KR101039548B1 - 차량의 조향 제어 시스템 - Google Patents

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마사토시 나카츠
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

차량의 조향 제어 시스템은 입력 축 (16) 에 대해 출력 축 (18) 을 상대 회전시킴으로써 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치 (20), 및 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치 (56) 를 갖는다. 가변 전달비 장치는 전동 모터 (26) 및 감속 기구 (27) 를 갖는다. 로킹 장치는, 로크-온 상태에 있을 때에는 입력 축 및 전동 모터의 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하고, 로크-오프 상태에 있을 때에는 입력 축 및 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용한다.
조향 제어 시스템

Description

차량의 조향 제어 시스템{VEHICLE STEERING CONTROL SYSTEM}
본 발명은, 자동차 등의 차량의 조향 제어 시스템, 더 상세하게는 조향 전달비 또는 기어비를 변경하는 가변 전달비 장치를 구비한 차량의 조향 제어 시스템에 관한 것이다.
자동차 등의 차량의 조향 제어 시스템의 한 종류로서, 조향 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치를 구비한 조향 제어 시스템이 공지되어 있다. 이 종류의 조향 제어 시스템은, 일반적으로, 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들과 상대 회전 불가능하게 연결된 입력 축과, 회전 가능하게 지지된 출력 축과, 출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구와, 입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치를 갖고 있다.
다양한 구성을 갖는 가변 전달비 장치가 제안되어 있는데, 전동 모터 및 감속 기구를 구비한 가변 전달비 장치가 잘 알려져 있다. 전동 모터는 스테이터와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터를 갖고, 감속 기구는 로터의 회전에 따라 회전하는 회전체를 포함한다. 가변 전달비 장치는, 회전체가 입력 축에 대해 제 1 회전 각도만큼 상대 회전하면, 출력 축이 입력 축에 대해 제 1 회전 각도와는 상이한 제 2 회전 각도만큼 상대 회전하고, 회전체가 상기 입력 축에 대해 상대 회전하지 않을 때에는, 출력 축이 입력 축에 대해 상대 회전하지 않도록 구성되어 있다.
가변 전달비 장치를 제어하기 위해서는 전동 모터에 제어 전류를 공급할 필요가 있지만, 전동 모터가 스티어링 칼럼에 내장되는 경우에는, 차체측보다 전동 모터에 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블이 필요하다. 스파이럴 케이블이 불필요하게 되도록, 스테이터가 차체에 고정되어 스테이터에 제어 전류가 공급되는 구조의 가변 전달비 장치도 또한 알려져 있다.
가변 전달비 장치를 구비한 조향 제어 시스템에 있어서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005－162124호 (JP-A-2005-162124) 및 일본 공개특허공보 2005－14680호 (JP-A-2005-14680) 에 기재되어 있는 것처럼, 가변 전달비 장치가 정상 작동 상태인 경우에는 가변 전달비 장치에 의한 전달비의 변경 제어가 믿을 수 있게 행해지고, 또 가변 전달비 장치에 이상이 생긴 경우에는 입력 축과 출력 축 사이에 회전 운동 및 토크가 확실히 전달되도록, 로킹 장치가 제공된다. 로킹 장치는 입력 축과 출력 축의 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태 사이에서 전환된다.
가변 전달비 장치의 감속 기구의 한 종류로서, 스트레인 웨이브 기어 기구 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2005-14680호 참조) 가 잘 알려져 있다. 이 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재와, 전동 모터의 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체의 주위에 장착되고 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 (external-teeth) 기어 부재를 갖는다. 외치 기어 부재는 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 및 제 2 링 기어 부재와 맞물린다. 외치 기어 부재의 잇수는 제 1 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 제 1 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하다. 작동시, 회전체가 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동되어서, 전달비가 변화된다.
상술한 것처럼 스트레인 웨이브 기어 기구를 구비한 조향 제어 시스템의 로킹 장치는, 일반적으로, 로크-온 상태에 있어서는, 회전체의 회전을 저지하기 위해 로터 및 스테이터의 상대 회전을 저지함으로써, 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지한다. 로킹 장치가 로크-온 상태에 있을 때는, 회전체는 회전하지 않고, 입력 축의 회전으로 인한 제 1 링 기어 부재의 회전에 의해, 외치 기어 부재가 회전체의 주위에 회전하게 할 수 있다. 외치 기어 부재의 회전이 제 2 링 기어 부재를 통해 출력 축에 전달됨으로써, 주어진 기어비에서 입력 축의 회전 운동 및 토크가 출력 축에 전달된다. 역으로, 출력 축의 회전으로 인한 제 2 링 기어 부재의 회전에 의해, 외치 기어 부재가 회전체의 주위에 회전하게 할 수 있어, 외치 기어 부재의 회전이 제 1 링 기어 부재를 통해 입력 축에 전달됨으로써, 주어진 기어비에서 출력 축의 회전 운동 및 토크가 입력 축에 전달된다.
가변 전달비 장치의 전동 모터의 스테이터가 차체에 고정된 형식의 조향 제어 시스템에 있어서, 이물질의 침입 등에 의해 외치 기어 부재가 회전체에 대해 상 대적으로 회전할 수 없게 되면, 로킹 장치가 로터 및 회전체의 회전이 저지되는 로크-온 상태로 전환될 수 있는 때에, 외치 기어 부재가 전혀 회전할 수 없다. 그 결과, 입력 축과 출력 축 사이에서 회전 운동 및 토크가 전달될 수 없고, 핸들의 회전 조작 및 조향륜의 전타 (轉舵) 를 실시할 수 없게 된다.
전술한 상황을 회피하기 위해서는, 외치 기어 부재가 회전체에 대해 상대적으로 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치가 로크-온 상태로 전환되더라도 회전체에 높은 토크가 가해지는 때에는 회전체의 회전을 허용하는 특별한 안전 장치를 제공할 필요가 있다. 안전 장치의 제공은 불가피하게 조향 제어 시스템의 구조를 복잡하게 하거나 조향 제어 시스템의 비용을 증가시킬 수 있다.
본 발명은, 조향 제어 시스템의 구조를 복잡하게 하거나 그 비용을 높이는 특별한 안전 장치를 필요로 하는 일 없이, 이물질의 침입 등에 의해 외치 기어 부재가 회전체에 대해 상대적으로 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치가 로크-온 상태로 전환될 수 있는 경우에도, 입력 축과 출력 축 사이에서 회전 운동 및 토크를 전달할 수 있어서, 이로써 핸들의 회전 조작 및 조향륜의 전타를 실시하는 조향 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양은, 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들에 대해 상대 회전 불가능하게 핸들에 연결된 입력 축과, 회전 가능하게 지지되고 또한 조향륜 측에 연결된 출력 축과, 출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구와, 입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치와, 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치를 포함하는 차량의 조향 제어 시스템에 관한 것이다. 이 시스템에 있어서, 가변 전달비 장치는 전동 모터 및 감속 기구를 갖고, 상기 전동 모터는 스테이터와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 상기 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터를 포함한다. 상기 감속 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재와, 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체와, 회전체의 주위에 장착되고 상기 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 기어 부재를 포함한다. 상기 외치 기어 부재는 상기 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 링 기어 및 제 2 링 기어 부재와 맞물리고, 상기 외치 기어 부재의 잇수는 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하다. 상기 회전체는 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동됨으로써 전달비를 변경하도록 구성된다. 이러한 조향 제어 시스템에 있어서, 스테이터는 차체에 고정되고, 로킹 장치는, 로크-온 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하고, 로크-오프 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용한다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 차량의 조향 제어 시스템에 있어서, 전동 모터의 스테이터는 차체에 고정되어 있지만, 로킹 장치는 로크-온 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하고, 로크-오프 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용하므로, 로킹 장치가 로크-온 상태일 때 입력 축, 로터 및 회전체는 일체적으로 회전할 수 있다. 따라서, 이물질의 침입 등에 의해 외치 기어 부재가 회전체에 대해 상대적으로 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치가 로크-온 상태로 전환되는 경우에도, 입력 축, 로터 및 회전체와 함께 회전하는 외치 기어 부재와 제 2 링 기어 부재 사이에서 회전 운동 및 토크가 확실하게 전달될 수 있고, 이로써 입력 축과 출력 축 사이에서 회전 운동 및 토크가 확실히 전달될 수 있다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 외치 기어 부재가 회전체에 대해 상대적으로 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치가 로크-온 상태로 전환되더라도, 회전체에 높은 토크가 작용하는 경우에 회전체의 회전을 허용하는 특수한 안전 장치는 불필요하다. 따라서, 조향 제어 시스템의 구조를 복잡하게 하거나 조향 제어 시스템의 비용을 높이는 것을 확실히 회피할 수 있다.
