KR101219934B1

KR101219934B1 - 통합형 전동조향장치

Info

Publication number: KR101219934B1
Application number: KR1020100110483A
Authority: KR
Inventors: 정대석; 이언구; 박수보
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2013-01-08
Also published as: DE102011054529A1; KR20120048970A; US20120111656A1; CN102464016B; DE102011054529B4; CN102464016A; US8573351B2

Abstract

본 발명의 통합형 전동조향장치인 u-MDPS(United type Motor Driven Power Steering)는 1개의 MDPS 모터(2)와, 상기 MDPS 모터(2)의 동력으로 조타력을 어시스트하고 틸트업/다운 및 텔레스코픽 이송을 구현하는 로직을 갖는 1개의 MDPS ECU(70)와, 상기 MDPS 모터(2)의 동력전달경로를 절환시켜주는 다기능구현장치로 구성됨으로써, MDPS의 패키지 자유도를 높이고 중량과 비용을 낮추며, 특히 전자석 클러치를 적용해 1개뿐인 MDPS 모터(2)의 잠김시 매뉴얼모드 전환으로 페일-세이프(Fail-Safety)기능을 구현할 수 있는 특징도 갖는다.

Description

통합형 전동조향장치{United type Motor Driven Power Steering System}

본 발명은 전동조향장치에 관한 것으로, 특히 조타력을 어시스트하는 MDPS 모터의 동력을 이용해 틸트와 텔레스코픽 움직임도 함께 구현될 수 있는 통합형 전동조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 유압을 이용하지 않고 모터동력으로 조향파워를 어시스트(assist)하는 방식으로서, 주로 소형차량에 적용되어진다.

MDPS는 조타력의 어시스트(assist)를 위해 모터로 회전되는 웜축(Worm-Shaft)/웜휠(Worm Wheel)로 이루어진 감속기가 구비되고, 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)을 각각 구현하기 위한 틸트 모터와 텔레스코픽 모터를 갖춘 전동컬럼장치가 적용되어진다.

MDPS 모터는 MDPS ECU로 제어되고, 틸트 모터와 텔레스코픽 모터는 별도의 틸트·텔레 ECU로 제어되어진다.

도 13은 상기와 같이 MDPS 모터와 틸트 모터 및 텔레스코픽 모터가 구비되고, 이들을 제어하는 MDPS ECU와 틸트·텔레 ECU를 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS에는 조향축(100a)을 감싼 컬럼튜브(100)에는 조타력을 어시스트하기 위한 감속기와 함께 MDPS 모터(200)가 구비되고, 틸트기구를 틸트업 및 다운시키기 위한 틸트모터(400)와 더불어 텔레기구를 텔레스코픽 이송시키기 위한 텔레모터(500)가 구비되며, 상기 MDPS 모터(200)를 제어하기 위한 MDPS ECU(300)와 함께 틸트모터(400) 및 텔레모터(500)를 제어하기 위한 틸트·텔레 ECU도 각각 구비되어진다.

이와 더불어 MDPS용 모터/각도센서와 틸트용 모터/각도센서 및 텔레용 모터/각도센서도 구비되어진다.

상기와 같이 MDPS에는 조타력 어시스트를 위한 MDPS 모터와 MDPS ECU가 구비되고, 이와 별도로 틸트 모터 및 텔레스코픽 모터와 틸트·텔레 ECU가 각각 개별적으로 구비됨으로써, MDPS의 패키지 자유도가 낮고 중량상승은 물론 비용상승을 가져올 수밖에 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 조타력 어시스트를 위한 MDPS 모터의 동력을 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)을 위한 동력으로 절환시켜줌으로써 틸트모터와 텔레모터 없이 MDPS 모터만을 이용할 수 있고, MDPS ECU에 MDPS 모터의 동력절환 기능을 부여함으로써 틸트·텔레 ECU 없이 MDPS ECU만을 이용할 수 있는 통합형 전동조향장치를 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 통합형 전동조향장치는 회전동력을 발생시키는 1개의 MDPS 모터와;

상기 MDPS 모터의 회전동력을 전달받고, 상기 MDPS 모터의 동력전달경로를 조타력 어시스트를 위한 조타경로와 컬럼튜브의 틸트 업/다운을 위한 틸트경로 및 컬럼튜브의 텔레스코픽 이송을 위한 텔레경로로 절환시켜주는 다기능구현장치와;

상기 MDPS 모터의 동력전달경로를 상기 조타경로와 상기 틸트경로와 상기 텔레경로로 절환시키는 제어로직을 갖추고, 상기 MDPS모터의 토크센서 및 각도센서와 캔(CAN)통신하는 1개의 MDPS ECU;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 조타경로는 상기 MDPS ECU에 의해 상기 다기능구현장치가 작동되지 않을 때 상기 MDPS 모터의 회전동력을 웜기어에 맞물린 조향축의 웜휠기어로 전달하도록 구성되어진다.

