KR20050033016A - 차량 조향 장치 - Google Patents

Abstract

차량 조향 장치는 조향 입력이 가해지는 적어도 하나의 조향 휠을 갖는 조향 입력부와, 적어도 하나의 조향 래크 축을 갖고 조향 입력에 기초해 결정되고 조향 래크 축에 직접 또는 간접적으로 전달되는 조향력에 의해 생성된 조향 래크 축 이동에 의해 좌우측 피조향 차륜을 조향하기 위해 상기 피조향 차륜에 작동적으로 결합된 조향 출력부를 구비한다. 조향 래크 축은 좌우측의 가동 래크 축 부분으로 분리된다. 또한, 좌우측 가동 래크 축 부분의 좌우측 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 가능하게 하는 조향각 컨버터가 제공된다. 이 조향각 컨버터는 케이블 백업 기구의 이중 테이퍼-풀리 배치 및 가변 피치식 이중 래크 배열체 중의 적어도 하나에 의해 구성된다.

Description

차량 조향 장치{VEHICLE STEERING APPARATUS}

본 발명은 조향 휠로의 조향 입력이 있는 경우 래크-피니언 조향 기어 장치의 래크 축의 이동에 의해 피조향 차륜을 회전되게 하는 차량 조향 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 작동부 또는 조향 입력부(조향 휠 포함)와 피조향 차륜에 연결된 조향 출력부(래크-피니언 조향 기어 장치 포함) 사이에 배치된 백업 시스템과, (1) 기계적으로 서로 분리된 조향 입력부 및 출력부 모두에 대한 스티어-바이-와이어(steer-by-wire; SBW) 제어를 위한 SBW 작동 모드와 (2) SBW 시스템이 고장일 때 백업 시스템을 통해 조향 입력부 및 출력부가 상호 기계적으로 연결되는 백업 작동 모드를 실행할 수 있는 SBW 제어기를 구비한 SBW 차량 조향 장치에 관한 것이다.

최근에, 조향 휠에 가해진 조향 반작용 토크(또는 조향 반력)와 피조향 차륜에서의 조향각이 임의로 결정될 수 있는 다양한 SBW 차량 조향 시스템이 제안되고 개발되고 있다. 이러한 자동차용 SBW 차량 조향 장치는 SBW 시스템의 고장에 의해 일어나는 백업 작동 모드(또는 페일 세이프 작동 모드) 중에 기계적 백업 시스템을 통해 조향 입력부 및 출력부를 상호 기계적으로 결합시키기 위한 컬럼 축의 중간에 기계적 백업 시스템을 일반적으로 사용하고 있다. 기계적 백업 시스템으로서 케이블 백업 시스템(가요성 토크 전달 수단)을 이용하는 것은 운전실(cockpit)의 레이아웃 설계 적용성의 향상, 노면으로부터 피조향 차륜을 통해 조향 휠로 입력된 진동 및 소음의 감소, 및 전방 충돌시 충격의 제거의 관점에서 아주 효과적이다. 케이블 백업 기구를 갖는 이러한 하나의 SBW 차량 조향 장치가 일본 특허공개 제2002-225733호(이하, "JP2002-225733호"라 함)에 개시되어 있다. JP2002-225733호의 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 백업 작동 모드는 케이블 백업 기구와 피조향 차륜에 연결된 조향 출력부 사이에 배치된 클러치와 결합함으로써 달성된다. JP2002-225733호의 SBW 차량 조향 장치에 사용되는 케이블 백업 기구와 유사하게, 일본 특허공개 제2003-165453호(이하, "JP2003-165453호"라 함)는 조향 휠을 래크-피니언 조향 기어 박스에 기계적으로 연결하는 조향 축을 이용하는 대신에 보우덴(Bowden) 케이블과 같은 가요성 토크 전달 수단을 이용함으로써 실현되는 운전실 설계 적용성이 향상된 케이블 조향 컬럼 시스템을 개시하고 있다. 일본 특허공개 제2002-145098호(이하, "JP2002-145098호"라 함)는 SBW 시스템의 고장시 백업 또는 페일 세이프를 위한 목적으로 조향 입력부와 출력부를 상호 기계적으로 결합시킬 수 있는 클러치의 사용을 개시하고 있고, 또한 반작용 토크(또는 피드백 토크)를 조향 휠로 가하는 조향 반작용 토크 액추에이터 및 래크-피니언 조향 기어 장치를 구동하는 주 조향 액추에이터 및 보조 조향 액추에이터로 구성된 이중 조향 액추에이터 시스템의 사용을 개시하고 있다. JP2002-145098호에 개시된 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 백업 기구로 기능하는 클러치는 조향 휠을 래크-피니언 조향 기어 박스에 기계적으로 연결시키는 조향 축의 중간에 제공된다. SBW 시스템 고장이 없다면, JP2002-145098호의 SBW 시스템 내에 합체된 SBW 제어기는 클러치가 해제된 상태에서 모든 조향 반작용 토크 액추에이터와 주/보조 조향 액추에이터를 제어한다. 역으로, SBW 시스템의 고장이 있다면, SBW 제어기는 클러치가 결합된 상태로 백업 작동 모드(페일 세이프 작동 모드)를 실행하고, 그 결과 고장난 액추에이터를 제외한 정상 작동하는 액추에이터에 의해 조향 보조력이 생성된다.

그러나, JP2002-225733호, JP2003-165453호 및 JP2002-145098호에 개시된 조향 장치는 다음과 같은 단점을 갖는다.

(A) JP2002-225733호, JP2003-165453호 및 JP2002-145098호에 개시된 조향 장치에 있어서, 래크-피니언 조향 기어 장치는 유일한 강성 조향 래크 축으로 구성되어, 좌측 래크 축 단부의 래크 스트로크와 우측 래크 축 단부의 래크 스트로크가 조향 작동 중에 서로 동일하게 된다. 조향 작동 중에 좌우측의 피조향 차륜의 제1 휠에 약간의 조향각 여유가 여전히 존재하고 최대 허용가능한 조향각이 제1 피조향 차륜의 조향각보다 작은 제2 피조향 차륜이 추가적으로 스토퍼(stopper)와 맞닿게 되는 조건 하에서, 좌우측의 래크 축 단부에서의 동일한 래크 스트로크로 인해 제1 피조향 차륜의 추가 이동이 중단된다. 이는 차량의 최소 회전 반경을 바람직하지 않게 제한다.

더욱이, 유일한 강성 래크 축으로 구성된 래크-피니언 조향 기어 장치를 사용하는 경우, 타이 로드(tie rod)와 조향 너클 아암 사이의 적절한 상대 설치-위치 관계가 회전 반경(R)에 대한 휠베이스(L)의 비율(L/R)만으로 표현되고 차량의 최소 회전 반경과 연관되는 애커만 비 또는 애커만 조향각(δ=L/R)을 보장하도록 결정되는 것으로 가정한다. 조향 연결부의 연결 효율은 타이 로드와 조향 너클 아암 사이의 상대 설치-위치 관계에 의해 명백하게 결정된다. 잘 알려진 바와 같이, 연결 효율은 서스펜션 형상을 변경함으로써 레이아웃 한계 내에서 조절될 수 있다. 그러나, 레이아웃 한계 때문에 단지 서스펜션 형상만에 의해서는 애커만 조향각(δ=L/R)에 기초하여 상대 설치-위치 관계에 의해 결정된 연결 효율을 현저히 향상시키는 것은 어렵다. 비교적 낮은 연결 효율을 갖는 조향 연결부의 경우에, 조향 액추에이터는 대형이어야 한다. 대조적으로, 타이 로드와 조향 너클 아암 사이의 적절한 상대 설치-위치 관계가 보다 높은 연결 효율을 제공하도록 결정되는 것으로 가정하면, 필요로 하는 애커만 조향각(δ=L/R)을 제공하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 유일한 강성 래크 축을 사용하는 경우에, 2개의 모순되는 요구 조건, 즉 향상된 연결 효율 및 소정의 애커만 조향각이 균형 잡히게 하는 것이 바람직할 것이다.

(B) JP2002-225733호에 개시된 조향 장치에 있어서, 케이블 백업 기구는 조향 입력부의 조향 휠에 기계적으로 영구 결합되고, 클러치는 케이블 백업 기구와 피조향 차륜에 연결된 래크-피니언 조향 기어 장치 사이에 또한 배치된다. 클러치가 결합된 상태에서의 백업 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구와 래크-피니언 조향 기어 장치를 통해 조향 휠로부터 피조향 차륜으로의 과도한 토크 전달이 있는 경우에 클러치는 이 과도한 토크에 의해 미끄러지려는 경향이 있게 된다. 이는 피조향 차륜에서의 실제 조향 각도의 부족, 즉 소정의 조향 각도로부터의 실제 조향 각도의 마이너스 편차(minus deviation)를 초래한다.

더욱이, JP2002-225733호의 조향 장치에 있어서, 케이블 백업 기구는 클러치가 결합되었는 지의 여부에 관계없이 컬럼 축을 통해 조향 휠에 영구적으로 연결되고, 케이블 백업 기구의 내부 케이블은 조향 시스템이 SBW 작동 모드로 작동되거나 백업 작동 모드로 작동되거나에 관계없이 조향 휠의 회전에 동기되어 연속적으로 감기거나 또는 풀리게 된다. 연속적인 감김 또는 풀림 작용에 의해, 상호 활주 접촉하는 내부 케이블 및 외부 튜브가 바람직하지 않게는 신속하게 마모되려는 경향이 증가하게 된다. 이는 백업 기구의 내구성을 저하시킨다. 조향 휠의 회전에 동기된 연속적인 감김 또는 풀림 작동 중에, 내부 케이블과 외부 튜브 사이의 마찰은 조향 휠의 임의의 이동에 대한 마찰 저항, 즉 조향 노력의 증가를 의미하고, 따라서 조향 느낌을 저하시킨다.

(C) 전술한 바와 같이, JP2002-145098호는 이중 조향 액추에이터 시스템, 즉 조향용의 유일한 강성 래크 축을 구동하기 위해 사용되는 주 조향 액추에이터 및 보조 조향 액추에이터의 사용을 개시하고 있다. 그러나, JP2002-145098호의 조향 장치는 SBW 제어를 위한 단일 조향 휠 각도 센서 시스템을 이용한다. 다시 말하면, JP2002-145098호는 이중 조향 휠 각도 센서 시스템을 개시하고 있지 않다. 따라서, 단일 조향 휠 각도 센서 시스템의 고장시 단일 조향 휠 각도 센서 시스템을 통한 조향 휠 각도를 검출할 수 없다. 조향 휠 각도 센서 시스템 고장이 발생한 직후, 클러치는 결합되어 백업 작동 모드를 개시하게 된다. 전술한 바와 같은 이유로 인해, 조향 휠의 중립 위치와 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로의 전이가 발생된 후의 한 쌍의 피조향 차륜의 제로 평균 조향각에 대응하는 중립 위치 사이의 차이에 대한 문제가 있게 된다.

그러므로, 본 발명의 주 목적은 조향 작동 중에 좌우측의 래크 축 부분들 사이의 차동 래크 스트로크를 제공하여 종래의 조향 장치와 사실상 동일한 조향 시스템에 대해 차량의 최소 회전 반경을 감소시킬 수 있는 차량 조향 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2개의 모순되는 요구 조건, 즉 조향 연결 효율의 향상 및 소정의 애커만 조향각(소정의 애커만 비)을 균형 잡히게 할 수 있는 차량 조향 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 예컨대 동력 전달 한계를 초과하는 과도한 토크 전달력으로 인해 조향 입력부 및 출력부를 백업 시스템을 통해 상호 결합시키는 데에 사용되는 클러치의 바람직하지 않은 미끄러짐이 있는 경우에도 백업 작동 모드 중의 소정의 조향각에 대한 피조향 차륜에서의 실제 조향각의 편차(또는 부족)를 보상하거나 제거할 수 있는 백업 기구를 갖춘 SBW 차량 조향 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단일 SBW 제어 시스템의 시스템 고장 시에도 조향 휠의 중립 위치와 한 쌍의 피조향 차륜의 제로 평균 조향 각도에 대응하는 중립 위치 사이에 차이가 덜 있게 하는 조건을 보장하면서 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로의 전환(shifting)을 가능하게 하는 백업 기구를 갖춘 SBW 차량 조향 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들을 달성하기 위해, 본 발명의 차량 조향 장치는 조향 입력이 가해지는 적어도 하나의 조향 휠을 갖는 조향 입력부와, 조향 입력부에 근거하여 결정되고 조향 래크 축으로 직간접적으로 전달되는 조향력에 의해 생성된 조향 래크-피니언 축 이동에 의해 피조향 차륜을 조향하기 위해 좌우측의 피조향 차륜과 작동적으로 결합되고 적어도 하나의 조향 래크 축 - 여기서, 상기 조향 래크 축은 좌우측의 가동 래크 축 부분으로 분리됨 - 을 갖는 조향 출력부와, 좌우측의 가동 래크 축 부분의 좌우측 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 가능하게 하는 조향 각도 컨버터를 포함한다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 후속의 상세한 설명을 읽음으로써 이해될 것이다.

이제, 도면을 참조하면, 특히 도1에서, 본 실시예의 차량 조향 장치는 반작용 토크 액추에이터(reaction torque actuator)(반력 액추에이터 또는 피드백 액추에이터)(2), 클러치 장치(3), 3개의 풀리(4a, 4b, 4b)를 갖는 케이블 백업 기구(4), 및 2개의 조향 액추에이터(5, 5)를 갖춘 스티어-바이-와이어(steer-by-wire; SBW) 차량 조향 장치로 예시되어 있다. 본 실시예의 차량 조향 장치는 좌우측 가변 피치 래크(가변 래크)(6, 6)를 포함하여 좌우측 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크가 가능하도록 서로 독립적으로 이동될 수 있고 조향각 전환 기구(간단히, 조향각 컨버터)로서 역할하는 2부분으로 분리된 가변 피치 래크-피니언 배열체, 간단히 가변 피치 이중 래크 배열체(이하에 설명됨)를 구비한다는 것에 주목한다. 도1에 도시된 바와 같이, 제1 컬럼 축(7)이 조향 휠(1)에 연결되어, 조향 입력부의 일부분으로서 역할한다.

피드백 액추에이터(2)는 제1 컬럼 축(7)의 중앙에 제공된다. 피드백 액추에이터(2)는 SBW 시스템의 정상 작동 모드(간단히, SBW 작동 모드) 중에 피드백 토크 또는 조향 반작용 토크(또는 조향 반력)를 조향 휠(1)에 부여하는 작용을 한다. 부여된 피드백 토크는 조향 휠(1)을 통해 운전자가 받게 되는 실제 차량 구동 상태와 관련된 가상의 조향 반작용 토크를 재생하는데 중용하다. 피드백 액추에이터(2)는 흔히 약어로"ECU"(이하에서는 "조향 제어기"로 언급됨)인 전자 제어 유닛(19)으로부터의 명령 신호에 응답하여 작동된다. 즉, 피드백 액추에이터(2)에 부여된 조향 반작용 토크의 크기와 방향은 조향 제어기(19)로부터의 명령 신호에 기초하여 결정된다.

클러치 장치(3)가 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치된다. 제2 컬럼 축(8)은 케이블 백업 기구(4)의 조향 입력측 풀리(4a)에 고정식으로 연결된다. 도시된 실시예에서, 클러치 장치(3)는 전자기 클러치 또는 전자기 기계식 클러치와 같은 마찰 클러치를 포함한다. 클러치 장치(3)의 결합/해제 작동은 조향 제어기로부터의 명령 신호에 응답하여 전자적으로 제어된다.

