KR101668876B1 - 동력전달유닛 및 이를 적용한 전동조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 R-MDPS에 적용된 동력전달유닛이 한쌍의 저출력 제1모터(2)와 제2모터(4)로 구성되고, 풀-턴(Full-Turn)과 같이 모터 부하가 큰 구간에선 상기 제1·2모터(2,4)가 함께 구동되지만 온-센터(On-Center)구간 또는 주행시와 같이 모터 부하가 작은 구간에서 1개의 모터만이 구동됨으로써, 모터 부하가 큰 구간에 맞춘 1개의 대용량 모터 적용에 따른 제반문제를 모두 해소하면서 특히 전기 소모를 저감하고 연비도 향상할 수 있음은 물론, 한쌍의 제1·2모터(2,4)를 이용한 토크 오버레이(Torque Overlay)기능 구현으로 차량 안정성과 모터 안정성을 크게 향상할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

동력전달유닛 및 이를 적용한 전동조향장치{Power Transmit Unit and Motor Driven Power Steering thereof}

본 발명은 동력전달장치에 관한 것으로, 특히 2개의 저출력 모터를 조합하여 1개의 고출력 모터로 인한 낭비적 요소들을 없앤 동력전달유닛 및 이를 적용한 전동조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동 조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 유압을 이용하지 않고, 모터동력으로 조향파워를 어시스트(assist)하는 방식이다.

이를 위해, MDPS는 ECU 제어로 동력을 발생하는 모터와, 모터를 통해 회전되는 웜축(Worm-Shaft)과 이에 치합된 웜휠(Worm Wheel)로 이루어진 감속기를 구비함으로써 모터동력으로 조타력을 어시스트(assist)하게 된다.

반면에, 상기 MDPS와 같은 방식인 랙 어시스트식 전동 조향장치인 R-MDPS(Rack type Electric Power Steering System)는 모터에 의해 구동토크를 생성하는 구동부와, 상기 구동토크를 벨트로 전달해 너트의 회전운동으로 전환함으로써 랙바의 축이동을 구현하는 종동부로 구성되어진다.

상기와 같이 MDPS와 R-MDPS는 모두 모터 동력을 이용하므로 모터는 원활한 조향을 위해 차량의 모든 부하에 대해 작동할 수 있는 출력을 갖지만, 실제적으로는 정차시 풀-턴(Full-Turn)구간일 때 부하구간이 가장 크게될 뿐 온-센터(On-Center)구간 또는 주행시에는 급격히 감소하는 부하구간을 형성하게 된다.

상기와 같이 모터의 용량은 실제적인 부하에 따르지 않고 가장 크게 걸리는 부하에 따라 대용량으로 맞춰짐으로써, 사용 빈도가 많지 않고 상대적으로 적은 부하구간에서 대용량 모터의 이용성이 크게 낮고 특히, 대용량 모터로 인한 비용과 설계 및 장착 공간 레이아웃(Layout)면에서 불리할 수 밖에 없게 된다.

또한, 모터 고장시 매뉴얼(Manual)로 전환된 상태에서는 차량의 크기에 따라서는 대용량 모터로 인한 수동토크(Manual Torque)가 너무 과다하게 필요하게 되고, 이는 운전자의 안전한 조향을 저해시키는 한 원인으로 작용될 수밖에 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 한쌍으로 구성된 저출력 모터를 부하구간에 맞추어 선택적으로 구동함으로써, 1개의 대용량 모터로 인한 제반문제를 모두 해소하고 특히 한쌍의 모터를 이용한 토크 오버레이(Torque Overlay)기능 구현으로 차량 안정성을 크게 향상할 수 있는 동력전달유닛 및 이를 적용한 전동조향장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동력전달유닛은 각각의 컨트롤러로 제어되어, 각각 개별적으로 회전동력을 발생시키는 한쌍의 제1모터 및 제2모터와;

상기 제1모터로 회전되는 제1회전체와;

상기 제1회전체와 연결부재로 연결되고, 상기 제2모터를 통해 회전되는 제2회전체와;

상기 제1모터와 상기 제2모터중 1개의 모터쪽에 결합되어 최종적인 출력토크를 발생시키는 토크출력기;

를 포함해 구성되어진 것을 특징으로 한다.