상기 다기능구현장치는 상기 MDPS ECU의 제어로 상기 조타경로로 전달되는 상기 MDPS 모터의 회전동력을 분리시키는 모터동력절환유닛과, 상기 모터동력절환유닛으로부터 상기 MDPS 모터의 회전동력을 전달받는 모터동력전달유닛과, 상기 MDPS ECU의 제어로 상기 모터동력전달유닛으로부터 전달되는 동력을 상기 틸트경로와 상기 텔레경로로 각각 절환시키는 틸트·텔레작동유닛으로 구성되어진다.

상기 모터동력절환유닛은 상기 MDPS ECU에 의해 전류공급이 제어되고 상기 MDPS 모터의 모터축을 통해 직접회전되지 않도록 결합되어진 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 결합되어진 전달기어와, 상기 모터축을 통해 직접회전되고 상하로 이동되는 이동회전판과, 상기 이동회전판을 상기 전달기어로부터 밀어내도록 탄성력을 가하는 탄성부재와, 조향축과 결합된 웜휠기어를 회전시키는 웜기어축을 갖춘 고정회전판으로 구성되어진다.

상기 솔레노이드는 전류공급으로 자화되는 전자석코일타입으로 이루어진다.

상기 이동회전판의 상면과 하면에는 마찰력을 강화시키는 마찰재가 구비되어진다.

상기 이동회전판은 상기 MDPS 모터의 모터축과 사각단면구조로 결합되고, 상기 모터축의 사각단면형성 부위를 따라 슬라이딩되어진다.

상기 모터동력전달유닛은 치합기어와, 상기 치합기어에 결합되고 끝부위의 외주면에 기어이를 형성한 회전로드와, 상기 회전로드에 직교하도록 배열되어진 연동회전축과, 상기 회전로드의 기어이에 맞물리도록 상기 연동회전축의 일단에 구비되어진 인터기어와, 상기 인터기어로부터 이격되어진 위치에서 상기 연동회전축에 구비되어진 출력기어로 구성되어진다.

상기 회전로드는 웜기어타입이고 상기 인터기어는 웜휠기어타입으로 이루어진다.

상기 틸트·텔레작동유닛은 상기 MDPS ECU에 의해 전류공급방향이 제어되어 인력과 척력을 생성하는 전자클러치와, 상기 전자클러치의 인력과 척력에 의해 좌우방향으로 슬라이딩 이동되는 동력연결기와, 상기 동력연결기의 한쪽 방향 슬라이딩 이동으로 상기 틸트경로를 형성하는 틸트기구를 작동시키는 틸트축과, 상기 동력연결기의 반대쪽 방향 슬라이딩 이동으로 상기 텔레경로를 형성하는 텔레기구를 작동시키는 텔레스코픽축으로 구성되어진다.

상기 동력연결기는 상기 전자클러치의 전자석코일의 N극에 대해 척력을 형성하고 S극에 대해 인력을 형성하는 자석으로부터 힘을 받는 회전기어와; 상기 자석으로부터 받는 힘으로 상기 회전기어와 함께 한쪽 방향으로 슬라이딩 이동되어 상기 틸트축과 마찰고정되고, 반대쪽 방향으로 슬라이딩 이동되어 상기 텔레스코픽축과 마찰고정되는 중공 파이프타입 슬라이딩중공축;으로 구성되어진다.

상기 틸트축은 외주면으로 스크류를 형성한 중공파이프 타입으로 상기 슬라이딩중공축과 일직선으로 배열되고, 상기 텔레스코픽축은 외주면으로 스크류를 형성한 봉 타입으로 상기 슬라이딩중공축에 끼워져 상기 틸트축을 관통하게 된다.

상기 슬라이딩중공축과 상기 틸트축은 접촉마찰력을 형성하는 플랜지로 밀착되고, 상기 슬라이딩중공축과 상기 텔레스코픽축은 접촉마찰력을 형성하는 플랜지로 밀착되어진다.

상기 틸트기구는 상기 틸트축에 결합되어진 너트로드와, 상기 너트로드에 구비된 제3힌지축으로 한쪽끝을 상기 너트로드와 컬럼튜브에 연결하고 그 반대쪽끝에 제2힌지축을 구비한 연결로드와, 한쪽부위를 상기 제2힌지축으로 체결하고 다른쪽부위를 상기 컬럼튜브에 결합되어진 제1힌지축으로 체결한 컬럼브래킷으로 구성되어진다.

