KR102057594B1

KR102057594B1 - 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축

Info

Publication number: KR102057594B1
Application number: KR1020130062679A
Authority: KR
Inventors: 이문일
Original assignee: 대동공업주식회사
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2020-01-23
Also published as: KR20140141836A

Abstract

전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축을 개시한다. 본 발명에 따른 트랙터 앞차축은, 전륜을 조향륜으로 하는 트랙터에 있어서, 차폭 방향으로 배치되고 전륜 구동축을 내설하는 중공의 앞차축 케이스와 이 앞차축 케이스 중앙부에 설치되는 디퍼런셜 유닛을 포함하고, 중앙부 디퍼런셜 유닛으로부터 일측으로 편향된 앞차축 케이스를 관통하는 입력축에 연결되며 전기로 구동하여 전륜 조향을 위한 조향력을 발생하는 전동식 파워스티어링 장치가 앞차축 케이스에 설치된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축{Tractor front axle with motor drive power steering system}

본 발명은 전륜을 조향륜으로 하는 트랙터의 앞차축(front axle)에 관한 것으로, 상세하게는 전기에너지를 이용하여 차륜 조향에 필요한 조향력을 발생시키는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축에 관한 것이다.

농작업용으로 주로 이용되는 트랙터의 최근 대형화 및 고사양화 추세에서, 전적인 운전자의 힘으로 조향을 구현하던 종래의 기계식 조향장치 대신 유압을 이용하여 조향핸들(스티어링 휠)의 조작감을 가볍게 하고, 따라서 안정된 조향 성능 및 빠른 조향 응답성이 발휘될 수 있도록 하는 유압식 조향장치를 보편적으로 설치하고 있다.

도 1은 트랙터에 장치되는 유압식 조향장치 구성을 개략적으로 보여주기 위한 도면으로서, 종래 트랙터의 유압식 조향장치는, 오일 저장부(100)에 임시 저장된 오일을 압축시키는 유압펌프(120), 유압에 의해 작동하는 조향실린더(200), 조향핸들 조작에 연동하여 조향실린더의 유압 공급을 단속하는 스티어링밸브유닛(220)으로 구성된다.

조향실린더(200)는 앞차축 전방으로 평행하게 이격 배치되고 운전석 부근의 상기 스티어링밸브유닛(220)에 의하여 흐름방향이 제어된 유압에 의해 동작하여 조향륜(전륜)을 가변시킨다. 그리고 스티어링유닛밸브(220)는 스티어링컬럼유닛(240)을 통해 조향핸들(스티어링 휠, 260)에 연동 가능하게 연결된다.

조향실린더(200)는 피스톤을 중심으로 좌, 우로 구획되는 두 개의 실린더 공간을 구비한다. 두 실린더 공간 중 어느 한 실린더 공간으로 조향핸들(260) 조작 시 스티어링밸브유닛(220)을 통해 방향 제어된 압력유체가 공급되고 조향실린더(200)의 스티어링 로드가 좌 또는 우로 이동하여 조향륜(W)을 가변시키도록 되어 있다.

그러나 상기한 구성의 종래 트랙터의 유압식 조향장치는, 엔진의 동력으로 기어펌프를 작동시켜 발생한 유압으로 조향륜을 움직이므로, 조향을 위해서는 엔진동력이 소비되고, 기어펌프, 스티어링밸브유닛, 조향실린더 등 복잡한 구성의 부품을 필요로 하며, 작동유체 유속과 압력변화로 조향 중 불규칙한 소음과 진동이 발생하는 문제가 있다.

한국공개실용신안 제2009-0005495호(공개일자 2009.06.08)

본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 엔진동력을 소비하지 않고, 복잡한 구성의 부품이 요구되지 않으며, 조향 작동 중 불쾌한 소음이나 진동을 전혀 유발하지 않는 전동식 파워스티어링 장치를 트랙터에 적용하고자 하는 것이다.

상기 과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명은, 전륜을 조향륜으로 하는 트랙터에 있어서, 차폭 방향으로 배치되고 전륜 구동축을 내설하는 중공의 앞차축 케이스와 이 앞차축 케이스 중앙부에 설치되는 디퍼런셜 유닛을 포함하고, 중앙 디퍼런셜 유닛으로부터 일측으로 편향된 앞차축 케이스를 관통하는 입력축에 연결되며 전기로 구동하여 전륜 조향을 위한 조향력을 발생하는 전동식 파워스티어링 장치가 상기 앞차축 케이스에 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축을 제공한다.

