KR101417092B1

KR101417092B1 - 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구

Info

Publication number: KR101417092B1
Application number: KR1020080075944A
Authority: KR
Inventors: 유건모
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR20100015057A

Abstract

본 발명은 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구에 관한 것으로, 조향모터(16)의 동력이 제1,2이동부재(23,24)의 직선이동과 링크조립체(30)의 직선이동을 통해 타이로드(5)로 전달되는 구성이므로, 조향모터(16)의 동력을 타이로드(5)로 전달되는 과정에서 동력손실을 최소화시킬 수 있게 되고, 이로 인해 출력이 작은 소용량의 모터를 상기 조향모터(16)로 사용하더라도 안정적인 조향이 가능해짐으로써, 원가를 크게 절감시킬 수 있도록 된 것이다.

독립, 스티어 바이 와이어, SWB, 조향기구, 동력 손실

Description

좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구{Steering mechanism of independent steer by wire system}

본 발명은 조향모터의 동력을 최대한 손실없이 타이로드로 전달할 수 있도록 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량의 스티어링은 차량의 진행방향을 운전자가 선택하여 조작하는 장치로서 운전자가 직접 조작하는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 조작방향 및 조작력을 차륜에 전달하는 조향기구 등을 구비한다.

운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워스티어링이 개발되어 적용되고 있는데, 상기 파워스티어링은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 개발되어 적용되었다.

최근에는 스티어링 휠과 차륜사이의 스티어링 칼럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire; 이하 'SBW'라 함) 시스템이 개발되어 적용되고 있다.

특히, 좌우 독립형 SBW 시스템은 좌륜 조향장치와 우륜 조향장치사이에 기계적 연결이 없이 서로 독립적으로 작동하는 시스템으로, 부품과 중량 감소의 이점과 필요시에만 좌륜의 조향모터나 또는 우륜의 조향모터를 선택적으로 구동하여 연비가 향상되도록 하는 장점이 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 좌우 독립형 SBW 시스템의 개략적인 구성이 도시되어 있는 바, 운전자에 의한 스티어링 휠(1)의 조작력을 보조하기 위해 스티어링 칼럼(2)에는 반력모터(3)가 설치되어 있고, 좌우측의 차륜(4)은 서로 분리되어 독립되면서 타이로드(5)를 통해 각각의 조향기구와 연결되어 있다.

상기 조향기구는, 상기 타이로드(5)와 연결된 기역(ㄱ)자형 제1링크(6)와, 상기 제1링크(6)와 연결된 일자형 제2링크(7)와, 상기 제2링크(7)와 모터축(8a)을 통해 연결된 조향모터(8)로 구성된다.

여기서, 상기 좌우측의 차륜(4)과 상기 타이로드(5)의 연결, 상기 타이로드(5)와 상기 제1링크(6)의 연결, 상기 제1링크(6)와 상기 제2링크(7)의 연결, 상기 제2링크(7)와 상기 모터축(8a)의 연결은 각각 동력전달이 가능하고 상대 회전이 가능한 조인트(11,12,13,14)을 통해 연결된다.

또한, 상기 제1링크(6)의 중간 절곡부는 상기 제1링크(6)의 회전이 가능하도록 차체에 고정되는 회전중심축(15)이 결합된다.

그리고, 상기 반력모터(3)와 상기 조향모터(8)는 각각 SBW 컨트롤러(16)의 출력단에 접속되어, 상기 SBW 컨트롤러(16)로부터 인가되는 제어신호에 의해 선택적으로 구동하게 된다.

상기 SBW 컨트롤러(16)의 입력단에는 스티어링 휠(1)의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 감지센서와, 차속을 감지하는 차속센서와, 범프와 리바운드 양을 감지하는 범프 및 리바운드 감지센서와, 상기 타이로드(5)를 통해 입력되는 부하를 감지하는 로드셀과 같은 부하감지센서가 각각 접속되어 있는 바, 이에 따라 상기 SBW 컨트롤러(16)는 상기 센서들을 통해 유입되는 신호를 감지하여 내부에 프로그램된 로직에 따라 상기 반력모터(3)와 상기 조향모터(8)의 구동을 제어하게 된다.