본 발명의 제 1 태양의 조향 제어 시스템에 있어서, 로킹 장치는 걸어맞춤 부재와, 그 걸어맞춤 부재를 구동하는 액추에이터와, 걸어맞춤 부재와 걸어맞춤되어서 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하는 피걸어맞춤 부재를 갖고, 상기 액추에이터는 입력 축 및 로터의 일방에 의해 지지되고, 상기 피걸어맞춤 부재는 입력 축 및 로터의 타방에 의해 지지될 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 액추에이터가 걸어맞춤 부재를 구동하여 피걸어맞춤 부재와 걸어맞추어서, 로킹 장치가 로크-온 상태로 전환되고, 액추에이터가 걸어맞춤 부재를 구동하여 피걸어맞춤 부재와의 걸어맞춤으로부터 이탈시켜서, 로킹 장치가 로크-오프 상태로 전환될 수 있다.
또한, 액추에이터는 입력 축에 의해 지지될 수 있고, 입력 축에 의해 내측 단부가 지지되는 스파이럴 케이블을 거쳐 차체의 측으로부터 제어 전류가 공급되어 작동될 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 입력 축에 의해 지지되는 액추에이터에 대해 차체의 측으로부터 스파이럴 케이블을 거쳐 제어 전류가 공급된다. 따라서, 입력 축의 회전 위치에 상관없이 차체의 측으로부터 액추에이터에 전류를 믿을 수 있게 공급할 수 있다.
상기한 로킹 장치에 있어서, 걸어맞춤 부재는 액추에이터와 일체로 형성된 로크 레버일 수 있고, 피걸어맞춤 부재는 로터에 의해 지지되는 로크 홀더일 수 있다. 로크 홀더는 그의 외주부에 형성된 복수의 오목부를 가질 수 있고, 로킹 장치는 로크 레버의 말단 (distal end) 이 로크 홀더의 오목부 중 하나에 걸어맞춰지는 때에 로크-온 상태에 위치될 수 있다.
로킹 장치의 다른 예에서, 걸어맞춤 부재는 가동 마찰 부재일 수 있고, 피걸어맞춤 부재는 로터에 의해 지지되는 고정 마찰 부재일 수 있다. 로킹 장치는 가동 마찰 부재와 고정 마찰 부재가 서로 마찰 결합하는 때에 로크-온 상태에 위치될 수 있다. 로킹 장치는, 액추에이터와 가동 마찰 부재 사이에 배치되어 고정 마찰 부재를 향해 가동 마찰 부재를 편향시키는 압축 코일 스프링과, 입력 축에 끼워맞춤된 관형 플런저를 포함할 수 있고, 가동 마찰 부재는 플러저를 통해 입력 축을 따라 왕복운동하여, 로킹 장치가 로크-온 상태와 로크-오프 상태 사이에서 전환될 수 있다.
또한, 전동 모터는 핸들과 감속 기구 사이에 배치될 수 있고, 로킹 장치는 핸들과 전동 모터 사이에 배치될 수 있다. 스파이럴 케이블은 핸들 또는 입력 축에 제공된 적어도 하나의 전기 부품에 제어 전류를 공급하는 기능을 가질 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 핸들 또는 입력 축에 제공된 전기 부품에 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블이 액추에이터에 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블로서도 사용될 수 있다. 따라서, 전기 부품에 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블 외에, 액추에이터에 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블이 제공되는 경우에 비해, 조향 제어 시스템의 구조가 간단해지고 조향 제어 시스템의 비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 상기한 태양에 있어서, 외치 기어 부재의 잇수는 제 2 링 기어 부재의 잇수와 동일하고 또한 제 1 링 기어 부재의 잇수와 상이할 수 있다.
또한, 외치 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 잇수는 제 1 링 기어 부재의 잇수보다 더 많을 수 있다.
또한, 액추에이터는 입력 축에 의해 지지될 수 있고, 걸어맞춤 부재는 로터에 의해 지지될 수 있다.
또한, 로킹 장치는 고정 마찰 부재 및 가동 마찰 부재를 가질 수 있고, 또한 이들 마찰 부재가 서로 마찰 결합하는 때에 로크-온 상태에 위치될 수 있다.
또한, 로킹 장치는 가변 전달비 장치에 이상이 생긴 경우에 로크-오프 상태로 전환될 수 있다.
입력 축은 그 하단에서 축선에 수직하게 연장된 제 1 디스크부를 가질 수 있고, 출력 축은 그 상단으로부터 축선에 수직하게 연장된 제 2 디스크부, 및 제 2 디스크부의 외부 에지부로부터 축선에 평행하게 상방으로 연장된 원통부를 가질 수 있다. 제 1 링 기어 부재는 제 1 디스크부의 외부 에지부의 상면에 고정될 수 있고, 제 2 링 기어 부재는 원통부의 상단부의 내부에 고정될 수 있다.
또한, 제 1 디스크부는 제 1 디스크부가 축 주위에서 회전가능하도록 제 2 디스크부 및 원통부 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 태양은 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법에 관한 것이다. 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들에 대해 상대 회전 불가능하게 핸들에 연결된 입력 축과, 회전 가능하게 지지되고 또한 조향륜 측에 연결된 출력 축과, 출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구와, 입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치와, 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치를 포함하는 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법으로서, 상기 가변 전달비 장치는 전동 모터 및 감속 기구를 갖고, 상기 전동 모터는 스테이터와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 상기 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터를 포함하며, 상기 감속 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재와, 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체와, 회전체의 주위에 장착되고 상기 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 기어 부재를 포함하고, 상기 외치 기어 부재는 상기 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 링 기어 및 제 2 링 기어 부재와 맞물리고, 상기 외치 기어 부재의 잇수는 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하며, 상기 회전체는 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동됨으로써 전달비를 변경하도록 되어 있는, 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법은, 전달비의 정상적인 제어를 실시할 수 없게 하는 이상이 가변 전달비 장치에 발생하였는지 여부를 판정하는 단계, 상기 이상이 발생한 경우, 가변 전달비 장치의 제어를 종료하는 단계, 로킹 장치를 로크-온 상태로 전환하는 단계, 및 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하여, 입력 축과 출력 축 사이의 상대 회전을 제한하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기한 그리고 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부도면 (유사 도면부호는 유사 부재를 나타냄) 을 참조한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량의 조향 제어 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2 는 가변 전달비 장치의 스트레인 웨이브 기어 기구를 회전축선에 수직인 면에서 잘라 보여주는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량의 조향 제어 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 몇몇의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
제 1 실시예
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예로서 차량의 조향 제어 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다. 도 2 는 가변 전달비 장치의 스트레인 웨이브 기어 기구를 회전축선에 수직인 면에서 잘라 보여주는 단면도이다 도 2 에서, 간략화의 목적으로 해칭을 생략하였다.
