KR102634449B1

KR102634449B1 - Sbw시스템의 조향각 제한장치

Info

Publication number: KR102634449B1
Application number: KR1020180128183A
Authority: KR
Inventors: 황상우; 박영대; 이병림; 김민준; 장세현; 조현석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2024-02-06
Also published as: US20200130733A1; KR20200047871A; US11364949B2; CN111098913A; CN111098913B

Abstract

본 발명은 스티어링휠의 양쪽 회전방향을 선택적으로 제한하면서, 조향각 제한장치의 고장시에는 스티어링휠의 조향이 가능하도록 한 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 캠의 회전각 변화에 따라 스티어링샤프트에 구속된 스토핑기어의 회전을 선택적으로 구속하여 제한하고자 하는 회전방향에 대해서만 스티어링휠의 조향 회전을 선택적으로 제한하게 되고, 또한 스토퍼의 고장 상황으로 판단시, 스토퍼를 스토핑기어의 회전반경에서 벗어나는 위치로 이동시켜 스티어링휠의 조향 회전이 가능하도록 한 SBW시스템의 조향각 제한장치가 소개된다.

Description

SBW시스템의 조향각 제한장치{APPARATUS FOR LIMITTED STEERING ANGLE IN STEER-BY-WIRE SYSTEM}

본 발명은 타이어 외부의 장애물에 의한 타이어 조타각 제한시 스티어링휠의 회전을 제한하면서, 조향각 제한장치의 고장시에는 스티어링휠의 조향이 가능하도록 한 SBW시스템용 조향각 제한장치를 제공하는 데 있다.

스티어 바이 와이어(STEER BY WIRE : SBW)시스템은 스티어링휠과 차량의 구동바퀴의 기계적 연결을 분리한 조향시스템으로, 스티어링휠의 회전 신호를 전자제어유니트(ECU)를 통해 입력받고, 입력된 회전 신호를 바탕으로 구동바퀴에 연결된 조향어시스트모터를 작동시켜 차량을 조향할 수 있다.

이러한 스티어 바이 와이어 시스템은 기존의 조향시스템이 갖는 기계적 연결구조가 제거됨으로써, 조향계 구성에 따른 레이아웃 자유도를 증가시키고, 연비를 개선하며, 차륜에서 역입력되는 외란을 제거할 수 있는 등의 장점을 갖고 있다.

반면, 이 같은 기계적 연결구조의 단절로 인해 운전자가 필요로 하는 조향정보를 제대로 피드백 받을 수 없는 단점도 있다.

즉, 기존의 조향시스템의 경우 유니버셜조인트 등을 이용한 기구적인 연결구조로 인해 타이어의 회전 한계에 의해 스티어링휠도 함께 구속이 되지만, 스티어 바이 와이어 시스템에서는 스티어링 휠과 타이어 조타시스템이 기계적으로 분리되어있기 때문에 스티어링 휠의 회전각도를 일정하게 제한해주는 메커니즘을 필요로 한다.

예컨대, 타이어가 연석 또는 보도블록에 걸려 조향되지 않는 상황과 같이 타이어의 회전이 외부 요인에 의해 방해를 받고 있는 경우, 스티어링휠을 회전하더라도 타이어는 회전되지 않는 상황에 있게 되는바, 이를 운전자에게 인식시켜 줄 필요가 있다. 이에 대한 운전자의 인식이 없는 경우, 타이어는 회전되지 않는 상태에서 조향입력이 지속적으로 제공됨으로써, 모터 과부하 등과 같은 문제가 발생할 수 있게 된다.

이에, 기존에 조향각을 제한하기 위해, 솔레노이드 밸브, MR댐퍼, 브레이크 등으로 컬럼축을 잡아주는 장치가 제안된바 있으나, 이는 컬럼축의 양방향 회전을 모두 제한하게 되므로 급격한 반전 조타시, 스티어링휠이 잠길 가능성이 있는 문제가 있다.

조향각을 제한하기 위한 다른 장치로서, 유성기어와 모터를 이용하여 컬럼축의 회전 각도를 변경하고, 스토퍼를 이용하여 컬럼축의 회전을 제한하는 형태가 있으나, 이는 시스템의 복잡도가 높고, 시동이 꺼졌을 경우 컬럼축의 양방향 회전을 모두 구속하는 기능을 구현할 수 없는 문제가 있다.

