KR101950123B1 - 차량 조향 시스템 트랜스미션 - Google Patents

Abstract

차량 조향 시스템 트랜스미션은, 가요성 링크(6, 7, 8)에 의해 출력 샤프트(5)에 연결되는 구동기 샤프트(4)에 연결된 구동기, 상기 구동기 샤프트(4)를 감지하는 제1 센서(1), 제1 센서(1)로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛(500)으로서, 구동기에 신호를 전송하여 출력 샤프트(5)의 운동을 제어하는 것인 제어 유닛을 포함한다.

Description

차량 조향 시스템 트랜스미션{VEHICLE STEERING SYSTEM TRANSMISSION}

본 발명은 차량 조향 시스템 트랜스미션에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 가요성 링크에 의해 출력 샤프트에 연결되는 구동기 샤프트에 연결된 구동기, 상기 구동기 샤프트를 감지하는 제1 센서, 제1 센서로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛으로서, 구동기에 신호를 전송하여 출력 샤프트의 운동을 제어하는 것인 제어 유닛을 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션에 관한 것이다.

전기 동력 보조 조향 시스템(EPAS; electric power assist steering systems)은 1960 년대 이래로 사용되고 있다. 유압 동력 보조 조향은 통상적으로 시장에서 우위를 점하고 있다. 유압 시스템은, 유압 펌프가 펌핑(pumping)하는 동안 큰 기생 에너지 손실(parasitic energy loss)을 나타내지만, 동력 보조는 요구되지 않는다. 이러한 기생 에너지 손실을 없애려는 초기의 시도는, 펌프에 전기 모터를 마련하는 것, 그리고 단지 필요할 때에만 펌프를 구동하는 것을 수반하였다.

전기 유압 보조식 동력 조향 시스템은 유압 동력 조향 시스템에 동력을 공급하는 유압 펌프를 구동하기 위해 전기 모터를 이용한다. 이러한 시스템은 산업계에서 중간 단계에 해당하며, 이러한 시스템의 사용은 EPAS의 사용 증가와 함께 사라질 것으로 보인다. EPAS 시스템은 소음 저감의 구현, 에너지 사용의 절감, 능동적 안전 특징부, 및 구동 조건을 충족시키기 위한 조절 능력을 허용한다. 그러나, 이러한 시스템의 사용은, 최근 C.A.F.E. 요건을 충족시키기가 더 어려워질 때까지는 제한적으로 남아있었다. 이는, 차량 연료 경제성을 개선하기 위한 노력에 있어서 자동차 제조사가 더욱 더 EPAS 시스템으로 선회하게 하였다. EPAS 시스템은 유압 보조 동력 조향 시스템에서 보통 확인되는 기생 에너지 손실을 없애준다. Nexteer와 같은 시스템 제조자는 6%의 연료 경제성 개선을 주장한다.

예를 들면, EPAS 시스템의 구현을 지연시키는 한 가지 난제는 12 볼트 전기 모터로 동력 요건을 충족시키는 것이다. 최근에, 이러한 문제를 성공적으로 해결하는 시스템이 개발되었다. 또한, 모든 EPAS 시스템은, 구동기 입력을 감지하고 전기 모터를 제어하여 원하는 보조를 제공하기 위해 제어 모듈을 필요로 한다. 상기 제어 모듈은 구동기 입력 토크를 측정하며, 요구되는 보조량을 결정하기 위해 이를 이용한다. 보조는 구동 조건에 따라 구동기의 필요를 충족시키도록 조절될 수 있다. 상기 시스템은 심지어 구동기에 이용 가능하며 조절 가능한 “감각(feel)”을 나타낼 수 있다.

자동차 EPAS에 대한 주요 동인은 연료 경제성 개선이지만, EPAS는 추가적인 장점을 갖는다. 상기 시스템은, 심지어 차량의 엔진이 작동하고 있지 않을 때에도 조향 보조를 이용 가능하게 할 수 있다. 이는 또한 현재 이용 가능한 자동식 병렬 주차 시스템의 이용을 가능하게 한다.

