KR101791329B1 - 각도 센서를 이용한 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사륜구동의 체결 및 체결해제 여부를 정확하게 판단하여 사륜구동 제어실패를 방지할 수 있는 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 관한 것이다.

Description

각도 센서를 이용한 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량{Disconnector for four-wheeled vehicle having angle sensor and four-wheeled vehicle having the disconnector}
본 발명은 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사륜구동의 체결 및 체결해제 여부를 정확하게 판단하여 사륜구동 제어실패를 방지할 수 있는 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 관한 것이다.
일반적으로, 사륜구동차량은 주 구동륜과 종 구동륜이 항시 구동하는 풀 타임 사륜구동 방식(Full-time four wheel drive)과 평소에는 주 구동륜으로 이륜구동을 하다가 험로 주행과 같이 접지력을 높여야 하는 상황에서 필요에 따라 종 구동륜으로 구동력을 전달하여 사륜구동으로 주행하는 파트 타임 사륜구동 방식(Part-time four wheel drive)으로 구분된다.
또한, 사륜구동차량은 엔진의 동력이 주 구동륜과 종 구동륜에 배분되어 사륜구동으로 주행하는 방식과 주 구동륜은 엔진에 의해 구동되고 종 구동륜은 모터에 의해 구동되어 사륜구동으로 주행하는 방식으로 구분될 수 있다.
한편, 종 구동륜은 엔진이나 모터와 같은 동력원으로부터 동력을 전달받아 사륜구동으로 주행하거나 동력전달이 차단되어 이륜구동으로 주행하게 하는데, 이때, 동력원과 종 구동륜 간의 연결을 서로 체결하거나 체결해제하여 이륜구동과 사륜구동을 절환하는 장치를 디스커넥터 장치라 한다.
도 1은 종래의 디스커넥터 장치(한국공개특허 제2014-0013414호)를 보여주는 것으로 종래의 디스커넥터 장치는 엔진이나 모터와 같은 구동원에 연결되어 회전하는 인풋 샤프트(10), 상기 인풋 샤프트(10)의 회전축 연장선상에서 상기 인풋 샤프트(10)와 이격되어 위치하며 등속 조인트(30)를 통해 종 구동륜으로 구동력을 전달하는 아웃풋 샤프트(20), 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)의 이격 위치 외주에 결합하고, 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)의 외주를 따라 축방향으로 이동가능하며, 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 이웃풋 샤프트(20)에 함께 맞물려 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)를 서로 체결하거나 어느 하나의 샤프트 외주로 이동하여 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)의 체결을 해제하는 슬리브(40), 상기 슬리브(40)를 축 방향으로 이동시키는 시프트 포크(50), 상기 시프트 포크(50)를 직선 이동시키는 엑추에이터(60)를 포함한다.
또한, 상기 슬리브(40)의 위치검출은 접촉에 의해 상기 시프트 포크(50)의 위치를 검출함으로써 상기 슬리브(40)의 위치를 감지하는 리니어 센서(70)를 통해 이루진다.
또한, 상기 리니어 센서(70)가 감지한 위치 정보에 의해 상기 엑추에이터(60)가 제어된다.