특히, 스토퍼를 이용하여 컬럼축의 회전을 제한하는 장치의 경우, 차량의 주행 중 스토퍼가 컬럼축의 회전을 제한하고 있는 상태에서 스토퍼의 고장이 발생하게 되면, 스티어링휠의 조향이 이루어지지 않아 심각한 사고로 이어질 수 있는 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 10-0421423 B

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 스티어링휠의 양측 회전방향을 선택적으로 제한하면서, 조향각 제한장치의 고장에 따른 스티어링휠의 조향 제한시에도 스티어링휠의 조향이 가능하도록 한 SBW시스템용 조향각 제한장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스티어링샤프트와 함께 회전하는 스토핑기어; 액추에이터의 회전력이 제공되어 편심 회전하는 캠; 상기 캠의 회전작동과 연동 회전됨에 따라 스토핑기어의 기어치에 선택적으로 걸려져 상기 스토핑기어의 정역방향 회전을 선택적으로 구속하는 스토퍼; 상기 스토퍼의 현재 회전위치와 타겟회전위치를 비교하여, 스토퍼의 고장작동 여부를 판단하는 컨트롤러; 및 상기 스토퍼의 고장 작동으로 판단시, 상기 스토퍼의 축방향으로 이동작동력을 제공하여 상기 스토퍼를 스토핑기어의 기어치에 걸려지지 않는 위치로 이동시키는 페일세이프유닛;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 페일세이프유닛은, 상기 스토퍼의 단부에 축 결합되어 스토퍼와 함께 축방향으로 이동하는 회전축; 상기 회전축에 진입 및 이탈 가능하게 마련되어, 상기 회전축의 이동을 구속 또는 허용하는 솔레노이드밸브; 상기 회전축이 이동하는 축방향으로 탄성력을 제공하는 이동스프링;을 포함할 수 있다.

상기 회전축의 중단이 스토퍼에 상대 회전 가능하게 삽입되고; 상기 회전축의 일단에는 상기 회전축보다 넓은 단면적을 갖는 플랜지블록이 형성되며; 상기 플랜지블록의 중단에 록킹홈이 형성되어, 상기 록킹홈 내부에 솔레노이드밸브의 로드가 진입 및 이탈될 수 있다.

상기 회전축의 타단과 마주하는 하우징 내에 회전축의 이동을 안내하는 가이드홈이 형성되고; 상기 가이드홈과 회전축 사이에 스페이서가 삽입되며; 상기 이동스프링의 탄성력 제공방향과 반대되는 방향으로 회전축에 탄성력을 제공하도록 지지스프링을 구비하되, 상기 지지스프링이 이동스프링보다 작은 스프링상수를 갖도록 구성할 수 있다.

상기 스토퍼가 스토핑기어의 기어치에 걸려진 위치에서 접촉되어 스토퍼의 회전위치를 감지하는 접촉센서;를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 접촉센서에 의해 스토퍼 감지시, 연산된 스토퍼의 타겟회전위치와 상기 접촉센서에 의해 감지된 스토퍼의 현재 회전위치가 상이한 경우, 스토퍼의 고장작동으로 판단하여 솔레노이드밸브의 작동을 제어할 수 있다.

상기 액추에이터의 회전각도를 검출하는 각도센서;를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 액추에이터의 작동을 위해 인가되는 명령값과, 상기 각도센서에 의해 검출된 액추에이터의 측정값이 상이한 경우, 스토퍼의 고장작동으로 판단하여 솔레노이드밸브의 작동을 제어할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 액추에이터의 제어에 의한 캠의 회전각 변화에 따라 스티어링샤프트에 구속된 스토핑기어의 회전을 선택적으로 구속함으로써, 제한하고자 하는 회전방향에 대해서만 선택적으로 제한하게 되는바, 급격한 스티어링휠의 반전 조작시, 스티어링휠의 잠김현상 없이 스티어링휠을 회전 조작할 수 있는 장점이 있고, 또한 시동이 정지된 상태에서 추가적인 구성이나 전원의 인가없이, 양방향 회전을 모두 구속하는 락킹기능을 구현하는 효과도 있다.

특히, 스토퍼가 스토핑기어의 기어치에 걸린 상태에서 고정되는 고장 상황으로 판단시, 스토퍼를 스토핑기어의 회전반경에서 벗어나는 위치로 이동시키게 됨으로써, 스티어링휠의 조향 회전이 가능하게 되고, 이에 스티어링휠의 잠김에 의한 사고 발생 위험을 제거할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조향각 제한장치가 설치된 SBW시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 조향각 제한장치의 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의해 스티어링샤프트의 역방향 회전을 구속하는 작동상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의해 스티어링샤프트의 정방향 회전을 구속하는 작동상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의해 스티어링샤프트의 양방향 회전을 구속하는 작동상태를 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 스티어링샤프트의 역방향 회전을 구속하는 과정에서 조향반력모터의 협조제어에 의한 충격 저감 작동을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 의한 스토퍼의 고장 작동시, 스토퍼를 이동시킨 작동상태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 의한 스토퍼를 솔레노이드밸브의 로드에 의해 구속하는 구성을 예시하연 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 스토퍼의 고장 판단을 위해 각도센서가 구비된 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 의해 조향각을 제한하는 제어과정 및 스토퍼 고장에 따른 페일세이프 제어과정을 설명하기 위한 플로우차트.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 SBW시스템의 조향각 제한장치는, 스토핑기어(10)와, 캠(20)과, 스토퍼(30)와, 컨트롤러(CLR) 및 페일세이프유닛을 포함하여 구성이 된다.

