KR102262133B1 - 차량용 후륜 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동기를 이용하여 센터링 작동을 수행함으로써, 센터링기능의 강건성 및 응답성을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 리어액슬과 후륜 사이에 설치되고, 피스톤이 후륜과 연결되어 직선방향으로 이동되는 후륜조향실린더; 회전 구동력을 제공하는 전동기; 상기 전동기에서 제공되는 회전 구동력을 직선방향의 구동력으로 전환하여 피스톤에 전달하는 동력전달수단; 및 후륜 강제중립모드인 경우, 전동기에 구동신호를 인가하여 피스톤이 후륜 조향각 중립위치에 상응하는 지점에 이동되도록 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되는 차량용 후륜 조향장치가 소개된다.

Description

차량용 후륜 조향장치{STEERING DEVICE FOR REAR STEERING WHEEL OF VEHICLES}
본 발명은 전동기를 활용하여 센터링 작동을 수행함으로써, 센터링기능의 강건성 및 응답성을 향상시키는 차량용 후륜 조향장치에 관한 것이다.
트럭과 같은 대형 화물 차량의 경우, 적재함 쪽의 중량을 효과적으로 분담할 수 있도록 대부분 2축 형태의 후륜구조를 취하고 있다.
그리고, 화물의 적재량 증대를 위해 2축 후륜구조의 전방 또는 후방에 푸셔(pusher) 또는 태그(tag) 시스템이 추가로 설치될 수 있다.
다만, 이 같은 화물 차량은 전,후의 차축간 축거가 매우 길뿐만 아니라, 후륜에 여러 축을 적용하는 구조로 인해, 좌우 방향으로 선회 주행하는 경우 노면접지저항을 많이 받게 되는바, 이 때문에 타이어 마모량이 증가하는 것은 물론, 차량의 회전반경이 더욱 커지게 되는 문제가 있다.
이에, 푸셔액슬 또는 태그액슬의 조향이 가능한 후륜 조향시스템을 필요로 하게 된다. 다만, 조향이 가능한 푸셔 또는 태그액슬이 장착된 경우, 후륜 조향시스템의 고장 발생시, 고속에서는 차량의 거동이 불안정하여 주행 안정성이 저하되고, 후진시에는 타이어의 꺾임으로 인해 후진이 불가능한 상황이 발생하게 된다.
이에 따라, 후륜 조향 이 후에, 타이어를 항상 중립의 위치로 복원 및 유지시키는 센터링장치(후륜조향 중립기구)가 설치되어 있다.
그러나, 기존의 센터링장치는 후륜조향실린더 내부에 센터링기능을 위한 구조가 별도 마련되고, 센터링 작동이 어큐뮬레이터로부터 유압을 공급받아 작동하는 방식으로 이루어져 있는바, 센터링 작동을 위한 부품수가 증대되는 것은 물론, 오일 리크시 센터링 기능이 제대로 작동되지 못하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 20-0405957 Y
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전기적 구조를 이용하여 센터링 작동을 수행함으로써, 센터링기능의 강건성 및 응답성을 향상시키는 차량용 후륜 조향장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 리어액슬과 후륜 사이에 설치되고, 피스톤이 후륜과 연결되어 직선방향으로 이동되는 후륜조향실린더; 회전 구동력을 제공하는 전동기; 상기 전동기에서 제공되는 회전 구동력을 직선방향의 구동력으로 전환하여 피스톤에 전달하는 동력전달수단; 및 후륜 강제중립모드인 경우, 전동기에 구동신호를 인가하여 피스톤이 후륜 조향각 중립위치에 상응하는 지점에 이동되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 후륜조향실린더는, 일단이 리어액슬과 연결되고, 내부에 센터링작동실이 조성된 실린더하우징; 일단이 후륜에 연결되고, 타단에 전동기가 설치되며, 상기 전동기가 센터링작동실 내에 위치하도록 구성된 피스톤;을 포함할 수 있다.
상기 동력전달수단은, 상기 피스톤의 타단에 마련되고, 상기 전동기에서 제공되는 회전 구동력에 의해 회전 작동되는 피니언기어; 상기 센터링작동실의 내면에 피스톤의 이동방향을 따라 설치되고, 상기 피니언기어와 치합되어 피니언기어의 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 전환시키는 랙기어;를 포함할 수 있다.
상기 전동기의 회전축에 베벨기어가 연결되고; 상기 베벨기어의 출력축에 상기 피니언기어가 고정될 수 있다.
상기 전동기는 피스톤의 타단에 내장될 수 있다.