이러한 본 발명은 조타력 어시스트를 위한 MDPS 모터로 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)을 위한 동력을 제공하고 MDPS ECU로 틸트·텔레 ECU기능을 구현하므로 1개의 모터와 1개의 ECU만으로 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 구성할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 1개의 모터와 1개의 ECU만으로 MDPS를 구성함으로써 MDPS의 패키지 자유도를 높이고 중량과 비용을 낮추는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명은 MDPS 모터의 동력을 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)을 위한 동력으로 절환시키는 전자석 클러치를 이용해 MDPS 모터잠김시 매뉴얼모드로 전환됨으로써 페일-세이프(Fail-Safety)기능도 구현될 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 다기능구현장치 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 모터동력절환유닛의 일부 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 통합형 MDPS ECU의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 조타력으로 이용하는 작동도이며, 도 7은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 틸트와 텔레스코픽 작동력으로 절환시키는 작동도이고, 도 8은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 이용한 틸트작동도이며, 도 9는 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 이용한 텔레스코픽작동도이고, 도 10은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치에 적용되어진 틸트기구의 상세구성도이며, 도 11과 도12는 본 발명에 따른 틸트기구를 이용한 틸트업과 틸트다운 작동도 이고, 도 13은 종래에 따른 전동조향장치의 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 통합형 전동조향장치인 u-MDPS(United type Motor Driven Power Steering)는 웜기어(10a)와 웜휠기어(10b)로 이루어진 감속기에 동력을 전달하여 컬럼튜브(1)로 감싸인 조향축(1a)에 조타력을 어시스트하는 1개의 MDPS 모터(2, Motor for Motor Driven Power Steering)와, 조향 상태를 감지하는 센서의 신호를 받아 상기 MDPS 모터(2)를 제어하는 1개의 MDPS ECU(70)와, 상기 MDPS ECU(70)의 제어로 연결되어진 상기 MDPS 모터(2)의 동력으로 틸트업/다운 및 텔레스코픽 이송을 구현하는 다기능구현장치로 구성된다.

상기 다기능구현장치는 MDPS 모터(2)의 동력을 이용해 컬럼튜브(1)를 틸트업/다운시키고 텔레스코픽 이송시키는 작용을 구현하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다기능구현장치는 MDPS 모터(2)의 동력을 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)을 위한 동력으로 절환시키도록 MDPS ECU(70)로 제어되는 모터동력절환유닛(3)과, 상기 모터동력절환유닛(3)으로부터 상기 MDPS 모터(2)의 동력을 전달받는 모터동력전달유닛(11)과, 상기 모터동력전달유닛(11)으로부터 전달되는 동력을 이용해 틸트업/다운 및 텔레스코픽 이송을 구현하도록 상기 MDPS ECU(70)로 제어되는 틸트·텔레작동유닛(20)으로 구성되어진다.

도 3은 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 다기능구현장치 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 모터동력절환유닛(3)은 MDPS ECU(70)로 제어되고 MDPS 모터(2)의 모터축(2a)을 통해 직접회전되지 않도록 결합되어진 솔레노이드(5)와, 상기 솔레노이드(5)에 결합되고 둘레에 기어이를 형성한 전달기어(6)와, 상기 모터축(2a)을 통해 직접회전되고 상하로 이동되는 이동회전판(8)과, 상기 이동회전판(8)을 상기 전달기어(6)로부터 밀어내도록 탄성력을 가하는 탄성부재(7)와, 조타력을 어시스트하는 웜휠기어(10a)에 맞물리는 웜기어(10)를 형성한 웜기어축(4)에 고정되어진 고정회전판(9)으로 구성되어진다.

상기 솔레노이드(5)는 전류공급으로 자화되는 전자석코일로 작용하며, 상기 전달기어(6)는 이동회전판(8)을 잡아당기도록 솔레노이드(5)에서 형성되어진 자기력으로 자화되어진다.

상기 자기력은 탄성부재(7)의 탄성력을 이겨내고 잡아당긴 이동회전판(8)을 전달기어(6)와 고정시킬 수 있는 충분한 크기로 형성되어진다.

상기 탄성부재(7)는 일단을 MDPS 모터(2)의 모터축(2a)에 고정하고 타단을 이동회전판(8)에 고정한 코일스프링으로 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 이동회전판(8)은 MDPS 모터(2)의 모터축(2a)의 끝부위를 중앙으로 결합하고 강재질로 이루어진 플레이트바디(8a)와, 상기 플레이트바디(8a)의 상면과 하면에 코팅되거나 덧씌워진 마찰재(8b)로 이루어진다.

상기 플레이트바디(8a)와 상기 모터축(2a)의 결합은 모터축(2a)의 회전토크를 전달받고 모터축(2a)을 따라 슬라이딩되도록 사각단면구조로 이루어지고, 상기 모터축(2a)의 사각단면형성구간(L)은 솔레노이드(5)에서 형성되는 자기력크기에 따라 정해진다.

상기 고정회전판(9)은 조타력을 어시스트하는 웜휠기어(10a)에 맞물리는 웜기어(10)를 형성한 웜기어축(4)에 일체로 형성되거나 또는 조립결합되는 별도 부품으로 이루어진다.

상기와 같이 모터동력절환유닛(3)은 솔레노이드(5)의 자기력으로 이동회전판(8)과 고정회전판(9)을 서로 연결 및 분리시켜줌으로써, 웜기어축(4)으로 전달되는 MDPS 모터(2)의 동력을 연결하거나 끊어주는 전자석클러치와 같이 작용되어진다.

