KR101428073B1

KR101428073B1 - 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치

Info

Publication number: KR101428073B1
Application number: KR1020080049182A
Authority: KR
Inventors: 황성욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2014-09-23
Also published as: KR20090123212A

Abstract

본 발명은 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치에 관한 것으로, 차륜을 통해 구동모터로 유입되는 외란의 영향을 중간해서 저감시켜 구동모터의 소비전력의 감소로 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 외란이 과도한 경우에는 구동모터로의 유입을 차단해서 차량의 조종 안정성도 향상시킬 수 있도록 차륜을 조향시키도록 차륜에 연결되는 랙바아에 볼스크류가 회전력을 전달하도록 결합되고, 상기 볼스크류는 구동모터에 벨트를 통해 연결되어 있다.

전자브레이크, 벨트, 볼스크류, 랙바아

Description

좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치{Disturbance reducing device for independent steer by wire system}

본 발명은 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템에 관한 것으로, 특히 차륜을 통해 구동모터로 유입되는 외란의 영향을 저감시켜 조종 안정성을 향상시키는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치에 관한 것이다.

종래 차량의 조향장치는 차량의 진행방향을 운전자가 선택하여 조작하는 장치로서 운전자가 직접 조작하는 스티어링 핸들과, 이 스티어링 핸들의 조작방향 및 조작력을 차륜에 전달하는 조향기구 등을 구비한다.

운전자의 스티어링 핸들의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 동력조향장치들도 개발되어 적용되고 있는 데, 이 동력조향장치는 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 순차적으로 개발되어 적용되었다.

최근에는 스티어링 핸들과 차륜사이의 스티어링 칼럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어 조향시스템 도 개발되어 적용되고 있으며, 이중에 특히 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템은 좌륜 조향장치와 우륜 조향장치사이에 기계적 연결이 없이 서로 독립적으로 작동하는 시스템으로서 부품과 중량 감소의 이점과 필요시에만 모터를 구동하여 연비가 향상되는 장점이 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 개략적인 구성이 도시되어 있는 바, 즉 좌륜(1)과 우륜(2)에 각각 연결된 타이로드(3)와, 이 타이로드(3)에 일단이 연결되어 차체에 회전가능하게 지지되는 제어레버(4), 상기 제어레버(4)의 타단에 일단이 연결된 랙바아(5), 이 랙바아(5)에 볼스크류(6)를 통해 연결되어 상기 랙바아를 이동시키는 2개의 모터(M1,M2)와 같은 액츄에이터 등을 구비하고 있다.

각 차륜을 조향하기 위해 2개의 모터가 설치되는 이유는 어느 하나의 모터가 작동 불능이 될 때에 다른 모터가 작동되게 하는 페일 세이프 기능을 구현하기 위해서이다.

그런데 상기와 같은 종래의 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템에서는 좌륜(1) 혹은 우륜(2)의 차륜에 외란(F)이 역으로 가해져서 상기 제어레버를 통해 모터에 전달되어 상기 볼스크류가 역전하게 되는 데, 이 외란에 대항하기 위해서는 상기 구동모터가 지속적으로 동작하면서 전력을 소비해야 하므로, 에너지의 소비가 높아서 결국에는 연비가 저하될 뿐만 아니라 차량의 주행 안정성을 저하시키고, 차륜을 통해 역으로 유입되는 외란에 의해 제어레버나 로드 혹은 모터의 내부 부품이 손상될 우려가 있는 등의 결점이 있었다.

상기와 같은 결점을 해소하기 위해 상기 볼스크류의 역전 습동력을 증가시키는 방안이 있지만, 이는 구동모터의 용량을 증대시켜 차량의 중량 및 원가의 상승을 초래하게 되고, 상기 2개의 레버(4a,4b)로 구성된 제어레버(4)의 레버비(4a/4b)를 조정하여 외란의 영향을 저감시킬 수 있지만, 이 역시 차량의 레이아웃 때문에 한계가 있어서 만족스럽지 못한 결과를 초래하였다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차륜을 통해 구동모터로 유입되는 외란의 영향을 중간해서 저감시켜 구동모터의 소비전력의 감소로 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 외란이 과도한 경우에는 구동모터로의 유입을 차단해서 차량의 조종 안정성도 향상시킬 수 있도록 한 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차륜을 조향시키도록 차륜에 연결되는 랙바아에 볼스크류가 회전력을 전달하도록 결합되고, 상기 볼스크류는 구동모터에 벨트를 통해 연결되어 있다.

