KR101010980B1

KR101010980B1 - 전기-유체 역학적 중첩 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR101010980B1
Application number: KR1020057005929A
Authority: KR
Inventors: 막스 비첸베르거; 게르하르트 로트피세르
Original assignee: 렌크 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-10-04
Publication date: 2011-01-26
Also published as: KR20050050117A; ATE365124T1; US7201691B2; US20060019787A1; WO2004033272A1; DE10246870B3; AU2003273947A1; EP1556270B1; DE50307531D1; EP1556270A1; ES2285177T3

Abstract

본 발명은 선회 불가능한 휠을 가진 휠 차량 또는 궤도 차량용의 중첩 스티어링 시스템에 관한 것이다. 상기 중첩 스티어링 시스템은 구동 유닛(1), 및 하나의 구동측으로부터 다른 구동측으로 하나 이상의 스티어링 차동 기어(9)를 통해 구동 출력을 전달하기 위한 중립 샤프트(10, 10')를 포함한다. 상기 중립 샤프트(10, 10')는 구동 유닛(1)에 의해 송출된 출력량과 하나 이상의 전기 모터(2, 2')의 조합에 의해 구동될 수 있다.

Description

전기-유체 역학적 중첩 스티어링 시스템{ELECTRO-HYDRODYNAMIC SUPERIMPOSED STEERING SYSTEM}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 전기-유체 역학적 중첩 스티어링 시스템에 관한 것이다.

구동 속도가 커브 외측에서는 증가되며 커브 내측에서는 감소되도록, 실제 주행 운동을 스티어링 운동에 중첩하는 방식으로 휠측 스티어링 시스템을 사용하여 휠 차량 또는 궤도 차량을 스티어링하는 것은 일반적으로 공지되어 있다. 실제 구동 유닛은 유단이거나 무단일 수 있다. 스티어링 운동의 중첩은 가산 기어(summing gear) 장치를 통해 이루어지며, 상기 기어 장치는 대개 2개의 기어 장치 출력부에 직접 배치된다. 가산 기어 장치는 통상적으로 기계적 샤프트(소위, 중립 샤프트)에 연결되고, 상기 샤프트는 제동될 커브 내측으로부터 가속될 외측으로의 동력 흐름을 가능하게 하고 구동 모터에 의해 요구되는 스티어링 출력을 낮게 유지시킨다.

중립 샤프트 또는 스티어링 시스템의 구동은 일반적으로 공지된 실시예에서, 출력이 실제 견인 모터에 의해 송출되고, 유단의 기계적 기어 장치를 통해, 클러치를 통해, 무단의 유체 정역학적 구동 유닛을 통해, 또는 출력 송출 무단 유체 정역학적 기계적 구동 유닛이나 무단 유체 정역학적-유체 역학적 구동 유닛을 통해 중립 샤프트로 전달됨으로써 이루어진다.

모든 기계적 및 유체 정역학적 장치의 변형예는 유체 역학적 시스템과 조합되거나 또는 조합되지 않은 상태로, 스티어링 작동이 하나의 회로로 구현되는 것이 공통적이다. 즉, 유체 정역학적 시스템의 고장시, 특히 유체 정역학적 시스템의 기계식-유압식 제어 장치의 고장시 스티어링이 이루어지지 않는다. 2회로 가능성, 즉 2개의 병렬 스티어링 작동은 사실상 복잡성을 증가시키고 부가로 고장 위험을 증가시키는데, 그 이유는 예컨대 각각 잘못된 스티어링 신호를 제공하는 분기부를 차단하는 부가의 클러치를 조립해야 하기 때문이다.

DE 37 28 171 C2에는 전기 모터에 의한 스티어링 시스템용의 무단 구동이 공지되어 있다. 이러한 순수한 전기 스티어링 시스템은 이중 회로로 구현될 수 있는데, 그 이유는 잘못된 제어를 하는 회로가 전기적으로 모니터링되어 차단될 수 있기 때문이다. 이 경우, 결함을 가진 전기 모터는 결함 없는 전기 모터에 의해 아이들링 방식으로 함께 회전될 수 있다.

