KR101449064B1

KR101449064B1 - 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR101449064B1
Application number: KR1020090110813A
Authority: KR
Inventors: 이근철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2014-10-10
Also published as: KR20110054240A

Abstract

본 발명은 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 차량의 시동 오프(OFF)시 MDPS모터(40)로 인가되던 전원이 차단됨에 따라 웜샤프트(30)의 회전을 구속할 수 있게 되고 이를 통해 스티어링 휠을 이용한 조향 조작을 구속할 수 있게 됨으로써 차량 도난 방지의 법규를 충분히 만족시킬 수 있게 되고, 조향 록킹 기능이 함께 구비된 구성으로 부품의 간소화를 통해 원가 절감 및 중량 감소를 도모할 수 있도록 된 것이다.

전동, 파워, 스티어링, 조향, 록킹

Description

조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템{Motor driven power steering system}

본 발명은 시동 오프(OFF)시 조향 조작을 구속할 수 있도록 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 기술이다.

일반적으로, 파워 스티어링은 오일의 유압을 이용하는 방식과 전기모터의 동력을 이용하는 방식이 있다.

상기 유압식은 유압펌프가 엔진의 힘으로 유체를 펌핑하여 유압을 형성하고 있다가 운전자가 핸들을 돌릴 때 조향하는 방향으로 유압을 보내어 핸들링이 가벼워지도록 하는 것이고, 전동식 파워 스티어링(motor driven power steering; 이하, MDPS라 한다)은 전기모터를 이용해 조타력을 향상시키도록 하는 것이다.

상기 MDPS는 주행 조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘하게 되며, 이에 따라 상기 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있게 된다.

한편, 상기 MDPS(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 스티어링 휠(1)과 결합된 스티어링 샤프트(2)에 관통되어 일체로 결합된 웜휠(11)과, 상기 웜휠(11) 에 치합되어 결합된 웜샤프트(12)와, 상기 웜샤프트(12)의 일단과 연결되면서 전자제어유니트(ECU)의 제어에 의해 구동하여 상기 웜샤프트(12)로 동력을 전달하는 MDPS모터(13)와, 상기 웜휠(11) 및 상기 웜샤프트(12)를 감싸는 MDPS하우징(14)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 웜샤프트(12)의 양단은 틸트베어링(15) 및 웜샤트프베어링(17)을 관통하여 설치된 구성이고, 상기 틸트베어링(15)와 웜샤트프베어링(17)은 상기 MDPS하우징(14)에 고정 설치된 구조를 갖는다.

한편, 상기와 같은 MDPS(10)에는 시동 오프(OFF)시 스티어링 휠(1)의 조향 조작을 구속할 수 있는 조향 록킹 장치(20)가 스티어링 칼럼(3)에 별도로 구비되어 있다.

