KR101040009B1

KR101040009B1 - 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치

Info

Publication number: KR101040009B1
Application number: KR1020050022685A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2011-06-08
Also published as: KR20060100838A

Abstract

본 발명은 토로이달(toroidal type) 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치에 관한 것으로, 출력축(12)에 설치되는 전기유변유체 브레이크(50), 파워롤러(15)의 공전 이동을 감지하는 공전감지센서(60), 이로부터 신호를 전달받아 스티어링휠 고정상태에서 차륜이 회전되고 있음을 판단하는 전자제어유니트(70), 이 전자제어유니트(70)에 의해 작동제어되어 전원(80)의 전력을 상기 전기유변유체 브레이크(50)에 공급하는 앰프(90)를 포함하여 구성된다.

따라서, 운전자가 스티어링휠을 고정하고 있는 상태에서 외란에 의해 차륜이 임의 회전되기 시작함과 동시에 전기유변유체 브레이크(50)의 브레이킹 작용으로 상기 출력축(12)의 회전이 억제되어 차륜의 회전이 불가능하게 되므로, 주행 및 선회 안정성이 향상되는 효과가 있다.

Description

토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치{output shaft fixing apparatus of toroidal type variable steering gear ratio system}

도 1은 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

9 : 스티어링휠, 10 : 스티어링샤프트,

11 : 입력축, 12 : 출력축,

13 : 입력디스크, 14 : 출력디스크,

15 : 파워롤러, 16 : 조향 기어비 가변장치의 하우징,

50 : 전기유변유체 브레이크, 51 : 하우징,

52 : 미케니컬 시일, 53 : 저항판,

60 : 공전감지센서, 70 : 전자제어유니트,

80 : 전원, 90 : 앰프,

ERF : 전기유변유체.

본 발명은 조향 기어비 가변장치에 관한 것으로, 특히 토로이달 기어(Toroidal gear)를 이용한 조향 기어비 가변장치에 있어서 조향 조작이 행해지지 않고 있음에도 불구하고 차륜이 조향되는 것을 방지할 수 있도록 된 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 동력조향장치는 스티어링휠의 조작력이 스티어링컬럼을 거쳐 기어박스에서 랙&피니언 작용에 의해 직선 운동으로 변환되며, 이 랙의 양단에 연결된 타이로드가 너클을 회동시킴으로써 차륜의 조향이 이루어지도록 되어 있다.

또한, 상기 랙&피니언이 일정한 기어비를 갖고 있기 때문에, 스티어링휠 조작각도에 대한 차륜의 회전각 즉, 조향 기어비(steering gear ratio)가 일정한 값을 가지게 된다.

때문에 저속 주행시에는 스티어링휠을 큰 힘으로 많은 양 조작해야 하므로 육체적 부담감이 증가할 뿐만 아니라 응답성이 부족하여 신속한 장애물 회피가 곤란하였으며, 고속 주행시에는 작은 힘으로 작게 조작하여도 차량의 방향 전환 정도가 과도하게 발생하므로 조향 조작에 정신적 부담이 증가하게 된다.

또한, 언더스티어(understeer) 상황에서는 차륜의 횡력 포화 때문에 차량의 횡가속도가 증가함에 따라 조향게인이 감소하게 되어 선회 주행시 방향 전환의 기동성이 감소되는 등 여러 불편함이 있었다.

따라서, 최근에는 조향 기어비가 차속 및 조향각의 증감에 따라 적절히 조절되는 다양한 형식의 조향 기어비 가변장치가 개발되어 적용되고 있다.

그 중 토로이달 기어(toroidal gear)를 사용하여 조향 기어비 가변장치를 구성한 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치를 도 1에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치는 스티어링샤프트(10)를 입력축(11)과 출력축(12)으로 분할하여, 이들 각각에 상호 마주보는 원호면을 갖는 한 쌍의 토로이달 기어(입력디스크 13, 출력디스크 14)를 장착하고, 이 입력디스크(13)와 출력디스크(14)의 원호면 사이에 양단이 접촉되는 파워롤러(15)를 설치한 구성으로 이루어진다.

