KR100757646B1 - 전동파워 스티어링 장치 - Google Patents

전동파워 스티어링 장치 Download PDF

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KR100757646B1
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김한준
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명은 전동파워 스티어링 장치에 관한 것으로서, 차량의 진행방향을 전환하기 위해 좌우 바퀴에 양단이 연결된 랙 바와, 상기 랙 바의 외주에 회전 가능토록 나사 체결된 종동 풀리와, 상기 종동 풀리와 연동 가능하게 벨트로 연결된 구동 풀리와, 상기 구동 풀리와 동일 축선 상에 이격되게 배치된 구동 모터와, 상기 구동 모터의 토크가 가속 또는 감속된 후 상기 구동 풀리에 전달되도록 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 설치된 유성기어세트와, 상기 유성기어세트에 의한 토크의 가감속비가 가변될 수 있도록 상기 유성기어세트의 일측에 설치된 가감속비 가변수단을 포함하여 구성되어, 상기 구동 모터의 용량이 감소됨과 아울러 상기 종동 풀리가 구동 풀리와 동일한 직경으로 형성되고, 상기 구동 모터의 크기가 감소되어 구동 모터의 설치 공간과 원가 부담도 저하되며, 상기 스티어링 휠에 입력되는 조향력에 따라 적절한 가감속비로 토크가 변경되어 차량의 조향 성능이 향상되는 이점이 있다.
전동파워 스티어링 장치, 구동 모터, 구동 풀리, 종동 풀리, 랙 바, 유성기어세트, 가감속비 가변수단

Description

전동파워 스티어링 장치 {Motor driven power steering device}
도 1은 본 발명에 따른 차량의 조향 장치가 개략적으로 도시된 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 내부 구성이 도시된 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 내부 구성이 도시된 측면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 작동 상태도,
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2: 스티어링 휠 4: 스티어링 축
10: 랙 바 12: 토크감지센서
20: 동력보조기구 22: 종동 풀리
23: 벨트 24: 구동 풀리
25: 구동 풀리의 회전축 26: 구동 모터
27: 구동 모터의 회전축 28: 유성기어세트
30: 가감속비 가변수단 32: 캐리어 기어
34: 액츄에이터 36: 웜 기어
37: 웜기어용 모터의 회전축 38: 웜기어용 모터
40: 제 1 선 기어 42: 제 1 플래너터리 기어
44: 제 2 선 기어 46: 제 2 플래너터리 기어
48: 기어축 50: 캐리어
52: 캐리어 하우징 54: 제 1 캐리어 커버
55: 관통홀 56: 제 2 캐리어 커버
57: 설치홀 58: 수납부
본 발명은 벨트와 풀리 타입의 랙 어시스트식 전동파워 스티어링 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 조향 상태에 따라 운전자의 조향력을 보조하기 위한 토크가 적절한 크기로 조절되고, 외형이 감소되어 간편하게 설치될 수 있는 전동파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 스티어링 장치는 운전석과 바퀴 사이에 설치되어 운전자가 임의대로 차량의 진행방향을 전환하기 위한 기기이다.
이러한 스티어링 장치는, 운전석 측에 회전 가능하게 설치되어 운전자의 조 향력이 입력되는 스티어링 휠(Steering Wheel)과, 상기 스티어링 휠의 중앙에 일단이 연결된 스티어링 축과, 상기 스티어링 축을 통해 전달되는 조향 토크를 감속 또는 방향 전환시키도록 상기 스티어링 축의 타단에 설치된 기어 박스와, 상기 기어 박스와 좌우 바퀴 사이에 설치되어 상기 좌우 바퀴의 위치를 변경 지지하는 링크 기구를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 스티어링 장치 중 랙 어시스트식은, 상기 기어박스에 의해 링크 기구가 좌우로 이동되면서 좌우 바퀴의 위치를 변경할 수 있도록 상기 기어 박스와 링크 기구가 랙과 피니언 구조로 연결된다. 즉, 상기 랙 어시스트식 스티어링 장치의 링크 기구는, 상기 좌우 바퀴에 양단이 연결되고 상기 기어 박스와 치합되는 랙 기어가 중간에 형성된 랙 바(Rack Bar)를 포함하여 구성된다.