EPAS 시스템의 2가지 주요한 유형, 즉 컬럼 보조(column assist) 및 랙 보조(rack assist)가 존재한다. 랙 보조 EPAS 시스템은 조향 랙(steering rack)에 연결된 전기 모터를 구비한다. 전기 모터는 보통 리드 스크류 메커니즘(lead screw mechanism)을 구동시킴으로써 랙 이동을 보조한다. 컬럼 보조 EPAS 시스템은 조향 컬럼에 연결된 전기 모터를 구비한다. 전기 모터는, 보통 웜 기어 유형의 장치를 통해 컬럼 샤프트의 운동을 보조한다. 이러한 유형의 시스템의 한 가지 장점은, 전기 모터가 승객 격실에 배치될 수 있어서 후드 아래의 소중한 공간을 자유롭게 한다는 것이다. 이는 또한 임의의 민감한 전기적 구성요소가 후드 환경 하에서의 가혹한 조건으로부터 벗어난 상태를 유지한다.

웜 구동 컬럼 보조 시스템은 보통 소형 승용차에서 사용되는데, 소형 승용차에서는 큰 중형 차량에서 요구되는 것보다 보조 동력 요건이 작다. 이러한 시스템은 조향 휠의 속도 및 웜 구동부의 비율에 의해 제한된다. 최대 속도에서의 조향 휠은 대략 60 rpm에서 비교적 느리게 회전한다. 60 rpm의 조향 휠 속도 및 15:1의 웜 구동 비율 하에서, 전기 모터의 최대 속도는 단지 900 rpm이다. 웜 구동은 20:1 미만의 비율로 한정되는데, 왜냐하면 이 비율은 역구동(back-driven)될 수 없는 비율보다 높기 때문이다.

조향 시스템은 동력 없이 작동될 수 있어야만 한다. 이에 따라, 웜을 구동하는 기어와 함께 웜 구동부가 작동할 수 있어야만 한다(역구동). 느린 모터 속도를 갖고 웜 구동 비율이 제한되면, 높은 토크의 모터를 필요로 하게 된다. 심지어 높은 토크의 모터를 이용하더라도, 이러한 유형의 시스템은 중형 차량에서는 성공적일 수 없다. 소형 차량은 가볍고, 조향 노력을 더 필요로 하며, 이에 따라 전술한 시스템의 이용을 가능하게 한다. 웜 구동 컬럼 보조 EPAS 시스템은 가장 저렴한 시스템이며, 이에 따라 또한 더 작고 더 저렴한 차량에 제공된다.

웜 구동 보조를 이용하는 보통의 조향 시스템은 그 효율 면에서 제한된다. EPAS 시스템은, 어떠한 동력도 이용 가능하지 않을 때 작용하도록 설계되어야만 한다. 비율이 대략 20:1을 초과할 때의 역구동 중에 잠기는 웜 구동의 경향성에 관한 특성으로 인해, 웜 구동 EPAS 시스템 효율은 역구동 상태 동안 대략 85 %보다 크지 않으며, 65 %에 더 근접한다.

대표적인 종래 기술은 미국 특허 제8,327,972호이며, 이 미국 특허는 하우징; 이 하우징에 대해 저널링(journalling)되는 입력 샤프트; 하우징에 연결되며 입력 샤프트에 결합되는 전기 모터; 하우징에 저널링되는 출력 샤프트를 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션으로서, 입력 샤프트 및 출력 샤프트는, 이들 사이에서 트레인(train)하는 제1 벨트를 구비하며 제1 비율을 갖는 제1 쌍의 스프라켓에 의해 결합되고, 제1 벨트 및 제1 쌍의 스프라켓은 나선 치형 구조를 포함하며, 입력 샤프트 및 출력 샤프트는, 이들 사이에서 트레인하는 제2 벨트를 구비하고 제2 비율을 갖는 제2 쌍의 스프라켓에 의해 결합되며, 입력 샤프트 및 출력 샤프트는, 이들 사이에서 트레인하는 제3 벨트를 구비하며 제3 비율을 갖는 제3 쌍의 스트라켓에 의해 결합되는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션을 개시하고 있다.

