KR100731373B1 - 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치 - Google Patents

자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치 Download PDF

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Abstract

전기적으로 보조되는 자동차용 보조 동력 조향 장치는 조향 핸들(4)과 작용연결되어있는 입력축(2)을 포함한다. 입력축(2)은 조향하고자 하는 휠들의 조향을 위하여 필수적인 조향 회전 모멘트의 전달을 위하여 사용된다. 출력 유닛는 조향하고자하는 휠과 작용연결된다. 모터에 의하여 보조 동력이 입력축(2) 또는 출력 유닛에 작용될 수 있는 전기 모터(7)는 보조동력조향장치에 배치된다. 자동차의 그때그때 현존하는 장비 변수에 대한 특성치의 검출을 위하여 검출 유닛(10)이 설치된다. 감지된 특성치는 전기 모터(7)의 적합한 제어를 위하여 전자 유닛(9)에 보내어진다. 자동차의 그때그때 현존하는 장비 변수에 대한 특성치는 특수한 전자축 부하를 위한 값 및/또는 자동차의 타이어 특성을 위한 값을 포함함다.
보조 동력 조향 장치, 입력축, 조향 핸들, 전기 모터, 검출 유닛, 전자 유닛

Description

자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치{ELECTRICALLY ASSISTED POWER STEERING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치에 관한 것이다. 이러한 동력 조향 장치는, 조향 핸들과 작동 연결되고 휠의 조향에 필요한 토크를 전달하도록 사용되는 입력축을 포함한다. 출력 유닛은 조향할 휠과 작동 연결된다. 보조 동력을 입력축에 또는 출력 유닛에 인가시키는 전기 모터가 동력 조향 장치에 배치된다. 입력축에 작용하는 조향 토크의 방향 및 강도와 다른 조향 특성 변수들을 감지하기 위하여 감지 유닛이 사용된다. 조향 특성 변수들을 처리하고 전기 모터를 제어하기 위하여 전자 유닛이 사용된다.
이러한 유형의 전기 보조식 동력 조향 장치는 예를 들어 독일 특허 공보 제44 07 729 C2호에 개시되어 있다. 이러한 동력 조향 장치에 있어서, 전기 모터는 토크의 함수로서 전자 제어 유닛에 의해 제어된다.
종래의 유압식 또는 전자 유압식 조향 장치는 밸브 특성 곡선을 활용하여 각각의 개별 자동차에 맞추어졌다. 이러한 밸브 특성 곡선은 차체 구성, 축 거동, 현가 장치 거동 및 차체 부품의 설계(일례로 스프링 및 완충기 특성)와 관련하여 자동차의 조향 및 주행 거동을 정하는 데 중요한 역할을 한다.
따라서, 각각의 자동차 개발시에, 자동차 제조업체와 조향 장치 제조업체에 의해서 "공칭 특성 곡선"이라고 부르는 이상적인 밸브 특성 곡선이 정해진다.
하지만, 종래의 유압식 및 전자 유압식 조향 장치의 밸브 부품들은 공차없이 가공되지 못한다. 따라서, 이러한 장치의 경우에는 밸브 특성 곡선에 대한 가공 오차 대역["공차 대역(tolerance band)"]이 불가피하게 형성되며, 이러한 공차 대역은 일반적으로 공칭 특성 곡선을 중심으로 대칭되게 배치된다.
자동차 제조업체는 어느 한 자동차 모델에 대해서 넓은 범위의 각기 다른 장치들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 자동차 제조업체는 각기 다른 엔진들을 제공할 수 있는데, 이는 일반적으로 각기 다른 앞차축(front axle) 부하를 형성시키게 된다. 이렇게 앞차축 부하가 각기 다른 경우에는 이상적으로는 각기 다른 공칭 조향 특성 곡선이 필요하게 된다. 하지만, 이는 과도한 비용과 너무 많은 변형예들로 인해서 이루어지지 못한다.
동력 조향 장치의 공칭 특성 곡선의 형상에 대한 또 다른 영향은 자동차의 타이어 특성에 기인한다. 하지만, 정상적인 경우에 밸브 특성 곡선은 다만 실제 타이어 형태의 평균적인 타이어 특성에만 맞추어진다.
예를 들면, 본래의 타이어를 그와 다른 특성을 갖는 타이어로 대체시키는 경우에, 이에 의하여 조향 특성이 상당히 변동될 수 있다. 이렇게 되면, 운전자는 조향 거동이 만족스럽지 않은 것을 인지하게 된다.
본 발명은, 자동차의 장치가 달라지는 경우에도 항상 만족할 만한 조향 특성을 얻을 수 있도록 전기 보조식 동력 조향 장치를 개선시키는 데 목적을 두고 있다.
이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 전기 보조식 동력 조향 장치에 의하여 달성된다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 보조식 동력 조향 장치에 따르면, 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치를 검출하는 검출 유닛이 설치되고, 이렇게 검출된 특성치는 그에 따라 전기 모터를 제어하기 위한 전자 유닛으로 전송된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다.
자동차에 현재 구비된 장치의 특성치가 자동차의 특정 앞차축 부하에 대한 값을 포함하는 경우에는, 조향 장치가 각기 다른 자동차 엔진에 적용될 수 있게 된다.
자동차의 특정 앞차축 부하에 대한 값에 추가로 또는 그에 선택적으로, 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치는 자동차 타이어의 특성치를 포함할 수 있다. 이로 인하여, 조향 특성의 결정시에 각기 다른 타이어의 형태와 크기도 고려될 수 있다. 이러한 타이어의 특성치로서, 타이어 슬립 강성(tire slip stiffness)과 힘-변형 거동과 특정 타이어 형태에 대한 특성치 중 하나 이상을 들 수 있다.
