고정자(71,81)와,

   상기 고정자(71,81)를 향하는 방향으로 영구자석을 구비하고서 차체의 외측을 향하는 일측단에 상기 좌우측의 타이로드(37,39)가 각각 결합된 이동자(73,83)

   로 구성되는 자동차의 스티어 바이 와이어 시스템.

Images