가요성 링크에 의해 출력 샤프트에 연결되는 구동기 샤프트에 연결된 구동기, 상기 구동기 샤프트를 감지하는 제1 센서, 제1 센서로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛으로서, 구동기에 신호를 전송하여 출력 샤프트의 운동을 제어하는 것인 제어 유닛을 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션이 요구된다.

본 발명을 이러한 요구를 충족시키기 위한 것이다.

본 발명의 제1 양태는, 가요성 링크에 의해 출력 샤프트에 연결되는 구동기 샤프트에 연결된 구동기, 상기 구동기 샤프트를 감지하는 제1 센서, 제1 센서로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛으로서, 구동기에 신호를 전송하여 출력 샤프트의 운동을 제어하는 것인 제어 유닛을 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션이다.

본 발명의 다른 양태는, 본 발명에 관한 이하의 설명 및 첨부 도면에 의해 지적되거나 명확하게 될 것이다.

본 발명은, 가요성 링크에 의해 출력 샤프트에 연결되는 구동기 샤프트에 연결된 구동기, 상기 구동기 샤프트를 감지하는 제1 센서, 제1 센서로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛으로서, 구동기에 신호를 전송하여 출력 샤프트의 운동을 제어하는 것인 제어 유닛을 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션을 포함한다.

본 명세서의 일부를 형성하고 본 명세서에 포함되는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 시스템 트랜스미션의 사시도이다.
도 2는 중간 스프라켓의 사시도이다.
도 3은 중간 스프라켓의 사시도이다.
도 4는 조향 시스템의 사시도이다.
도 5는 제어 시스템의 개략도이다.
도 6은 변형예의 사시도이다.

도 1은 시스템 트랜스미션의 사시도이다. 본 발명에 따른 디바이스는 센서(1), 센서(2), 센서(3)를 포함한다. 센서(1)는 입력 샤프트(4)에 장착된다. 센서(2)는 중간 샤프트(12)에 장착된다. 센서(3)는 중간 샤프트(23)에 장착된다. 가요성 링크(6)는 입력 샤프트(4)와 중간 샤프트(12) 사이에서 트레인(train)한다. 가요성 링크(7)는 중간 샤프트(12)와 중간 샤프트(23) 사이에서 트레인한다. 벨트(8)는 중간 샤프트(23)와 출력 샤프트(5) 사이에서 트레인한다. 각각의 벨트는 각각의 스프라켓들 사이의 기계적 링크부를 포함한다.

입력 스프라켓(4)은 전기 모터에 의해 구동되거나, 또는 회전 및 토크를 제공하는 임의의 다른 디바이스에 의해 구동된다. 센서(1)는 입력 샤프트(4)의 각도상 위치를 측정한다. 센서(2)는 중간 샤프트(12)의 각도상 위치를 측정한다. 센서(3)는 중간 샤프트(23)의 각도상 위치를 측정한다. 입력 샤프트(4)는 20개의 치형부를 갖는다. 가요성 링크(6) 및 가요성 링크(7)는 각각 치형 벨트 또는 체인을 포함할 수 있다.

중간 샤프트(12)는 제1 스프라켓(120) 및 제2 스프라켓(121)을 포함한다. 제1 스프라켓(120)은 43개의 치형부를 가지며, 제2 스프라켓(121)은 18개의 치형부를 갖는다(도 2 참고). 입력 샤프트(4) 및 제1 스프라켓(120)은 가요성 링크(6)를 통해 연결된다. 중간 샤프트(23)는 제1 스프라켓(230) 및 제2 스프라켓(231)을 갖는다. 제1 스프라켓(230)은 41개의 치형부를 갖는다. 제2 스프라켓(231)은 18개의 치형부를 갖는다. 제2 스프라켓(121) 및 제1 스프라켓(230)은 가요성 링크(7)를 통해 연결된다. 출력 샤프트(5)는 73개의 치형부를 갖는다. 제2 스프라켓(231) 및 출력 샤프트(5)는 가요성 링크(8)를 통해 연결된다.