도 3을 참조하면, 모터동력전달유닛(11)은 둘레에 기어이를 형성한 치합기어(12)와, 상기 치합기어(12)에 결합되지 않은 끝부위의 외주면에 기어이를 형성한 회전로드(13)와, 상기 회전로드(13)에 직교하도록 배열되어진 연동회전축(14)과, 상기 연동회전축(14)의 일단에 구비되어 상기 회전로드(13)의 기어이에 맞물리는 인터기어(15)와, 상기 인터기어(15)로부터 이격되어진 위치에서 상기 연동회전축(14)에 구비되어진 출력기어(16)로 구성된다.

상기 회전로드(13)는 웜기어타입이고 상기 인터기어(15)는 웜휠기어타입으로 이루어진다.

상기와 같이 모터동력전달유닛(11)은 솔레노이드(5)의 전류공급시 웜기어축(4)과 끊어진 MDPS 모터(2)의 동력을 빼내어 전달하는 작용을 하게 된다.

도 3을 참조하면, 틸트·텔레작동유닛(20)은 전자클러치(30)와, MDPS 모터(2)의 동력을 전달받은 모터동력전달유닛(11)으로 회전되고 상기 전자클러치(30)의 작용으로 슬라이딩 이동되는 동력연결기(40)와, 상기 동력연결기(40)의 슬라이딩 이동방향에 따라 결합되어 동력연결기(40)와 함께 회전되는 틸트·텔레축으로 구성된다.

상기 전자클러치(30)는 공급전류방향으로 극성을 전환시키는 전자석코일(31)과, 상기 전자석코일(31)의 극성으로 잡아당겨지는 인력을 형성하고 밀어내어지는 척력을 형성하는 자석(32)으로 구성된다.

이를 위해 상기 자석(32)은 하나의 극(N극이나 S극)으로 정해지고, 상기 전자석코일(31)에는 정방향 전류(N극생성)와 역방향 전류(S극생성)가 공급되어진다.

상기 동력연결기(40)는 양쪽 끝부위로 플랜지를 형성한 중공파이프 타입의 슬라이딩중공축(42)과, 상기 슬라이딩중공축(42)에 고정되어 슬라이딩중공축(42)을 회전시키는 회전기어(41)로 구성된다.

상기 회전기어(41)의 한쪽 측면에는 자석(32)이 고정되고, 상기 자석(32)이 전자석코일(31)의 극에 의한 척력으로 밀려나고 인력으로 잡아당겨짐으로써 슬라이딩중공축(42)을 이동시키게 된다.

상기 슬라이딩중공축(42)의 양쪽 끝부위로 형성되어진 플랜지에는 접촉마찰력을 높이기 위한 마찰구조나 마찰재가 구비되어진다.

상기 틸트·텔레축은 틸트기구(51)를 작동시키는 스크류타입 틸트축(50)과, 텔레기구(61)를 작동시키는 스크류타입 텔레스코픽축(60)으로 구성된다.

상기 틸트축(50)은 외주면으로 스크류를 형성한 중공파이프 타입이고 한쪽 끝으로 플랜지를 갖추어 슬라이딩중공축(42)과 일직선으로 배열되고, 상기 텔레스코픽축(60)은 외주면으로 스크류를 형성한 봉 타입이고 한쪽끝으로 플랜지를 갖추어 슬라이딩중공축(42)에서 틸트축(50)쪽으로 관통되어진다.

상기 틸트축(50)과 상기 텔레스코픽축(60)의 플랜지에는 접촉마찰력을 높이기 위한 마찰구조나 마찰재가 구비되어진다.

상기 틸트기구(51)는 틸트축(50)의 회전으로 잡아당겨지거나 밀려나 컬럼튜브(1)를 틸트업 및 다운시키도록 구성되는데, 이는 통상적인 틸트업 및 다운 구조와 동일하다.

상기 텔레기구(61)는 텔레스코픽축(60)의 회전으로 잡아당겨지거나 밀려나 컬럼튜브(1)를 텔레스코픽 이송시키도록 구성되는데, 이는 통상적인 텔레스코픽 이송 구조와 동일하다.

도 5는 본 실시예에 따른 통합형 MDPS ECU의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS ECU(70)는 로직을 처리하는 프로세서인 메인MCU(71)와, 메모리(72)와, 센서(80)와 캔(CAN)통신하는 센서인터페이스(73)와, MDPS 모터(2)를 제어하는 모터구동부(74)와, 솔레노이드(5)와 전자클러치(30)를 제어하는 클러치제어부(75)와, 상기 메인MCU(71)를 보조하는 프로세서인 보조MCU(78)로 구성된다.

이와 더불어 상기 MDPS ECU(70)에는 공급전압을 조정하는 레귤레이터(76)와, 페일-세이프(Fail-Safe)를 위한 릴레이(77)등이 더 구비되어진다.

상기와 같이 MDPS ECU(70)는 메인MCU(71)에 솔레노이드(5)와 전자클러치(30)를 제어하는 클러치제어부(75)를 작동시키는 제어로직을 추가함으로써, 조타력을 어시스트하거나 틸트 및 텔레스코픽 작동을 수행하기 위한 MDPS모터(2)의 동력전달경로를 절환시킬 수 있게 된다.