도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 스토핑기어(10)는 스티어링샤프트(11)와 함께 회전되는 것으로, 예컨대 상기 스토핑기어(10)가 상기 스티어링샤프트(11)에 삽입 결합되어, 상기 스티어링샤프트(11)와 함께 구속상태로 회전이 된다.

이때에, 상기 스티어링샤프트(11)는 스티어링휠(12)과 함께 회전하는 컬럼축일 수 있다.

캠(20)은 액추에이터(21)의 회전력이 제공되어 편심 회전하는 것으로, 상기 스토핑기어(10)의 측부에 마련될 수 있다.

그리고, 스토퍼(30)는 상기 캠(20)의 회전작동에 연동 회전됨에 따라 스토핑기어(10)의 기어치에 선택적으로 걸려져 상기 스토핑기어(10)의 정역방향 회전을 선택적으로 구속하게 된다.

이러한, 상기 스토퍼(30)는 길이방향으로 길게 형성된 것으로, 일단에 회전축(31)이 구비되고, 중단에 캠(20)이 접촉 구비됨으로써, 상기 캠(20)의 회전작동에 따라 상기 회전축(31)을 중심으로 스토퍼(30)의 타단이 스토핑기어(10)에 가까워지거나 멀어지는 방향으로 회전 작동되어 스토핑기어(10)의 회전을 선택적으로 구속하는 구조가 된다.

도 2를 참조하여 상기 스토퍼(30)의 구성을 조금 더 구체적으로 설명하면, 상기 스토퍼(30)는 상기 캠(20)의 일측에 구비된 제1스토퍼(30a)와, 상기 캠(20)의 타측에 구비된 제2스토퍼(30b)를 포함하여 구성이 된다.

상기 제1스토퍼(30a)의 회전축(31)과 제2스토퍼(30b)의 회전축(31)은, 상기 캠(20)을 중심으로 스토핑기어(10)와 반대되는 방향에 위치하게 되고, 상기 제1스토퍼(30a)의 타단 및 제2스토퍼(30b)의 타단이 상기 스토핑기어(10)의 일측 및 타측에 각각 위치하게 된다.

이때에, 상기 제1스토퍼(30a)의 회전축(31)과, 제2스토퍼(30b)의 회전축(31)은 개별적으로 설치될 수 있고, 상기 스토핑기어(10) 및 캠(20)과 동일한 축방향으로 설치될 수 있다.

즉, 도 3과 같이 캠(20)이 우측으로 편심 회전된 상태에서는 좌측의 제1스토퍼(30a) 타단이 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려지게 됨으로써, 스토핑기어(10)의 역방향(반시계방향) 회전이 제한되어, 스티어링휠(12)의 역방향 선회를 제한하게 된다. 다만, 이 경우 스토핑기어(10)의 정방향 회전은 허용됨으로써, 운전자의 급격한 정방향 조타시, 스티어링휠(12)을 정방향으로 회전시킬 수 있게 된다.

이와 마찬가지로, 도 4와 같이 캠(20)이 좌측으로 편심 회전된 상태에서는 우측의 제2스토퍼(30b) 타단이 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려지게 됨으로써, 스토핑기어(10)의 정방향(시계방향) 회전이 제한되어, 스티어링휠(12)의 정방향 선회를 제한하게 된다. 다만, 이 경우 스토핑기어(10)의 역방향 회전은 허용됨으로써, 운전자의 급격한 역방향 조타시, 스티어링휠(12)을 역방향으로는 회전시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 스토핑기어(10)의 외부에 구비된 복수의 스토퍼(30)를 이용하여 스티어링샤프트(11)의 정역 회전방향을 선택적으로 구속할 수 있고, 특히 스티어링샤프트(11)의 특정방향 회전을 구속하고 있는 상태에서 이와 반대되는 방향으로의 회전은 허용하게 되는바, 운전자가 급격하게 반전 조타하게 되더라도 스티어링휠(12)을 회전시킬 수 있어, 스티어링휠(12)의 잠김 현상이 발생하지 않게 된다.

아울러, 컨트롤러(CLR)는 상기 스토퍼(30)의 현재 회전위치와 타겟회전위치를 비교하여, 스토퍼(30)의 고장여부를 판단할 수 있다.

그리고, 페일세이프유닛은, 상기 컨트롤러(CLR)에서 상기 스토퍼(30)가 고장 작동하는 것으로 판단시, 상기 스토퍼(30)의 축방향으로 이동작동력을 제공하여 상기 스토퍼(30)를 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려지지 않는 위치로 이동시키는 구조가 된다.

