KR102556674B1 - 조향휠 회전각 가변제한장치 - Google Patents

조향휠 회전각 가변제한장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향휠 회전각 가변제한장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템에서, 주행상황에 따라 변동되는 조향휠 제한각에 상관없이 일정범위 내에서 조향휠의 회전을 멈출 수 있는 조향휠 회전각 가변제한장치에 관한 것이다. 본 발명은 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템에서 조향휠 회전각의 가변제한장치에 있어서, 조향축이 관통된 중공부가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 외부에 배치되어 상기 조향축에 설치된 클러치부와, 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 클러치부를 기계적으로 연결 또는 분리시키는 솔레노이드부를 포함한다.

Description

조향휠 회전각 가변제한장치{VARIABLE LIMITING APPARATUS OF STEERING WHEEL ROTATION ANGLE}
본 발명은 조향휠 회전각 가변제한장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템에서, 주행상황에 따라 변동되는 조향휠 제한각에 상관없이 일정범위 내에서 조향휠의 회전을 멈출 수 있는 조향휠 회전각 가변제한장치에 관한 것이다.
차량의 동력조향시스템은 엔진의 동력을 벨트 등으로 구동되는 오일펌프를 이용하여 소정의 오일압을 형성하고, 이 오일압을 구동 동력으로 작용하는 유압회로를 구성하여 운전자의 조향력에 대하여 증력된 힘으로서 차륜을 조향하도록 구성하는 유압작동회로가 일반적인 구성이다.
즉, 이와 같이 유압작동에 의한 동력조향시스템은 오일펌프 및 다수의 오일회로를 구성하기 위한 오일 관로, 로터리 밸브 등과 같은 작동부재가 요구되어 상당히 복잡한 구성을 가지게 되고 많은 수량의 부품이 소요됨으로써 조향시스템의 경량화와 원가저감에 대한 부담이 있다.
이와 같은 단점을 해소하기 위한 차량용 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템(이하, “SBW 시스템”이라 함.)은 크게 조향반력장치와 전륜조향장치로 구성되며, 평상 시 조향휠과 전륜이 기계적으로 연결이 끊어진 상태로 전자제어장치가 조향휠각을 전기신호로 입력받아 전륜조향장치를 구동하여 전륜을 조향한다.
SBW 시스템은 전술된 동력조향시스템의 단점을 해소할 수 있는 효과 외에, 차속 등 주행상황에 따라 조향비(조향휠각/전륜각)를 가변하는 기능을 쉽게 구현할 수 있어서 운전자 편의성 및 차량 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
하지만, SBW 시스템은 전륜 제한각에 상응하는 조향휠 제한각이 주행상황에 따라 달라지게 됨으로써, 이에 따라 고정된 위치(각도)에서가 아닌 일정 범위 내 어느 위치에서든 조향휠의 회전을 멈출 수 있는 멈춤장치(End-stopper)가 필요하다.
이러한 조향휠 회전각의 가변을 제한하기 위하여 종래에는 반력모터에 의해 조향축에 제공하는 반력만을 이용하였으나 상기 조향축에 요구되는 멈춤토크가 반력제어 요구토크보다 훨씬 큼에 따라 그에 비례하여 반력모터의 사이즈가 커지는 문제점이 발생하였다.
상기 문제점을 해소하기 위하여, 별도의 멈춤부재를 구비하여 조향축에 나있는 홈에 멈춤부재를 걸리게 하였으나, 홈의 위치에서만 조향휠이 불연속적으로 멈추게 되는 문제점이 발생하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0004177호(2008.01.09.공개)
본 발명의 목적은 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템에서, 주행상황에 따라 변동되는 조향휠 제한각에 상관없이 일정범위 내에서 조향휠의 회전을 멈출 수 있는 조향휠 회전각 가변제한장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템에서 조향휠 회전각의 가변제한장치에 있어서, 조향축이 관통된 중공부가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 외부에 배치되어 상기 조향축에 설치된 클러치부와, 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 클러치부를 기계적으로 연결 또는 분리시키는 솔레노이드부를 포함한다.
본 발명에서 상기 클러치부는 상기 조향축에 고정된 제 1 클러치와, 상기 조향축의 길이방향을 따라 상기 제 1 클러치와 상기 하우징 사이를 이동하는 제 2 클러치를 포함한다.