한편, 상기 조향모터(8)는 각각 두 개씩 구비되는데, 이는 두 개의 조향모터(8) 중 어느 하나가 작동 불능이 될 경우 다른 하나가 작동함으로써 페일 세이프(fail safe)의 기능을 구현할 수 있도록 하기 위함이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 SBW의 조향기구는, 조향모터(8)의 동력이 타이로드(5)로 전달되는 과정에서 손실이 많이 발생하며, 이로 인해 상기 조향모터(8)는 출력이 큰 대용량의 모터를 사용해야 안정적인 조향을 도모할 수 있게 되므로, 원가 상승의 주요 원인이 되는 문제점이 있었다.

즉, 조향기구의 동력전달 효율을 높이기 위해서는 조향모터(8)의 동력이 손실없이 제1링크(6)의 회전반경(r1)의 접선방향으로 작용해야 한다.

그런데, 조향모터(8)의 동력은 제2링크(7)를 통해 제1링크(6)로 전달되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 조향모터(8)의 동력 F_M이 상기 제2링크(7)에 작용하는 힘은 F_L2 ＝ F_M COSθ1로 줄어들게 되고, 계속해서 상기 제1링크(6)의 회전반 경(r1)의 접선방향으로 작용하는 힘은 F_L1V ＝ (F_M COSθ1)COSθ2로 더욱 줄어들게 되는 것이다.

이에 따라, 안정적인 조향을 도모하기 위해서는 출력이 큰 대용량의 조향모터(8)를 사용해야 하며, 이로 인해 원가가 크게 상승하는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은, 조향모터의 동력이 타이로드로 전달되는 과정에서 최대한 손실없이 전달될 수 있는 새로운 구성의 조향기구를 제공하여, 상기 조향모터를 출력이 작은 소용량의 모터를 사용하더라도 안정적인 조향이 이루어질 수 있도록 하고, 이를 통해 원가를 크게 절감시킬 수 있도록 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구는, 중립상태인 좌우측의 차륜으로부터 차체의 좌우방향으로 떨어져서 평행하게 배치된 모터축을 구비한 조향모터와; 상기 모터축에 서로 떨어져서 설치되고 상기 모터축의 회전시 서로 떨어진 간격이 좁혀지거나 또는 멀어지는 방향으로 상기 모터축을 따라 이동하는 제1이동부재 및 제2이동부재와; 일단은 상기 제1,2이동부재에 연결되고 타단은 좌우측 차륜의 타이로드와 연결되도록 설치되면서 상기 제1,2이동부재의 이동에 따라 상기 타이로드를 상기 모터축 방향으로 당 기거나 또는 상기 모터축으로부터 멀어지는 방향으로 밀어주는 링크조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 조향모터의 동력이 제1,2이동부재의 직선이동과 링크조립체의 직선이동을 통해 타이로드로 전달되는 구성이므로, 조향모터의 동력을 타이로드로 전달되는 과정에서 동력손실을 최소화시킬 수 있게 되고, 이로 인해 출력이 작은 소용량의 모터를 상기 조향모터로 사용하더라도 안정적인 조향이 가능해짐으로써, 원가를 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조향기구를 구비한 좌우 독립형 SWB 시스템의 구성은, 운전자에 의한 스티어링 휠(1)의 조작력을 보조하기 위해 스티어링 칼럼(2)에는 반력모터(3)가 설치되고, 좌우측의 차륜(4)은 서로 분리되어 독립되면서 타이로드(5)를 통해 각각의 조향기구와 연결된다.

상기 조향기구는, 중립상태인 좌우측의 상기 차륜(4)으로부터 차체의 좌우방향으로 떨어져서 평행하게 배치된 모터축(21)을 구비한 조향모터(22)와, 상기 모터축(21)에 서로 떨어져서 설치되고 상기 모터축(21)의 회전시 서로 떨어진 간격이 좁혀지거나 또는 멀어지는 방향으로 상기 모터축(21)을 따라 이동하는 제1이동부재(23) 및 제2이동부재(24)와, 일단은 상기 제1,2이동부재(23,24)에 연결되고 타단은 좌우측 차륜(4)의 타이로드(5)와 연결되도록 설치되면서 상기 제1,2이동부 재(23,24)의 이동에 따라 상기 타이로드(5)를 상기 모터축(21) 방향으로 당기거나 또는 상기 모터축(21)으로부터 멀어지는 방향으로 밀어주는 링크조립체(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 모터축(21)에는 오른 나사산(21a)과 왼 나사산(21b)이 상기 모터축(21)의 길이방향을 따라 연속적으로 이어지게 형성된다.

