KR20020045412A - 전자식 클러치를 이용한 전동식 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 클러치를 이용한 전동식 동력조향장치에 관한 것이다.

종래의 전동식 동력조향장치는 방향 전환시 모터가 역으로 회전하게 됨으로써 모터의 회전관성에 의한 응답속도의 저하로 인해 핸들의 복원이 방해되고, 조향 방향에 따라 모터가 정역회전을 반복하게 되어 내구성이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 모터의 출력축에 결합되는 원동기어 및 조향축에 슬립 가능하게 끼워져 원동기어와 치합되는 상하 한 쌍의 종동기어로 이루어진 베벨기어와, 종동기어 사이에서 조향축과 결합되는 동력전달판과, 동력전달판의 상,하면과 종동기어 사이에 각각 충진되는 자성유체(Magnetic Rheology)와, 자성유체를 자화시키는 전자석과, 조향휠의 토크 및 조향방향을 검출하기 위한 검출기와, 검출된 신호에 따라 전자석에 선택적으로 전원을 인가하는 제어기를 포함하는 구성으로, 모터를 역회전시키지 않고서도 조향 방향을 전환시킬 수 있게 하여 역회전에 의한 응답 저하를 방지하고, 조향휠의 복원성과 조향감 등 조향특성을 향상시킬 수 있게 하였다.

Description

전자식 클러치를 이용한 전동식 동력조향장치{ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM BY USING ELECTROMAGNETIC CLUTCH}

본 발명은 차량용 동력조향장치(Steering system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 전동 모터를 동력 보조장치로 사용하는 전동식 동력조향장치에 있어서 전자식 클러치(Electromagnetic clutch)를 이용한 동력전달구조를 갖는 전동식 동력조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 대형 차량과 같이 조향 차축의 하중이 무거운 차량은 전륜의 접지압과 면적이 증가되어 차륜 조향에 큰 조작력을 필요로 하게 된다. 조향기어비를 크게 하면 조향휠의 조작력을 작게 할 수 있지만, 이 경우 조향휠을 여러번 회전시켜야 한다. 동력조향장치는 보통의 조향기어비를 이용하면서도 조작력을 낮은 수준으로 유지하기 위하여 동력 보조장치를 사용한다.

종래의 동력조향장치는 대부분 유압식 동력조향장치가 사용되어 왔는데, 이러한 유압식의 단점으로는 오일이 누출되지 않도록 기밀이 유지되어야 하고, 유압펌프, 유압제어장치, 배관 및 작동 피스톤 등 많은 부품수로 인해 가격이 상승하고 소형화에 곤란한 단점이 있다.

전동식 동력조향장치는 모터를 동력 보조수단으로 이용하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 조향축(1)에 피니언(2)을 설치하고 이를 모터(3)의 회전축(4)에 맞물리게 하거나, 또는 모터의 회전축을 랙에 맞물리게 하는 방식을 이용하며, 유압식에 비해 차속의 고저, 조향 빈도 등 주행 상황에 따른 적절한 특성을 구현할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 이러한 종래의 전동식 동력조향장치는 방향전환이 이루어진 후 직진으로 복귀시킬 때 선회시에 회전된 양만큼 모터가 역으로 회전되어야 하므로 모터의 회전관성에 의한 응답속도의 저하로 인해 핸들의 복원이 방해되는 단점이 있고, 조향 방향에 따라 모터가 정역회전을 반복하게 됨으로써 모터의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 조향휠의 회전방향과 상관없이 모터가 단일 방향으로만 회전됨으로써 방향 전환시 모터의 역회전에 따른 응답특성 저하를 방지하고, 모터의 내구성을 장시간 유지할 수 있는 전동식 동력조향장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터의 출력축에 결합되는 원동기어 및 조향축에 슬립 가능하게 끼워져 원동기어와 치합되는 상하 한 쌍의 종동기어로 이루어진 베벨기어와, 종동기어 사이에서 조향축과 결합되는 동력전달판과, 동력전달판의 상하면과 종동기어 사이에 각각 충진되는 자성유체(Magnetic Rheology)와, 자성유체를 자화시키기 위한 전자석과, 조향휠의 토크 및 조향방향을 검출하기 위한 검출기와, 검출된 신호에 따라 전자석에 선택적으로 전원을 인가하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 전동식 동력조향장치에 의하면, 전자석에 전원이 인가되면 자성유체가 자화되면서 종동기어와 동력전달판을 결합시켜 종동기어의 회전력을 동력전달판을 통해 조향기구의 조향축으로 전달하게 된다.

즉, 모터의 회전시 상하측 종동기어는 동시에 서로 반대방향으로 회전하지만, 조향휠의 회전방향에 따라 동력전달판의 상측 또는 하측에 위치된 한쪽의 전자석에만 제어기로부터 전원이 인가됨으로써 한쪽 방향으로만 조향력을 보조할 수 있게 된다.