도 1 에 있어서, 도면부호 10 은 조향 제어 시스템을 전체적으로 가리키고 있다. 조향 제어 시스템 (10) 은, 차량의 운전자에 의해 회전되는 핸들 (12), 회전축선 (14) 을 중심으로 회전가능하게 지지되는 입력 축으로서의 상부 스티어링 샤프트 (16), 및 회전축선 (14) 을 중심으로 회전가능하게 지지되는 출력 축으로서의 하부 스티어링 샤프트 (18) 를 포함한다. 조향 제어 시스템 (10) 은, 필요에 따라 하부 스티어링 샤프트 (18) 를 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대적으로 회전시킴으로써 상부 스티어링 샤프트 (16) 의 회전 운동량에 대한 하부 스티 어링 샤프트 (18) 의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치 (20) 와, 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 운동을 조향륜인 좌우 전륜 (22L, 22R) 의 조향각 변경 운동으로 변환하는 운동 변환 기구 (24) 를 더 포함한다.
상부 스티어링 샤프트 (16) 는 그 상단에서 토션바를 거쳐 핸들 (12) 에 연결되고, 그 하단에서는, 회전축선 (14) 에 수직한 면으로 연장 형성된 디스크부 (16a) 를 일체로 갖고 있다. 하부 스티어링 샤프트 (18) 는, 그 상단으로부터 회전축선 (14) 에 수직한 면으로 연장된 디스크부 (18a), 및 그 디스크부 (18a) 의 외부 에지로부터 회전축선 (14) 에 평행하게 상방으로 연장된 원통부 (18b) 와 일체로 형성되어 있다. 디스크부 (18a) 및 원통부 (18b) 는 디스크부 (16a) 와 떨어져 있고, 따라서 디스크부 (16a) 가 회전축선 (14) 의 주위에서 회전가능하도록 디스크부 (16a) 를 느슨하게 수용한다.
가변 전달비 장치 (20) 는 전동 모터 (26) 및 감속 기어 기구 (27) 를 갖고 있다. 전동 모터 (26) 는 핸들 (12) 과 디스크부 (16a) 사이에서 상부 스티어링 샤프트 (16) 의 주위에 배치되어 있다. 브러시리스 (brushless) 모터인 전동 모터 (26) 는, 복수의 전자 코일을 포함하는 스테이터 (28) 와, 둘레 방향으로 배열된 복수의 영구자석을 포함하는 로터 (30) 를 갖고 있다. 작동시, 로터 (30) 와 스테이터 (28) 사이의 전자기적 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크는, 스테이터 (28) 에 대해 로터 (30) 를 상대적으로 회전 구동하는데 사용된다. 스테이터 (28) 는 차량의 차체 (32) 에 고정되어 차체 (32) 에 의해 지지된다. 로터 (30) 는, 회전축선 (14) 을 중심으로 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 로터 (30) 가 상대적으로 회전가능하도록 상부 스티어링 샤프트 (16) 가 느슨하게 삽입되는 관의 형태를 갖는다. 로터 (30) 는 회전축선 (14) 에 수직하게 연장된 디스크부 (30a) 를 하단에 일체로 갖고 있다. 디스크부 (30a) 는 장경 (La) 및 단경 (Lb) 을 갖는 타원형이며, 로터 (30) 와 함께 일체로 회전하는 회전체로서 기능한다.
디스크부 (16a) 의 외부 에지부의 상면에는, 회전축선 (14) 에 평행하게 연장되는 평기어 형태의 내치 (34a) 를 갖는 링 기어 부재 (34) 가 고정되어 있고, 원통부 (18b) 의 상단부의 내면에는, 회전축선 (14) 에 평행하게 연장되는 평기어 형태의 내치 (36a) 를 갖는 링 기어 부재 (36) 가 고정되어 있다. 링 기어 부재 (34) 는 원통부 (18b) 로부터 반경방향 내측으로 떨어져 있고 또한 링 기어 부재 (36) 로부터 회전축선 (14) 에 평행한 방향으로 떨어져 있다. 링 기어 부재 (34, 36) 는 동일한 피치 직경을 갖고 있지만, 상이한 잇수를 갖고 있다. 도 1 의 제 1 실시예에서는, 링 기어 부재 (34) 는 100 개의 잇수를 갖고 있고, 링 기어 부재 (36) 는 102 개의 잇수를 갖고 있다.
도 2 에 나타낸 것처럼, 디스크부 (30a) 는 직경 방향에서 링 기어 부재 (34, 36) 에 대향하는 위치에 위치하고, 디스크부 (30a) 의 외주에는 베어링 (38) 을 개재하여 평기어 형태의 외치 (40a) 를 갖는 띠형상의 외치 기어 부재 (40) 가 제공되어 있다. 베어링 (38) 은 가요성을 갖는 내측 레이스 (38a) 및 외측 레이스 (38b) 와, 내측 레이스 (38a) 와 외측 레이스 (38b) 사이에 배치된 복수의 롤러 (38c) 로 이루어진다. 내측 레이스 (38a) 는 디스크부 (30a) 에 대해 상대 회전하지 않도록 디스크부 (30a) 에 압입 끼워맞춤되어 있다. 가요성을 갖는 외치 기어 부재 (40) 는 베어링 (38) 의 외측 레이스 (38b) 에 대해 상대 회전하지 않도록 외측 레이스 (38b) 에 압입 끼워맞춤되어 있다. 이러한 배치로, 베어링 (38) 및 외치 기어 부재 (40) 는 회전축선 (14) 에 중심이 위치되는 타원형 프로파일을 갖는다. 도 1 및 도 2 에 나타낸 제 1 실시예에 있어서, 외치 기어 부재 (40) 는 102 개의 이 (teeth) 를 갖고 있다.
또한, 도 2 에 나타낸 것처럼, 외치 기어 부재 (40) 는 링 기어 부재 (34, 36) 의 피치원이 디스크부 (30a) 의 장경 (La) 에 정합하는 직선 (L) 과 교차하는 두 교점 (P1, P2) 에서 링 기어 부재 (34, 36) 와 맞물리지만, 교점 (P1, P2) 이외의 영역에서는 링 기어 부재 (34, 36) 와 맞물리지 않는다. 외측 레이스 (38b) 및 외치 기어 부재 (40) 는 가요성을 가지므로, 디스크부 (30a) 가 회전축선 (14) 의 주위에서 디스크부 (16a) 및 원통부 (18b) 에 대해 상대 회전하면, 교점 (P1, P2) 이 디스크부 (30a) 의 상대 회전 각도와 동일한 각도만큼 회전축선 (14) 의 주위에서 회전 이동한다.