그러나, 전기 스티어링 시스템은 필요한 전력 전자 시스템과 함께 기계적, 유체 정역학적, 또는 유체 역학적 조합 혹은 상응하는 개별 해결책 보다 훨씬 더 큰 공간을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 작은 전체 크기 및 적은 전체 중량을 가지며 이중 회로 또는 다중 회로를 허용하는 휠측 스티어링 시스템을 가진 휠 차량 또는 궤도 차량용 스티어링 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징부에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 스티어링 장치는 바람직한 작은 전체 크기 및 적은 전체 중량을 가지며 매우 적은 비용으로 구동 시스템 내로 통합될 수 있다.

본 발명에 따른 스티어링 장치는 이중 회로 또는 다중 회로로 구현됨으로써, 하나의 작동 회로의 고장시에도 차량은 바람직하게 계속 스티어링될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 중립 샤프트를 공간 절약 방식으로 스티어링 장치를 통해 중앙으로 안내함으로써, 바람직한 컴팩트한 구성이 얻어진다.

이중 회로 또는 다중 회로의 전기 모터 또는 다수의 개별 전기 모터와 유체 역학적 스티어링 클러치(좌우측 작동을 위해 각각 하나 또는 다수)의 구동 조합에 의해, 필요한 스티어링 전력이 순수한 전기 스티어링 구동에 비해 현저히 감소될 수 있다. 스티어링 전력을 더욱 감소시키기 위해, 유체 역학적 스티어링 클러치에 부가로 기계적으로 스위칭 가능한 브리지 클러치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

또 다른 특징 및 장점은 하기 설명 및 종속 청구항에 제시된다.

이하, 본 발명의 특징을 실시예를 참고로 구체적으로 설명한다.

도 1은 중립 샤프트에 직접 결합된 전기 모터를 구비한 본 발명의 제1 실시예를 도시한 도면.

도 2는 중립 샤프트를 유성 기어단을 통해 구동시키는 전기 모터를 구비한 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면.

도 3은 스티어링 기어 외부에서 중립 샤프트가 슬라이딩하는 실시예를 도시한 도면.

도 4는 중립 샤프트의 두 회전 방향에 대해 유체 역학적 클러치 및 기계적 클러치를 구비한 실시예를 도시한 도면.

도 1은 예컨대, 스위칭 가능한 기어 및 스티어링 차동 기어(9)를 통해 출력 샤프트(11)에 작용하는 모터로 이루어진 구동 유닛(1)을 구비한 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 출력 샤프트(11)는 예컨대 감속 기어, 소위 측면 기어를 통해 캐터필러 트랙(caterpillar track)을 구동시키기 위한 스프로킷 휠과 결합될 수 있다. 출력 샤프트(11)는 스프로킷 휠 대신에 휠 차량의 휠에 연결될 수도 있다.

스티어링 차동 기어(9)는 링 기어를 통해 구동 유닛(1)에 의해 구동되고 차량의 스티어링을 위한 중첩 회전수는 태양 기어를 통해 스티어링 차동 기어(9)에 전달된다. 회전하는 유성 기어는 그 유성 캐리어를 통해 출력 샤프트(11)를 구동시킨다.

직진 출발시에 또는 스티어링의 회전 각도가 작은 경우, 필요한 스티어링 모멘트 또는 필요한 스티어링 출력은 전기 모터(2)에 의해서만 제공될 수 있다. 이를 위해, 전기 모터(2)는 소위 중립 샤프트(10)를 구동시키고, 상기 중립 샤프트(10)는 차량 양측의 스티어링 차동 기어(9)의 태양 기어를 서로 반대 방향으로 구동시킨다. 이를 위해, 차량 일측에는 2개의 아이들러(8)를 가진 기어 열이 그리고 차량 타측에는 하나의 아이들러(8)를 가진 기어 열이 제공된다. 하나의 구동측을 가속시키고 다른 구동측을 감속시키기 위해, 한 측면은 짝수의 아이들러(8)를 가지며 다른 측면은 홀수의 아이들러(8)를 가져야 한다.

