KR101016230B1 - 좌우 독립형 전륜 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 양단에 조향핸들과 피니언기어가 마련되는 조향칼럼과, 상기 피니언기어에 맞물려 수평 이동하는 랙기어와, 좌측 및 우측 전륜에 각각 회전 가능하게 결합되고 일면에 기어가 형성되는 타이로드와, 상기 랙기어 및 타이로드 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함한다. 또한, 상기 VGR모듈은, 상기 랙기어에 맞물리는 제1구동풀리와, 상기 제1구동풀리로부터 이격되는 제2구동풀리와, 상기 타이로드에 맞물리는 종동풀리와, 상기 제1, 제2구동풀리 및 종동풀리를 연결하는 벨트와, 상기 제1 및 제2구동풀리의 이격거리를 조절하는 모터로 이루어지며, 이때 상기 제1 및 제2구동풀리는 원뿔 형상으로 형성되고 꼭짓점이 서로 마주보도록 배치된다.
독립형 조향장치, VGR모듈, 모터, 원뿔형 풀리

Description

좌우 독립형 전륜 조향장치{LEFT-RIGHT INDEPENDENT FRONT STEERING SYSTEM}
본 발명은 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 구체적으로는 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 동력조향장치(power steering)는 유압 또는 공기압을 이용하여 조향핸들의 조작이 용이하도록 하는 장치로, 유압을 이용한 동력조향장치가 많이 사용되고 있다.
유압식 동력조향장치는 조향핸들과 연결된 피니언 및 휠과 연결된 랙으로 구성된 기어박스를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 기어박스는 동력실린더의 역할을 할 수 있도록 오일 리저버와 연결되므로, 조향핸들의 조작 시 조작방향에 따라 오일펌프를 통해 압송된 오일이 기어박스 내의 양쪽 챔버 중 어느 하나로 공급되어 조향 보조력을 발생한다.
그러나 상술한 유압식 동력조향장치는 오일 리저버, 오일펌프, 기어박스 및 이들을 연결하는 다수의 호스 등을 포함하므로 유압라인의 구성이 매우 복잡하다. 또한, 배기량이 작은 소형 차량에서 엔진을 이용하여 오일펌프를 구동할 경우 연비 가 저하되므로 바람직하지 못하다.
이와 같은 문제점을 해소하고자 최근에는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire: SBW) 방식의 조향장치가 개발되었다.
도 5는 일반적인 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치를 도시하는 도면으로, 도 5를 참조하면 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 조향조작부(10)와 조향기구부(20)가 서로 독립된 구조를 갖는다. 그리고 상기 조향조작부(10)는 조향핸들(12)을 포함하며 상기 조향기구부(20)는 기어박스(22)를 포함한다.
상술한 구조로 이루어진 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 상기 조향조작부(10)에 장착된 토크센서(torque sensor,32)가 조향핸들(12)의 조작을 감지하고, 상기 토크센서(32)로부터 신호를 전달받은 전자제어유니트(ECU,34)가 상기 기어박스(22)에 장착된 모터(36)의 구동을 제어한다.
따라서 상기 모터(36)의 구동력은 기어박스(22) 내에 장착된 랙(rack,미도시)로 전달되고, 상기 랙의 직선이동에 의해 차륜과 연결된 타이로드(38)가 움직임에 따라 조향조작이 이루어지게 된다.
그런데 상술한 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 조향핸들(12)과 기어박스(22)가 기구적으로 연결되므로 신뢰성을 확보할 수 없으며 양산이 어렵다는 단점이 있다.
이에 최근에는 운전자의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 주는 능동형 전륜 조향장치(Active Front Steering; AFS)가 적용되어 차량의 거동을 보다 안정화시키고 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 동력조향장치에 적용된 능동형 전륜 조향장치는 통상의 동력조향장치에 조향각 센서, 능동 제어기(Active Controller,50), 능동 조향 메카니즘(Active Steering Mecanism,60), 조향 액츄에이터(Steering Actuator,70), 조향 위치 센서(Steering Position Sensor) 등을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 능동형 전륜 조향장치는 능동 제어기(50)에서 조향각, 차속, 횡가속도, 요 레이트(Yaw Rate) 등 차량의 상태정보를 입력받아 능동 조향 메카니즘(60)을 작동시켜 최적의 전륜 조향각 제어를 수행한다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 능동 조향 메카니즘(60)은 조향핸들(12) 또는 조향칼럼(14)에 장착되어 차량의 상태정보에 따라 AFS 모터(미도시)를 구동하여 전륜 조향각 보상 제어를 수행함으로써 차량의 거동을 안정화시키도록 하고 있다.