상기 한쌍의 제1모터와 제2모터는 공통적인 1개의 컨트롤러로 제어되어진다.

상기 연결부재는 벨트이고, 상기 제1회전체와 상기 제2회전체는 벨트를 결합하는 풀리 구조로 이루어진다.

상기 제2회전체는 상기 제2모터에 의해 회전되는 선기어와, 상기 선기어에 외접되어진 위성기어와, 상기 위성기어를 내접하고 상기 연결부재를 감은 캐리어로 구성되어진다.

상기 선기어에는 상기 토크출력기가 구비되어진다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동조향장치는 각각의 컨트롤러로 제어되어, 각각 개별적으로 회전동력을 발생시키는 한쌍의 제1모터 및 제2모터와; 상기 제1모터로 회전되는 제1회전체와; 상기 제1회전체와 연결부재로 연결되고, 상기 제2모터를 통해 회전되는 제2회전체와; 상기 제1모터와 상기 제2모터중 1개의 모터쪽에 결합되어 최종적인 출력토크를 발생시키는 토크출력기;로 동력전달유닛이 구성되고, 상기 토크출력기가 타이로드를 움직여주는 볼스크류에 결합된 볼너트와 벨트로 연결되어진 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 저출력 모터 2개를 부하구간에 맞추어 선택적으로 구동하여 가장 큰 부하구간에 맞춘 1개의 대용량 모터로 인한 제반문제를 모두 해소할 수 있고, 특히 저출력 모터 이용에 따른 전기 소모를 저감하고 연비도 향상할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 한쌍의 모터를 이용한 토크 오버레이(Torque Overlay)기능 구현으로 차량 안정성과 모터 안정성을 크게 향상할 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 동력전달유닛의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 동력전달유닛을 이용한 전동 조향장치의 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 동력전달유닛의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 동력전달유닛은 회전동력을 발생시키는 토크발생부(1)와, 상기 토크발생부(1)의 출력을 입력받아 토크발생부(1)의 회전속도를 감속하고 토크를 증배시켜 출력하는 토크출력부(10)로 구성된다.

상기 토크발생부(1)는 한쌍을 이루고 각각 독립적으로 회전동력을 발생시키는 제1·2모터(2,4)와, 상기 제1·2모터(2,4)를 각각 전담 제어하면서 서로간의 통신으로 협조제어를 구현하는 제1·2컨트롤러(3,5)로 구성된다.

즉, 상기 제1모터(2)는 제1컨트롤러(3)로 제어되고, 상기 제2모터(4)는 제2컨트롤러(5)로 제어되어진다.

하지만, 상기 제1모터(2)와 상기 제2모터(4)는 1개의 컨트롤러로 제어될 수 있으며, 이를 위해 1개의 컨트롤러에는 제1모터(2)와 제2모터(4)를 개별적으로 협조제어할 수 있는 로직을 내장하게 된다.

본 실시예에서는 정차시 풀-턴(Full-Turn)구간일 때 제1모터(2)와 제2모터(4)가 동시에 구동되고, 온-센터(On-Center)구간 또는 주행시에는 제1모터(2)를 정지시키고 제2모터(4)를 구동하여 준다.

상기와 같은 제1모터(2)와 제2모터(4)의 선택은 토크출력부(10)로 연결되는 모터에 따른 것으로, 본 실시예에서는 제2모터(4)가 토크출력부(10)로 연결됨에 기인된다.

상기 토크출력부(10)는 제1모터(2)에 의해 회전되는 제1회전체(11)와, 제2모터(4)에 의해 회전되는 제2회전체(13)와, 상기 제1·2회전체(11,13)를 연결하는 연결부재(14)로 구성된다.