즉, 스토퍼(30)의 고장이 발생하여, 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸린 상태에서 고정되면, 차량의 주행 중 스티어링휠(12)의 조향이 불가능해져 위험한 상황에 직면할 수 있게 된다.

이에, 스토퍼(30)의 고장 상황으로 판단시, 도 7과 같이 스토퍼(30)를 스토핑기어(10)의 회전반경에서 벗어나는 위치로 이동시키게 됨으로써, 스티어링휠(12)의 조향 회전이 가능하게 되고, 이에 스티어링휠(12)의 잠김에 의한 사고 발생 위험을 제거할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 도 2와 같이 상기 스토퍼(30)의 타단이 스토핑기어(10)에 가까워지는 회전방향으로 탄성력을 제공하는 판스프링 구조의 작동스프링(40)을 더 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 제1스토퍼(30a)와 하우징(90) 사이, 그리고 제2스토퍼(30b)와 하우징(90) 사이에 작동스프링(40)이 각각 연결됨으로써, 캠(20)이 편심 회전되면 상기 작동스프링(40)의 인장력에 의해 스토퍼(30)의 타단을 스토핑기어(10)를 향해 밀게 되고, 이에 스토핑기어(10)와 떨어져 있는 스토퍼(30)의 타단이 스토핑기어(10)에 걸려져 스토핑기어(10)의 일방향 회전을 구속하게 된다.

이처럼, 본 발명은 상기 캠(20)의 회전구간별로 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)에 선택적으로 걸려지도록 구성이 된다.

예컨대, 도 2와 같이 상기 캠(20)의 전체회전구간 중 캠(20)이 회전축(31)을 향해 편심된 제1회전구간에서는 제1스토퍼(30a)의 타단과 제2스토퍼(30b)의 타단 모두가 스토핑기어(10)로부터 걸림 해제되도록 구성함으로써, 스토핑기어(10)의 시계방향 및 반시계방향 회전이 자유롭게 이루어져 스티어링휠(12)의 좌선회 및 우선회 모두를 허용하게 된다.

그리고, 도 3과 같이 상기 제1회전구간과 이어지되, 상기 캠(20)이 제2스토퍼(30b)를 향해 편심된 제2회전구간에서는 제1스토퍼(30a)의 타단만이 스토핑기어(10)에 걸려지도록 구성함으로써, 스토핑기어(10)의 반시계방향 회전이 제한되고 시계방향 회전이 허용되어 스티어링휠(12)의 좌선회를 제한하게 된다.

또한, 도 5와 같이 상기 제2회전구간과 이어지되, 상기 캠(20)이 스토핑기어(10)를 향해 편심된 제3회전구간에서는 제1스토퍼(30a)의 타단과 제2스토퍼(30b)의 타단 모두가 스토핑기어(10)에 걸려지도록 구성함으로써, 스토핑기어(10)의 시계방향 및 반시계방향 회전이 모두 제한되어, 스티어링휠(12)의 좌선회 및 우선회 모두를 제한하게 된다.

또, 도 4와 같이 상기 제1회전구간과 제3회전구간 사이에 이어지되, 상기 캠(20)이 제1스토퍼(30a)를 향해 편심된 제4회전구간에서는 제2스토퍼(30b)의 타단만이 스토핑기어(10)에 걸려지도록 구성함으로써, 스토핑기어(10)의 시계방향 회전이 제한되고 반시계방향 회전이 허용되어, 스티어링휠(12)의 우선회를 제한하게 된다.

한편, 본 발명은 컨트롤러(CLR)를 통해 액추에이터(21)와 조향반력모터(14)의 작동을 제어하여 조향각을 제한하도록 구성이 되고, 이를 위해 본 발명에는 조향각센서(13)와, 조향반력모터(14)와, 조향어시스트모터(16) 및 컨트롤러(CLR)를 포함하여 구성이 될 수 있다.

도 1 및 도 10을 참조하여 설명하면, 스티어링샤프트(11)의 조향각을 검출하도록 스티어링샤프트(11)에 조향각센서(13)가 설치되고, 상기 스티어링샤프트(11)에 조향반력을 제공하도록 조향반력모터(14)가 설치되며, 랙바(15)에 조향력을 제공하도록 조향어시스트모터(16)가 설치된다.

그리고, 컨트롤러(CLR)를 통해 상기 조향각센서(13)와 조향어시스트모터(16)의 전류값이 입력되고, 입력된 상기 조향각과, 조향어시스트모터(16)의 전류값을 바탕으로 조향반력모터(14) 또는 액추에이터(21)의 작동을 제어하여 스티어링샤프트(11)의 정역방향 회전을 선택적으로 구속하게 된다.

예컨대, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 조향각이 조향각 끝단에 상응하는 한계각에 도달하거나 조향어시스트모터(16)의 타겟전류가 허용전류 초과인 경우, 조향반력모터(14)에 최대토크를 발생하여 스티어링샤프트(11)의 회전을 제한하도록 구성이 된다.

