KR101595665B1 - 차량용 스티어링 휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 차량의 휠 또는 타이어의 불균형에 따라 발생되어 운전자의 손에 전달되는 진동을 저감시킬 수 있는 스티어링 휠이 개시된다.
일 예로, 스티어링 휠은 차량용 스티어링 휠에 있어서, 링형의 림; 상기 림의 내측에 구비된 스포크; 상기 림의 적어도 일부에 구비되어 진동을 감지하는 감지 센서; 상기 스포크의 내부에 형성된 리니어 액추에이터; 상기 스포크의 내부에 상기 리니어 액추에이터에 결합된 컨트롤 매스; 및 상기 감지 센서의 감지 신호를 인가받아, 상기 리니어 액추에이터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지 센서에서 측정된 감지 신호가 기준값보다 큰 경우 상기 리니어 액추에이터를 동작하여 상기 컨트롤 매스의 위치를 가변할 수 있는 스티어링 휠이 개시된다.

Description

차량용 스티어링 휠{Steering Wheel For Vehicle}
본 발명은 차량의 휠 또는 타이어의 불균형에 따라 발생되어 운전자의 손에 전달되는 진동을 저감시킬 수 있는 스티어링 휠에 관한 것이다.
차량의 조향을 위해서는 스티어링 휠이 필수적이다. 운전자는 스티어링 휠을 파지한 상태에서 조향을 통해, 차량의 이동 방향을 제어하게 된다.
그런데 차량의 휠 또는 타이어에서 밸런스가 유지되는 경우에는 문제가 없으나 만약 밸런스가 깨지는 경우, 상기 스티어링 휠을 통해 운전자에게 직접적으로 진동이 전달될 수 있다.
이러한 스티어링 휠의 진동은 운전시 정숙성을 방해하는 요인이되며, 차량의 안정성에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 진동을 저감시키거나 운전자에게 전달되지 않도록 하는 스티어링 휠의 구성이 요구된다.
본 발명은 차량의 휠 또는 타이어의 불균형에 따라 발생되어 운전자의 손에 전달되는 진동을 저감시킬 수 있는 스티어링 휠을 제공한다.
본 발명에 따른 스티어링 휠은 차량용 스티어링 휠에 있어서, 링형의 림; 상기 림의 내측에 구비된 스포크; 상기 림의 적어도 일부에 구비되어 진동을 감지하는 감지 센서; 상기 스포크의 내부에 형성된 리니어 액추에이터; 상기 스포크의 내부에 상기 리니어 액추에이터에 결합된 컨트롤 매스; 및 상기 감지 센서의 감지 신호를 인가받아, 상기 리니어 액추에이터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지 센서에서 측정된 감지 신호가 기준값보다 큰 경우 상기 리니어 액추에이터를 동작하여 상기 컨트롤 매스의 위치를 가변할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 감지 신호를 주파수 응답 처리를 통해 주파수별 크기로 분석하고, 이를 상기 기준값과 비교할 수 있다.
그리고 상기 감지 센서는 상기 진동 신호 중에서 상기 감지 센서의 형성 위치로부터 상기 림의 중심을 향하는 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 성분만을 측정할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 매스는 상기 림의 반지름 이하의 길이에서 이동가능하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 매스는 100 내지 150[g]으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 매스가 생성하는 극관성 모멘트는 0.03 내지 0.04[kgm2]일 수 있다.
또한, 상기 리니어 액추에이터는 상기 제어부에 전기적으로 연결된 모터; 상기 모터의 회전축에 결합되어 회전 방향 및 회전량이 결정되는 리니어 스크류를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리니어 액추에이터 및 컨트롤 매스는 상기 스포크의 수직 방향을 따라 형성된 수직부 내에 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 스티어링 휠은 림에 진동을 감지하는 감지 센서를 형성하고, 스포크에 리니어 액추에이터를 통해 위치가 가변되는 컨트롤 매스를 형성함으로써, 스티어링 휠의 진동시 컨트롤 매스의 위치가 이동하여 진동을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠 및 감지 센서를 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 스티어링 휠 및 감지 센서를 X방향을 따라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠 및 컨트롤 매스의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4는 균형이 맞춰진 차량과 불균형한 차량에서 각각 속도에 따른 진동을 측정한 그래프이다.
