KR101614701B1 - 차량용 틸팅장치 - Google Patents

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최세범
김도현
고영진
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자동차부품연구원
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Abstract

차량용 틸팅 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 차량용 틸팅장치는: 조향축에 연결되는 선기어; 선기어에 치합되는 복수의 유성기어; 복수의 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어; 복수의 유성기어에 치합되는 링기어; 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부; 및 선기어의 회전축과 랙바에 연결되는 연결 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 틸팅장치{TILTING APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 틸팅장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 선회시 틸팅축의 틸팅 반응성을 향상시킴에 따라 차량의 전복가능성을 감소시킬 수 있는 차량용 틸팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 엔진의 구동력에 의해 운행된다. 조향 핸들을 회전시키면, 운전자의 조타력이 조향축에 전달된다. 조향축이 선회되면 엑츄에이터의 구동력이 틸팅축에 전달됨에 따라 차량이 선회된다. 틸팅 방식에는 액츄에이터를 이용하여 능동적으로 틸팅하는 능동 틸팅 방식이 있다.
그러나, 종래에는 틸팅장치가 엑츄에이터에 의해 틸팅되므로, 차량 선회시 틸팅축의 틸팅 반응성이 저하됨에 따라 차량의 전복 가능성이 증가될 수 있다. 또한, 틸팅축이 엑츄에이터의 구동력에 의해 틸팅되므로, 엑츄에이터의 부하가 증가될 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0086122호(2014. 07. 08 공개, 발명의 명칭: 자동차의 조향각 센서)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 차량 선회시 틸팅축의 틸팅 반응성을 향상시킬 수 있으므로, 차량의 전복 가능성을 감소시킬 수 있는 차량용 틸팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 틸팅장치는: 조향축에 연결되는 선기어; 상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어; 복수의 상기 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어; 복수의 상기 유성기어에 치합되는 링기어; 상기 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 상기 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 상기 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부; 및 상기 선기어의 회전축과 랙바에 연결되는 연결 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 링기어에 결합되어 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어 및 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치를 더 포함할 수 있다.
상기 기어비 조절장치는 상기 링기어에 치합되고, 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 조절 기어부; 및 상기 조절 기어부에 연결되어 상기 조절 기어부를 회전시키는 모터부를 포함할 수 있다.
상기 틸팅 기어부는 상기 캐리어에 치합되는 제1 틸팅 기어부; 및 상기 제1 틸팅 기어부에 치합되고, 상기 틸팅축에 고정되는 제2 틸팅 기어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기어비 조절장치가 링기어의 회전 속도를 조절하여 선기어 및 유성기어의 기어비를 조절할 수 있으므로, 캐리어의 회전 속도가 조절될 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축의 조타 각도에 따라 틸팅축의 틸팅 속도를 탄력적으로 가변시킬 수 있으므로, 차량의 선회시 틸팅 반응성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향축의 조타력이 선기어, 유성기어, 캐리어 및 틸팅 기어부에 의해 틸팅축에 전달되므로, 틸팅축이 상대적으로 작은 힘에 의해 틸팅될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향축에 조타력이 작용될 때에 유성기어세트와 틸팅 기어부에 의해 틸팅축이 틸팅되므로, 차량 선회시 차량의 무게중심이 낮아짐에 따라 차량의 전복가능성을 저하시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량에 차량용 틸팅장치가 설치된 상태를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치를 도시한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 틸팅장치의 일 실시예를 설명한다. 차량용 틸팅장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량에 차량용 틸팅장치가 설치된 상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치를 도시한 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치는 선기어(110), 복수의 유성기어(120), 캐리어(130), 링기어(140), 틸팅 기어부(150) 및 연결 로드(160)를 포함한다. 유성기어세트(101)는 선기어(110), 복수의 유성기어(120), 캐리어(130) 및 링기어(140)를 포함한다.
차량용 틸팅장치는 조향축(10)과 틸팅축(20)을 연결하고, 틸팅축(20)의 양측은 서스펜션(23)에 의해 지지된다. 서스펜션(23)은 로어암(30)에 지지되고, 차체(미도시)는 어퍼암(40)에 지지된다. 양측 차륜(60)에 결합되는 어퍼암(40)에는 랙바(50)의 타이로드엔드(미도시)가 결합된다. 랙바(50)와 틸팅축(20)은 차량의 폭방향을 가로지르는 형태로 설치된다.
선기어(110)는 조향축(10)에 연결된다. 선기어(110)는 조향축(10)이 구동됨에 따라 조향축(10)과 함께 회전된다.
복수의 유성기어(120)는 선기어(110)의 둘레를 따라 배치되어 선기어(110)와 치합된다. 유성기어(120)는 선기어(110)가 회전됨에 따라 회전된다.
캐리어(130)에는 복수의 유성기어(120)가 회전 가능하게 결합된다. 캐리어(130)가 정지된 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)에 의해 자전된다. 캐리어(130)가 회전되는 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)를 중심으로 공전하면서 자전된다. 캐리어(130)의 회전축은 선기어(110)와 동축을 이루도록 배치된다.
