KR101127448B1 - 전동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 장치 Download PDF

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Abstract

조향휠과, 조향휠의 회전에 의해 좌우 이동 가능하게 마련된 스티어링 캐리어와, 스티어링 캐리어가 수용되도록 수용부가 형성되며, 차륜과 연결되어 스티어링 캐리어의 움직임에 따라 차륜을 조향시키는 스티어링 축과, 스티어링 축을 이동시키는 구동기어를 갖춘 모터와, 스티어링 캐리어의 좌측 또는 우측으로 이동되는 것을 감지하도록 리미트 스위치 또는 광센서로 이루어진 감지부재와, 감지부재에 의해 감지된 결과를 통해 모터를 구동시켜 스티어링 축을 이동하게 하는 전자제어장치를 포함하는 전자식 파워 스티어링 장치를 개시한다. 이러한 전자식 파워 스티어링 장치는 리미트 스위치 또는 광센서로 이루어진 감지부재에 의해 감지되는 스티어링 캐리어의 움직임에 따라 차륜과 연결된 스티어링 축을 움직임에 따라 저가로 조향을 구현할 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 장치{Apparatus for motor driven power steering}
본 발명은 차량의 운행 조건에 따라 모터를 구동시켜 운전자의 핸들 조작을 어시스트 해주는 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 파워 스티어링(Motor Driven Power Steering) 장치는 차속센서 및 토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit,ECU)에서 모터를 구동시켜 운전자의 핸들 조작을 어시시스트 해주는 장치를 말한다.
상기와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 상술한 바와 같이 토크센서를 통해 운전자의 조향의도를 검출하여 조향력을 보조하는 보조하는데, 이러한 토크센서는 토션바의 양단의 각변위를 각변위를 검출하기 위해, 회전축 주위에 감은 코일의 인덕턴스 변화를 검출하는 방식을 사용하였다.
그러나, 상기와 같은 토크센서는 각변위를 검출하기 위하여 코일과 검출링 등을 사용함에 따라 전제적으로 가격이 비싸지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저가로 구현할 수 있는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 조향휠과, 상기 조향휠의 회전에 의해 좌우 이동 가능하게 마련된 스티어링 캐리어와, 상기 스티어링 캐리어가 수용되도록 수용부가 형성되며, 차륜과 연결되어 상기 스티어링 캐리어의 움직임에 따라 상기 차륜을 조향시키는 스티어링 축과, 상기 스티어링 축을 이동시키는 구동기어를 갖춘 모터와, 상기 스티어링 캐리어의 좌측 또는 우측으로 이동되는 것을 감지하는 감지부재와, 상기 감지부재에 의해 감지된 결과를 통해 상기 모터를 구동시켜 상기 스티어링 축을 이동하게 하는 전자제어장치를 포함한다.
상기 수용부는 상기 조향휠의 회전 시 상기 스티어링 캐리어가 좌측 또는 우측으로 이동 가능하도록 상기 스티어링 캐리어의 양단부가 상기 수용부의 양 측면과 일정 간격 이격되도록 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 감지부재는 상기 스티어링 축의 수용부 내면과 대응되는 상기 스티어링 캐리어의 일면에 설치되며, 상기 스티어링 캐리어의 양 측면 방향으로 적어도 하나 이상으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 감지부재는 리미트 스위치 또는 광센서인 것을 특징으로 한다.