최근에는 상기 랙 어시스트식 스티어링 장치의 기어 박스와 랙 바 중 어느 하나에 상기 스티어링 휠의 조향력을 보조하는 동력보조기구가 설치된 파워 스티어링 장치가 널리 사용되는 추세이다.
즉, 상기 랙 어시스트식 파워 스티어링 장치는, 상기 스티어링 휠의 조향력을 가볍게 하고 신속한 조향 조작을 하기 위해 상기 스티어링 휠에 입력되는 조향 토크의 크기와 방향에 따라 상기 동력보조기구에 의해 랙 바에 추가적으로 동력이 제공된다.
상기 동력보조기구로는 유압 기구와 전동 기구가 대표적이다.
여기서, 상기 유압 기구를 이용한 랙 어시스트식 파워 스티어링 장치는, 엔진에 부착된 스티어링용 오일 펌프에 의해 스티어링 장치에 설치된 유압 실린더로 유압이 전달되고, 상기 유압 실린더의 작동에 의해 토크가 랙 바에 추가적으로 제공된다.
그리고, 상기 전동 기구를 이용한 랙 어시스트식 파워 스티어링 장치는, 스티어링 휠의 토크 크기와 방향에 따라 스티어링 장치에 설치된 구동 모터가 구동되고, 상기 구동 모터의 작동에 의해 토크가 랙 바에 추가적으로 제공된다.
상기한 전동파워 스티어링 장치 중 벨트와 풀리 타입은, 상기 구동 모터의 구동 토크를 랙 바에 전달하기 위해 벨트와 풀리가 사용되는 바, 상기 구동 모터의 회전축에는 구동 풀리가 고정되고, 상기 랙 바의 외주에는 종동 풀리가 회전 가능하게 나사 결합되며, 상기 구동 풀리와 종동 풀리에는 벨트가 연동 가능하게 연결된다.
이때, 상기 종동 풀리는 상기 구동 풀리와 종동 풀리의 기어비에 의해 구동 모터의 구동 토크가 감속되도록 상기 구동 풀리에 비해 큰 직경으로 형성되고, 상기 종동 풀리의 내주면에는 볼 스크류로 형성된 암나사부가 형성됨과 아울러 상기 랙 바의 외주면에는 볼 스크류로 형성된 수나사부가 형성된다.
따라서, 상기 구동 모터에 의해 구동 풀리가 회전되면, 상기 벨트에 의해 종동 풀리가 감속 회전되고, 상기 종동 풀리가 회전됨에 따라 상기 랙 바는 좌우방향으로 소정 거리 이동되면서 상기 좌우 바퀴의 방향이 변경된다.
그러나, 종래 기술에 따른 벨트와 풀리 타입의 랙 어시스트식 전동파워 스티어링 장치는, 상기 구동 풀리와 종동 풀리의 기어비에 의해 구동 모터의 구동 토크 가 감속되는 구조이므로, 상기 구동 풀리에 비해 종동 풀리가 매우 큰 직경으로 형성되어 상기 전동파워 스티어링 장치의 전체 외형이 증대되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 전동파워 스티어링 장치의 설치 공간이 늘어나기 때문에 차량의 공간 활용도와 설계 자유도가 저하되고, 상기 종동 풀리가 주변 부품과 간섭되지 않도록 주변 부품의 형상을 변경해야만 하기 때문에 상기 전동파워 스티어링 장치가 복잡한 구조로 형성되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 전동파워 스티어링 장치는, 상기 구동 풀리와 종동 풀리의 기어비에 의해 감속비가 일정하게 설정된 구조이므로, 상기 구동 풀리와 종동 풀리에 의해 구동 모터의 토크를 가속하거나 토크의 감속비를 가변하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 상기 구동 모터는 상기 스티어링 휠에 입력되는 조향 토크에 따라 토크가 적절히 변경될 수 있도록 상기 전동파워 스티어링 장치에는 용량이 큰 모터가 사용되므로, 상기 구동 모터의 크기가 커져 설치 공간의 확보가 어려울 뿐만 아니라 상기 구동 모터의 원가 부담도 증가되는 문제점이 있다.