따라서, 링 기어 부재 (34, 36) 및 외치 기어 부재 (40) 는 디스크부 (30a) 및 베어링 (38) 과 협동하여, 스트레인 웨이브 기어 기구의 형태로 감속 기어 기구 (27) 를 구성한다. 디스크부 (30a) 및 베어링 (38) 은 스트레인 웨이브 기어 기구의 이른바 웨이브 제너레이터로서 기능한다. 스트레인 웨이브 기어 기구의 기능은 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려져 있지만, 이하에서 개략적으로 설명한다.
디스크부 (30a) 가, 그 하방에서 보았을 때, 디스크부 (16a) 및 원통부 (18b) 에 대해 상대적으로 회전축선 (14) 의 주위에서 시계방향으로 회전하면, 디크스부 (30a) 의 상대 회전에 따라, 외치 기어 부재 (40) 와 링 기어 부재 (34) 가 서로 맞물리는 위치가 회전축선 (14) 의 주위에서 시계방향으로 회전 이동한다. 상술한 것처럼, 외치 기어 부재 (40) 의 잇수 (102 개) 는 링 기어 부재 (34) 의 잇수 (100 개) 보다 많다. 따라서, 디스크부 (30a) 가 링 기어 부재 (34) 에 대해 상대적으로 회전축선 (14) 의 주위에서 시계방향으로 360°회전하는 동안, 외치 기어 부재 (40) 는 디스크부 (30a) 에 대해 상대 회전함으로써, 링 기어 부재 (34) 에 대해 두 개의 이 (teeth) 에 상당하는 각도만큼 반시계방향으로 상대 회전한다.
디스크부 (30a) 가 링 기어 부재 (36) 에 대해 시계방향으로 상대 회전하면, 디스크부 (30a) 의 상대 회전에 따라, 외치 기어 부재 (40) 와 링 기어 부재 (36) 가 서로 맞물리는 위치가 회전축선 (14) 의 주위에서 시계방향으로 회전 이동한다. 상술한 것처럼, 외치 기어 부재 (40) 의 잇수 (102 개) 는 링 기어 부재 (36) 의 잇수 (102 개) 와 동일하다. 따라서, 디스크부 (30a) 가 링 기어 부재 (36) 에 대해 상대적으로 회전축선 (14) 의 주위에서 360°회전하더라도, 외치 기어 부재 (40) 는 링 기어 부재 (36) 에 대해 상대 회전하지 않는다.
상기한 배치에 따르면, 디스크부 (30a) 를 일체로 갖는 로터 (30) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 각도 θ 만큼 시계방향으로 상대 회전하면, 360°에 대해 링 기어 부재 (36) 의 두 개의 이 (teeth) 에 상당하는 각도의 비 1/N (제 1 실시예에서, N = 51) 에 각도 θ 를 곱해 얻어지는 각도 θ/N 만큼, 하부 스티어링 샤프트 (18) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 시계방향으로 상대 회전하게 된다. 이와 유사하게, 로터 (30) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 각도 θ 만큼 반시계방향으로 상대 회전하면, 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 각도 θ/N 만큼 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 반시계방향으로 상대 회전하게 된다.
따라서, 가변 전달비 장치 (20) 는, 전동 모터 (26) 및 감속 기어 기구 (27) 에 의해 로터 (30) 를 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전시킴으로써, 하부 스티어링 샤프트 (18) 를 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전시킨다. 이런 식으로, 가변 전달비 장치 (20) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 의 회전 운동량에 대한 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경한다.
로터 (30) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전하지 않는 경우 (θ=0), 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전하지 않는다. 즉, 로터 (30), 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 서로에 대해 상대 회전하지 않고, 이들 스티어링 샤프트는 단일 샤프트가 회전하는 것처럼 회전한다.
하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 운동은 운동 변환 기구 (24) 에 의해 좌우 전륜 (22L, 22R) 의 조향각을 변경하는 운동으로 변환된다. 도 1 에 나타낸 제 1 실시예에서 채용된 운동 변환 기구 (24) 는 랙 앤드 피니언 (rack-and-pinion) 형태의 전동식 파워 스티어링 장치 (42) 를 포함하고, 파워 스티어링 장치 (42) 는 차량의 횡방향으로 연장된 랙 바 (rack bar, 44) 및 랙 바 (44) 의 랙 이에 걸어맞춤되는 피니언 샤프트 (46) 를 갖고 있다.
파워 스티어링 장치 (42) 는 전동 모터 및 감속기를 갖는 액추에이터 (48) 를 포함하고, 액추에이터 (48) 는 본 기술분야에서 잘 알려진 것처럼 축선방향으로 랙 바 (44) 에 보조력을 가하여, 조향과 관련된 운전자의 부담이 경감된다. 피니언 샤프트 (46) 에는, 유니버셜 조인트 (50) 를 통해 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 하단이 연결되어 있다. 작동시, 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 운동은 유니버셜 조인트 (50) 를 통해 피니언 샤프트 (46) 에 전달되고, 피니언 샤프트 (46) 의 회전 운동은 랙 바 (44) 의 선형 운동으로 변환된다. 액추에이터 (48) 는 하부 스티어링 샤프트 (18) 또는 피니언 샤프트 (46) 에 어시스트 토크를 가하도록 배치될 수 있다.
랙 바 (44) 의 양 단부는 볼 조인트 (52) 를 개재하여 좌우 타이로드 (54L, 54R) 의 내측 단부에 연결되고, 타이로드 (54L, 54R) 의 외측 단부는 볼 조인트 (도시 안 됨) 를 개재하여 각각 좌우 조향륜 (22L, 22R) 의 너클 아암 (도시 안 됨) 에 연결된다. 이러한 배치로, 랙 바 (44) 의 선형 운동이 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 좌우 전륜 (22L, 22R) 의 킹핀 주위에서의 요동 운동, 즉 조향각 변경 운동으로 변환된다.
도 1 에 나타낸 것처럼, 핸들 (12) 과 가변 전달비 장치 (20) 사이에 레버 식 로킹 장치 (56) 가 제공되고, 로킹 장치 (56) 는 필요에 따라 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하도록 배치되어 있다. 도 1 에 나타낸 제 1 실시예에 있어서, 로킹 장치 (56) 는 로터 (30) 의 상단의 외측에 예컨대 압입에 의해 고정된 피걸어맞춤 부재로서의 로크 홀더 (58) 와, 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 고정된 마운트 (60) 에 부착된 전자식 로크 액추에이터 (62) 와, 로크 액추에이터 (62) 에 의해 구동되며 또한 로크 액추에이터 (62) 와 일체로 형성된 걸어맞춤 부재로서의 로크 레버 (64) 를 갖고 있다.
로크 홀더 (58) 의 외주부에는, 둘레 방향으로 서로 떨어져 있으며 또한 직경 방향 외측으로 개방되어 있는 복수의 오목부가 형성되어 있다. 로크 레버 (64) 는 피봇 (도시 안 됨) 에 의해 피봇 가능하게 지지되고, 로크 레버의 말단이 로크 홀더 (58) 의 오목부 중 하나에 걸어맞춤되어 로크 레버 (64) 가 잠긴 (locked) 위치를 취하거나, 로크 레버의 말단이 로크 홀더 (58) 의 오목부에 걸어맞춤되지 않거나 오목부로부터 이탈되어 로크 레버 (64) 가 풀린 (unlocked) 위치를 취할 수 있다. 로크 액추에이터 (62) 는 로크 레버 (64) 를 구동하는 솔레노이드를 포함한다. 로크 액추에이터 (62) 의 솔레노이드에 제어 전류가 가해지지 않는 때에는 로크 레버 (64) 는 잠긴 위치에 위치되고, 솔레노이드에 제어 전류가 가해지는 때에는 풀린 위치에 위치된다.
