KR101970979B1 - 스티어 바이 와이어용 안전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어용 안전장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 간단하고 컴팩트한 구조로 스티어 바이 와이어의 안전을 보장할 수 있고, 제작비용이 저렴한 효과가 있다.

Description

스티어 바이 와이어용 안전장치{Safety apparatus for Steer-By-Wire}
본 발명은 스티어 바이 와이어용 안전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단하고 컴팩트한 구조로 스티어 바이 와이어의 안전을 보장할 수 있고, 제작비용이 저렴한 스티어 바이 와이어용 안정장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire: SBW)는 조향휠의 회전과 바퀴의 회전을 연결하는 기계적인 구조 대신 전기신호만으로 유압 또는 전동 보조력 등에 의해 조향을 제어하는 장치를 말한다.
스타이어 바이 와이어는 일반적으로 조향입력 측에는 조향각을 검출하는 조향각 센서 등이 구비되고, 출력측에는 바퀴의 회전각을 검출할 수 있는 조향출력 센서와 보조력을 발생시켜 바퀴가 회전되도록 하는 조향 액츄에이터 등으로 구성된다.
운전자가 조향휠을 돌리면 조향휠의 회전량을 조향각 센서가 검출하여 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)에게 전송하고 전자제어장치는 바퀴를 회전할 수 있는 조향 액츄에이터를 조정하여 조향출력이 발생하도록 제어한다.
하지만, 스티어 바이 와이어 시스템에서는 조향을 감지하여 액츄에이터로 전달하는 신호의 경로 상에 있는 와이어가 끊어지거나 접촉불량 등의 원인으로 인해 전기신호가 공급이 안되어 운전자의 조향 의도가 제대로 바퀴에 전달이 안되거나, 조향 엑츄에이터 또는 전자제어장치가 고장이 나서 오작동을 일으키는 등 제대로 조향을 할 수 없는 상태가 생겨 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
이러한 문제가 발생되지 않도록 하는 안전장치의 일예로 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치가 있다.
도 1은 종래의 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치는 제1컬럼축(102), 제2컬럼축(104), 전자기코일(106), 아마추어(108), 출력측 허브(110), 아마추어 허브(112) 및 판스프링(114)을 포함한다.
조향휠(미도시)과 연결된 제1컬럼축(102)에는 아마추어 허브(112)가 고정되어 있고, 아마추어 허브(112)에는 판스프링(114)이 연결되어 있다.
판스프링(114)에는 아마추어(108)가 부착되어 있다.
제2컬럼축(104)에는 출력측 허브(110)가 고정되어 있고, 출력측 허브(110) 주위를 전자기 코일(106)이 감싸고 있는 형태가 된다.
스티어 바이 와이어가 정상적으로 동작하는 경우에는 제1컬럼축(102)과 제2컬럼축(104)이 기계적으로 분리된 상태가 되어 제1컬럼축(102)에 전달된 운전자의 조향이 기계적으로 제2컬럼축(104)로 전달되지 않는다.
하지만 스티어 바이 와이어에 오류가 발생하는 경우에는 전자기 코일(106)에 전류가 인가되고, 전자기 코일(106)에 인가된 전류에 의해 자장이 발생하고 자장에 의해 아마추어(108)가 판스프링(114)의 복원력에 대항하여 이끌리게 되어 출력측 허브(110)에 접촉하게 된다.
아마추어(108)가 출력측 허브(110)에 접촉하게 되면 제1컬럼축(102)과 제2컬럼축(104)은 기계적으로 연결되며 운전자의 조향력이 바퀴에 전달되게 되어 스티어 바이 와이어의 고장에서 오는 치명적인 문제를 해결 가능하게 한다.