케이블 백업 기구(4)는 SBW 시스템 고장의 경우 백업 시스템 또는 페일 세이프 시스템으로서 역할한다. SBW 시스템 고장이 없는 경우, 즉 SBW 시스템이 정상적으로 작동될 때, 달리 말하면 SBW 제어 모드 중에, 작동부 또는 조향 입력부(조향 휠(1))는 조향 출력부(2부분으로 분리된 래크-피니언 조향 기어 장치를 포함함)로부터 기계적으로 분리된다. SBW 시스템 고장의 경우, SBW 차량 조향 장치의 작동 모드는 조향 제어기에 의해 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드(페일 세이프 작동 모드)로 전환된다. 백업 작동 모드 중에, 클러치 장치(3)는 해제 상태로부터 결합 상태로 전환되며, 따라서 조향 휠(1)(조향 입력부)은 케이블 백업 기구(4)를 통해 가변 피치 이중 래크 배열체(이하에 상세히 설명됨)를 거쳐 피조향 노면 차륜에 클러치 장치(3)가 결합된 상태로 기계적으로 연결된다. 도1에 명확하게 도시된 바와 같이, 케이블 백업 기구(4)는 제2 컬럼 축(8)과 피니언 축 쌍(9, 9) 사이에 배치된다. 케이블 백업 기구(4)는 조향 입력측 풀리(4a), 조향 출력측 풀리(4b, 4b), 제1 및 제2 케이블(4c, 4d), 및 제3 케이블(4e)을 포함한다. 조향 입력측 풀리(4a)는 원통 형상이며, 제2 컬럼 축(8)에 고정식으로 연결된다. 조향 출력측 풀리(4b, 4b)는 원통 형상이며, 각각의 피니언 축(9, 9)에 고정식으로 연결된다. 조향 입력측 풀리(4a)와 조향 출력측 풀리(4b, 4b)의 제1 풀리는 제1 케이블(4c)에 의해 서로 연결된다. 또한, 조향 입력측 풀리(4a)와 제2 조향 출력측 풀리(4b)는 제2 케이블(4d)에 의해 서로 연결된다. 또한, 조향 출력측 풀리(4b, 4b)는 제3 케이블(4e)에 의해 서로 연결된다. 도시된 실시예에서, 각각의 케이블(4c, 4d, 4e)은 외부 튜브 및 외부 튜브 내에 활주가능하게 수용된 내부 케이블로 구성된 보우덴 케이블(Bowden cable)을 포함한다. 각각의 조향 액추에이터(5, 5)는 연결된 각각의 피니언 축(9, 9)의 중앙에 제공된다. 도시된 실시예에서, 조향 액추에이터(5)는 DC 모터를 포함한다. 대안적으로, AC 모터가 조향 액추에이터(5)로 사용될 수 있다. SBW 작동 모드 중에(또는 SBW 시스템 고장이 없는 경우 SBW 제어 중에), 각각의 조향 액추에이터(5, 5)는 명령 신호에 응답하여 좌우측 피니언 축(9, 9)을 적절하게 구동시키는 방법 등으로 조향 제어기로부터의 명령 신호를 수신한다. 도1에 도시된 SBW 차량 조향 장치에서, 가변 피치 이중 래크 배열체가 사용된다. 구체적으로, 조향 래크 축(10)은 2개의 가동 래크 축 부분, 즉 좌측의 가동 래크 축 부분(10a)과 우측의 가동 래크 축 부분(10b)으로 분리된다. 가변 래크(6, 6)의 치형 부분(6a, 6a)은, 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최외측 단부가 최소 기어 피치를 갖고 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최내측 단부가 최대 기어 피치를 가지며 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소되도록, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 즉, 좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구 각각은 (i) 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적으로 감소되는 가변 피치 래크 기어 부분(6a)과, (ii) 피니언 축(9)의 하단부에 형성되어 결합된 가변 피치 래크 기어 부분(6a)과 맞물림 결합된 피니언 기어 부분(6b)을 포함한다. 전술된 가변 피치 이중 래크 배열체(6, 6)에서, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)의 각각의 외부 단부에 연결된 좌우측 피조향 노면 차륜이 조향될 때, 좌측과 우측의 래크 스트로크의 래크-스트로크 편차가 제공된다.(도3 및 도4 참조) 즉, 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))가 조향 작동 중에 좌측과 우측의 래크 스트로크 사이의 래크-스트로크 차이를 제공하는 조향각 컨버터로서 역할한다. 가변 피치 래크 기어 부분(6a)의 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적으로 감소하는 도1의 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용함으로써, 동일한 피니언 축 회전 운동을 위한 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)의 래크 스트로크 사이의 관계는 비대칭이 되며, 달리 말하면 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크(차동 이동)가 동일한 피니언 축 회전 운동을 위하여 제공 또는 발생된다.

도2는 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용하는 본 실시예의 차량 조향 장치에 의해 얻어진 조향각과 고정 피치 단일 래크 배열체를 사용하는 일반적인 차량 조향 장치에 의해 얻어진 조향각 사이의 차이를 도시한다. 도2의 비교 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 고정 피치 단일 래크 배열체에서, 우측 피조향 노면 차륜이 그 정지부와 맞닿을 때, 좌측 피조향 노면 차륜(도2의 A로 표시된 좌측 피조향 차륜 참조) 역시 동일한 조향각에 해당하지만 좌측 피조향 차륜의 실제 제한 정지 위치와 동일하지는 않은 위치에서 정지된다. 달리 말하면, 좌측 피조향 차륜에서 약간의 조향각 여유가 계속 존재하고 이에 따라 좌측 피조향 차륜의 실제 제한 정지 위치에 아직 도달되지 않은 때, 좌측 피조향 노면 차륜(도2의 A로 표시된 좌측 피조향 차륜 참조)이 좌측 피조향 차륜과 정지부 사이의 맞닿음에 의해 바람직하지 못하게 정지된다. 위의 경우와 반대로, 도1의 실시예의 가변 피치 이중 래크 배열체에서, 서로 분리된 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 및 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분을 사용함으로써, 본 실시예의 SBW 차량 조향 장치는 좌측과 우측 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있다. 도2의 A로 표시된 좌측 피조향 차륜의 조향각과 도2의 B로 표시된 좌측 피조향 차륜의 조향각 사이의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용하는 본 실시예의 조향 장치에서, 우측 피조향 차륜보다 상대적으로 큰 조향각 여유를 갖는 좌측 피조향 차륜의 조향각은 좌측 피조향 차륜의 실제 제한 정지 위치에 도달할 때까지(도2의 B로 표시된 상대적으로 증가된 조향각을 갖는 좌측 피조향 차륜 참조) 더욱 증가될 수 있다. 이 결과, 우측 피조향 차륜의 제한 정지 위치가 도달되고 이에 따라 우측 피조향 차륜의 최대 허용가능 조향각이 얻어진 때, 좌측 피조향 차륜의 조향각은 우측 피조향 차륜의 조향각보다 크게 된다. 이는 내측 노면 차륜이 외측 노면 차륜보다 상대적으로 짧은 반경을 추종하게 하여, 2개의 피조향 차륜이 회전하는 원이 기하학적으로 거의 동심이 된다. 즉, 이 원들의 중심은 거의 동일한 위치에 있게 된다. 이는 차량의 회전 반경의 감소를 의미한다. 그러므로, 조향 설계에서 동일한 레이아웃과 기하학적 형상을 갖는 자동차의 경우, 최소 회전 반경을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

전술된 바와 같이, 도1 내지 도3에 도시된 실시예의 차량 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체에서, 조향 래크 축(10)은 2개의 축 부분, 즉 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)으로 분리되고, 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분은 각각의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 형성되어, 좌측 피니언 축(9)의 입력 운동에 기초한 좌측의 가동 래크 축 부분(10a)의 출력 운동(래크 스트로크)은 좌측 피니언 축(9)의 입력 운동과 동일한 크기와 동일한 회전 방향을 갖는 우측 피니언 축(9)으로부터의 입력 운동에 기초한 좌측의 가동 래크 축 부분(10a)의 출력 운동과 상이하게 된다.

일반적으로 공지된 바와 같이, 고정 피치 이중 래크 배열체를 갖는 통상 2부분으로 분리된 독립적인 래크-피니언 시스템의 경우에서, 서로 분리된 좌측과 우측의 래크 축 부분 사이의 차동 래크 스트로크를 제공하기 위하여, 좌측 래크-피니언 기구와 우측 래크-피니언 기구는 서로 독립적으로 제어되어야 한다. 이러한 조향 시스템에서, 좌측과 우측의 래크 사이의 차동 래크 스트로크를 보장하기 위하여, 좌측 피니언 축의 회전수는 우측 피니언 축의 회전수와 다르게 설정되어야 한다.

한편, 도1 내지 도3의 실시예의 SBW 차량 조향 장치에 의해 사용되는 가변 피치 이중 래크 배열체의 경우에서, 도3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분은 각각의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 형성되고, 2개의 피니언 축(9, 9)을 동일한 속도로 회전시킴으로써 차동 래크 스트로크가 달성될 수 있다. 이는 좌우측 래크-피니언 기구를 위한 독립적인 제어의 필요성을 제거하며, 또한 보다 복잡한 시스템의 필요성도 제거한다. 즉, 도1 내지 도3에 도시된 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용함으로써, 전체 조향 시스템 형상이 단순화될 수 있다.

[가변 래크의 설정]

이제 도4를 참조하면, 동일한 핸들 각도에 대한 좌측과 우측 래크 스트로크의 절대값 사이의 스트로크 차이에 관한 특성도를 도시한다. 여기서, 핸들 각도는 조향 휠(1) 또는 각각의 조향 액추에이터(5)로부터 피니언 축(9)으로의 조향 입력과 동등한 것으로 간주된다. 도4의 특성도에서, 하나의 래크 스트로크(좌회전시에 도2 및 도3의 우측 피조향 차륜과 결합된 우측의 가동 래크 축 부분(10b)의 우측 래크 스트로크, 달리 말하면 하나의 래크 축 부분의 회전시 내측으로 수축 및 이동되는 래크 스트로크에 해당함)는 실선으로 표시된 반면, 다른 하나의 래크 스트로크(좌회전시 도2 및 도3의 좌측 피조향 차륜과 결합된 좌측의 가동 래크 축 부분(10a)의 좌측 래크 스트로크, 달리 말하면 다른 하나의 래크 축 부분의 회전시 연장 및 이동하는 래크 스트로크에 해당함)는 점선으로 표시되어 있다. 도1 내지 도3의 실시예의 SBW 차량 조향 장치에 사용되는 가변 피치 이중 래크 배열체에 따르면, 서로 분리된 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)과 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분을 사용함으로써, 도4의 특성도로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일한 핸들 각도에 대하여(즉, 동일한 피니언 축 이동에 대하여) 서로 분리된 좌측과 우측 래크 사이의 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있다. 핸들 각도와 관련하여 도4의 점선에 의해 표시된 좌측 래크 스트로크(외향 연장하는 래크 축 부분의 래크 스트로크)의 변화율(또는 구배) 및 핸들 각도와 관련하여 도4의 실선에 의해 표시된 우측 래크 스트로크(내향 수축하는 래크 축 부분의 래크 스트로크)의 변화율(또는 구배)(도4의 원 영역 내의 핸들 각도에 대한 래크 스트로크 변화율 참조)은 요구되는 조향 입력 대 차동 래크 스트로크 특성을 제공하는 방식으로 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 가변 피치 래크 기어 부분(6a, 6b)을 기계가공함으로써 자유롭게 설정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 도1 내지 도3의 실시예에서, 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분은 각각의 가변 래크(6)의 치형 부분의 최외측 단부가 최소 기어 피츠를 갖고 각각의 가변 래크(6)의 치형 부분의 최내측 단부가 최대 기어 피치를 가지며 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소되도록 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 동일한 핸들 각도에 대하여 좌측 래크 스트로크(외향 연장하는 래크 축 부분의 래크 스트로크)가 우측 래크 스트로크(내향 수축하는 래크 축 부분의 래크 스트로크)보다 상대적으로 크게 되는 방법을 도시하는 도4의 차동 래크 스트로크 특성과 반대의 역전된 핸들 각도 대 차동 래크 스트로크 특성을 제공하기 위하여, 가변 래크(6, 6)의 가변 피치 치형 부분은 각각의 가변 래크(6)의 치형 부분의 최외측 단부가 최대 기어 피치를 갖고 각각의 가변 래크(6)의 치형 부분의 최내측 단부가 최소 기어 피치를 가지며 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 증가하도록 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 기계가공될 수 있다.

[SBW 시스템]

본 실시예의 스티어-바이-와이어(SBW) 차량 조향 장치에서, 케이블 백업 기구(4)는 기계적인 백업 시스템(또는 기계적인 페일 세이프 시스템)으로서 도입된다. 케이블 백업 기구(4)는 소정의 장점을 갖는다. 즉, 케이블(4c, 4d, 4e)은 자유롭게 배치될 수 있으며 다른 차량 구조물과의 간섭 없이 용이하게 설치될 수 있고, 동시에 조향 휠이 컬럼 축 또는 조향 축을 거쳐 래크-피니언 조향 기어 박스에 직결되는 비SBW 시스템이 장착된 차량과 동일한 조향 기능을 보장한다.

SBW 시스템이 정상적으로 작동할 경우, 즉 SBW 시스템 고장이 없는 경우, 달리 말하면 SBW 작동 모드 중에, 클러치 장치(3)는 해제된다. 조향 입력, 즉 조향 휠(1)에 부여된 조향 토크가 있는 경우, 조향 제어기는 적어도 조향 휠(1)의 조향 휠 각도를 검출하고, 검출된 조향 휠 각도에 기초하여 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)로 출력될 명령 신호를 컴퓨터 계산한다. 그런 후에, 컴퓨터 계산된 신호값에 대응하는 구동 토크가 좌측 조향 액추에이터(5)로부터 좌측 피니언 축(9)을 통해 좌측 가변 래크(6)로 출력된다. 동시에, 동일한 크기의 구동 토크가 우측 조향 액추에이터(5)로부터 우측 피니언 축(9)을 통해 우측 가변 래크(6)로 출력된다. 전술된 바와 같이, SBW 작동 모드 중에, 조향 입력부(조향 휠(1))와 조향 출력부(가변 피치 이중 래크 배열체)는 클러치 장치(3)가 해제되어 있기 때문에 서로 기계적으로 분리되어 있다. 그러므로, SBW 작동 모드 중에, SBW 제어와 동시에 조향 제어기는 피드백 액추에이터(2)에 대한 조향 반작용 토크 제어를 수행하여, 피드백 액추에이터(2)는 검출된 조향 토크에 기초한 가상 조향 반작용 토크를 재생하고, 이로써 운전자에게 조향 휠(1)을 통한 피드백에서 적절한 자연스러운 조향감을 제공한다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예의 SBW 차량 조향 장치에 케이블 백업 기구가 장착된 경우, 단독 클러치 장치(3)가 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 제공된다. 단일 클러치 배열체의 경우, 조향 작동 중에 케이블 백업 기구(4)의 케이블(4c, 4d, 4e)과 풀리(4a, 4b, 4b)는 항상 피조향 차륜과 연결된 조향 출력부의 이동과 동기화되어 이동 및 견인된다.

반대로, SBW 시스템이 오작동할 때, 즉 SBW 시스템이 고장인 경우, 조향 제어기는 SBW 작동 모드를 백업 작동 모드로 전환한다. 백업 작동 모드 중에, 클러치 장치(3)는 결합되고, 이에 따라 운전자에 의해 조향 휠(1)에 부여된 조향 입력은 제1 컬럼 축(7)과 클러치 장치(3)를 통해 케이블 백업 기구(4)로 전달되고, 추가로 좌우측 피니언 축(9, 9)을 거쳐 각각의 가변 래크(6, 6)로 전달된다. 한편, 노면으로부터 좌우측 피조향 차륜으로 입력되는 조향 저항은 조향 입력 토크 전달의 역순으로 좌우측 가변 래크로부터 조향 휠(1)로 전달되고, 이에 따라 운전자에게 조향 휠을 통하여 사실상 조향 저항(피드백 토크)에 해당하는 조향감을 제공한다.

전술된 바와 같이, SBW 시스템이 정상이거나 고장인지의 여부와 상관없이, 조향 휠(1)이 요구되는 각도로 회전된 때, 좌우측 피조향 휠은 좌우측 가변 피치 래크 축 부분(10a, 10b)의 차동 운동에 의해 독립적으로 조향될 수 있다. 본 실시예의 SBW 차량 조향 장치에서, SBW 시스템 작동 모드 중에 제공되는 조향각 특성(직진으로부터의 조향 휠 운동과 좌측 피조향 차륜 운동 사이의 관계 및 직진으로부터의 조향 휠 운동과 우측 피조향 차륜 운동 사이의 관계를 포함함)은 완전히 자유롭게 설정될 수 있다.(도4 참조) 또한, 백업 작동 모드 중에서도, 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해, 최소 회전 반경의 효과적인 감소를 보장할 수 있다.

도1에 도시된 실시예의 조향 장치에서, 2개의 조향 액추에이터(5, 5)는 미리 설정된 거리로 서로 이격되어 제위치에 설치된다. 이는 백업 시스템을 위해 사용되는 각각의 케이블(4c, 4d, 4e)이 통상 낮은 강성을 가지므로 서로 이격된 이들 2개의 조향 액추에이터(5, 5)가 강성을 증가시키도록 제공되기 때문이다.

도1 내지 도3의 실시예의 SBW 조향 장치는 이하의 효과(1) 내지 (3)을 갖는다.

(1) 조향 휠(1)에 대한 조향 입력이 조향 래크 축(10)으로 직접 또는 간접적으로 전달되고 나서 좌우측 피조향 차륜이 조향 입력에 기인하여 발생되는 조향 래크 축 운동에 의해 조향될 수 있는 SBW 차량 조향 장치에서, 조향 래크 축(10)은 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)으로 분리된다. 또한, 조향각 컨버터는 좌우측 피조향 차륜이 조향될 때 좌측과 우측의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 부여하도록 제공된다. 조향 작동 중의 조향각 컨버터의 차동 래크 스트로크 기능에 의해, 조향 설계에서 동일한 레이아웃과 기하학적 형상을 갖는 자동차에 대하여 최소 회전 반경을 더욱 감소시킬 수 있다.