본 실시예에서 상기 제2회전체(13)는 유성기어타입이며, 일례로 제2모터(4)에 의해 회전되는 선기어(12)와, 상기 선기어(12)에 외접되어진 위성기어와, 상기 위성기어를 내접하고 연결부재(14)를 감은 캐리어로 구성되어진다.

상기 선기어(12)에는 토크출력기(15)가 더 구비되며, 상기 토크출력기(15)는 최종 토크를 출력하여 연결되는 기기에 회전력을 전달하게 된다.

본 실시예에서 상기 연결부재(14)는 벨트로 구성되며, 상기 연결부재(14)로 서로 연결되는 상기 제1·2회전체(11,13)의 외주면에는 풀리와 같이 벨트를 안착시키는 홈을 형성하게 된다.

이를 위해, 상기 제1회전체(11)는 풀리 타입이고, 상기 제2회전체(13)는 캐리어의 외주면에 벨트를 안착시키는 홈을 형성하여준다.

도 2는 본 실시예에 따른 동력전달유닛을 이용한 전동 조향장치의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 전동 조향장치는 랙바 튜브(24)에 수용되어 타이로드를 움직여주는 볼스크류(21)에 볼너트(22)가 결합되고, 상기 볼너트(22)를 회전시키도록 벨트(23)가 감겨진 랙바유닛(20)을 구비한 R-MDPS(Rack type Electric Power Steering System)이다.

상기 R-MDPS와 동력전달유닛의 결합은 R-MDPS의 랙바유닛(20)을 구성하는 볼너트(22)에 감겨진 벨트(23)를 동력전달유닛을 구성하는 제2회전체(13)의 토크출력기(15)에 감아줌으로써 간단히 완성되어진다.

상기와 같이 동력전달유닛을 적용해 구성된 R-MDPS는 풀-턴(Full-Turn)과 같이 모터 부하가 큰 구간과, 온-센터(On-Center)구간 또는 주행시와 같이 모터 부하가 작은 구간에 맞춘 적합한 방식으로 제1모터(2)와 제2모터(4)를 선택적으로 구동할 수 있게 된다.

즉, 풀-턴(Full-Turn)이 필요한 경우, 제2컨트롤러(5)가 제2모터(4)를 구동하고, 상기 제2컨트롤러(5)와 협조제어하는 제1컨트롤러(3)가 제1모터(2)를 구동시켜줌으로써, 토크출력기(15)에는 상기 제1모터(2)와 제2모터(4)의 출력토크가 모두 전달되어진다.

이에 따라, 상기 토크출력기(15)와 벨트(23)로 연결된 볼너트(22)가 회전되고, 볼너트(22)의 회전방향에 따라 볼스크류(21)가 좌측이나 우측으로 이동해 차량을 조타시키게 된다.

반면에 제2모터(4)의 출력토크 만으로 충분한 온-센터(On-Center)구간 또는 주행시에는 제2모터(4)만 구동하고 제1모터(2)는 정시시켜줌으로써, 토크출력기(15)에는 상기 제2모터(4)의 출력토크 만 전달되어진다.

상기 토크출력기(15)는 벨트(23)를 통해 볼너트(22)를 회전시키고, 볼너트(22)의 회전방향에 따라 볼스크류(21)가 좌측이나 우측으로 이동해 차량을 조타시키게 된다.

그러므로, 본 실시예에 따른 R-MDPS는 모터 부하 정도에 따라 제1모터(2)와 제2모터(4)를 선택적으로 구동함으로써, 모터 부하가 큰 구간에 맞춘 1개의 대용량 모터 적용에 따른 제반문제를 모두 해소하고 특히 전기 소모를 저감하고 연비도 향상할 수 있게 된다.

이와 함께 본 실시예에 따른 R-MDPS는 동력전달유닛의 기능을 이용해 조향 성능향상과 차량 안정성을 구현할 수 있게 된다.