상기한 로킹 장치 (56) 에 있어서, 로크 액추에이터 (62) 의 솔레노이드에 가해지는 제어 전류가 제어됨으로써, 상기 장치 (56) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하는 로크-온 상태와 상기 장치 (56) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용하는 로크-오프 상태와의 사이에서 로킹 장치 (56) 가 전환된 다. 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있는 때에는, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 는 서로에 대해 상대 회전할 수 없고, 그러므로 링 기어 부재 (34) 와 외치 기어 부재 (40) 는 하나의 유닛으로서 회전한다. 링 기어 부재 (36) 의 잇수가 외치 기어 부재 (40) 의 잇수와 동일하므로, 이들 기어 부재는 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전한다. 그 결과, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 서로에 대해 상대 회전하지 않으며, 단일 샤프트가 회전하는 것처럼 회전한다.
핸들 (12) 과 로킹 장치 (56) 사이에는, 공지된 구조를 갖는 스파이럴 케이블 장치 (66) 가 형성되어 있다. 상부 스티어링 샤프트 (16) 는 스파이럴 케이블 장치 (66) 의 케이블의 내측 단부를 지지하고, 차체 (32) 가 케이블의 외측 단부를 지지하므로, 스파이럴 케이블 장치 (66) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 의 회전 위치에 구애받지 않고 차체 (32) 측으로부터 로크 액추에이터 (62) 에 제어 전류를 공급한다. 스파이럴 케이블 장치 (66) 는 핸들 (12) 에 제공된 에어백이나 각종 스위치 등의 전기/전자 부품에 필요한 제어 전류를 공급한다.
핸들 (12) 과 스파이럴 케이블 장치 (66) 사이에는, 조향각 센서 (68) 가 형성되어 있다. 조향각 센서 (68) 는 조향각 (θs) 을 검출하여, 스파이럴 케이블 장치 (66) 를 거쳐 조향각 (θs) 을 나타내는 신호를 차체 (32) 에 제공된 전자 제어 유닛 (70) 에 공급한다. 조향각 센서 (68) 는 절대치형 (absolute-type) 로터리 인코더이고, 차체 (32) 에 대한 상부 스티어링 샤프트 (16) 의 상대 회전 각도를 조향각 (θs) 으로서 검출하도록 되어 있다.
전동 모터 (26) 와 스트레인 웨이브 기어 기구 사이에는, 회전 각도 센서 (72) 가 형성되어 있다. 인크리멘탈형 (incremental-type) 로터리 인코더인 회전 각도 센서 (72) 는 차체 (32) 에 대한 로터 (30) 의 상대 회전 각도 (θm) 의 변화량인 회전 각도 변화량 (Δθm) 을 검출하여, 검출된 회전 각도 변화량 (Δθm) 를 나타내는 신호를 전자 제어 유닛 (70) 에 보낸다. 회전 각도 센서 (72) 는 가변 전달비 장치 (20) 의 작동량, 즉 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 하부 스티어링 샤프트 (18) 사이의 상대 회전 각도를 검출하기 위한 것이다. 그러므로, 회전 각도 센서 (72) 대신에 또는 회전 각도 센서 (72) 와 더불어, 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 센서가 제공될 수 있다.
전자 제어 유닛 (70) 은, 조향각 센서 (68) 에 의해 검출된 조향각 (θs) 을 나타내는 신호 및 회전 각도 센서 (72) 에 의해 검출된 로터 (30) 의 회전 각도 변화량 (Δθm) 를 나타내는 신호 외에도, 차량에 탑재된 차속 센서 (74) 로부터 차속 (V) 을 나타내는 신호를 받는다.
전자 제어 유닛 (70) 은, 차속 (V) 에 근거하여 목표 스티어링 기어비 (Rgt) 에 대응하는 로터 (30) 의 목표 회전 각도 변화량 (Δθmt) 을 연산하고, 회전 각도 센서 (72) 에 의해 검출된 회전 각도 변화량 (Δθm) 이 목표 회전 각도 변화량 (Δθmt) 과 동일하게 되도록, 가변 전달비 장치 (20) 의 전동 모터 (26) 를 제어한다. 전동 모터가 제어되면, 스티어링 기어비가 목표 스티어링 기어비와 동일하게 되도록, 하부 스티어링 샤프트 (18) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전된다. 가변 전달비 장치 (20) 의 제어를 통한 스티어링 기어비나 조 향륜의 조향각의 제어는 본 발명의 요지를 이루는 것이 아니며, 본 기술분야에서 공지된 임의의 방식으로 행해질 수 있다.
전자 제어 유닛 (70) 은, CPU, ROM, RAM 및 입출력 포토 장치를 갖고, 양방향성 공통 버스를 통해 서로 연결되어 있는 부품을 갖는 마이크로 컴퓨터 및 적절한 구동 회로로 형성되어 있다. 전자 제어 유닛 (70) 의 전원 회로는 릴레이를 갖고, 점화 스위치가 열린 후에도 잠시 동안 마이크로 컴퓨터, 구동 회로 등에 전력을 공급할 수 있다.
점화 스위치가 닫히면, 전자 제어 유닛 (70) 이 가변 전달비 장치 (20) 의 제어에 앞서 로킹 장치 (56) 의 로크 액추에이터 (62) 의 솔레노이드에 제어 전류를 가하기 시작함으로써, 로킹 장치 (56) 를 로크-오프 상태로 전환시킨다. 점화 스위치가 열리면, 전자 제어 유닛 (70) 이 가변 전달비 장치 (20) 의 제어를 종료하고, 그리고 나서 로킹 장치 (56) 의 로크 액추에이터 (62) 의 솔레노이드에 제어 전류의 적용을 종료함으로써 로킹 장치 (56) 를 로크-온 상태로 전환시킨다.
전자 제어 유닛 (70) 은 전달비의 정상적인 제어를 실시할 수 없게 하는 이상이 예컨대 가변 전달비 장치 (20) 에 발생하였는지 여부를 체크한다. 예컨대 가변 전달비 장치 (20) 에 이상이 발생하였다고 판정한 경우, 전자 제어 유닛은 경보 장치 (도시 안 됨) 를 작동시켜, 가변 전달비 장치 (20) 의 제어를 종료시키고, 로킹 장치 (56) 의 로크 액추에이터 (62) 의 솔레노이드에 제어 전류의 적용을 종료시켜서, 로킹 장치 (56) 를 로크-온 상태로 전환한다. 이상이 발생하였는지 여부의 판정은 본 발명의 요지를 이루는 것이 아니고, 관련 기술분야에 공지된 방 식으로 행해질 수 있다.
도 1 에 나타내지 않았지만, 핸들 (12) 과 스파이럴 케이블 장치 (66) 사이에는 토크 센서가 제공되고, 스파이럴 케이블 장치 (66) 는 토크 센서에 필요한 전류를 공급하며, 또한 토크 센서에 의해 검출된 조향 토크 (Ts) 를 나타내는 신호를 어시스트 토크 제어용 전자 제어 유닛에 공급한다. 어시스트 토크 제어용 전자 제어 유닛은 조향 토크 (Ts) 및 차속 (V) 에 근거하여 목표 어시스트 토크 (Tat) 를 연산하고, 목표 어시스트 토크 (Tat) 에 근거하여 파워 스티어링 장치 (42) 의 액추에이터 (48) 를 제어한다.