(2) 전술된 조향각 컨버터는 좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구(6a, 6b; 6a, 6b)를 포함하며, 이들 각각은 (i) 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 중 결합된 한 부분 상에 형성된 가변 피치 래크 기어 부분(6a)을 갖는 가변 피치 래크(6)와, (ii) 피니언 축(9, 9) 중 결합된 한 축의 하단부 상에 형성된 피니언 기어 부분(6b)을 포함한다. 또한, 좌우측 가변 피치 래크 기어 부분(6a, 6b)은 각각의 피니언 축(9, 9)의 동일한 회전 운동을 대해 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 생성하는 치수 범위로 형성된다. 그러므로, 비교적 단순한 가변 피치 이중 래크 배열체(서로 분리된 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 및 좌우측 가변 래크(6, 6))임에도 불구하고, 조향 작동 중에 좌측과 우측의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 용이하게 달성할 수 있다.

(3) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 입력부(조향 휠(1)을 포함함)와 조향 출력부(좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 포함함)를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 3개의 원통형 풀리(4a, 4b, 4b)를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 기계적 백업 시스템의 일부분으로서 역할하고 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되며 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 클러치 장치(3)가 해제된 상태인 SBW 작동 모드 중에, 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)를 위한 동일한 명령에 의해 좌측과 우측의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 보장할 수 있다. 또한, 서로 이격된 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)에 의해, 조향 시스템의 강성을 향상시킬 수 있다. SBW 시스템의 고정에 의해 개시되는 백업 작동 모드 중에, 조향각 컨버터에 의하여 좌측과 우측의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 생성할 수 있고, 이로써 차량의 최소 회전 반경을 효과적으로 감소시킨다.

이제 도5를 참조하면, 차량 조향 장치의 제1 변형예가 도시되어 있다. 조향 출력부의 이동 중의 도1에 도시된 바와 같은 단일 클러치 배열체에 의한 케이블과 풀리의 바람직하지 않은 동기식 운동으로 인하여 케이블 백업 기구(4)의 내구성이 감소하는 문제를 방지하기 위하여, 도5의 제1 변형예는 이중 클러치 배열체를 사용한다. 보다 상세하게는, 도5에 명확하게 도시된 바와 같이, 2개의 클러치 장치(3, 3)는 이들 사이에 케이블 백업 기구(4) 개재되고, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)이 조향 액추에이터(5)에 의해 구동되는 방식으로 제공된다. 도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 조향 입력부(조향 휠(1)을 포함함)를 조향 출력부(각각 가변 래크(6)를 갖는 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체를 포함함)에 기계적으로 결합하기는 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 2개의 원통형 풀리, 즉 하나의 조향 입력측 풀리(4a)와 하나의 조향 출력측 풀리(4b)를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 클러치 장치(3, 3)는 이들 사이에 케이블 백업 기구(4)를 개재시킨 상태로 모두 조향 입력부 및 출력부 내에 각각 배열된다. 하나의 조향 액추에이터(5)가 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키도록 조향 출력부 내에 제공된다. 하부 조향 출력측 클러치 장치(3)는 피니언 축(11)과 좌측 피니언 축(9) 사이에 삽입된다. 도5에 도시된 바와 같이, 피니언 축(11)은 조향 출력측 풀리(4b)에 그 일 단부가 고정식으로 연결된다. SBW 작동 모드에서 조향 작동 중에 단일 조향 작동기(5)에 의해 좌측 피니언 축(9)의 회전과 동기화하여 우측 피니언 축(9)을 동시에 구동시키는데 필요한 동력 전달 기구는 양 단부에 좌우측 래크 기어 부분(12a, 12a)이 형성된 가동 연결 축(12)과, 상단부에 각각의 피니언 기어 부분(9a, 9a)이 형성되어 연결 축(12)의 각각의 래크 기어 부분(12a, 12a)과 맞물림 결합되는 좌우측 피니언 축(9, 9)에 의해 구성된다. 명확하게 도시되어 있지는 않지만, 도5의 제1 변형예의 조향 장치에서, 연결 축(12)의 각각의 좌우측 래크 기어 부분(12a, 12a) 상의 치형은 고정 피치 래크 배열체를 제공하도록 동일한 크기를 가지며, 이를 따라 좌측 피니언 축에 대한 회전 입력 운동이 있을 경우 우측 피니언 축(9)이 좌측 피니언 축(9)의 회전과 동기화되어 동일한 속도와 동일한 회전 방향으로 회전할 수 있다. 도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도1 내지 도3의 배열체의 구조와 동일하다. 그러므로, 도5의 제1 변형예를 설명함에 있어서, 개시의 단순화를 위하여, 도1 내지 도3의 실시예의 요소를 지칭하는데 사용된 동일한 도면 부호가 제1 변형예에 사용된 대응하는 요소에 적용될 것이며, 동시에 동일한 도면 부호에 대한 상세한 설명은 그 요소에 대한 전술된 설명에 의해 자명해질 것이므로 생략할 것이다. 도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 작동과 장점은 이하에서 상세히 설명된다.

도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치와 동일한 방식으로, 도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 따르면, 조향 시스템이 SBW 작동 모드로 작동되거나 백업 모드로 작동되는지의 여부와 무관하게, 최소 회전 반경을 보장할 수 있다. 또한, SBW 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구(4)는 모두 해제된 상태인 클러치 장치(3, 3)에 의해 조향 입력부 및 출력부 모두로부터 완전하게 기계적으로 분리되며, 이로써 케이블 백업 기구(4)의 케이블과 풀리가 조향 입력부 및 출력부 중 적어도 하나에 운동과 동기화하여 바람직스럽지 않게 이동 및 견인되는 것이 방지된다. 이는 케이블 마모, 외부 튜브 마모 및 케이블 백업 기구(4)의 내구성의 감소를 방지한다. 더욱이, 피니언 축(9, 9)의 상단부는 도1에 도시된 제3 케이블(4e)을 사용하는 대신에 고강성 연결 축(12)에 의해 서로 기계적으로 연결된다. 고강성 연결 축(12)의 사용은 이중 조향 액추에이터 배열체(5, 5)의 필요성을 제거하여, 조향 시스템 강성의 향상에 기여한다. 그러므로, 도5의 제1 변형예에서는 좌측 조향 액추에이터(5)만이 사용되고, 우측 조향 액추에이터(5)는 생략된다. 그 대신에, 조향 시스템의 안전과 강성을 더욱 향상시키고 이에 따른 이중 조향 액추에이터 시스템을 제공하기 위하여, 우측 조향 액추에이터(5)가 좌측 피니언 축에 부착된 좌측 조향 액추에이터(5)에 더하여 우측 피니언 축의 중앙에 추가로 제공될 수 있다.

도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 내지 (2)에 더하여 이하의 효과 (4)를 갖는다.

(4) 도5의 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 입력부(조향 휠(1)을 포함함)와 조향 출력부(좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체를 포함함)를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로써, 2개의 원통형 풀리, 즉 조향 입력측 풀리(4a)와 조향 출력측 풀리(4b)를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 2개의 클러치 장치(3, 3)는 이들 사이에 케이블 백업 기구(4)가 개재된 상태로 각각 조향 입력부와 출력부에 제공된다. 또한, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)(연결 축(12)과 피니언 축 쌍(9, 9)에 의해 서로 기계적으로 연결됨) 모두를 하나의 피니언 축(9)의 회전과 동기화하여 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부의 하나의 피니언 축(9)의 중앙에 제공된다. 클러치 장치(3, 3)가 해제된 상태인 SBW 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구(4)의 케이블과 풀리가 조향 입력부와 출력부 중 적어도 하나의 이동과 동기화하여 이동 및 견인되는 것을 확실하게 효과적으로 방지할 수 있고, 이로써 백업 기구(4)의 내구성을 향상시킨다. 또한, 단일 조향 액추에이터(5)의 사용은 SBW 차량 조향 시스템의 단순화와 제조 비용의 감소에 기여한다.

이제, 도6을 참조하면, 차량 조향 장치의 제2 변형예가 도시되어 있다. 전술된 바와 같이, 도1 내지 도3의 실시예 및 도5의 제1 변형예에서, 서로 분리된 2개의 가변 피치 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체가 SBW 차량 조향 장치에 적용되거나 이와 조합된다. 대안적으로, 도6의 제2 변형예에서, 가변 피치 이중 래크 배열체는, 단일 강성 컬럼 축(7)을 통해 조향 입력부(조향 휠(1))가 피조향 차륜에 연결된 조향 출력부에 직결되는 통상 직결 조향 연결형 차량 조향 시스템에 적용된다. 도6의 제2 변형예에서, 단일 강성 컬럼 축(7)이 사용된다. 단일 강성 컬럼 축(7)은 유니버셜 조인트(universal joint)에 의해 연결된 주 및 부 컬럼 축에 의해 대체될 수 있다. 보다 구체적으로, 도6에 도시된 바와 같이, 제2 변형예의 조향 장치에서, 조향 휠(1)에 그 상단부가 고정식으로 연결된 컬럼 축(7)은 하나의 피니언 축(9)(도6의 제2 변형예에서 좌측 피니언 축)과 일체형으로 형성된다. 하나의 피니언 축(9)(좌측 피니언 축)은 좌우측 고정 피치 래크 기어 부분(12a, 12a)을 갖는 연결 축(12)에 의해 다른 하나의 피니언 축(9)(우측 피니언 축)에 기계적으로 연결된다. 좌우측 피니언 축(9, 9)은 연결 축(12)의 각각의 래크 기어 부분(12a, 12a)과 맞물림 결합된 각각의 피니언 기어 부분(9a, 9a)을 갖는다. 도6의 제2 변형예의 조향 장치는 조향 입력부(조향 휠(1)을 포함함)와 조향 출력부(좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 포함함) 사이의 영구적인 기계적 토크 전달을 가능하게 하는 직결 조향 연결형 장치를 사용하기 때문에, 피드백 액추에이터(2)는 필요하지 않으며 조향 액추에이터(5)의 필요성이 덜하다. 도5의 제1 변형예와 동일한 방식으로, 도6의 제2 변형예의 직결 조향 연결형 차량 조향 장치에서, 연결 축(12)의 좌우측 래크 기어 부분(12a, 12a) 각각의 상의 치형은 고정 피치 래크 배열체를 제공하도록 동일한 크기를 가지며, 이에 따라 좌측 피니언 축(9)에 회전 입력 운동이 있는 경우, 우측 피니언 축(9)은 좌측 피니언 축(9)의 회전과 동기화하여 동일한 속도와 동일한 회전 반경으로 회전될 수 있다. 도6의 제2 변형예의 직결 조향 연결형 차량 조향 장치의 다른 구조는 도1 내지 도3의 실시예의 구조와 동일하다. 조향 작동 중에, 운전자에 의해 조향 축(1)에 부여된 조향 토크는 컬럼 축(7)을 통해 좌측 피니언 축(9)을 거쳐 좌측 가변 래크(6)로 전달되고, 동시에 컬럼 축(7)과 연결 축(12)을 통해 우측 피니언 축(9)을 거쳐 우측 가변 래크(6)로 전달된다. 한편, 노면으로부터 좌우측 피조향 차륜으로 입력되는 조향 저항은 조향 입력 토크 전달의 역순으로 좌우측 가변 래크로부터 컬럼 축(7)을 거쳐 조향 휠(1)로 전달되며, 이로써 운전자에게 조향 휠을 통해 사실상 조향 저항(피드백 토크)에 해당하는 조향감을 제공한다. 전술된 바와 같이 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))가 SBW 차량 조향 시스템이 아닌 직결 조향 연결형 차량 조향 시스템과 조합되는 도6에 도시된 제2 변형예의 조향 장치에서, 우측 피니언 축(9)은 조향 휠(1)에 부여된 조향 입력이 있을 경우 좌측 피니언 축(9)의 회전과 동기화하여 동일한 속도와 동일한 회전 방향으로 회전될 수 있다. 제1 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 관한 도5에 도시된 시스템 도면과 제2 변형예의 직결 조향 연결형 차량 조향 장치에 관한 도6에 도시된 시스템 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전술된 가변 피치 이중 래크 배열체는 동일한 크기와 동일한 방향을 갖는 동일한 회전 입력 운동이 서로 분리된 각각의 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b)과 결합된 2개의 피니언 축(9, 9) 각각으로 동시에 전달되는 기구에 적용될 수 있다.

조향각 특성(직진으로부터 조향 휠 운동과 좌측 피조향 차륜 운동 사이의 관계 및 직진으로부터 조향 휠 운동과 우측 피조향 차륜 운동 사이의 관계를 포함함)을 완전히 자유롭게 설정할 수 있는 도1 내지 도4의 실시예의 SBW 차량 조향 장치와 대조적으로, 도6의 제2 변형예의 직결 조향 연결형 차량 조향 장치는 조향각 특성을 자유롭게 설정할 수 없지만, 그 구성에 단순하다. 도6의 제2 변형예의 더욱 단순화된 조향 장치에서, 차량의 최소 회전 반경의 감소를 간단히 실현할 수 있다. 도6의 제2 변형예의 조향 장치에서, 연결 축(12)은 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 형성된 각각의 가변 피치 래크 기어 부분(6a, 6a)과 맞물림 결합하는 좌측과 우측 피니언 축(9, 9) 사이의 동기화된 회전 운동을 생성하기 위한 수단으로서 사용된다. 연결 축(12)을 사용하는 대신에, 케이블, 체인, 벨트 등과 같은 래핑(wrapping) 커넥터가 사용될 수 있다. 가변 피치 이중 래크 배열체를 갖춘 더욱 단순환 조향 시스템을 제공하기 위하여, 전술된 바와 같이, 도6의 제2 변형예의 조향 장치는 어떠한 조향 액추에이터(5)도 없이 구성된다. 그 대신에, 운전자가 조향 휠(1)에 부여하여야 하는 조향 작용력(effort)의 양을 감소시키는데 효과적인 조향 보조 토크 또는 보조하는 힘을 제공하기 위하여, 모터 보조식(motor-assist) 동력 조향 기구(power-steering mechanism) 또는 유압 보조식(hydraulic-assist) 동력 조향 기구와 같은 조향 동력 보조식 기구(steering power-assist mechanism)로서 역할하는 조향 액추에이터가 부가될 수 있다.

도6의 제2 변형예의 비교적 단순한 직결 조향 연결형 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 내지 (2)에 더하여 이하의 효과 (5)를 갖는다.

(5) 도6의 제2 변형예의 차량 조향 장치는, 조향 휠(1)에 그 상단부가 연결된 컬럼 축(7)이 좌우측 피니언 축(9, 9) 중 하나와 일체형으로 형성되고 또한 하나의 피니언 축(좌측 피니언 축)이 좌우측 래크 기어 부분(12a, 12a)을 갖는 연결 축(12)을 거쳐 다른 피니언 축(우측 피니언 축)에 기계적으로 연결되는 직결 조향 연결형 장치를 사용한다. 도6에 도시된 제2 변형예, 즉 조향 입력부(조향 휠(1))와 조향 출력부(좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)) 사이의 영구적인 기계적 토크 전달을 가능하게 하고 또한 좌측과 우측 피니언 축(9, 9) 사이의 동기화된 회전 운동을 가능하게 하는 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))와 직결 조향 연결형 장치의 조합으로부터 알 수 있는 바와 같이, 회소 회전 반경을 효과적으로 감소시키기 위하여 가변 피치 이중 래크 배열체는 조향 입력부 및 출력부가 조향 컬럼 축을 거쳐 서로 직결되는 통상의 조향 축 장착 조향 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

이제, 도7을 참조하면, 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용하는 도1 내지 도3의 실시예의 SBW 차량 조향 장치로부터 다소 변형된 차량 조향 장치의 제3 변형예가 도시되어 있다. 조향 작동 중에 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크를 제공하는 조향각 컨버터로서, 도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 2개의 가변 피치 래크(6, 6)를 사용하는 대신에 한 쌍의 절두 원추형(frusto-conical 또는 truncated-conical) 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 사용한다.

즉, 도7에 도시된 바와 같이, 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 조향각 컨버터는 각각의 피니언 축(9, 9)의 상단부에 고정식으로 연결된 좌우측 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')(후술되는 케이블 백업 기구(4)의 일부를 구성함)를 포함한다. 도7의 제3 변형예의 조향 장치에서, 이중 테이퍼 풀리 배열체(래크 스트로크 컨버터로서 역할함)는 서로 분리된 좌우측 고정 피치 래크(6', 6')를 포함하는 고정 피치 이중 래크 배열체와 조합된다. 도7의 제3 변형예의 케이블 백업 기구(4)는 조향 입력측 원통형 풀리(4a), 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b'), 및 3개의 케이블(4c, 4d, 4e)을 포함한다. 테이퍼 풀리 장착 케이블 백업 기구(4)는 좌측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴 각각의 케이블(4c, 4e)의 직경이 좌측 래크 스트로크에 의존하여 변화되는 한편, 우측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴 각각의 케이블(4d, 4e)의 직경이 우측 래크 스트로크에 의존하여 변화되도록 구성된다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 고정 피치 래크(6')의 고정 피치 래크 기어 부분(6a') 상에 형성된 치형이 동일한 크기를 갖는 도7에 도시된 고정 피치 이중 래크 배열체를 사용함으로써, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크는 존재하지 않는다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 그 테이퍼 방향이 서로 반대인 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 이중 테이퍼 풀리 배열체에 의해 구성된 조향각 컨버터에 의하여, 도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 좌우측 피니언 축(9, 9)의 차동 운동, 달리 말하면 케이블 백업 기구(4)의 좌측과 우측 테이퍼 풀리(4b', 4b') 사이의 속도 차이에 의한 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있다.

