KR20010041977A - 전기 스티어링 서어보 - Google Patents

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KR20010041977A
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나우하트 바흐나크
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요한 요트너,헤르베르트 코네감프
만네스만 파우데오 아게
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Abstract

본 발명은 전기 스티어링 서어보에 관한 것이다. 상기 스티어링 서어보(10)는 전기 구동 모터(12)를 가지며, 상기 구동 모터(12)는 워엄 기어(14)에 의해 조종간(16)의 회전 운동을 지지한다. 과도한 스트레스로부터 감지 이끌면을 보호하기 위해, 공지된 실시예에서는 모터(12)와 워엄(18)의 사이에 분리가능한 클러치(24)가 제공된다. 따라서, 불량한 설치시 상기 워엄 기어(14)는 조종간(16)을 차단한다. 이를 피하기 위해, 상기 클러치(24)는 워엄 휠(22) 내로 통합되어, 상기 워엄 휠(22)과 조종간(16) 사이에 인터페이스를 형성한다. 클러치가 통상적인 위치로부터 이동하게 되면 상기 워엄(18)이 모터 샤프트(20)에 직접 배치됨으로써, 상기 워엄(18)은 더 쉽게 설치되고 스티어링 서어보(10)의 효력은 더욱 개선된다.

Description

전기 스티어링 서어보 {ELECTRIC STEERING SERVO}
전기 스티어링 서어보는 얼마전부터 보급되기 시작하여, 지금까지 통상적인 유압 스티어링 서어보 대신에 사용된다. 큰 변속비에 의해 구동 모터는 자동차의 조종간이 비틀릴 때 매우 큰 회전수로 회전한다. 구동 모터의 높은 질량 관성 모멘트와 함께, 조종에 작용하는 충격에 의해 전기 스티어링 서어보의 구동 레일에서 높은 회전 모멘트 피크가 나타난다. 상기와 같은 피크는 예컨대 조종이 기계적 버퍼에까지 작용하여 모터가 갑자기 브레이킹 될 경우에 나타난다. 역으로, 모터-기어에 의해 견인되어-는 도로가 평탄하지 않거나 연석 모서리에 의해 갑자기 조종에 충격을 주거나 또는 바퀴가 정비를 위해 세워진 차에서 수동으로 기계적 버퍼에까지 비틀릴 경우에 심하게 가속한다. 모터의 높은 관성 모멘트에 의해 모든 경우에 기어 및 조종간의 높은 부하가 나타나며, 이러한 높은 부하에 의해 특히 워엄의 이끌면 영역에서 손상이 야기될 수 있다.
따라서, 모터에 의한 조종 지지가 요구될 경우, 통상적으로 모터와 워엄 사이에는 슬립에 의해 회전 모멘트 피크에 반응하는 마찰 또는 미끄럼 클러치, 또는 전자기 클러치가 제공될 수 있다. 그러나, 클러치를 제공함으로써 모터 샤프트 및 워엄 기어의 워엄 샤프트는 분리되어 각각 두 개의 지지부에 의해 지지되는 것이 필수적이다. 이에 따라, 특히 견인된 모터에서 마찰 모멘트가 매우 높아질 수 있음으로써, 바퀴의 회복 모멘트는 상황에 따라 조종간을 중앙부 내로 되돌리기에 더이상 충분하지 않다. 이를 통해, 승차 쾌적감이 매우 제한된다. 효율의 추가 손상은 모터 샤프트와 워엄 샤프트간의 피할 수 없는 축 변위로 소급된다.
과부하 클러치의 제공 유무와는 상관없이, 워엄 기어를 갖는 전기 스티어링 서어보에서는 문제가 발생하는데, 예컨대 손상된 지지부 또는 고정 모터에서 기어가 손상될 경우 조종력이 매우 증가하거나 심지어는 조종을 중단시킬 수도 있다는 것이다.
본 발명은 워엄 기어에 의해 조종간의 회전 운동을 지지하는 전기 구동 모터 및 과부하 상태에서 구동을 중단시킬 수 있는 클러치를 갖는 전기 스티어링 서어보에 관한 것이다.
도 1은 자동차용 전기 스티어링 서어보의 부분 단면도이고,
도 2는 선 (A-A)을 따라 절단된, 도 1에 따른 전기 스티어링 서어보의 단면도이며,
도 3은 도 2에 따른 워엄 휠과 조종간 사이의 클러치의 확대된 단면도이다.
