KR101070315B1 - 좌우 독립형 전륜 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향각, 주행속도 등의 다양한 요소를 고려하여 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 차량의 주행특성을 극대화할 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 상단에 스티어링 휠이 마련되는 스티어링 칼럼과, 상기 스티어링 칼럼의 하단에 마련되는 기어박스와, 상기 기어박스를 관통하여 결합되는 제1랙기어와, 상기 차량의 전륜에 연결되는 제2랙기어와, 상기 제1 및 제2랙기어의 사이에 마련되는 VGR모듈을 포함하여 구성된다.

독립형 조향장치, VGR모듈, 모터, 하모닉 드라이브

Description

좌우 독립형 전륜 조향장치{LEFT-RIGHT INDEPENDENT FRONT STEERING SYSTEM}

본 발명은 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 구체적으로는 조향각, 주행속도 등의 다양한 요소를 고려하여 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 차량의 주행특성을 극대화할 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것이다.

파워스티어링(power steering) 장치는 공압 또는 유압을 이용하여 조향핸들의 조작을 용이하게 하는 장치로, 일반적으로 유압을 이용한 파워스티어링이 가장 많이 사용된다.

이러한 유압식 파워스티어링 장치는 스티어링 칼럼(steering column) 측에 연결된 피니언 및 타이로드가 휠 측에 연결된 랙과 결합된 상태로 내장된 기어박스를 포함하며, 상기 기어박스는 동력실린더의 역할을 할 수 있도록 오일 리저버와 연결된다. 따라서 스티어링 휠을 조작할 경우 그 조작방향에 따라 오일펌프를 통해 압송된 오일이 기어박스 내의 양쪽 챔버 중 어느 하나로 공급되어 조향 보조력을 발생하게 된다.

그러나 이와 같은 유압식 파워스티어링 장치는 오일 리저버, 오일펌프, 기어박스 및 이들을 연결하는 다수의 호스 등을 포함하므로 유압라인의 구성이 매우 복 잡하다. 또한, 배기량이 작은 소형 차량에서 엔진을 이용하여 오일펌프를 구동할 경우 연비가 저하되어 바람직하지 못하다.

이와 같은 문제점을 해소하고자, 최근에는 유압식이 아닌 다른 방식의 파워스티어링 장치, 즉 스티어 바이 와이어(Steer By Wire: SBW) 방식의 스티어링 장치가 개발되었다.

도 3은 일반적인 스티어 바이 와이어 방식의 스티어링 장치를 도시하는 도면으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상술한 스티어링 장치의 조향조작부(10)와 조향기구부(20)는 서로 독립적으로 분리된 구조를 갖는다. 이때, 상기 조향조작부(10)는 스티어링 휠(12)을, 그리고 상기 조향기구부(20)는 기어박스(22)를 각각 포함한다.

이러한 구조의 스티어 바이 와이어 방식의 스티어링 장치는 상기 조향조작부(10)에 장착된 토크센서(torque sensor,32)가 스티어링 휠(12)의 조작을 감지하고, 상기 토크센서(32)로부터 신호를 전달받은 전자제어유니트(ECU,34)가 상기 기어박스(22)상에 장착된 모터(36)의 구동을 제어하게 된다.

이에 따라, 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.

그러나 상기와 같은 일반적인 스티어 바이 와이어 장치는 회전형전동기에 해당하는 모터(36)의 회전동력이 랙의 직선동력으로 변환되는 과정상에서 미약하게나마 원치 않는 동력의 손실이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 동력의 손실을 방지하고 조향각, 주행속도 등의 다양한 요소를 고려하여 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 차량의 주행특성을 극대화할 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 상단에 스티어링 휠이 마련되는 스티어링 칼럼과, 상기 스티어링 칼럼의 하단에 마련되는 기어박스와, 상기 기어박스를 관통하여 결합되는 제1랙기어와, 상기 차량의 전륜에 연결되는 제2랙기어와, 상기 제1 및 제2랙기어의 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 VGR모듈은 모터와 하모닉 드라이브가 동일축으로 연결되어 구성됨을 특징으로 한다. 또한, 상기 VGR모듈은 조향각, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 제어됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 상술한 바와 같이 제1랙기어의 양단에 VGR모듈이 마련되어 조향각, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 감속비를 조절함으로써 좌우측 전륜을 개별적으로 제어할 수 있다.