한편, 조작 방향이 바뀔 경우에는 전원을 반대측 전자석으로 공급함으로써 동력전달 방향은 바뀌게 되며, 이에 따라 모터를 역회전시키지 않고서도 조향 보조력의 방향을 전환할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 전동식 동력조향장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 전자식 클러치를 이용한 전동식 동력조향장치의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향축 5 : 토션바(Torsion bar)

6 : 피니언(Pinion) 7 : 랙(Rack)

10 : 모터 11 : (모터의) 출력축

20 : 베벨기어(Bevel gear) 21 : 원동기어

22, 23 : 종동기어 30 : 하우징

31 : 동력전달판 32, 33 : 자성유체

34 ,35 : 전자석 40 : 검출기

50 : 제어기

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자식 클러치를 이용한 전동식 동력조향장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 조향 보조력을 발생하는 전동 모터(10)와, 모터(10)의 출력축(11)에 결합되는 원동기어(21) 및 조향축(1)에 슬립 가능하게 끼워져 원동기어(21)와 치합되는 상하 한 쌍의 종동기어(22, 23)로 이루어진 베벨기어(20), 종동기어(22, 23)의 회전력을 선택적으로 조향축(1)에 전달하는 전자식 클러치장치 등으로 이루어져 있다. 또한, 조향휠의 토크 및 조향방향을 검출하기 위한 검출기(40) 및 검출기(40)의 신호에 따라 전자식 클러치의 동력 전달 방향을 제어하는 제어기(50)가 구비된다.

전자식 클러치장치는 상하 종동기어(22, 23) 사이에 위치되어 조향축(1)과 결합되는 동력전달판(31)과, 동력전달판(31)의 상, 하면과 종동기어(22, 23) 사이에 각각 충진되는 자성유체(32, 33), 그리고 자성유체(32, 33)를 둘러싼전자석(34, 35)으로 이루어진다.

즉, 동력전달판(31)은 조향축(1)에 끼워져 조향축(1)과 함께 회전하게 되고, 동력전달판(31)의 상, 하측으로부터 소정 거리 이격 위치된 종동기어(22, 23)는 조향축(1)에 끼워진 상태에서 자유로운 회전이 가능하도록 설치된다. 그리고, 상하 양측의 종동기어(22, 23)와 동력전달판(31) 사이의 공간은 링 형상의 마그네틱 코일(Magnetic coil)로 이루어진 전자석(34, 35)에 의해 밀폐되고, 그 내부에 자성유체(32, 33)가 각각 충진된다. 자성유체(32, 33)는 마그네틱 코일에 전원이 인가되면 자화되어 종동기어(22, 23)와 동력전달판(31)을 서로 결합시키는 클러치 기능을 하게되고, 종동기어(22, 23)의 회전력은 동력전달판(31)을 통해 조향축(1)으로 전달된다.

설명되지 않은 부호(30)는 하우징을 나타낸 것이고, 조향축(1)의 피니언(6)은 랙(7)과 결합된다.

이와 같은 본 발명에 의하면 모터(10)는 단일 방향으로만 회전한다. 즉, 모터(10)가 회전하면 모터(10)의 출력축(11)에 결합된 원동기어(21)가 이와 치합된 상하측 종동기어(22, 23)를 서로 반대 방향으로 동시에 회전시키게 되고, 운전자의 조작에 의한 조향휠의 토크와 회전방향을 검출기(40)에서 감지하여 제어기(50)로 신호를 보내면 제어기(50)로부터 한쪽의 전자석, 예를 들어 아래쪽의 전자석(35)에 전원을 인가하여 아래쪽 종동기어(23)의 회전력만이 동력전달판(31)을 통해 조향축(1)으로 전달되어 조향력을 보조하게 된다.

한편, 조향휠의 조작 방향이 반대로 바뀌는 경우에는 모터(10)의 회전 방향은 동일한 상태에서 전원을 반대측 즉, 위쪽의 전자석(34)에 공급함으로써 동력전달 방향은 바뀌게 되며, 이때는 아래쪽 종동기어(22)는 공회전 상태가 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 모터를 역회전시키지 않고서도 조향 보조력의 방향을 자유롭게 전환할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터를 역회전시키지 않고서도 조향 방향을 전환시킬 수 있게 되므로 종래 기술의 단점인 역회전에 의한 응답 저하를 방지하고, 조향휠의 복원성과 조향감 등 조향특성의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 모터가 한쪽 방향으로만 회전하게 되므로 저렴한 비용으로 장치를 구성할 수 있으며, 내구성의 측면에서도 유리한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 모터의 동력을 이용하는 전동식 동력조향장치에 있어서,

   상기 모터(10)의 출력축(11)에 결합되는 원동기어(21)와, 조향축(1)에 슬립 가능하게 끼워져 상기 원동기어(21)와 치합되는 상하 한 쌍의 종동기어(22, 23)로 이루어진 베벨기어(20)와,

   상기 종동기어(22, 23) 사이에 위치되어 상기 조향축(1)과 결합되는 동력전달판(31)과,

   상기 동력전달판(31)의 상 하면과 상기 종동기어(22, 23) 사이에 각각 충진되는 자성유체(32, 33)와,

   상기 자성유체(32, 33)를 자화시키기 위한 전자석(34, 35)과,

   조향휠의 토크 및 조향방향을 검출하기 위한 검출기(40) 및 상기 검출기(40)의 신호에 따라 상기 전자석(34, 35)에 선택적으로 전원을 인가하는 제어기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식클러치를 이용한 전동식 동력조향장치.