KR101405630B1

KR101405630B1 - 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치

Info

Publication number: KR101405630B1
Application number: KR1020080030547A
Authority: KR
Inventors: 최영민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR20090105221A

Abstract

본 발명은 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치에 관한 것으로, 웜휠(30)의 내부에 전자석(20)이 구비되고, 기어이(35) 사이에는 상기 전자석(20)에 의해 반경방향 외측으로 밀려져 기어이(35) 사이로 돌출되는 가동기어이(40)가 구비된다. 상기 가동기어이(40)는 영구자석으로 제작된다.

따라서, 주차 및 정지중 최대 조향시에 웜휠(30)의 크기를 증가시켜 감속비를 증대시킴으로써 전동파워스티어링 시스템의 출력을 증강시킬 수 있게 되고, 이에 주차 및 정지중 최대 조향시 무거운 느낌 없이 스티어링휠을 용이하게 조작할 수 있게 된다.

전동파워스티어링 시스템, 감속기

Description

전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치{a variable reducer of motor driven power steering system}

본 발명은 자동차의 전동파워스티어링 시스템에 관한 것으로 특히 감속비를 가변시켜 주차 및 정지중 최대 조향 조작을 용이하게 실시할 수 있도록 된 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치에 관한 것이다.

전동파워스티어링 시스템(motor driven power steering system; 이하, MDPS시스템이라 칭함)은 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링컬럼(1)에 모터(2)와, 감속기(3)와, 제어유니트(4)를 갖추어 이루어진 것으로, 센서를 통해 감지한 스티어링휠의 조향상태와 그 때의 차속을 고려하여 상기 제어유니트(4)가 모터(2)의 작동을 제어함으로써 적절한 조향 보조력이 발생할 수 있도록 된 것으로, 기존 유압식 파워스티어링에 비해 성능이 뛰어날 뿐 아니라 부품 수 감소 및 경량화를 통해 연비 개선효과가 우수하여 적용량이 증가하고 있다.

상기 감속기(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모터(2)의 회전축에 연결된 웜(3a)과 스티어링샤프트(1a)에 장착된 웜휠(3b)로 이루어진다. 따라서, 웜(3a)과 웜휠(3b) 사이의 기어비에 따른 감속이 이루어지도록 되어 있다.

상기 MDPS시스템의 랙추력은 운전자의 조향토크(T^driver)와 MDPS시스템에서 발생되는 출력(T^MDPS)의 합에 비례하며, MDPS시스템에서 발생하는 출력(T^MDPS)은 모터상수(Kt)와 상기 감속기(3)의 감속비에 비례한다.

한편, 차량을 주차시킬 때와 같은 정지상태의 조향시 스티어링휠 최대 조작 영역에서는 스티어링휠의 조작에 힘이 많이 들게 되는데(무거워짐) 이는 MDPS시스템의 출력(T^MDPS)이 부족하여 발생하는 현상으로 주로 모터(2)의 출력을 증대시킴으로써 해결하고 있다.

그러나, 모터(2)의 출력 증대는 모터의 성능을 개선하거나 보다 큰 용량의 다른 모터를 사용해야만 하는 것이므로 개발비용이 많이 들고 레이아웃을 변경해야 하는 등의 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 모터의 출력을 증대시킬 필요 없이 정지시 최대 조향 영역에서 감속비를 증가시켜 MDPS시스템의 출력(T^MDPS)을 증대시킴으로써, 레이아웃 변경이나 개발비용의 증가 문제 없이, 정지시 최대 조향 영역에서도 스티어링휠을 용이하게 조작할 수 있도록 된 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

스티어링샤프트에 일체로 장착된 전자석과,

상기 전자석에 일체로 장착되는 웜휠과,

상기 웜휠의 기어이 사이마다 삽입되어 반경방향으로 이동가능하고 영구자석으로 제작된 가동기어이 및,

상기 웜휠에 치합되는 웜을 포함한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 상기 전자석의 자화 극성을 변환하여 웜휠에 설치된 가동기어이를 웜휠의 반경방향으로 돌출시키거나 원래의 위치로 복귀시킬 수 있게 됨으로써 웜휠의 외경 크기를 조절할 수 있게 된다.

따라서, 주차 및 정지시의 최대 조향의 경우에 상기 웜휠의 외경을 확장하여 감속비를 증가시킴으로써 MDPS시스템의 출력을 증대시켜 최대 조향시의 무거움을 해소하고 보다 용이하게 스티어링휠을 조작할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 MDPS시스템의 감속장치 구성도로서, 본 발명은 스티어링샤프트(10)에 일체로 장착된 전자석(20)과, 상기 전자석(20)에 일체로 장착되는 웜휠(30)과, 상기 웜휠(30)의 기어이(35) 사이마다 삽입되어 반경방향으로 이동가능하고 영구자석으로 제작된 가동기어이(40)를 포함한다.