본 발명에서 상기 입력축은 중앙 디퍼런셜 유닛에서 일측으로 편향된 앞차축 케이스를 직교하는 방향으로 관통하도록 설치되고 이 입력축에 상기 전동식 파워스티어링 장치가 연결될 수 있다.

본 발명에 적용된 상기 전동식 파워스티어링 장치는, 상기 앞차축 케이스를 관통해서 전방으로 노출되는 상기 입력축 선단에 마련되는 드라이브기어, 랙기어를 구비하며 상기 드라이브기어를 통해 전달되는 상기 입력축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바, 상기 드라이브기어에 상기 랙바 직선운동을 위한 조력(助力)을 제공하는 전동모터 및, 상기 입력축의 회전변위를 검출하고 검출 결과를 상기 전동모터의 동작을 제어하는 ECU에 제공하는 토크센서를 포함하는 구성일 수 있다.

여기서 상기 드라이브기어는, 상기 전동모터의 회전축 상의 전동기어와 동력전달 가능하게 치합하는 감속기어와, 상기 랙기어와 치합하고 상기 감속기어를 통해 감속된 전동모터 출력을 랙바에 전달하는 피니언기어로 이루어진 구성일 수 있다.

본 발명에서 상기 랙바는 중공의 랙하우징 내에서 좌, 우로 이동 가능하게 설치되며, 상기 랙하우징은 앞차축 케이스 중앙의 디퍼런셜 유닛 외주면에 장착되고 차량 전방을 향하는 고정브래킷에 견고히 고정되는 구성일 수 있다.

한편, 본 발명에 적용된 상기 토크센서는 드라이브기어가 설치되는 반대쪽 앞차축 케이스의 입력축 입구에 장착되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전동식 파워스티어링 장치를 적용함으로써, 전륜을 조향륜으로 하는 트랙터에 있어 종래와 같이 엔진동력을 소비하지 않아 트랙터의 전체적인 연비 향상을 기대할 수 있으며, 종래 유압식 구성과는 다르게 구성이 단순하고 복잡한 구성의 부품이 요구되지 않아 경제성 및 양산성 측면에서 유리한 효과가 있다.

또한, 종래 유압식 파워스티어링 장치를 적용하던 것과 비교해 장치 작동 중 작동유체 유속과 압력변화에 따른 불규칙한 소음과 진동 등의 문제가 전혀 발생하지 않아 차량의 전반적인 정숙성과 승차감 향상을 도모할 수 있으며, 결과적으로 전반적인 품질에 대한 신뢰도를 일층 향상시키는 효과가 기대된다.

또한, 전기적인 고장이나 주행 중 여러 요인에 의해 시동 꺼짐이 발생하게 된 경우, 종래 유압식 파워스티어링 장치는 인력으로 조타가 불가능하여 신속한 후속조치가 취해질 수 없으며 따라서 매우 위험한 상황이 연출될 수 있지만, 본 발명은 전기적인 고장이나 주행 중 시동 꺼짐이 발생하더라도 인력으로 조타가 가능한 구조이어서 안전성 측면에서 매우 유리하다는 장점 또한 있다.

도 1은 유압식 조향장치를 적용한 종래 트랙터의 개략 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축의 사시도.
도 3은 도 2의 트랙터 앞차축을 좀 더 구체적으로 보여주는 확대 사시도.
도 4는 도 3의 트랙터 앞차축을 위에서 바라본 평면도.
도 5는 도 3의 트랙터 앞차축을 차량 전방에서 바라본 정면도
도 6은 도 3에서 전동식 파워스티어링 장치의 동력전달부를 확대 도시한 도면.
도 7은 도 3에서 스티어링장치의 랙바가 내설되는 랙하우징을 앞차축 케이스 전방으로 고정시키는 브래킷부를 확대 도시한 도면.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축의 사시도이며, 도 3은 도 2의 트랙터 앞차축을 좀 더 구체적으로 보여주는 확대 사시도이다. 그리고 도 4는 도 3의 트랙터 앞차축을 위에서 바라본 평면도이며, 도 5는 도 3의 트랙터 앞차축을 차량 전방에서 바라본 정면도이다.

도 2 내지 도 5를 통해 도시된 본 발명에 따른 앞차축(34)은, 전륜(36)을 조향륜으로 하는 트랙터에 적용된다. 구체적으로 상기 앞차축(34)은, 차폭 방향으로 배치되고 전륜 구동축(20)을 내설하는 중공의 앞차축 케이스(30)를 구비한다. 그리고 상기 앞차축 케이스(30) 중앙부에 설치되는 디퍼런셜 유닛(40)을 포함한다.