일례로, 제1모터(2)와 제1컨트롤러(3) 또는 제2모터(4)와 제2컨트롤러(5)중 어느 한쪽이 고장난 경우라도 정상적으로 작동되는 1개의 모터를 통해 토크출력기(15)가 회전될 수 있고, 상기 토크출력기(15)의 회전력이 벨트(23)로 볼너트(22)를 회전시켜 조타가 수행될 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 동력전달유닛을 적용한 R-MDPS는 차량 비상 운전이 가능한 상태의 조타력을 제공하는 림프홈모드(Limp Home Mode)를 구현할 수 있게 된다.

또 다른 일례로, 제2모터(4)가 일반적인 동력조향 어시스트(Power Assist)를 제공할 때 제1모터(2)로 제2모터(4)의 출력토크를 가감함으로써 토크 중첩제어(Torque Overlay)기능이 구현될 수 있으며, 이러한 기능의 이용으로 더 향상된 제어 성능 및 안전성 향상을 도모할 수 있게 된다.

1 : 토크발생부 2,4 : 제1·2모터
3,5 : 제1·2컨트롤러 10 : 토크출력부
11,13 : 제1·2회전체 12 : 선기어
14 : 연결부재 15 : 토크출력기
20 : 랙바유닛 21 : 볼스크류
22 : 볼너트 23 : 벨트
24 : 랙바 튜브

Claims (6)

1. 각각의 컨트롤러로 제어되어, 각각 개별적으로 회전동력을 발생시키는 한쌍의 제1모터 및 제2모터와;
   상기 제1모터로 회전되는 제1회전체와;
   상기 제1회전체와 연결부재로 연결되고, 상기 제2모터를 통해 회전되는 제2회전체와;
   상기 제1모터와 상기 제2모터중 1개의 모터쪽에 결합되어 최종적인 출력토크를 발생시키는 토크출력기;를 포함해 구성되고,
   상기 제1모터와 상기 제2모터는 풀-턴(Full-Turn)구간에서 동시에 구동되는 반면 온-센터(On-Center)구간 또는 주행 시에는 상기 제1모터를 정지시키고 상기 제2모터를 구동하는
   것을 특징으로 하는 동력전달유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 한쌍의 제1모터와 제2모터는 공통적인 1개의 컨트롤러로 제어되는 것을 특징으로 하는 동력전달유닛.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 연결부재는 벨트이고, 상기 제1회전체와 상기 제2회전체는 벨트를 결합하는 풀리 구조를 형성한 것을 특징으로 하는 동력전달유닛.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2회전체는 상기 제2모터에 의해 회전되는 선기어와, 상기 선기어에 외접되어진 위성기어와, 상기 위성기어를 내접하고 상기 연결부재를 감은 캐리어로 구성되어진 것을 특징으로 하는 동력전달유닛.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 선기어에는 상기 토크출력기가 구비되어진 것을 특징으로 하는 동력전달유닛.
   
6. 컨트롤러로 제어되어, 각각 개별적으로 회전동력을 발생시키는 한쌍의 제1모터 및 제2모터와;
   상기 제1모터로 회전되는 제1회전체와;
   상기 제1회전체와 연결부재로 연결되고, 상기 제2모터를 통해 회전되는 제2회전체와;
   상기 제1모터와 상기 제2모터중 1개의 모터쪽에 결합되어 최종적인 출력토크를 발생시키는 토크출력기;로 동력전달유닛이 구성되고,
   상기 토크출력기가 타이로드를 움직여주는 볼스크류에 결합된 볼너트와 벨트로 연결되며,
   상기 제1모터와 상기 제2모터는 풀-턴(Full-Turn)구간에서 동시에 구동되는 반면 온-센터(On-Center)구간 또는 주행 시에는 상기 제1모터를 정지시키고 상기 제2모터를 구동하는
   것을 특징으로 하는 동력전달유닛을 적용한 전동조향장치.
   
   

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