즉, 스티어링휠(12)을 어느 한쪽 방향으로 풀턴하여 조향각 끝단에 도달한 것으로 판단하거나, 또는 타이어가 연석에 닿아 더 이상 타이어 조타각이 증가할 수 없는 상황 등에 의해 조향어시스트모터(16)의 타겟전류만이 허용전류를 초과하여 상승할 때, 조향반력모터(14)를 통해 출력 가능한 최대전류를 발생시켜 스티어링샤프트(11)의 회전을 제한하게 된다(소프트락).

아울러, 컨트롤러(CLR)는 상기 조향반력모터(14)에 의한 최대토크 발생 이 후, 조향각이 한계각을 유지하거나 조향어시스트모터(16)의 타겟전류가 허용전류보다 소정값 초과인 경우, 구속하고자 하는 스토핑기어(10)의 회전방향을 판단한다.

그리고, 액추에이터(21)에 의해 캠(20)의 회전작동을 제어하여 스토퍼(30)를 통해 스토핑기어(10)의 정방향 또는 역방향 회전작동을 구속할 수 있다.

구체적으로, 상기 스토핑기어(10)의 목표 구속방향이 역방향인 경우, 캠(20)의 회전작동을 제어하여 제1스토퍼(30a)가 스토핑기어(10)에 걸려지되, 제2스토퍼(30b)는 스토핑기어(10)에 걸림 해제되어 스토핑기어(10)의 역방향 회전만을 구속하도록 제어한다.

그리고, 상기 스토핑기어(10)의 목표 구속방향이 정방향인 경우, 캠(20)의 회전작동을 제어하여 제2스토퍼(30b)가 스토핑기어(10)에 걸려지되, 제1스토퍼(30a)는 스토핑기어(10)에 걸림 해제되어 스토핑기어(10)의 정방향 회전만을 구속하도록 제어한다.

즉, 조향반력모터(14)에 의해 우선적으로 스티어링샤프트(11)의 회전을 제한하는 소프트락을 구현한 이 후, 조향각 끝단 상태가 그대로 유지되고 있거나, 또는 조향어시스트모터(16)의 타겟전류가 더 증가하는 경우 제1스토퍼(30a) 또는 제2스토퍼(30b)의 회전 작동을 통해 스토핑기어(10)의 정방향 또는 역방향 회전을 제한함으로써, 스티어링휠(12)의 좌선회 또는 우선회를 제한하게 된다.

한편, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 스토퍼(30)에 의해 스토핑기어(10)의 회전작동을 구속하는 과정에서 조향반력모터(14)의 최대토크를 유지하도록 제어할 수 있다.

즉, 스토퍼(30)를 이용하여 스토핑기어(10)의 회전을 제한하는 하드락이 작동되는 경우, 도 6a와 같이 스토퍼(30)의 끝부분이 스토핑기어(10)의 기어치에 정확하게 물리지 않을 수 있다.

이 경우, 조향반력모터(14)의 작동을 통해 스티어링샤프트(11)의 회전을 제한하는 소프트락의 작동을 유지하고 있게 되면, 상기 스토핑기어(10)의 회전이 도 6b 내지 도 6d에 도시한 순서대로 천천히 이루어지게 되어 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 부딪히면서 발생하는 충격 및 소음발생을 최소화할 수 있게 된다.

이는 스토핑기어(10)의 기어치 개수를 증가시킴으로써, 충격을 더 감소할 수 있게 된다.

아울러, 상기 컨트롤러(CLR)는, 차량의 시동오프시, 캠(20)의 회전작동을 제어하여 제1스토퍼(30a)와 제2스토퍼(30b)가 스토핑기어(10)에 각각 걸려져 스토핑기어(10)의 정역방향 회전 모두를 구속하도록 제어할 수 있다.

즉, 차량의 시동이 정지된 상태에서는, 스티어링휠(12)의 락킹기능이 요구되는바, 도 5와 같이 캠(20)을 작동하여 제1스토퍼(30a)의 타단과 제2스토퍼(30b)의 타단 모두가 스토펑기어에 걸려지게 되고, 이를 통해 스티어링휠(12)의 락킹기능을 구현할 수 있게 된다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 스토퍼(30)의 고장 작동시, 스티어링휠(12)이 잠겨 움직이지 않는 상황을 방지하기 위해 페일세이프유닛이 구성되는바, 도 2 및 도 8을 참조하여, 상기 페일세이프유닛의 구성을 구체적으로 살펴보면, 상기 페일세이프유닛은 회전축(31)과, 솔레노이드밸브(50)와, 이동스프링(60)을 포함하여 구성이 된다.

회전축(31)은, 상기 스토퍼(30)의 단부에 축 결합되는 것으로, 스토퍼(30)와 함께 그 축방향으로 이동이 된다.