한편, 상기 리니어 센서(70)는 상기 시프트 포크(50)의 경사면(51)과 접촉하여 가압정도나 가압여부에 따라 상기 시프트 포크(50)의 위치를 측정하게 되는데, 이러한 방식은 접촉면의 이물질이 존재하거나 접촉면이 마모될 경우 상기 시프트 포크(50)의 정확한 위치를 측정하기 어렵고, 차량의 진동등에 의한 측정 오차가 발생하여 사륜구동의 제어실패가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 시프트 포크의 위치를 정확하게 계측하여 사륜구동 제어실패를 방지할 수 있는 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 갖는 사륜구동 차량을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 적은 비용으로 시프트 포크의 위치를 정확하게 계측할 수 있는 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 갖는 사륜구동 차량을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 또는 모터와 같은 구동원에 연결되는 인풋 샤프트와 상기 인풋 샤프트와 이격되고 종 구동륜에 연결되는 아웃풋 샤프트 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단함으로써 차량의 사륜구동을 제어하는 사륜구동 디스커넥터 장치로서, 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트의 이격 부위 외주에는 샤프트의 외면을 따라 축 방향으로 움직이며 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하는 슬리브가 구비되고, 상기 슬리브와 접촉하여 상기 슬리브를 축 방향으로 움직일 수 있는 시프트 포크; 상기 시프트 포크와 결합하여 회전에 의해 상기 시프트 포크를 상기 축 방향과 나란한 방향으로 왕복 이동시키는 스크류; 상기 스크류를 회전시키는 액추에이터; 상기 액추에이터의 회전 각도를 측정하여 상기 액추에이터의 동작이 제어되게 하는 각도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 디스커넥터 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각도 센서와 상기 액추에이터 사이에는 감속기어가 구비되고, 상기 감속기어는 상기 액추에이터의 회전축에 연결되는 제1 기어 및 상기 제1 기어와 기어결합하고 상기 각도 센서의 회전축에 연결되는 제2 기어를 포함하며, 상기 제2 기어가 일 회전할 동안 상기 제1 기어는 일 회전을 초과하여 회전한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각도 센서의 회전축은 0도에서 360도 사이의 범위에서 정회전 또는 역회전한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각도 센서는 360도를 초과하지 않고 0도에서 360도 사이의 각도를 측정한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 감속기어는 플라스틱 재질의 스퍼 기어(spur gear)로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각도 센서의 회전축이 한바퀴 회전할 동안 상기 시프트 포크는 상기 슬리브를 움직여 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제한다.
또한, 본 발명은 엔진 또는 모터의 동력에 회전하는 인풋 샤프트; 종 구동륜에 연결되는 아웃풋 샤프트; 및 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하여 사륜구동을 제어하는 상기 사륜구동 디스커넥터 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량을 더 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 의하면, 리니어 센서를 이용하지 않고 스크류의 회전 각도를 측정하여 시프트 포크의 위치를 검출할 수 있으므로, 리니어 센서를 이용하는 방식보다 접촉부위의 마모나 진동에 의한 사륜구동 제어실패 가능성을 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량에 의하면, 스크류와 각도 센서 사이에 감속기를 구비하여 적은 각도의 회전만을 감지하여 시프트 포크의 위치를 검출할 수 있으므로 측정오차를 줄일 수 있고, 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 사륜구동 디스커넥터 장치를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치를 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
[제1 실시예]
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치를 보여주는 것으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(100)는 엔진 또는 모터와 같은 구동원에 의해 회전하는 인풋 샤프트(10, input shaft)와 상기 인풋 샤프트(10)와 동일한 축 상에서 소정 거리 이격되고 종 구동륜에 연결되는 아웃풋 샤프트(20, output shaft)를 서로 체결하거나 체결해제하여 차량이 사륜구동 또는 이륜구동으로 주행하게 한다.
또한, 본 발명은 상기 사륜구동 디스커넥터 장치(100), 상기 인풋 샤프트(10) 및 상기 아웃풋 샤프트(20)를 포함하는 완성된 사륜구동 차량으로도 제공될 수 있다.
또한, 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)의 이격 부위 외주에는 상기 샤프트들(10,20)의 외주면을 따라 축방향(샤프트들의 회전축방향)으로 움직이며, 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)에 동시에 맞물릴 경우 상기 인풋 샤프트(10)의 구동력을 상기 아웃풋 샤프트(20)로 전달하고, 어느 하나의 샤프트 외주로 이동할 경우 구동력의 전달을 차단하는 슬리브(40)가 구비된다.
또한, 상기 슬리브(40)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(100)의 구성요소로 포함될 수도 있고, 차량에 기 존재할 경우 포함되지 않을 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(100)는 시프트 포크(110), 스크류(120), 액추에이터(130) 및 각도 센서(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 시프트 포크(110)는 상기 샤프트들(10,20)의 회전축과 나란한 방향으로 왕복 직선이동가능하고 일측은 상기 슬리브(40)의 외면에 체결되어 상기 슬리브(40)의 위치를 변화시킨다.