하지만, 상술한 능동형 전륜 조향장치의 경우 좌우측 전륜을 개별적으로 제어할 수 없으므로 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 기대할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포 함하는 외부환경조건에 따라 차량의 주행특성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 양단에 조향핸들과 피니언기어가 마련되는 조향칼럼과, 상기 피니언기어에 맞물려 수평 이동하는 랙기어와, 좌측 및 우측 전륜에 각각 회전 가능하게 결합되고 일면에 기어가 형성되는 타이로드와, 상기 랙기어 및 타이로드 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함한다.
이때, 상기 VGR모듈은, 상기 랙기어에 맞물리는 제1구동풀리와, 상기 제1구동풀리로부터 이격되는 제2구동풀리와, 상기 타이로드에 맞물리는 종동풀리와, 상기 제1, 제2구동풀리 및 종동풀리를 연결하는 벨트와, 상기 제1 및 제2구동풀리의 이격거리를 조절하는 모터로 이루어지며, 상기 제1 및 제2구동풀리는 원뿔 형상으로 형성되고 꼭짓점이 서로 마주보도록 배치됨을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 VGR모듈을 이용하여 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 차량의 주행특성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였음을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 양단에 조향핸들(112) 및 피니언기어(114)가 마련되는 조향칼럼(110)과, 상기 조향칼럼(110)의 하단에 마련되는 기어박스(116)와, 상기 기어박스(116)를 관통하여 결합되고 피니언기어(114)와 맞물려 수평 이동하는 랙기어(120)와, 차량의 좌측 및 우측 전륜(130L,130R)에 각각 회전 가능하게 결합되고 일면에 기어(도 2의 142)가 형성되는 타이로드(140)와, 상기 랙기어(120) 및 좌우측 타이로드(140) 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈(150)을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 상기 VGR모듈(150)을 이용하여 랙기어(120)와 타이로드(140) 사이의 이격거리를 조절함으로써 좌우측 전륜(130L,130R)의 조향각을 조절한다. 특히, 조향핸들(112)의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 상기 좌우측 전륜(130L,130R)에 각각 설치되는 VGR모듈(150)을 개별적으로 제어할 경우 차량의 주행특성, 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치 중 VGR모듈을 도시하는 도면으로, 도 2를 참조하여 차량의 좌우측 전륜(도 1의 130L,130R)의 조향각을 조절하기 위한 VGR모듈(150)에 대해 살펴보도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, VGR모듈(150)은 랙기어(120) 측에 마련되는 구동풀리(160), 타이로드(140) 측에 마련되는 종동풀리(170), 그리고 상기 구동풀리(160) 및 종동풀리(170)를 연결하는 벨트(180)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 구동풀리(160)는 피니언기어(162)를 통해 상기 랙기어(120)에 맞물리는 제1구동풀리(164)와 상기 제1구동풀리(164)로부터 이격되는 제2구동풀리(166)로 이루어지며, 상기 종동풀리(170)는 피니언기어(172)를 통해 상기 타이로드(120)에 맞물리는 제1구동풀리(164)와 상기 제1구동풀리(164)로부터 이격되는 제2구동풀리(166)로 이루어진다.
이때, 상기 제1 및 제2구동풀리(164,166)와 상기 제1 및 제2종동풀리(174,176)는 원뿔 형상으로 형성되고 꼭짓점이 서로 마주보도록 배치된다. 그리고 상기 제1구동풀리(164) 및 제1종동풀리(174)로부터 각각 이격된 제2구동풀리(166) 및 제2종동풀리(176)는 소정의 링크(192)를 통해 모터(190)와 연결된다.