상기 조향 록킹 장치(20)는 차량 도난 방지의 법규를 만족시키기 위하여 필수적으로 구비해야 하는 것으로, 열쇠와 같은 시동키를 사용하는 MSCL(Manual Steering Column Lock)과 스마트키를 사용하는 ESCL(Electric Steering Column Lock)이 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 조향 록킹 장치(20)는 MDPS(10)와는 별도로 구성되어서 스티어링 칼럼(3)에 장착된 구성이기 때문에 상기 조향 록킹 장치(20)의 설치공간을 따로 마련해야 하는 단점이 있고, 또한 상기 조향 록킹 장치(20)에 의해 주변 부품들의 설치시 공간상 제약을 받게 되므로 설계의 자유도가 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 전동식 파워 스티어링 시스템에 시동 오프(OFF)시 스티어링 휠의 조향 조작을 구속할 수 있는 기능을 함께 구성하여, 스티어링 칼럼의 외형을 간소화시킴으로 인해 설계의 자유도를 높일 수 있도록 하고, 부품의 간소화를 통해 원가 절감 및 중량 감소를 도모할 수 있도록 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템은, MDPS하우징내에서 웜휠과 치합을 이루면서 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된 웜샤프트와; 전원 온(ON)시 상기 웜샤프트쪽으로 돌출되어서 상기 웜샤프트와 동력전달이 가능하게 결합되고 전원 오프(OFF)시 상기 웜샤프트로부터 멀어지는 방향으로 이동하여서 상기 웜샤프트와의 결합이 단락되는 모터축을 구비한 MDPS모터와; 상기 웜샤프트와 상기 모터축의 결합이 단락되었을 때 스티어링 휠의 조향 조작에 따른 상기 웜샤프트의 회전을 구속할 수 있도록 상기 웜샤프트와 상기 모터축을 연결하도록 설치된 록킹브라켓과; 상기 록킹브라켓과 접촉하도록 설치되어서 상기 웜샤프트와 상기 모터축이 결합되었을 때 상기 록킹브라켓에 의한 상기 웜샤프트의 회전구속이 해제될 수 있도록 상기 록킹브라켓에 이동력을 제공하는 브라켓이동부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 차량의 시동 오프(OFF)시 MDPS모터로 인가되던 전원이 차단됨에 따라 웜샤프트의 회전을 구속할 수 있게 되고 이를 통해 스티어링 휠을 이용한 조향 조작을 구속할 수 있게 됨으로써 차량 도난 방지의 법규를 충분히 만족시킬 수 있게 되고, 조향 록킹 기능이 전동식 파워 스티어링 시스템에 함께 구비된 구성으로 부품의 간소화를 통해 원가 절감 및 중량 감소를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 3에는 본 발명에 따라 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템에 대한 도면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은, MDPS하우징(14)내에서 웜휠(11)과 치합을 이루면서 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된 웜샤프트(30)와, 전원 온(ON)시 상기 웜샤프트(30)쪽으로 돌출되어서 상기 웜샤프트(30)와 동력전달이 가능하게 결합되고 전원 오프(OFF)시 상기 웜샤프트(30)로부터 멀어지는 방향으로 이동하여서 상기 웜샤프트(30)와의 결합이 단락되는 모터축(41)을 구비한 MDPS모터(40)와, 상기 웜샤프트(30)와 상기 모터축(41)의 결합이 단락되었을 때 스티어링 휠(1)의 조향 조작에 따른 상기 웜샤프트(30)의 회전을 구속할 수 있도록 상기 웜샤프트(30)와 상기 모터축(41)을 연결하도록 설치된 록킹브라켓(50)과, 상기 록킹브라켓(50)과 접촉하도록 설치되어서 상기 웜샤프트(30)와 상기 모터축(41)이 결합되었을 때 상기 록킹브라켓(50)에 의한 상기 웜샤프트(30)의 회전구속이 해제될 수 있도록 상기 록킹브라켓(50)에 이동력 을 제공하는 브라켓이동부재(60)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 웜샤프트(30)의 양단은 도 1 및 도 3과 같이 틸트베어링(15)과 웜샤트프베어링(16)을 관통하여 설치된 구성이고, 상기 틸트베어링(15)과 웜샤트프베어링(16)은 상기 MDPS하우징(14)에 고정 설치된 구조를 갖는다.

그리고, 상기 웜샤프트(30)는 도 1과 같이 웜휠(11)과 치합되어 결합되고, 상기 웜휠(11)의 중심부에는 스티어링 샤프트(2)가 관통되어서 일체로 결합되며, 상기 스티어링 샤프트(2)의 일단에는 스티어링 휠(1)이 결합된 구조이다.

한편, 상기 MDPS모터(40)는 전원의 온(ON)/오프(OFF)에 따라 모터축이 전진 및 후퇴 이동하는 BLDC모터(Brushless DC electric motor)인데, 상기 BLDC모터는 이미 널리 사용되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 모터축(41)을 향하는 상기 웜샤프트(30)의 일단에는 도 3 내지 도 6과 같이 상기 웜샤프트(30)보다 직경이 큰 웜샤프트헤드(31)가 일체로 형성되고, 상기 웜샤프트헤드(31)의 전면에는 상기 웜샤프트(30)의 길이방향으로 원형 단면의 헤드홈(32)이 형성되며, 상기 헤드홈(32)의 바닥면에는 다수개의 웜샤프트돌기(33)가 원주방향을 따라 이격된 상태로 배치되면서 상기 모터축(41)을 향하는 방향으로 돌출 형성되고, 상기 웜샤프트(30)와 상기 웜샤프트헤드(31)가 연결되는 부위에는 다수개의 회전방지턱(34)이 상기 웜샤프트(30)의 원주방향을 따라 이격된 상태로 배치되면서 상기 웜샤프트(30)의 반경방향으로 돌출되게 형성된다.