이와 같이 차량의 좌우측 전륜을 개별적으로 제어할 경우 차량의 주행특성을 극대화할 수 있으며, 동력손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치를 도시하는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 상단에 스티어링 휠(110)이 마련되는 스티어링 칼럼(120)과, 상기 스티어링 칼럼(120)의 하단에 마련되는 기어박스(130)와, 상기 기어박스(130)를 관통하여 결합되는 제1랙기어(140)와, 상기 차량의 전륜(150a,150b)에 연결되는 제2랙기어(160a,160b)와, 상기 제1 및 제2랙기어(140 및 160a,160b)의 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈(170a,170b)을 포함하여 구성된다.

도 2는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 일부를 확대 도시한 도면으로, 도 2를 참조하여 상술한 각 구성요소 중 상기 VGR모듈(170a,170b)에 대해 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치에 마련되는 VGR모듈(170)은 소정의 길이를 갖는 원통형상으로, 양단에는 입력축(172)과 출력축(174)이 돌출되고, 내부에는 모터(176)와 하모닉 드라이브(178)가 마련된다.

이때, 상기 모터(176)와 하모닉 드라이브(178)는 동일축(179)으로 연결되되, 모터(176)의 스테이터(stator)는 상기 입력축(172)과 연결되고, 아마추어(armature)는 하모닉 드라이브(178)의 웨이브제너레이터에 연결된다. 또한, 상기 하모닉 드라이브(178)의 플렉스스플라인은 출력축(174)과 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 랙과 피니언 방식의 조향장치로, 상기 스티어링 칼럼(120)의 하단에 마련된 피니언 기어(미도시)가 회전하고, 상기 피니언 기어와 치합되는 제1랙기어(140)가 스티어링 칼럼(120)의 대략 수직인 직선방향으로 좌우 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 제1랙기어(140)의 양단에 VGR모듈(170a,170b)을 통해 소정의 기어비(Gear Ratio)로 감속되어, 차량의 좌우측 전륜(150a,150b)으로 전달된다.

이때, 상기 제1랙기어(140)의 양단에 마련된 한 쌍의 VGR모듈(170a,170b)은 조향각, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 제어된다. 일례로, 차량의 회전 시 VGR모듈(170a,170b)을 이용하여 좌우측 전륜(150a,150b)의 회전을 달리할 경우 차량의 최소 회전 반경을 감소시키고 원심력에 의한 차량의 쏠림 현상을 방지할 수 있으므로, 차량의 주행특성을 극대화할 수 있다.

특히, 자동차의 주행 특성상 저속에서 유턴이나 주차를 할 경우 록투록(lock-to-lock) 회전 범위를 모두 사용하지만 일정속도 이상으로 주행(이하 고속 주행이라 칭한다.)중에는 랙 기어의 중심에서 좌우로 이동하는 거리는 매우 한정되 어있다. 따라서 고속주행 시에는 미세하게 조타하며, 유턴이나 주차 시에는 빠르게 조타할 수 있어 차량의 주행특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 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 조향장치의 일부를 확대 도시한 도면.

도 3은 일반적인 스티어 바이 와이어 방식의 스티어링 장치를 도시하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110: 스티어링 휠 120: 스티어링 칼럼

130: 기어박스 140: 제1랙기어

150a,150b: 차량의 전륜 160a,160b: 제2랙기어

170a,170b: VGR모듈

Claims (3)

1. 상단에 스티어링 휠이 마련되는 스티어링 칼럼;

   상기 스티어링 칼럼의 하단에 마련되는 기어박스;

   상기 기어박스를 관통하여 상기 스티어링 칼럼의 회전에 따라서 회전하는 피니언 기어에 치합된 제1랙기어;

   차량의 좌우 전륜에 각각 연결되어 상기 전륜의 회전각을 조절하는 두 개의 제2랙기어; 및

   상기 제1랙기어에 치합되는 입력축과 상기 제2랙기어에 치합되는 출력축이 양단에 돌출되고, 내부에 모터와 하모닉드라이브를 포함하는 두 개의 VGR모듈을 포함하며,

   상기 VGR모듈의 기어비 변화에 따라서, 상기 스티어링 휠의 회전에 대한 상기 제2랙기어의 이동량이 변하는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 두 개의 VGR모듈이 기어비가 각각 조절되어, 상기 두 개의 제2랙기어의 이동량이 다르게 조절되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 VGR모듈이 상기 차량의 ECU에 연결되며, 상기 ECU는 조향각, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 VGR모듈의 기어비를 조절하는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.

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