KR102207572B1 - 차량용 조향장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 조향장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 차량용 조향장치는, 조향휠과 결합되어 회전하는 조향축과, 조향기어박스로 작동유를 공급하여 차륜의 방향을 조절하는 유압식조향부재와, 조향축에 결합되어 조향축을 회전시키는 조향보조부재와, 조향휠의 회전각과, 엔진제어부로부터 차속 및 엔진회전수를 입력 받아 유압식조향부재를 제어하고, 협조제어장치로부터 입력되는 조타각에 따라 조향보조부재를 제어하며, 조향보조부재와 조향축의 결합을 단속하는 제어부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 조향장치{STEERING APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조향보조부재와 조향축의 결합을 단속하여 동력손실 및 장치의 파손을 방지할 수 있는 차량용 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조타력을 발생하는 전동식 조향장치는 조향휠의 조작력을 가볍고 원활하게 하면서도, 신속한 조향이 가능하도록 하기 위해서 유압을 이용하도록 설계된다.
이와 같은 전동식 조향장치는 작은 힘으로 조향 조작을 할 수 있으며, 조향 기어비의 조작력에 관계없이 선정할 수 있으며, 노면의 요철에서 오는 충격을 흡수하여 핸들에 전달되는 것을 방지할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 최근에는 차속센서 및 조향 토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU)에서 모터를 구동시켜 저속운행 시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속운행 시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하는 전동식 조향장치를 이용하고 있다.
한편, 전기 유압식 조향장치(EHPS;Electo Hydraulic Power Steering system)는 엔진 동력이 아닌 전동모터의 구동을 통해 조향장치의 유압펌프를 작동 시켜 차속 및 조향각에 따라 운전자의 조타 보조력을 발생시키도록 한다.
일반적인 차량용 조향장치는 조향보조부재가 조향축에 상시 치합되는 구성이므로 EHPS가 작동되는 경우 마찰력이 증가되어 에너지 소모가 증가하고, 치합된 기어의 마모 및 조향감 불량이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0008349호(2013.01.22 공개, 발명의 명칭: 전동식 유압 파워 스티어링 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 조향보조부재가 조향축과 연결되는 것을 제어함으로써, 에너지효율, 내구성 및 조향감을 향상시킬 수 있는 차량용 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량용 조향장치는: 조향휠과 결합되어 회전하는 조향축; 조향기어박스로 작동유를 공급하여 차륜의 방향을 조절하는 유압식조향부재; 상기 조향축에 결합되어 상기 조향축을 회전시키는 조향보조부재; 및 상기 조향휠의 회전각과, 엔진제어부로부터 차속 및 엔진회전수를 입력 받아 상기 유압식조향부재를 제어하고, 협조제어장치로부터 입력되는 조타각에 따라 상기 조향보조부재를 제어하며, 상기 조향보조부재와 상기 조향축의 결합을 단속하는 제어부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 협조제어장치는 자동 주차장치 또는 차선이탈 방지장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 유압식조향부재는, 작동유가 저장되는 유체저장부; 상기 유체저장부에 결합되며, 상기 조향기어박스에 작동유를 공급하는 유압펌프부; 및 상기 유압펌프부에 동력을 제공하는 유압모터부;를 포함하는 것을 특징으로 한다 .