더욱 상세하게는, 도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치는, 조향 출력측 원통형 풀리(4b, 4b)가 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')로 대체되고 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))가 고정 피치 이중 래크 배열체(고정 피치 래크(6', 6'))로 대체된다는 점에서 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치와 상이하다. 도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도1 내지 도3의 실시예의 구조와 동일하다.

도8 및 도12에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 케이블(4c)의 일 단부는 조향 입력측 원통형 풀리(4a)의 하단부에 고정식으로 연결되고, 반면 제2 케이블(4d)의 일 단부는 조형 입력측 원통형 풀리(4a)의 상단부에 고정식으로 연결된다. 도12의 설명도로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 케이블(4c, 4d)은 반대방향 나사와 유사한 풀리(4a)의 소용돌이 또는 나선형 케이블 홈 상에 감긴다. 구체적으로, 원통형 풀리(4a)의 평면도에서, 제2 케이블(4d)은 풀리(4a)의 상단부에 고정된 제2 케이블 일 단부로부터 시계방향으로 풀리(4a) 상에 감기며, 한편 제1 케이블(4c)은 풀리(4a)의 하단부에 고정된 제1 케이블 일 단부로부터 반시계방향으로 풀리(4a) 상에 감긴다. 도9에 도시된 바와 같이, 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 축은 서로 평행하며, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')는 반대방향으로 테이퍼지고, 또한 좌측 테이퍼 풀리(4b')는 우측 테이퍼 풀리(4b')와 동일한 형상과 치수를 갖는다. 도9 및 도12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제1 케이블(4c)은 제1 케이블(4c)의 다른 케이블 단부가 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 소직경 단부에 고정식으로 연결되도록 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 절반의 테이퍼 풀리 부분 상에 감긴다. 유사한 방식으로, 제2 케이블(4d)은 제2 케이블(4d)의 다른 케이블 단부가 우측 테이퍼 풀리(4b')의 상부 소직경 단부에 고정식으로 연결되도록 우측 테이퍼 풀리(4b')의 상부 절반의 테이퍼 풀리 부분 상에 감긴다. 다른 한편, 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b') 사이에서 연장하는 제3 케이블(4e)과 관련하여, 제3 케이블(4e)의 하나의 감김/풀림(wound-up/wound-off) 케이블 부분은 제3 케이블(4e)의 하나의 케이블 단부가 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 상부 대직경 단부에 고정식으로 연결되도록 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 상부 절반의 테이퍼 풀리 부분 상에 감기고, 반면 제3 케이블(4e)의 반대편 감김/풀림 케이블 부분은 제3 케이블(4e)의 다른 케이블 단부가 우측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 대직경 단부에 고정식으로 연결되도록 우측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 절반의 테이퍼 풀리 부분 상에 감긴다. 도10에 도시된 바와 같이, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')가 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 소직경 풀리 단부로부터 측정된 또는 우측 테이퍼 풀리(4b')의 하부 대직경 풀리 단부로부터 측정된 동일한 축방향 높이에서 동일한 평면으로 수평적으로 절단된다고 가정하면, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 외경은 동일한 축방향 높이에서 절단된 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 직경의 합산된 값이 일정하도록 치수가 결정된다. 즉, 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 최상부 대직경 풀리부의 직경을 "d2"로 나타내고, 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 중간의 중직경 풀리부를 "d0"로 나타내고, 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 최하부 소직경 풀리부의 직경은 "d1"으로 나타낸다면, 우측 테이퍼 풀리(4b')의 최상부 소직경 풀리부, 중간의 중직경 풀리부 및 최하부 대직경 풀리부는 각각 "d1", "d0" 및 "d2"로 나타낸다. 직경(d1, d0, d2) 사이의 관계는 부등식 d1<d0<d2로 표현된다. 달리 말하면, 좌측 고정 피치 래크(6')와 결합된 좌측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴 제1 케이블(4c)의 유효 직경과 우측 고정 피치 래크(6')와 결합된 우측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴 제2 케이블(4d)의 유효 직경의 합은 일정하다. 도11에 도시된 바와 같이, 동일한 형상과 치수 범위를 갖고 반대 축방향으로 테이퍼진 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')에 의해 구성된 제3 실시예의 이중 테이퍼 풀리 배열체에서, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b') 사이의 차동 운동, 달리 말하면 그 상단부가 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 각각의 중심축에 고정식으로 연결된 좌우측 피니언 축(9, 9) 사이의 회전 속도 차이를 제공할 수 있다.

실제로, 도7의 제3 변형예의 조향 장치에서, 도11의 풀리 속도 특성도로부터 알 수 있는 바와 같이, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 속도 특성은 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 속도의 합산된 값이 어떠한 조향 위치와도 무관하게 일정하도록 설정된다. 즉, 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 속도를 "n1"으로 나타내고, 우측 테이퍼 풀리(4b')의 속도를 "n2"로 나타내며, 중립 위치에서 얻어진 동일한 테이퍼 풀리 속도를 "n0"로 나타낸다면, 방정식 n1 + n2 = 2 x n0 은 우측 완전 회전 위치, 좌측 완전 회전 위치 또는 중립 위치와 같은 어떠한 조향 위치와도 무관하게 항상 만족된다.

도12를 참조하면, 도7의 제3 변형예의 조향 장치에서 조향각 컨버터로서 역할하는 이중 테이퍼 풀리 배열체의 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 차동 운동과 관련된 작동 원리가 도시되어 있다.

우회전 동안, 도12에 도시된 바와 같이, 조향 입력측 원통형 풀리(4a)는 조향 휠 운동에 대응하는 소정 각도로 시계방향으로 회전한다. 원통형 풀리(4a)의 시계방향 회전에 의해, 제1 케이블(4c)의 하나의 감김/풀림 케이블 부분은 좌측 테이퍼 풀리(4b')로부터 풀리고, 한편 제1 케이블(4c)의 반대편의 감김/풀리 케이블 부분은 조향 입력측 원통형 풀리(4a) 상에 감긴다. 그 결과, 좌측 테이퍼 풀리(4b')로부터 풀린 제1 케이블(4c)의 유효 직경은 좌측 테이퍼 풀리로부터의 제1 케이블(4c)의 풀림 작동 중에 점진적으로 감소하게 된다. 다른 한편, 원통형 풀리(4a) 상에 감긴 제1 케이블(4c)의 유효 직경은 풀림 또는 감김 작동과 무관하게 일정한 풀리 직경으로 고정된다. 제1 케이블(4c)의 유효 직경의 점진적인 감소는 좌측 테이퍼 풀리(4b')의 회전 속도의 속도 증가를 의미한다. 이와 대조적으로, 제2 케이블(4d)의 하나의 감김/풀림 케이블 부분은 조향 입력측 원통형 풀리(4a)로부터 풀리고, 한편 제2 케이블(4d)의 반대편의 감김/풀림 케이블 부분은 우측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴다. 그 결과, 우측 테이퍼 풀리(4b') 상에 감긴 제2 케이블(4d)의 유효 직경은 우측 테이퍼 풀리 상의 제2 케이블(4d)의 감김 작동 중에 점진적으로 증가하게 된다. 다른 한편, 원통형 풀리(4a)로부터 풀린 제2 케이블(4d)의 유효 직경은 풀림 또는 감김 작동과 무관하게 일정한 풀리 직경으로 고정된다. 제2 케이블(4d)의 유효 직경의 점진적인 증가는 우측 테이퍼 풀리(4b')의 회전 속도의 속도 감소를 의미한다. 다른 한편, 좌측과 우측 테이퍼 풀리(4b', 4b') 사이에서 연장하는 제3 케이블(4e)은 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')의 회전 운동의 기계적인 연결을 위해 필요한 회전 운동 연결부로서 역할하는 동시에 어떠한 조향 위치와도 무관하게 방정식 n1 + n2 = 2 x n0에 의해 정의된 상대 속도 관계를 만족 또는 유지시킨다. 도12의 설명도는 단지 이중 테이퍼 풀리 배열체 장착 케이블 백업 기구(4)의 작동 원리를 설명하기 위하여 제공되고, 케이블을 케이블 백업 기구의 결합된 풀리 상에 감기 위한 방법은 하나의 예시이며, 케이블 백업 기구(4)의 실제 풀리-케이블 레이아웃은 적절하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 백업 기구의 풀리-케이블 레이아웃은 외향 연장하는 래크 축 부분이 상대적으로 큰 래크 스트로크를 갖는, 달리 말하면 내향 연장하는 래크 축 부분이 상대적으로 작은 래크 스트로크를 갖는 도13b에 도시된 바와 같은 제1차동 래크 스트로크 특성을 제공하도록 실제로 설계된다. 알 수 있는 바와 같이, 차동 래크 스트로크 특성은 나선형 케이블 홈들 간의 피지를 변화시킴으로써, 2개의 테이퍼 풀리를 반대방향으로 테이퍼지게 역전시킴으로써, 및/또는 각각의 테이퍼 풀리의 테이퍼 면의 그 축에 대한 경사각을 변화시킴으로써 적절하게 설계 또는 변경될 수 있다. 예를 들면, 2개의 테이퍼 풀리를 역전시킴으로써, 내향 연장하는 래크 축 부분이 상대적으로 큰 래크 스트로크를 갖는, 달리 말하면 외향 연장하는 래크 축 부분이 상대적으로 작은 래크 스트로크를 갖는 도13c에 도시된 바와 같은 제2 차동 래크 스트로크 특성(역 차동 래크 스트로크 특성)을 제공할 수 있다. 또한, 나선형 래크 홈들 간의 피치를 변화시킴으로써, 각각의 래크 스트로크의 핸들 각도에 대한 변화율을 변화시킬 수 있다.

도7에 도시된 제3 변형예의 전술된 배열체에서, 즉 고정 피치 이중 래크 배열체(고정 피치 래크(6', 6'))와 조합된 이중 테이퍼 풀리 배열체(반대방향으로 테이퍼진 테이퍼 풀리(4b', 4b'))에서, 도13b로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 우회전 또는 좌회전시, 외측으로 연장하고 이동하는 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 중 하나의 제1의 축 부분의 래크 스트로크는 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 크게 된다. 대조적으로, 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')가 모두 이들의 축방향으로 역전된다면, 달리 말하면 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b')가 서로 대체된다면(각각 후술되는 제5 및 제8 변형예를 도시하는 도15 및 도18에 도시된 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b') 참조), 역전된 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 SBW 차량 조향 시스템은 도13c에 도시된 역전된 차동 래크 스트로크 특성을 나타내며, 우회전 또는 좌회전시, 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크는 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 된다. 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')가 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 각각 유사한 원통형 풀리로 대체된 경우를 가정한다. 이러한 경우, 도13a에 도시된 바와 같이, 좌회전 또는 우회전시, 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크는 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크와 동일하게 되어, 좌우측 래크의 어떠한 차동 운동도 없이 좌우측 래크 사이의 동기화된 래크 스트로크를 보장한다.

도7의 제3 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1)에 더하여 이하의 효과 (6) 내지 (7)을 갖는다.

(6) 조향각 컨버터는 각각의 피니언 축(9, 9)의 상단부에 고정식으로 연결된 좌우측 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 포함하는 이중 테이퍼 풀리 배열체를 포함함으로써, 테이퍼 풀리(4b', 4b') 상에 감긴 제1 및 제2 케이블(4c, 4d)의 유효 직경은 좌측과 우측 피니언 축 사이의 차동 운동을 가능하게 하도록 좌우측 래크-피니언 기구(서로 분리된 좌우측 고정 피치 래크(6', 6')를 포함하는 고정 피치 이중 래크 배열체)의 각각의 래크 스트로크에 의존하여 변화한다. 조향 출력측의 좌우측 풀리를 각각 원통 형상으로부터 절두 원추 형상으로 간단히 변경함으로써 얻어진 비교적 단순한 이중 테이퍼 풀리 배열체에 의하여, 이중 테이퍼 풀리 배열체(반대방향으로 테이퍼지고 동일한 형상과 치수 범위를 갖는 좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b'))에 의해 생성된 2개의 피니언 축(9, 9)의 차동 운동에 의한 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있다.

(7) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 또한, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 없는 좌우측 고정 피치 래크-피니언 기구(서로 분리된 각각의 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 래크 기어 부분(6a', 6a')이 형성된 고정 피치 래크(6', 6')를 포함하는 고정 피치 이중 래크 배열체)가 제공된다. 그러므로, SBW 시스템의 고장에 의해 개시되고 그 기간 중에 클러치 장치(3)가 결합 상태로 유지되는 백업 작동 모드 중에, 조향각 컨버터(이중 테이퍼 풀리 배열체)에 의해 좌우측 래크의 차동 래크 스트로크를 생성할 수 있고, 이로써 차량의 최소 회전 반경은 효과적으로 감소된다.

이제, 도14를 참조하면, 차량 조향 장치의 제4 변형예가 도시되어 있다. 외측으로 연장하고 이동하는 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크를 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크와 비교하여 상대적으로 더욱 증가시키기 위하여, 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))가 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 이중 테이퍼 풀리 배열체(2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b'))와 조합된다. 도14의 제4 변형예에서, 클러치 장치(3)는 전자기 클러치 또는 전자기 기계식 클러치와 같은 마찰 클러치를 포함한다. 도14의 제4 실시예의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 하나의 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 가변 래크(6, 6)의 치형 부분은 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최외측 단부가 최대 기어 피치를 갖고, 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최내측 단부가 최소 기어 피치를 가지며, 거어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소하도록 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 즉, 도14의 제4 변형예는, 도7의 제3 변형예의 조향 장치에서는 고정 피치 이중 래크 배열체가 이중 테이퍼 풀리 배열체와 조합되는 반면, 도14의 제4 변형예의 조향 장치에서는 가변 피치 이중 래크 배열체가 이중 테이퍼 풀리 배열체와 조합된다는 점에서, 도7의 제3 변형예와 약간 상이하다. 도14의 제4 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 작동이 이하에서 상세히 설명된다.

도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치와 동일한 방식으로 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소하는 가변 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용함으로써, 외측으로 연장하고 이동하는 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 중 제1 축 부분의 래크 스트로크는 상대적으로 크게 되며, 한편 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 상대적으로 작게 되어, 좌측과 우측 래크 사이의 차동 래크 스트로크가 가능해진다. 클러치 장치(3)가 해제된 상태의 SBW 작동 모드 중에, 도14의 제4 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))에 의해 차동 래크 스트로크 기능을 제공할 수 있다.

다른 한편, 클러치 장치(3)가 결합 상태인 백업 작동 모드 중에, 차동 운동 기능은, 좌측과 우측 피니언 축(9, 9) 사이의 속도 차이를 제공하고 그 결과 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 상대적으로 커지고, 한편 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크가 상대적으로 작게 되는 차동 래크 스트로크 기능을 보장하는 이중 테이퍼 풀리 배열체(좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b'))에 의해 달성된다. 동시에, 부가적인 차동 래크 스트로크 기능은 좌측과 우측 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크를 제공하는 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 달성된다. 그러므로, 이중 테이퍼 풀리 배열체의 의해 얻어진 차동 운동 기능(차동 래크 스트로크 기능)과 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 얻어진 부가적인 차동 래크 스트로크 기능의 상승 작용에 의해 외측으로 연장하고 이동하는 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 증가 또는 상승된다. 달리 말하면, 백업 작동 모드 중에, 2개의 차동 래크 스트로크 기능의 상승 작용에 의해, 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 감소된다.

도14의 제4 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1)과 도7의 제3 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과(6)에 더하여 이하의 효과 (8)를 갖는다.

(8) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 또한, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대해 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 존재하고 부가적으로 래크 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소되는 좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구(기어 부분(6a, 6a)이 서로 분리된 각각의 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 형성된 가변 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체)가 제공된다. 가변 피치 이중 래크 배열체와 이중 테이퍼 풀리 배열체 중 하나가 조향각 컨버터로서 사용되는 SBW 차량 조향 장치와 비교하여, 도4에 도시된 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 가변 피치 이중 래크 배열체와 도13b에 도시된 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 이중 테이퍼 풀리 배열체 모두를 조향각 컨버터로서 사용하는 도14의 제4 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 외측으로 연장하고 이동하는 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 증가 또는 상승된다. 즉, 외향 연장하는 래크 축 부분의 비교적 큰 래크 스트로크와 내향 수축하는 래크 축 부분의 비교적 작은 래크 스트로크 사이의 큰 래크 스트로크 차이가 존재한다.