도 5는 스티어링 휠에서 진동을 주파수 분석한 예시를 도시한 그래프이다.
도 6은 차량의 속도에 따른 진동의 크기를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠 및 감지 센서를 도시한 개념도이다. 도 2는 도 1의 스티어링 휠 및 감지 센서를 X방향을 따라 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠 및 컨트롤 매스의 구성을 도시한 개념도이다. 도 4는 균형이 맞춰진 차량과 불균형한 차량에서 각각 속도에 따른 진동을 측정한 그래프이다. 도 5는 스티어링 휠에서 진동을 주파수 분석한 예시를 도시한 그래프이다. 도 6은 차량의 속도에 따른 진동의 크기를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠(100)은 림(110), 스포크(120), 감지 센서(130), 모터(140), 리니어 스크류(150), 컨트롤 매스(160)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠(100)은 상기 감지 센서(130) 및 모터(140)에 전기적으로 연결되어, 제어 신호를 인가하는 제어부(10)를 구비할 수 있다.
상기 림(110)은 대략 링(ring) 형으로 형성되어, 운전 중 운전자에게 파지된다. 상기 림(110)은 상기 스티어링 휠(100)에서 차량의 진행 방향을 결정하기 위해, 중심을 축으로 회전하게 된다. 여기서, 만약 차량 내에서 휠 또는 타이어에 불균형이 존재하면, 상기 림(110)을 운전자가 파지시 진동을 느낄 수 있다. 또한, 상기 림(110)은 상기 진동에 대해, 도 1에서 도시된 제 1 축(X축) 성분과 상기 제 1 축에 수직한 방향인 제 2 축(Y축) 성분으로 분리될 수 있다. 그리고 운전자가 주로 느끼게 되는 진동은 이 중에서 제 2 축을 따라서 구성된 성분이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠(100)은 후술할 바와 같이, 상기 성분에 대해 저감시키기 위해 동작을 하게 된다. 또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 밸런스가 맞춰진 차량의 경우(붉은색으로 도시), 속도가 증가하여도 진동이 일정하게 유지되는 반면, 밸런스가 맞춰지지 않은 차량(파란색으로 도시)의 경우 차량의 속도가 증가함에 따라 일반적으로 증가하다가 일부 감소하는 경향을 보인다.
상기 스포크(120)는 상기 림(110)의 내부에 구비된다. 상기 스포크(120)는 상기 림(110)의 적어도 두 부분 이상에서 결합하여 상기 림(110)의 형상을 내부에서 지지한다. 상기 스포크(120)는 상기 림(110)과의 접점 수에 따라 2-스포크 또는 3-스포크의 형태를 갖는 것이 일반적이다. 또한, 상기 스포크(120)는 내부에 상기 스티어링 휠(100)의 진동을 상쇄하기 적어도 일 영역(121)에 형성된 위한 컨트롤 매스(150)를 내장한다. 상기 일 영역(121)은 예를 들어, 3-스포크의 경우 상기 스티어링 휠(100)에서 수직 방향으로 형성된 수직부(121)일 수 있다.
상기 감지 센서(130)는 상기 림(110)의 내부 일 영역에 형성된다. 상기 감지 센서(130)는 진동 센서 또는 가속도 센서로 구비될 수 있으며 이에 따라 상기 스티어링 휠(100)의 진동을 감지하고 이를 전기적인 신호로 변환한다. 상기 감지 센서(130)는 상기 측정된 진동 신호를 차량 내부 또는 별도의 위치에 형성된 제어부(10)에 전송한다.