또한, 상기 시프트 포크(110)는 소정의 위치에 고정되는 시프트 로드(112)에 의해 가이드되어 직선운동을 한다.
상기 스크류(120)는 상기 시프트 포크(110)와 연결되며, 회전운동을 직선운동으로 변화시켜 상기 시프트 포크(110)가 상기 시프트 로드(112) 상에서 이동하게 한다.
또한, 상기 스크류(120)와 상기 시프트 포크(110) 사이에는 상기 슬리브(40) 내측의 기어와 상기 샤프트들(10,20)의 외측의 기어가 서로 체결될 때, 체결 충격을 흡수하는 스프링 슬러그(spring slug)가 구비될 수 있다.
상기 액추에이터(130)는 전기에 의해 회전하는 전기모터로써, 상기 스크류(120)를 소정각도 회전시켜 상기 시프트 포크(110)가 사륜구동 체결위치 또는 사륜구동 체결해제위치로 이동하게 한다.
또한, 상기 액추에이터(130)는 상기 스크류(120)를 회전시킬 수 있다면, 전기모터 외에 유압 또는 공압 액추에이터를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 액추에이터(130)의 회전축은 상기 스크류(120)에 직결될 수 있으나 적절한 토크와 부하감소를 위해 웜기어(150)를 통해 결합하는 것이 바람직하다.
상기 각도 센서(140)는 상기 액추에이터(130)의 회전 각도를 측정하여 상기 액추에이터(130)를 제어하는 사륜구동 제어기(도시하지 않음)로 전송하고 상기 사륜구동 제어기는 상기 액추에이터(130)의 회전을 제어한다.
또한, 상기 각도 센서(140)는 정전 용량식, 광학식 등 회전축의 회전 정도를 검출할 수 있는 센서라면 어떠한 센서라도 사용이 가능하다.
또한, 상기 액추에이터(130)가 상기 웜기어(150)를 통해 상기 스크류(120)를 회전시킬 경우, 상기 각도 센서(140)는 상기 웜기어(130)와 직결되어 상기 웜기어(130)의 회전 각도를 측정할 수도 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(100)는 도 1에 도시한 종래의 디스커넥터 장치와 비교하여 상기 시프트 포크(110)의 이동정도를 접촉식 리니어 센서가 아닌 각도 센서를 이용하여 측정하므로 이물질이나 진동발생 등에 강인하고, 정밀한 계측이 가능한 장점이 있다.
[제2 실시예]
한편, 상기 시프트 포크(110)는 사륜구동 절환을 위해 8mm의 직선구간을 이동하여야 하는데, 이때, 상기 각도 센서(140)의 회전축이 상기 스크류(120)와 직결되어 있을 경우, 약 2바퀴에서 3바퀴 가량이 회전되어야 한다.
즉, 상기 각도 센서(140)는 0도 내지 720도, 0도 내지 1080도를 계측할 수 있는 고가의 각도 센서를 이용하여야 한다.
또한, 상기 각도 센서(140)는 회전수가 증가할수록 계측의 정확도는 낮아지므로 최소한의 회전 각도로 상기 시프트 포크(110)의 위치를 계측할 수 있어야 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(200)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(200)와 비교하여 시프트 포크(110), 스크류(120), 액추에이터(140) 및 각도 센서(140) 이외에 감속기어(210)를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(200)의 시프트 포크(110), 스크류(120) 및 액추에이터(140)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사륜구동 디스커넥터 장치(200)의 시프트 포크(110), 스크류(120) 및 액추에이터(140)와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.
상기 각도 센서(140)는 상기 스크류(120)의 회전 각도를 측정하는 점에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 각도 센서(140)와 동일하지만 회전축의 회전 범위가 0도 내지 360도 범위 즉, 한 바퀴만을 정회전 또는 역회전하며 각도를 측정한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 각도 센서(140)는 0도 내지 720도, 0도 내지 1080도를 계측하는 센서 대신 0도 내지 360도의 각도를 계측하는 저가의 각도 센서로 구비된다.
또한, 측정 각도의 범위가 줄어들므로 그에 비례하여 측정 오차가 감소한다.