앞차축 케이스(30)의 좌, 우 양측 단부에는 앞차축 케이스(30)의 중심 횡축선(L1)을 위, 아래방향으로 비스듬히 가로지는 축선(L2)을 중심으로 제한된 범위 내에서 조향을 위해 회전하는 앞차축 커버(32)가 결합된다. 그리고 앞차축 커버(32)에는 전동기어(65) 어셈블리가 내설되고 차축(34)이 회전 가능하게 지지되며, 차축(34)에는 조향륜이 되는 전륜(36)이 결합된다.

디퍼런셜 유닛(40)은 동력전달축(80)을 통해 엔진 출력을 주행에 적합한 동력으로 변속하는 트랜스미션과 동력전달 가능하게 연결된다. 따라서 트랜스미션에 의해 주행에 적합한 동력으로 변속된 엔진 출력은 상기 동력전달축(80)을 통해 디퍼런셜 유닛(40)으로 전달되고 앞차축 케이스(30) 내 좌, 우 전륜 구동축(20)에 적절히 분배되어 전륜(36)으로 전달된다.

조향핸들(70)을 통해 입력되는 전륜(36) 조향을 위한 조향력은, 조향핸들(70)이 연결되는 스티어링컬럼 유닛(72) 및 유니버셜조인트 유닛(74)을 통해 상기 앞차축 케이스(30)를 관통하는 입력축(50)으로 전달되며, 입력축(50)으로 전달된 조향력에 전동식 파워스티어링 장치(60)의 조향 조력(助力)이 더해져 조향감을 가볍게 한다.

입력축(50)은 도면을 통해 도시한 바와 같이, 중앙 디퍼런셜 유닛(40)으로부터 일측으로 편향된 앞차축 케이스(30)를 관통하는 형태로 설치된다. 구체적으로는, 상기 중앙 디퍼런셜 유닛(40)에서 일측으로 편향된 앞차축 케이스(30)를 직교하는 방향으로 관통하도록 설치됨으로써 별도의 브래킷과 같은 별도의 지지체가 필요 없다.

전동식 파워스티어링 장치(60)는, 앞차축 케이스(30)를 관통해서 케이스 전방으로 노출되는 상기 입력축(50) 선단에 마련되는 드라이브기어(61)를 구비한다. 그리고 상기 입력축(50)에 랙 앤 피니언 방식으로 연결되어 드라이브기어(61)를 통해 전달되는 상기 입력축(50)의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바(62)를 포함한다.

드라이브기어(61)에는 상기 랙바(62)의 직선운동을 구현을 위한 입력축(50) 회전운동에 조력(助力)을 제공하는 전동모터(64)가 연결되며, 전동모터(64)의 동작을 ECU(10)가 제어한다. ECU(10)는 토크센서(66)로서 획득되는 입력축(50)의 회전변위 검출 결과에 기반하여 전동모터(64)의 회전방향과 회전값 등 출력범위를 결정한다.

전동모터(64)의 포지션(position)과 관련한 정보 또한 ECU(10)가 읽어 들이게 되고, 읽어 들인 전동모터(64)의 현재 포지션 정보에 상기 토크센서(66)를 통해 획득된 입력축(50)의 회전변위 검출 결과를 연계하여 분석하고 조향핸들(70)의 회전위치에 따라 신속 정확한 최적의 조력을 발생시킬 수 있도록 전동모터(64)의 출력을 제어한다.

토크센서(66)는 구성상 제품 모듈화에 유리하도록, 상기 드라이브기어(61)가 설치되는 반대쪽 앞차축 케이스(30)의 입력축(50) 입구에 장착됨이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 조향핸들(70) 조타 시 입력축(50) 또는 이 입력축(50)과 조향핸들(70) 중간의 동력전달축(80) 예컨대, 앞서 언급한 스티어링컬럼 유닛(72) 또는 유니버셜조인트 유닛(74)에 설치할 수도 있다.

도 6은 도 3에서 전동식 파워스티어링 장치의 동력전달부를 확대 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 입력축(50)에 설치되는 상기 드라이브기어(61)는, 전동모터(64) 회전축 상의 전동기어(65)에 연결되는 감속기어(61-1), 그리고 랙바(62)에 형성되는 랙기어(63)와 치합하는 피니언기어(61-2)가 일체로 된 구성일 수 있으며, 전동기어(65)와 감속기어(61-1)는 입력축의 방향, 전동모터(64)와 앞차축 케이스(30)와의 배치관계 등을 고려했을 때 웜엔 웜휠방식의 연결이 유리하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

도면에서는 생략되어 있으나, 상기 드라이브기어(61) 및 이에 조력을 전달하는 상기 전동기어(65)는 이들을 덮기에 적당한 모양으로 형성된 감속기 케이스를 통해 보호되고, 이 감속기 케이스는 상기 랙바(62)가 내설되는 랙하우징(67)(아래 도 7 참조)에 일체형으로 형성될 수 있다. 그리고 감속기 케이스 타단으로 전동모터(64)가 볼트 결합되어 고정될 수 있다.