본 발명에서 상기 제 2 클러치는 상기 제 1 클러치에 대향되는 측면에 마찰부재가 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 솔레노이드부는 상기 중공부 측에 배치된 코어와, 일측에 상기 코어가 설치되고, 타측에 상기 제 2 클러치가 설치된 슬라이딩축과, 상기 코어의 외측에 배치되고, 상기 조향축의 길이방향을 따라 상기 코어를 이동시키는 솔레노이드와, 상기 슬라이딩축에 설치되고, 이동된 상기 코어를 원위치로 복귀시키는 리턴스프링을 포함한다.
본 발명에서 상기 솔레노이드에 전류 인가 시, 상기 코어에 의해 상기 리턴스프링이 압축변형되며, 상기 제 2 클러치가 일정간격 이동되어 상기 제 1 클러치에 밀착되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 솔레노이드에 인가된 전류 해지 시, 상기 리턴스프링의 복원력에 의해 상기 제 2 클러치가 상기 제 1 클러치로부터 분리되어 원위치로 복귀되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 조향휠 회전각 가변제한장치는 솔레노이드부에 의해 일정간격 이동하여 기계적 연결 또는 분리되고, 넓은 마찰면적과 짧은 스크로크를 갖는 클러치부를 통해, 조향축에 고토크의 반력이 제공되어 반력모터로부터 요하는 반력이 저감될 수 있어 반력모터의 소형화가 가능하며, 조향휠의 임의의 연속적인 회전각에서 빠른 멈춤이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 SBW 시스템(10)의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 조향반력장치(11)의 개략 단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 조향휠 회전각 가변제한장치(1000)에서 솔레노이드(430)에 전류가 미인가된 상태 또는 인가된 전류가 해지된 상태를 나타내는 도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 조향휠 회전각 가변제한장치(1000)에서 솔레노이드(430)에 전류가 인가된 상태를 나타내는 도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서 후술되는 내용에 표현된 방향에 있어서, “상부”의 상(上)은 도 2에 도시된 반력모터(120)를 기준하여 조향휠(110) 측으로 향한 방향이며, “하부”의 하(下)는 조향휠(110)을 기준하여 반력모터(120) 측으로 향한 방향으로 정의한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 조향휠 회전각 가변제한장치에 대하여 설명하도록 한다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 SBW 시스템(10)의 개략도이며, 도 2는 도 1에 도시된 조향반력장치(11)의 개략 단면도이다.
전술된 바와 같이, SBW 시스템(10)은 조향반력장치(11)와 전륜조향장치(12)로 구성되며, 상기 조향반력장치(11)는 전자제어장치, 조향각센서, 토크센서, 조향축(100), 조향휠(110), 조향휠 회전각 가변제한장치(1000)(이하 “가변제한장치”라 함), 반력모터(120)로 구성된다.
상기 조향각센서는 상기 조향휠(110)의 회전각을 감지한 후 감지된 값에 비례하는 전기적 신호를 상기 전자제어장치에 전달하고, 상기 토크센서는 상기 조향축(100)에서 발생하는 조향토크의 크기를 감지한 후 상기 전자제어장치에 전기적 신호를 전달한다.
이러한 상기 조향각센서 또는 상기 토크센서 외에도 횡가속도 센서나 차속센서, 요레이트센서 등이 자동차의 주행 상황을 감지하여 상기 전자제어 장치에 전기적 신호를 전달하게 할 수도 있다.
상기 반력모터(120)는 상기 전자제어장치로부터 전기적 신호를 전달받아 상기 조향축(100)의 회전에 반력을 제공하므로 운전자로 하여금 실제에 가까운 조향감을 느낄 수 있게 한다.
상기 조향휠(110)은 상기 조향축(100)의 일측 단부에 설치되어 있으며, 감속기가 설치된 상기 반력모터(120)는 상기 조향축(100)의 타측 단부에 설치되어 있고, 상기 가변제한장치(1000)는 상기 조향축(100)에 관통되어 있다.
상기 가변제한장치(1000)는 하우징(200), 클러치부(300), 솔레노이드부(400)로 구성된다.
상기 하우징(200)은 상면에서 하면으로 연장되어 관통된 중공부(210)가 내부에 형성되어 있으며, 상기 중공부(210)에 상기 조향축(100)이 삽입된다.
상기 클러치부(300)는 상기 하우징(200)의 외부에 배치되어 상기 조향축(100)에 설치되어 있으며, 상기 솔레노이드부(400)는 상기 클러치부(300)를 기계적으로 연결 또는 분리시키기 위한 구성으로써, 상기 하우징(200)의 내부에 설치되어 있다.