상기 랙바아의 일단에는 랙바아에 댐핑력을 가하는 전자브레이크가 추가로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 전자브레이크는 자기유변유체가 충진된 실린더와, 이 실린더내에서 이동가능하게 설치된 피스톤 및, 이 피스톤에 일단이 연결되면서 타단은 상기 랙바아의 일단에 연결된 피스톤로드를 각각 구비하고, 상기 자기유변유체의 자기장을 가변시키기 위해 상기 전자브레이크는 컨트롤러에 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 차속과 조향각 및 차륜의 범프/리바운드양을 각각 감지하여 차량이 정차중일 때에 조향각이 100 ~ 540 각도 이내에서 범프/리바운드양이 30mm이상일 때와, 차량이 주행중일 경우에는 차속이 20~50kph 이고 조향각이 50~540 각도일 때와, 차속이 50~90kph 이고 조향각이 20~50각도일 때, 차속이 90~150kph 이고 조향각이 0~20 각도일 때 및, 차륜의 범프/리바운드양이 30mm 이상일 때는 상기 전자브레이크에 제어전류를 인가해서 전자브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 차륜에 연결된 타이로드에 유입되는 외란의 크기를 감지하는 부하감지센서를 통해 외란의 크기를 감지하고, 상기 외란의 크기가 70Kgf 이상일 때에 상기 전자브레이크에 제어전류를 인가해서 전자브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치에 의하면, 제어레버와 타이로드를 조작하여 차륜을 조향시키는 랙바아가 볼스크류와 벨트를 통해 구동모터와 연결되어, 상기 차륜을 통해 벨트를 거쳐서 구동모터로 유입되는 외란이 상기 벨트에서의 감속비의 증대로 인해 저감됨에 따라 구동모터가 외란에 대항하기 위해 소모하는 전력 소비량이 적어져서 차량의 연비와 조종 안정성을 향상시킬 수 있게 되고, 유입되는 외란이 과도한 경우에는 랙바아에 유체의 댐핑력을 인가하여 랙바아를 통한 외란의 충격을 효과적으로 흡수해서 저감시킬 뿐만 아니라 랙바아의 운동을 안정되게 구속하여 줌으로써, 차량의 주행 안정성이 향상되는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치의 전체 구성이 도시되어 있는 바, 운전자에 의한 스티어링 핸들(11)의 조작력을 보조하기 위해 스티어링 칼럼(12)에는 구동모터(13)가 설치되어 있고, 좌우 차륜(14)은 서로 분리되어 독립되면서 각각의 타이로드(15)를 통해 구동모터(16)와 연결되어 있다.

상기 구동모터(16)의 회전력을 직전 운동으로 변환하여 상기 타이로드에 전달하는 랙바아의 운동을 선택적으로 구속하기 위해 전자브레이크(17)가 상기 랙바아에 인접해서 설치되어 있다.

그리고 상기 스티어링 칼럼 측의 구동모터(13)와 차륜 측의 구동모터(16)는 각각 스티어 바이 와이어 시스템의 컨트롤러(SBW)의 출력단에 접속되어, 상기 컨트롤러에 의해 인가되는 제어신호에 의해 선택적으로 구동되게 된다.