이제, 도15를 참조하면, 차량 조향 장치의 제5 변형예가 도시되어 있다. 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크를 외측으로 연장하고 이동하는 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크와 비교하여 상대적으로 추가로 증가시키기 위하여, 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))가 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 이중 테이퍼 풀리 배열체(2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b'))와 조합된다. 도15의 제5 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 하나의 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b'를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 도14의 제4 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 생성된 차동 래크 스트로크 특성과 반대인 역 차동 래크 스트로크 특성을 제공하기 위하여, 가변 래크(6, 6)의 치형 부분은 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최외측 단부가 최대 기어 피치를 갖고, 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최내측 단부가 최소 기어 피치를 가지며, 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 증가하도록 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 그러므로, 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소하는 도14의 제4 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체와 비교하여, 도15의 제5 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체는 좌회전 또는 우회전시 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 역 차동 래크 스트로크 특성을 나타낸다. 차동 운동, 즉 도13b에 도시된 차동 래크 스트로크 특성이 가능한 도14의 제4 변형예의 케이블 백업 기구(4)의 이중 테이퍼 풀리 레이아웃과 비교하여, 도15의 제5 변형예의 조향 장치 내에 합체된 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')는, 좌회전 또는 우회전시 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 도13c에 도시된 역 차동 래크 스트로크 특성을 제공하도록, 이 풀리들의 수직 방향으로 모두 역전된다. 즉, 도15의 제5 변형예는, 제5 변형예의 조향 장치의 이중 테이퍼 풀리 배열체가 역전된 차동 운동, 즉 역 차동 래크 스트로크 특성(도13c 참조)을 갖고 부가적으로 제5 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체가 제4 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 생성된 차동 래크 스트로크 특성과 반대인 역 차동 래크 스트로크 특성을 갖는다는 점에서, 도14의 제4 변형예와 약간 상이하다. 도15의 제5 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 작동이 이하에 상세히 설명된다.

최내측 단부로부터 최외측 단부까지 그 기어 피치가 점진적인 가변식으로 증가하는 가변 피치 래크 기어 부분(6a)을 각각 갖는 가변 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체에 의하여, 외측으로 연장하고 이동하는 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 중 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크는 상대적으로 작게 되고, 한편 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 상대적으로 크게 되며, 이로써 역 차동 래크 스트로크 특성(도13c 참조)이 가능해진다. 클러치 장치(3)가 해제된 SBW 작동 모드 중에, 도15의 제5 변형예의 조향 장치의 가변 피치 이중 래크 배열체(가변 래크(6, 6))에 의해 역 차동 래크 스트로크 기능을 제공할 수 있다.

클러치 장치(3)가 결합된 백업 작동 모드 중에, 차동 운동 기능은 좌측과 우측 피니언 축(9, 9) 사이의 속도 차이를 제공하고 그 결과 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 상대적으로 작게 되고, 한편 내측으로 수축되고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크가 상대적으로 크게 되는 역 차동 래크 스트로크 기능을 보장하는 이중 테이퍼 풀리 배열체(좌우측 테이퍼 풀리(4b', 4b'))에 의해 달성된다. 동시에, 부가적인 역 차동 래크 스트로크 기능이 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 달성된다. 그러므로, 이중 테이퍼 풀리 배열체에 의해 얻어진 역 차동 래크 스트로크 기능과 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 얻어진 부가적인 역 차동 래크 스트로크 기능의 상승 작용에 의해, 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 증가 또는 상승된다. 달리 말하면, 백업 작동 모드 중에, 2개의 역 차동 래크 스트로크 기능의 상승 작용에 의해, 외측으로 연장하고 이동하는 제1 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 감소된다.

도15의 제5 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 및 도7의 제3 변형예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (6)에 더하여, 이하의 효과 (9)를 갖는다.

(9) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 각각의 래크 축 부분(10a, 10b)을 구동시키는 좌우측 조향 액추에이터(5, 5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 또한, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 존재하고 부가적으로 래크 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 증가하는 좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구(서로 분리된 각각의 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 그 래크 기어 부분(6a, 6a)이 형성된 가변 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체)가 제공된다. 가변 피치 이중 래크 배열체와 이중 테이퍼 풀리 배열체 중 하나가 조향각 컨버터로서 사용되는 SBW 차량 조향 장치와 비교하여, 도4에 도시된 특성과 반대인 역 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 가변 피치 이중 래크 배열체와 도13c에 도시된 역정된 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 이중 테이퍼 풀리 배열체를 조향각 컨버터로서 모두 사용하는 도15의 제5 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 내측으로 수축되고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 증가 또는 상승된다. 즉, 내향 수축하는 래크 축 부분의 상대적으로 큰 래크 스트로크와 외향 연장하는 래크 축 부분의 상대적으로 작은 래크 스트로크 사이의 큰 래크 스트로크 차이가 존재한다.

이제, 도16을 참조하면, 차량 조향 장치의 제6 변형예가 도시되어 있다. SBW 차량 조향 장치를 단순화하기 위하여, 도16의 제6 변형예의 조향 장치는 도7의 재3 변형예로부터 약간 변형된다. 구체적으로, 도16의 제6 변형예의 조향 장치는, 단일 조향 액추에이터 시스템(5)이 이중 조향 액추에이터 시스템(5, 5) 대신에 사용된다는 점에서, 도7의 제3 변형예의 장치와 약간 상이하다. 도7과 도16에 도시된 시스템 도면 간의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 조향 액추에이터(5, 5)의 우측 조향 액추에이터는 도16의 제6 변형예의 조향 장치의 경우에서는 제거된다. 도16의 제6 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 하나의 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 고정 피치 래크(6', 6')의 치형 부분은, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 이동가능하나 래크 축 부분(10a, 10b)의 래크 스트로크 사이의 차동 래크 스트로크가 없는 방식으로 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 도16의 제6 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 작동이 이하에 간략히 설명된다.

조향 휠(1)이 클러치 장치(3)가 해제된 상태로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우의 회전 중에, 좌측 피니언 축의 중앙에 제공된 좌측 조향 액추에이터(5)는 SBW 작동 모드에 따라 구동된다. 그러므로, 좌측 피니언 축(9)은 단일 조향 액추에이터(5)에 의해 직접 구동되며, 한편 우측 피니언 축(9) 역시 동일한 조향 액추에이터(5)에 의해 좌측 테이퍼 풀리(4b'), 제3 케이블(4e), 및 우측 테이퍼 풀리(4b')를 거쳐 구동된다. 달리 말하면, 단일 조향 액추에이터(5)에 의해 생성된 조향 토크의 일부는 조향 액추에이터(5)로부터 좌측 피니언 축(9)으로 부여되고, 한편 잔여 토크는 조향 액추에이터(5)로부터 좌측 테이퍼 풀리(4b'), 제3 케이블(4e), 및 우측 테이퍼 풀리(4b')를 거쳐 좌측 피니언 축(9)으로 부여된다.

도16의 제6 실시예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 및 도7의 제3 변형예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (6)에 더하여 이하의 효과 (10)를 갖는다.

(10) 고장 안적 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 고정 피치 래크(6', 6')의 치형 부분은, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 없는 방식으로 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 그러므로, 도7의 제3 변형예의 조향 장치로부터 단순화되고 변형된 도16의 제6 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 단지 하나의 조향 액추에이터(5)에 의해 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시킬 수 있다.

이제, 도17을 참조하면, 차량 조향 장치의 제7 변형예가 도시되어 있다. SBW 차량 조향 장치를 단순화하기 위하여, 도17의 제7 변형예의 조향 장치는 도14의 제4 변형예로부터 약간 변형된다. 구체적으로, 도17의 제7 변형예의 조향 장치는, 단일 조향 액추에이터 시스템(5)이 이중 조향 액추에이터 시스템(5, 5) 대신에 사용된다는 점에서, 도14의 제4 변형예의 장치와 약간 상이하다. 도14 및 도17에 도시된 시스템 도면 간의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 조향 액추에이터(5, 5)의 우종 조향 액추에이터는 도17의 제7 변형예의 조향 장치의 경우 제거된다. 도17의 제7 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 고정 안전 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측이 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 하나의 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 가변 피치 래크(6, 6)의 치형 부분은, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 존재하고 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 감소하도록, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 도17의 제7 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 기본 작동은 도14의 제4 변형예의 작동과 유사하다. 조향 토크 전달과 관련하여, 도17의 제7 변형예의 조향 장치는 도16의 제6 변형예에 의해 이루어지는 조향 토크 전달과 동일하다. 즉, 조향 휠(1)이 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우의 회전 중에, 좌측 피니언 축의 중앙에 제공된 좌측 조향 액추에이터(5)는 SBW 작동 모드에 따라 구동된다. 그러므로, 단일 조향 액추에이터(5)에 의해 생성된 조향 토크는 조향 액추에이터(5)로부터 좌측 피니언 축(9)으로 전달되고, 또한 조향 액추에이터(5)로부터 좌측 테이퍼 풀리(4b'), 제3 케이블(4e), 및 우측 테이퍼 풀리(4b')를 통해 좌측 피니언 축(9)으로 전달된다.

도17의 제7 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 및 도7의 제3 변형예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (6)에 더하여 이하의 효과 (11)을 갖는다.

(11) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 좌우측 래크 축(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 가변 피치 래크(6, 6)의 치형 부분은, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 존재하고 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점전적인 가변식으로 감소하도록, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성된다. 그러므로, 도14의 제4 변형예의 조향 장치로부터 단순화되고 변형된 도17의 제7 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 단일 조향 액추에이터(5)에 의해 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시킬 수 있다.

이제, 도18을 참조하면, 차량 조향 장치의 제8 변형예가 도시되어 있다. SBW 차량 조향 시스템을 단순화하기 위하여, 도18의 제8 변형예의 조향 장치는 도15의 제5 변형예로부터 약단 변형된다. 구체적으로, 도18의 제8 변형예의 조향 장치는, 단일 조향 액추에이터 시스템(5)이 이중 조향 액추에이터 시스템(5, 5) 대산에 사용된다는 점에서 도15의 제5 변형예의 장치와 약간 상이하다. 도15 및 도18의 시스템 도면 간의 비교에 의해 알 수 있는 바와 같이, 2개의 조향 액추에이터(5, 5)의 우측 조향 액추에이터가 도18의 제8 변형예의 조향 장치의 경우에 제거된다. 도18의 제8 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 하나의 조향 입력측 원통형 풀리(4a)와 2개의 조향 출력측 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 또한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 가변 래크(6, 6)의 치형 부분은, 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최외측 단부가 최대 기어 피치를 갖고, 좌우측 가변 래크(6, 6) 각각의 치형 부분의 최내측 단부가 최소 기어 피치를 가지며, 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 증가하도록, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 각각 형성되고, 이로써 우회전 또는 좌회전시 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 역 차동 래크 스트로크 특성을 제공한다. 부가적으로, 도18의 제8 변형예의 조향 장치 내에 합체된 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')는, 우회전 또는 좌회전시 외측으로 연장하고 이동하는 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 도13c에 도시된 역 차동 래크 스트로크 특성을 제공하도록, 이들의 수직 방향으로 모두 역전된다. 도18의 제8 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 기본 작동은 도15의 제5 변형예의 작동과 유사하다. 조향 토크 전달과 관련하여, 도18의 제8 변형예의 조향 장치는 도16 및 도17의 제6 및 제7 변형예에 의해 이루어지는 조향 토크 전달과 동일하다. 도18의 제8 변형예의 조향 장치에 의해 달성되는 조향 토크 전달의 상세한 설명은 그에 대한 전술된 설명으로 자명해질 것이므로 생략할 것이다.

도18d의 제8 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도1 내지 도3의 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (1) 및 도7의 제3 변형예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (6)에 더하여 이하의 효과 (12)를 갖는다.

(12) 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b)을 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 시스템으로서, 조향 입력측의 하나의 원통형 풀리(4a)와 조향 출력측의 2개의 절두 원추형 테이퍼 풀리(4b', 4b')를 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 도한, 조향 입력부의 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 배치되어 백업 작동 모드 중에 결합되는 단일 클러치 장치(3)가 제공된다. 또한, 좌우측 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 구동시키는 단일 조향 액추에이터(5)가 조향 출력부 내에 제공된다. 또한, 동일한 피니언 축 회전 운동에 대하여 좌측과 우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 사이의 차동 래크 스트로크가 존재하고 부가적으로 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점진적인 가변식으로 증가하는 좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구(서로 분리된 각각의 래크 축 부분(10a, 10b) 상에 래크 기어 부분(6a, 6b)이 형성된 가변 래크(6, 6)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체)가 제공된다. 조향각 컨버터로서 가변 피치 이중 래크 배열체와 이중 테이퍼 풀리 배열체 중 하나가 사용되는 SBW 차량 조향 장치와 비교하여, 도4에 도시된 특성과 반대인 역 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 가변 피치 이중 래크 배열체와 도13c에 도시된 역 차동 래크 스트로크 특성을 가능하게 하는 이중 테이퍼 풀리 배열체 모두를 조향각 컨버터로서 사용하는 도18의 제8 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 내측으로 수축하고 이동하는 제2 래크 축 부분의 래크 스트로크는 추가로 현저하게 증가 또는 상승된다. 즉, 내향 수축하는 래크 축 부분의 상대적으로 큰 래크 스트로크와 외향 연장하는 래크 축 부분의 상대적으로 작은 래크 스트로크 사이의 큰 래크 스트로크 차이가 존재한다. 부가적으로, 도15의 제5 변형예의 조향 장치로부터 단순화되고 변형된 도18의 제8 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 좌우측의 가동 래크 축 부분(10a, 10b) 모두를 단지 하나의 조향 액추에이터(5)에 의해 구동시킬 수 있다.

전술된 실시예(도1 내지 도3) 및 변형예(도5 내지 도18)에서, 가변 피치 이중 래크 배열체(2부분으로 분리된 가변 래크(6, 6))와 이중 테이퍼 풀리 배열체(반대방향으로 테이퍼진 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')) 중 적어도 하나가 조향각 컨버터로서 사용된다. 서로 분리된 좌측과 우측의 이동 가능한 래크 축 부분 사이의 차동 운동(또는 차동 래크 스트로크)을 가능하게 하는 다른 종류의 차동 기구가 조향각 컨버터로서 사용될 수 있다. 전술된 실시예(도1 내지 도3) 및 변형예(도5 내지 도18)에서, 가변 피치 이중 래크 배열체(2부분으로 분리된 가변 래크(6, 6))와 이중 테이퍼 풀리 배열체(반대방향으로 테이퍼진 2개의 테이퍼 풀리(4b', 4b')) 중 적어도 하나에 의해 구성된 조향각 컨버터가 스티어-바이-와이어(SBW)형 또는 직결 조향 연결형 장치에 적용된다. 대안적으로, 조향각 컨버터는 4륜 조향(four-wheel steering; 4WS) 시스템 또는 가변 조향비(variable steering ratio) 기구를 갖춘 조향 시스템과 같은 다른 종류의 조향 시스템에 적용될 수 있다.

이제, 도19, 도22 및 도25 내지 도28을 참조하면, SBW 시스템과 케이블 백업 기구를 각각 채택한 추가의 변형예가 도시되어 있다. 도19, 도22 및 도25 내지 도28의 변형예의 각각의 조향 장치의 기본 구조는 도1의 실시예의 그것과 유사하다. 그러므로, 개시의 단순화를 위하여, 도19, 도22 및 도25 내지 도28의 변형예의 각각의 조향 장치를 설명함에 있어서, 도1의 실시예의 요소를 나타내도록 사용된 동일한 도면 부호가 도19, 도22 및 도25 내지 도28의 변형예의 각각의 조향 장치에 사용된 대응하는 요소에 적용될 것이며, 한편 동일한 도면 부호의 상세한 설명은 그에 대한 전술된 설명으로 자명해질 것이므로 생략될 것이다. 도19, 도22 및 도25 내지 도29의 변형예의 각각의 조향 장치에서, 문자 "L"은 차량의 좌측에 배열된 구성 부품을 지시하도록 부가되며, 반면 문자 "R"은 차량의 우측에 배열된 구성 부품을 지시하도록 부가된다.