상기 수용부에는 상기 감지부재가 상기 스티어링 캐리어의 움직임을 용이하게 감지할 수 있도록 상기 감지부재가 접촉되는 상기 수용부 내면의 양 측면으로 갈수록 내측으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 감지부재는 상기 감지부재와 대응되는 상기 수용부의 내면과 상기 경사면의 감지결과에 따라 상기 전자제어장치로 전기신호를 전달하여 상기 전자제어장치가 상기 모터를 구동 또는 중지시키게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 감지부재에서 감지된 전기신호를 전달 받아 상기 전자제어장치로 전달하는 커넥터를 더 포함하며,
상기 커넥터는 상기 스티어링 캐리어에 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 감지부재는 적어도 하나 이상 상기 스티어링 캐리어의 양 측면 방향으로 차체에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 조향휠의 회전에 따라 회전되며, 피니언기어가 장착되는 피니언축을 더 포함하며,
상기 스티어링 캐리어에는 상기 조향휠의 회전 시 상기 스티어링 캐리어가 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있도록 상기 피니언기어와 맞물리는 랙기어가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 모터의 축상에는 구동기어가 설치되고,
상기 스티어링 축의 일면에는 상기 구동기어와 맞물리는 랙기어가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 리미트 스위치 또는 광센서로 이루어진 감지부재에 의해 감지되는 스티어링 캐리어의 움직임에 따라 차륜과 연결 된 스티어링 축을 움직임에 따라 저가로 조향을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 조향유닛과, 이 조향유닛에 보조 동력을 제공하는 보조동력유닛을 포함한다.
조향유닛은 운전석에 마련되는 조향휠(11)과, 이 조향휠(11)에 회전 가능하게 설치되는 조향축(13)과, 조향축(13)과 연결되는 피니언축(15)과, 피니언축(15)과 연결되어 조향휠(11)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 차륜(17)을 가변시키는 기어박스 어셈블리(20)를 포함한다.
조향휠(11)은 조향력을 발생시킬 수 있도록 운전석에 설치되는 것으로서, 운전자가 회전시키기 용이하도록 원형으로 마련된다. 또, 조향휠(11)은 운전자와 밀착될 때 충격력을 흡수할 수 있도록 충격흡수력이 좋은 재질로 외형이 마련된다.
조향축(13)은 상술한 바와 같이 조향휠(11)의 회전 시 회전되도록 마련되는데, 이러한 조향축(13)은 일측에 조향휠(11)이 연결되고 타측에 한 쌍의 유니버셜 조인트(14)를 매개로 피니언축(15)에 연결된다.
피니언축(15)은 상술한 바와 같이 유니버셜 조인트(14)를 매개로 조향축(13)과 연결되며, 이러한 피니언축(15)은 기어박스 어셈블리(20)로 조향휠(11)의 회전력을 전달한다.
기어박스 어셈블리(20)는 피니언축(15)에 형성되어 있는 피니언기어(21)와, 이 피니언기어(21)와 서로 맞물리는 랙기어(24)가 형성되는 스티어링 캐리어(23)와, 스티어링 캐리어(23)가 움직일 수 있도록 수용되는 수용부(26)가 마련되며 스티어링 캐리어(23)의 움직임에 따라 보조동력유닛으로부터 보조 동력을 제공받아 차륜(17)을 조향하는 스티어링 축(25)을 포함한다.
이때, 스티어링 캐리어(23)의 일면에는 피니언기어(21)와 맞물리는 랙기어(24)가 형성되는데, 이로 인해 스티어링 캐리어(23)는 조향휠(11)의 회전에 따라 회전되는 피니언기어(21)에 의해 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내부에서 좌우 이동된다.
스티어링 축(25)에는 상술한 바와 같이 스티어링 캐리어(23)가 좌우 이동 가능하도록 수용부(26)가 마련된다. 이러한 스티어링 축(25)의 수용부(26)는 도시된 바와 같이 스티어링 캐리어(23)의 양단부가 양 측면과 일정 간격 이격되도록 하는 폭을 가진다.
또, 스티어링 축(25)에는 후술한 보조동력유닛의 모터(37)의 회전력을 전달 받아 스티어링 축(25)의 움직임을 어시스트할 수 있도록 모터(37)의 축상에 결합되는 구동기어(39)와 맞물려지는 랙기어(28)가 형성된다. 이러한 스티어링 축(25)의 랙기어(28)는 도시된 바와 같이 스티어링 캐리어(23)에 형성된 랙기어(24)와 반대되는 방향으로 형성된다.