상술한 것처럼 구성된 제 1 실시예에 있어서, 조향 제어 시스템 (10) 이 정상 작동 조건에 있는 때에는, 로킹 장치 (56) 가 로크-오프 상태로 유지되면서 가변 전달비 장치 (20) 가 제어되어, 스티어링 기어비가 목표 스티어링 기어비와 동일하게 되도록, 필요에 따라 하부 스티어링 샤프트 (18) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 대해 상대 회전된다.
한편, 조향 제어 시스템 (10) 이 정상적으로 작동할 수 없는 때, 즉 이상이 발생한 때에는, 가변 전달비 장치 (20) 의 제어가 종료되고, 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태로 전환되어, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 일체적으로 회전하는 상태, 즉 상부 스티어링 샤프트 (16) 과 로터 (30) 가 하나의 유닛으로서 회전하는 상태로 된다. 이러한 상태에서, 핸들 (12) 이 운전자에 의해 회전되어 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 로터 (30) 가 회전 구동되면, 외치 기어 부재 (40) 는 디스크부 (30a) 에 대해 상대 회전하지 않고 링 기어 부재 (34) 와 함께 회전한다. 그 결과, 외치 기어 부재 (40) 로부터 링 기어 부재 (36) 로 회전 운동 및 토크가 전달된다. 결과적으로, 상부 스티어링 샤프트 (16) 로부터 하부 스티어링 샤프트 (18) 로 회전 운동 및 토크가 전달되어, 이들 샤프트가 서로에 대해 상대 회전하지 않고 하나의 유닛으로서 회전한다.
로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있는 경우, 도로 표면으로부터의 반력으로 인한 회전력이 조향륜인 좌우 전륜 (22L, 22R) 에 가해지면, 그 회전력은 운동 변환 기구 (24) 에 의해 회전 운동 및 토크로 전환되어, 하부 스티어링 샤프트 (18) 에 전달된다. 그리고, 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전 운동 및 토크는 핸들 (12) 이 회전되는 경우에 반대되는 경로를 따라 핸들 (12) 에 전달된다.
제 2 실시예
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예인 차량의 조향 제어 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다. 도 3 에서, 도 1 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 1 에서 사용된 도면부호와 동일한 도면부호를 사용하였다.
제 2 실시예에 있어서, 핸들 (12) 과 가변 전달비 장치 (20) 사이에는 클러치식 로킹 장치 (56) 가 제공되어 있다. 상술한 제 1 실시예의 로킹 장치 (56) 와 마찬가지로, 로킹 장치 (76) 는 필요에 따라 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하도록 작동가능하다. 도 3 에 나타낸 제 2 실시예에 있어서, 로킹 장치 (76) 는 로터 (30) 의 상단에 고정된 피걸어맞춤 부재로서의 고정 마찰 부재 (80), 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 고정된 전자식 로크 액추에이터 (82), 및 로크 액추에이터 (82) 에 의해 구동되는 걸어 맞춤 부재로서의 가동 마찰 부재 (84) 를 갖고 있다.
고정 마찰 부재 (80), 로크 액추에이터 (82) 및 가동 마찰 부재 (84) 는 관 형상을 가지며 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 끼워맞춤된다. 더 구체적으로, 로크 액추에이터 (82) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 끼워맞춤되는 관형 플런저 (86) 를 통해 가동 마찰 부재 (84) 에 작용하여, 가동 마찰 부재 (84) 가 회전축선 (14) 을 따라 왕복 운동한다. 로크 액추에이터 (82) 와 가동 마찰 부재 (84) 사이에는, 플런저 (86) 의 주위에서 연장되도록 압축 코일 스프링 (88) 이 탄성적으로 설치되어 있다. 압축 코일 스프링 (88) 은 가동 마찰 부재 (84) 를 고정 마찰 부재 (80) 를 향해 편향시킨다.
가동 마찰 부재 (84) 는, 가동 마찰 부재 (84) 가 압축 코일 스프링 (88) 의 스프링 힘으로 인해 고정 마찰 부재 (80) 에 대해 가압되고 고정 마찰 부재 (80) 와 일체적으로 마찰 결합하는 잠긴 위치와, 가동 마찰 부재 (84) 가 고정 마찰 부재 (80) 와 결합되지 않은 풀린 위치를 취할 수 있다. 로크 액추에이터 (82) 는 플런저 (86) 을 구동하는 솔레노이드를 포함한다. 솔레노이드에 제어 전류가 가해지지 않는 때에는 가동 마찰 부재 (84) 가 잠긴 위치에 위치되고, 솔레노이드에 제어 전류가 가해지는 때에는 가동 마찰 부재 (84) 가 풀린 위치에 위치된다. 제어 전류는 차체 (32) 측으로부터 스파이럴 케이블 장치 (66) 를 거쳐 로크 액추에이터 (82) 의 솔레노이드에 공급되고, 제어 전류의 공급은 전자 제어 유닛 (70) 에 의해 제어된다.
로크 액추에이터 (82) 의 솔레노이드에 가해지는 제어 전류가 제어되면, 로 킹 장치 (76) 는, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하는 로크-온 상태와, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환된다. 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있을 때에는, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 는 서로에 대해 상대 회전할 수 없고, 그러므로 링 기어 부재 (34) 와 외치 기어 부재 (40) 는 하나의 유닛으로서 회전한다. 링 기어 부재 (36) 의 잇수가 외치 기어 부재 (40) 의 잇수와 동일하므로, 이들 기어 부재 (36, 40) 는 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전한다. 따라서, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 서로에 대해 상대 회전하지 않고, 단일 샤프트가 회전하듯이 하나의 유닛으로서 회전한다.
제 2 실시예의 차량의 조향 제어 시스템은 구성에 있어서 로킹 장치 (76) 외에는 상술한 제 1 실시예와 유사하다. 따라서, 제 2 실시예의 조향 제어 시스템은 상술한 제 1 실시예의 경우와 유사하게 작동한다.
상술한 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 로킹 장치 (56) 또는 로킹 장치 (76) 가 로크-온 상태에 있을 때에는, 핸들 (12) 이 운전자에 의해 회전 조작되어서, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 로터 (30) 가 회전 구동되어도, 외치 기어 부재 (40) 는 디스크부 (30a) 에 대해 상대 회전하지 않고 링 기어 부재 (34) 와 함께 회전한다. 그러므로, 외치 기어 부재 (40) 와 디스크부 (30a) 사이에 이물질이 들어가서 이들 부재 (40, 30a) 가 서로에 대해 상대 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태로 전환되거나 또는 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있 는 상황에서 외치 기어 부재 (40) 와 디스크부 (30a) 사이에 이물질이 들어가서 이들 부재 (4, 30a) 가 서로에 대해 상대 회전할 수 없더라도, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 단일 샤프트가 회전하는 것처럼 하나의 유닛과 같이 회전할 수 있고, 따라서 주어진 스티어링 기어비에서 운전자가 확실하게 조향륜을 회전시킬 수 있는 상황이 보장된다.