그러나 이러한 종래 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치는 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치에 사용되는 전자기 코일은 그 구동력이 약하여 큰 구동력을 필요로 하는 경우에는 한계가 있으며 제작단가도 비싼 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 간단하고 컴팩트한 구조로 스티어 바이 와이어의 안전을 보장할 수 있고, 제작비용이 저렴한 스티어 바이 와이어용 안정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 서로 분리되어 있는 입력축과 출력축 중 어느 하나의 단부에 형성되되, 중심으로부터 이격된 위치에 관통홀이 형성되며, 제1위치감지센서부가 구비된 제1회전판; 입력축과 출력축 중 다른 하나의 단부에서 제1회전판과 마주하도록 형성되되, 관통홀에 인입 또는 인출되는 로드부가 구비된 액추에이터가 결합되며, 제1위치감지센서부와 상호작용하는 제2위치감지센서부가 구비된 제2회전판; 및 제1위치감지센서부와 제2위치감지센서부로부터 제1회전판과 제2회전판의 상대 회전각도에 대한 신호를 전송받고, 스티어 바이 와이어가 정상 동작시에는 로드부가 관통홀에서 인출된 상태가 되도록 액추에이터를 제어하며, 스티어 바이 와이어가 오류 시에는 로드부가 관통홀에 인입되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부;를 포함하는 스티어 바이 와이어용 안전장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 간단하고 컴팩트한 구조로 스티어 바이 와이어의 안전을 보장할 수 있고, 제작비용이 저렴한 효과가 있다.
도 1은 종래의 스티어 바이 와이어용 백업 클러치 구동장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치가 적용된 조향장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 작동예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하는 데 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치가 적용된 조향장치의 구조도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 구성도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 구성도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치의 작동예를 보여주는 도면이다.
이들 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어용 안전장치는, 서로 분리되어 있는 입력축(221)과 출력축(201) 중 어느 하나의 단부에 형성되되, 중심으로부터 이격된 위치에 관통홀(301)이 형성되며, 제1위치감지센서부(303)가 구비된 제1회전판(215); 입력축(221)과 출력축(201) 중 다른 하나의 단부에서 제1회전판(215)과 마주하도록 형성되되, 관통홀(301)에 인입 또는 인출되는 로드부(305)가 구비된 액추에이터(225)가 결합되며, 제1위치감지센서부(303)와 상호작용하는 제2위치감지센서부(307)가 구비된 제2회전판(223); 및 제1위치감지센서부(303)와 제2위치감지센서부(307)로부터 제1회전판(215)과 제2회전판(223)의 상대 회전각도에 대한 신호를 전송받고, 스티어 바이 와이어가 정상 동작시에는 로드부(305)가 관통홀(301)에서 인출된 상태가 되도록 액추에이터(225)를 제어하며, 스티어 바이 와이어가 오류 시에는 로드부(305)가 관통홀(301)에 인입되도록 액추에이터(225)를 제어하는 제어부(213);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 제1회전판(215)이 출력축(201)의 단부에 형성되고, 제2회전판(223)이 입력축(221)의 단부에 형성된 예를 기준으로 설명하나, 이와 반대의 경우도 가능하다.
출력축(201)의 하단부에는 피니언기어(203)가 형성되어서, 랙바(205)에 형성된 랙기어(207)와 치합하게 되는데, 랙바(205)에는 구동모터(209)가 결합되어서, 구동모터(209)의 구동력에 의해 랙바(205)가 좌우로 직선운동되며 바퀴(211)를 조향하도록 되어 있다.
그리고 구동모터(209)는 제어부(213)로부터 제어신호를 입력받아서 랙바(205)를 좌우로 이동되게 하는 구동력을 발생시키게 된다.
즉, 제어부(213)는 입력축(221)에 구비되는 제1센서(229)와 출력축(201)에 구비되는 제2센서(231), 기타 각종 센서들로부터 신호를 입력받아서 조향휠(227)의 회전각도에 대응되는 랙바(205)의 이동량을 만족시키도록 구동모터(209)를 제어하게 된다.
또한, 출력축(201)의 상단부에는 제1회전판(215)이 구비되는데, 제1회전판(215)에는 관통홀(301)과 제1위치감지센서부(303)가 구비된다.
여기서, 관통홀(301)은 제1회전판(215)의 중심으로부터 이격된 위치에 형성되며, 제1위치감지센서부(303)는 제1회전판(215)의 중심을 기준으로 관통홀(301)과 대칭되는 위치에 구비될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 관통홀(401)은 제1회전판(215)의 원주방향을 따라 복수개로 형성될 수 있는데, 여기서 복수개의 관통홀(401)은 서로 인접하는 것들끼리 일부가 중첩되도록 형성될 수 있다.
즉, 수개의 관통홀(401)은 서로 인접하는 것들끼리 일부가 중첩되도록 형성되어서, 원주방향으로 광폭부(A)와 협폭부(B)가 교대로 형성되도록 제1회전판(215)의 상부면과 하부면이 연통되어 형성될 수 있는 것이다.