도19에 도시된 제9 변형의 SBW 차량 조향 장치에서, 페일 세이프 또는 백업을 목적으로 조향 휠(1)을 갖는 조향 입력부와 2부분으로 분리된 좌우측 래크(6L, 6R)를 갖는 조향 출력부를 서로 기계적으로 결합하는데 필요한 기계적 백업 기구로서, 3개의 풀리(4P), 즉 하나의 조향 입력측 원통형 풀리와 2개의 조향 출력측 원통형 풀리 및 이들 3개의 풀리를 서로 연결하는 보우덴 케이블(4C)을 갖는 케이블 백업 기구(4)가 제공된다. 좌우측 래크(6L, 6R)는 조향 래크 튜브(20) 내에서 활주가능하게 배열되어, 좌우측 래크(6L, 6R)가 서로 독립적으로 이동될 수 있다. 제1 클러치 장치(3A)가 좌측 피니언 축(9)의 중간에서 제공되어, 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 좌측 풀리와 제1 조향 액추에이터(좌측 조향 액추에이터)(5A) 사이에 배치된다. 제2 클러치 장치(3B)는 우측 피니언 축(9)의 중간에 제공되어, 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 우측 풀리와 제2 조향 액추에이터(우측 조향 액추에이터)(5B) 사이에 배치된다. 제1 피드백 액추에이터(2A)는 컬럼 축(7)에 부착된다. 조향 휠 각도 센서(또는 핸들 각도 센서)(21)가 또한 조향 휠 운동(조향 휠(1)에 부여된 조향 입력)에 대응하는 조향 휠 각도(핸들 각도(θH))를 검출하기 위하여 컬럼 축(7)에 부착된다. 우측 조향각 센서(22A)가 좌측 피니언 축(9L)의 회전수를 감지함으로써 좌측 피조향 차륜(16L)의 조향각(θS)을 검출하기 위하여 좌측 피니언 축(9L)에 부착되고, 반면 우측 조향각 센서(22B)는 우측 피니언 축(9R)의 회전수를 감지함으로써 우측 피조향 차륜(16R)의 조향각을 검출하기 위하여 우측 피니언 축(9R)에 부착된다. 회전 각도 센서, 즉 조향 휠 각도 센서(21), 좌측 조향각 센서(22A) 및 우측 조향각 센서(22B)로서, 리졸버(resolver)가 컬럼 축(7)의 회전 위치, 좌측 피니언 축(9L)의 회전 위치, 또는 우측 피니언 축(9R)의 회전 위치를 검출하도록 적용될 수 있다. 리졸버를 사용하는 대신에, 회전 엔코더(encoder)가 회전 각도 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 차속 센서(24)가 제공된다. 차속 센서(24)는 차량이 이동하는 속도를 각각의 조향 제어기(19A, 19B)에게 알려, 차속 지시 신호를 발생시킨다. 이하에 설명되는 바와 같이, 피드백 액추에이터(2A), 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B), 및 제1 및 제2 클러치 장치(3A, 3B)는 제1 및 제2 조향 제어기(19A(ECU1), 19B(ECU2))에 의해 제어된다. 각각의 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 통상 마이크로컴퓨터를 포함한다. 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 그 구성이 동일하다. 각각의 조향 제어기는 입력/출력 인터페이스(I/O), 메모리(RAM, ROM), 및 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함한다. 조향 제어기의 입력/출력 인터페이스(I/O)는 각종 엔진/차량 센서, 즉 조향 휠 각도 센서(21), 좌우측 조향각 센서(22A, 22B), 및 차속 센서(24)로부터 입력 정보를 수신한다. 조향 제어기 내에서, 중앙 처리 장치(CPU)는 I/O 인터페이스에 의해 전술된 센서들로부터의 입력 정보 데이터 신호에 대한 접근이 허용된다. 조향 제어기의 CPU는 메모리 내에 저장된 차량 조향 시스템 제어 프로그램의 유지를 책임지고, 필요한 계산 및 논리 작업을 수행할 수 있다. 컴퓨터 처리의 결과, 즉 계산된 출력 신호는 조향 제어기의 출력 인터페이스 회로를 통해 출력 단계, 즉 결합된 클러치 장치 및 액추에이터로 중계된다. 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 제1 조향 제어기(19A)는 제1 조향 액추에이터(5A)와 제1 클러치 장치(3A)를 제어하도록 할당된다. 제2 조향 제어기(19B)는 제2 조향 액추에이터(5B)와 제2 클러치 장치(3B)를 제어하도록 할당된다. 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B) 모두는 피드백 액추에이터(2A)를 제어하도록 할당된다. 도19의 제9 변형예에서, 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)와 피드백 액추에이터(2A)는 1-로터 1-스테이터 모터(one-rotor one-stator motor)를 포함한다.

도23에 도시된 미리 설정된 핸들 각도 대 애커만 비(Ackerman ratio) 특성도로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 조향 휠 각도 센서(21)에 의해 검출된 핸들 각도의 검출값이, 핸들 각도가 미리 설정된 상위 임계치 미만이거나 동일하고 그 절대값이 상위 임계치와 동일한 미리 설정된 하위 임계치를 초과하거나 동일한, 미리 설정된 좁은 핸들 각도 범위 또는 미리 설정된 좁은 시계방향/반시계방향 조향 휠 운동 범위 내에 있을 때, 각각의 클러치 장치(3A, 3B)를 결합시키도록 작동된다. 좌우측 클러치 장치(3A, 3B)가 결합된 상태에서, 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동은, 좌우측 래크가 서로 기계적으로 연결된 것처럼 좌우측 래크의 차동 래크 스트로크 없이 이루어진다. 반대로, 핸들 각도가 미리 설정된 상위 임계치를 초과하거나 미리 설정된 하위 임계치 미만인, 미리 설정된 넓은 핸들 각도 범위 또는 미리 설정된 넓은 시계방향/반시계방향 조향 휠 운동 범위 내에 핸들 각도가 있을 때, 조향 제어기(19A, 19B)는 각각의 클러치 장치(3A, 3B)를 해제시키도록 작동된다. 좌우측 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태에서, 좌우측 조향 액추에이터(5A, 5B)는, 좌우측 래크(6L, 6R) 사이의 차동 운동(또는 차동 래크 스트로크)을 허용하는 방식으로 각각의 조향 제어기(19A, 19B)에 의해 서로 독립적으로 제어되고, 이로써 적절한 애커만 비(또는 적절한 애커만 각도)를 보장한다.

도24에 도시된 미리 설정된 차속 대 애커만 비 특성도로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는, 차속 센서(24)에 의해 검출된 차속의 검출값이, 차속이 미리 설정된 상위 임계치(차량 전진 주행 중의 미리 설정된 양의 임계치에 해당함)보다 높거나 그 절대값이 상위 임계치의 절대값과 동일한 미리 설정된 하위 임계치(차량 후진 주행 중의 미리 설정된 음의 임계치에 해당함)보다 낮은, 미리 설정된 높은 차속 범위 내에 있을 때, 각각의 클러치 장치(3A, 3B)를 결합시키도록 작동된다. 좌우측 클러치 장치(3A, 3B)가 결합된 상태에서, 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동은 좌우측 래크가 서로 기계적으로 연결된 것처럼 좌우측 래크의 어떠한 차동 래크 스트로크도 없이 이루어진다. 반대로, 차속이 미리 설정된 상위 임계치 미만이거나 동일하고 미리 설정된 하위 임계치를 초과하거나 동일한, 미리 설정된 낮은 차속 범위에 차속이 있을 때, 조향 제어기(19A, 19B)는 각각의 클러치 장치(3A, 3B)를 해제시키도록 작동된다. 좌우측 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태에서, 좌우측 조향 액추에이터(5A, 5B)는, 좌우측 래크(6L. 6R) 사이의 차동 운동(또는 차동 래크 스트로크)을 허용하는 방식으로 각각의 조향 제어기(19A, 19B)에 의해 서로 독립적으로 제어되고, 이로써 적절한 애커만 비(또는 적절한 애커만 각도)를 보장한다.

도19에 도시된 조향 연결 레이아웃으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도19의 제9 변형예의 조향 연결부에서, 좌측 타이 로드(tie rod)(25)와 좌측 너클 아암(knuckle arm)(26) 사이와 우측 타이 로드(25)와 좌측 너클 아암(26) 사이의 상대적 설치 위치는 연결 효율을 향상시키도록 결정된다. 즉, 좌측 타이 로드(25), 좌측 래크의 최외측 단부에 대한 핀 연결, 및 좌측 너클 아암(26), 전방 차축(27)의 좌측 단부에 대한 핀 연결은 사실상 직각으로 서로 핀 연결되도록 배치된다. 유사한 방식으로, 우측 타이 로드(13), 우측 래크의 최외측 단부에 대한 핀 연결, 및 우측 너클 아암(26), 전방 차축(27)의 우측 단부에 대한 핀 연결은 사실상 직각으로 서로 핀 연결되도록 배치된다.

[조화 연결 효율 및 애커만 비]

보우덴 케이블이 조향 축을 사용하는 대신에 사용되고 조향 래크-피니언 조향 기어 장치가 단일 강성 조향 래크 축을 포함하는 통상의 케이블 조향 컬럼 시스템에서, 도20에 도시된 바와 같이 좌측 타이 로더(25)와 좌측 너클 아암(26) 사이와 우측 타이 로드(25)와 우측 너클 아암(26) 사이의 상대적 설치 위치는, 단지 회전 반경(R)에 대한 휠베이스(wheelbase)(L)의 비(L/R)로서 표현되고 차량의 최소 회전 반경과 관련된 애커만 비 또는 애커만 조향각(δ(=L/R))을 보장하도록 결정된다고 가정한다. 이러한 경우에서, 조향 연결부의 연결 효율은 또한 애커만 조향각(δ(=L/R))에 기초하여 타이 로드와 조향 너클 아암 사이의 상대적 설치 위치 관계에 의해 단일하게 결정된다. 연결 효율은 레이아웃 제한 범위 내에서 완충 장치(suspension) 형상을 변경함으로써 조절될 수 있다. 그러나, 레이아웃 제한에 의해, 단지 완충 장치 형상에 의해 연결 효율을 만족스럽게 향상시키는 것은 어렵다. 비교적 낮은 연결 효율을 갖는 조향 연결부는 대형 조향 액추에이터를 필요로 한다.

전술된 바와 대조적으로, 보우덴 케이블이 조향 축을 사용하는 대신에 사용되고 조향 래크-피니언 조향 기어 장치가 단일 강성 조향 래크 축을 포함하는 통상의 케이블 조향 컬럼 시스템에서, 도21에 도시된 바와 같이, 타이 로드와 조향 너클 아암 사이의 적절한 상대적 설치 위치 관계는 높은 연결 효율을 제공하도록 결정된다고 가정한다. 이러한 경우에서는 요구되는 애커만 비를 제공하기 어렵다.

다른 한편, 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 제1 및 제2 클러치 장치(3A, 3B)가 조향 제어기(19A, 19B)로부터의 각각의 명령 신호에 응답하여 결합된 경우, 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동은, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 연결된 것처럼 어떠한 차동 래크 스트로크도 없이 이루어지며, 부가적으로 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 케이블 조향 컬럼 시스템으로서 기능한다. 반대로, 제1 및 제2 클러치 장치(3A, 3B)가 조향 제어기(19A, 19B)로부터의 각각의 명령 신호에 응답하여 해제된 경우, 좌우측 래크(6L, 6R)는 각각의 피니언 축(9A, 9B)을 구동시키는 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)에 의해 서로 독립적으로 제어된다. 그러므로, 조향 연결부 레이아웃, 즉 타이 로드와 조향 너클 사이의 상대적 설치 위치 관계가 애커만 비(L/R)보다 연결 효율에 더 우선하도록 결정된 때에도, 좌우측 래크 (6L, 6R)의 독립적인 제어에 의해 생성된 차동 래크 스트로크에 의해 좌우측 피조향 차륜의 조향각 사이의 큰 조향각 차이를 제공할 수 있다. 전술된 바와 같이, 좌우측 래크(6L, 6R)의 독립적인 제어에 의해 생성된 차동 래크 스트로크에 의하여, 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 향상된 연결 효율과 요구되는 애커만 비(L/R) 사이의 조화와 균형을 이룰 수 있다.

[케이블 백업 기구]

전술된 바와 같이, 클러치 장치(3A, 3B)가 모두 결합된 상태에서, 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동은, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 결합된 것처럼 어떠한 차동 래크 스트로크도 없이 이루어지며, 부가적으로 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 케이블 조향 컬럼 시스템으로써 기능한다. 이러한 상황에서(클러치 장치(3A, 3B)가 결합된 상태), 조향 휠(1)에 입력된 조향 토크는 케이블 백업 기구(4)를 통해 좌우측 래크(6L, 6R)를 거쳐 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R)으로 전달된다.

토크 전달을 위하여, 도19에 도시된 케이블 백업 기구(4)는 3개의 풀리(4P), 조향 입력측 풀리와 조향 출력측 좌측 풀리를 연결하는 제1 보우덴 케이블(4C), 조향 입력측 풀리와 조향 출력측 우측 풀리를 연결하는 제2 보우덴 케이블(4C), 및 조향 입력측의 좌측과 우측 풀리 사이에서 연정하고 좌우측 풀리의 기계적 연결 회전 운동을 위해 요구되는 운동 연결부로서 역할하는 제3 보우덴 케이블(4C)을 포함한다. 대안적으로, 도22에 도시된 바와 같이, 토크 전달을 위하여, 케이블 백업 기구(4)는 4개의 풀리(4P), 조향 입력측 제1 풀리와 조향 출력측 좌측 풀리 사이에서 연장하는 2개의 보우덴 케이블(4C), 및 조향 입력측 제2 풀리와 조향 출력측 우측 풀리 사이에서 연장하는 2개의 보우덴 케이블(4C)을 포함할 수 있다. 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 3개의 풀리가 장착된 케이블 백업 기구(4)의 구조는 도22에 도시된 제10 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 4개의 풀리가 장착된 케이블 백업 기구(4)에 비해 감소된 제조 비용과 단순화 구조 면에서 우수하다.

[피조향 차륜에 대한 조향각 제어]

조향 휠 각도 센서(21)에 의해 검출된 핸들 각도가 도23에 도시된 미리 설정된 핸들 각도 대 애커만 비 특성도의 미리 설정된 좁은 핸들 각도 범위 내에 있을 때, 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이, 달리 말하면 좌우측 조향 래크(6L, 6R)의 큰 차동 래크 스트로크를 제공할 필요가 없다. 그러므로, 미리 설정된 좁은 핸들 각도 범위에서, 클러치 장치(3A, 3B)는 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동이, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 연결된 것처럼 어떠한 차동 래크 스트로크도 없이 이루어지며, 부가적으로 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 케이블 조향 컬럼 시스템으로서 기능하는 동시에 조향 휠(1)로부터 케이블 백업 기구(4)를 통해 좌우측 래크(6L, 6R)를 거쳐 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R)으로의 조향 토크 전달을 보장한다.

반대로, 핸들 각도가 도23에 도시된 미리 설정된 핸들 각도 대 애커만 비 특성도의 미리 설정된 넓은 핸들 각도 범위 내에 있을 때에는, 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이, 달리 말하면 좌우측 조향 래크(6L, 6R)의 큰 차동 래크 스트로크를 제공하는 것이 필요하다. 그러므로, 미리 설정된 넓은 핸들 각도 범위에서, 클러치 장치(3A, 3B)는 조향 휠(1)이 좌우측 래크(6L, 6R)의 각각으로 기계적으로 분리되도록 해제되며, 좌우측 래크는 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이를 제공하고 그 결과 좌우측 조향 액추에이터의 독립적인 제어에 의해 적절한 애커만 비를 보장하도록 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)를 통해 서로 독립적으로 제어된다.

차속 센서(24)에 의해 검출된 차속이 도24에 도시된 미리 설정된 차속 대 애커만 비 특성도의 미리 설정된 높은 차속 범위 내에 있을 때에는, 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이, 달리 말하면 좌우측 조향 래크(6L, 6R)의 큰 차동 래크 스트로크를 제공할 필요가 없다. 그러므로, 미리 설정된 높은 차속 범위에서, 클러치 장치(3A, 3B)는 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동이, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 연결된 것처럼 어떠한 차동 래크 스트로크도 없이 이루어지도록 결합되며, 부가적으로 도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 케이블 조향 컬럼 시스템으로서 기능하는 동시에 조향 휠(1)로부터 케이블 백업 기구(4)를 통해 좌우측 래크(6L, 6R)를 거쳐 우측 피조향 차륜(16L, 16R)으로의 조향 토크 전달을 보장한다.

반대로, 도24에 도시된 차속이 미리 설정된 차속 대 애커만 비 특성도의 미리 설정된 낮은 차속 범위에 있을 때에는, 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이, 달리 말하면 좌우측 조향 래크(6L, 6R)의 큰 차동 래크 스트로크를 제공하는 것이 필요하다. 그러므로, 미리 설정된 낮은 차속 범위에서, 클러치 장치(3A, 3B)는 조향 휠(1)이 각각의 좌우측 래크(6L, 6R)로부터 기계적으로 분리되도록 해제되며, 좌우측 래크는 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이를 제공하고 그 결과 좌우측 조향 액추에이터의 독립적인 제어에 의해 적절한 애커만 비를 보장하도록 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)를 통해 서로 독립적으로 제어된다.

도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B), 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B), 및 2부분으로 분리된 래크(6L, 6R)는 좌우측 피조향 차륜이 조향될 때 좌우측 래크(6L, 6R)의 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있는 조향각 컨버터를 제공하도록 서로 협동한다. 조향 작동 중의 조향각 컨버터의 차동 래크 스트로크 기능에 의하여, 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 향상된 연결 효율과 요구되는 애커만 비(L/R)의 균형을 이룰 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B), 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B), 및 2부분으로 분리된 래크(6L, 6R)를 포함하는 제1 조향각 컨버터는 좌우측 가변 래크(6L, 6R)를 포함하는 가변 피치 이중 래크 배열체에 의해 구성된 제2 조향각 컨버터와 추가로 조합될 수 있다. 이러한 경우에서는, 더욱 넓은 범위의 가변 차동 래크 스트로크 특성을 제공할 수 있고, 이로써 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 향상된 연결 효율과 요구되는 애커만 비(L/R)의 더욱 효과적인 균형을 이룰 수 있다.