유압에 의해 피스톤이 이동되도록 상기 실린더하우징의 내부에 센터링작동실과 구분하여 조성된 조향작동실;을 포함하고, 상기 제어기는, 후륜 조향모드인 경우, 조향작동실에 작동유의 유출입 제어를 통해 피스톤을 이동하여 후륜을 조향하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 후륜 조향모드인 경우, 피스톤의 이동과 연동하여 회전하는 회전부품의 회전각 변화를 바탕으로 펄스신호가 생성되면, 이 펄스신호를 확보하여 후륜 조향각을 연산할 수 있다.
상기 전동기와 연결되고, 충방전이 가능한 전원장치;를 더 포함하고, 상기 제어기는, 후륜 조향모드인 경우, 피스톤의 이동과 연동하여 회전하는 전동기에 의해 전기에너지를 발전하여 전원장치에 저장하도록 제어할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 전동기의 구동력을 이용하여 센터링 기능을 수행함으로써, 센터링 기능을 위한 기존 유압부품의 제거가 가능하여 후륜 조향장치를 컴팩트하게 구성하게 되고, 또한 오일 누유의 우려가 없어 센터링 기능에 따른 차량의 주행 안정성을 확보하는 것은 물론, 센터링 작동에 대한 응답성을 향상시키는 효과가 있다.
더불어, 피스톤의 이동과 연동하여 회전하는 회전부품에서 확보 가능한 펄스신호를 이용하여 후륜 조향각을 연산함으로써, 후륜 조향각센서를 대체하여 사용 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 후륜조향실린더가 설치된 후륜 조향시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 후륜조향실린더의 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 동력전달수단의 구성 및 작용을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 후륜 조향장치에서 센터링 기능의 작동 유무에 따른 제어 흐름을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 후륜 조향장치는, 후륜조향실린더(5)와, 전동기(13)와, 동력전달수단 및 제어기(23)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 후륜조향실린더(5)는 리어액슬(1)과 후륜(3) 사이에 설치되는 것으로, 피스톤(11)이 후륜(3)과 연결되고, 이 피스톤(11)이 길이방향으로 직선 이동되어 후륜 조향이 실시될 수 있다.
이러한, 상기 피스톤(11)은 후륜 조향각 중립 위치에 후륜(3)을 위치시켜야 하는 후륜 강제중립모드에서는 전동기(13)에 의한 전기적 구동력에 의해 이동될 수 있고, 후륜 조향을 실시하는 후륜 조향모드에서는 유압에 의해 이동될 수 있다.
그리고, 상기 전동기(13)는 회전 구동력을 제공하는 것으로, 발전기능을 갖는 모터제너레이터일 수 있다.
다음으로, 동력전달수단은 상기 전동기(13)에서 제공되는 회전 구동력을 직선방향의 구동력으로 전환하여 피스톤(11)에 전달할 수 있다.
제어기(23)는, 상기 후륜 강제중립모드인 경우, 전동기(13)에 구동신호를 인가하여 피스톤(11)이 후륜 조향각 중립위치에 상응하는 지점에 이동되도록 제어할 수 있다.
즉, 상기한 구성에 따르면, 후륜 조향각을 중립으로 유지해야 하는 후륜 강제중립모드의 경우, 전동기(13)를 구동하여 피스톤(11)을 후륜 조향각 중립지점으로 이동한 후 그 움직임을 구속함으로써, 센터링 기능(후륜 조향각을 강제로 중립으로 제어하는 기능)을 수행하게 된다.
따라서, 센터링 기능을 위한 기존의 어큐뮬레이터와 같은 유압부품의 제거가 가능한 것은 물론 센터링 기능을 위한 구조를 간소화함으로써, 후륜 조향장치를 컴팩트하게 구성하게 되고, 또한 센터링 기능에 사용되는 오일 누유의 우려가 없어 센터링 기능에 따른 차량의 주행 안정성을 확보하게 되며, 더불어 전기적 신호를 입력받아 센터링 작동을 수행하므로, 센터링 작동에 대한 응답성을 향상시키게 된다.
상기 후륜조향실린더(5)의 구성에 대해 조금 더 부연하면, 상기 후륜조향실린더(5)는 실린더하우징(7)과, 피스톤(11)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 실린더하우징(7)은 그 일단이 리어액슬(1)과 연결되고, 내부에는 센터링작동실(7a)이 조성될 수 있다.
그리고, 피스톤(11)은 그 일단이 후륜(3)에 연결되고, 타단에 전동기(13)가 설치될 수 있다. 이러한, 상기 전동기(13)는 센터링작동실(7a) 내에 위치하도록 구성될 수 있다.
즉, 차량의 주행 상태에 따라 후륜 강제중립모드가 필요한 것으로 판단한 경우, 센터링작동실(7a) 내에 구비된 전동기(13)를 구동하여 피스톤(11)을 이동함으로써, 유압을 이용하지 않고, 전동기(13)의 구동력만으로 피스톤(11)을 이동시킬 수 있게 된다.