그리고, 상기 제1이동부재(23)와 상기 제2이동부재(24)는, 상기 오른 나사산(21a)과 상기 왼 나사산(21b)에 각각 나사 결합되도록 나사구멍(23a,23b)을 구비한 너트부재인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 링크조립체(30)는, 상기 제1,2이동부재(23,24)에 한쪽 끝이 각각 연결되고 엑스(Ｘ)자로 교차된 중간지점이 조인트(31)를 매개로 결합된 제1링크(32) 및 제2링크(33)와, 일단은 상기 제1,2링크(32,33)의 반대쪽 끝과 각각 조인트(34,35)를 매개로 연결되고 타단은 상기 타이로드(5)의 끝과 조인트(36)를 매개로 함께 일체로 연결된 제3링크(37) 및 제4링크(38)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1,2링크(32,33)를 엑스(Ｘ)자로 결합하는 조인트(31), 상기 제2링크(33)와 상기 제3링크(37)를 연결하는 조인트(34), 상기 제1링크(32)와 상기 제4링크(38)를 연결하는 조인트(35), 상기 타이로드(5)와 상기 제3,4링크(37,38)를 일체로 한 번에 연결하는 조인트(36), 상기 차륜(4)과 상기 타이로드(5)를 연결하는 조인트(39)는 모두 동력전달이 가능하고 상대 회전이 가능한 조인트이며, 특히 상기 조인트(31,34,35,36)는 레볼루트 조인트를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 모터축(21)에서 상기 오른 나사산(21a)과 상기 왼 나사산(21b) 의 경계부(25)와 상기 제1,2링크(32,33)를 엑스(Ｘ)자로 결합하는 조인트(31) 및 상기 차륜(4)과 상기 타이로드(5)를 연결하는 조인트(39)는 차체의 좌우방향을 향하는 한 개의 수평선(L1)상에 존재하도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 반력모터(3)와 상기 조향모터(22)는 각각 SBW 컨트롤러(16)의 출력단에 접속되어, 상기 SBW 컨트롤러(16)로부터 인가되는 제어신호에 의해 선택적으로 구동한다.

상기 SBW 컨트롤러(16)의 입력단에는 스티어링 휠(1)의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 감지센서와, 차속을 감지하는 차속센서와, 범프와 리바운드 양을 감지하는 범프 및 리바운드 감지센서와, 상기 타이로드(5)를 통해 입력되는 부하를 감지하는 로드셀과 같은 부하감지센서가 각각 접속되어 있는 바, 이에 따라 상기 SBW 컨트롤러(16)는 상기 센서들을 통해 유입되는 신호를 감지하여 내부에 프로그램된 로직에 따라 상기 반력모터(3)와 상기 조향모터(22)의 구동을 제어한다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

도 3은 스티어링 휠(1)을 조타하지 않는 상태이고, 이에 따라 좌우측의 차륜(4)은 중립상태를 유지하고 있게 된다.

도 3의 중립상태에서 스티어링 휠(1)을 도 4와 같이 일방향으로 회전시키면, 조향모터(22)가 구동하여 모터축(21)이 일방향으로 회전하고, 제1,2이동부재(23,24)는 오른 나사산(21a)과 왼 나사산(21b)의 경계부(25)쪽으로 직선 이동하여 서로의 떨어진 거리가 좁혀지게 된다.

상기 제1,2이동부재(23,24)의 떨어진 간격이 좁혀지면 링크조립체(30)의 기 구적 작동에 의해 타이로드(5)는 좌우측의 차륜(4)쪽으로 이동을 하게 되고, 이 결과 좌우측의 차륜(4)은 도시된 화살표와 같이 우측으로 회전을 하여 조향이 이루어지게 된다.