상기 클러치부(300)는 플레이트 형상인 한 쌍의 제 1 클러치(310)와 제 2 클러치(320)로 구성되며, 상기 제 1 클러치(310)와 상기 제 2 클러치(320)는 상호 대향되며 일정간격 이격배치되도록 상기 조향축(100)에 설치되어 있다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 클러치(310)는 상기 조향축(100)에 고정되고, 상기 제 2 클러치(320)는 상기 조향축(100)의 길이방향을 따라 상기 제 1 클러치(310)와 상기 하우징(200) 사이를 일정간격(d)(도 3a,b 도시) 이동되도록 상기 조향축(100)에 관통되어 있다.
상기 솔레노이드부(400)는 코어(410), 슬라이딩축(420), 솔레노이드(430), 리턴스프링(450)으로 구성된다.
상기 코어(410)는 상기 중공부(210) 측에 배치되고, 상기 솔레노이드(430)는 상기 코어(410)의 외측에 고정, 배치되도록 상기 하우징(200)의 내부에 형성된 수용부(440)에 설치되어 있다.
상기 슬라이딩축(420)은 상기 하우징(200)의 측면을 관통하며, 일측 단부에 상기 코어(410)가 설치되고, 타측 단부에 상기 제 2 클러치(320)가 설치되어 있다.
상기 리턴스프링(450)은 상기 슬라이딩축(420)의 외측을 감싸도록 설치된다.
보다 구체적으로, 상기 리턴스프링(450)의 양측 단부가 상기 코어(410)의 일측면인 제 1 지지부(411)와 상기 수용부(440)의 일측에 돌출형성된 제 2 지지부(441)에 밀착, 고정된다.
즉, 상기 리턴스프링(450)이 상기 제 1 지지부(411)와 상기 제 2 지지부(441)에 밀착, 고정되어 상기 코어(410)와 상기 제 2 클러치(320)에 예하중을 가해줌으로써 상기 제 2 클러치(320)가 상기 제 1 클러치(310)로부터 일정간격(d) 이격되어 상기 하우징(200)의 측면에 밀착된 상태를 유지할 수 있다.
상기 제 2 클러치(320)는 상기 제 1 클러치(310)에 대향되는 측면에 마찰부재(330)가 설치되어 있다.
상기 마찰부재(330)는 상기 제 2 클러치(320)가 상기 제 1 클러치(310)에 밀착되어 마찰력을 발생시키기 위한 구성으로써, 발생된 마찰력에 의하여 상기 조향축(100)에 고토크의 반력이 제공되어 상기 조향휠(110)의 빠른 멈춤이 가능할 수 있다.
이하, 도 3a,b를 참조하여, 도 2에 도시된 상기 가변제한장치(1000)의 작동상태에 대하여 설명하도록 한다.
도 3a는 도 2에 도시된 상기 가변제한장치(1000)에서 상기 솔레노이드(430)에 전류가 미인가된 상태 또는 인가된 전류가 해지된 상태를 나타내는 도이다.
그리고, 도 3b는 도 2에 도시된 상기 가변제한장치(1000)에서 상기 솔레노이드(430)에 전류가 인가된 상태를 나타내는 도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 솔레노이드(430)에 전류 미인가 시, 상기 리턴스프링(450)이 상기 코어(410)와 상기 제 2 클러치(320)에 예하중을 가하여 상기 제 2 클러치(320)가 상기 제 1 클러치(310)로부터 일정간격(d)이 이격된 상태로 유지된다.
도 3b를 참조하면, 주행상황에 따라 상기 토크센서가 상기 조향휠(110)의 임의의 회전각에서 멈춤토크의 크기를 감지하여 전기적 신호를 상기 전자제어장치에 전송하고, 감지된 멈춤토크에 상응하는 반력을 상기 조향축(100)에 제공하기 위하여 상기 전자제어장치가 상기 반력모터(120)(도 2 도시)를 작동시키고 상기 솔레노이드(430)에 전류를 인가한다.
상기 솔레노이드(430)에 전류 인가 시, 발생된 자성에 의하여 상기 코어(410)가 상기 조향축(100)을 따라 선형운동을 하게 되고, 상기 코어(410)의 운동에너지에 의하여 상기 리턴스프링(450)이 압축변형된다.
그리고 상기 코어(410)의 선형운동에 의하여 상기 슬라이딩축(420)에 설치된 상기 제 2 클러치(320)가 상기 조향축(100)을 따라 일정간격(d) 이동된다.
그리고 상기 제 2 클러치(320)에 설치된 상기 마찰부재(330)가 상기 조향축(100)에 고정된 상기 제 1 클러치(310)에 밀착되어 마찰력이 발생됨으로써 상기 조향휠(110)의 회전이 구속되어 멈추게 된다.