그리고, 상기 웜샤프트헤드(31)를 향하는 상기 모터축(41)의 일단에는 상기 모터축(41)보다 큰 직경으로 형성되면서 상기 헤드홈(32)으로 삽입 가능한 크기의 모터축헤드(42)가 일체로 형성되고, 상기 모터축헤드(42)의 전면에는 상기 모터축헤드(42)가 상기 헤드홈(32)으로 삽입될 때 상기 웜샤프트돌기(33) 사이의 공간으로 한 개씩 끼워져서 상기 웜샤프트돌기(33)와 커플링 결합을 이루는 다수개의 모터축돌기(43)가 일체로 돌출 형성되며, 상기 모터축헤드(42)에서 상기 모터축(41)과 연결을 이루는 뒷면에는 상기 모터축헤드(42)의 바깥 둘레면을 향하는 방향으로 개구된 브라켓결합홈(44)이 형성된다.

상기 록킹브라켓(50)은 상기 브라켓결합홈(44)으로 끼워져서 상기 모터축헤드(42)와 일체로 결합됨과 더불어 상기 모터축헤드(42)의 바깥 둘레면으로 돌출되는 모터축결합부(51)와, 상기 모터축결합부(51)로부터 상기 웜샤프트(30)를 향하는 방향으로 연장 형성된 로드부(52)와, 상기 로드부(52)의 끝에서 상기 모터축결합부(51)와 평행한 방향으로 돌출 형성되어서 상기 웜샤프트(30)와 상기 모터축(41)의 결합시에는 상기 회전방지턱(34) 사이의 공간(S1)으로부터 빠져나와서 상기 웜샤프트(30)의 회전을 가능하게 하고 상기 웜샤프트(30)와 상기 모터축(41)의 결합 해제시에는 상기 회전방지턱(34) 사이의 공간(S1)으로 삽입되어서 상기 회전방지턱(34)과의 접촉을 통해 상기 웜샤프트(30)의 회전을 구속하는 록킹부(53)로 구성된다.

상기 MDPS하우징(14)과 상기 MDPS모터(40)의 하우징(45)에는 상기 웜샤프트(30) 및 상기 모터축(41)의 길이방향을 따라 일직선으로 연결된 가이드홈(70)이 일체로 형성되는 바, 상기 가이드홈(70)에는 상기 록킹브라켓(50)의 로드부(52)가 상기 가이드홈(70)을 따라 직선 이동할 수 있도록 설치된다.

한편, 상기 브라켓이동부재(60)는 상기 MDPS모터(40)의 하우징(45)에 일단이 지지되고 상기 록킹브라켓(50)의 모터축결합부(51)에 타단이 지지되어 설치되는 압축스프링인 것을 특징으로 하나, 유압 또는 공압을 이용해 작동하는 액추에이터를 사용할 수도 있기 때문에 어느 하나의 구성에 한정되는 것은 바람직하지 않다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

도 3의 상태는 차량의 시동이 온(ON)된 상태이고, 동시에 MDPS모터(40)로도 전원이 인가되어 온(ON)된 상태이다.

MDPS모터(40)로 전원이 인가되면 모터축(41)은 도시된 화살표와 같이 전방으로 돌출되어서 모터축헤드(42)가 헤드홈(32)속으로 삽입되고, 이와 동시에 모터축돌기(43)는 웜샤프트돌기(33) 사이의 공간으로 한 개씩 끼워져서 상기 웜샤프트돌기(33)와 커플링 결합을 이루게 된다.

이와 같이, 모터축돌기(43)와 웜샤프트돌기(33)가 커플링 결합을 이루게 되면, 이때부터 웜샤프트(30)와 모터축(41)은 일체화되어 동력전달이 가능한 상태가 된다.

또한, MDPS모터(40)로 전원이 인가됨에 따라 모터축(41)이 웜샤프트(30)쪽으로 돌출되면, 록킹브라켓(50)은 상기 모터축(41)의 이동에 연동하여 가이드홈(70)을 따라 틸트베어링(15)이 있는 방향으로 이동을 하게 된다.