전기 모터(2)는 바람직하게는 이중 회로 또는 다중 회로로 구현된다. 즉, 전기 모터는 2개 이상의 서로 무관한 전기 권선을 갖거나, 또는 전기 구동 출력이 2개 이상의 모터에 의해 제공된다. 모터 중 하나 또는 한 회로가 고장나면, 중립 샤프트(10)를 구동시킬 수 있도록 항상 다른 하나가 작동 가능하다. 전기 구동 유닛은 변속단 없이 중립 샤프트(10)에 기계적으로 직접 결합될 수 있다.

차량의 보다 작은 커브 반경은 보다 큰 스티어링 출력 또는 스티어링 회전수 증가를 요구하므로, 전기 모터(2)의 의도적으로 낮게 설계된 출력은 이를 위해 더 이상 충분치 않다. 보다 큰 스티어링 출력 요구를 커버하기 위해, 상응하게 조절되고 접속될 수 있는 2개의 유체 역학적 클러치(4, 6)가 제공된다.

유체 역학적 클러치(4, 6)는 구동 휠(3)을 통해 구동되고, 상기 구동 휠은 구동 유닛(1)과 연결된다. 유압 유체가 얼마나 많이 공급되는지에 따라 또는 얼마나 많이 충전되는지에 따라 유체 역학적 클러치(4, 6)가 상응하는 출력을 중립 샤프트(10)로 전달할 수 있다.

좌측 커브를 일으키는 회전수 중첩을 위해, 제1 유체 역학적 클러치(4)가 접속되고, 우측 커브를 위해서는 다른 유체 역학적 클러치(6)가 접속된다. 어떤 유체 역학적 클러치(4, 6)가 어떤 주행 방향 변화를 일으키는지는 각각의 스티어링 차동 기어(9)에 대한 아이들러(8)의 개수 및 차량에서 스티어링 기어의 조립 위치에 의존한다. 이 경우, 한 측면은 짝수의 아이들러(8)를 가져야 하고, 다른 측면은 홀수의 아이들러(8)를 가져야 한다.

도 1에 도시된 실시예에서 상기 제1 유체 역학적 클러치(4)는 중립 샤프트(10)에 직접 연결되고, 구동 휠(3)을 통해 제1 유체 역학적 클러치와 동일한 회전 방향으로 구동되는 다른 유체 역학적 클러치(6)는 역전 기어 장치(19)를 통해 변속비 i = -1로 중립 샤프트(10)에 결합된다.

스티어링 차동 기어(9)는 한편으로는 스티어링 기어 또는 중립 샤프트(10)에 연결되며, 다른 한편으로는 구동 유닛(1)에 연결되고 동력 흐름을 출력 샤프트(11)를 통해 차량 체인 또는 차량 휠로 유도한다.

유체 역학적 클러치의 원리에 기인한 슬립을 피하기 위해, 바람직하게 기계적 브리지 클러치(5, 7)가 제공된다. 기계적 브리지 클러치는 해당 유체 역학적 클러치(4, 6)에 따라 조절되는 방식으로 작동되고, 미끄럼 클러치로서 이용 가능한 출력의 일부 또는 완벽히 폐쇄된 완전한 기계적 스티어링 출력을 중립 샤프트(10)로 전달한다.

기계적 브리지 클러치는(5, 7)는, 예컨대 다중 회로로 설계된 전기 모터가 완전히 고장나는 경우에 특히 중요하다. 이 경우에는 스티어링 휠의 회전 각도에 의해 미리 주어진 커브 반경이 해당 기계적 클러치(5 또는 7)에 의해 유지될 수 있다. 이로 인해, 특히 유체 정역학적-유체 역학적 스티어링 구동 유닛에 비해 전체 스티어링 유닛의 고장 확률이 더욱 감소된다.