적절하게 작동시키기 위해, 출력 샤프트(5)의 위치뿐만 아니라, 센서(1, 2, 3)를 갖춘 3개의 샤프트(4, 12, 23)의 초기 시작 위치는 알려져 있어야만 한다. 이러한 시작 위치로부터, 각각의 샤프트의 위치는 입력 샤프트(4)의 회전의 결과로서 측정될 수 있다. 각각의 단(stage)의 구동 비율(drive ratio) 및 전반적인 구동 비율을 알고 있기 때문에, 각각의 스프라켓의 각도상 위치가 계산될 수 있다.

예를 들면 다음과 같이 주어진다.

Θ₁ = 그 시작 위치로부터의 입력 샤프트(4)의 각도(단위 : 회전, 1 회전은 360 도임)

N_n = 입력 스프라켓으로부터 각각의 스프라켓에 대한 구동 비율

Θ_n = 그 시작 위치로부터 샤프트의 각도(단위 : 회전)

각각의 샤프트의 각도상 위치는 이하의 등식으로부터 결정될 수 있다.

Θ_n = N_n θ₁

20회 회전하는, 입력 샤프트(4)의 회전에 대해, 중간 샤프트(12)는 다음과 같이 회전한다.

Θ₁₂ = (20/43)(20)

Θ₁₂ = 9.3023 회전

회전 수의 소수 부분은 이후 각도상 위치로 변환된다.

0.3023 회전 = 0.3023*360 도/회전 = 108.28 도

이러한 결과는, 중간 샤프트(12)의 원래 시작 위치로부터의 도 단위의 회전을 나타낸다. 구동부의 각각의 스프라켓에서의 구동 비율은 알려져 있으므로, 당업자는 그 시작 위치로부터 각각의 샤프트의 위치를 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스는, 출력 샤프트(5)의 각각의 위치가 단지 3개의 다른 샤프트의 고유한 일 위치에 대응하게 되도록 구성된다. 시스템에서 동력이 손실되면, 동력이 복구될 때, 출력 샤프트(5)의 위치는 센서를 갖춘 3개의 샤프트의 위치에 의해 결정될 수 있다. 출력 샤프트의 회전수 면에서 구동이 제한되지 않는다면, 개별적인 샤프트의 위치는 결과적으로 그 각각의 시작 위치로 복귀하게 되며, 샤프트의 상대 위치는 반복될 것이다.

출력 샤프트가 차량 조향 샤프트인 전기 보조 조향 시스템와 같은 디바이스에 있어서, 조향 샤프트의 위치를 알고 있는 것은 유리하다. 출력 샤프트의 알려진 위치를 잃어버리지 않도록 하기 위해서는, 위치의 반복을 유발하기 위해 요구되는 회전수가 구동부에서의 총 회전수를 초과하지 않도록 구동 비율이 구성되어 있어야만 한다.

앞서 언급된 시스템에 있어서, 당업자는 각각의 샤프트의 원래 시작 위치를 그 현재 위치와 비교할 수 있다. 총 3개의 현재 위치가 센서의 공차 영역 내에서 각각의 원래 위치와 정렬될 때, 이제 고유한 위치는 자체로 반복된다. 위치 센서의 공차는 샤프트 위치의 감지 중에 각각의 샤프트의 가능한 위치를 확장시킨다.