보조동력유닛은 조향휠(11)의 회전에 따라 스티어링 축(25)의 수용부(26)에서 좌우 이동되는 스티어링 캐리어(23)의 움직임을 감지하는 감지부재(31)와, 이 감지부재(31)에서 감지된 전기신호를 전달 받는 커넥터(33)와, 커넥터(33)로부터 전기신호를 전달 받는 전기신호를 기초로 하여 제어신호를 발생시키는 전자제어장치(ECU,35)와, 전자제어장치(35)의 제어신호에 의해 스티어링 축(25)을 좌우 이동시키는 모터(37)를 포함한다.
감지부재(31)는 상술한 바와 같이 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내에서 좌우 이동 되는 스티어링 캐리어(23)의 좌우 움직임을 감지하게 되는데, 이러한 감지부재(31)는 도시된 바와 같이 스티어링 캐리어(23)에 설치될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에서 감지부재(31)는 도시된 바와 같이 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내면과 대응되는 스티어링 캐리어(23)의 일면에 설치되는데, 이때의 감지부재(31)는 스티어링 캐리어(23)의 양 측면 방향으로 적어도 하나 이상으로 설치된다.
이와 같이 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내면과 대응되는 스티어링 캐리어(23)의 일면의 양 측면 방향으로 설치되는 감지부재(31)는 리미트 스위치일 수 있으며, 스티어링 캐리어(23)의 좌측 또는 우측 움직임을 감지하게 된다.
이를 위해 스티어링 축(25)의 수용부(26)에는 스티어링 캐리어(23)의 움직임이 리미트 스위치에 의해 용이하게 감지될 수 있도록 리미트 스위치가 접촉되는 수용부(26) 내면의 양 끝부분에서 내측으로 경사지게 형성되는 경사면(27)이 마련된다.
즉, 리미트 스위치는 상술한 바와 같이 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내면과 대응되는 스티어링 캐리어(23)의 일면의 양 측면 방향으로 설치되되, 스티어링 캐리어(23)가 움직이지 않을 때 수용부(26)의 내면과 접촉되고 스티어링 캐리어(23)가 좌측 또는 우측으로 움직일 때 수용부(26)의 경사면(27)과 대응되는 위치에 마련된다.
또, 본 발명의 실시예에서 감지부재(31)는 상술한 바와 같이 리미트 스위치로 마련되는데, 이때의 리미트 스위치는 스티어링 캐리어(23)의 움직임을 원활히 감지할 수 있도록 스티어링 캐리어(23)의 양 측면 방향에 두 개씩 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에서 감지부재(31)는 도면에 도시되지는 않았지만 광센서일 수 있다. 이와 같이 광센서로 이루어진 감지부재(31)는 스티어링 캐리어(23)가 좌측 또는 우측으로 움직일 때 광센서에서 발광되어 경사면을 통해 반사되어 수광된 빛을 검출함으로써 스티어링 캐리어(23)의 움직임을 감지하게 된다.
또, 상기와 같이 광센서로 구성되는 경우 감지부재는 차체(1)에 설치될 수 있다. 이때, 스티어링 캐리어(23)의 이동은 스티어링 캐리어(23)가 일측 방향으로 이동되는 경우 이동방향과 반대측에 설치되는 광센서가 스티어링 캐리어(23)를 감지하지 못함에 따라 검출된다.
커넥터(33)는 상술한 바와 같이 리미트 스위치 또는 광센서로 구성되는 감지부재(31)에서 전기신호를 전달받아 전자제어장치(35)로 전달하는 역할을 한다. 이러한 커넥터(33)는 도시된 바와 같이 스티어링 캐리어(23)에 설치되는데, 감지부재(31)와 커넥터(33) 및 전자제어장치(35)를 연결하는 배선은 스티어링 캐리어(23)의 움직임에 따라 손상되는 것을 방지할 수 있도록 케이블베어(미도시)를 통해 적 절히 위치된다.