본 발명의 목적은 손상시 조종을 중단시킬 수 없고 단기적인 과부하를 지지할 수 있는 전기 스티어링 서어보를 제조하는데 있다.
본 발명에 따라 상기 목적은 서두에 언급된 방식의 전기 스티어링 서어보에 의해 달성되며, 이때 클러치가 워엄 기어의 워엄 휠 내로 통합되어, 조종간과 워엄 휠 사이에 인터페이스를 형성한다.
상기 클러치는 정상 동작시 조종간의 지지를 위한 회전 모멘트를 슬립 없이 전달할 수 있는 성질이 있다. 그러나, 상기 클러치는 특정한 상황에 따라, 예컨대 단기적인 과부하 또는 전기 스티어링 서어보의 차단시 워엄 휠에 대해 조종간의 상대 회전을 가능하게 함으로써, 워엄 기어의 맞물림이 너무 큰 힘을 받지 않도록 보호되거나 시스템의 비상 주행 특성이 보존된다.
본 발명의 바람직한 디자인에 있어서 워엄 샤프트 및 모터 샤프트는 일체형 샤프트로서 형성된다.
일체형 샤프트로서 형성됨으로써, 워엄 샤프트 및 모터 샤프트로 이루어진 유니트는 마찰 없이 지지될 수 있다. 상기 모터 샤프트와 워엄 샤프트간의 변위는 이러한 원리에서는 나타날 수 없다. 따라서, 상기 일체형 샤프트는 전기 스티어링 서어보의 개선된 효력을 가능하게 하고, 동시에 자동차 휠에 의한 조종의 개선된 회복을 가능하게 하며, 이에 따라 운전시 매우 쾌적하게 느껴질 수 있다. 워엄은 통상적인 방식으로 일체형 샤프트에 고정되거나, 또는 샤프트 바디로부터 직접 빠져나올 수 있다.
클러치는 예컨대 전자기 또는 전기 유동학적 클러치로서 형성될 수 있으며, 바람직하게 모터가 조종간을 지지할 경우에는 폐쇄된다.
상기와 같은 클러치는 전기 스티어링 서어보의 손상시 조종간으로부터 완전히 분리됨으로써, 조종시에는 어떠한 지지도 존재하지 않지만 또한 부가의 힘을 극복할 필요도 없다는 장점을 갖는다. 그러나, 클러치 자체 및 그것의 제어에 대한 비용은 매우 높다.
전자기 또는 전기 유동학적 클러치에 대한 대안으로서 클러치는 마찰/미끄럼 클러치로서 형성될 수 있다.
상기와 같은 미끄럼 클러치는 매우 간단한 구조를 가지며 공간을 절약하도록 배치될 수 있다. 미끄럼 모멘트는 상기 클러치가 작동시 통상적인 회전 모멘트 값의 영역에서 고정된 구동을 나타내도록 선택되며, 이때 상기 구동을 넘어서는 회전 모멘트 부하는 슬립을 허용한다. 고장시 전기 스티어링 서어보가 차단될 경우, 조종시에는 클러치의 미끄럼 모멘트가 극복되어야 하지만 기본적으로 자동차는 조종 가능하다.
바람직한 개선예에서, 마찰/미끄럼 클러치의 마찰 표면은 원추형이다. 여기서, 바람직하게 워엄 휠은 내부 원뿔을 가지며, 상기 내부 원뿔 내에서 축방향 바이어스의 하부에 조종간에 회전 불가능하게 연결된 외부 원뿔이 배치되며, 상기 내부 원뿔 및/또는 외부 원뿔은 마찰 부재를 갖는다.
원뿔형으로 형성된 마찰 표면은 비교적 적은 초기 응력 값에서 상대적으로 높은 회전 모멘트의 전달을 가능하게 한다.
바람직하게, 내부 원뿔은 외부 원뿔에 대해 스프링 부재, 예컨대 나사 스프링 또는 적어도 하나의 접시 스프링에 의해 바이어스 된다. 상기와 같은 스프링 부재에 의해 정해진 초기 응력이 달성됨으로써, 클러치의 미끄럼 모멘트는 예정될 수 있다. 본 발명의 부가의 실시예에서, 스프링 부재는 외부 원뿔을 갖는 부재의 앞면과 지지링 사이에 배치되며, 상기 지지링은 축방향의 나사선을 통해 워엄 휠에 조정가능하게 고정된다. 통상적인 용도로 사용되는 워엄 휠에 고정되는 것과는 달리, 나사선을 통한 설치는 내부 원뿔에 대한 외부 원뿔의 바이어스를 변경시킬 수 있다. 과부하시 외부 원뿔과 스프링 부재 사이에서 상대 회전이 나타날 경우, 상기 스프링 부재는 바람직하게 직접 작용하지 않고, 스러스트 원통 칼라 및 마찰 부재에 의해 앞면에서 작용한다.