이와 같은 구조 및 형상으로 제1회전판(215)에 관통홀(401)이 형성되면, 일예로 랙바(205)에 형성된 랙기어(207)가 베리어블(variable) 기어로 형성되어서 입력축(221)의 회전각도와 출력축(201)의 회전각도가 서로 상이한 상태가 되는 구간이 존재하더라도, 스티어 바이 와이어의 오류시 액추에이터(225)의 로드부(305)가 관통홀(401)에 원활히 인입 또는 인출되게 되어 조향 안정성을 충분히 확보할 수 있게 된다.
한편, 스티어 바이 와이어에 오류가 발생되어 액추에이터(225)의 로드부(305)가 인출될 때, 로드부(305)가 관통홀(401)의 협폭부(B)에 걸리는 특수한 경우가 발생되더라도, 입력축(221)과 출력축(201) 사이에는 소정의 상대 회전 각도구간(즉, 운전자가 조향휠(227)을 소정각도 돌려 입력축(221)이 회전되더라도 출력축(201)이 연동되어 회전하지 않는 각도 구간)이 존재하므로, 로드부(305)가 관통홀(401)의 협폭부(B)에 걸려 스티어 바이 와이어용 안전장치가 불완전하게 작동되는 경우는 발생되지 않는다.
즉, 전술한 특수 상황이 발생되더라도 운전자가 의식하지 못하는 상태에서 조향휠(227)을 조금 회전시키게 되면, 조향휠(227)과 연결된 입력축(221)이 회전되는 과정에서 로드부(305)가 관통홀(401)의 협폭부(B)를 벗어나 광폭부(A)에 인입되게 되므로, 전술한 바와 같은 스티어 바이 와이어용 안전장치의 불완전 작동이 발생되지 않게 되는 것이다.
한편, 도 4를 참고할 때, 관통홀(401)이 형성된 제1회전판(215)에 구비된 제1위치감지센서부(403)는 원주방향으로 이격되며 복수개로 구비될 수도 있다.
이어서, 입력축(221)은 조향휠(227)과 연결되어서 운전자가 조향휠(227)을 회전시키면 입력축(221) 역시 연동되어 회전하게 된다.
이러한 입력축(221)의 하단부에는 제2회전판(223)이 구비되는데, 제2회전판(223)에는 액추에이터(225)와 제2위치감지센서부(307)가 구비된다.
액추에이터(225)는 제1회전판(215)의 관통홀(301)에 인입 또는 인출되는 로드부(305)를 포함하는데, 관통홀(301)의 직경은 로드부(305)의 직경보다 다소 크게 형성되어서, 응급상황시 로드부(305)가 관통홀(301)에 정확히 인입될 수 있도록 되어 있으며, 이러한 액추에이터(225)는 일예로 솔레노이드밸브로 제공될 수 있다.
그리고 제2위치감지센서부(307)는 제2회전판(223)에 구비되어 제1회전판(215)에 구비된 제1위치감지센서부(303)와 상호작용을 하게 되는데, 이러한 제1위치감지센서부(303)와 제2위치감지센서부(307)는 일예로 마그넷센서로 제공될 수 있으며, 본 발명의 일실시예인 스티어 바이 와이어용 안전장치가 자동차에 장착되었을 때, 제1위치감지센서부(303)와 제2위치감지센서부(307)는 서로 마주하도록 배치된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1위치감지센서부(403)가 복수개로 구비되는 경우, 제2회전판(223)에 구비되는 제2위치감지센서부(407) 역시 제1위치감지센서부(403)의 개수에 대응되게 복수개로 구비된다.
그리고 제1위치감지센서부(303)와 제2위치감지센서부(307)는, 본 발명의 일실시예인 스티어 바이 와이어용 안전장치가 자동차에 장착될 때, 서로 마주하도록 설정되어서 초기 제1회전판(215)과 제2회전판(223)이 정위치(즉, 액추에이터(225)의 로드부(305)가 관통홀(301)에 인입될 수 있는 위치)에 배치되어 있음을 제어부(213)가 판단할 수 있도록 한다.
그리고 제1회전판(215)과 제2회전판(223)이 기설정된 상대 회전각도 범위를 벗어나게 되면, 이러한 상태 역시 제어부(213)가 판단할 수 있도록 한다.