본 발명에서 상기 조향보조부재는, 상기 조향축에 결합되어 회전되는 웜휠부에 치합되는 웜기어부; 상기 웜기어부의 일단부에 결합되어, 상기 웜기어부를 회전시키는 구동부; 및 상기 웜기어부의 타단부에 결합되며, 상기 웜기어부의 타단부를 이동시켜, 상기 웜휠부와 상기 웜기어부의 치합을 단속하는 단속부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 단속부는, 상기 웜기어부의 타단부에 결합되는 웜기어결합부; 및 상기 웜기어결합부를 승강시키는 승강부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 승강부는, 상기 웜기어결합부가 결합되는 가이드봉; 및 상기 가이드봉과 맞물리며, 상기 가이드봉을 승강시키는 승강모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 조향장치는, 조향보조부재가 조향축과 선택적으로 결합되도록 하여 조향보조부재 및 조향축의 파손, 마모를 방지하고, 에너지 효율 및 조향감을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 간단한 구성을 이용하여 웜기어부의 일단을 승강시킴으로써 웜휠기어와의 결합여부를 제어할 수 있는 것은 물론, 웜휠기어와의 결합 강도 등을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 조향장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 조향장치의 작동을 나타내는 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향보조부재가 웜휠부에 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 'A' 부분을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향보조부재가 웜휠부에서 이격된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 'B' 부분을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 일 실시 예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 조향장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 조향장치의 작동을 나타내는 블록구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향보조부재가 웜휠부에 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에서 차량용 조향장치(1)는 조향축(100), 유압식조향부재(200), 조향보조부재(300) 및 제어부재(400)를 포함한다.
조향축(100)은 조향휠(10)과 결합되어 회전한다. 본 실시 예에서 조향축(100)은 조향휠(10)과 스플라인 결합되며, 사용자가 조향휠(10)을 회전시키면, 조향휠(10)과 함께 회전된다.
사용자가 조향휠(10)을 회전시킬 때 발생되는 조향휠(10)의 회전각은 조향휠(10)의 일측에 위치한 조향각센서(15)에 의하여 측정되어 제어부재(400)에 전달된다. 조향축(100)의 회전력은 유니버설조인트(미도시) 등에 의하여 결합된 피니언샤프트(20)를 통하여 조향기어박스(40)에 전달된다.
유압식조향부재(200)는 조향기어박스(40)로 작동유를 공급하여 차륜(50)의 방향을 조절한다. 본 실시 예에서 유압식조향부재(200)는 전동유압식 조향장치로 예시된다. 본 실시 예에서 유압식조향부재(200)는 유체저장부(210), 유압펌프부(230) 및 유압모터부(250)를 포함한다.
유체저장부(210)에는 작동유가 저장된다. 본 실시 예에서 유체저장부(210)는 내부에 작동유가 저장되는 공간부가 마련되고, 합성수지 재질을 포함하여 이루어진다.
유압펌프부(230)는 유체저장부(210) 및 조향기어박스(40)에 유로(60)를 통하여 연결되며, 작동유의 유압을 조절하여 조향기어박스(40)에 작동유를 공급한다.
유압모터부(250)는 유압펌프부(230)에 결합되어 제어부재(400)의 제어에 기초하여 유압펌프부(230)에 동력을 제공한다.
조향보조부재(300)는 조향축(100)에 결합되어, 조향축(100)을 회전시킨다. 본 실시 예에서 조향보조부재(300)는 웜기어부(310), 구동부(330) 및 단속부(350)를 포함한다.
웜기어부(310)는 조향축(100)에 결합된 웜휠부(90)에 맞물려 웜휠부(90)와 함께 회전된다. 본 실시 예에서 웜휠부(90)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 외주면을 따라 웜휠기어(91)가 형성되어 웜기어부(310)와 치합된다. 본 실시 예에서 웜기어부(310)는 구동부(330)에 결합되어 회전되는 웜기어바디(311)와, 웜기어바디(311)의 외주면에 형성되며 웜휠기어(91)와 치합되는 웜기어(313)를 포함한다.
구동부(330)는 웜기어부(310)의 일단부에 결합되어, 웜기어부(310)를 회전시킨다. 본 실시 예에서 구동부(330)는 외부에서 인가되는 전력을 회전력으로 전환하여 웜기어부(310)를 회전시킨다. 구동부(330)의 회전축(331) 또는 웜기어부(310)는 구동부(330)의 외관을 형성하는 구동하우징(333)에 틸팅 가능하게 결합되는 틸트베어링(370)에 의하여 회전 가능하게 지지된다.