전자제어장치(35)는 상술한 바와 같이 커넥터(33)를 통해 전달받은 전기신호를 기초로 하여 조향유닛에 보조 동력을 제공할 수 있도록 모터(37)를 작동시킨다.
모터(37)는 구동기어(39)와 축 연결되며, 구동기어(39)는 스티어링 축(25)에 형성되는 랙기어(28)와 맞물려진다. 모터(37)와 스티어링 축(25)의 사이에는 도시되지는 않았지만 모터(37)에서 발생한 보조동력을 스티어링 축(25)에 전달하기 위하여 윔과 윔휠로 이루어진 웜기어(미도시)가 설치될 수도 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 동작에 대해 설명한다.
운전자가 차량의 조향을 변경하기 위해 조향휠(11)을 회전시키면 이 조향휠(11)의 회전력이 조향축(13)과 피니언축(15)을 거쳐 피니언기어(21)를 회전시키게 된다. 이와 같이 피니언기어(21)가 회전되면 도 3에 도시된 바와 같이 스티어링 캐리어(23)의 랙기어(24)와 맞물리는 피니언기어(21)의 회전방향에 따라 스티어링 캐리어(23)가 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내에서 좌측 또는 우측으로 이동된다.
스티어링 축(25)의 수용부(26) 내에서 스티어링 캐리어(23)가 좌측 또는 우측으로 일정 부분 이동되면, 이 스티어링 캐리어(23)에 설치된 감지부재(31)가 스티어링 축(25)의 수용부(26)의 경사면(27)과 대응되는 위치로 이동된다. 그리고 감지부재(31)가 스티어링 축(25)의 수용부(26)의 경사면(27)과 대응되는 위치로 이동되면 이 감지부재(31)가 작동되어 커넥터(33)로 전기신호를 전달한다.
커넥터(33)로 전달된 전기신호는 전자제어장치(35)로 전달되는데, 전자제어장치(35)는 커넥터(33)로부터 전기신호를 전달받으면 모터(37)를 구동시켜 스티어링 캐리어(23)가 이동된 방향으로 스티어링 축(25)을 이동시킨다.
스티어링 축(25)이 일정 부분 이동되면 감지부재(31)는 다시 경사면(27)이 형성되지 않은 수용부(26)의 내면과 대응되는데, 이때의 감지부재(31)는 다시 전기신호를 커넥터(33)를 거쳐 전자제어장치(35)로 전달하여 모터(37)의 회전을 중지시키게 한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 조향휠(11)이 회전에 따라 이동되는 스티어링 캐리어(23)에 설치된 감지부재(31)의 위치에 따라 스티어링 축(25)의 이동이 결정된다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서는 조향휠(11)이 일측 방향으로 완전히 회전될 때까지 감지부재(31)의 위치에 따라 스티어링 축(25)의 이동과 멈춤이 반복된다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 감지부재(31)가 스티어링 캐리어(23)의 양 측면방향으로 각각 2개씩 설치됨에 따라 감지부재(31)의 신호 오류를 방지할 수 있으며, 같은 방향으로 설치된 감지부재(31)의 감지속도에 따라 차량의 저속 및 고속에 따른 조작감을 달리할 수 있다.