도19의 제9 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 이하의 효과 (13) 내지 (16)을 갖는다.

(13) 조향 휠(1)에 대한 조향 입력이 백업 작동 모드 중에 케이블 백업 기구(4)를 거쳐 조향 래크 축으로 직접 전달되거나 SBW 작동 모드 중에 조향 래크 축에 간접적으로 전달되고 나서, 좌우 피조향 차륜이 조향 입력에 기안하여 발생된 조향 래크 축 운동에 의해 조향 가능한 SBW 차량 조향 장치에서, 조향 래크 축은 좌우측의 가동 래크(6L, 6R)로 분리된다. 케이블 백업 기구(4)는 3개의 풀리(4P), 즉 컬럼 축(7)에 부착된 하나의 조향 입력측 원통형 풀리 및 각각의 래크(6L, 6R)와 맞물림 결합 상태로 좌우측 피니언 축(9L, 9R)의 상단부에 고정식으로 연결된 2개의 조향 출력측 원통형 풀리와, 이들 3개의 풀리를 서로 연결하는 보우덴 케이블(4C)을 갖는 기계적 백업 기구로서 구성된다. 제1 조향 액추에이터(5A)는 좌측 피니언 축(9L)을 구동시켜 좌측 래크 스트로크를 생성하기 위하여 좌측 피니언 축(9L)의 중간에 제공되며, 한편 제2 조향 액추에이터(5B)는 우측 피니언 축(9R)을 구동시켜 우측 래크 스트로크를 생성하기 위하여 우측 피니언 축(9R)의 중간에 제공된다. 제1 클러치 장치(3A)는 좌측 피니언 축(9L)의 중앙에 제공되며 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 좌측 풀리와 제1 조향 액추에이터(5A) 사이에 배치되고, 제2 클러치 장치(3B)는 우측 피니언 축(9R)의 중앙에 제공되며 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 우측 풀리와 제2 조향 액추에이터(5B) 사이에 배치된다. 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태로 좌우측 피니언 축(9L, 9R)을 거쳐 각각의 래크(6L, 6R)와 결합된 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A,5B)를 독립적으로 제어함으로써, 좌우측 래크(6L, 6R)의 차동 래크 스트로크에 의해 좌측과 우측의 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 조향각 차이를 제공할 수 있으며, 이로써 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 향상된 연결 효율과 요구되는 애커만 비(L/R)의 조화와 균형을 이룰 수 있다.

(14) 조향 휠 각도 센서(또는 핸들 각도 센서)(21)는 조향 휠 각도(핸들 각도)를 검출하기 위하여 컬럼 축(7)에 부착된다. 조향 휠 각도 센서(21)에 의해 검출된 핸들 각도가 미리 설정된 좁은 핸들 각도 범위 내에 있을 때, 클러치 장치(3A, 3B)는 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동이, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 연결된 것처럼 차동 래크 스트로크 없이 이루어지도록 결합된다. 반대로, 핸들 각도가 미리 설정된 넓은 핸들 각도 범위 내에 있을 때, 클러치 장치(3A, 3B)는 조향 휠(1)이 각각의 좌우측 래크(6L, 6R)로부터 기계적으로 분리되도록 해제되며, 좌우측 래크는 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이를 제공하고 그 결과 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B)의 독립적인 제어에 의해 적절한 애커만 비를 보장하도록 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)를 통해 서로 독립적으로 제어된다. 또한, 전술된 바와 같은 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B)에 대한 독립적인 제어를 위하여 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)가 제공된다. 그러므로, 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 미리 설정된 좁은 핸들 각도 범위 내의 높은 연결 효율과 미리 설정된 넓은 핸들 각도 범위 내의 높은 애커만 비의 조화 및 균형을 이룰 수 있다.

(15) 차속 센서(24)는 차속을 검출하기 위하여 제공된다. 차속 센서(24)에 의해 검출된 차속이 미리 설정된 높은 차속 범위 내에 있을 때, 클러치 장치(3A, 3B)는 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기화된 운동이, 좌우측 래크(6L, 6R)가 단일 강성 조향 래크 축과 유사하게 서로 기계적으로 연결된 것처럼 차동 래크 스트로크 없이 이루어지도록 결합된다. 반대로, 차속이 미리 설정된 낮은 차속 범위 내에 있을 때, 클러치 장치(3A, 3B)는 조향 휠(1)이 좌우측 래크(6L, 6R)로부터 기계적으로 분리되도록 해제되고, 좌우측 래크는 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R) 사이의 큰 조향각 차이를 제공하고 그 결과 좌우측 조향 액추에이터의 독립적인 제어에 의해 적절한 애커만 비를 보장하도록 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)를 통해 서로 독립적으로 제어된다. 또한, 제1 및 제2 조향 액추에이터(5A, 5B)에 대한 전술된 독립적인 제어를 위하여 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)가 제공된다. 그러므로, 2개의 양립할 수 없는 요구 조건, 즉 고속 회전 중의 높은 연결 효율과 저속 회전 중의 높은 애커만 비의 조화와 균형을 이룰 수 있다.

(16) 제1 클러치 장치(3A)는 좌측 피니언 축(9L)의 중앙에 제공되고 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 좌측 풀리와 제1 조향 액추에이터(5A) 사이에 배치되며, 반면 제2 클러치 장치(3B)는 우측 피니언 축(9R)의 중앙에 제공되고 케이블 백업 기구(4)의 조향 출력측 우측 풀리와 제2 조향 액추에이터(5B) 사이에 배치된다. 그러므로, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태의 SBW 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구(4)의 케이블과 풀리가 조향 출력부(2부분으로 분리된 조향 래크 축)의 운동과 동기화하여 이동 및 견인되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 그러므로, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태의 SBW 작동 모드 중에 각각의 조향 액추에이터(5A, 5B)에 의해 좌측 래크(6L)에 연결된 조향 연결부와 우측 래크(6R)에 연결된 조향 연결부를 서로 독립적으로 더욱 정확하게 제어할 수 있다.

이제, 도25를 참조하면, SBW 차량 조향 장치의 제11 변형예가 도시되어 있다. 도25의 제11 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 제1 및 제2 클러치 장치(3A, 3B)의 설치 위치는 도19의 제9 변형예의 조향 장치로부터 약간 변형된다. 도25에 도시된 바와 같이, 제1 클러치 장치(3A)는 좌우측 피니언 축(9L, 9R) 중 하나의 중앙에 제공되고 하나의 피니언 축의 상단부에 고정식으로 연결된 조향 출력측 풀리(좌측 풀리)와 제1 조향 액추에이터(5A) 사이에 배치된다. 제2 클러치 장치(3B)는 컬럼 축(7)의 중앙에 제공되고 케이블 백업 기구(4)의 조향 입력측 풀리와 조향 입력부(조향 휠(1)) 사이에 배치된다. 도5의 제11 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도19의 제9 변형예의 구조와 동일하다. 도25의 제11 변형예의 조향 장치는 아래와 같이 작동한다.

제1 및 제2 클러치(3A, 3B)가 조향 제어기(19A, 19B)로부터의 명령 신호에 응답하여 모두 해제된 상태에서 조향 휠(1)이 회전될 때, 케이블 백업 기구(4)의 케이블과 풀리는 단지 우측 피조향 차륜(16R)에 의해 이동 및 견인된다. 이러한 상황에서는, 케이블 백업 기구(4)의 케이블과 풀리가 조향 입력측(조향 휠(1))의 회전 운동과 동기화하여 이동 및 견인되는 것을 방지하여, 운전자의 조향감이 보우덴 케이블의 외부 튜브와 내부 케이블 사이의 마찰 항력(friction drag) 또는 마찰 저항에 의해 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도25의 제11 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도19의 제9 변형예의 조향 장치에 의해 얻어진 효과 (13) 내지 (16)에 더하여 이하의 효과 (17)을 갖는다.

(17) 제1 클러치 장치(3A)는 좌우측 피니언 축(9L, 9R) 중 하나의 중앙에 제공되고 하나의 피니언 축의 상단부에 고정식으로 연결된 조향 출력측 풀리(좌측 풀리)와 제1 조향 액추에이터(5A) 사이에 배치된다. 제2 클러치 장치(3B)는 컬럼 축(7)의 중앙에 제공되고 케이블 백업 기구(4)의 조향 입력측 풀리와 조향 입력부(조향 휠(1)) 사이에 배치된다. 그러므로, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 상태의 조향 작동 중에, 양호한 조향감을 제공할 수 있다.

이제, 도26을 참조하면, SBW 차량 조향 장치의 제12 변형예가 도시되어 있다. 도26의 제12 변형예의 SBW 차량 조향 장치에서, 제1 쌍의 조향 액추에이터(5A, 5C)는 좌측 래크(6L)의 래크 스트로크를 위하여 사용되며, 한편 제2 쌍의 조향 액추에이터(5B, 5D)는 우측 래크(6R)의 래크 스트로크를 위해 사용된다. 구체적으로, 도26에 도시된 바와 같이, 제1 쌍의 조향 액추에이터(5A, 5C)는 좌측 피니언 축(9L)의 중앙에 제공되고, 반면 제2 쌍의 조향 액추에이터(5B, 5D)는 우측 피니언 축(9R)의 중앙에 제공된다. 도26의 제12 변형예의 조향 장치에서, 각각의 개별 래크를 위하여 2개의 조향 액추에이터가 제공된다. 그 대신에, 2개 이상의 조향 액추에이터가 각각의 개별 래크를 위하여 제공될 수 있다.

한 쌍의 피드백 액추에이터(2A, 2B)가 컬럼 축(7)의 중앙에 제공된다. 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 SBW 작동 모드 중에 조향 액추에이터(5A, 5B, 5C, 5D) 중 하나가 고장인 경우 또는 제1 조향 액추에이터 쌍(5A, 5C) 중 하나와 제2 조향 액추에이터 쌍(5B, 5D) 중 하나가 고정인 경우, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 좌우측 래크(6L, 6R)가 중립 위치에 도달될 때까지 고장인 액추에이터를 제외하고 정상적으로 작동하는 조향 액추에이터에 의해 SBW 작동 모드를 연속적으로 수행하도록 작동된다. 그리고 나서, 래크가 중립 위치에 도달되는 즉시 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 클러치 장치(3A, 3B)를 결합시킴으로써 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드(또는 페일 세이프 작동 모드)로 전환한다. 도26의 제12 변형예의 조향 장치에서, 제1 조행 제어기(19A)는 제1 피드백 액추에이터(2A), 제1 클러치 장치(3A) 및 제1 쌍의 조향 액추에이터(5A, 5C)를 제어하도록 할당된다. 제2 조향 제어기(19B)는 제2 피드백 액추에이터(2B), 제2 클러치 장치(3B) 및 제2 쌍의 조향 액추에이터(5B, 5D)를 제어하도록 할당된다. 즉, 도26의 제12 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 이중 피드백 액추에이터와 조향 액추에이터 제어 시스템(간단히, 이중 액추에이터 제어 시스템)을 보장한다. 도26의 제12 변형예의 다른 구조는 도19의 제9 변형예의 구조와 동일하다. 도26의 제12 변형예의 조향 장치는 이하와 같이 작동한다.

도26의 제12 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 이중 피드백 액추에이터 시스템, 각각의 개별 래크를 위한 이중 조향 액추에이터 시스템, 및 이중 액추에이터 제어 시스템을 사용한다. 따라서, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제되는 SBW 작동 모드 동안에 조향 액추에이터(5A, 5B, 5C, 5D) 중 어느 하나가 고장이거나, 제1 조향 액추에이터 쌍(5A, 5B) 중 어느 하나와 제2 조향 액추에이터 쌍(5B, 5D) 중 어느 하나가 고장난 때에도, 좌우측 래크(6L, 6R)의 소정 중립 위치가 도달될 때까지 고장난 액추에이터를 제외한 고장나지 않은 조향 액추에이터에 의해 SBW 작동 모드가 계속 실행될 수 있다. 그러므로, SBW 시스템 고장이 발생한 즉시 클러치 장치(3A, 3B)를 신속하게 결합시킬 필요가 없다. SBW 시스템 고장(액추에이터 고장)이 발생한 후에, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 피조향 차륜 쌍(16L, 16R)의 0인 평균 조향각에 실질적으로 대응하는 소정의 래크 중립 위치가 도달될 때까지 SBW 작동 모드를 계속 실행하도록 작동한다. 소정의 래크 중립 위치가 도달된 즉시, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 클러치 장치(3A, 3B)를 결합시킴으로써 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드(또는 페일 세이프 작동 모드)로 절환시키며, 이에 의해 2개의 래크(6L, 6R)가 단일의 강성 조향 래크 축과 같이 서로 기계적으로 연결된 것처럼 차동 래크 스트로크 없이 좌우측 래크(6L, 6R)의 동기 이동이 성취되며, 부가적으로 도26의 제12 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 케이블 조향 컬럼 시스템으로서 기능한다. 클러치 장치(3A, 3B)가 조향 액추에이터(5A 내지 5D) 중 어느 하나가 고장난 즉시 결합된다고 가정하면, 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R)의 바람직하지 않은 토우각(toe-angle) 변화가 소정의 래크 중립 위치 부근에서 발생하는 경향이 있다.

도26의 제12 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도19의 제9 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과 (13) 내지 (16)에 더하여 이하의 효과 (18) 및 (19)를 갖는다.

(18) 각각의 개별 래크를 위한 이중 조향 액추에이터를 구성하기 위하여, 제1 조향 액추에이터 쌍(5A, 5C)이 좌측 피니언 축(9L)의 중간에 구비되는 반면에, 제2 조향 액추에이터 쌍(5B, 5D)이 우측 피니언 축(9R)의 중간에 구비된다. 따라서, SBW 작동 모드 동안에 조향 액추에이터(5A 내지 5D) 중 어느 하나가 고장이거나, 제1 조향 액추에이터 쌍(5A, 5B) 중 어느 하나와 제2 조향 액추에이터 쌍(5B, 5D) 중 어느 하나가 고장난 때에도, 조향각 제어 기능을 유지할 수 있다.

(19) 클러치 장치(3A, 3B)가 해제되는 SBW 작동 모드 동안에, 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제1 조향 액추에이터 그룹(2 이상의 조향 액추에이터(5A, 5C))과 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제2 조향 액추에이터 그룹(2 이상의 조향 액추에이터(5C, 5D)) 중 어느 하나가, 또는 제1 조향 액추에이터 그룹 중 어느 하나 그리고 제2 조향 액추에이터 그룹 중 어느 하나가 고장난 때, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 좌우측 래크(6L, 6R)의 소정의 중립 위치가 도달될 때까지 고장난 액추에이터를 제외한 고장나지 않은 작동 조향 액추에이터에 의해 SBW 작동 모드를 계속 실행하도록 작동한다. 그리고 나서, 소정의 래크 중립 위치가 도달된 즉시, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 클러치 장치(3A, 3B)를 결합시킴으로써 백업 작동 모드(또는 페일 세이프 작동 모드)로 절환시킨다. 따라서, 소정의 래크 중립 위치가 도달될 때까지 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로의 모드 절환을 억제시킴으로써 좌우측 피조향 차륜(16L, 16R)의 바람직하지 않은 토우각 변화가 소정의 래크 중립 위치 부근에서 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이제, 도27을 참조하면, SBW 차량 조향 장치의 제13 변형예가 도시되어 있다. 후술되는 바와 같이, 도27의 제13 변형예의 조향 장치는, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 SBW 작동 모드에서 SBW 차량 조향 장치가 작동 중인 조건 하에서 제1 및 제2 조향 제어기 중 어느 하나가 고장난 때 또는 제1 및 제2 조향 제어기의 조향 액추에이터 구동 회로들 중 어느 하나가 고장난 때에도, SBW 작동 모드에 따른 액추에이터 제어를 계속 실행할 수 있다. 도27에 도시된 바와 같이, 도27의 제13 변형예의 조향 장치는 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)를 포함하는 이중 액추에이터 제어 시스템을 사용하며, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)의 명령 신호 회로 또는 구동 신호 회로의 소위 대각선 분리 배치, 즉, X-분리 배치도 사용한다. 제1 조향 제어기(19A)는 좌측 래크(6L)를 구동하기 위해 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제1 조향 액추에이터(5A)와, 우측 래크(6R)를 구동하기 위해 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제4 조향 액추에이터(5D)를 제어하도록 할당된다. 한편, 제2 조향 제어기(19B)는 우측 래크(6R)를 구동하기 위해 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제2 조향 액추에이터(5B)와, 좌측 래크(6L)를 구동하기 위해 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제3 조향 액추에이터(5C)를 제어하도록 할당된다. 도27의 제13 변형예의 기타 구조는 도26의 제12 변형예의 구조와 동일하다. 도27의 제13 변형예의 조향 장치는 다음과 같이 작동한다.