아울러, 도 3은 상기 동력전달수단의 구성을 예시한 것으로, 피니언기어(17)와, 랙기어(9)를 포함하여 구성될 수 있다.
설명하면, 상기 피스톤(11)의 타단에 피니언기어(17)가 마련되고, 상기 전동기(13)에서 제공되는 회전 구동력이 제공되어 피니언기어(17)가 회전 작동될 수 있다.
예컨대, 상기 전동기(13)는 피스톤(11)의 타단에 내장 설치될 수 있고, 이 경우 전동기(13)의 회전축이 피스톤(11)의 외부로 노출되어 그 회전축에 한 짝의 베벨기어(15)가 연결될 수 있다.
이때에, 상기 베벨기어(15)의 출력축에 상기 피니언기어(17)가 동축을 이루어 고정됨으로써, 전동기(13)의 구동력으로 피니언기어(17)가 회전될 수 있다.
그리고, 상기 센터링작동실(7a)의 내면에는 피스톤(11)의 이동방향을 따라 랙기어(9)가 설치될 수 있고, 상기 랙기어(9)에 피니언기어(17)가 치합되어 피니언기어(17)의 회전운동을 피스톤(11)의 직선운동으로 전환시킬 수 있다.
한편, 상기 실린더하우징(7)의 내부에는 상기 실린더하우징(7)의 길이방향을 따라 센터링작동실(7a)과 함께 조향작동실(7b)이 구분 조성될 수 있는바, 상기 조향작동실(7b)에 채워진 작동유를 통해 피스톤(11)이 이동될 수 있다.
예컨대, 상기 센터링작동실(7a)과 조향작동실(7b)이 배플에 의해 구분될 수 있고, 피스톤(11)은 상기 조향작동실(7b)과 배플을 관통하는 형태로 설치될 수 있다.
그리고, 상기 피스톤(11)의 중단에는 조향작동실(7b)의 내경에 대응하는 형상으로 가압헤드(11a)가 형성될 수 있고, 상기 가압헤드(11a)를 기준으로 조향작동실(7b)의 양단에는 작동유가 유출입되는 작동유포트(부호 생략)가 각각 구비될 수 있다.
이에, 상기 제어기(23)는, 후륜(3)의 조향을 실시해야 하는 후륜 조향모드인 경우, 조향작동실(7b)에 작동유의 유출입 제어를 통해 피스톤(11)을 이동하여 후륜(3)을 조향하도록 제어할 수 있다.
즉, 한 쪽 작동유포트에 작동유를 유입시키면, 다른 쪽 작동유포트로 작동유가 토출되면서 가압헤드가 이동하게 되고, 이에 피스톤(11)이 이동되어 후륜 조향을 실시할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기와 같이 유압을 이용하여 조향을 실시하는 주행 상황에서 피스톤(11)의 이동과 연동한 회전부품의 회전정보를 이용하여 후륜 조향각을 연산할 수 있고, 이를 조향각센서로 대체하여 사용할 수 있다.
이를 위해, 상기 제어기(23)는, 후륜 조향모드로 판단한 경우, 피스톤(11)의 이동과 연동하여 회전하는 회전부품의 회전각 변화를 바탕으로 펄스신호가 생성되면, 이 펄스신호를 확보하여 후륜 조향각을 연산할 수 있다.
예컨대, 전동기(13)가 회전됨에 따라 함께 회전하는 베벨기어(15) 또는 피니언기어(17)의 적어도 두 개 지점 이상에 자성체를 구비하고, 상기 자성체의 인식이 가능한 위치센서(19)를 구비할 수 있다.
이에, 상기 기어의 회전시, 자성체를 인식하는 위치센서(19)의 신호가 펄스신호로 나타나게 되고, 이 펄스신호를 기반으로 후륜 조향각을 연산할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명은 상기와 같이 유압을 이용하여 후륜 조향을 실시하는 주행상황에서 전동기(13)를 이용하여 전기에너지를 발전할 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 상기 전동기(13)에 전원장치(21)가 연결되고, 상기 전원장치(21)는 충방전이 가능하도록 구성할 수 있다.
이에, 상기 제어기(23)는, 후륜 조향모드로 판단한 경우, 피스톤(11)의 이동과 연동하여 회전하는 전동기(13)에 의해 전기에너지를 발전하여 전원장치(21)에 저장하도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 센터링 기능 및 조향각센서 대체 기능을 위한 제어흐름에 대해 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 차량의 주행과정에서 후륜 조향각을 중립으로 유지하는 센터링 기능의 작동이 필요한지 판단하고(S10), 판단 결과 센터링 기능이 필요한 것으로 판단시, 후륜 강제중립모드에 진입하여 전동기(13)에 구동신호를 인가한다(S20).