예를 들면, 센서(1)에 의해, 입력 샤프트(4)가 그 원래 위치로부터 시계방향으로 5 도만큼에 있는 위치에 있는 것이 지시될 때, 센서(2)는 단지, 입력 샤프트(4)의 총 회전수 및 그 시작 위치로부터의 5 도만큼의 회전의 합과 구동단 1의 고정된 비율의 곱과 동일한, 중간 샤프트(12)의 위치를 나타낼 수 있다. 이를 고려하기 위해, 모든 시작 위치는 수직 위치에 대응한다고 가정한다. 예를 들면, 입력 샤프트(4)가 5 도만큼 회전하는 경우, 중간 샤프트(12)는 단지 5 도 × (20/43) = 2.325 도만큼만 회전되어야 한다. 입력 샤프트(4)가 1 회전 및 5 도의 합만큼 회전하면, 중간 샤프트(12)는 (360+5) × (20/43) = 169.767 도만큼 회전해야만 한다. 이러한 동일한 논리는 중간 샤프트(23)의 위치에 대해서도 참으로 유지된다. 동일한 예로 계속하면, 중간 샤프트(23)는, 입력 샤프트(4)의 5 도만큼의 회전에 대해 5 도 × (20/42) × (19/43) = 1.027 도만큼 회전해야만 한다. 입력 샤프트(4)의 1 회전 및 5 도 회전에 대해, 중간 샤프트(23)는 75.013 도만큼 회전한다.

입력 샤프트(4)의 각각의 위치에 대해서, 중간 샤프트(12) 및 중간 샤프트(23) 양자 모두의 단 하나의 대응하는 위치가 존재한다. 이러한 위치는 주로 입력 샤프트(4)의 회전수를 나타내기 위해 사용된다. 예를 들면, 중간 샤프트(23) 상의 센서(3)가 16.4 도의 각도를 나타내고 센서(1)가 5 도의 각도를 나타내며 센서(2)가 169.7 도의 각도를 나타내면, 입력 샤프트(4)가 회전한 회전수는 44 회에 대응한다. 따라서, 출력 샤프트(5)의 위치는 (44 회전 × (360 도/회전) + 5 도) × (20/43)(19/34)(18/73) = 802.9 도로 결정된다. 이는 그 시작 위치로부터 2 회전 및 82.95 도, 또는 2.23 회전에 대응한다.

출력 샤프트(5)의 최종 위치의 정확도는 입력 샤프트(4) 상에 있는 센서(1)의 정확도에 의해 결정된다. 출력 샤프트(5)의 위치는, 센서(1)의 정확도를 구동 비율로 나눈 것과 동일한 정확도로 알려지게 된다. 예를 들면, 센서(1)가 19.73의 전체 비율을 갖는 전술한 구동부 상에서 5 도의 위치 공차를 갖는다면, 출력 샤프트(5)의 위치는 5/19.73 도 또는 0.25 도 내에서 결정될 수 있다. 이러한 센서 구성은, 개별적인 위치 센서의 정확도에 비해 현저한 위치 정확도를 얻어내는 능력을 제공한다. 이러한 구성은, 센서 자체의 정확도를 변경시키지 않으면서, 출력 샤프트 상에 센서를 배치하는 것에 비해 개선된 정확도를 제공한다.

주어진 센서 공차에 대해서, 샤프트 위치가 반복되도록 하기 위해 요구되는 입력 샤프트(4)의 회전수를 결정함에 있어서 당업자는 전술한 공차를 포함시켜야만 한다. 본 발명의 디바이스에 대한 분석에 따르면, 각각의 센서에서 5 도의 위치 공차가 있는 경우, 샤프트 위치는 입력 샤프트(4)의 258 회전마다 반복된다는 것이 확인된다. 이는 출력 샤프트(5)의 13.07 회전과 동일하다. 출력 샤프트(5)의 위치를 정확하게 추적하기 위해서는, 샤프트 위치의 반복을 피할 수 있도록 출력 샤프트의 운동이 총 13.07 회전 미만으로 제한되어야만 한다.