또, 조향휠(11)이 일측 방향으로 일정 부분 이상 회전되면 스티어링 캐리어(23)의 일측 단부가 스티어링 축(25)의 수용부(26)의 일측면에 접촉되어 더 이상 이동되지 못하게 되고, 스티어링 축(25) 역시 이동되지 못하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전자식 파워 스티어링 장치를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 전자식 파워 스티어링 장치의 동작 상태를 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 차체 11 : 조향휠
13 : 조향축 14 : 유니버셜 조인트
15 : 피니언축 10 : 지그부
17 : 차륜 20 : 기어박스 어셈블리
21 : 피니언기어 23 : 스티어링 캐리어
24 : 스티어링 캐리어의 랙기어 25 : 스티어링 축
26 : 스티어링 축의 수용부 27 : 수용부의 경사면
28 : 스티어링 축의 랙기어 31 : 감지부재
33 : 커넥터 35 : 전자제어장치
37 : 모터 39 : 구동기어

Claims (10)

  1. 조향휠(11)과, 양단이 차륜(17)과 연결되어 상기 차륜(17)을 조향시키는 스티어링 축(25)과, 상기 스티어링 축(25)의 이동을 위한 구동력을 제공하는 모터(37)와, 상기 조향휠(11)의 좌우 회전 동작을 감지하도록 마련된 감지부재(31)와, 상기 감지부재(31)에 의해 감지된 결과를 통해 상기 모터(37)를 구동시켜 상기 스티어링 축(25)을 이동하게 하는 전자제어장치(35)를 구비하는 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 조향휠(11)에는 피니언기어(21)를 구비하는 피니언축(15)이 연결되고,
    상기 피니언기어(21)와 맞물리는 랙기어(24)를 구비하여 상기 조향휠(11)의 회전방향에 따라 좌우로 이동이 가능하게 마련된 스티어링 캐리어(23)를 더 포함하며,
    상기 스티어링 축(25)의 중도 일면에는 상기 스티어링 캐리어(23)를 상기 랙기어(24)가 외부로 노출된 상태로 좌우 이동 가능하게 수용하는 수용부(26)가 마련되고,
    상기 모터(37)의 축상에는 구동기어(39)가 설치되되, 상기 모터(37) 및 구동기어(39)는 상기 스티어링 축(25)과 평행하게 설치되며,
    상기 수용부(26) 반대쪽 상기 스티어링 축(26)의 타면에는 상기 구동기어(39)와 맞물리는 랙기어(28)가 직접 형성되고,
    상기 감지부재(31)는 상기 스티어링 캐리어(23)의 좌우 이동을 센싱하여 상기 조향휠(11)의 좌우 회전 여부를 감지하며,
    상기 수용부(26)는 상기 조향휠(11)의 회전 시 상기 스티어링 캐리어(23)가 좌측 또는 우측으로 이동 가능하도록 상기 스티어링 캐리어(23)의 양단부가 상기 수용부(26)의 양 측면과 일정 간격 이격될 수 있는 폭을 갖도록 마련되고,
    상기 감지부재(31)는 접촉식으로 형성되어 상기 스티어링 축(25)의 수용부(26) 내면과 대응되는 상기 스티어링 캐리어(23)의 양단 쪽 양측에 각각 설치되며,
    상기 수용부(26)에는 상기 감지부재(31)가 상기 스티어링 캐리어(23)의 움직임을 감지할 수 있도록 상기 감지부재(31)가 접촉되는 상기 수용부(26) 내면 양 측면으로 갈수록 내측으로 경사진 경사면(27)이 형성되고,
    상기 스티어링 캐리어(23)에는 상기 감지부재(31)에서 감지된 전기신호를 전달 받아 상기 전자제어장치(35)로 전달하는 커넥터(33)가 일체로 장착된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감지부재(31)는 리미트 스위치 또는 광센서인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지부재(31)는 상기 감지부재(31)와 대응되는 상기 수용부(26)의 내면과 상기 경사면(27)의 감지결과에 따라 상기 전자제어장치(35)로 전기신호를 전달하여 상기 전자제어장치(35)가 상기 모터(37)를 구동 또는 중지시키게 하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감지부재(31)는 적어도 하나 이상 상기 스티어링 캐리어(23)의 양 측면 방향으로 차체(1)에 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
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KR20060124923A (ko) * 2005-06-01 2006-12-06 주식회사 만도 레이저와 실린더를 이용한 조향 장치
JP2007196968A (ja) 2006-01-30 2007-08-09 Toyota Motor Corp 車両の操舵装置
JP2007218822A (ja) 2006-02-20 2007-08-30 Toyota Motor Corp 絶対操舵位置検出装置

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