KR101020540B1

KR101020540B1 - 랙 스트로크 가변장치

Info

Publication number: KR101020540B1
Application number: KR1020040111429A
Authority: KR
Inventors: 김종민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2011-03-09
Also published as: KR20060072714A

Abstract

본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는 종래 기어박스에 설치된 기어 스토퍼를 제어하여 랙 스트로크를 가변시키던 것을 SBW 시스템에 설치된 턴 스토퍼를 이용하여 가변시킬 수 있도록 함으로써, 운전자의 조향 감각을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는, SBW 시스템에서 스티어링 칼럼의 끝단에 설치되어 스티어링 휠과 연동되는 볼 스크류(35), 이 볼 스크류(35)에 장착되어 상하로 이동 가능하게 설치되고 일측에 가이드 돌기(37)가 설치된 내부 원통(30), 이 내부 원통(30)이 삽입되고 일측에는 그 길이가 2단으로 구성되어 상기 가이드 돌기(37)가 끼워지는 가이드 라인(33)이 형성된 외부 원통(31), 및 상기 외부 원통(31)의 외면에 형성된 나사산과 결합되는 피니언(39)과 이 피니언(39)이 장착된 모터(40)로 이루어진 구동수단을 포함한다.

SBW 시스템, 턴 스토퍼, 가이드 라인

Description

랙 스트로크 가변장치{Variable rack stroke apparatus}

도1 및 도2는 종래 랙 스트로크 가변장치를 도시한 도면.

도3은 SBW 시스템을 도시한 도면.

도4는 SBW 시스템의 턴 스토퍼를 도시한 도면.

도5 및 도6은 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치의 작동상태를 도시한 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 기어박스 2: 기어 스토퍼

3: 스톱 돌기 4: 드래그 링크

5: 랙 10: 스티어링 휠

11: 각도 센서 13: 다기능 스위치

15: 스티어링 칼럼 17: 토크 센서

19: 모터 20: 턴 스토퍼

21: 외부 케이스 23: 가이드 라인

25: 볼 스크류 27: 이동 블록

29: 가이드 돌기 30: 내부 원통

31: 외부 원통 33: 2단 가이드 라인

35: 볼 스크류 37: 가이드 돌기

39: 피니언 40: 모터

본 발명은 랙 스트로크 가변장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 기어박스에 설치된 기어 스토퍼를 제어하여 랙 스트로크를 가변시키던 것을 SBW 시스템에 설치된 턴 스토퍼를 이용하여 가변시킬 수 있도록 한 랙 스트로크 가변장치에 관한 것이다.

스티어링 휠의 회전을 차륜에 전달하기 위한 수단으로서 피니언과 랙이 각각 조향축과 전방차축에 설치되어 있다. 스티어링 휠을 최대로 돌리고 선회할 때 바깥쪽 바퀴가 그리는 원의 반경을 최소회전반경이라 하는데, 차바퀴에 체인을 장착하였는지 여부에 따라 이 최소회전반경을 조절할 필요가 있다. 최소회전반경의 조절은 상기 랙의 스트로크를 가변시킴으로써 이루어지는데, 이러한 기능을 수행하는 것이 랙 스트로크 가변장치(Variable Rack Stroke, VRS)이다.

도1 및 도2는 종래 랙 스트로크의 가변장치의 작동 상태를 나타낸다(각 도면의 좌측 사시도에는 작동 관계를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 랙을 생략하였다). 스티어링 휠이 장착된 스티어링 칼럼의 끝단에는 기어박스(1)가 설치되고, 기어박스(1)의 양측에는 드래그 링크(4)에 의해 차바퀴가 연결된다. 이 기어박스(1)의 측면에는 기어 스토퍼(2)가 장착되고, 상기 드래그 링크(4)의 끝단에는 스톱 돌기(3) 가 장착된다. 상기 기어 스토퍼(2)에는 상기 스톱 돌기(3)의 형상과 동일하게 홈이 형성되어 있으며, 스위치의 온/오프에 따라 회전될 수 있도록 구성된다.

차바퀴에 체인을 감지 않고 주행하는 때에는 도1에서와 같이 기어 스토퍼(2)가 그 내부 홈에 상기 스톱 돌기(3)가 끼워질 수 있는 위치에 놓여진다. 따라서 랙(5)은 스톱 돌기(3)가 완전히 끼워질 때까지 이동될 수 있으므로 랙(5)의 스트로크가 증대되고 그 결과 차바퀴의 최소회전반경이 축소된다. 반면, 차바퀴에 체인을 감고 주행하는 때에는 도2에서와 같이 기어 스토퍼(2)가 90도 회전되어 그 내부 홈에 상기 스톱 돌기(3)가 끼워질 수 없는 위치에 놓여진다. 그 결과 기어 스토퍼(2)의 두께만큼 랙(5)의 스트로크가 감소되고 차바퀴의 최소회전반경은 증가하게 된다.