도시하지 않았으나, 상기 파워롤러(15)는 모터에 의해 입력디스크(13)와 출력디스크(14) 사이에서 접촉각도가 조절될 수 있도록 되어 있어서, 차량의 각 센서로부터 감지된 차속, 조타각 및 요레이트(yaw rate) 등에 따라 전자제어유니트(ECU)가 앰프를 통해 상기 모터의 작동을 제어함으로써 파워롤러(15)의 접촉각도가 조절되어 파워롤러(15)의 입력디스크(13)측 접촉반경과 출력디스크(14)측 접촉반경이 조절됨으로써 조향 기어비가 가변되도록 되어 있다.

따라서, 차량의 주행 상태에 따라 조향비가 적절히 가변됨으로써 보다 편리하게 조향 조작을 행할 수 있게 된다.

그런데, 상기와 같은 구조의 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

통상 운전자의 스티어링휠(9) 조작력은 입력축(11)→입력디스크(13)→파워롤 러(15)→출력디스크(14)→출력축(12)을 통해 유니버설조인트 어셈블리(20)→기어박스(30)→타이로드(40)을 거쳐 차륜이 장착된 너클(도시하지 않음)을 회동시키게 된다.

이때, 상기 파워롤러(15)는 제 자리에서 자전하면서 입력디스크(13)의 회전력을 출력디스크(14)에 전달한다.

그런데, 상기와 같은 구조에서는 운전자가 스티어링휠(9)을 움직이지 않도록 잡고 있는 경우에도, 파워롤러(15)를 포함하여 이후의 부분이 스티어링휠(9)측에 구속되어 있지 않기 때문에 차륜의 불평형 및 불규칙한 노면에 의한 가진력에 의하여 차륜이 회전 가능하게 된다.

즉, 고정상태의 입력디스크(13)에 대하여 파워롤러(15)를 공전시키면서 출력디스크(14)가 회전하는 것이 가능하기 때문에 스티어링휠(9)이 고정된 상태에서도 차륜쪽 외란에 의하여 차륜이 임의로 방향 전환될 수 있는 것이다.

따라서, 차량의 주행 및 선회 안정성이 크게 저해되는 문제점이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 운전자가 스티어링휠을 조작하지 않는 경우(고정상태를 유지하는 경우)에는 차륜쪽으로부터의 외란에 의하여 차륜이 회전되지 않고 고정되어 있을 수 있게 됨으로써 주행 및 선회 안정성이 향상될 수 있도록 된 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력축에 고정된 입력디스크와 출력축에 고정된 출력디스크의 상호 마주보는 원호면 사이에 파워롤러가 설치되어 이 파워롤러의 접촉각도 조절에 의해 조향 기어비가 조절되는 구조로 이루어진 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치에 있어서, 상기 출력축에 전기유변유체 브레이크가 설치되고, 상기 파워롤러 측부의 조향 기어비 가변장치의 하우징에 공전감지센서가 설치되어, 이 공전감지센서로부터 파워롤러의 공전이 감지되면, 그 신호를 전달받은 전자제어유니트가 앰프를 제어하여 전원의 전력을 상기 전기유변유체 브레이크에 공급하여 출력축이 회전되지 않도록 고정해주는 것을 특징으로 한다.

상기 전기유변유체 브레이크는 출력축을 감싸고 차체측에 고정되는 하우징, 이 하우징에 충진되는 전기유변유체, 상기 출력축과 하우징 사이에 설치되는 미케니컬 시일, 상기 하우징 내에서 출력축에 형성되는 저항판으로 이루어진다.

즉, 차륜측 외란에 의해 차륜에 회전이 발생되면 출력디스크의 회전으로 파워롤러에 공전이 발생되므로, 이를 감지하여 차륜에 원하지 않는 회전이 발생한 것으로 판단하고, 상기 전기유변유체 브레이크를 작동시켜 순간적으로 출력축을 고정해 줌으로써 차륜의 회전을 방지할 수 있도록 된 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 출력축(12)에 전기유변유체 브레이크(50)가 설치된 것에 그 특징이 있다.