스티어링샤프트(10)와 전자석(20), 그리고 전자석(20)과 웜휠(30)의 사이는 키이 또는 스플라인 구조를 적용하여 회전방향으로 일체화되도록 상호 결합할 수 있다.

상기 웜휠(30)에는 MDPS시스템의 모터축에 연결된 웜(100)이 치합된다.

따라서, 운전자의 스티어링휠 조작 상태에 따라 제어유니트가 모터를 작동시켜 웜(100)을 통해 웜휠(30)을 회전시킴으로써 일체로 고정된 전자석(20)을 매개로 스티어링샤프트(10)로 모터 출력이 전달되어 조향 보조력이 작용할 수 있다.

또한, 상기 전자석(20)은 영구자석으로 제작된 상기 가동기어이(40)의 반경방향 내측 단부에 대향되는 외주면이 가동기어이(40)의 내측 단부와 동일한 극성 또는 반대 극성으로 자화되도록 되어 있는데, 이로써 상기 전자석(20)이 가동기어이(40)와 동일 극성으로 자화되면 전자석(20)과 가동기어이(40)의 사이에 척력이 작용하여 상기 가동기어이(40)가 반경방향 외측으로 밀려나게 되고, 반대로 반대 극성으로 자화되면 전자석(20)과 가동기어이(40)의 사이에 인력이 작용하여 상기 가동기어이(40)가 반경방향 내측으로 당겨지게 된다.

따라서, 가동기어이(40)가 반경방향 외측으로 밀려나서 웜휠(30)의 직경이 증가되면 웜(100)과 웜휠(30) 사이의 감속비가 증가하게 되어 동일한 모터 출력에 의해서도 상기 웜휠(30)이 용이하게 회전됨으로써 운전자의 스티어링휠 조작력이 감소하게 된다.

상기 전자석(20)은 전원(50)으로부터 전류를 공급받아 자화되는데, 전자석(20)과 전원(50) 사이에는 가동기어이(40)와 동일 극성으로 자화되도록 전류를 공급하는 작동전류공급회로(110)와 반대 극성으로 자화되도록 전류를 공급하는 리턴전류공급회로(120)가 개별적으로 구성된다.

상기 각 작동전류공급회로(110)와 리턴전류공급회로(120)에는 각각 릴레이스위치(60,65)가 설치되며, 그 릴레이스위치(60,65)들은 MDPS시스템의 제어유니트(90)에 의해 on/off 제어된다.

또한, 상기 제어유니트(90)는 차속센서(70)와 스티어링휠 토크센서(80)로부터 지속적으로 측정 정보를 입력받아, 설정 조건에 따라 상기 릴레이스위치(60,65)들을 제어한다.

이제 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 작동을 설명한다.

상기 차속센서(70)와 토크센서(80)로부터 입력된 정보가 미리 설정된 조건 예를 들어, 차속이 10km/h 미만이고 스티어링휠 조작토크가 2.5kgf·m를 초과한 경우(주차 및 정지시 최대 조향 조건에 해당됨)에 상기 제어유니트(90)는 작동전류공 급회로(110)의 릴레이스위치(60)를 on시켜 전자석(20)이 가동기어이(40)와 같은 극성으로 자화되도록 전류를 공급한다.

따라서, 상기 가동기어이(40)가 도 4에 도시된 바와 같이, 각 기어이(35)의 사이에서 웜휠(30)의 반경방향 외측으로 이동하여 상기 기어이(35)보다 돌출된 위치에 있게 된다.(일정한 돌출량을 가지도록 하기 위해서 가동기어이(40) 돌출량을 제한하는 구조가 필요하나, 웜휠과 가동기어이 사이에 상호 걸림턱을 형성함으로써 간단히 구현 가능한 정도이므로 상세한 설명은 생략한다.)

이는 웜휠(30)의 외경이 증가한 것과 같아 웜(100)과 웜휠(30)간의 감속비가 증가됨으로써 모터 출력을 증가시키지 않고도 MDPS시스템의 출력을 증대시킬 수 있게 되어 주차 및 정지시 최대 조향 영역에서도 스티어링휠을 가볍게 조작할 수 있게 된다.

한편, 상기 설정 조건보다 차속이 증가하고 조향토크가 감소하여 주차 및 정지시의 최대 조향 조건에서 벗어나 일반 조향 조건으로 복귀하게 되면, 상기 제어유니트(90)는 작동전류공급회로(110)의 릴레이스위치(60)를 off시키고 리턴전류공급회로(120)의 릴레이스위치(65)를 on시켜서 상기 전자석(20)이 가동기어이(40)와 반대극성으로 자화되도록 전류를 공급한다.