샤프트 위치의 반복 사이의 총 회전을 최대화하기 위해, 각각의 단의 비율은 자연수(whole number)가 아니게 되도록 구성되어야 한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 디바이스에 있어서, 구동 단 1의 비율은 43/20 = 2.15이고, 구동 단 2의 비율은 43/19 = 2.26이며, 구동 단 3의 비율은 73/18 = 4.05이다. 그 비율이 가장 가까운 자연수가 되도록, 예컨대 40/20 = 2가 되도록 구동 단 1을 변경시키면, 샤프트 위치는 동일한 센서 정확도가 주어질 때 입력 샤프트(4)의 68 회전마다 반복되게 된다. 구동 비율은, 샤프트의 위치의 반복 패턴이 출력 샤프트에 대해 요구되는 회전수를 초과할 정도로 충분히 크게 되도록 구성되어야만 한다.

이러한 예에 있어서, 각각의 센서는 5 도의 정확도 공차를 나타낸다. 센서(1)의 정확도를 2.5 도로 높이면, 다른 2개의 센서(2, 3)에서의 공차를 2배로 만들 수 있으며, 샤프트 위치가 반복될 때까지의 회전수(258회)를 동일하게 유지할 수 있다. 이는 또한 출력 샤프트(5)의 위치에 대한 탐지 정확도를 0.25 도의 오차에서 0.125 도의 오차로 개선시킨다.

센서(1)의 정확도를 2.5 도로 2배가 되도록 하고 센서(2, 3)에서의 5 도의 공차를 유지하면, 샤프트 위치가 반복될 때까지의 회전수는 1849 회로 늘어난다. 이는 본원에서의 예에 있어서 디바이스의 총 회전수를 13.07 회로부터 93.7 회로 개선시킨다.

센서(1)의 정확도는 구동부의 전체적인 위치 정확도를 결정하며, 이에 따라 센서(2) 및 센서(3)는 센서(1)의 공차의 2배를 나타낼 수 있고, 디바이스는 샤프트 위치를 반복시키기 위한 회전수를 여전히 동일하게 유지할 수 있다.

센서(1), 센서(2) 및 센서(3)의 구성이 출력 샤프트(5)의 위치를 결정함에 있어서 효과적이 되도록 하기 위해서는, 입력 샤프트(4)의 일 회전에 의해 다른 샤프트 중 적어도 하나의 샤프트가 센서의 공차를 포함하는 이전의 가능한 위치를 벗어난 위치로 이동하게 되도록 구동 단의 비율이 결정되어야만 한다.

예를 들면 다음과 같이 주어진다.

T = 입력 샤프트의 1 회전

N = 해당 샤프트에 대한 비율

E = 센서 오차(단위 : 회전)

이때, 다음과 같다.

TN > E

1(20/43) > 5/360

0.4651 > 0.01389

도 4는 조향 시스템의 사시도이다. 출력 샤프트(5)는 조향 시스템(80)을 위한 조향 샤프트이다. 조향 휠(5')이 조향 샤프트(5)에 연결된다. 조향 샤프트(5)는 조향 랙(60)에 연결된다. 조향 랙(60)은, 도시되어 있지 않은 조향용 차량 휠에 연결된다. 이러한 실시예에 있어서, 모터(40)는 Johnson Electric EPS-B77을 포함한다. 본원에 나열되는 모터는 단지 예일 뿐이며, 다른 적절한 모터의 범위 또는 사용을 한정하려는 의도가 아니다.