상기 센서(80)는 MDPS ECU(70)와 캔(CAN)통신하는 MDPS모터(2)의 토크센서와 각도센서를 포함한다.

도 6은 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 조타력으로 이용하는 작동도를 나타낸다.

도시된 바와 같이 모터동력절환유닛(3)의 미작동으로 MDPS 모터(2)와 웜기어축(4)이 동력전달되도록 서로 연결됨으로써, MDPS 모터(2)의 동력이 모두 조타력을 어시스트하도록 전용되어진 상태이다.

즉, 모터동력절환유닛(3)의 미작동상태에선 MDPS ECU(70)의 전류차단으로 솔레노이드(5)가 자기력을 생성하지 못하게 되고, 자기력 구속으로부터 해제된 이동회전판(8)은 탄성부재(7)의 탄성력으로 밀려나 고정회전판(9)에 밀착고정되어진다.

이러한 상태가 되면, MDPS 모터(2)의 동력은 모터축(2a)에 결합된 이동회전판(8)을 거쳐 고정회전판(9)으로 전달되고, 상기 고정회전판(9)은 이에 고정된 웜기어축(4)과 함께 회전되어진다.

상기 웜기어축(4)의 회전은 웜기어축(4)의 웜기어(10a)에 맞물린 웜휠기어(10b)로 전달되고, 상기 웜휠기어(10b)의 회전은 웜휠기어(10b)를 고정한 조향축(1a)으로 전달됨으로써 MDPS 모터(2)의 동력으로 조타력을 어시스트하게 된다.

도 7은 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 틸트와 텔레스코픽 작동력으로 절환시키는 작동도를 나타낸다.

도시된 바와 같이 모터동력절환유닛(3)의 작동으로 MDPS 모터(2)와 웜기어축(4)이 동력단절되도록 서로 분리됨으로써, MDPS 모터(2)의 동력이 틸트 및 텔레스코픽 작동을 수행하기 위한 동력으로 모두 전용되어진 상태이다.

즉, 모터동력절환유닛(3)의 작동상태에선 MDPS ECU(70)의 전류공급으로 솔레노이드(5)에서 생성된 자기력이 생성되고, 솔레노이드(5)의 자기력으로 잡아당겨지는 이동회전판(8)은 탄성부재(7)를 압축하면서 전달기어(6)에 밀착고정되어진다.

이때, 고정회전판(9)은 MDPS 모터(2)의 동력을 전달받지 못하도록 이동회전판(8)과 완전히 분리됨으로써, 상기 고정회전판(9)에 고정된 웜기어축(4)은 회전되지 않는 상태가 된다.

이러한 상태가 되면, MDPS 모터(2)의 동력은 모터축(2a)에 결합된 이동회전판(8)을 거쳐 전달기어(6)로 전달되고, 상기 전달기어(6)를 통해 모터동력전달유닛(11)이 구동됨으로써 조타력을 어시스트하던 MDPS 모터(2)의 동력을 틸트 및 텔레스코픽 작동동력으로 모두 절환시키게 된다.

즉, MDPS 모터(2)의 동력은 전달기어(6)에 맞물려 회전되는 치합기어(12)로 전달되고, 상기 치합기어(12)는 이에 고정된 회전로드(13)를 회전시키게 되고, 상기 회전로드(13)의 회전으로 회전로드(13)의 기어이에 맞물린 인터기어(15)가 회전되어진다.

상기 인터기어(15)의 회전은 인터기어(15)를 고정한 연동회전축(14)을 회전시키고, 상기 연동회전축(14)의 회전으로 연동회전축(14)에 고정된 출력기어(16)도 함께 회전되어진다.

상기와 같은 연동회전축(14)의 회전력은 틸트·텔레작동유닛(20)으로 전달되고, 상기 틸트·텔레작동유닛(20)에 전달되어지는 동력은 MDPS ECU(70)로 제어되는 전자클러치(30)의 작동방향에 따라 틸트 업 및 다운을 위한 동력이나 텔레스코픽 이송을 위한 동력으로 절환되어진다.

도 8은 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 이용한 틸트작동도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 동력연결기(40)는 모터동력전달유닛(11)을 통해 MDPS 모터(2)의 동력을 전달받은 상태이므로 출력기어(16)를 통해 회전기어(41)가 회전되고, 상기 회전기어(41)를 고정한 슬라이딩중공축(42)도 함께 회전되는 상태이다.

상기와 같은 상태에서 MDPS ECU(70)가 전자클러치(30)에 정방향 전류를 공급해 N극인 자석(32)과 같은 극인 N극을 전자석코일(31)에 형성시켜주면, 상기 동력연결기(40)는 틸트 업 및 다운을 위한 틸트축(50)과 결합되어진다.