상술한 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 외치 기어 부재 (40) 와 디스크부 (30a) 사이에 이물질이 들어가서 이들 부재 (40, 30a) 가 서로에 대해 상대 회전할 수 없는 상황에서 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태로 전환되거나 또는 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있는 상황에서 외치 기어 부재 (40) 와 디스크부 (30a) 사이에 이물질이 들어가서 이들 부재 (40, 30a) 가 서로에 대해 상대 회전할 수 없더라도, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 의 회전을 허용하기 위한 특별한 안전 장치를 제공할 필요가 없다. 특별한 안전 장치가 필요하지 않으므로, 상기 조향 제어 시스템 (10) 은 조향 제어 시스템 (10) 의 구조 복잡화나 높은 제조 비용과 같은 문제를 확실히 피할 수 있다.
상기한 제 1 실시예에 있어서, 레버식 로킹 장치인 로킹 장치 (56) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 사이에 상대 회전을 위한 큰 토크가 작용하더라도, 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
상기한 제 2 실시예에 있어서, 마찰클러치식 로킹 장치인 로킹 장치 (76) 는 회전 방향의 래틀 (rattle) 을 야기하지 않으면서 상부 스티어링 샤프트 (16) 와 로터 (30) 가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 방지할 수 있다.
상기한 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 링 기어 부재 (36) 및 외치 기어 부재 (40) 는 동일한 잇수를 갖고, 링 기어 부재 (34) 의 잇수는 이들 부재 (36, 40) 의 잇수보다 작다. 그러므로, 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있을 때, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는 서로에 대해 상대 회전하지 않으면서 하나의 유닛처럼 회전될 수 있다.
대안적으로, 링 기어 부재 (34) 및 외치 기어 부재 (40) 는 동일한 잇수를 가질 수 있고, 링 기어 부재 (36) 의 잇수가 이들 부재 (34, 40) 의 잇수와 다를 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는, 로킹 장치 (56) 가 로크-온 상태에 있는 상화에서, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 가 회전되면, 상부 스티어링 샤프트 (16) 및 하부 스티어링 샤프트 (18) 는, 링 기어 부재 (36) 및 외치 기어 부재 (40) 의 잇수의 비에 대응하는 기어비로 서로에 대해 상대 회전한다.
상기한 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 로킹 장치 (56) 의 로크 액추에이터 (62, 82) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 의해 지지되고, 제어 전류는 차체 (32) 측으로부터 스파이럴 케이블 장치 (66) 를 거쳐 로크 액추에이터 (62, 82) 의 솔레노이드에 공급된다. 그러므로, 로크 액추에이터 (62, 82) 의 솔레노이드에 확실히 제어 전류를 공급할 수 있다. 또한, 스파이럴 케이블 장치 (66) 는 핸들 (12) 에 제공된 에어백이나 각종 스위치 등의 전기/전자 부품에 필요한 제어 전류를 공급하도록 되어 있다. 따라서, 단지 로크 액추에이터 (62, 82) 의 솔레노 이드에 제어 전류를 공급하는데 사용되는 전용 스파이럴 케이블 장치를 필요로 하지 않으면서, 상기한 것처럼 전기/전자 부품에 필요한 제어 전류를 공급하기 위한 스파이럴 케이블 장치 (66) 를 유효하게 이용함으로써, 로크 액추에이터 (62, 82) 의 솔레노이드에 제어 전류를 공급할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 범위 내에서 다양한 다른 실시예로 실시될 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.
상기한 실시예에 있어서, 링 기어 부재 (34) 는 100 개의 이 (teeth) 를 갖고, 링 기어 부재 (36) 와 외치 기어 부재 (40) 각각은 102 개의 이를 갖는다. 그러나, 이들 부재는 외치 기어 부재 (40) 의 잇수가 링 기어 부재 (34, 36) 의 일방의 잇수와 동일하고 또한 링 기어 부재 (34, 36) 의 타방의 잇수와 상이하도록 임의의 잇수를 가질 수 있다.
상기한 실시예에 있어서, 제어 전류는, 핸들 (12) 에 형성된 에어백이나 각종 스위치 등의 전기/전자 부품에 필요한 제어 전류를 공급하는 스파이럴 케이블 장치 (66) 를 거쳐 로크 액추에이터 (62, 82) 의 솔레노이드에 공급된다. 그렇지만, 제어 전류는, 에어백이나 각종 스위치 등의 전기/전자 부품에 필요한 제어 전류를 공급하는 스파이럴 케이블 장치와는 상이한 다른 스파이럴 케이블 장치를 거쳐 로크 엑추에이터 (62, 82) 의 솔레노이드에 공급될 수 있다.
상기한 실시예에 있어서, 로킹 장치 (56, 76) 의 로크 액추에이터 (62, 82) 는 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 의해 지지되고, 피걸어맞춤 부재로서의 로크 홀 더 (58) 나 고정 마찰 부재 (80) 는 로터 (30) 의 상단에 고정되어 있다. 그렇지만, 로크 액추에이터 (62, 82) 가 로터 (30) 의 상단에 의해 지지되고, 피걸어맞춤 부재로서의 로크 홀더 (58) 나 고정 마찰 부재 (80) 가 상부 스티어링 샤프트 (16) 에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예 또는 구성으로 국한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 다양한 변형 및 동등한 배치를 포함하는 것이다. 그리고, 본 발명의 다양한 부재를 여러 조합 및 구성으로 나타내었지만, 더 많거나 더 적은 또는 단 하나의 부재를 포함하는 다른 조합 및 구성도 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.