상기와 같이 구동 모터에 의해 토크의 크기가 직접 조절되면, 차량의 주행 상황에 따라 구동 모터에 걸리는 부하가 급격하게 변경되면서 상기 구동 모터에 과부하로가 걸리게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목 적은 벨트와 풀리 타입의 랙 어시스트식 전동파워 스티어링 장치에서 구동 모터의 토크에 대한 감속비가 유성기어세트에 의해 구현됨으로써, 구동 모터와 종동 풀리의 크기가 감소될 수 있는 전동파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 유성기어세트의 일측에 토크의 가감속비를 변경하는 별도의 가감속비 가변수단이 구비됨으로써, 스티어링 휠에 입력되는 조향 토크에 따라 가감속비 가변수단에 의해 토크의 크기가 변경되기 때문에 저용량의 구동 모터가 사용되더라도 차량의 조향 성능이 확보될 수 있는 전동파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 구동 모터와 종동 풀리의 크기가 감소되어 전동 파워 스티어링 장치가 소형화되고, 전동 파워 스티어링 장치의 설치 공간이 축소되어 차량의 공간 활용도와 설계 자유도가 향상될 수 있는 전동파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치는, 차량의 진행방향을 전환하기 위해 좌우 바퀴에 양단이 연결된 랙 바와; 상기 랙 바의 외주에 회전 가능토록 나사 체결된 종동 풀리와; 상기 종동 풀리와 연동 가능하게 벨트로 연결된 구동 풀리와; 상기 구동 풀리와 동일 축선 상에 이격되게 배치된 구동 모터와; 상기 구동 모터의 토크가 가속 또는 감속된 후 상기 구동 풀리에 전달되도록 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 설치된 유성기어세트와; 상기 유성 기어세트에 의한 토크의 가감속비가 가변될 수 있도록 상기 유성기어세트의 일측에 설치된 가감속비 가변수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유성기어세트는, 상기 구동 모터의 회전축에 고정된 제 1 선기어와; 상기 구동 풀리의 회전축에 고정된 제 2 선 기어와, 상기 제 1 선 기어에 외접되는 복수개의 제 1 플래너터리 기어와, 상기 제 1 플래너터리 기어들과 대응되게 배치되도록 상기 제 2 선 기어에 외접되는 복수개의 제 2 플래너터리 기어와, 상기 제 1 플래너터리 기어들에 각각 일측이 연결되고 상기 제 1 플래너터리 기어들과 대응되는 제 2 플래너터리 기어들에 각각 타측이 연결된 복수개의 기어축과, 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 회전 가능하게 배치되어 상기 복수개의 기어축을 회전 가능하게 지지하는 캐리어로 구성된다.
상기 캐리어는, 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 회전 가능하게 설치되고 상기 기어축과 기어들이 수납되는 수납부가 양측에 각각 형성된 원통형의 캐리어 하우징과; 상기 캐리어 하우징의 양측 수납부에 각각 결합되어 상기 복수개의 기어축 양단이 각각 회전 가능하게 설치되는 제 1,2 캐리어 커버로 구성된다.
상기와 같은 유성기어세트는, 상기 제 2 선 기어와 제 2 플래너터리 기어의 기어비보다 상기 제 1 선 기어와 제 1 플래너터리 기어의 기어비가 높게 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가감속비 가변수단은, 상기 캐리어의 외주면 둘레를 따라 일체로 형성된 캐리어 기어와; 상기 캐리어 기어에 치합되어 상기 캐리어를 회전시키는 액츄에이터로 구성된다.
상기 액츄에이터는, 상기 캐리어 기어에 치합되는 웜 기어와; 상기 웜 기어와 캐리어 기어의 상호 작용에 의해 상기 캐리어가 회전되도록 상기 웜 기어에 회전축이 연결된 웜기어용 모터로 구성된다.
또한, 상기 스티어링 장치는, 운전석에 회전 가능하게 설치된 스티어링 휠과; 상기 스티어링 휠의 작용력에 의해 랙 바가 좌우로 이동되도록 상기 스티어링 휠과 랙 바에 연결된 스티어링 축을 더 포함하고, 상기 구동 모터와 웜기어용 모터 중 적어도 어느 하나는 상기 스티어링 휠의 토크에 따라 토크의 크기와 회전 방향이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 풀리와 종동 풀리는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 조향 장치가 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 내부 구성이 도시된 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 내부 구성이 도시된 측면도이고, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치의 작동 상태도이다.