링기어(140)는 복수의 유성기어(120)를 둘러싸도록 설치되고, 복수의 유성기어(120)에 치합된다. 링기어(140)의 내측과 외측에 톱니부가 형성된다. 링기어(140)는 복수의 유성기어(120)와 맞물려 회전된다.
틸팅 기어부(150)는 캐리어(130)에 치합되고, 틸팅축(20)에 연결되며, 캐리어(130)와 맞물려 회전됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅각을 조절한다.
연결 로드(160)는 선기어(110)의 회전축과 랙바(50)를 연결하여 선기어(110)를 지지한다. 랙바(50)가 선기어(110)의 회전축에 연결되고, 선기어(110)가 틸팅 기어부(150)에 의해 틸팅축(20)에 연결되므로, 선기어(110)의 회전축, 연결 로드(160)의 랙바(50)의 연결부 및 틸팅 기어부(150)의 연결부는 3점 링크 구조를 이룬다. 선기어(110)가 3점 링크 구조에 의해 지지되므로, 선기어(110)가 안정되게 지지된다.
조향축(10)의 조타력이 선기어(110)에 전달되고, 선기어(110)가 회전된다. 선기어(110)의 회전력은 복수의 유성기어(120)와 캐리어(130)에 전달된다. 캐리어(130)가 회전됨에 따라 틸팅 기어부(150)가 구동되어 틸팅축(20)을 회전시킨다. 유성기어세트(101)와 틸팅 기어부(150)가 기어비에 의해 틸팅축(20)을 회전시키므로, 차량의 선회시 양측의 차륜(60) 사이의 거리(이하, ‘윤거’라고 함)에 비해 차량의 무게중심이 낮아진다. 차량의 무게중심이 상대적으로 낮아지므로, 차량 선회시 차량의 전복가능성을 저하시킬 수 있다.
틸팅 기어부(150)는 캐리어(130)에 치합되는 제1 틸팅 기어부(151)와, 제1 틸팅 기어부(151)에 치합되고, 틸팅축(20)에 고정되는 제2 틸팅 기어부(152)를 포함한다. 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)는 웜기어 형태로 치합될 수도 있다. 이 경우, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)에 의해 유성기어세트(101)가 안정되게 지지된다.
캐리어(130)가 선기어(110)와 복수의 유성기어(120)에 의해 회전되면, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)가 회전되므로, 틸팅축(20)이 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130), 제1 틸팅 기어부(151) 및 제2 틸팅 기어부(152)의 기어비에 의해 일정한 각도로 틸팅된다. 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130), 제1 틸팅 기어부(151) 및 제2 틸팅 기어부(152)의 기어비는 차량의 구조 및 선회 성능을 고려하여 적절하게 설계된다.
차량용 틸팅 장치는 링기어(140)에 결합되어 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110), 유성기어(120)의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치(170)를 더 포함한다. 이에 관해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 정지된 경우, 선기어(110)가 회전됨에 따라 유성기어(120)가 공전과 자전된다. 유성기어(120)와 링기어(140)의 기어비에 의해 캐리어(130)가 기준 기어비(설계시 세팅된 기어비)로 회전된다. 캐리어(130)가 기준 기어비에 의해 회전되므로, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)가 틸팅축(20)을 기준 속도로 틸팅시킨다. 이때, 틸팅축(20)의 틸팅 각도는 조향축(10)에 의해 결정된다.
또한, 링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 선기어(110)와 동일한 속도로 회전되는 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)와 링기어(140)에 구속되어 선기어(110)와 동일한 속도로 공전되지만 자전되지는 않는다. 이때, 캐리어(130)는 유성기어(120)에 의해 선기어(110)와 동일한 속도로 회전되므로, 틸팅축(20)이 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)에 의해 고속으로 틸팅된다.
또한, 링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 선기어(110)보다 저속으로 회전되는 경우, 유성기어(120)는 공전과 자전된다. 이때, 유성기어(120)는 링기어(140)가 정지되었을 경우의 유성기어(120)의 속도보다 고속으로 회전되므로, 캐리어(130)는 상대적으로 고속으로 회전된다. 캐리어(130)가 상대적으로 고속 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 링기어(140)가 정지되었을 때보다 고속으로 틸팅된다.
이와 같이, 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 조절함으로써 캐리어(130)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도를 가변시킬 수 있으므로, 차량의 선회시 틸팅축(20)의 선회 반응성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 차량이 고속으로 선회될 때에는 차량용 틸팅장치가 링기어(140)를 상대적으로 고속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 증가시킨다. 또한, 차량이 저속으로 선회될 때에는 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)를 상대적으로 저속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 감소시킨다.