한편, SBW(Steer-By-Wire) 시스템은 기계적 연결없이 전기적인 동력(모터 등)을 이용하여 차량을 조타시키는 차세대 샤시 제어기술로서, 스티어링 휠 밑에 있는 유니버셜 조인트 부분 이하를 제거하고, 랙의 기어박스 연결 부위에 감속기를 단 모터를 장착하여 모터로 하여금 랙 전체를 구동하도록 한 것이다. 도3은 이러한 SBW 시스템을 간단하게 도시한 것이다. 스티어링 칼럼(15)의 일측단에 스티어링 휠(10)이 장착되고 그 하단에는 다기능 스위치(13)가 설치되며, 타측단에는 스티어링 휠(10)의 턴 수를 제어하는 턴 스토퍼(20)가 설치된다. 이 턴 스토퍼(20)의 상부에는 감속기가 달린 모터(19)가 장착되고, 상기 다기능 스위치(13)가 설치된 부분과 모터(19)가 설치된 부분의 스티어링 칼럼(15)에는 각각 각도 센서(11)와 토크 센서(17)가 설치된다. 이 각도 센서(11)와 토크 센서(17)는 상기 스티어링 휠(10)의 회 전각도와 회전속도를 측정하고, 이에 따라 모터(19)가 랙을 구동시킨다. 또한 상기 턴 스토퍼(20)는 스티어링 휠(10)의 턴 수(2.99턴)를 제어하는데 그 자세한 구성은 도4를 참조로 후술한다.

이와 같이 구성된 SBW 시스템 하에서 종래의 랙 스트로크 가변장치를 적용하게 되면, 가변장치의 작동에 따라 SBW 시스템의 작동이 달라지지 않으므로 랙 스트로크가 가변되더라도(차바퀴에 체인이 감겨있거나 감겨있지 않거나) 계속하여 동일한 스티어링 휠의 턴 수를 제공하기 때문에 운전자의 스티어링 감각이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래에 기어 스토퍼를 이용한 랙 스트로크 가변장치 대신에 SBW 시스템에서 스티어링 휠의 턴 수를 제어하기 위해 장착된 턴 스토퍼를 변형하여 랙 스트로크까지 가변시킬 수 있도록 함으로써, 랙 스트로크가 가변될 때 스티어링 휠의 턴 수도 변경되도록 하여 운전자의 스티어링 감각을 향상시킬 수 있도록 한 랙 스트로크 가변장치를 마련하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는, SBW 시스템에서 스티어링 칼럼의 끝단에 설치되어 스티어링 휠과 연동되는 볼 스크류(35), 이 볼 스크류(35)에 장착되어 상하로 이동 가능하게 설치되고 일측에 가이드 돌기(37)가 설치된 내부 원통(30), 이 내부 원통(30)이 삽입되고 일측에는 그 길이가 2단으로 구성되어 상기 가이드 돌기(37)가 끼워지는 가이드 라인(33)이 형성된 외부 원통(31), 및 상기 외부 원통(31)의 외면에 형성된 나사산과 결합되는 피니언(39)과 이 피니언(39)이 장착된 모터(40)로 이루어진 구동수단을 포함한다.

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이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.

도4는 종래의 SBW 시스템에 사용되던 턴 스토퍼(20)를 나타낸다. 외부 케이스(21)의 내부 중앙에 볼 스크류(25)가 설치되고, 이 볼 스크류(25)에는 이동 블록(27)이 장착되어 볼 스크류(25)가 회전됨에 따라 상하로 이동된다. 상기 이동 블록(27)의 일측에는 가이드 돌기(29)가 설치되는데, 이 가이드 돌기(29)는 상기 이동 블록(27)이 이동함에 따라 외부 케이스(21)의 일측면에 형성된 가이드 라인(23) 내를 이동하게 된다. 따라서, 가이드 돌기(29)의 이동은 가이드 라인(23)의 길이로 제한된다. 상기 볼 스크류(25)는 스티어링 휠과 연동되어 운전자가 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 함께 회전되지만, 가이드 돌기(29)의 이동이 가이드 라인(23)의 길이로 제한되기 때문에 무한정 회전되지는 못한다. 이와 같이 구성된 턴 스토퍼(20)에 의해 스티어링 휠의 턴 수가 제어된다.