맞물림의 상승에 따라 또한 워엄 휠 내로 축방향력이 작용하기 때문에, 예컨대 원추형 마찰 클러치에서 미끄럼 모멘트가 변경될 수 있고, 이에 따라 바람직하게 워엄 휠이 축방향으로 별도로 지지될 수 있다.
첨부된 도면에 의해 본 발명의 실시예를 살펴보면 하기와 같다.
도 1에 도시된 전기 스티어링 서어보(10)는 전기 모터(12)를 가지며, 상기 전기 모터(12)는 워엄 기어(14)에 의해 조종시 자동차의 조종간(16)의 회전 운동을 지지한다. 모터 제어는 예컨대 자동차의 속도와 같은 상이한 파라미터에 따라 이루어진다.
모터(12)는 워엄(18)을 구동시키며, 상기 워엄(18)은 모터 샤프트(20)에 인접하게 배치되거나, 또는 상기 모터 샤프트(20)로부터 빠져나온다. 상기 워엄(18)은 워엄 휠(22)과 상호 작용하며, 상기 워엄 휠(22)은 조종간(16)에 대해 동심으로 배치된다. 워엄 기어(14)는 모터(12)에 의해 차단된 기어 하우징(23) 내에 배치된다. 상기 워엄(18) 및 워엄 휠(22)의 구조는 조종간(16)이 자동차 휠의 회복력으로 인해 통행 곡선에 따라 중앙부 내로 역 회전할 때 자동 정지되지 않도록 선택된다.
도 2는 조종간(16) 및 워엄 휠(22)의 단면도를 보여준다. 상기 워엄 휠(22) 내로 마찰/미끄럼 클러치(24)가 통합되며, 상기 마찰/미끄럼 클러치(24)는 워엄 휠(22)을 조종간(16)과 결합시킨다. 상기 미끄럼 클러치(24)의 미끄럼 모멘트는 작동시 통상적으로 나타나는 모멘트 중에서 고정된 구동을 의미하는 것이다. 미끄럼 모멘트를 초과할 경우 상기 조종간(16)과 워엄 휠(22) 사이에서 회전 슬립이 나타나며, 상기 회전 슬립은 워엄 기어에서 모터(12)의 관성 모멘트에 의해 생성되는 힘을 제한한다.
상기 미끄럼 클러치(24)의 정확한 구조는 도 3에 따른 세부도에서 나타난다. 상기 워엄 휠(22)은 내부 원뿔(26)을 가지며, 상기 내부 원뿔(26)은 마찰 라이닝(28)과 상호 작용하며, 상기 마찰 라이닝(28)은 캐리어 부분(32)의 원추형 둘레 면(30)에서 형성된다. 상기 캐리어 부분(32)은 회전 불가능하게 조종간(16)에 배치되며, 이러한 회전 불가능한 결합은 예컨대 프레스 결합 또는 기타 공지된 샤프트-허브 결합에 의해 제조될 수 있다.
상기 워엄 휠(22)은 축방향 돌출부(34)를 가지며, 상기 돌출부(34)의 외부 둘레 면은 나사선(36)을 갖는다. 상기 나사선(36)은 지지링(38)의 암나사와 상호 작용하며, 상기 암나사는 커버와 유사하게 축방향 돌출부(34) 위로 돌려 빠지고 동심의 개구(40)를 가지며, 상기 개구(40)를 통해 유격을 갖는 조종간(16)이 돌출한다. 로킹 피스톤(도시되지 않음)은 작동시 워엄 휠(22)에 대해 지지링(38)의 비틀림을 저지한다.
캐리어 부분(32)과 지지링(38) 사이에는 유격을 갖는 조종간을 포함하는 스러스트 원통 칼라(42)가 제공되며, 상기 스러스트 원통 칼라(42)는 캐리어 부분의 앞면(44)에 마찰 라이닝(46)을 갖는다. 상기 스러스트 원통 칼라(42)는 회전 불가능하게 지지링(38)에 고정된다. 상기 지지링(38)과 스러스트 원통 칼라(42) 사이에는 압축 응력을 받은 접시 스프링(48)이 제공된다. 상기 접시 스프링(48)의 압축 응력에 의해 캐리어 부분(32)과 워엄 휠(22) 사이에서 축방향력이 생기며, 상기 축방향력은 전달되는 회전 모멘트가 통상적인 범위 내에서 이동하는 한, 원추형 마찰 표면과 함께 워엄 휠(22)로부터 조종간(16)으로의 고정 구동을 가능하게 한다.
