KR101993280B1 - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

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KR101993280B1
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Abstract

본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 본 실시예들에 의하면, 조향축과 모터축 중 어느 일측에 결합되며, 일측단 외주면에 축방향의 고정홈이 형성되어 있는 제1부재, 환형으로 형성되며 내주면에 고정홈과 대응되는 고정돌기가 축방향으로 형성되어 제1부재의 외측에 결합되며 일측단부 면에 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈이 형성되어 있는 제2부재, 조향축과 모터축 중 나머지 일측에 결합되며, 제1지지홈과 대응되는 위치에 제2지지홈이 형성되되 제2지지홈은 제2부재의 일측단부와 대향되는 면으로부터 경방향의 외주면까지 폭이 넓어지게 형성되어 있는 제3부재, 제1지지홈과 제2지지홈에 지지되며 삽입되는 볼부재, 조향축이 내장되는 하우징에 고정되는 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈이 형성되며 제2부재와 제3부재의 외주면에 결합되는 회전방지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{Steer-By-Wire Type Steering Apparatus}
본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 반력모터의 반력토크보다 과도한 조향토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향장치는 운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워스티어링이 개발되어 적용되고 있고, 파워스티어링은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 개발되어 적용되었다.
최근에는 스티어링 휠과 차륜사이의 스티어링 컬럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire; SBW)식 조향장치가 개발되어 적용되고 있다.
그런데, 이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 경우 조향축과 바퀴와의 기계적인 연결이 없기 때문에 운전자의 조향휠 회전이 무한정 회전할 수 있어서 운전자의 조향감각을 떨어트리는 문제가 있었다.
즉, 바퀴의 회전이 최대점에 이른 경우(일반적인 조향장치에서 조향휠 또는 바퀴가 풀턴 상태인 경우)나 바퀴가 도로의 연석에 부딪혀 더 이상 회전할 수 없는 경우 등에는 조향축이 더 이상 회전되지 않도록 함으로써 운전자에게 이러한 정보를 줄 수 있는 필요성이 대두되고 있다.
이에 본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 반력모터의 반력토크보다 과도한 조향토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예들에 의하면, 조향축과 결합되는 제1풀리, 제1풀리와 벨트로 연결되며 반력모터의 축과 결합되는 제2풀리, 반력모터의 축과 결합되며 외주면에 걸림홈이 형성되어 있는 걸림부재, 일단부는 제1풀리와 제2풀리가 내장되는 하우징에 힌지축으로 고정되어 회전하고, 타단부는 걸림홈에 지지되는 걸림돌기가 형성되어 걸림부재의 외주면 일측과 타측의 걸림홈에 각각 지지되는 한쌍의 회전방지부재, 회전방지부재 각각의 일단부 사이에 배치되고 구동모터의 축에 결합되어 회전하면서 회전방지부재 각각을 힌지축을 기준으로 회전시키는 캠부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 반력모터의 반력토크보다 과도한 조향토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도,
도 3 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
이하, 본 실시예들의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예들의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도, 도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도, 도 3 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향축(103)과 결합되는 제1풀리(131), 제1풀리(131)와 벨트(133)로 연결되며 반력모터(120)의 축(120a)과 결합되는 제2풀리(135), 반력모터(120)의 축(120a)과 결합되며 외주면에 걸림홈(140a)이 형성되어 있는 걸림부재(140), 일단부는 제1풀리(131)와 제2풀리(135)가 내장되는 하우징(127)에 힌지축(149)으로 고정되어 회전하고, 타단부는 걸림홈(140a)에 지지되는 걸림돌기(141c)가 형성되어 걸림부재(140)의 외주면 일측과 타측의 걸림홈(140a)에 각각 지지되는 한쌍의 회전방지부재(141a, 141b), 회전방지부재(141a, 141b) 각각의 일단부 사이에 배치되고 구동모터(125)의 축(125a)에 결합되어 회전하면서 회전방지부재(141a, 141b) 각각을 힌지축(149)을 기준으로 회전시키는 캠부재(143)를 포함한다.