상기 컨트롤러(SBW)의 입력단에는 스티어링 핸들의 조작에 따른 조향각을 감지하는 조향각 감지센서와, 상기 차륜의 거동을 통해 차속을 감지하는 차속센서, 범프와 리바운드양을 감지하는 범프/리바운드 감지센서 및, 상기 타이로드를 통해 입력되는 부하를 감지하는 로드셀과 같은 부하감지센서가 각각 접속되어, 상기 컨 트롤러(SBW)는 상기 센서들을 통해 유입되는 신호를 감지하여 내부에 프로그램된 로직에 따라 상기 전자브레이크의 작동여부를 판단하여 전자브레이크에 제어신호를 인가하거나 차단해서 전자브레이크(17)를 제어하게 된다.

도 3에는 본 발명에 따른 외란저감장치의 구체적인 구성이 도시되어 있는 바, 즉 상기 컨트롤러(SBW)의 입력단에는 상기 4개의 센서가 그 감지신호를 입력하도록 각각 접속되어 있고, 상기 컨트롤러의 출력단에는 상기 전자브레이크가 제어신호를 인가받아 작동하도록 접속되어 있다.

상기 전자브레이크(17)는 내부에 자기장의 변화에 따라 점성이 가변되는 자기유변유체(17a; MR유체)가 충진된 실린더(17b)와, 이 실린더내에 전후로 이동가능하게 수용된 피스톤(17c)에 외부로 돌출하도록 연결된 피스톤로드(17d)를 각각 구비한 구조로 이루어진다.

상기 피스톤로드(17d)의 일단은 하우징(18a)에 이동가능하게 수용된 랙바아(18)의 일단에 일체로 연동되게 연결되고, 상기 랙바아(18)의 타단(18b)은 도시되지 않은 제어레버에 연결되며, 상기 랙바아(18)는 볼스크류(19)에 끼워져 결합되어, 상기 볼스크류의 회전운동에 따라 좌우로 이동하게 된다.

상기 볼스크류(19)는 상기 랙바아의 외주면에 형성된 나선형 홈에 각각 수용되는 다수개의 볼(19a)과, 이 볼을 감싸서 지지하면서 회전가능하게 설치되는 볼스크류 하우징(19b)을 각각 구비한다.

상기 볼스크류 하우징(19b)은 벨트(20)를 통해 풀리(16a)와 연결되고, 상기 풀리(16a)는 상기 구동모터(16)의 모터축에 일체로 회전되게 연결되어 있다.

이에 따라 상기 구동모터가 회전하면, 그 회전운동이 상기 벨트를 통해 상기 볼스크류로 전달되고, 볼스크류의 회전운동은 상기 나선형 홈을 통해 랙바아에 전달되어 랙바아가 회전하면서 좌우로 이동하게 된다.

한편 상기 차륜과 타이로드 및 제어레버를 통해 연결되는 상기 랙바아의 타단(18b)을 통해 차륜에 가해진 외란이 유입되면, 이 외란은 역으로 상기 볼스크류를 통해 구동모터에 유입되는 데, 이 때에 구동모터는 상기 외란에 대항하기 위해 전력을 소비하면서 작동하게 된다.

상기 볼스크류로 유입된 외란이 상기 벨트(20)를 거쳐서 모터로 유입되는 과정에 벨트의 감속비에 의해 저감됨에 따라 종래에 구동모터와 볼스크류 및 랙바아가 직결된 경우보다 구동모터에 유입되는 외란이 상기 감속비에 의한 만큼 작아지게 되어, 구동모터는 그만큼 작은 전력을 소비하면서 외란에 대항하기 위해 작동됨으로써, 차량의 구동모터에 의한 전력소비를 줄여서 연비를 향상시키게 되는 것이다.

상기 벨트에 의한 감속비를 1 : 3.17로 설정할 경우에 외란의 영향은 대략 1/3 정도로 줄일 수 있게 된다.

한편 상기 랙바아는 전자브레이크의 피스톤과 연결되어, 상기 전자브레이크에 발생하는 댐핑력에 의해 랙바아를 통해 유입되는 외란이 흡수되어서 저감될 뿐만 아니라 시스템 자체가 강건하게 되는 데, 상기 댐핑력은 상기 컨트롤러에서 인가되는 제어전류에 따라 상기 자기유변유체의 점성이 달라지면서 가변되게 된다.