기어비 조절장치(170)는 링기어(140)에 치합되고, 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비를 조절하는 조절 기어부(171)와, 조절 기어부(171)에 연결되어 조절 기어부(171)를 회전시키는 모터부(172)를 포함한다. 모터부(172)가 구동됨에 따라 조절 기어부(171)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하므로, 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 가변될 수 있다. 따라서, 차량의 회전 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 차량이 고속으로 선회될 때에는 모터부(172)가 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 상대적으로 고속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 증가시킨다. 또한, 차량이 저속으로 선회될 때에는 모터부(172)가 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 상대적으로 저속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 감소시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅 장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 차량의 주행중에 운전자가 조항 핸들을 일측으로 조작하면, 조향축(10)이 일측으로 선회된다. 조향축(10)이 일측으로 선회됨에 따라 선기어(110)가 일방향(도 4의 반시계 방향)으로 회전된다. 이때, 유성기어(120)는 시계방향으로 자전되고, 반시계방향으로 공전된다. 유성기어(120)가 반시계방향으로 공전됨에 따라 캐리어(130)가 반시계방향으로 회전된다. 제1 틸팅 기어부(151)는 시계방향으로 회전되고, 제2 틸팅 기어부(152)는 반시계방향으로 회전된다. 제2 틸팅 기어부(152)가 반시계방향으로 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 반시계방향으로 틸팅된다. 이때, 틸팅축(20)의 좌측은 하강되고, 틸팅축(20)의 우측은 상승된다.
또한, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 회전시키는 속도에 따라 링기어(140)의 회전 속도가 가변될 수 있다. 즉, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 시계방향으로 링기어(140)의 회전속도와 다른 속도로 회전시키면, 링기어(140)의 회전 속도가 가변된다. 링기어(140)의 회전 속도가 변경됨에 따라 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 달라지므로, 캐리어(130)의 회전 속도가 변경된다. 따라서, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(5)의 회전 속도가 변경됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도도 변경된다.
차량이 저속 운전되는 경우, 모터부(172)는 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 링기어(140)가 정지된 때보다 상대적으로 저속으로 회전시킨다. 따라서, 캐리어(130)가 상대적으로 저속으로 회전되므로, 틸팅축(20)의 틸팅 속도도 저속으로 가변된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 차량의 주행중에 운전자가 조항 핸들을 타측으로 조작하면, 조향축(10)이 타측으로 선회된다. 조향축(10)이 타측으로 선회됨에 따라 선기어(110)가 타방향(도 6의 시계 방향)으로 회전된다. 이때, 유성기어(120)는 반시계방향으로 자전되고, 시계방향으로 공전된다. 유성기어(120)가 시계방향으로 공전됨에 따라 캐리어(130)가 시계방향으로 회전된다. 제1 틸팅 기어부(151)는 반시계방향으로 회전되고, 제2 틸팅 기어부(152)는 시계방향으로 회전된다. 제2 틸팅 기어부(152)가 시계방향으로 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 시계방향으로 틸팅된다. 이때, 틸팅축(20)의 좌측은 상승되고, 틸팅축(20)의 우측은 하강된다.
이때, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 반시계방향으로 링기어(140)의 회전속도와 다른 속도로 회전시키면, 링기어(140)의 회전 속도가 가변된다. 링기어(140)의 회전 속도가 변경됨에 따라 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 달라지므로, 캐리어(130)의 회전 속도가 변경된다. 따라서, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(5)의 회전 속도가 변경됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도도 변경된다. 나아가, 차량의 선회시 틸팅축의 틸팅 반응성을 향상시킬 수 있으므로, 차량의 전복 가능성을 저하시킬 수 있다.
상기와 같이, 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 조절함으로써 캐리어(130)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도를 가변시킬 수 있다.
또한, 조향축(10)의 조타력이 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130) 및 틸팅 기어부(150)에 의해 틸칭축에 전달되므로, 틸팅축(20)이 상대적으로 작은 힘에 의해 틸팅될 수 있다.
또한, 조향축(10)에 조타력이 작용될 때에 틸팅축(20)이 유성기어세트(101)와 틸팅 기어부(150)에 의해 틸팅되므로, 차량 선회시 차량의 무게중심이 낮아짐에 따라 차량의 전복가능성을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 조향축 20: 틸팅축
23: 서스펜션 30: 로어암
40: 어퍼암 50: 랙바
101: 유성기어세트 110: 선기어
120: 유성기어 130: 캐리어
140: 링기어 150: 틸팅 기어부
151: 제1 틸팅 기어부 152: 제2 틸팅 기어부
160: 연결 로드 170: 기어비 조절장치
171: 조절 기어부 172: 모터부

Claims (4)

  1. 조향축에 연결되는 선기어;
    상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어;
    복수의 상기 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어;
    복수의 상기 유성기어에 치합되는 링기어;
    상기 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 상기 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 상기 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부;
    상기 선기어의 회전축과 랙바에 연결되는 연결 로드; 및
    상기 링기어에 결합되어 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어 및 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 조향축에 의해 입력되는 상기 선기어의 회전 속도는 상기 기어비 조절장치에 의해 입력되는 상기 링기어의 회전 속도에 의해 가변되어, 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 가변시키는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기어비 조절장치는,
    상기 링기어에 치합되고, 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 조절 기어부; 및
    상기 조절 기어부에 연결되어 상기 조절 기어부를 회전시키는 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 틸팅 기어부는,
    상기 캐리어에 치합되는 제1 틸팅 기어부; 및
    상기 제1 틸팅 기어부에 치합되고, 상기 틸팅축에 고정되는 제2 틸팅 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅 장치.
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