이와 같이 구성된 상기 VGR모듈(150)은 상기 모터(190)를 구동시킬 경우 제2구동풀리(166) 및 제2종동풀리(176)가 제1구동풀리(164) 및 제1종동풀리(174)로부터 이격되거나 근접하게 되므로 좌우측 전륜(130L,130R)의 조향각을 조절할 수 있다. 특히, 상기 VGR모듈(150)은 좌우측 전륜(130L,130R)에 각각 마련되므로 좌우측 전륜(130L,130R)의 조향각을 개별적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 차량의 주행특성, 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3과 도 4는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 조향각 조절과정을 도시하는 도면으로, 도 3과 도 4를 참조하여 조향각 조절과정을 살펴보도록 한다. 이때, 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 좌우측 구조는 동일하므로 좌측을 일례로 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 랙기어(120)와 타이로드(140)는 소정 거리 이격되고, 상기 랙기어(120)와 타이로드(140)에는 구동풀리(160)와 종동풀리(170)가 마련되며, 상기 구동풀리(160)와 종동풀리(170)는 벨트(180)에 의해 연결된다.
이때, 모터(190)를 구동시켜 링크를 도면의 화살표방향으로 이동시키면, 상기 제1구동풀리(164)와 제2구동풀리(166) 사이의 이격거리(S1)는 멀어지고, 상기 제1종동풀리(174)와 제2종동풀리(176) 사이의 이격거리(S2)는 가까워진다. 즉, 상기 벨트(180)와 접하는 구동풀리(164,166)의 반경(R1)은 종동풀리(174,176)의 반경(R2)보다 작게 된다. 따라서 이와 같은 상태에서 조향핸들(도 1의 112)을 조작할 경우 상기 랙기어(120)의 이동거리(입력량)보다 타이로드(150)의 이동거리(출력량)가 짧게 된다.
반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터(190)를 구동시켜 링크를 도면의 화살표방향으로 이동시키면, 상기 제1구동풀리(164)와 제2구동풀리(166) 사이의 이격거리(S1)는 가까워지고, 상기 제1종동풀리(174)와 제2종동풀리(176) 사이의 이격거리(S2)는 멀어진다. 즉, 상기 벨트(180)와 접하는 구동풀리(164,166)의 반경(R1) 은 종동풀리(174,176)의 반경(R2)보다 크게 되어, 조향핸들(도 1의 112)을 조작할 경우 상기 랙기어(120)의 이동거리(입력량)보다 타이로드(150)의 이동거리(출력량)가 길게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 좌우측 전륜(도 1의 130L,130R)의 조향각을 개별적으로 조절할 수 있다. 그리고 상기 좌우측 전륜(도 1의 130L,130R)의 조향각을 조절하는 VGR모듈(160)은 제어부(미도시)에 의해 제어, 상기 제어부는 VGR모듈(160)의 제어 시 조향핸들(112)의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건을 참조하여 가장 적합한 조향각을 산출하고 에 따라 제어된다. 일례로, 차량의 회전 시 VGR모듈(160)을 이용하여 좌우측 전륜(140L,140R)의 조향각을 달리할 경우 차량의 최소 회전 반경을 감소시키고 원심력에 의한 차량의 쏠림 현상을 방지할 수 있으므로, 차량의 주행특성, 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치 중 VGR모듈을 도시하는 도면.
도 3과 도 4는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 조향각 조절과정을 도시하는 도면.
도 5와 도 6은 종래기술에 의한 조향장치를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110: 조향칼럼 120: 랙기어
130L,130R: 좌우측 전륜 140: 타이로드
150: VGR모듈 160: 구동풀리
170: 종동풀리 180: 벨트
190: 모터

Claims (4)

  1. 양단에 조향핸들과 피니언기어가 마련되는 조향칼럼;
    상기 피니언기어에 맞물려 수평 이동하는 랙기어;
    좌측 및 우측 전륜에 각각 회전 가능하게 결합되고 일면에 기어가 형성되는 타이로드; 및
    상기 랙기어에 맞물리는 제1구동풀리와, 상기 제1구동풀리로부터 이격되는 제2구동풀리와, 상기 타이로드에 맞물리는 종동풀리와, 상기 제1, 제2구동풀리 및 종동풀리를 연결하는 벨트와, 상기 제1 및 제2구동풀리의 이격거리를 조절하는 모터로 이루어진 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함하며,
    상기 제1 및 제2구동풀리는 원뿔 형상으로 형성되고 꼭짓점이 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 종동풀리는, 상기 타이로드에 맞물리는 제1종동풀리와, 상기 제1종동풀리로부터 이격되는 제2종동풀리로 이루어지며, 상기 제1 및 제2종동풀리는 원뿔 형상으로 형성되고 꼭짓점이 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 및 제2종동풀리는 상기 모터에 의해 이격거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 VGR모듈은 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
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