이에 따라, 록킹브라켓(50)의 록킹부(53)는 회전방지턱(34) 사이의 공간(S1)에서 빠지게 되는 바, 이때부터 웜샤프트(30)는 상기 록킹부(53)에 의한 회전구속이 해제됨으로써 원활히 회전할 수 있는 상태가 된다.

이상과 같이, 차량의 시동이 온(ON)되고 동시에 MDPS모터(40)로 전원이 인가되어 온(ON) 상태가 되면, 웜샤프트(30)와 모터축(41)이 서로 결합되어 동력전달이 가능한 상태가 되고, 동시에 상기 웜샤프트(30)도 회전할 수 있는 상태가 되므로, 이때부터 스티어링 휠(1)을 이용한 조향 조작시 MDPS모터(40)로부터 조타력을 보조받아서 원활한 주행을 할 수 있게 된다.

그리고, 도 7의 상태는 차량의 시동이 오프(OFF)된 상태이고, 동시에 MDPS모터(40)에도 전원이 차단되어 오프(OFF)된 상태이다.

MDPS모터(40)로 인가되던 전원이 차단되면 모터축(41)은 도시된 화살표와 같이 후퇴 이동하여서 모터축헤드(42)가 헤드홈(32)으로부터 빠지게 되고, 동시에 모터축돌기(43)도 웜샤프트돌기(33) 사이의 공간에서 빠지게 되어 상기 웜샤프트돌기(33)와의 커플링 결합이 해제된다.

이와 같이, 모터축돌기(43)와 웜샤프트돌기(33)의 커플링 결합이 해제되면, 이때부터 웜샤프트(30)와 모터축(41)은 동력전달이 불가능한 상태가 된다.

또한, MDPS모터(40)로 전원이 인가되던 전원이 차단됨에 따라 모터축(41)이 웜샤프트(30)로부터 멀어지게 후퇴 이동하면, 록킹브라켓(50)은 상기 모터축(41)의 이동에 연동하여 가이드홈(70)을 따라 MDPS모터(40)가 있는 방향으로 이동을 하게 된다.

이에 따라, 회전방지턱(34) 사이의 공간(S1)에서 빠져있던 록킹브라켓(50)의 록킹부(53)는 상기 회전방지턱(34) 사이의 공간(S1)으로 삽입된 상태가 되는 바, 이때부터 웜샤프트(30)는 상기 회전방지턱(34)과 상기 록킹부(53)의 접촉에 의해 회전할 수 없는 구속 상태가 된다.

따라서, 차량의 시동이 오프(OFF)되고 동시에 MDPS모터(40)로 인가되던 전원이 오프(OFF) 상태가 되면, 웜샤프트(30)의 회전이 회전방지턱(34)과 록킹브라켓(50)에 의해 구속된 상태가 되기 때문에, 스티어링 휠(1)을 이용해 조향 조작을 하더라도 상기 웜샤프트(30)와 치합을 이룬 웜휠(11)이 회전을 하지 못하게 되고, 상기 웜휠(11)이 회전을 하지 못하게 됨에 따라 상기 스티어링 휠(1)도 회전을 하지 못하는 구속된 상태가 된다.

이 결과, 본 발명의 실시예는 차량의 시동 오프(OFF)시 차량 도난 방지의 법규를 충분히 만족시킬 수 있게 된다

또한, 본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템이 조향 록킹 기능을 함께 구비한 구성이기 때문에, 종래의 구성에 비해 스티어링 칼럼(3)의 외형을 간소화시킬 수 있게 되고, 이를 통해 상기 스티어링 칼럼(3)에 대한 설계의 자유도를 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 부품의 간소화를 이룩할 수 있게 되고, 이로 인해 원가 절감 및 중량 감소를 도모할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 스티어링 칼럼에 조향 록킹 장치가 구비된 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템을 보여주기 위한 도면,

도 2는 도 1의 전동식 파워 스티어링 시스템에 대한 도면,

도 3은 본 발명에 따라 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템에 대한 도면,

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 웜샤프트와 모터축 및 록킹브라켓을 설명하기 위한 도면,

도 7은 도 3의 작동 상태도로서, 본 발명에 따른 조향 록킹 상태를 보여주기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 - 스티어링 휠 11 - 웜휠

14 - MDPS하우징 30 - 웜샤프트

40 - MDPS모터 41 - 모터축

50 - 록킹브라켓 60 - 브라켓이동부재

Claims

MDPS하우징내에서 웜휠과 치합을 이루면서 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된 웜샤프트와;