상기 모터(140)는 상기 리니어 스크류(150)와 함께 리니어 액추에이터를 구성한다. 상기 모터(140)는 상기 스포크(120)의 수직부(121) 내에 위치할 수 있다. 상기 모터(140)는 상기 제어부(10)에 대해 커넥터(11)를 통해 연결되어 있으며, 상기 제어부(10)로부터 전기적 신호를 인가받는다. 상기 모터(140)는 상기 제어부(10)로부터 신호를 통해 동작이 제어되며, 이에 따라 상기 리니어 스크류(150)를 동작시킨다. 상기 모터(140)는 회전축에 결합된 상기 리니어 스크류(150)의 수평방향으로의 회전량 및 회전 방향을 결정하며, 이에 따라 상기 리니어 스크류(150)에 결합된 상기 컨트롤 매스(160)의 수평 위치가 결정된다.
상기 리니어 스크류(150)는 상기 모터(140)의 회전축에 결합된다. 상기 리니터 스크류(150)는 상기 회전축의 회전에 따라 함께 회전하여, 상기 리니어 스크류(150)에 결합된 컨트롤 매스(160)가 상기 리니어 스크류(150)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있다. 상기 리니어 스크류(150)는 상기 컨트롤 매스(160)의 위치를 상기 스포크(120)의 수직부(121)를 따라 상기 스티어링 휠(100)의 중심으로부터 상기 가장자리에 이르기까지 가변시킬 수 있다.
상기 컨트롤 매스(160)는 상기 리니어 스크류(150)와 나사산 체결을 통해 결합된다. 상기 컨트롤 매스(160)는 상기 리니어 스크류(150)가 회전함에 따라 그 위치가 가변되며, 이에 따라 도 3에 도시된 최내곽 지점(A)으로부터 최외곽 지점(B)에 이르기까지 위치가 결정될 수 있다. 상기 컨트롤 매스(160)는 상기 스티어링 휠(100)의 관성 모멘트를 변화시켜서, 상기 스티어링 휠(100)의 진동 수준을 절감시킬 수 있다. 따라서, 상기 운전자가 느끼게 되는 진동 수준이 줄게 되므로, 정숙한 주행을 제공할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 매스(160)는 100[g] 내지 150[g]으로 형성될 수 있다. 그리고 이에 따라 상기 컨트롤 매스(160)가 움직일 수 있는 상기 최내곽 지점(A)부터 최외곽 지점(B)까지의 거리는 상기 림(110)의 지름 절반 이하에 해당되어, 이에 따른 극관성 모멘트는 0.03 내지 0.04[kgm2]에 해당된다.
또한, 상기 컨트롤 매스(160)가 상기 최외곽 지점(B)에 위치하였음에도, 상기 진동이 기준값 이하로 저감되지 않는다면, 상기 제어부(10)는 상기 운전자에게 알람 등을 방법을 통한 경보를 보내서, 상기 운전자가 차량 휠의 밸런스를 점검하도록 할 수 있다.
상기 제어부(10)는 상기 차량의 내부에 구비된 엔진 컨트롤 유닛(ECU)와 일체로 형성될 수도 있고, 필요에 따라 별개의 구성으로 구비될 수도 있다. 상기 제어부(10)는 상기 감지부(130)로부터 측정된 진동 신호를 인가받으면, 도 5에 도시된 것과 같이 이를 주파수 응답 해석(Frequency Response Function, FRF)을 통해 주파수 대역별 크기로 구분한다.
또한, 상기 제어부(10)는 도 6에서 보듯이 상기 진동 신호를 기준값(target)과 비교하여, 상기 진동 신호가 기준값보다 큰 경우, 상기 모터(140)를 구동하여 상기 리니어 스크류(150)를 동작시키며, 이에 따라 상기 컨트롤 매스(160)의 위치를 상기 최내각 지점(A)로부터 최외곽 지점(B)까지 이동시킨다. 특히 상기 컨트롤 매스(160)의 위치가 최외곽 지점(B)에 위치하였음에도, 상기 진동 신호가 기준값 보다 큰 경우, 상기 제어부(10)는 별도의 알람 기능을 활성화시켜, 운전자에게 경보를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 스티어링 휠의 동작 방법에 대해 단계적으로 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠(100)의 진동을 측정하는 단계(S1)가 이루어진다. 상기 스티어링 휠(100)의 림(110)에 위치한 감지 센서(130)는 상기 스티어링 휠(100)의 진동을 감지하여 전기적인 신호로 변환한다.