이러한 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향휠(101)과 연결된 조향축(103)의 일측에 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 결합되고, 운전자의 조향휠(101) 조작시 이를 감지하는 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 전기 신호를 전자제어장치(110)에 보내 반력모터(120)와 피니언축 모터(130)가 작동되도록 되어 있다.
전자제어장치(110)는 앵글센서(105)와 토크센서(107)로부터 전송된 전기 신호와 기타 자동차에 장착된 여러 센서들로부터 전송된 전기 신호들을 기초로 반력모터(120)와 피니언축 모터(130)를 제어하게 된다.
피니언축 모터(130)는 피니언축(113)과 연결된 랙바(111)를 슬라이딩시켜 타이로드(115)와 너틀암(117)을 통해 양측 바퀴(119)의 조향을 수행하게 되고, 반력모터(120)는 운전자의 조향휠(101) 조작시 반대방향의 조향 반력감을 생성시키거나 자율주행시 조향축(103)의 조향을 수행하게 되어 있다.
다만, 본 실시예들에서의 도면에는 설명의 편의를 위해 조향축(103)에 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 구비된 것으로 도시하였으나, 조향 정보를 전자제어장치(110)로 송부하기 위한 모터 포지션센서와 각종 레이더, 카메라 화상센서 등이 구비될 수 있음은 물론이며, 이하 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서는 조향축(103)과 피니언축(113)이 기계적으로 연결되어 있지 않기 때문에 운전자의 조향휠(101) 회전이 무한정 회전할 수 있어서, 임의의 각도에서 회전을 멈추게 하는 기계적 제한이 필요하게 된다.
즉, 바퀴(119)의 회전이 최대점에 이른 경우(일반적인 조향장치에서 조향휠(101) 또는 바퀴(119)가 풀턴 상태인 경우)나 바퀴(119)가 도로의 연석에 부딪혀 더 이상 회전할 수 없는 경우 등에는 반력모터(120)에서 반력토크를 최대로 출력한 상태이므로 조향축(103)이 더 이상 회전되지 않도록 함으로써 운전자에게 이러한 정보를 줄 수 있게 조향축(103)의 회전을 방지하게 되어 있다.
이러한 조향축(103) 회전을 방지하기 위해 조향축(103)과 기계적으로 연결된 구동모터(125)가 구비되어, 반력모터(120)의 최대반력토크 이상의 조향토크가 발생되는 경우에는 회전방지부재(141a, 141b)가 작동되어 조향축(103)의 회전이 멈추도록 되어 있다.
먼저, 자동차의 차체에 고정되는 조향컬럼(123)에는 조향휠(101)과 결합되는 조향축(103)이 구비되고, 조향컬럼(123)의 일측에는 조향축(103)에 조향반력감을 제공하는 반력모터(120)와, 조향축(103)에서 반력모터(120)의 최대반력토크 이상의 조향토크가 발생되는 경우 조향축(103)의 회전을 멈추도록 작동되는 구동모터(125)가 하우징(127)을 매개로 양측에 구비되어 있다.
조향축(103)에는 제1풀리(131)가 결합되고 반력모터(120)의 축(120a)에는 제2풀리(135)가 결합되며 이들 제1풀리(131)와 제2풀리(135)는 벨트(133)로 연결된다.
따라서, 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 토크센서(107)와 앵글센서(105)에서 검출된 신호값에 기초하여 전자제어장치(110)가 반력모터(120)를 작동시켜 조향축(103)의 회전방향과 반대방향으로 작동되는 반력토크를 발생시킨다.
또한, 반력모터(120)의 축(120a)에는 외주면에 걸림홈(140a)이 연속적으로 형성되어 있는 걸림부재(140)가 결합되어 반력모터(120)의 축(120a)과 함께 회전하게 되어 있으며 걸림부재(140)의 회전을 제한하는 한쌍의 회전방지부재(141a, 141b)가 구비된다.
여기서, 회전방지부재(141a, 141b)의 일단부는 제1풀리(131)와 제2풀리(135)가 내장되는 하우징(127)에 힌지축(149)으로 고정되어 회전하게 되어 있고, 회전방지부재(141a, 141b)의 타단부는 걸림부재(140)의 걸림홈(140a)에 지지되는 걸림돌기(141c)가 형성되어 있다.