이어서, 제어부(213)는 제1위치감지센서부(303)와 제2위치감지센서부(307)로부터 제1회전판(215)과 제2회전판(223)의 상대 회전각도에 대한 신호를 전송받고, 스티어 바이 와이어가 정상 동작시에는 로드부(305)가 관통홀(301)에서 인출된 상태가 되도록 액추에이터(225)를 제어하고(도 5의 (a) 참조), 스티어 바이 와이어가 오류 시에는 로드부(305)가 관통홀(301)에 인입되도록 액추에이터(225)를 제어한다(도 5의 (b) 참조).
즉, 제어부(213)는 스티어 바이 와이어에 오류가 발생된 경우에만 액추에이터(225)의 로드부(305)가 관통홀(301)에 인입되도록 액추에이터(225)를 제어함으로써, 입력축(221)과 출력축(201)이 물리적으로 연결되도록 하여서, 응급상황시(일예로, 조향휠에 0.13g 이상이 20ms 이상 지속적으로 발생되는 경우) 매뉴얼 타입으로 운전자가 바퀴(211)를 조향할 수 있도록 한다.
그리고 전술한 제어부(213)는 입력축(221)의 회전각도를 검출하는 제1센서(229)와 출력축(201)의 회전각도를 검출하는 제2센서(231) 등으로부터 전송된 신호와 기타 다양한 센서들로부터 전송되는 신호들을 종합적으로 판단하여 스티어 바이 와이어의 정상 동작 여부를 판단하게 된다.
한편, 입력축(221)에는 제1기어(233)가 구비되는데, 이러한 제1기어(233)는 모터(235)의 축에 연결된 제2기어(237)와 결합되며, 모터(235)는 제어부(213)에 의해 제어되어서, 운전시 운전자가 일반적인 조향감을 느낄 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 간단하고 컴팩트한 구조로 스티어 바이 와이어의 안전을 보장할 수 있고, 제작비용이 저렴한 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
201 : 출력축 203 : 피니언기어
205 : 랙바 207 : 랙기어
209 : 구동모터 211 : 바퀴
213 : 제어부 215 : 제1회전판
221 : 입력축 223 : 제2회전판
225 : 액추에이터 227 : 조향휠
229 : 제1센서 231 : 제2센서
233 : 제1기어 235 : 모터
301 : 관통홀 303 : 제1위치감지센서부
305 : 로드부 307 : 제2위치감지센서부
401 : 관통홀 403 : 제1위치감지센서부
407 : 제2위치감지센서부

Claims (5)

  1. 스티어 바이 와이어용 안전장치에 있어서,
    서로 분리되어 있는 입력축과 출력축 중 어느 하나의 단부에 형성되되, 중심으로부터 이격된 위치에 관통홀이 형성되며, 제1위치감지센서부가 구비된 제1회전판;
    상기 입력축과 출력축 중 다른 하나의 단부에서 상기 제1회전판과 마주하도록 형성되되, 상기 관통홀에 인입 또는 인출되는 로드부가 구비된 액추에이터가 결합되며, 상기 제1위치감지센서부와 서로 마주보게 구비되어 상호작용하는 제2위치감지센서부가 구비된 제2회전판; 및
    상기 제1위치감지센서부와 제2위치감지센서부로부터 제1회전판과 제2회전판의 상대 회전각도에 대한 신호를 전송받고, 상기 스티어 바이 와이어가 정상 동작시에는 상기 로드부가 상기 관통홀에서 인출된 상태가 되도록 상기 액추에이터를 제어하며, 스티어 바이 와이어가 오류 시에는 상기 로드부가 상기 관통홀에 인입되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부; 를 포함하되,
    상기 관통홀은 상기 제 1 회전판의 원주방향을 따라 복수개로 형성되되 서로 인접하는 것들끼리 일부가 중첩되도록 형성되고,
    상기 로드부의 직경은 상기 관통홀이 중첩되며 형성되는 협폭부의 폭보다 크게 형성되고,
    상기 제어부는,
    상기 제1위치감지센서부와 제2위치감지센서부가 서로 마주하여 상기 제1회전판과 제2회전판이 정위치에 있는 경우 상기 스티어 바이 와이어를 정상 동작으로 판단하고, 상기 제1위치감지센서부와 제2위치감지센서부가 어긋나며 상기 제1회전판과 제2회전판이 기설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 스티어 바이 와이어를 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어용 안전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1위치감지센서부는,
    상기 제1회전판의 중심을 기준으로 상기 관통홀과 대칭되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어용 안전장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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