Claims (15)

  1. 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들 (12) 에 대해 상대 회전 불가능하게 핸들에 연결된 입력 축 (16) 과,
    회전 가능하게 지지되고 또한 조향륜 측에 연결된 출력 축 (18) 과,
    출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구 (24) 와,
    입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치 (20) 와,
    입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치 (56) 와,
    로킹 장치가 로크-온 상태와 로크-오프 상태 사이에서 전환되도록 로킹 장치에 가해지는 제어 전류를 제어하는 제어 유닛 (70) 을 포함하는 차량의 조향 제어 시스템으로서,
    상기 가변 전달비 장치는 전동 모터 (26) 및 감속 기구 (27) 를 갖고,
    상기 전동 모터는 스테이터 (28) 와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 상기 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터 (30) 를 포함하며,
    상기 감속 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재 (34) 와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재 (36) 와, 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체 (30a) 와, 회전체의 주위에 장착되고 상기 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 기어 부재 (40) 를 포함하고,
    상기 외치 기어 부재는 상기 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재와 맞물리고,
    상기 외치 기어 부재의 잇수는 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하며,
    상기 회전체는 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동됨으로써 전달비를 변경하도록 되어 있는, 차량의 조향 제어 시스템에 있어서,
    스테이터는 차체에 고정되고, 로킹 장치는, 로크-온 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하고, 로크-오프 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용하고,
    상기 전동 모터는 상기 입력축 (16) 과 상기 감속 기구 (27) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는, 차량의 조향 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로킹 장치는 걸어맞춤 부재 (64) 와, 그 걸어맞춤 부재를 구동하는 액추에이터 (62) 와, 걸어맞춤 부재와 걸어맞춤되어서 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하는 피걸어맞춤 부재 (58) 를 갖고, 상기 액추에이터는 입력 축 및 로터의 일방에 의해 지지되고, 상기 피걸어맞춤 부재는 입력 축 및 로터의 타방에 의해 지지되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 액추에이터는 입력 축에 의해 지지되고, 또한 입력 축에 의해 내측 단부가 지지되는 스파이럴 케이블 (66) 을 통해 차체 측으로부터 액추에이터에 제어 전류가 공급되어 작동되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 걸어맞춤 부재는 액추에이터와 일체로 형성된 로크 레버를 포함하고, 피걸어맞춤 부재는 로터에 의해 지지되는 로크 홀더를 포함하며, 상기 로크 홀더는 그의 외주부에 형성된 복수의 오목부를 갖고, 상기 로킹 장치는 로 크 레버의 말단이 로크 홀더의 오목부 중 하나에 걸어맞춰지는 때에 로크-온 상태에 위치되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 걸어맞춤 부재는 가동 마찰 부재를 포함하고, 피걸어맞춤 부재는 로터에 의해 지지되는 고정 마찰 부재를 포함하며, 상기 로킹 장치는 가동 마찰 부재와 고정 마찰 부재가 서로 마찰 결합되는 때에 로크-온 상태에 위치되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 로킹 장치는, 액추에이터와 가동 마찰 부재 사이에 배치되어 고정 마찰 부재를 향해 가동 마찰 부재를 편향시키는 압축 코일 스프링과, 입력 축에 끼워맞춤된 관형 플런저를 포함하고, 상기 가동 마찰 부재는 플러저를 통해 입력 축을 따라 왕복운동하여, 로킹 장치가 로크-온 상태와 로크-오프 상태 사이에서 전환되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 전동 모터는 핸들과 감속 기구 사이에 배치되고, 로킹 장치는 핸들과 전동 모터 사이에 배치되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  8. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 스파이럴 케이블을 통해 핸들 또는 입력 축에 제공된 적어도 하나의 전기 부품에 제어 전류가 공급되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 외치 기어 부재의 잇수가 제 2 링 기어 부재의 잇수와 동일하고, 제 1 링 기어 부재의 잇수가 제 2 링 기어 부재의 잇수보다 더 작은, 차량의 조향 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 외치 기어 부재의 잇수가 제 1 링 기어 부재의 잇수와 동일하고, 제 1 링 기어 부재의 잇수가 제 2 링 기어 부재의 잇수와 상이한, 차량의 조향 제어 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 로킹 장치는 가변 전달비 장치에 이상이 발생한 경우에 로크-온 상태로 전환되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력 축은, 그 하단에서 축선에 수직한 면으로 연장 형성된 제 1 디스크부를 갖고,
    출력 축은, 그 상단에서 축선에 수직한 면으로 연장 형성된 제 2 디스크부, 및 제 2 디스크부의 외부 에지부로부터 축선에 평행하게 상방으로 연장된 원통부를 가지며,
    제 1 링 기어 부재는 제 1 디스크부의 외부 에지부의 상면에 고정되고,
    제 2 링 기어 부재는 원통부의 상단부의 내부에 고정되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 디스크부는, 제 1 디스크부가 축 주위에서 회전가능하도록, 제 2 디스크부 및 원통부 내에 배치되는, 차량의 조향 제어 시스템.
  14. 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들 (12) 에 대해 상대 회전 불가능하게 핸들에 연결된 입력 축 (16) 과,
    회전 가능하게 지지되고 또한 조향륜 측에 연결된 출력 축 (18) 과,
    출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구 (24) 와,
    입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치 (20) 와,
    입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치 (56) 와,
    로킹 장치가 로크-온 상태와 로크-오프 상태 사이에서 전환되도록 로킹 장치에 가해지는 제어 전류를 제어하는 제어 유닛 (70) 을 포함하는 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 가변 전달비 장치는 전동 모터 (26) 및 감속 기구 (27) 를 갖고,
    상기 전동 모터는 스테이터 (28) 와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 상기 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터 (30) 를 포함하며,
    상기 감속 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재 (34) 와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재 (36) 와, 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체 (30a) 와, 회전체의 주위에 장착되고 상기 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 기어 부재 (40) 를 포함하고,
    상기 외치 기어 부재는 상기 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재와 맞물리고,
    상기 외치 기어 부재의 잇수는 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하며,
    상기 회전체는 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동됨으로써 전달비를 변경하도록 되어 있고,
    스테이터는 차체에 고정되어 있고,
    상기 전동 모터는 상기 입력축 (16) 과 상기 감속 기구 (27) 사이에 배치되는, 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    전달비의 정상적인 제어를 실시할 수 없게 하는 이상이 가변 전달비 장치에 발생하였는지 여부를 판정하는 단계,
    상기 이상이 발생한 경우, 가변 전달비 장치의 제어를 종료하는 단계,
    로킹 장치를 로크-온 상태로 전환하는 단계, 및
    입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하여, 입력 축과 출력 축 사이의 상대 회전을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량의 조향 제어 시스템의 제어 방법.
  15. 회전 가능하게 지지되고 또한 핸들 (12) 에 대해 상대 회전 불가능하게 핸들에 연결된 입력 축 (16) 과,
    회전 가능하게 지지되고 또한 조향륜 측에 연결된 출력 축 (18) 과,
    출력 축의 회전 운동을 조향륜의 조향각을 변경하는 운동으로 변환하는 운동 변환 기구 (24) 와,
    입력 축에 대해 상대적으로 출력 축을 회전시킴으로써 입력 축의 회전 운동량에 대한 출력 축의 회전 운동량의 비인 전달비를 변경하는 가변 전달비 장치 (20) 와,
    입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 저지하는 로크-온 상태와 입력 축과 출력 축 사이의 전달비의 변화를 허용하는 로크-오프 상태 사이에서 전환되는 로킹 장치 (56) 를 포함하는 차량의 조향 제어 시스템으로서,
    상기 가변 전달비 장치는 전동 모터 (26) 및 감속 기구 (27) 를 갖고,
    상기 전동 모터는 스테이터 (28) 와, 그 스테이터와의 상호작용에 의해 발생하는 로터 구동 토크에 의해 상기 스테이터에 대해 상대적으로 회전 구동되는 로터 (30) 를 포함하며,
    상기 감속 기구는 입력 축과 함께 회전하는 제 1 링 기어 부재 (34) 와, 출력 축과 함께 회전하는 제 2 링 기어 부재 (36) 와, 로터와 함께 회전하는 타원형 회전체 (30a) 와, 회전체의 주위에 장착되고 상기 회전체에 대해 상대적으로 회전 가능한 띠형상의 외치 기어 부재 (40) 를 포함하고,
    상기 외치 기어 부재는 상기 회전체의 타원의 장경에 대응하는 위치에 있어서 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재와 맞물리고,
    상기 외치 기어 부재의 잇수는 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 일방의 잇수와 동일하고 또한 상기 제 1 링 기어 부재 및 제 2 링 기어 부재의 타방의 잇수와 상이하며,
    상기 회전체는 전동 모터에 의해 입력 축에 대해 상대적으로 회전 구동됨으로써 전달비를 변경하도록 되어 있는, 차량의 조향 제어 시스템에 있어서,
    스테이터는 차체에 고정되고, 로킹 장치는, 로크-온 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하고, 로크-오프 상태에서는 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 허용하고,
    상기 로킹 장치는 걸어맞춤 부재 (64) 와, 그 걸어맞춤 부재를 구동하는 액추에이터 (62) 와, 걸어맞춤 부재와 걸어맞춤되어서 입력 축과 로터가 서로에 대해 상대 회전하는 것을 저지하는 피걸어맞춤 부재 (58) 를 갖고, 상기 액추에이터는 입력 축 및 로터의 일방에 의해 지지되고, 상기 피걸어맞춤 부재는 입력 축 및 로터의 타방에 의해 지지되는, 차량의 조향 제어 시스템.
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