자동차에 현재 구비된 장치의 특성치는 예를 들어 바코드 식별자(barcode identifier)를 통하여 검출 유닛으로 독취될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 검출 유닛은, 자동차 제조업체의 엔드-오브-라인 컴퓨터(end-of-line computer)(조립체 라인 프로그래밍 유닛)나, 서비스 지점 영업소의 테스터나, 혹은 특정 경우에는 전자 유닛과 일체로 형성된다.
이러한 전자 유닛 내에는 다수의 조향 특성치들이 정리되어 저장될 수 있으며, 그 중에서 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치들에 대응되는 적절한 특정 특성치들이 활성화될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 보조식 동력 조향 장치의 개략도이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 도시된 실시예를 중심으로 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 전기 보조식 동력 조향 장치는 랙 앤드 피니언(rack-and-pinion) 조향 장치(1) 형태의 조향 전동 기어를 포함한다. 이러한 랙 앤드 피니언 조향 장치는 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 상세히 설명하지 않는다. 랙 앤드 피니언 조향 장치의 피니언(미도시)은 입력축(2)을 구비하며, 이러한 입력축은 예를 들어 유니버설 조인트(universal joint)가 구비된 조향 로드(3)에 의해서 조향 핸들(4)과 작동 연결된다. 이러한 랙 앤드 피니언 조향 장치 대신에 예를 들어 구형 볼 조향 장치와 같은 다른 조향 전동 기어도 사용될 수 있다.
랙 앤드 피니언 조향 장치(1)의 랙(미도시)은 2개의 조향 연결봉(5, 6)과 함께 출력 유닛를 형성하고, 이러한 출력 유닛은 조향할 휠(미도시)과 작동 연결된다. 랙은 또한 조향 장치의 종동 부품을 형성한다.
이러한 동력 조향 장치를 통해서, 조향 토크가 조향 핸들(4)로부터 조향하고자 하는 휠에 전달될 수 있다.
전기 모터(7)에 의하여 보조 동력이 입력축(2)에 가해질 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전기 모터(7)는 그의 축이 입력축(2)의 축과 피니언의 축에 수직으로 형성되도록 배치된다. 하지만, 전기 모터의 축은 입력축의 축과 각도, 일례로 30° 내지 60°의 각도를 형성할 수도 있다.
이와 동일 또는 유사한 효과를 갖는다면, 전기 모터(7)는 그의 축이 입력축(2)의 축과 피니언의 축에 평행하도록 혹은 조향 로드(3)의 다른 부재의 축과 평행하도록 배치될 수도 있다.
이러한 전기 모터(7)의 2가지 배치 방법에서, 전기 모터는 랙 앤드 피니언 조향 장치(1)의 피니언 및 입력축(2)에 작용한다. 또한, 전기 모터(7)는 그의 축이 랙 앤드 피니언 조향 장치(1)의 랙의 축과 평행하거나 혹은 랙의 축과 각도를 형성하거나 혹은 랙의 축과 동축으로 형성되도록 배치될 수도 있다.
감지 유닛(8)은 입력축(2)에 작용하는 조향 토크의 방향 및 강도와 다른 조향 특성 변수의 감지를 위해 사용된다. 본 실시예에서, 감지 유닛(8)은 입력축(2)에 배치된다. 하지만, 감지 유닛은 조향 장치의 다른 장소에 배치될 수도 있다.
조향 특성 변수의 처리 및 전기 모터(7)의 제어를 위해서 전자 유닛(9)이 사용된다.
본 발명에 따르면, 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치를 검출하기 위하여 검출 유닛(10)이 제공된다. 이러한 검출된 특성치는 전기 모터(7)의 적절한 제어를 위하여 전자 유닛(9)으로 전송된다. 이에 의하여, 각기 다른 자동차 장치에 상응하게 조향 특성 곡선이 맞추어질 수 있다. 이러한 방식으로, 단지 전자 유닛(9)의 소프트웨어에 탑재된 제어 알고리즘만으로도 "공칭 특성 곡선"에 정확하게 일치되는 조향 특성 곡선을 생성시킬 수 있다. 종래의 유압식 조향 장치와 대비하여 볼 때, 본 발명에 따르면 식별자를 위해 어떠한 가공 오차 대역도 형성시킬 필요가 없다.
바람직하게는, 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치들에는 자동차의 특정 앞차축 부하에 대한 값이 포함되며, 이러한 특정 앞차축 부하 값에 의하여 예를 들어 각기 다른 엔진들이 고려될 수 있다.
자동차의 사용 기간 중 동일 자동차에 장착될 수 있는 각기 다른 형태의 타이어를 고려하여, 타이어 특성치가 감지된다. 이러한 특성치에는, 예를 들어 타이어 슬립 강성과 힘-변형 거동과 특정 타이어 유형에 대한 특성치 중 하나 이상에 대한 정보가 포함될 수 있다. 이와 관련하여, 가장 중요한 주행 특성들이 서로 유사한 각기 다른 타이어들을 특성 그룹으로 통합시킬 수 있다.
자동차에 현재 구비된 장치의 특성치는 예를 들어 바코드 식별자에 의하여 검출 유닛으로 독취될 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 각기 다른 바코드 식별자들은 각기 다른 엔진 혹은 타이어 유형들에 해당된다.
검출 유닛(10)은 자동차 제조업체의 엔드-오브-라인 컴퓨터(end-of-line computer)(조립체 라인 프로그래밍 유닛)나, 서비스 지점 영업소의 테스터나, 혹은 특정 경우에는 전자 유닛(9)과 일체로 형성된다. 이렇게 되면, 특성치들은 마련된 자동차 인터페이스를 통해서 전자 유닛(9)으로 독취될 수 있다.
다수의 조향 특성치들이 전자 유닛(9)으로 독취될 수 있으며, 그 중에서 자동차에 현재 구비된 장치의 특성치들에 대응되는 적절한 특정 특성치들이 활성화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차체 특성치들이 변동되는 경우에도(일례로 타이어, 완충기 등의 교체로 인한), 자동차의 사용 기간 중에 자동차 및 조향 장치 제조업체의 전문가에 의해 이상적으로 합치된 자동차의 조향 특성을 연속하여 유지시킬 수 있게 된다.
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Claims (9)