도 5는 스티어링 휠(1)을 도 4의 반대방향으로 회전시켰을 때 좌우측의 차륜(4)이 좌측으로 회전을 하여 조향이 이루어진 상태를 도시한 것인 바, 이에 대한 작동과정은 도 4의 반대이기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명 실시예에 따른 SWB의 조향기구는 조향모터(22)의 동력이 제1,2이동부재(23,24)의 직선이동과 링크조립체(30)의 직선이동을 통해 타이로드(5)로 전달되는 구성이므로, 링크의 회전운동을 통해 조향모터의 동력을 타이로드(5)로 전달하던 종래의 조향기구와 비교하여 볼 때, 본 발명의 실시예는 조향모터(22)의 동력을 타이로드(5)로 전달되는 과정에서 동력손실을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명 실시예의 조향기구는 조향모터(22)의 구동시 제1,2이동부재(23,24)가 직선이동만 할 수 있으면 상기 조향모터(22)의 동력을 충분히 타이로드(5)로 전달할 수 있는 구성이므로, 출력이 작은 소용량의 모터를 상기 조향모터(22)로 사용하더라도 안정적인 조향이 이루어질 수 있게 되며, 이로 인해 원가를 크게 절감시킬 수 있는 장점도 있다.

도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구를 설명하기 위한 도면,

도 4와 도 5는 도 3의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

4 - 차륜 5 - 타이로드

16 - 스티어 바이 와이어(SWB) 컨트롤러 21 - 모터축

22 - 조향모터 23 - 제1이동부재

24 - 제2이동부재 30 - 링크조립체

Claims

중립상태인 좌우측의 차륜으로부터 차체의 좌우방향으로 떨어져서 평행하게 배치된 모터축을 구비한 한쌍의 조향모터와;

상기 좌우측의 차륜의 각각으로 구비된 상기 한쌍의 조향모터의 모터축에 서로 떨어져서 설치되고 상기 모터축의 회전시 서로 떨어진 간격이 좁혀지거나 또는 멀어지는 방향으로 상기 모터축을 따라 이동하는 제1이동부재 및 제2이동부재와;

일단은 상기 제1,2이동부재에 연결되고 타단은 좌우측 차륜의 타이로드와 연결되도록 설치되면서 상기 제1,2이동부재의 이동에 따라 상기 타이로드를 상기 모터축 방향으로 당기거나 또는 상기 모터축으로부터 멀어지는 방향으로 밀어주는 링크조립체;

스티어링휠의 회전방향에 따라 상기 좌우측의 차륜의 각각으로 구비된 상기 한쌍의 조향모터를 동일한 회전방향으로 동시에 구동 및 정지시키는 스티어 바이 와이어 컨트롤러;를 포함하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구.
청구항 1에 있어서, 상기 모터축의 각각에는 오른 나사산과 왼 나사산이 상기 모터축의 길이방향을 따라 연속적으로 이어지게 형성된 것;

을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구.
청구항 2에 있어서, 상기 제1이동부재와 상기 제2이동부재는,

상기 오른 나사산과 상기 왼 나사산에 각각 나사 결합되도록 나사구멍을 구비한 너트부재인 것;

을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구.
청구항 3에 있어서, 상기 링크조립체는,

상기 제1,2이동부재에 한쪽 끝이 각각 연결되고 엑스(Ｘ)자로 교차된 중간지점이 조인트를 매개로 결합된 제1링크 및 제2링크와;

일단은 상기 제1,2링크의 반대쪽 끝과 각각 조인트를 매개로 연결되고 타단은 상기 타이로드의 끝과 조인트를 매개로 함께 일체로 연결된 제3링크 및 제4링크;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구.
청구항 4에 있어서, 상기 오른 나사산과 상기 왼 나사산의 경계부와 상기 제1,2링크를 엑스(Ｘ)자로 결합하는 조인트 및 상기 차륜과 상기 타이로드를 연결하는 조인트는 차체의 좌우방향을 향하는 한 개의 수평선상에 존재하도록 구성된 것;

을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 조향기구.