솔레노이드밸브(50)는, 상기 회전축(31)에 진입 및 이탈 가능하게 마련되어, 상기 회전축(31)의 이동을 구속 또는 허용하게 된다.

이동스프링(60)은, 상기 회전축(31)이 이동하는 축방향으로 탄성력을 제공하도록 구성되는 것으로, 일단이 하우징(90)에 고정되고, 타단이 회전축(31)에 고정된 코일스프링 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 회전축(31)의 중단이 스토퍼(30)에 상대 회전 가능하게 삽입되고, 상기 회전축(31)의 일단에는 상기 회전축(31)보다 넓은 단면적을 갖는 플랜지블록(32)이 형성됨으로써, 상기 플랜지블록(32)이 스토퍼(30)를 밀어 스토퍼(30)가 회전축(31)의 축방향을 따라 이동되는 구조가 된다.

그리고, 상기 플랜지블록(32)의 중단에 록킹홈(33)이 형성되어, 상기 록킹홈(33) 내부에 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 진입 및 이탈된다.

즉, 스토퍼(30)가 정상적으로 작동되는 경우, 도 8과 같이 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 상기 록킹홈(33) 내에 진입된 상태에 있으므로, 회전축(31)의 움직임을 구속하게 되고, 이에 스토퍼(30)가 정상적으로 작동하여 스토핑기어(10)의 기어치에 선택적으로 걸려질 수 있게 된다.

반면, 스토퍼(30)의 고장이 발생한 경우에는, 상기 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 상기 록킹홈(33) 밖으로 이탈하도록 작동됨으로써, 상기 회전축(31)의 움직임을 허용하게 된다.

이에, 도 7과 같이 이동스프링(60)의 탄성력에 의해 회전축(31)의 축방향으로 회전축(31)을 밀어내는 힘을 가하게 되면서, 회전축(31)과 함께 스토퍼(30)가 축방향으로 이동된다.

따라서, 스토퍼(30)의 단부가 스토핑기어(10)의 기어치로부터 벗어나게 됨으로써, 스토핑기어(10)의 회전을 허용하게 되고, 이에 스토핑기어(10)에 결합된 스티어링휠(12)의 조향이 가능해져 고장 안전사고를 방지할 수 있게 된다.

이때에, 상기 회전축(31)의 타단과 마주하는 하우징(90) 내에는 회전축(31)의 이동을 안내하는 가이드홈(91)이 형성되고, 상기 가이드홈(91)과 회전축(31) 사이에는 스페이서(92)가 삽입된다.

또한, 상기 이동스프링(60)의 탄성력 제공방향과 반대되는 방향으로 회전축(31)에 탄성력을 제공하도록 지지스프링(70)을 구비하되, 상기 지지스프링(70)이 이동스프링(60)보다 작은 스프링상수를 갖도록 구성이 된다.

즉, 스토퍼(30)가 정상적으로 작동되는 경우, 지지스프링(70)의 탄성력에 의해 스토퍼(30)가 축방향으로 이탈되는 것을 차단하게 되고, 또한 상기 스페이서(92)를 통해 회전축(31)의 흔들림을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 접촉센서(80)를 이용하여, 상기 스토퍼(30)의 고장 작동 여부를 감지할 수 있다.

예컨대, 도 3 내지 도 5와 같이 상기 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려진 위치에서 스토퍼(30)에 접촉되도록 접촉센서(80)가 구비됨으로써, 상기 접촉센서(80)에 의해 스토퍼(30)의 회전위치를 감지할 수 있고, 상기 접촉센서(80)는 컨트롤러(CLR)에 연결되어 접촉센서(80)에서 감지된 신호를 입력받을 수 있다.

이에, 상기 컨트롤러(CLR)에서는 상기 접촉센서(80)에 의해 스토퍼(30) 감지시, 연산된 스토퍼(30)의 타겟회전위치와 상기 접촉센서(80)에 의해 감지된 스토퍼(30)의 현재 회전위치가 상이한 경우, 스토퍼(30)의 고장작동으로 판단할 수 있고, 이에 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 록킹홈(33) 내에서 이탈되는 방향으로 작동하도록 제어할 수 있다.

상기 스토퍼(30)의 고장 작동 여부를 감지하는 다른 예시로서, 상기 액추에이터(21)에 구비된 각도센서(22)를 이용할 수 있다.

예컨대, 상기 액추에이터(21)는 모터일 수 있는 것으로, 도 9와 같이 상기 액추에이터(21)에는 회전각도를 검출하는 각도센서(22)가 구비됨으로써, 상기 각도센서(22)에 의해 액추에이터(21)의 회전각도를 검출할 수 있고, 상기 각도센서(22)는 컨트롤러(CLR)에 연결되어 각도센서(22)에서 측정된 값을 입력받을 수 있다.