즉, 상기 자석(32)과 동일한 N극을 형성한 전자석코일(31)이 척력으로 자석(32)과 함께 회전기어(41)를 밀어내고, 상기 회전기어(41)의 밀림으로 이를 고정한 슬라이딩중공축(42)이 동일한 방향(도 8의 우측방향)으로 이동됨으로써 틸트축(50)과 결합되어진다.

상기 슬라이딩중공축(42)과 틸트축(50)은 서로 플랜지로 밀착고정(Ka)되고, 밀착된 상태에선 상기 플랜지의 면에 형성된 마찰구조나 마찰재의 작용으로 강한 고정력을 형성하게 된다.

이에 따라 상기 틸트축(50)은 슬라이딩중공축(42)과 함께 그 자리에서 회전되고, 상기 틸트축(50)의 회전으로 틸트축(50)과 스크류결합되어진 틸트기구(51)가 컬럼튜브(1)를 틸트업 및 다운시켜주게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 통합형 전동조향장치의 MDPS 모터동력을 이용한 텔레스코픽작동도를 나타낸다.

상기와 같은 상태에서 MDPS ECU(70)가 전자클러치(30)에 역방향 전류를 공급해 N극인 자석(32)에 반해 전자석코일(31)에 S극을 형성시켜주면, 상기 동력연결기(40)는 텔레스코픽 이송을 위한 텔레축(60)과 결합되어진다.

즉, 상기 자석(32)의 N극에 반하는 S극을 형성한 전자석코일(31)이 척력으로 자석(32)과 함께 회전기어(41)를 잡아당기고, 상기 회전기어(41)의 당겨짐으로 이를 고정한 슬라이딩중공축(42)이 동일한 방향(도 9의 좌측방향)으로 이동됨으로써 텔레축(60)과 결합되어진다.

상기 슬라이딩중공축(42)과 텔레축(60)은 서로 플랜지로 밀착고정(Kb)되고, 밀착된 상태에선 상기 플랜지의 면에 형성된 마찰구조나 마찰재의 작용으로 강한 고정력을 형성하게 된다.

이에 따라 상기 텔레축(60)은 슬라이딩중공축(42)과 함께 그 자리에서 회전되고, 상기 텔레축(60)의 회전으로 텔레축(60)과 스크류결합되어진 텔레기구(61)가 컬럼튜브(1)를 텔레스코픽 이송시켜주게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치인 u-MDPS(United type Motor Driven Power Steering)는 1개의 MDPS ECU(70)를 이용해 1개의 MDPS 모터(2)의 동력전달경로를 절환되도록 제어함으로써, MDPS의 패키지 자유도를 높이고 중량과 비용을 낮추며, 특히 전자석 클러치를 적용해 1개뿐인 MDPS 모터(2)의 잠김시 매뉴얼모드 전환으로 페일-세이프(Fail-Safety)기능도 구현될 수 있게 된다.

도 10은 본 실시예에 따른 통합형 전동조향장치에 적용되어진 틸트기구(51)를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 틸트기구(51)는 틸트축(50)을 통한 회전으로 밀려나거나 당겨지는 너트로드(52)와, 한쪽끝을 상기 너트로드(52)와 컬럼튜브(1)에 연결시킨 연결로드(53)와, 한쪽 끝을 컬럼튜브(1)에 그 반대쪽 끝을 상기 연결로드(53)에 각각 연결하고 차체로 체결되어진 컬럼브래킷(54)으로 구성된다.

상기 컬럼브래킷(54)과 상기 컬럼튜브(1)의 연결부위는 제1힌지축(55)으로 연결되고, 상기 컬럼브래킷(54)과 상기 연결로드(53)의 연결부위는 제2힌지축(56)으로 연결되며, 상기 연결로드(53)와 너트로드(52) 및 컬럼튜브(1)의 연결부위는 제3힌지축(57)으로 연결되어진다.

상기 제1힌지축(55)은 고정점으로 작용하고, 상기 제2힌지축(56)은 회전반경(R)의 중심점으로 작용하며, 상기 제3힌지축(57)은 이동점으로 작용되어진다.

상기와 같이 너트로드(52)와 연결로드(53) 및 컬럼브래킷(54)과 컬럼튜브(1)를 제1·2·3힌지축(55,56,57)으로 힌지체결함으로써, 본 실시예에 따른 틸트기구(51)는 3점 힌지링크 타입으로 구성되어진다.

이러한 3점 힌지링크 타입은 본 실시예에 따른 통합형 전동장치에 적용될 수 있는 틸트기구의 한 예이며, 실제적으로는 다양한 구조를 갖는 틸트기구가 적용되어진다.

도 11은 틸트업시 본 실시예에 따른 틸트기구(51)의 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS 모터(2)의 회전동력을 모터동력전달유닛(11)을 거쳐 전달받은 틸트·텔레작동유닛(20)이 틸트업 움직임을 위해 틸트축(50)을 회전시키게 되면, 상기 틸트축(50)의 회전으로 틸트기구(51)가 틸트축(50)쪽으로 당겨짐으로써 틸트업 움직임을 구현하게 된다.