상기 출력축(12)은 종래 기술란에 설명한 바와 같이, 상단에 파워롤러(15)와 접촉하여 입력디스크(13)의 회전력을 받아 들이는 출력디스크(14)가 장착되어 있고, 하단은 유니버설조인트 어셈블리(20), 기어박스(30), 타이로드(40) 등 동일한 구조물을 통해 차륜과 연결되어 있다.

상기 전기유변유체 브레이크(50)는 상기 출력축(12)에 설치되는 것이므로, 도 1에 도시된 종래 위치에서 토로이달 기어들 즉, 입/출력디스크(13,14)들의 위치를 스티어링샤프트(10) 상에서 상방으로 이동시켜, 출력축(12)상에 전기유변유체 브레이크(50)를 설치할 공간을 확보한다. 이 경우, 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 하우징(16)을 확장하여 전기유변유체 브레이크(50)를 그 내부에 위치시킴과 더불어 이 하우징(16)에 브라켓트 등을 이용하여 고정할 수 있다.

상기 전기유변유체 브레이크(50)는 하우징(51)이 출력축(12)의 주변을 감싸도록 장착되고, 이 하우징(51)의 내부에 전기유변유체(ERF ; electro-rheological fluid)가 충진되며, 상기 하우징(51)과 출력축(12)의 사이에는 미케니컬 시일(52)이 구비되는 한편, 상기 하우징(51)내 공간에서 출력축(12)에는 저항판(53)이 형성된 구조로 이루어진다.

상기 하우징(51)은 전술한 바와 같이, 확장성형된 조향 기어비 가변장치의 하우징(16)에 고정되거나, 또는 스티어링컬럼 튜브 등 차체에 대하여 고정된 상태를 유지하고 있는 부분에 고정되면 된다.

상기 저항판(53)은 단순한 원판형 디스크 또는 출력축(12)의 외주면상에 일정간격으로 방사상으로 돌출된 판재들로 형성될 수 있으며, 전기를 공급받아 고점도화되는 전기유변유체에 전단력을 가하여 저항력을 발생시킬 수 있는 것이면 된 다.

상기 전기유변유체(ERF)는 비전도성 용매에 분극이 가능한 전도성 입자들을 혼합 분산시킨 용액으로서, 전기장을 가하면 순간적으로(10^-3sec 수준) 입자들의 섬유구조가 형성되어 점도가 크게 상승하게 되며, 이는 가역적 반응이어서 전기장이 제거되면 다시 원래 상태의 액체로 환원되므로, 전기적 제어가 가능한 다양한 가변감쇠기구 또는 브레이크, 클러치 등 자동차, 항공, 로봇 산업에서 점차 사용 영역이 확대되어 가고 있다.

한편, 본 발명은 상기 파워롤러(15)의 공전을 감지하는 공전감지센서(60)를 구비한다. 이 공전감지센서(60)는 자기장, 초음파, 레이저광선 등을 이용하여 대상 감지 물체의 위치이동을 감지하는 다양한 종류의 센서로 이루어지며, 조향 기어비 가변장치의 하우징(16)에 고정 장착되어 파워롤러(15)의 이동을 감지하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 공전감지센서(60)에 연결되어, 이로부터 전달되는 신호에 의해 파워롤러(15)에 공전이 발생하는지 아닌지를 판단하는 전자제어유니트(70)를 포함한다.

상기 전자제어유니트(70)에는 전원(80)에 연결된 앰프(90)가 연결되어 있으며, 상기 앰프(90)는 상기 전기유변유체 브레이크(50)에 연결된다.