접시 스프링(48)의 초기 응력에 의해 조절된 미끄럼 모멘트를 초과할 때 충격 하중이 나타나면, 워엄 횔(22)은 캐리어 부분(32)에 대해 상대적으로 회전하기 시작하며, 마찰 라이닝(28)과 내부 원뿔(26) 사이에서, 그리고 마찰 라이닝(46)과 캐리어 부분(32)의 앞면(44) 사이에서 미끄럼 운동이 나타난다. 회전 모멘트를 통해 워엄(18)의 이끌면의 힘이 허용되는 범주 내에서 유지됨으로써, 손상이 발생하지 않는다.
상기 워엄 휠(22)의 부가의 축방향 지지(도시되지 않음)는 워엄(18)에 의해 워엄 휠(22) 내로 작용된 축방향력에 의해 미끄럼 모멘트에 영향을 미치지 않도록 한다.
반복된 과부하에 따라 마찰 라이닝(28, 46)의 마멸이 나타날 경우, 지지 스프링(48)에 의해 워엄 휠(22)의 내부 원뿔(26)에 대해 캐리어 부분(32)이 조정된다. 조정 경로가 작은 한, 초기 응력은 거의 하강하지 않는다. 그러나 상기 초기 응력이 반복된 조정에 의해 모터(12)의 전 부하시 내부 원뿔(26)과 마찰 라이닝(28) 간의 슬립이 나타날 만큼 하강할 경우, 상응하는 지지링(38)의 조정에 의해 재차 처음의 초기 응력이 나타날 수 있다.
전기 스티어링 서어보 외에도 워엄 기어에 있어서, 통상적으로 워엄 휠이 미끄럼 클러치에 의해 전술된 실시예에 상응하여 피동축에 클러치될 수 있다. 또한 기타 워엄 기어에 있어서 미끄럼 클러치는 과부하 방지를 나타내거나, 또는 상기 미끄럼 클러치는 차단된 또는 자동 잠금되도록 실행된 워엄 기어에서 피동축의 견인 운동을 가능하게 한다.

Claims (11)

  1. 워엄 기어(14)에 의해 조종간(16)의 회전 운동을 지지하는 전기 구동 모터( 12), 및 특정한 경우에 구동을 중단시킬 수 있는 클러치(24)를 갖는 전기 스티어링 서어보에 있어서,
    상기 클러치(24)가 워엄 기어(14)의 워엄 휠(22) 내로 결합되어, 조종간(16)과 워엄 휠(22) 사이에 인터페이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  2. 제 1항에 있어서,
    워엄 샤프트 및 모터 샤프트가 일체형 샤프트(20)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 클러치(24)가 전자기 또는 전기 유동학적 클러치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전자기 또는 전기 유동학적 클러치가 단지 상기 모터(12)가 상기 조종간(16)을 지지할 경우에만 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 클러치가 마찰/미끄럼 클러치(24)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 클러치(24)의 마찰 표면(26, 28)이 원추형인 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 워엄 휠(22)이 내부 원뿔(26)을 가지고, 상기 내부 원뿔(26)에서 축방향 바이어스 하부로 상기 조종간(16)에 회전 불가능하게 연결된 외부 원뿔(30, 32)이 배치되며, 상기 내부 원뿔(26) 및/또는 외부 원뿔(30)에는 마찰 부재(28)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 내부 원뿔(26)이 스프링 부재(48)에 의해 상기 외부 원뿔(28, 30)에 대해 축방향으로 바이어스된 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스프링 부재가 하나의 코일 스프링 또는 적어도 하나의 접시 스프링(46)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  10. 제 8항 또는 9항에 있어서,
    상기 스프링 부재(48)가 상기 외부 원뿔(30)을 갖는 부재(32)의 앞면(44)과 지지 링(38) 사이에 배치되며, 상기 지지 링(38)이 축 방향의 나사선(36)에 의해 조정 가능하게 워엄 휠(22, 34)에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
  11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 워엄 휠(22)은 상기 클러치(24)가 축방향력에 의해 방전되도록 하기 위해, 축 방향으로 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 스티어링 서어보.
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