도 5는 제어 시스템의 개략도이다. 센서(1)는 샤프트(4)에 대한 각도상 위치 신호를 조향 제어 유닛(500)에 전송한다. 센서(2)는 샤프트(12)의 각도상 위치를 탐지하고, 조향 제어 유닛(500)에 신호를 전송한다. 센서(3)는 샤프트(23)의 각도상 위치를 탐지하고, 조향 제어 유닛(500)에 신호를 전송한다. 추가적으로, 토크 센서(400)는 사용자에 의해 샤프트(10)에 인가되는 토크 로드(torque load)를 탐지한다. 토크 센서는 조향 제어 유닛(500)에 신호를 전송한다. 조향 제어 유닛(500)은 위치 센서(1, 2, 3) 및 토크 센서로부터의 신호들을 처리하여 모터(40)에 대한 제어 요구를 결정한다. 조향 제어 유닛(500)은 이후 모터(40)에 제어 신호를 전송하고, 모터는 다시 샤프트(10)에 부스트 토크(boost torque)를 인가한다. 모터(40)는 차량 동력부(600)에 연결된다. 센서(1), 센서(2), 센서(3)는 Gill Blade 360 Rotary Sensor를 포함한다. 토크 센서(400)는 TT Electronics model SX-4428을 포함한다. 본원에 나열되는 센서는 단지 예일 뿐이며, 다른 적절한 센서의 범위 또는 사용을 한정하려는 의도가 아니다.

도 6은 변형예의 사시도이다. 변형예에 있어서, 본 발명에 따른 디바이스는 센서(1), 센서(2), 센서(3)를 포함한다. 센서(1)는 입력 샤프트(4)에 장착된다. 센서(2)은 중간 샤프트(12)에 장착된다. 센서(3)는 중간 샤프트(23)에 장착된다. 입력 샤프트(4)은 전기 모터(40)에 의해 구동되거나, 또는 회전 및 토크를 제공하는 임의의 다른 디바이스에 의해 구동된다. 센서(1)는 입력 샤프트(4)의 각도상 위치를 측정한다. 센서(2)는 중간 샤프트(12)의 각도상 위치를 측정한다. 센서(3)는 중간 샤프트(23)의 각도상 위치를 측정한다. 입력 샤프트(4)는 20 개의 치형부를 갖는 기어(40)를 포함한다.

중간 샤프트(12)는 제1 기어(120) 및 제2 기어(121)로 이루어진다. 제1 기어(120)는 43개의 치형부를 갖는다. 제2 기어(121)는 18개의 치형부를 갖는다. 샤프트들 사이에서 각각의 기어 쌍은 기계적인 링크부를 포함한다. 입력 샤프트(4)는 제1 기어(120)를 구동시킨다. 중간 샤프트(23)는 제1 기어(230) 및 제2 기어(231)를 갖는다. 제1 기어(230)는 41개의 치형부를 갖는다. 제2 기어(231)는 18개의 치형부를 갖는다. 제2 기어(121)는 제1 기어(230)를 구동시킨다. 출력 기어(50)는 73개의 치형부를 갖는다. 제2 기어(231)는 출력 샤프트(5)를 구동시킨다.

이하에서 설명되는 바를 제외하고는, 기어 구동 시스템에 대한 계산은 벨트 구동 시스템에 대한 계산과 동일하다.

센서는 공차를 나타내기 때문에, 샤프트 위치가 반복되도록 하기 위해 요구되는 입력 샤프트(4)의 회전수를 결정함에 있어서 당업자는 전술한 공차를 포함시켜야만 한다. 본 발명의 디바이스에 대한 분석에 따르면, 각각의 센서에서 5 도의 위치 공차가 있는 경우, 샤프트 위치가 입력 샤프트(4)의 387 회전마다 반복된다는 것이 확인된다. 이는 출력 샤프트(5)의 19.49 회전과 동일하다. 출력 샤프트(5)의 위치를 충분하게 추적하기 위해서는, 샤프트 위치의 반복을 피할 수 있도록 출력 샤프트의 운동이 총 19.49 회전 미만으로 제한되어야만 한다.