본 발명에 따른 벨트와 풀리 타입의 랙 어시스트식 전동파워 스티어링 장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 운전석 측에 회전 가능하게 설치되어 운전자의 조향력이 입력되는 스티어링 휠(2)과, 상기 스티어링 휠(2)의 중앙에 일단이 연결되어 상기 스티어링 휠(2)과 함께 회전되는 스티어링 축(4)과, 상기 스티어링 축(4)을 통해 전달되는 조향 토크를 감속하거나 방향 전환하도록 상기 스티어링 축(4)의 타단에 설치된 기어 박스(6)와, 상기 기어 박스(6)와 좌우 바퀴(8)(9) 사이에 설치되어 상기 좌우 바퀴(8)(9)의 위치를 변경하거나 지지하는 링크 기구를 포 함하여 구성된다.
상기 링크 기구는 상기 좌우 바퀴(8)(9)에 양단이 연결됨과 아울러 상기 기어 박스(6)에 일측이 랙과 피니언 구조로 치합되는 랙 바(10)를 포함하여 구성된다.
상기 랙 바(10)의 타측에는 상기 스티어링 휠(2)을 통해 입력되는 조향 토크를 보조하기 위해 동력보조기구(20)가 설치되는 바, 상기 스티어링 휠(2)에 입력되는 조향 토크의 크기와 방향에 따라 상기 동력보조기구(20)에 의해 랙 바(10)에 동력이 추가적으로 제공됨으로써 상기 스티어링 휠(2)의 조향력이 가볍게 되고 신속한 조향 조작이 가능하게 된다.
한편, 상기 동력보조기구(20)는, 상기 랙 바(10)가 축방향으로 이동되도록 상기 랙 바(10)의 타측 외주에 회전 가능하게 나사 체결된 종동 풀리(22)와, 상기 종동 풀리(22)와 연동 가능하게 벨트(23)로 연결된 구동 풀리(24)와, 상기 구동 풀리(24)와 동일 축선 상에 이격되게 배치된 구동 모터(26)와, 상기 구동 모터(26)의 토크가 가속 또는 감속된 후 상기 구동 풀리(24)에 전달되도록 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)에 설치된 유성기어세트(28)와, 상기 유성기어세트(28)에 추가 토크가 제공되어 상기 스티어링 휠(2)에 입력되는 조향 토크에 따라 상기 유성기어세트(28)의 가감속 작용이 가변될 수 있도록 상기 유성기어세트(28)의 일측에 설치된 가감속비 가변수단(30)으로 구성된다.
여기서, 상기 종동 풀리(22)에는 상기 유성기어세트(28)와 가감속비 가변수단(30)에 의해 가감속된 토크가 전달되기 때문에, 종래와 달리 구동 풀리(24)와 동 일한 직경으로 형성되거나 또는 상기 구동 풀리(24)보다 큰 직경으로 형성되는 것이 가능하게 된다.
이와 같은 종동 풀리(22)는 중앙에 축방향으로 중공부가 형성되어 상기 랙 바(10)가 관통되게 배치되고, 상기 중공부의 내주면에는 상기 랙 바(10)의 타측 외주면에 형성된 수나사부(10A)에 체결되는 암나사부(22A)가 형성된다. 따라서, 상기 구동 풀리(24)에 의해 종동 풀리(22)가 회전되면, 상기 종동 풀리(22)의 중공부를 통과하면서 상기 랙 바(10)가 축방향으로 좌우 이동된다.
상기 수나사부(10A)와 암나사부(22A)는 볼 스크류 타입으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 구동 모터(26)는 상기 스티어링 휠(2)에 입력되는 조향 토크의 유무에 따라 구동이 온/오프(ON/OFF)되되, 상기 유성기어세트(28)와 가감속비 가변수단(30)에 의해 구동 모터(26)의 토크가 가감속되기 때문에 적은 용량의 모터(26)가 사용 가능하게 된다.
즉, 상기 구동 모터(26)의 토크가 작고 일정한 크기로 출력되더라도, 상기 스티어링 휠(2)에 입력되는 조향력에 따라 유성기어세트(28)와 가감속비 가변수단(30)에 의해 상기 구동 모터(26)의 토크가 적절히 가감속된다.
또한, 상기 유성기어세트(28)는, 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)에 각각 고정된 제 1,2 선 기어(40)(44)와, 상기 제 1,2 선 기어(40)(44)의 서로 대응되는 위치에 각각 외접되는 복수개의 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)와, 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)에 양측이 각각 연결된 복수개의 기어축(48)과, 상기 복수개의 기어축(48)을 회전 가능하게 지지하는 상기 구동 풀리(24)와 상기 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)에 회전 가능하게 배치된 캐리어(50)를 포함한다.