이에, 상기 컨트롤러(CLR)에서는 상기 액추에이터(21)의 작동을 위해 인가되는 명령값과, 상기 각도센서(22)에 의해 검출된 액추에이터(21)의 측정값이 상이한 경우, 스토퍼(30)의 고장작동으로 판단할 수 있고, 이에 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 록킹홈(33) 내에서 이탈되는 방향으로 작동하도록 제어할 수 있다.

한편, 도 10을 참조하여, 본 발명의 SBW시스템의 조향각 제한장치를 이용하여 스티어링휠(12)의 조향각을 제한하는 과정을 설명하면, 먼저 차량의 시동이 오프된 상태에서는 도 5와 같이 제1스토퍼(30a)와 제2스토퍼(30b) 모두가 스토핑기어(10)에 걸려지게 되어, 스토핑기어(10)의 양방향 회전을 제한하는 상태에 있게 된다.

다만, 차량의 전원이 온 되면, 조향각과, 조향어시스트모터(16)의 타겟전류를 이용하여 조향각의 소프트락 작동이 요구되는 상황인지 판단한다(S10).

S10의 판단 결과, 조향각이 한계각에 도달하거나, 또는 타겟전류가 허용전류 초과인 경우, 조향반력모터(14)의 최대토크를 발생시켜 스티어링샤프트(11)의 회전을 제한하게 된다(S20).

반면, S10의 판단 결과, 조향각이 한계각에 도달하지 않고, 타겟전류가 허용전류 이하인 경우, 스티어링휠(12)의 양방향 회전을 허용하도록 제어하게 된다(S90).

한편, S20 이후에는, 조향각과 타겟전류를 이용하여 조향각의 하드락 작동이 요구되는 상황인지 판단하게 된다(S30).

즉, 조향각이 한계각을 소정시간 유지하거나, 또는 타겟전류가 허용전류보다 소정값 높은 전류값 초과이면, 조향각의 하드락 작동이 요구되는 상황으로 판단하여 하드락 작동이 요구되는 회전방향을 판단한다(S40).

S40단계의 판단 결과, 스토핑기어(10)의 반시계방향에 대한 회전 제한이 필요한 경우, 도 2와 같이 제1스토퍼(30a)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려지도록 캠(20)을 편심 회전하여 스티어링휠(12)의 반시계방향 회전을 구속하게 된다(S50).

그리고, S40단계의 판단 결과, 스토핑기어(10)의 시계방향에 대한 회전 제한이 필요한 경우, 도 3과 같이 제2스토퍼(30b)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려지도록 캠(20)을 편심 회전하여 스티어링휠(12)의 시계방향 회전을 구속하게 된다(S60).

특히, S50단계와 S60단계의 스토핑기어(10)의 회전을 제한하는 과정에서 조향반력모터(14)를 최대토크로 유지함으로써, 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 부딪히면서 발생하는 충격 및 소음을 최소화하게 된다(S70).

이어서, 조향각이 한계각에서 벗어나고, 타겟전류가 허용전류 이하로 떨어지게 되면(S80), 도 2와 같이 제1스토퍼(30a) 및 제2스토퍼(30b) 모두가 스토핑기어(10)의 기어치로부터 벗어나도록 캠(20)을 편심 회전하여 스티어링의 양방향 회전을 허용하게 된다(S90).

아울러, S90단계 이후에는 상기 제1스토퍼(30a) 및 제2스토퍼(30b) 모두가 정상적으로 작동되고 있는지 판단할 수 있다.

즉, 접촉센서(80)가 구비된 경우, 상기 접촉센서(80)에 스토퍼(30)가 접촉되면(S110), 접촉된 제1스토퍼(30a) 또는 제2스토퍼(30b)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려진 것으로 판단하게 된다.

그러면, 컨트롤러(CLR)에서는 스토퍼(30)의 타겟위치를 연산하게 되는데, 컨트롤러(CLR)를 통해 연산된 제1스토퍼(30a) 또는 제2스토퍼(30b)의 타겟위치가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려진 회전위치와 일치하는지 판단하고(S120), 판단 결과 일치하지 않는 경우, 해당 스토퍼(30)의 이상 작동에 의해 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸려진 고장 상황으로 판단하여, 솔레노이드밸브(50)에 작동명령을 인가하게 된다(S130).