전원 온(ON)시 상기 웜샤프트쪽으로 돌출되어서 상기 웜샤프트와 동력전달이 가능하게 결합되고 전원 오프(OFF)시 상기 웜샤프트로부터 멀어지는 방향으로 이동하여서 상기 웜샤프트와의 결합이 단락되는 모터축을 구비한 MDPS모터와;

상기 웜샤프트와 상기 모터축의 결합이 단락되었을 때 스티어링 휠의 조향 조작에 따른 상기 웜샤프트의 회전을 구속할 수 있도록 상기 웜샤프트와 상기 모터축을 연결하도록 설치된 록킹브라켓과;

상기 록킹브라켓과 접촉하도록 설치되어서 상기 웜샤프트와 상기 모터축이 결합되었을 때 상기 록킹브라켓에 의한 상기 웜샤프트의 회전구속이 해제될 수 있도록 상기 록킹브라켓에 이동력을 제공하는 브라켓이동부재;

를 포함하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 모터축을 향하는 상기 웜샤프트의 일단에는 상기 웜샤프트보다 직경이 큰 웜샤프트헤드가 일체로 형성되고;

상기 웜샤프트헤드의 전면에는 상기 웜샤프트의 길이방향으로 원형 단면의 헤드홈이 형성되며;

상기 헤드홈의 바닥면에는 다수개의 웜샤프트돌기가 원주방향을 따라 이격된 상태로 배치되면서 상기 모터축을 향하는 방향으로 돌출 형성되고;

상기 웜샤프트와 상기 웜샤프트헤드가 연결되는 부위에는 다수개의 회전방지턱이 상기 웜샤프트의 원주방향을 따라 이격된 상태로 배치되면서 상기 웜샤프트의 반경방향으로 돌출되게 형성된 것;

을 특징으로 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 웜샤프트헤드를 향하는 상기 모터축의 일단에는 상기 모터축보다 큰 직경으로 형성되면서 상기 헤드홈으로 삽입 가능한 크기의 모터축헤드가 일체로 형성되고;

상기 모터축헤드의 전면에는 상기 모터축헤드가 상기 헤드홈으로 삽입될 때 상기 웜샤프트돌기 사이의 공간으로 한 개씩 끼워져서 상기 웜샤프트돌기와 커플링 결합을 이루는 다수개의 모터축돌기가 일체로 돌출 형성되며;

상기 모터축헤드에서 상기 모터축과 연결을 이루는 뒷면에는 상기 모터축헤드의 바깥 둘레면을 향하는 방향으로 개구된 브라켓결합홈이 형성된 것;

을 특징으로 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 록킹브라켓은,

상기 브라켓결합홈으로 끼워져서 상기 모터축헤드와 일체로 결합됨과 더불어 상기 모터축헤드의 바깥 둘레면으로 돌출되는 모터축결합부와;

상기 모터축결합부로부터 상기 웜샤프트를 향하는 방향으로 연장 형성된 로 드부와;

상기 로드부의 끝에서 상기 모터축결합부와 평행한 방향으로 돌출 형성되어서 상기 웜샤프트와 상기 모터축의 결합시에는 상기 회전방지턱 사이의 공간으로부터 빠져나와서 상기 웜샤프트의 회전을 가능하게 하고 상기 웜샤프트와 상기 모터축의 결합 해제시에는 상기 회전방지턱 사이의 공간으로 삽입되어서 상기 회전방지턱과의 접촉을 통해 상기 웜샤프트의 회전을 구속하는 록킹부;

로 구성된 것을 특징으로 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 MDPS하우징과 상기 MDPS모터의 하우징에는 상기 웜샤프트 및 상기 모터축의 길이방향을 따라 일직선으로 연결된 가이드홈이 일체로 형성되고;

상기 가이드홈에는 상기 록킹브라켓의 로드부가 상기 가이드홈을 따라 직선 이동할 수 있도록 설치된 것;

을 특징으로 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 브라켓이동부재는 상기 MDPS모터의 하우징에 일단이 지지되고 상기 록킹브라켓의 모터축결합부에 타단이 지지되어 설치되는 압축스프링인 것;

을 특징으로 하는 조향 록킹 기능을 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템.