상기 제 1 선 기어(40)는 상기 구동 모터(26)의 회전축(27)과 함께 회전되도록 상기 구동 모터(26)의 회전축(27) 외주에 고정되고, 상기 제 2 선 기어(44)는 상기 구동 풀리(24)의 회전축(25)과 함께 회전되도록 상기 구동 풀리(24)의 회전축(25) 외주에 고정된다.
이때, 상기 제 1 선 기어(40)와 제 1 플래너터리 기어(42)의 기어비가 상기 제 2 선 기어(44)와 제 2 플래너터리 기어(46)의 기어비보다 높게 형성됨이 바람직하다.
상기 기어축(48)은, 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 회전 중심에 연결된 축으로써, 상기 캐리어(50)의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)을 중심으로 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 설치 개수에 따라 복수개가 원주방향으로 이격되는 위치에 배치된다.
상기 캐리어(50)는, 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)에 회전 가능하게 설치되고 상기 기어축(48)과 기어(40)(42)(44)(46)들이 내부에 수납될 수 있도록 양측면에 소정의 깊이로 수납부(58)가 각각 형성된 원통형의 캐리어 하우징(52)과, 상기 캐리어 하우징(52)의 양측 수납부(58)에 각각 결합되어 상기 복수개의 기어축(48) 양단이 회전 가능하게 설치되는 제 1,2 캐리어 커버(54)(56)로 구성된다.
상기 캐리어 하우징(52)의 양측면에는 상기 구동 모터(26)의 회전축(27), 구 동 풀리(24)의 회전축(25), 제 1,2 선 기어(40)(44) 및 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)가 수납되는 수납부(58)가 홈 구조로 형성된다.
상기와 같은 캐리어 하우징(52)의 양측 수납부(58)에는, 상기 제 1,2 선 기어(40)(44)와 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)가 회전 가능하게 수납되는 기어 수납홈(58A)이 각각 형성되고, 상기 기어 수납홈(58A)의 중앙에는 상기 구동 모터(26)나 구동 풀리(24)의 회전축(25)(27)이 회전 가능하게 삽입됨과 아울러 상기 회전축(25)(27)의 끝단부가 밀착되는 축 삽입홈(58B)이 각각 형성된다.
따라서, 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27) 끝단부에는, 상기 축 삽입홈(58B)의 내측면에 회전 가능하게 축방향으로 밀착될 수 있도록 볼 또는 트러스트 베어링 중 어느 하나가 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27) 끝단부에 볼(25A)(27A)이 회전 가능하게 설치된 구조로 한정하여 설명하기로 한다.
상기 제 1,2 캐리어 커버(54)(56)는 상기 수납부(58)의 개방된 입구 쪽이 밀폐되도록 상기 양측 수납부(58)에 장착되는 패널 형상의 부재이다.
이와 같은 제 1,2 캐리어 커버(54)(56)의 중앙에는 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)이 각각 회전 가능하게 관통되도록 상기 회전축(25)(27)보다 큰 직경을 갖는 단수개의 관통홀(55)이 각각 형성되고, 상기 관통홀(55)의 주변에는 상기 기어축(48)의 단부가 회전 가능하게 설치되도록 상기 관통홀(55)을 중심으로 복수개의 설치홀(57)이 원주방향으로 이격되게 형성된다.
특히, 상기 캐리어 하우징(52)의 내부에는, 상기 기어축(48)이 관통되게 배 치될 수 있도록 상기 제 1,2 캐리어 커버(54)(56)의 설치홀(57)과 대향되는 부위에 축홀(59)이 각각 형성된다.
한편, 상기 가감속비 가변수단(30)은, 상기 스티어링 휠(2)의 조향 토크에 따라 유성기어세트(28)에 의한 토크의 가감속비를 가변시키기 위한 기구로써, 상기 캐리어 하우징(52)의 외주면 둘레를 따라 일체로 형성된 캐리어 기어(32)와, 상기 캐리어 기어(32)에 치합되어 상기 캐리어(50)를 회전시키는 액츄에이터(34)로 구성된다.