다음으로, 제어부(10)는 신호처리를 수행한다(S2). 상기 측정된 감지 신호를 주파수 응답 해석(FRF)을 통해 주파수별 크기를 구분한다. 따라서, 상기 측정된 감지 신호의 주파수별 분석이 가능하다.
또한, 상기 제어부(10)는 상기 측정된 감지 신호를 기준값과 비교한다(S3). 상기 기준값은 자체적으로 설정된 값이며, 상기 감지 신호가 상기 기준값보다 큰지 여부를 결정한다.
또한, 상기 감지 신호가 상기 기준값보다 큰 경우, 상기 제어부(10)는 상기 모터(140)를 통해 리니어 스크류(150)를 동작하여, 상기 컨트롤 매스(160)의 위치를 변경함으로써, 상기 스티어링 휠(100)에 가해지는 관성 모멘트를 줄이는 동작을 수행한다(S5).
그리고 만약, 상기 동작을 이후에 다시 진동 신호를 측정하여 기준값과 비교하는 S1 내지 S4 단계를 반복 수행(S5)한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 휠(100)은 이에 따라 상기 컨트롤 매스(160)의 위치를 변경함으로써, 최적의 위치를 찾게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 스티어링 휠을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 스티어링 휠 110; 림
120; 스포크 130; 감지 센서
140; 모터 150; 리니어 스크류
160; 컨트롤 매스

Claims (8)

  1. 차량용 스티어링 휠에 있어서,
    링형의 림;
    상기 림의 내측에 구비된 스포크;
    상기 림의 적어도 일부에 구비되어 진동을 감지하는 감지 센서;
    상기 스포크의 내부에 형성된 리니어 액추에이터;
    상기 스포크의 내부에서 상기 리니어 액추에이터에 결합되어 상기 스티어링 휠의 반경 방향을 따라 직선왕복 동작되는 컨트롤 매스; 및
    상기 감지 센서의 감지 신호를 인가받아, 상기 리니어 액추에이터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 감지 센서에서 측정된 감지 신호가 기준값보다 큰 경우 상기 리니어 액추에이터를 동작하여 상기 컨트롤 매스의 위치를 가변하되,
    상기 리니어 액추에이터는 상기 제어부에 전기적으로 연결된 모터;
    상기 모터의 회전축에 결합되어 회전 방향 및 회전량이 결정되는 리니어 스크류를 포함하는 스티어링 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 감지 신호를 주파수 응답 처리를 통해 주파수별 크기로 분석하고, 이를 상기 기준값과 비교하는 스티어링 휠.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 센서는 상기 감지 신호 중에서 상기 감지 센서의 형성 위치로부터 상기 림의 중심을 향하는 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 성분만을 측정하는 스티어링 휠.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 매스는 상기 림의 반지름 이하의 길이에서 이동가능하도록 형성되는 스티어링 휠.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 매스는 100 내지 150[g]으로 형성된 스티어링 휠.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 매스가 생성하는 극관성 모멘트는 0.03 내지 0.04[kgm2]인 스티어링 휠.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 액추에이터 및 컨트롤 매스는 상기 스포크의 수직 방향을 따라 형성된 수직부 내에 결합된 스티어링 휠.
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JP2000016300A (ja) * 1998-07-03 2000-01-18 Honda Motor Co Ltd ステアリングホイールの制振装置
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KR20090088397A (ko) * 2006-12-12 2009-08-19 오토리브 에이에스피, 인크. 진동 전달이 저감된 스티어링 휠

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