즉, 너트로드(52)에 제3힌지축(57)으로 연결되어진 연결로드(53)가 틸트축(50)쪽으로 당겨진 너트로드(52)와 함께 잡아당겨지면, 상기 연결로드(53)는 컬럼브래킷(54)과 연결된 제2힌지축(56)을 회전반경(R)의 중심점으로 하여 시계방향으로 회전되는 궤적을 그리게 된다.

상기 연결로드(53)의 시계방향회전이 이루어질 때, 상기 연결로드(53)의 제2힌지축(56)은 컬럼브래킷(54)에 고정되어 이동되지 않는 반면 상기 연결로드(53)의 제3힌지축(57)은 시계방향 회전궤적을 따라 위쪽으로 올라가는 움직임을 일으키게 된다.

이러한 과정에서 컬럼튜브(1)는 상기 제3힌지축(57)의 위쪽방향 움직임을 따라 함께 위로 올라감으로써 틸트업 되어진다.

이때, 상기 컬럼브래킷(54)과 컬럼튜브(1)의 제1힌지축(55)은 컬럼튜브(1)의 틸트업을 위한 고정점으로 작용되어진다.

도 12는 틸트다운시 본 실시예에 따른 틸트기구(51)의 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS 모터(2)의 회전동력을 모터동력전달유닛(11)을 거쳐 전달받은 틸트·텔레작동유닛(20)이 틸트다운 움직임을 위해 틸트축(50)을 역회전시키게 되면, 상기 틸트축(50)의 역회전으로 틸트기구(51)가 틸트축(50)으로부터 밀려남으로써 틸트다운 움직임을 구현하게 된다.

즉, 너트로드(52)에 제3힌지축(57)으로 연결되어진 연결로드(53)가 틸트축(50)으로부터 밀려난 너트로드(52)와 함께 밀려나면, 상기 연결로드(53)는 컬럼브래킷(54)과 연결된 제2힌지축(56)을 회전반경(R)의 중심점으로 하여 반시계방향으로 회전되는 궤적을 그리게 된다.

상기 연결로드(53)의 반시계방향회전이 이루어질 때, 상기 연결로드(53)의 제2힌지축(56)은 컬럼브래킷(54)에 고정되어 이동되지 않는 반면 상기 연결로드(53)의 제3힌지축(57)은 반시계방향 회전궤적을 따라 아래쪽으로 내려가는 움직임을 일으키게 된다.

이러한 과정에서 컬럼튜브(1)는 상기 제3힌지축(57)의 아래쪽방향 움직임을 따라 함께 아래로 내려감으로써 틸트다운 되어진다.

이때, 상기 컬럼브래킷(54)과 컬럼튜브(1)의 제1힌지축(55)은 컬럼튜브(1)의 틸트다운을 위한 고정점으로 작용되어진다.

상기와 같은 본 실시예에 적용되어진 3점 링크 타입 틸트기구(51)는 틸트업 및 틸트다운 움직임을 간단한 구조를 통해 구현할 수 있고, 구조의 단순화로 중량 및 원가 상승을 최소화하면서 작동시 NVH도 줄일 수 있게 된다.

1 : 컬럼튜브 1a : 조향축
2 : MDPS 모터(Motor for Motor Driven Power Steering)
2a : 모터축
3 : 모터동력절환유닛 4 : 웜기어축
5 : 솔레노이드
6 : 전달기어 7 : 탄성부재
8 : 이동회전판 8a : 플레이트바디
8b : 마찰재 9 : 고정회전판
10 : 웜기어 10a : 웜휠기어
11 : 모터동력전달유닛 12 : 치합기어
13 : 회전로드 14 : 연동회전축
15 : 인터기어 16 : 출력기어
20 : 틸트·텔레작동유닛
30 : 전자클러치 31 : 전자석코일
32 : 자석 40 : 동력연결기
41 : 회전기어 42 : 슬라이딩중공축
50 : 틸트축 51 : 틸트기구
52 : 너트로드 53 : 연결로드
54 : 컬럼브래킷 55,56,57 : 제1·2·3힌지축
60 : 텔레스코픽축 61 : 텔레기구
70 : MDPS ECU 71 : 메인MCU
72 : 메모리 73 : 센서인터페이스
74 : 모터구동부 75 : 클러치제어부
76 : 레귤레이터 77 : 릴레이
78 : 보조MCU 80 : 센서