따라서, 전자석(20)과 가동기어이(40) 사이에 인력이 작용하여 가동기어이(40)는 다시 도 3의 상태와 같은 초기 위치로 복귀하여 웜휠(35)의 기어이(35)가 웜(100)과 치합됨으로써 평상시의 감속비로 복귀하게 된다.

따라서, 일반 주행 조건에 적절한 조향 보조력이 작용하게 된다.

한편, 상기 가동기어이(40)가 반경방향 외측으로 이동하여 웜휠(30)의 크기가 커지게 되면 이에 접한 웜(100)이 원래의 위치에서 밀려지게 되는데, 이러한 웜(100) 및 웜(100)이 장착된 모터축의 변위를 수용할 수 있도록 상기 모터는 모터축이 틸트(tilt) 가능한 타입의 것이 사용된다.

또한, 이때 웜(100)과 웜휠(30)의 치합 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 상기 웜(100)의 모터 연결부 반대쪽 단부를 눌러주는 탄성가압부재(130)가 구비된다.

도 4에는 상기 탄성가압부재(130)로서 상기 모터 마운팅브라켓 등에 장착된 고정브라켓(140)에 일측 단부가 핀(150)을 매개로 고정되고 타측 단부는 자유로운 비구속 상태로 상기 고정브라켓(140) 면에 접촉되어 있는 상태의 판스프링이 예시되어 있다.

따라서, 웜(100)의 변위에 따라 상기 판스프링이 눌려지면서(이때 자유단부는 고정브라켓(140)의 표면에서 자유로이 슬라이딩 이동된다.) 항상 웜(100)을 웜휠(30) 쪽으로 눌러주게 되어 치합상태가 양호하게 유지된다.

상기 판스프링은 코일스프링 등 그 외의 다른 여러 가지 수단으로 대체될 수 있을 것이다.

또한, 상기 웜휠(30)과 웜(100)의 기어이의 형상을 안전율을 고려하여 치물림율이 최대가 되도록 설계함으로써 웜휠(30)의 크기 증가시에도 웜휠(30)과 웜(100)의 기어이 맞물림이 원활히 유지되도록 한다.

도 1은 MDPS시스템의 구성도,

도 2는 종래 MDPS시스템의 감속장치 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 MDPS시스템의 감속장치 구성도로서 작동 전 상태도,

도 4는 도 3의 작동 후 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 MDPS시스템 감속장치의 작동 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 스티어링샤프트 20 : 전자석

30 : 웜휠 35 : 기어이

40 : 가동기어이 50 : 전원

60,65 : 릴레이스위치 70 : 차속센서

80 : 토크센서 90 : 제어유니트

100 : 웜 110 : 작동전류공급회로

120 : 리턴전류공급회로 130 : 탄성가압부재

140 : 고정브라켓 150 : 핀

Claims

스티어링샤프트(10)에 일체로 장착된 전자석(20)과,

상기 전자석(20)에 일체로 장착되는 웜휠(30)과,

상기 웜휠(30)의 기어이(35) 사이마다 삽입되어 반경방향으로 이동가능하고 영구자석으로 제작된 가동기어이(40) 및,

상기 웜휠(30)에 치합되는 웜(100)

을 포함하는 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전자석(20)과 전원(50) 사이에, 전자석(20)을 가동기어이(40)와 동일 극성으로 자화되도록 전류를 공급하는 작동전류공급회로(110)와 반대 극성으로 자화되도록 전류를 공급하는 리턴전류공급회로(120)가 각각 구성되고, 상기 작동전류공급회로(110)와 리턴전류공급회로(120)에 각각 릴레이스위치(60,65)가 설치되며, 상기 릴레이스위치(60,65)들은 MDPS시스템의 제어유니트(90)에 의해 on/off 제어되는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제어유니트(90)는 차속센서(70)와 토크센서(80)로부터 정보를 입력받아 설정조건과 비교하여 정지 및 주차시 최대 조향중인 경우로 판단되면 상기 작동전류공급회로(110)의 릴레이스위치(60)를 on시키고, 일반 조향 중인 경우로 판단되면 상기 리턴전류공급회로(120)의 릴레이스위치(65)를 on시키는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치.
청구항 1에 있어서, 상기 웜(100)에 연결되는 모터는 모터축이 틸트 가능한 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치.
청구항 1에 있어서, 상기 웜(100)에 연결된 모터의 마운팅브라켓에 고정브라켓(140)이 장착되고, 그 고정브라켓(140)에 일측 단부가 핀(150)을 매개로 고정되고 타측 단부는 상기 고정브라켓(140) 면에 단순 접촉된 판스프링으로 이루어진 탄성가압부재(130)가 구비된 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링 시스템의 가변 감속장치.