상기 컨트롤러(SBW)는 다음과 같은 로직에 따라 상기 전자브레이크에 제어전 류를 인가하거나 차단하게 된다.

즉 상기 컨트롤러는 우선 차속센서와 조향각센서 및 범프/리바운드 감지센서를 통해 현재의 차속과 조향각 및 범프/리바운드양을 감지하고, 각각의 감지신호가 다음의 조건을 만족시킬 때에 상기 전자브레이크에 제어전류를 인가하여 전자브레이크를 작동시킨다.

즉 차량이 정차중일 때에 조향각이 100 ~ 540 각도 이내에서 범프/리바운드양이 30mm이상일 때, 차량이 주행중일 경우에는 차속이 20~50kph 이고 조향각이 50~540 각도일 때와, 차속이 50~90kph 이고 조향각이 20~50각도일 때 및, 차속이 90~150kph 이고 조향각이 0~20 각도일 때이다.

또한 차륜의 범프/리바운드양이 30mm이상일 때는 항상 전자브레이크를 작동시킨다.

한편 상기 컨트롤러(SBW)는 상기 부하감지센서를 통해 상기 타이로드에 유입되는 외란의 크기를 감지하고, 외란이 70Kgf 이상일 때에도 상기 전자브레이크를 작동시킨다. 상기의 수치들은 본 발명의 작동 예시일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

물론 랙바아에 유입되는 외란의 크기에 따라 상기 자기유변유체에 인가되는 제어전류의 양을 제어해서 상기 댐핑력을 적절히 가변시켜 최적의 외란대항 시스템을 구성할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치의 전체 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치의 상세 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11-스티어링 핸들 12-스티어링 칼럼

13-구동모터 14-차륜

15-타이로드 16-구동모터

17-전자브레이크 18-랙바아

19-볼스크류 20-벨트

Claims

차륜을 조향시키도록 차륜에 연결되는 랙바아에 볼스크류가 회전력을 전달하도록 결합되고, 상기 볼스크류는 구동모터에 벨트를 통해 연결되고,

상기 볼스크류는 상기 랙바아에 형성되는 나선형 홈에 수용되는 다수개의 볼과, 이 볼을 감싸서 지지하면서 상기 벨트가 감겨지는 볼스크류 하우징을 구비한 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 랙바아의 일단에는 랙바아에 댐핑력을 가하는 전자브레이크가 추가로 연결된 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치.
청구항 3에 있어서, 상기 전자브레이크는 자기유변유체가 충진된 실린더와, 이 실린더내에서 이동가능하게 설치된 피스톤 및, 이 피스톤에 일단이 연결되면서 타단은 상기 랙바아의 일단에 연결된 피스톤로드를 각각 구비하고, 상기 자기유변유체의 자기장을 가변시키기 위해 상기 전자브레이크는 컨트롤러에 접속된 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치.
청구항 4에 있어서, 상기 컨트롤러는 차속과 조향각 및 차륜의 범프/리바운드양을 각각 감지하여 차량이 정차중일 때에 조향각이 100 ~ 540 각도 이내에서 범프/리바운드양이 30mm이상일 때와, 차량이 주행중일 경우에는 차속이 20~50kph 이고 조향각이 50~540 각도일 때와, 차속이 50~90kph 이고 조향각이 20~50각도일 때, 차속이 90~150kph 이고 조향각이 0~20 각도일 때 및, 차륜의 범프/리바운드양이 30mm 이상일 때는 상기 전자브레이크에 제어전류를 인가해서 전자브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치.
청구항 4에 있어서, 상기 컨트롤러는 차륜에 연결된 타이로드에 유입되는 외란의 크기를 감지하는 부하감지센서를 통해 외란의 크기를 감지하고, 상기 외란의 크기가 70Kgf 이상일 때에 상기 전자브레이크에 제어전류를 인가해서 전자브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 스티어 바이 와이어 시스템의 외란저감장치.