Claims

회전동력을 발생시키는 1개의 MDPS 모터와;
상기 MDPS 모터의 동력전달경로를 조타력 어시스트를 위한 조타경로와 컬럼튜브의 틸트 업/다운을 위한 틸트경로 및 컬럼튜브의 텔레스코픽 이송을 위한 텔레경로로 절환시키는 제어로직을 갖추고, 상기 MDPS모터의 토크센서 및 각도센서와 캔(CAN)통신하는 1개의 MDPS ECU와;
상기 MDPS ECU의 제어로 상기 조타경로로 전달되는 상기 MDPS 모터의 회전동력을 분리시키는 모터동력절환유닛과, 상기 모터동력절환유닛으로부터 상기 MDPS 모터의 회전동력을 전달받는 모터동력전달유닛과, 상기 MDPS ECU의 제어로 상기 모터동력전달유닛으로부터 전달되는 동력을 상기 틸트경로와 상기 텔레경로로 각각 절환시키는 틸트·텔레작동유닛으로 이루어진 다기능구현장치; 를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 조타경로는 상기 MDPS ECU에 의해 상기 다기능구현장치가 작동되지 않을 때 상기 MDPS 모터의 회전동력을 웜기어에 맞물린 조향축의 웜휠기어로 전달하는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 모터동력절환유닛은 상기 MDPS ECU에 의해 전류공급이 제어되고 상기 MDPS 모터의 모터축을 통해 직접회전되지 않도록 결합되어진 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 결합되어진 전달기어와, 상기 모터축을 통해 직접회전되고 상하로 이동되는 이동회전판과, 상기 이동회전판을 상기 전달기어로부터 밀어내도록 탄성력을 가하는 탄성부재와, 조향축과 결합된 웜휠기어를 회전시키는 웜기어축을 갖춘 고정회전판으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 4에 있어서, 상기 솔레노이드는 전류공급으로 자화되는 전자석코일타입인 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 4에 있어서, 상기 이동회전판의 상면과 하면에는 마찰력을 강화시키는 마찰재가 구비되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 4에 있어서, 상기 이동회전판은 상기 MDPS 모터의 모터축과 사각단면구조로 결합되고, 상기 모터축(2a)의 사각단면형성 부위를 따라 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 모터동력전달유닛은 치합기어와, 상기 치합기어에 결합되고 끝부위의 외주면에 기어이를 형성한 회전로드와, 상기 회전로드에 직교하도록 배열되어진 연동회전축과, 상기 회전로드의 기어이에 맞물리도록 상기 연동회전축의 일단에 구비되어진 인터기어와, 상기 인터기어로부터 이격되어진 위치에서 상기 연동회전축에 구비되어진 출력기어로 구성되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 8에 있어서, 상기 회전로드는 웜기어타입이고 상기 인터기어는 웜휠기어타입인 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 틸트·텔레작동유닛은 상기 MDPS ECU에 의해 전류공급방향이 제어되어 인력과 척력을 생성하는 전자클러치와, 상기 전자클러치의 인력과 척력에 의해 좌우방향으로 슬라이딩 이동되는 동력연결기와, 상기 동력연결기의 한쪽 방향 슬라이딩 이동으로 상기 틸트경로를 형성하는 틸트기구를 작동시키는 틸트축과, 상기 동력연결기의 반대쪽 방향 슬라이딩 이동으로 상기 텔레경로를 형성하는 텔레기구를 작동시키는 텔레스코픽축으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 10에 있어서, 상기 동력연결기는 상기 전자클러치의 전자석코일의 N극에 대해 척력을 형성하고 S극에 대해 인력을 형성하는 자석으로부터 힘을 받는 회전기어와; 상기 자석으로부터 받는 힘으로 상기 회전기어와 함께 한쪽 방향으로 슬라이딩 이동되어 상기 틸트축과 마찰고정되고, 반대쪽 방향으로 슬라이딩 이동되어 상기 텔레스코픽축과 마찰고정되는 중공 파이프타입 슬라이딩중공축;으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 11에 있어서, 상기 틸트축은 외주면으로 스크류를 형성한 중공파이프 타입으로 상기 슬라이딩중공축과 일직선으로 배열되고, 상기 텔레스코픽축은 외주면으로 스크류를 형성한 봉 타입으로 상기 슬라이딩중공축에 끼워져 상기 틸트축을 관통하는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 12에 있어서, 상기 슬라이딩중공축과 상기 틸트축은 접촉마찰력을 형성하는 플랜지로 밀착되고, 상기 슬라이딩중공축과 상기 텔레스코픽축은 접촉마찰력을 형성하는 플랜지로 밀착되는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 10에 있어서, 상기 틸트기구는 3점 힌지링크를 이용해 상기 컬럼튜브를 틸트업 및 다운시키는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 14에 있어서, 상기 틸트기구는 상기 틸트축에 결합되어진 너트로드와, 상기 너트로드에 구비된 제3힌지축으로 한쪽끝을 상기 너트로드와 컬럼튜브에 연결하고 그 반대쪽끝에 제2힌지축을 구비한 연결로드와, 한쪽부위를 상기 제2힌지축으로 체결하고 다른쪽부위를 상기 컬럼튜브에 결합되어진 제1힌지축으로 체결한 컬럼브래킷으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.
청구항 15에 있어서, 상기 제1힌지축은 고정점으로 작용하고, 상기 제2힌지축은 회전반경의 중심점으로 작용하며, 상기 제3힌지축은 이동점으로 작용되는 것을 특징으로 하는 통합형 전동조향장치.