또한, 상기 시프트 포크(110)가 이동하여 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20)를 서로 체결되거나 체결해제되는 동안 상기 각도 센서(140)의 회전축은 한 바퀴만 정회전 또는 역회전한다.
상기 감속기어(210)는 상기 각도 센서(140)와 상기 스크류(120)의 회전축(또는 상기 엑추에이터(130)의 회전축) 사이에 연결되며 상기 스크류(120)의 회전을 감속하여 상기 감속기어(210)로 전달한다.
또한, 상기 감속기어(210)는 상기 스크류(120)의 회전축에 연결되는 제1 기어(211) 및 상기 제1 기어(211)와 기어결합하고 상기 각도 센서(140)의 회전축에 연결되는 제2 기어(212)를 포함한다.
또한, 상기 제2 기어(212)가 일 회전할 동안 상기 제1 기어(211)는 일 회전을 초과하여 이 회전 또는 삼 회전한다.
즉, 상기 제2 기어(212)의 외주는 상기 제2 기어(211)의 외주보다 크다.
따라서, 상기 각도 센서(130)는 회전축이 일 회전할 동안 상기 인풋 샤프트(10)와 상기 아웃풋 샤프트(20) 간의 체결 여부를 검출할 수 있다.
또한, 상기 감속기어(210)는 플라스틱 재질의 스퍼 기어(spur gear)로 구성하여 중량을 절감하고 제작 비용을 감소하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100,200:사륜구동 디스커넥터 장치
110:시프트 포크 111:스프링 슬러그
112:시프트 로드 120:스크류
130:액추에이터 140:각도 센서
150:웜기어

Claims (7)

  1. 엔진 또는 모터와 같은 구동원에 연결되는 인풋 샤프트(10)와 상기 인풋 샤프트(10)와 이격되고 종 구동륜에 연결되는 아웃풋 샤프트(20) 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단함으로써 차량의 사륜구동을 제어하는 사륜구동 디스커넥터 장치(100)로서,
    상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트의 이격 부위 외주에는 샤프트의 외면을 따라 축 방향으로 움직이며 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하는 슬리브(40)가 구비되고,
    상기 슬리브와 접촉하여 상기 슬리브를 축 방향으로 움직일 수 있는 시프트 포크(110);
    상기 시프트 포크와 결합하여 회전에 의해 상기 시프트 포크를 상기 축 방향과 나란한 방향으로 왕복 이동시키는 스크류(120);
    상기 스크류를 회전시키는 액추에이터(130);
    상기 액추에이터의 회전 각도를 측정하여 상기 액추에이터의 동작이 제어되게 하는 각도 센서(140);를 포함하고,
    상기 각도 센서의 회전축이 한바퀴 회전할 동안 상기 시프트 포크는 상기 슬리브를 움직여 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하고,
    상기 각도 센서와 상기 액추에이터 사이에는 감속기어(210)가 구비되고,
    상기 감속기어는 상기 액추에이터의 회전축에 연결되는 제1 기어(211) 및 상기 제1 기어와 기어결합하고 상기 각도 센서의 회전축에 연결되는 제2 기어(212)를 포함하며,
    상기 제2 기어가 일 회전할 동안 상기 제1 기어는 일 회전을 초과하여 회전하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 디스커넥터 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 센서의 회전축은 0도에서 360도 사이의 범위에서 정회전 또는 역회전하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 디스커넥터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각도 센서는 360도를 초과하지 않고 0도에서 360도 사이의 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 디스커넥터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속기어는 플라스틱 재질의 스퍼 기어(spur gear)로 구성되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 디스커넥터 장치.
  6. 삭제
  7. 엔진 또는 모터의 동력에 회전하는 인풋 샤프트(10);
    종 구동륜에 연결되는 아웃풋 샤프트(20); 및
    상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하여 사륜구동을 제어하는 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항의 사륜구동 디스커넥터 장치(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량.
KR1020160014769A 2016-02-05 2016-02-05 각도 센서를 이용한 사륜구동 디스커넥터 장치 및 그 장치를 포함하는 사륜구동 차량 KR101791329B1 (ko)

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