샤프트 위치의 반복들 사이의 총 이동을 최대화하기 위해, 각각의 단의 구동 비율은 자연수(whole number)가 아니게 되도록 구성되어야 한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 디바이스에 있어서, 구동 단 1의 비율은 43/20 = 2.15이고, 구동 단 2의 비율은 43/19 = 2.26이며, 구동 단 3의 비율은 73/18 = 4.05이다. 그 비율이 가장 가까운 자연수가 되도록, 예컨대 40/20 = 2가 되도록 구동 단 1을 변경시키면, 동일한 센서 정확도가 주어질 때 샤프트 위치는 입력 샤프트(4)의 32 회전마다 반복되게 된다. 샤프트의 위치의 반복 패턴이 출력 샤프트에 대해 요구되는 회전수를 초과할 정도로 충분히 크게 되도록 구동 비율이 구성되어야만 한다.

본원에 제시된 예에 있어서, 센서들은 각각 동일한 5 도의 정확도 공차를 나타낸다. 센서(1)의 정확도를 2.0 도로 높이면, 다른 2개의 센서(2, 3)에서의 공차를 증가시킬 수 있으며, 샤프트 위치가 반복될 때까지의 회전수(387회)를 동일하게 유지할 수 있다. 이는 또한 출력 샤프트(5)의 위치에 대한 정확도를 0.25 도의 오차에서 0.125 도의 오차로 개선시킨다.

센서(1)의 정확도를 2.5 도로 갑절로 하고 센서(2, 3)에서의 5 도의 공차를 유지하면, 샤프트 위치가 반복될 때까지의 회전수는 1763 회로 개선된다. 이는 제시된 예에 있어서 디바이스의 총 회전수를 19.49 회로부터 88.77 회로 개선시킨다. 센서(1)의 정확도는 구동부의 전체적인 위치 정확도를 결정한다. 센서(2) 및 센서(3)는 더 큰 공차를 나타낼 수 있으며, 상기 디바이스는 샤프트 위치를 반복시키기 위한 회전수를 동일하게 유지할 수 있다.

본 발명의 형태가 본원에서 설명되었으나, 본원에 설명된 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 구성 및 부품들 사이의 관계에 있어서 변형이 행해질 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다.

Claims (34)

1. 차량 조향 시스템 트랜스미션으로서,
   구동기 샤프트에 연결되는 구동기;
   제1 링크부에 의해 상기 구동기 샤프트에 연결되는 제1 중간 샤프트;
   제2 링크부에 의해 상기 제1 중간 샤프트에 연결되는 출력 샤프트;
   상기 구동기 샤프트의 각도상 위치를 감지하는 제1 센서;
   상기 제1 중간 샤프트의 각도상 위치를 감지하는 제2 센서; 및
   상기 제1 및 제2 센서로부터 신호를 수신하는 제어 유닛
   을 포함하고,
   상기 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 센서에 의해 감지된 각도상 위치에 기초하여 상기 출력 샤프트의 회전량을 계산하고, 상기 출력 샤프트의 운동을 제어하기 위한 신호를 상기 구동기에 전송하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 중간 샤프트는 상기 제1 링크부에 연결된 제2 중간 샤프트와, 상기 제2 링크부에 연결된 제3 중간 샤프트를 포함하고, 상기 제2 중간 샤프트와 상기 제3 중간 샤프트는 제3 링크부에 의해 연결되며, 상기 제2 센서는 상기 제2 및 제3 중간 샤프트의 각도상 위치를 감지하는 제3 센서와 제4 센서를 포함하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링크부 각각은 가요성 링크인 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
4. 제3항에 있어서, 상기 가요성 링크는 벨트를 포함하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
5. 제3항에 있어서, 상기 가요성 링크는 체인을 포함하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링크부 각각은 기어 링크인 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛은 차량 제어 시스템과 통신하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 출력 샤프트는 차량 조향 샤프트를 포함하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
9. 제8항에 있어서, 상기 차량 조향 샤프트의 토크를 감지하는 제5 센서를 더 포함하는 차량 조향 시스템 트랜스미션.
10. 제9항에 있어서, 상기 제5 센서는 상기 제어 유닛에 토크 신호를 전송하는 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링크부 각각의 기어비는 각각 1보다 큰 것인 차량 조향 시스템 트랜스미션.
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