또한, 회전방지부재(141a, 141b)의 타단부는 걸림부재(140)의 외주면 일측과 타측의 걸림홈(140a)에 각각 지지되도록 배치된다.
그리고, 회전방지부재(141a, 141b) 각각을 각각의 힌지축(149)을 기준으로 회전시키는 캠부재(143)가 회전방지부재(141a, 141b) 각각의 일단부 사이에 배치되는데, 이러한 캠부재(143)는 구동모터(125)의 축(125a)에 결합되어 회전하게 되어 있다.
또한, 하우징(127)의 내주면에는 회전방지부재(141a, 141b)를 걸림부재(140)로 탄성 지지하는 탄성부재(145)가 결합되어 있어서 캠부재(143)가 회전방지부재(141a, 141b)를 양측으로 벌리지 않는 한 힌지축(149)을 기준으로 내측으로 지지되는 운동이 되도록 되어 있다.
하우징(127)의 내주면에는 탄성부재(145)가 삽입되어 지지되는 지지홈(147)이 형성되며 이 지지홈(147)은 하우징(127)의 내주면에서 돌출된 돌출단부(148)에 형성될 수 있다.
한편, 캠부재(143)는 소정의 두께를 갖는 사다리꼴로 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 사다리꼴에서 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면(143a)의 양측 끝단이 회전방지부재(141a, 141b) 각각의 일단부와 지지되면 회전방지부재(141a, 141b) 각각이 힌지축(149)을 기준으로 양측으로 벌어지게 되고, 이때 탄성부재(145)도 압축되면서 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에서 이탈된 위치로 이동되는 운동을 하게 된다.
또한, 캠부재(143)는 도 5에 도시된 바와 같이 마주보는 서로 평행한 두 면중 짧은 면(143b)이 상기 회전방지부재(141a, 141b) 각각의 일단부쪽에 위치되면 탄성부재(145)가 복원되면서 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에 삽입된 위치로 이동된다.
즉, 캠부재(143)의 긴 면(143a)의 양측이 모두 회전방지부재(141a, 141b)에 지지되면 탄성부재(145)가 압축되면서 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에서 이탈된 위치로 이동되고, 캠부재(143)의 긴 면(143a)의 양측이 모두 회전방지부재(141a, 141b)에 지지되지 않으면 탄성부재(145)가 복원되면서 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에 삽입되는 운동이 이루어지게 된다.
따라서, 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에 지지되면 조향축(103)의 회전이 방지되고 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에서 이탈하면 조향축(103)의 회전이 가능하게 되어 있다.
이러한 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향축(103)에서 발생되는 조향토크값을 측정하는 토크센서(107), 토크센서(107)에서 측정된 조향토크값을 기초로 조향축(103)의 반력토크값을 산출하여 반력모터(120)로 송출하며, 조향토크값과 설정된 최대반력토크값을 비교하여 구동모터(125)의 작동여부를 결정하는 전자제어장치(110)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 전자제어장치(110)는 조향토크값이 설정된 최대반력토크값보다 큰 경우, 구동모터(125)를 작동시켜 캠부재(143)의 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면(143a)의 양측 끝단이 회전방지부재(141a, 141b) 각각의 일단부와 지지되도록 하여 걸림돌기(141c)가 걸림홈(140a)에서 이탈된 위치로 이동시키게 된다.
또한, 전자제어장치(110)는 조향토크값이 설정된 최대반력토크값보다 큰 경우, 구동모터(125)를 작동시켜 캠부재(143)의 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면(143a)의 일측 끝단이 반력토크 방향을 지지하는 회전방지부재(도 7의 141a, 도 6의 141b)의 일단부와 지지되도록 하여, 반력토크 방향을 지지하는 회전방지부재(도 7의 141a, 도 6의 141b)만 걸림홈(140a)에서 이탈된 위치로 이동시킬 수 있다.
즉, 어느 일방향, 예들 들어 좌회전 방향의 조향토크값이 최대반력토크값보다 큰 경우 좌회전 방향의 조향축(103) 회전만 방지하고 반대방향인 우회전 방향의 조향축(103) 회전을 가능하게 된다.