상기 액츄에이터(34)는, 상기 캐리어 기어(32)에 치합되는 웜 기어(36)와, 상기 웜 기어(36)와 캐리어 기어(32)의 상호 작용에 의해 상기 캐리어(50)가 회전될 수 있도록 상기 웜 기어(36)가 회전축(37)에 고정된 웜기어용 모터(38)로 구성된다.
상기 웜 기어(36)는 상기 캐리어 하우징(52)의 외주에 직교되는 방향으로 배치되되, 상기 웜기어용 모터(38)에 의해 회전됨에 따라 상기 캐리어 하우징(52)을 소정의 방향으로 회전시킬 뿐만 아니라, 상기 웜기어용 모터(38)의 구동 정지시 상기 캐리어 하우징(52)의 임의 회전을 방지하게 된다.
상기 웜기어용 모터(38)는 상기 스티어링 축(4) 또는 기어 박스(6)에 설치된 토크감지센서(12)와 연결되어 상기 토크감지센서(12)에 의해 감지되는 조향 토크의 크기와 방향에 따라 출력의 크기와 방향이 결정된다.
상기와 같은 토크감지센서(12)는 상기 조향 토크의 유무에 따라 구동 모터(26)의 작동이 온/오프 제어되도록 상기 웜기어용 모터(38) 뿐만 아니라 구동 모터 (26)에도 연결된다.
상기 캐리어 기어(32)는 상기 웜 기어(36)와 접촉 면적이 증대되도록 캐리어 하우징(52)에 호 형상으로 함몰되는 구조로 외주 둘레를 따라 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치에 대한 작동과 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 차량의 조향시 운전자에 의해 스티어링 휠(2)이 소정의 방향으로 회전되면, 상기 스티어링 휠(2)과 함께 스티어링 축(4)이 회전되고, 상기 스티어링 축(4)에 의해 운전자의 조향 토크가 기어 박스(6)에 전달된다.
상기 기어 박스(6)는 상기 조향 토크에 따라 랙 바(10)를 좌우 방향 중 어느 한 방향(E)으로 일정 거리 이동시키게 되고, 상기 랙 바(10)에 의해 좌우 바퀴의 진행 방향이 변경된다.
이때, 상기 스티어링 축(4) 또는 기어 박스(6)에 설치된 토크감지센서(12)에 의해 조향 토크의 유무와 크기 및 방향이 감지되는 바, 상기 토크감지센서(12)에 의해 조향 토크가 감지되면 구동 모터(26)와 웜기어용 모터(38)가 작동된다.
상기 구동 모터(26)는 상기 토크감지센서(12)에 의해 조향 토크가 감지됨에 따라 정속 작동되어 일정 크기의 토크가 출력되고, 상기 웜기어용 모터(38)는 상기 토크감지센서(12)에 의해 감지된 조향 토크의 크기와 방향에 따라 출력되는 토크의 크기와 방향이 변경된다.
여기서, 상기 구동 모터(26)가 작동되면, 상기 구동 모터(26)의 회전축 (25)(27)에 고정된 제 1 선 기어(40)가 일방향(A)으로 회전되고, 상기 제 1 선 기어(40)가 회전됨에 따라 캐리어(50)가 고정된 상태이므로 상기 제 1 선 기어(40)를 중심으로 복수개의 제 1 플래너터리 기어(42)는 자전된다.
상기와 같이 복수개의 제 1 플래너터리 기어(42)가 자전됨에 따라 기어축(48)으로 연결된 복수개의 제 2 플래너터리 기어(46)도 제 2 선 기어(44)를 중심으로 자전되고, 상기 제 2 플래너터리 기어(46)의 자전에 의해 상기 제 2 선 기어(44)도 일방향(B)으로 회전된다.
이때, 상기 구동 모터(26)의 구동 토크는, 상기 제 1 선 기어(40)와 제 2 플래너터리 기어(46)에 의해 1차 감속되고, 상기 제 2 선 기어(44)와 제 2 플래너터리 기어(46)에 의해 2차 감속된다.
상기 제 2 선 기어(44)에 의해 구동 풀리(24)가 일방향(C)으로 감속 회전되고, 상기 구동 풀리(24)와 벨트(23)에 의해 종동 풀리(22)가 일방향(D)으로 회전된다.
상기 종동 풀리(22)가 일방향(D)으로 회전됨에 따라 상기 종동 풀리(22)의 암나사부(22A)와 랙 바(10)의 수나사부(10A)가 상호 작용되어 상기 스티어링 휠(2)의 조향 토크에 의해 랙 바(10)가 이동되는 방향(E)으로 상기 랙 바(10)에 감속된 토크가 작용된다.