이제 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

외란에 의한 차륜 가진이 이루어지지 않는 정상 상태에서는 전술한 바와 같이, 운전자의 스티어링휠(9) 조작력이 입력디스크(13)를 회전시키고, 이 회전력은 파워롤러(15)를 자전시키면서 출력디스크(14)를 회전시킴으로써 출력축(12) 이후의 부분으로 전달되어 스티어링휠(9) 조작에 의한 차륜의 회전 작동이 이루어지게 된다.

그러나, 운전자의 조향 의지가 없음에도 불구하고, 즉, 스티어링휠(9)이 일정 위치에 고정되어 있음에도 불구하고 외란에 의해 차륜이 임의로 회전될 경우에는 차륜의 회전과 동시에 타이로드(40)가 이동되고, 따라서 기어박스(30) 내 랙이 이동되어 이에 따라 피니언이 회전되며, 이 피니언의 회전은 유니버설조인트 어셈블리(20)를 거쳐 상기 출력축(12)을 회전시켜 출력디스크(14)를 회전시킴으로써 이 출력디스크(14)와 정지해 있는 입력디스크(13)와의 사이에서 상기 파워롤러(15)가 공전하기 시작한다.

이와 같은 파워롤러(15)의 공전 이동은 상기 공전감지센서(60)에 의해 감지되어, 전자제어유니트(70)는 파워롤러(15)가 공전하는 상황 즉, 외란에 의해 차륜이 임의로 회전되고 있는 상황인 것으로 판단하고, 앰프(90)를 제어하여 전원(80)의 전력을 상기 전기유변유체 브레이크(50)에 공급하여 전기장을 형성시킨다.

따라서, 전기유변유체 브레이크(50)내의 전기유변유체(ERF)가 순간적으로 고점도화되어 상기 저항판(53)의 회전을 구속함으로써 저항판(53)과 일체인 상기 출력축(12)은 회전할 수 없는 상태가 된다.

이와 같이, 파워롤러(15)의 공전이 감지된 순간 전기유변유체 브레이크(50)에 의하여 출력축(12)의 회전이 구속됨으로써 이에 기구적으로 직결되어 있는 차륜이 외란의 작용에도 불구하고 조향되지 않게 된다.

즉, 운전자의 조향 의지에 반한 차륜이 조향 작용이 이루어지지 않게 됨으로써 주행 및 선회 안정성이 향상된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 토로이달 타입 조향 기어비 가변 장치에서 스티어링휠이 고정된 상태에서 외란에 의해 차륜이 임의로 회전하는 문제점이 해결된다.

따라서, 운전자의 조향 의지에 반한 임의의 차륜 조향 현상이 발생하지 않게 됨으로써 주행 및 선회 안정성이 향상되며, 운전자의 조향 신뢰성에 대한 불안감을 해소할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

입력축(11)에 고정된 입력디스크(13)와 출력축(12)에 고정된 출력디스크(14)의 상호 마주보는 원호면 사이에 파워롤러(15)가 설치되어 이 파워롤러(15)의 접촉각도 조절에 의해 조향 기어비가 조절되는 구조로 이루어진 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치에 있어서,

상기 출력축(12)에 전기유변유체 브레이크(50)가 설치되고, 상기 파워롤러(15) 측부의 조향 기어비 가변장치의 하우징(16)에 공전감지센서(60)가 설치되어, 이 공전감지센서(60)로부터 파워롤러(15)의 공전이 감지되면, 그 신호를 전달받은 전자제어유니트(70)가 앰프(90)를 제어하여 전원(80)의 전력을 상기 전기유변유체 브레이크(50)에 공급하여 출력축(12)이 회전되지 않도록 고정해주는 것을 특징으로 하는 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치.
제 1항에 있어서, 상기 전기유변유체 브레이크(50)는 출력축(12)을 감싸고 차체측에 고정되는 하우징(51), 이 하우징(51)에 충진되는 전기유변유체(ERF), 상기 출력축(12)과 하우징(51) 사이에 설치되는 미케니컬 시일(52), 상기 하우징(51) 내에서 출력축(12)에 형성되는 저항판(53)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 토로이달 타입 조향 기어비 가변장치의 출력축 고정장치.