  1. 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치로서,
    자동차의 조향 핸들과 연결되는 입력축과,
    자동차의 조향할 휠과 연결되는 출력 유닛과,
    입력축과 출력 유닛 중 하나에 보조 동력을 전달하는 전기 모터와,
    입력축에 작용하는 조향 토크의 방향 및 강도를 포함하는 하나 이상의 조향 특성 변수를 감지하는 감지 유닛과,
    하나 이상의 조향 특성 변수를 처리하고 전기 모터를 제어하는 전자 유닛과,
    자동차에 구비된 장치의 조향 특성에 대한 하나 이상의 특성치를 검출하고 상기 검출된 하나 이상의 특성치를 전자 유닛으로 전송하는 검출 유닛을 포함하며,
    상기 전자 유닛은 자동차에 구비된 장치의 조향 특성에 대해 검출된 하나 이상의 특성치에 따라서 전기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    자동차에 구비된 장치의 조향 특성에 대한 하나 이상의 특성치는, 자동차의 앞차축 부하를 나타내는 특성치와, 각기 다른 앞차축 부하에 대한 각각의 차체 스프링을 나타내는 특성치 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    자동차에 구비된 장치의 조향 특성에 대한 하나 이상의 특성치는 자동차의 하나 이상의 타이어 특성을 나타내는 특성치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    자동차의 타이어 특성을 나타내는 특성치는, 타이어 슬립 강성과 힘-변형 거동과 특정 타이어 유형에 대한 특성치 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    가장 중요한 주행 특성이 서로 유사한 각기 다른 타이어들이 특성 그룹으로 통합되는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛은 자동차에 구비된 장치의 조향 특성에 대한 하나 이상의 특성치를 바코드 식별자에 따라서 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전자 유닛은 자동차 인터페이스를 포함하며, 상기 자동차 인터페이스는 자동차 외부의 검출 유닛과 접속되는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛은 전자 유닛에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전자 유닛 내에 다수의 조향 특성치들이 저장되며, 상기 다수의 조향 특성치들 중에서 자동차에 구비된 장치의 특성치에 대응되는 적절한 특정 특성치가 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 보조식 동력 조향 장치.
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