따라서, 상기 차량의 조향시 필요한 조향 토크의 상당 부분이 상기 구동 모터(26)의 구동 토크에 의해 보조되므로, 운전자의 조향감이 가볍고 원활하게 개선되고, 차량의 조향 성능도 향상된다.
한편, 상기 웜기어용 모터(38)가 작동되면, 상기 웜기어용 모터(38)의 회전축(25)(27)에 고정된 웜 기어(36)가 회전되고, 상기 웜 기어(36)가 회전됨에 따라 캐리어(50)가 상기 구동 풀리(24)와 구동 모터(26)의 회전축(25)(27)을 중심으로 회전되며, 상기 캐리어(50)와 함께 기어축(48)도 회전되어 상기 제 1,2 선 기어(40)(44)를 중심으로 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)가 공전된다.
즉, 상기 웜 기어(36)가 웜기어용 모터(38)에 의해 일방향(F)으로 회전되어 상기 제 1,2 선 기어(40)(44)의 회전방향(A)(B)과 동일한 방향(G)으로 캐리어(50)가 회전되면, 상기 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 자전과 공전 작용에 의해 유성기어세트(28)의 토크 감속비는 더욱 증대된다.
반면에, 상기 웜 기어(36)가 웜기어용 모터(38)에 의해 다른 방향(H)으로 회전되어 상기 제 1,2 선 기어(40)(44)의 회전방향(A)(B)과 반대의 방향(I)으로 캐리어(50)가 회전되면, 상기 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 자전과 공전 작용에 의해 유성기어세트(28)의 가속비가 구현된다.
상기와 같이 구동 모터(26)의 구동 토크는, 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 공전 방향(G)(I)에 따라 가속되거나 감속되고, 상기 제 1,2 플래너터리 기어(42)(46)의 자전과 공전 속도에 따라 가감속비가 다양하게 구현된다.
상기와 같이 웜기어용 모터(38)에 의해 구동 풀리(24)에 전달되는 토크의 크기가 다양하게 변경되므로, 작은 용량의 구동 모터(26)가 사용되더라도 상기 랙 바(10)에 높은 토크가 제공 가능하게 되고, 구동 풀리(24)와 종동 풀리(22)의 직경비가 동일하게 형성되더라도 상기 랙 바(10)에 다양한 크기의 토크가 제공 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전동파워 스티어링 장치를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예와 도면에 의해 한정되지 않고, 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
즉, 본 발명의 가감속비 가변수단은, 상기의 실시예 이외에도 다양한 구성이 적용 가능한 바, 예를 들면 모터 이외에 유압 실린더가 액츄에이터에 사용될 수 있고, 벨트와 풀리 구조 또는 평기어 구조로 액츄에이터의 토크가 캐리어 하우징에 전달될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전동파워 스티어링 장치는 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 설치된 유성기어세트와 가감속비 가변수단에 의해 구동 모터의 토크가 적절히 가감속되므로, 상기 구동 모터에 의해 토크의 가감속이 불필요하기 때문에 소용량의 구동 모터가 사용 가능하게 되고, 상기 구동 풀리와 종동 풀리의 감속 기능이 불필요하기 때문에 상기 종동 풀리는 구동 풀리와 동일한 직경으로 형성 가능하게 되는 이점이 있다.
상기와 같이 구동 모터에 의해 토크가 직접 변경되지 않고 유성기어세트와 가감속비 가변수단에 의해 토크가 변경되므로, 차량의 조향시 구동 모터에 걸리는 부하 변동폭과 크기가 감소되어 구동 모터의 파손이 방지되는 이점이 있다.
또한, 상기 구동 모터의 용량이 작아지면, 상기 구동 모터의 크기가 감소되어 구동 모터의 설치 공간이 감소되고, 상기 구동 모터의 원가 부담도 저하되는 이점이 있다.
또한, 상기 구동 모터의 토크가 유성기어세트와 가감속비 가변수단에 의해 다양한 가감속비로 가변되므로, 스티어링 휠에 입력되는 조향력에 따라 적절한 가감속비로 토크가 변경되어 차량의 조향 성능이 향상되는 이점이 있다.