그러면, 상기 전동기(13)의 구동력에 의해 피스톤(11)을 후륜 조향각 중립지점에 상응하는 위치까지 이동시키 후에 그 움직임을 구속하게 됨으로써, 후륜(3)을 조향각 중립위치에 고정하는 센터링 기능을 수행하게 된다(S30).
반면, S10단계의 판단 결과, 센터링 기능이 불필요한 경우에는, 전동기(13)에 구동신호를 인가하지 않고, 후륜 조향모드에 진입하게 된다(S40).
이 모드에서는 유압에 의해 피스톤(11)을 이동하여 후륜 조향이 실시되는데, 피스톤(11)이 이동되면 피스톤(11)이 이동됨에 따라 연동하여 회전하는 회전부품의 회전각 변화를 바탕으로 펄스신호가 생성된다(S50). 이에, 상기 펄스신호를 확보하여 후륜 조향각을 연산(S60)하게 되는바, 후륜 조향각센서로 대체하여 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기 후륜 조향모드의 경우, 피스톤(11)의 이동과 연동하여 전동기(13)가 회전됨으로써, 전동기(13)에서 전기에너지를 발전할 수 있고, 이를 통해 전원장치(21)를 충전할 수 있게 된다(S70).
상술한 바와 같이, 본 발명은 전동기(13)를 이용하여 센터링 기능을 수행함으로써, 센터링 기능을 위한 기존 유압부품의 제거가 가능하여 후륜 조향장치를 컴팩트하게 구성하게 되고, 또한 오일 누유의 우려가 없어 센터링 기능에 따른 차량의 주행 안정성을 확보하며, 센터링 작동에 대한 응답성을 향상시키게 된다.
더불어, 피스톤(11)의 이동과 연동하여 회전하는 회전부품에서 확보 가능한 펄스신호를 이용하여 후륜 조향각을 계측 가능함으로써, 후륜 조향각센서로 활용 가능한바, 기존의 후륜 조향각센서를 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 리어액슬 3 : 후륜
5 : 후륜조향실린더 7 : 실린더하우징
7a : 센터링작동실 7b : 조향작동실
9 : 랙기어 11 : 피스톤
13 : 전동기 15 : 베벨기어
17 : 피니언기어 19 : 위치센서
21 : 전원장치 23 : 제어기

Claims (8)

  1. 리어액슬과 후륜 사이에 설치되고, 피스톤이 후륜과 연결되어 직선방향으로 이동되는 후륜조향실린더;
    회전 구동력을 제공하는 전동기;
    상기 전동기에서 제공되는 회전 구동력을 직선방향의 구동력으로 전환하여 피스톤에 전달하는 동력전달수단; 및
    후륜 강제중립모드인 경우, 전동기에 구동신호를 인가하여 피스톤이 후륜 조향각 중립위치에 상응하는 지점에 이동되도록 제어하는 제어기;를 포함하고,
    상기 후륜조향실린더는,
    일단이 리어액슬과 연결되고, 내부에 센터링작동실이 조성된 실린더하우징;
    일단이 후륜에 연결되고, 타단에 전동기가 설치되며, 상기 전동기가 센터링작동실 내에 위치하도록 구성된 피스톤;을 포함하며,
    상기 동력전달수단은,
    상기 피스톤의 타단에 마련되고, 상기 전동기에서 제공되는 회전 구동력에 의해 회전 작동되는 피니언기어;
    상기 센터링작동실의 내면에 피스톤의 이동방향을 따라 설치되고, 상기 피니언기어와 치합되어 피니언기어의 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 전환시키는 랙기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동기의 회전축에 베벨기어가 연결되고;
    상기 베벨기어의 출력축에 상기 피니언기어가 고정된 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동기는 피스톤의 타단에 내장된 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    유압에 의해 피스톤이 이동되도록 상기 실린더하우징의 내부에 센터링작동실과 구분하여 조성된 조향작동실;을 포함하고,
    상기 제어기는,
    후륜 조향모드인 경우, 조향작동실에 작동유의 유출입 제어를 통해 피스톤을 이동하여 후륜을 조향하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    후륜 조향모드인 경우, 피스톤의 이동과 연동하여 회전하는 회전부품의 회전각 변화를 바탕으로 펄스신호가 생성되면, 이 펄스신호를 확보하여 후륜 조향각을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전동기와 연결되고, 충방전이 가능한 전원장치;를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    후륜 조향모드인 경우, 피스톤의 이동과 연동하여 회전하는 전동기에 의해 전기에너지를 발전하여 전원장치에 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향장치.
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