도 4는 도 2의 'A' 부분을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향보조부재가 웜휠부에서 이격된 상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 5의 'B' 부분을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 단속부(350)는 웜기어부(310)의 타단부에 결합되며, 웜기어부(310)의 타단부를 이동시켜 웜휠부(90)와 웜기어부(310)의 치합을 단속한다. 본 실시 예에서 단속부(350)는 웜기어결합부(351) 및 승강부(353)를 포함한다.
웜기어결합부(351)는 웜기어부(310)의 타단부에 결합된다. 본 실시 예에서 웜기어결합부(351)는 웜기어부(310)의 타단부를 둘러싼 상태에서 웜기어결합핀(352)에 의하여 웜기어부(310)에 회전 가능하게 결합된다.
승강부(353)는 웜기어결합부(351)를 승강시켜, 웜기어결합부(351)에 결합된 웜기어부(310)의 타단부를 승강시킴으로써 웜기어부(310)와 웜휠기어(91)의 결합을 단속한다. 본 실시 예에서 승강부(353)는 가이드봉(354) 및 승강모터(356)를 포함한다.
가이드봉(354)은 웜기어결합부(351)가 고정핀(355)에 의하여 결합되어 웜기어결합부(351)와 함께 승강된다. 본 실시 예에서 가이드봉(354)은 차체 등에 결합된 승강브라켓(358)에 슬라이딩 방식으로 승강 가능하게 삽입되며, 외주면에 나사산이 형성되어 승강모터(356)에 감속기(357) 등을 통하여 치합된다.
승강모터(356)는 회전축이 감속기(357) 등을 통하여 가이드봉(354)에 결합되며, 외부에서 인가되는 전력을 회전력으로 전환하여 가이드봉(354)을 승강시킨다.
제어부재(400)는 조향휠(10)의 회전각과, 엔진제어부(70)로부터 차속 및 엔진회전수를 입력 받아 유압식조향부재(200)를 제어하고, 협조제어장치(80)로부터 입력되는 조타각에 따라 조향보조부재(300)를 제어하며, 조향보조부재(300)와 조향축(100)의 결합을 단속한다.
본 실시 예에서 협조제어장치(80)는 자동 주차장치 또는 차선이탈 방지장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 예시된다.
즉 제어부재(400)는 자동 주차장치 또는 차선이탈 방지장치의 작동이 없는 경우에는 승강모터(356)를 제어하여 웜기어부(310)와 웜휠기어(91)의 연결을 끊고, 자동 주차장치 또는 차선이탈 방지장치인 협조제어장치(80)의 작동이 필요한 경우에는 승강모터(356)를 제어하여 웜기어부(310)와 웜휠기어(91)가 연결되도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 조향장치(1)의 작동원리 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
운전자가 조향휠(10)을 회전시키면, 조향휠(10)과 연결된 조향축(100)이 회전된다. 조향축(100)의 회전 정도인 회전각은 조향축(100)의 일측에 위치한 조향각센서(15)에 의하여 측정된 후 제어부재(400)에 전달된다.
제어부재(400)는 조향각센서(15)에서 측정한 회전각, 엔진제어부(70)에서 측정한 속도 등을 기초로 유압식조향부재(200)의 유압모터부(250)를 제어하여 유압로터리밸브(30) 및 조향기어박스(40)를 통하여 유압에 의한 동력이 전달되어 차륜(50)의 이동 방향을 조절한다.
유압식조향부재(200)가 작동하는 동안에 제어부재(400)는 단속부(350)를 제어하여 웜기어부(310)가 웜휠부(90)에서 이격되도록 한다.