상기 가이드 라인(23)의 길이에 따라 랙 스트로크도 가변시킬 수 있다. 본 발명에서는 이러한 점에 착안하여 턴 스토퍼의 가이드 라인(23)을 2단으로 구성하여 필요에 따라 랙 스트로크를 가변시킬 수 있도록 구성하였는 바, 그 상세한 구성은 도5 및 도6에 도시된 바와 같다.

본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는 SBW 시스템에서 스티어링 칼럼의 끝단에 설치되어 스티어링 휠과 연동되는 볼 스크류(35), 가이드 돌기가 설치된 내부 원통(30), 2단의 가이드 라인이 형성된 외부 원통(31) 및 이 외부 원통(31)을 회전시키는 구동수단으로 이루어진다. 내부 원통(30)은 상기 볼 스크류(35)에 장착되어 볼 스크류(35)가 회전됨에 따라 상하로 이동될 수 있도록 구성되고, 그 일측에는 가이드 돌기(37)가 장착된다. 외부 원통(31)의 일측에는 상기 가이드 돌기(37)가 끼워지는 가이드 라인(33)이 형성되어 있는데, 이 가이드 라인(33)은 각각 상하 길이가 다른 2단으로 이루어져 있다.

본 실시예에서는 상기 구동수단이 상기 외부 원통(31)의 외면에 형성된 나사산과 결합되는 피니언(39)과 이 피니언(39)이 장착된 모터(40)로 이루어져 있으나, 상기 외부 원통(31)을 일정 각도만큼 이동시킬 수 있는 것이면 어느 것이라도 무방하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는 다음과 같이 작동된다. 차바퀴에 체인을 감지 않고 주행하는 때에는 랙 스트로크를 증가시켜 차바퀴의 최소회전반경을 감소시킬 필요가 있다. 이 때에는 모터(40)에 의해 외부 원통(31)을 회전시켜 도5에서 보듯이 가이드 돌기(37)가 가이드 라인(33) 중에서 길이가 긴 단에 위치하도록 한다. 그 결과, 내부 원통(30)이 볼 스크류(35)의 회전에 의해 상하로 이동될 때 더 긴 이동 거리를 가질 수 있다. 이 내부 원통(30)은 도4에 도시된 종래 턴 스토퍼(20)에서 이동 블록(27)과 같은 기능을 하므로 내부 원통(30)의 이동 거리가 길어지면 랙 스트로크가 증가하게 되고, 동시에 스티어링 휠의 턴 수도 증가하게 된다.

반대로, 차바퀴에 체인을 감고 주행하는 때에는 랙 스트로크를 감소시켜 차바퀴의 최소회전반경을 증가시킬 필요가 있다. 이 때에는 모터(40)에 의해 외부 원통(31)을 반대로 회전시켜 도6에서 보듯이 가이드 돌기(37)가 가이드 라인(33) 중에서 길이가 짧은 단에 위치하도록 한다. 그 결과, 내부 원통(30)이 볼 스크류(35)의 회전에 의해 상하로 이동될 때 상대적으로 짧은 이동 거리를 가진다. 이와 같이, 내부 원통(30)의 이동 거리가 짧아지면 랙 스트로크가 감소하게 되고, 동시에 스티어링 휠의 턴 수도 감소하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 랙 스트로크 가변장치는 SBW 시스템에서 랙 스트로크를 가변시킴과 동시에 스티어링 휠의 턴 수도 변경함으로써, 운전자의 조향 감각을 향상시켜 차가 어느 정도 조향되었는지 정확하게 알 수 있도록 해준다.

Claims

SBW 시스템에서 스티어링 칼럼의 끝단에 설치되어 스티어링 휠과 연동되는 볼 스크류(35), 이 볼 스크류(35)에 장착되어 상하로 이동 가능하게 설치되고 일측에 가이드 돌기(37)가 설치된 내부 원통(30), 이 내부 원통(30)이 삽입되고 일측에는 그 길이가 2단으로 구성되어 상기 가이드 돌기(37)가 끼워지는 가이드 라인(33)이 형성된 외부 원통(31), 및 상기 외부 원통(31)의 외면에 형성된 나사산과 결합되는 피니언(39)과 이 피니언(39)이 장착된 모터(40)로 이루어진 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치.
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