이에, 상기 솔레노이드밸브(50)의 로드(51)가 록킹홈(33) 내에서 이탈되는 방향으로 작동됨으로써, 회전축(31)의 구속이 해제되고, 이동스프링(60)의 탄성력에 의해 회전축(31)과 함께 스토퍼(30)를 상기 회전축(31)의 축방향으로 이동시켜 스토퍼(30)의 단부가 스토핑기어(10)의 기어치로부터 벗어나게 되는바, 스티어링휠(12)의 조향 회전이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 액추에이터(21)의 제어에 의한 캠(20)의 회전각 변화에 따라 스티어링샤프트(11)에 구속된 스토핑기어(10)의 회전을 선택적으로 구속함으로써, 제한하고자 하는 회전방향에 대해서만 선택적으로 제한하게 된다. 따라서, 스토핑기어(10)의 일방향 회전을 제한하고 있는 상태에서 운전자의 급격한 스티어링휠(12)의 반전 조작시, 스티어링휠(12)의 회전이 가능하고, 이를 통해 스티어링휠(12)의 역회전 잠김현상을 제거하게 된다.

또한, 시동이 정지된 상태에서 추가적인 구성이나 전원의 인가없이, 양방향 회전을 모두 구속하는 락킹기능을 구현할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 스토퍼(30)가 스토핑기어(10)의 기어치에 걸린 상태에서 고정이 되는 고장 상황으로 판단시, 스토퍼(30)를 스토핑기어(10)의 회전반경에서 벗어나는 위치로 이동시키게 됨으로써, 스티어링휠(12)의 조향 회전이 가능하게 되고, 이에 스티어링휠(12)의 잠김에 의한 사고 발생 위험을 제거할 수 있게 된다.

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.

10 : 스토핑기어
11 : 스티어링샤프트
12 : 스티어링휠
13 : 조향각센서
14 : 조향반력모터
15 : 랙바
16 : 조향어시스트모터
20 : 캠
21 : 액추에이터
22 : 각도센서
30 : 스토퍼
30a : 제1스토퍼
30b : 제2스토퍼
31 : 회전축
32 : 플랜지블록
33 : 록킹홈
40 : 작동스프링
50 : 솔레노이드밸브
51 : 로드
60 : 이동스프링
70 : 지지스프링
80 : 접촉센서
90 : 하우징
91 : 가이드홈
92 : 스페이서
CLR : 컨트롤러

Claims

스티어링샤프트와 함께 회전하는 스토핑기어;
액추에이터의 회전력이 제공되어 편심 회전하는 캠;
상기 캠의 회전작동과 연동 회전됨에 따라 스토핑기어의 기어치에 선택적으로 걸려져 상기 스토핑기어의 정역방향 회전을 선택적으로 구속하는 스토퍼;
상기 스토퍼의 현재 회전위치와 타겟회전위치를 비교하여, 스토퍼가 스토핑기어의 기어치에 걸린 상태에서 고정되는 스토퍼의 고장작동 여부를 판단하는 컨트롤러; 및
상기 스토퍼의 고장 작동으로 판단시, 상기 스토퍼의 축방향으로 이동작동력을 제공하여 상기 스토퍼를 스토핑기어의 기어치에 걸려지지 않는 위치로 이동시키는 페일세이프유닛;을 포함하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.
청구항 1에 있어서,
상기 페일세이프유닛은,
상기 스토퍼의 단부에 축 결합되어 스토퍼와 함께 축방향으로 이동하는 회전축;
상기 회전축에 진입 및 이탈 가능하게 마련되어, 상기 회전축의 이동을 구속 또는 허용하는 솔레노이드밸브;
상기 회전축이 이동하는 축방향으로 탄성력을 제공하는 이동스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.
청구항 2에 있어서,
상기 회전축의 중단이 스토퍼에 상대 회전 가능하게 삽입되고;
상기 회전축의 일단에는 상기 회전축보다 넓은 단면적을 갖는 플랜지블록이 형성되며;
상기 플랜지블록의 중단에 록킹홈이 형성되어, 상기 록킹홈 내부에 솔레노이드밸브의 로드가 진입 및 이탈되는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.
청구항 3에 있어서,
상기 회전축의 타단과 마주하는 하우징 내에 회전축의 이동을 안내하는 가이드홈이 형성되고;
상기 가이드홈과 회전축 사이에 스페이서가 삽입되며;
상기 이동스프링의 탄성력 제공방향과 반대되는 방향으로 회전축에 탄성력을 제공하도록 지지스프링을 구비하되, 상기 지지스프링이 이동스프링보다 작은 스프링상수를 갖도록 구성한 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스토퍼가 스토핑기어의 기어치에 걸려진 위치에서 접촉되어 스토퍼의 회전위치를 감지하는 접촉센서;를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 접촉센서에 의해 스토퍼 감지시, 연산된 스토퍼의 타겟회전위치와 상기 접촉센서에 의해 감지된 스토퍼의 현재 회전위치가 상이한 경우, 스토퍼의 고장작동으로 판단하여 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.
청구항 2에 있어서,
상기 액추에이터의 회전각도를 검출하는 각도센서;를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 액추에이터의 작동을 위해 인가되는 명령값과, 상기 각도센서에 의해 검출된 액추에이터의 측정값이 상이한 경우, 스토퍼의 고장작동으로 판단하여 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향각 제한장치.