차량이 그 자리에서 선회("피봇팅")되어야 하는 경우, 기계적 브리지 클러치(5 또는 7)가 특히 바람직하게 작용한다. 수직축을 중심으로 하는 소위 회전 시에, 차량이 가급적 단시간에 최대 360°의 주행 방향 변경을 해야 한다. 이 과정에서, 상응하는 브리지 클러치(5 또는 7)가 완전히 폐쇄될 수 있고, 스티어링 회전수 및 이 스티어링 회전수에 비례하는 스티어링 출력이 20%까지 증가될 수 있다.

본 발명의 중요한 핵심은 선회 불가능한 휠들을 가진 휠 차량 또는 궤도 차량용 스티어링 장치가 구동 유닛에 의해 송출된 출력과 함께, 비교적 작은 치수로 설계된 전기 모터에 의해 구동될 수 있다는 것이다. 이러한 구동 조합에 의해, 상기 방식의 차량은 특히 스티어링 휠 제로 위치를 중심으로 매우 정확한 스티어링 특성을 갖는다. 전력 소비는 스티어링 출력이 많이 필요한 경우에도(수직 축을 중심으로 회전시 최대값) 중립 샤프트의 순수한 전기 구동에 비해 현저히 더 낮다. 본 발명에 따른 장치에 의해 비교적 낮게 유지되는 설계 구동 전력은, 예컨대 시동 모터의 확대에 의해 또는 다른 전기 소비재에 의한 "출력 분할"에 의해 전체 용적을 크게 확대시키지 않으면서 차량 컨셉 내에 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 스티어링 구동 유닛은 별도의 전기 및 유압 회로를 구비하도록 설계될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예는 실질적으로 도 1에 따른 실시예에 상응하며, 전기 모터(2')는 중립 샤프트에 대해 상이한 회전수로 설계되는데, 그 이유는 그것이 상응하게 설계된 변속단(12), 바람직하게는 유성 기어 단에 부가해서 필요하기 때문이다. 이로 인해, 전기 모터(2')의 적합한 설계시 공간이 더욱 절감될 수 있다.

도 3에는 스티어링 기어의 외부에서 슬라이딩되는 중립 샤프트(10')를 가진 실시예가 도시되어 있다. 이러한 중립 샤프트(10')의 배치는 중첩 회전수를 스티어링 차동 기어(9)에 알맞게 조정하기 위해 구성상 필요할 수 있다. 전기 모터(2)는 기어 열(17)을 통해 중립 샤프트(10')를 구동하고, 다른 실시예에서와 마찬가지로 상기 전기 모터의 회전 방향 및 회전수가 조절될 수 있다.

유체 역학적 클러치(4, 7)는 이전 실시예에서와 마찬가지로 구동 유닛(1)에 의해 구동 휠(3)을 통해 동일한 방향으로 구동된다. 제1 유체 역학적 클러치(4)는 충전 제어시 중립 샤프트(10')를 제1 기어 열(17)을 통해 하나의 회전 방향으로 구동할 수 있고, 다른 클러치(7)는 다른 기어 열(18)을 통해 반대 방향으로 구동할 수 있다. 중립 샤프트(10')의 회전 방향 역전은 기어 열(17 및 18) 내의 짝수 또는 홀수의 기어에 의해 이루어진다. 중립 샤프트(10')와 스티어링 차동 기어(9) 사이의 구동 연결은 다른 실시예에서와 같이 짝수 또는 홀수의 아이들러(8)에 의해 구현된다.

도 4는 단 하나의 유체 역학적 클러치(13)와, 중립 샤프트(10)의 2개의 회전 방향에 대한 2개의 기계적 클러치(15, 16)를 구비한 실시예를 도시한다. 전기 모터(2)는 도 1에 따른 실시예에서와 유사하게 중립 샤프트(10)을 직접 구동시킨다. 단일 유체 역학적 클러치(13)는 구동 유닛(1)에 의해 구동 휠(3)을 통해 구동되고, 구동 출력을 기계적 클러치(15 또는 16)를 통해 중립 샤프트(10)로 전달할 수 있다. 회전 방향 역전을 위해 역전 기어 장치(19)가 제공된다. 유체 역학적 클러치(13)의 브리지를 위해, 브리지 클러치(14)가 제공될 수 있다.