또한, 상기 종동 풀리가 구동 풀리에 비해 큰 직경으로 형성될 필요가 없기 때문에 상기 종동 풀리의 재료비와 설치공간이 감소되고, 특히 종래와 같이 종동 풀리의 주변 부품이 종동 풀리와의 간섭을 피하기 위해 복잡한 구조로 형성될 필요가 없어 단순한 구조로 간편하게 제작되는 이점이 있다.
또한, 상기와 같이 구동 모터와 종동 풀리의 크기와 설치 공간이 감소되면, 전동파워 스티어링 장치의 레이아웃과 중량이 감소되고, 전동파워 스티어링 장치의 패키지화가 가능하게 되며, 차량의 공간 활용도와 설계 자유도가 향상되는 이점이 있다.
또한, 상기 가감속비 가변수단에 의해 유성기어세트의 토크 가감속비가 스티어링 휠에 입력되는 조향 토크에 따라 적절히 조절되므로, 상기 구동 모터가 정속 구동되는 상태에서 상기 가감속비 가변수단의 작동을 조절하는 방법으로 전동파워 스티어링 장치의 작동이 간편하고 세밀하게 제어되는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 차량의 진행방향을 전환하기 위해 좌우 바퀴에 양단이 연결된 랙 바와;
    상기 랙 바의 외주에 회전 가능토록 나사 체결된 종동 풀리와;
    상기 종동 풀리와 연동 가능하게 벨트로 연결된 구동 풀리와;
    상기 구동 풀리와 동일 축선 상에 이격되게 배치된 구동 모터와;
    상기 구동 모터의 토크가 가속 또는 감속된 후 상기 구동 풀리에 전달되도록 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 설치된 유성기어세트와;
    상기 유성기어세트에 의한 토크의 가감속비가 가변될 수 있도록 상기 유성기어세트의 일측에 설치된 가감속비 가변수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유성기어세트는, 상기 구동 모터의 회전축에 고정된 제 1 선기어와; 상기 구동 풀리의 회전축에 고정된 제 2 선 기어와; 상기 제 1 선 기어에 외접되는 복수개의 제 1 플래너터리 기어와; 상기 제 1 플래너터리 기어들과 대응되게 배치되도록 상기 제 2 선 기어에 외접되는 복수개의 제 2 플래너터리 기어와; 상기 제 1 플래너터리 기어들에 각각 일측이 연결되고 상기 제 1 플래너터리 기어들과 대응되는 제 2 플래너터리 기어들에 각각 타측이 연결된 복수개의 기어축과; 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 회전 가능하게 배치되어 상기 복수개의 기어축을 회전 가능하게 지지하는 캐리어를 포함하는 전동파워 스티어링 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 캐리어는, 상기 구동 모터와 구동 풀리의 회전축에 회전 가능하게 설치되고 상기 기어축과 기어들이 수납되는 수납부가 양측에 각각 형성된 원통형의 캐리어 하우징과; 상기 캐리어 하우징의 양측 수납부에 각각 결합되어 상기 복수개의 기어축 양단이 각각 회전 가능하게 설치되는 제 1,2 캐리어 커버로 구성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유성기어세트는, 상기 제 2 선 기어와 제 2 플래너터리 기어의 기어비보다 상기 제 1 선 기어와 제 1 플래너터리 기어의 기어비가 높게 형성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가감속비 가변수단은, 상기 캐리어의 외주면 둘레를 따라 일체로 형성된 캐리어 기어와; 상기 캐리어 기어에 치합되어 상기 캐리어를 회전시키는 액츄에이터로 구성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 액츄에이터는, 상기 캐리어 기어에 치합되는 웜 기어와; 상기 웜 기어와 캐리어 기어의 상호 작용에 의해 상기 캐리어가 회전되도록 상기 웜 기어에 회전축이 연결된 웜기어용 모터로 구성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 스티어링 장치는, 운전석에 회전 가능하게 설치된 스티어링 휠과; 상기 스티어링 휠의 작용력에 의해 랙 바가 좌우로 이동되도록 상기 스티어링 휠과 랙 바에 연결된 스티어링 축을 더 포함하고,
    상기 구동 모터와 웜기어용 모터 중 적어도 어느 하나는 상기 스티어링 휠의 토크에 따라 토크의 크기와 회전 방향이 조절되는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동 풀리와 종동 풀리는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 장치.
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