도 7은 스티어링장치를 구성하는 랙바가 내설되는 랙하우징을 앞차축 케이스 전방으로 고정시키는 브래킷부를 확대 도시한 도면으로서, 상기 랙바(62)는 중공의 랙하우징(67)에 좌, 우로 이동 가능하게 내설되며, 랙하우징(67)은 앞차축 케이스(30) 중앙의 디퍼런셜 유닛(40) 외주면에 장착되고 차량 전방을 향하는 고정브래킷(90)에 견고히 고정될 수 있다.

도면(도 2 내지 도 5)에서 미설명 부호 68은 상기 랙바(62) 양 선단에 볼 조인트로 연결되는 타이로드 엔드로서, 이 타이로드 엔드는 상기 전동식 스티어링장치와 전술한 앞차축 커버(32)를 이어주는 관절 역할을 하는 부품에 해당된다. 그리고 69는 상기 타이로드 엔드와 랙바(62)가 볼 조인트된 부분을 덮는 벨로우즈 관을 가리킨다.

이상의 본 발명에 따르면, 본 발명의 실시예에 따르면, 전동식 파워스티어링 장치를 적용함으로써, 전륜을 조향륜으로 하는 트랙터에 있어 종래와 같이 엔진동력을 소비하지 않아 트랙터의 전체적인 연비 향상을 기대할 수 있으며, 종래 유압식 구성과는 다르게 구성이 단순하고 복잡한 구성의 부품이 요구되지 않아 경제성 및 양산성 측면에서 유리한 효과가 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : ECU 20 : 전륜 구동축
30 : 앞차축 케이스 40 : 디퍼런셜 유닛
50 : 입력축 60 : 전동식 파워스티어링장치
61 : 드라이브기어 62 : 랙바
63 : 랙기어 64 : 전동모터
65 : 전동기어 66 : 토크센서
67 : 랙하우징 68 : 타이로드 엔드
69 : 벨로우즈 관 70 : 조향핸들
72 : 스티어링컬럼 유닛 74 : 유니버셜조인트 유닛
80 : 동력전달축 90 : 고정브래킷

Claims

전륜을 조향륜으로 하며, 전륜 구동축을 내설하는 앞차축 케이스와 앞차축 케이스 중앙에　배치된 디퍼런셜 유닛을 포함하는 트랙터에 있어서,
상기 앞차축 케이스에 설치되며, 중앙 디퍼런셜 유닛으로부터 일측으로 편향된 앞차축 케이스를 관통하는 입력축에 연결되어 전륜 조향을 위한 조향력을 발생하는 전동식 파워스티어링 장치를 포함하며,
상기 입력축은 중앙 디퍼런셜 유닛에서 일측으로 편향된 지점의 앞차축 케이스를 관통하여 일측 단부가 앞차축 케이스 전단에 노출되도록 설치되고,
앞차축 케이스 전단으로 노출된 입력축의 일측 단부에 상기 전동식 파워스티어링 장치가 연결되되,
전동식 파워스티어링 장치는,
상기 앞차축 케이스를 관통해서 전방으로 노출되는 상기 입력축 선단에 마련되는 드라이브기어와,
랙기어가 형성되고 상기 드라이브기어를 통해 전달되는 상기 입력축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바와,
상기 드라이브기어에 상기 랙바 직선운동을 위한 조력(助力)을 제공하는 전동모터 및,
상기 입력축의 회전변위를 검출하고 검출 결과를 상기 전동모터의 동작을 제어하는 ECU에 제공하는 토크센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 드라이브기어는,
상기 전동모터의 회전축 상의 전동기어와 동력전달 가능하게 치합하는 감속기어와,
상기 랙기어와 치합하고 상기 감속기어를 통해 감속된 전동모터 출력을 랙바에 전달하는 피니언기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축.
제 1 항에 있어서,
상기 랙바는 중공의 랙하우징 내에서 좌, 우로 이동 가능하게 설치되며, 상기 랙하우징은 앞차축 케이스 중앙의 디퍼런셜 유닛 외주면에 장착되고 차량 전방을 향하는 고정브래킷에 견고히 고정되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축.
제 1 항에 있어서,
상기 토크센서는 드라이브기어가 설치되는 반대쪽 앞차축 케이스의 입력축 입구에 장착되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 장치가 장착된 트랙터 앞차축.