따라서, 상기 제 1 클러치(310)와 상기 제 2 클러치(320)가 기계적으로 상호 밀착, 연결되어 생긴 마찰력을 통해 상기 반력모터(120)로부터 요하는 반력이 저감될 수 있어 상기 반력모터(120)의 소형화가 가능한 효과를 얻을 수 있다.
상기 조향휠(110)에 제공된 반력을 해지하기 위하여 상기 전자제어장치가 상기 반력모터(120)의 작동을 멈추고 상기 솔레노이드(430)에 인가된 전류를 해지함으로써 상기 가변제한장치(1000)는 도 3a에 도시된 상태로 복귀된다.
즉, 상기 솔레노이드(430)에 인가된 전류 해지 시, 발생된 자성이 소멸되고 상기 리턴스프링(450)의 복원력에 의하여 상기 코어(410)와 상기 제 2 클러치(320)가 원위치로 복귀된다.
상기 제 2 클러치(320)가 원위치로 복귀되어 상기 제 1 클러치(310)로부터 분리됨으로써, 상기 제 1 클러치(310)와 상기 제 2 클러치(320)간에 발생된 마찰력이 소멸되어 상기 조향휠의 회전이 구속에서 해지된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 가변제한장치(1000)는 상기 솔레노이드부(400)에 의해 일정간격(d) 이동하여 기계적 연결 또는 분리되고, 넓은 마찰면적과 짧은 스크로크를 갖는 상기 클러치부(300)를 통해, 상기 조향축(100)에 고토크의 반력이 제공되어 상기 반력모터(120)로부터 요하는 반력이 저감될 수 있어 상기 반력모터(120)의 소형화가 가능하며, 상기 조향휠(110)의 임의의 연속적인 회전각에서 빠른 멈춤이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : SBW 시스템 11 : 조향반력장치
12 : 전륜조향장치
1000 : 조향휠 회전각 가변제한장치 100 : 조향축
110 : 조향휠 120 : 반력모터
200 : 하우징 210 : 중공부
300 : 클러치부 310 : 제 1 클러치
320 : 제 2 클러치 330 : 마찰부재
400 : 솔레노이드부 410 : 코어
420 : 슬라이딩축 430 : 솔레노이드
440 : 수용부 441 : 제 2 지지부
450 : 리턴스프링

Claims (6)

  1. 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire) 시스템의 조향반력장치에 설치된 조향휠 회전각 가변제한장치에 있어서,
    조향축이 관통된 중공부가 형성된 하우징;
    상기 하우징의 외부에 배치되어 상기 조향축에 설치된 클러치부; 및
    상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 클러치부를 기계적으로 연결 또는 분리시키는 솔레노이드부;
    를 포함하고,
    상기 클러치부는 상기 조향축에 고정된 제 1 클러치 및 상기 조향축의 길이방향을 따라 상기 제 1 클러치와 상기 하우징 사이를 이동하는 제 2 클러치를 포함하고,
    상기 제 2 클러치가 상기 제 1 클러치 측으로 이동하여 상기 제 1 클러치에 밀착 시 상기 조향축의 회전을 구속하는 조향휠 회전각 가변제한장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치는
    상기 제 1 클러치에 대향되는 측면에 마찰부재가 설치된 것을 특징으로 하는 조향휠 회전각 가변제한장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔레노이드부는
    상기 중공부 측에 배치된 코어;
    일측에 상기 코어가 설치되고, 타측에 상기 제 2 클러치가 설치된 슬라이딩축;
    상기 코어의 외측에 배치되고, 상기 조향축의 길이방향을 따라 상기 코어를 이동시키는 솔레노이드; 및
    상기 슬라이딩축에 설치되고, 이동된 상기 코어를 원위치로 복귀시키는 리턴스프링;
    을 포함하는 조향휠 회전각 가변제한장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 솔레노이드에 전류 인가 시,
    상기 코어에 의해 상기 리턴스프링이 압축변형되며, 상기 제 2 클러치가 일정간격 이동되어 상기 제 1 클러치에 밀착되는 것을 특징으로 하는 조향휠 회전각 가변제한장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 솔레노이드에 인가된 전류 해지 시,
    상기 리턴스프링의 복원력에 의해 상기 제 2 클러치가 상기 제 1 클러치로부터 분리되어 원위치로 복귀되는 것을 특징으로 하는 조향휠 회전각 가변제한장치.
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