이를 도 6과 도 7을 기준으로 설명하면, 먼저 도 6은 좌회전 방향의 조향토크값이 최대반력토크값보다 큰 경우를 도시한 것으로, 걸림부재(140)가 도면상 시계 반대방향인 좌회전이 불가능하고 시계방향인 우회전은 가능한 상태를 나타내며 여기서 걸림부재(140)가 좌회전이 불가능하다는 것은 반력모터(120)의 축(120a)과 제1풀리(131), 제2풀리(135)로 연결된 조향축(103)도 좌회전이 불가능한 것을 의미한다.
이와 반대로 도 7은 우회전 방향의 조향토크값이 최대반력토크값보다 큰 경우를 도시한 것으로, 걸림부재(140)가 도면상 시계 방향인 우회전이 불가능하고 시계 반대방향인 좌회전은 가능한 상태를 나타내며, 여기서 걸림부재(140)가 우회전이 불가능하다는 것은 반력모터(120)의 축(120a)과 제1풀리(131), 제2풀리(135)로 연결된 조향축(103)도 우회전이 불가능한 것을 의미한다.
즉, 전자제어장치(110)가 구동모터(125)를 작동시켜 캠부재(143)를 어느 방향으로 회전시키는지에 따라서 조향축(103)의 일측방향의 회전만 불가능하게 할 수 있게 되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 반력모터의 반력토크보다 과도한 조향토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 실시예들의 실시예들을 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예들의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 실시예들의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들에 개시된 실시예들은 본 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예들의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예들의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 조향휠 103: 조향축
105: 앵글센서 107: 토크센서
120: 반력모터 125: 구동모터
127: 하우징 140: 걸림부재
141a,141b: 회전방지부재
143: 캠부재

Claims (8)

  1. 조향축과 결합되는 제1풀리;
    상기 제1풀리와 벨트로 연결되며 반력모터의 축과 결합되는 제2풀리;
    상기 반력모터의 축과 결합되며 외주면에 걸림홈이 형성되어 있는 걸림부재;
    일단부는 상기 제1풀리와 제2풀리가 내장되는 하우징에 힌지축으로 고정되어 회전하고, 타단부는 상기 걸림홈에 지지되는 걸림돌기가 형성되어 상기 걸림부재의 외주면 일측과 타측의 걸림홈에 각각 지지되는 한쌍의 회전방지부재;
    마주보는 서로 평행한 두 면중 일측은 길고 타측은 짧은 사다리꼴로 형성되어, 상기 회전방지부재 각각의 일단부 사이에 배치되고 구동모터의 축에 결합되어 회전하면서 상기 회전방지부재 각각을 상기 힌지축을 기준으로 회전시키는 캠부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내주면에는 상기 회전방지부재를 상기 걸림부재로 탄성 지지하는 탄성부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징의 내주면에는 상기 탄성부재가 삽입되어 지지되는 지지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 캠부재는 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면의 양측 끝단이 상기 회전방지부재 각각의 일단부와 지지되면 상기 탄성부재가 압축되면서 상기 걸림돌기가 상기 걸림홈에서 이탈된 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캠부재는 마주보는 서로 평행한 두 면중 짧은 면이 상기 회전방지부재 각각의 일단부쪽에 위치되면 상기 탄성부재가 복원되면서 상기 걸림돌기가 상기 걸림홈에 삽입된 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 조향축에서 발생되는 조향토크값을 측정하는 토크센서;
    상기 토크센서에서 측정된 조향토크값을 기초로 상기 조향축의 반력토크값을 산출하여 상기 반력모터로 송출하며, 상기 조향토크값과 설정된 최대반력토크값을 비교하여 상기 구동모터의 작동여부를 결정하는 전자제어장치;
    를 더 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자제어장치는 상기 조향토크값이 상기 최대반력토크값보다 큰 경우, 상기 구동모터를 작동시켜 상기 캠부재의 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면의 양측 끝단이 상기 회전방지부재 각각의 일단부와 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자제어장치는 상기 조향토크값이 상기 최대반력토크값보다 큰 경우, 상기 구동모터를 작동시켜 상기 캠부재의 마주보는 서로 평행한 두 면중 긴 면의 일측 끝단이 반력토크 방향을 지지하는 회전방지부재의 일단부와 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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