보다 큰 스티어링 출력을 제공하기 위해, 유체 역학적 클러치(13)와 더불어 동시에 적합한 기계적 클러치(15 또는 16)가 제공됨으로써, 차량이 좌측 또는 우측으로 스티어링되어야 한다. 유체 역학적 슬립을 피하기 위해 또는 유체 역학적 클러치(13)의 고장시, 브리지 클러치(14)가 구동 유닛(1)에 의해 제공되는 스티어링 출력량을 스티어링 클러치(15, 16)로 전달할 수 있다.

다중 회로에 의한 스티어링 구동 유닛의 작동 안전성과 관련해서, 도 1 내지 도 3에 따른 실시예가 중요하다.

본 발명에 따른 모든 장치에서, 유체 역학적 클러치(4, 7, 13) 대신에 적합하게 조절 가능한 기계적 부하 스위칭 클러치, 예컨대 멀티디스크 클러치가 제공될 수도 있다. 이러한 실시예에서는 브리지 클러치(5, 7, 14)가 생략될 수 있다.

모든 실시예에서, 예컨대 스티어링 휠에 의해 미리 주어진 스티어링 명령을 상이한 스티어링 요소의 적합한 제어에 의해 변환시키는 제어/조절 장치가 제공된다.

Claims

선회 불가능한 휠을 가진 휠 차량 또는 궤도 차량용 중첩 스티어링 시스템으로서, 구동 유닛(1), 및 구동 출력을 하나 이상의 스티어링 차동 기어(9)를 통해 하나의 구동측으로부터 다른 구동측으로 전달하기 위한 중립 샤프트(10, 10')를 포함하고, 상기 중립 샤프트(10, 10')는 상기 구동 유닛(1)에 의해 송출된 출력량과 하나 이상의 전기 모터(2, 2')의 조합에 의해 구동될 수 있고,

상기 구동 유닛(1)에 의해 송출된 스티어링 출력량의 전달을 위해, 하나 이상의 유체 역학적 스티어링 클러치(4, 6; 13) 또는 하나 이상의 기계적으로 조절 가능한 부하 스위칭 클러치가 제공되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 복수의 독립적인 전기 회로를 구비한 하나의 전기 모터 또는 복수의 전기 모터가 상기 전기 모터(2, 2')로서 제공되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중립 샤프트(10, 10')의 회전 방향 각각에 대해 하나 이상의 유체 역학적 스티어링 클러치(4, 6) 또는 하나 이상의 기계적으로 조절 가능한 부하 스위칭 클러치가 제공되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유체 역학적 스티어링 클러치(4, 6; 13)의 브리지를 위해, 기계적 클러치(5, 7; 14)가 제공되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중립 샤프트(10, 10')가 스티어링 시스템의 중앙에 배치되거나, 또는 스티어링 시스템의 측부에 배치되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제5항에 있어서, 단 하나의 유체 역학적 스티어링 클러치(13)가 제공되고, 상기 중립 샤프트(10)를 직접 구동시킬 수 있는 제1 기계적 클러치(15), 및 상기 중립 샤프트(10, 10')를 역전 기어 장치(19)를 통해 역전된 회전 방향으로 구동시킬 수 있는 부가의 기계적 클러치(16)가 제공되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제6항에 있어서, 상기 스티어링 시스템은 차량의 구동 시스템 내에 통합될 수 있거나 또는 별도의 유닛으로서 상기 구동 시스템의 하류에 접속 가능한 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제7항에 있어서, 상기 전기 모터(들)(2, 2'), 상기 유체 역학적 스티어링 클러치(4, 6, 13), 상기 기계적 클러치(5, 7), 상기 제1 기계적 클러치(15) 및 상기 부가의 기계적 클러치(16)가 회전수 조정 기어 장치 열 없이 중립 샤프트(10, 10')에 연결되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전기 모터(들)(2, 2')용의 전력 전자 시스템 및 제어 전자 시스템이 기어 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.
제7항에 있어서, 상기 기계적 클러치(5, 7, 14, 15, 16)는 멀티디스크 클러치로서 구성되는 것을 특징으로 하는 중첩 스티어링 시스템.