이에 따라 본 실시 예에서 차량용 조향장치(1)는 유압식조향부재(200)의 작동 시 조향축(100)이 함께 회전 될 때 웜기어부(310)가 웜휠부(90)에서 이격된 상태이므로 웜기어부(310)와 웜휠부(90)의 마찰에 의한 에너지 손실 및 파손을 방지하고, 조향감을 양호하게 유지할 수 있다.
차선이탈 방지장치 또는 자동 주차장치의 작동을 위하여 조향보조부재(300)를 작동 시킬 필요가 있는 경우, 제어부재(400)는 단속부(350)를 제어하여 웜기어부(310)가 웜휠부(90)와 맞물리도록 한다.
협조제어장치(80)가 차량의 위치 및 공간정보를 통해 생성된 조타각이 제어부재(400)에 입력되면, 제어부재(400)는 웜기어부(310)와 웜휠부(90)가 맞물린 상태에서 구동부(330)를 작동 시켜 웜기어부(310) 및 웜휠기어(91)를 회전시킨다. 구동부(330)에서 발생된 회전력은 피니언샤프트(20), 조향기어박스(40)를 통하여 차륜(50)에 전달되어 차륜(50)의 이동 방향을 조절하게 된다.
이로써 본 실시 예에 따른 차량용 조향장치(1)는, 조향보조부재(300)가 조향축(100)과 선택적으로 결합되도록 하여 조향보조부재(300) 및 조향축(100)의 파손, 마모를 방지하고, 에너지 효율 및 조향감을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 차량용 조향장치 10: 조향휠
15: 조향각센서 20: 피니언샤프트
30: 유압로터리밸브 40: 조향기어박스
50: 차륜 60: 유로
70: 엔진제어부 80: 협조제어장치
90: 웜휠부 91: 웜휠기어
100: 조향축 200: 유압식조향부재
210: 유체저장부 230: 유압펌프부
250: 유압모터부 300: 조향보조부재
310: 웜기어부 311: 웜기어바디
313: 웜기어 330: 구동부
331: 회전축 333: 구동하우징
350: 단속부 351: 웜기어결합부
352: 웜기어결합핀 353: 승강부
354: 가이드봉 355: 고정핀
356: 승강모터 357: 감속기
358: 승강브라켓 370: 틸트베어링
400: 제어부재

Claims (6)

  1. 조향휠과 결합되어 회전하는 조향축;
    조향기어박스로 작동유를 공급하여 차륜의 방향을 조절하는 유압식조향부재;
    상기 조향축에 결합되어 상기 조향축을 회전시키는 조향보조부재; 및
    상기 조향휠의 회전각과, 엔진제어부로부터 차속 및 엔진회전수를 입력 받아 상기 유압식조향부재를 제어하고, 협조제어장치로부터 입력되는 조타각에 따라 상기 조향보조부재를 제어하며, 상기 조향보조부재와 상기 조향축의 결합을 단속하는 제어부재;를 포함하고,
    상기 조향보조부재는,
    상기 조향축에 결합되는 웜휠부에 치합되는 웜기어부;
    상기 웜기어부의 일단부에 결합되어, 상기 웜기어부를 회전시키는 구동부; 및
    상기 웜기어부의 타단부에 결합되며, 상기 웜기어부의 타단부를 이동시켜, 상기 웜휠부와 상기 웜기어부의 치합을 단속하는 단속부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 협조제어장치는 자동 주차장치 또는 차선이탈 방지장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유압식조향부재는,
    작동유가 저장되는 유체저장부;
    상기 유체저장부에 결합되며, 상기 조향기어박스에 작동유를 공급하는 유압펌프부; 및
    상기 유압펌프부에 동력을 제공하는 유압모터부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단속부는,
    상기 웜기어부의 타단부에 결합되는 웜기어결합부; 및
    상기 웜기어결합부를 승강시키는 승강부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 승강부는,
    상기 웜기어결합부가 결합되는 가이드봉; 및
    상기 가이드봉과 맞물려, 상기 가이드봉을 승강시키는 승강모터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치.





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