도27의 제13 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 이중 액추에이터 제어 시스템은 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)의 명령 신호 회로 또는 구동 신호 회로의 대각선 분리 배치(X-분리 배치)를 사용하는데, 여기서 제1 조향 제어기(19A)의 출력 인터페이스는 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제1 조향 액추에이터(5A)에 조향 액추에이터 구동 회로를 거쳐 연결되고 또한 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제4 조향 액추에이터(5D)에 조향 액추에이터 구동 회로를 거쳐 연결되며, 제2 조향 제어기(19B)의 출력 인터페이스는 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제2 조향 액추에이터(5B)에 조향 액추에이터 구동 회로를 거쳐 연결되고 또한 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제3 조향 액추에이터(5C)에 조향 액추에이터 구동 회로를 거쳐 연결된다. 설명을 간단히 하기 위하여, 구동 회로는 생략하기로 한다. 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)의 명령 신호 회로의 이러한 대각선 분리 배치(X-분리 배치)에 의해, 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 SBW 작동 모드 동안에 제1 및 제2 조향 제어기 중 어느 하나가 고장난 때 또는 제1 및 제2 조향 제어기의 조향 액추에이터 구동 회로 중 어느 하나가 고장난 때에도, SBW 시스템 고장이 발생한 즉시 클러치 장치(3A, 3B)를 신속하게 결합시킬 필요가 없으며, 따라서 조향 입력부(조향 휠(1))가 조향 출력부(2개의 분리된 좌우측 래크(6L, 6R)를 포함)로부터 기계적으로 분리된 SBW 작동 모드(액추에이터 제어)의 후속적인 실행을 가능하게 한다.

도27의 제13 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도19의 제9 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과 (13) 내지 (16)에 더하여 이하의 효과 (20)을 갖는다.

(20) SBW 차량 조향 장치의 이중 액추에이터 제어 시스템은 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)의 명령 신호 회로의 대각선 분리 배치(X-분리 배치)를 사용하는데, 여기서 제1 조향 제어기(19A)는 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제1 조향 액추에이터(5A) 및 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제4 조향 액추에이터(5D)에 연결되며, 제2 조향 제어기(19B)는 우측 피니언 축(9R)에 부착된 제2 조향 액추에이터(5B) 및 좌측 피니언 축(9L)에 부착된 제3 조향 액추에이터(5C)에 연결된다. 클러치 장치(3A, 3B)가 해제된 SBW 작동 모드 동안에 제1 및 제2 조향 제어기 중 어느 하나가 고장난 때 또는 제1 및 제2 조향 제어기의 조향 액추에이터 구동 회로 중 어느 하나가 고장난 때에도, 조향 입력부(조향 휠(1))가 조향 출력부(2개의 분리된 좌우측 래크(6L, 6R)를 포함)로부터 기계적으로 분리된 액추에이터 제어(SBW 작동 모드)를 계속 실행하는 것이 가능하다.

이제 도28을 참조하면, SBW 차량 조향 장치의 제14 변형예가 도시되어 있다. 후술되는 바와 같이, 도28의 제14 변형예의 조향 장치는 단일 조향 액추에이터인 것처럼 보이지만 이중 조향 액추에이터 기능을 제공하는 조향 액추에이터 유닛을 사용한다. 도28에 도시된 바와 같이, 각각의 피니언 축(9L, 9R)에 부착된 제1 및 제2 조향 액추에이터 유닛(5A, 5B) 각각은 단일 로터가 2개의 스테이터에 의해 구동될 수 있는 1-로터 2-스테이터 모터로 구성된다. 도28의 시스템 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 도28의 제14 변형예의 조향 장치는 단일 피드백 액추에이터인 것처럼 보이지만 이중 피드백 액추에이터 기능을 제공하는 피드백 액추에이터 유닛을 사용한다. 즉, 컬럼 축(7)에 부착된 피드백 액추에이터 유닛(2A)도 단일 로터가 2개의 스테이터에 의해 구동될 수 있는 1-로터 2-스테이터 모터로 구성된다. 도28의 제14 변형예의 기타 구조는 도19의 제9 변형예의 구조와 동일하다. 도28의 제14 변형예의 조향 장치는 다음과 같이 작동한다.

도28의 제14 변형예의 조향 장치에서, 1-로터 2-스테이터 모터가 조향 액추에이터 및 피드백 액추에이터로서 사용된다. 단일 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터들과 비교하여, 이중 액추에이터 기능을 제공할 수 있는 1-로터 2-스테이터 모터는 구성에 있어서 간단하고, 감소된 개수의 모터 부품, 모터 축과 피니언 축(9)을 상호 연결하는 감소된 개수의 구성 부품, 조향 시스템의 감소된 총 제조 비용, 및 모터 토크 손실이 감소된 저렴한 이중 액추에이터 시스템에 있어서 우수하다.

도28의 제14 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도19의 제9 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과 (13) 내지 (16)에 더하여 이하의 효과 (21)를 갖는다.

(21) 좌우측 피니언 축(9L, 9R)의 각각을 위한 이중 조향 액추에이터 시스템으로서 1-로터 2-스테이터 모터가 사용되어서, 간단하고 저렴하며 경량이고 소형이며 모터 토크 손실이 감소된 이중 액추에이터 시스템을 구현한다.

이제 도29를 참조하면, 전자기 클러치의 상세한 구조가 도시되어 있는데, 이 전자기 클러치는 도1에 도시된 실시예와 도5, 도7 및 도14 내지 도18에 도시된 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 각각의 케이블 백업 기구(4)의 백업 기능을 결합(가능하게 함) 또는 해제(불가능하게 함)하기 위해 필요한 클러치 장치(3)의 마찰 클러치로서 적용될 수 있다. 도29에 명확하게 도시된 바와 같이, 마찰 클러치를 구성하는 전자기 클러치는 조향 토크를 마찰 토크에 의해 전달하도록 기능한다. 도1, 도7 및 도14 내지 도18로 돌아가면, 단일 마찰 클러치 장치(3)(또는 제1 마찰 클러치(3))는 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비되는데, 정확하게는 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8)들 사이에 배치된다. 그 이상에서는 마찰 클러치 장치가 클러치 결합 상태에서 미끄러지기 시작하는 한계 전달 토크 또는 임계 전달 토크는 케이블 백업 기구(4)의 항복점에 도달되는 소정의 항복 토크보다 더 낮게 되도록 설정된다는 것을 알아야 한다. 전자기 클러치로 구성된 마찰 클러치 장치는 점화 스위치가 오프(OFF) 상태로 된 조건 하에서 결합 상태로 유지된다. 전화 스위치가 온(ON) 상태로 된 때, 조향 제어기(19)의 프로세서의 클러치 제어부는 전자기 클러치를 해제하도록 전자기 클러치로 명령 신호를 발생시킨다. 이후에, 프로세서는 SBW 차량 조향 시스템이 정상적으로 작동하고 있다고 판단하지만, 클러치 제어부는 전자기 클러치를 해제 상태로 유지한다. 이와 반대로, SBW 시스템 고장이 있는 경우에, 클러치 제어부는 전자기 클러치를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로 절환하게 한다.

클러치 장치(3)의 마찰 클러치로서 적용될 수 있는 전자기 클러치를 도시하는 도29의 종단면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 전자기 클러치(3)는 보스(boss, 3a), 플랜지 형성 로터(flanged rotor, 3b), 플랜지 형성 아마추어 허브(flanged armature hub, 3c), 실질적으로 환상인 판스프링 또는 실질적으로 환상인 디스크 스프링(3d), 아마추어(3e), 전자기 코일(3f) 및 요크(yoke, 3g)로 구성된다. 보스(3a)는 제2 컬럼 축(8)에 고정 연결된다. 플랜지 형성 로터(3b)는 보스(3a)의 외주에 고정되고 보스(3a)를 거쳐 제2 컬럼 축(8) 상에 장착된다. 플랜지 형성 아마추어 허브(3c)는 플랜지 형성 로터(3b)의 축선(달리 말하면, 제2 컬럼 축(8)의 축선)에 대하여 동축으로 배열되어 제1 컬럼 축(7)에 스플라인 결합된다. 실질적으로 환상인 판스프링(3d)은 내주 기부 부분에서 아마추어 허브(3c)의 플랜지 형성부(flanged portion)에 리벳 또는 핀으로 연결된다. 실질적으로 환상인 판스프링(3d)은 판스프링 내주 기부 부분으로부터 방사상 외측으로 연장되는 복수의 다리부(bridged portion)를 갖는다. 아마추어(3e)는 판스프링(3d)을 거쳐 아마추어 허브(3c)의 플랜지 형성부에 고정 연결되어 아마추어 허브(3c)의 플랜지 형성부의 외주의 외측에 배치된다. 실제로, 아마추어(3e)는 판스프링(3d)의 외주의 자유 단부에 리벳 또는 핀으로 연결된다. 전자기 코일(3f)은 로터(3b)의 외주 상에 배열된다. 요크(3g)는 전자기 코일(3f)을 수용하도록 제공되고, 컬럼 하우징 또는 요크 장착 홀더(도시 안됨)에 의해 지지된다. 아마추어(3e)의 좌측 측벽 표면 및 로터(3b)의 플랜지 형성부의 견인 표면(우측 측벽 표면)은 서로 대향하도록 배치된다. 전자기 클러치의 앞서 논의된 배치에 의해, 여기 전류가 전자기 코일(3f)에 인가될 때, 자속(Φ)이 생성된다. 생성된 자속(Φ)으로부터 발생한 인력에 의해, 아마추어(3e)는 로터(3b)의 플랜지 형성부의 견인 표면(우측 측벽 표면)을 향해 판스프링(3d)의 스프링 편의력(bias)에 대항하여 이끌리며, 따라서 아마추어(3e)의 좌측 측벽 표면은 플랜지 형성 로터(3b)의 견인 표면(우측 측벽 표면)과 접촉하게 된다. 이끌린 조건 하에서, 제1 및 제2 컬럼 축(클러치 입력 및 출력 축)(7, 8)은 서로 결합되어 토크 전달을 허용한다. 역으로, 전자기 코일(3f)에 대해 여기 전류가 인가되지 않아서 자속(Φ)이 생성되지 않을 때, 아마추어(3e)는 판스프링(3d)의 스프링 편의력에 의해 로터(3b)의 플랜지 형성부의 견인 표면(우측 측벽 표면)으로부터 이격된다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 전자기 클러치의 전달 토크 용량은 전자기 코일(3f)에 의해 생성된 자속(Φ)의 크기, 즉 인력의 크기를 가변 또는 조절함으로써 요구되는 적당한 토크 용량으로 임의로 용이하게 설정될 수 있다.

이제 도30을 참조하면, 보우덴(Bowden) 케이블(4c, 4d, 4d, 4c)의 상세한 구조가 도시되어 있다. 도30에서 명확하게 도시된 바와 같이, 보우덴 케이블은 주로 내부 케이블(40i) 및 외부 튜브(40m)로 구성된다. 외부 튜브(40m)는 라이너(40l), 복수의 금속 와이어(41), 스트립형 또는 밴드형 또는 리본형 금속재(42), 및 관형 코팅 또는 피복재(43)로 구성된다. 라이너(40l)는 환상의 횡단면을 가지며, 저마찰 합성 수지 파이프 재료로 만들어진다. 금속 와이어(41)는 라이너(40l)의 원주 방향으로 등간격으로 배치되고, 2개의 인접한 금속 와이어의 외주들이 길이방향으로 서로 선접촉하도록 서로 접촉하여 라이너(40l)의 외주 벽면 상에 설치된다. 리본형 금속재(42)는 복수의 금속 와이어(41)에 의해 구성된 실질적으로 원통형인 금속 와이어 어레이의 외주 상에 소정의 당김 토크(tightening torque)를 가지고 감긴다. 관형 피복재(42)는 나선형으로 감긴 리본형 금속재(42)의 외주를 덮도록 제공된다. 한편, 내부 케이블(40i)은 외부 튜브(40m)의 라이너(40l) 내로 활주 가능하게 삽입되거나 그 내부에 활주 가능하게 배치된다. 도30에 명확하게 도시되어 있지 않지만, 내부 케이블(40i)은 스테인레스강 연선 또는 알루미늄 연선과 같은 연선(stranded wire)으로 제조된 연선 케이블로 형성된다. 이상으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 외부 튜브의 일부를 구성하는 복수의 금속 와이어(41)는 외부 튜브의 축방향 또는 길이방향으로 작용하는 인장 하중을 지지 및 지탱하도록 작용하여서, 외부 튜브의 바람직하지 않은 신장 변형이 발생하는 것을 효과적으로 방지하다. 나선형으로 감긴 리본형 금속재(42)는 내부 케이블(40i)이 내부 케이블(40i)의 굴곡 상태로 배치된 조건 하에서, 원주방향으로 등간격으로 배치된 금속 와이어(41)들이 서로로부터 이격되는 것을 효과적으로 억제하는 역할을 한다. 부가적으로, 금속 와이어(41)에 의해 구성된 실질적으로 원통형인 금속 와이어 어레이의 외주 상에 소정의 당김 토크를 가지고 나선형으로 감긴 리본형 금속재(42)는 외부 튜브의 적당한 곡률 이동, 즉 외부 튜브의 적당한 유연성을 허용한다.

이상에서 논의된 바와 같이, 도시된 실시예의 SBW 차량 조향 장치에서, 그 이상에서는 클러치 장치(3)가 클러치 결합 상태 하에서 미끄러지기 시작하여서 클러치 장치(3)의 바람직하지 않은 미끄러짐이 발달하기 시작하는 한계 전달 토크 또는 임계 전달 토크는 케이블 백업 기구(4)의 항복점에 도달하게 되는 소정의 항복 토크보다 더 낮게 설정된다. 달리 말하면, 클러치 장치(3)의 소정의 전달 토크 용량은 외부 튜브(40m)의 축방향 항복점(또는 내력(proof stress) 또는 축방향 항복 강도)과 내부 케이블(40i)의 축방향 항복점(또는 내력 또는 축방향 항복 강도) 중 낮은 항복점보다 더 낮게 되도록 설정된다. 이하에서는, 전술된 소정의 토크 용량을 갖고 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)를 채용하는 도시된 실시예의 SBW 차량 조향 장치의 장점들과, 조향 출력부(래크-피니언 기어)와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)를 채용한 SBW 차량 조향 장치의 장점들이 설명된다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 케이블 백업 기구(4)의 최대 케이블 스트로크는 제한적이다. 조향 출력부(래크-피니언 기어)와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)를 채용한 SBW 차량 조향 장치의 경우에, 클러치 장치(3)가 결합되어 백업 작동 모드를 개시한 후에 조향 휠(1)의 회전 이동이 있는 상태에서 과도한 전달 토크(과도한 외력)로 인해 바람직하지 않은 클러치 미끄러짐이 발생한다고 가정하면, 조향된 방향들 중 하나에서의 조향각이 케이블 백업 기구(4)의 제한적인 케이블 스트로크 및 클러치 미끄러짐으로 인해 바람직하지 않게 감소하는 경향이 있다. 달리 말하면, 조향 출력부와 케이블 백업 기구(4) 사이에 클러치 미끄러짐이 있는 상태에서, 조향각과 상관된 조향 래크 스트로크에 대하여 케이블 백업 기구(4)의 케이블 스트로크의 부족이 있게 된다. 따라서, 클러치 미끄러짐으로 인해 하나의 조향된 방향으로 만족스러운 조향각을 줄 수가 없다. 이를 피하기 위하여, 클러치 미끄러짐을 일으키는 과도한 조향 입력을 흡수하기에 충분한 부가적인 케이블 스트로크를 고려하여, 케이블 백업 기구(4)의 최대 케이블 스트로크는 비교적 긴 케이블 스트로크로 설정되어야 한다. 이러한 비교적 긴 케이블 스트로크를 구현하기 위하여, 클러치 장치(3)의 전달 토크 용량은 비교적 높은 수준으로 설정되어야 한다. 이는 대형 클러치 장치(3)라는 다른 문제점을 유발한다. 부가적으로, 전달 토크 용량을 증가시키는 것, 즉 임계 전달 토크를 증가시키는 것은 케이블 백업 기구(4)의 보우덴 케이블의 열화된 내구성을 의미한다. 조향 출력부와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)의 설치 설계에서(도19 참조), 클러치 장치(3)가 결합 또는 해제되었는지 여부와 무관하게, 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리는 항상 조향 휠(1)의 회전 운동과 동기되어 이동 및 제동된다. 이러한 경우에, 서로 활주 접촉하고 있는 내부 케이블(40i) 및 외부 튜브(40m)가 바람직하지 않게 빠르게 마모되어서 케이블 백업 기구(4)의 내구성을 현저하게 열화시키는 경향이 있다. 부가적으로, 조향 휠(1)의 회전과 동기된 연속적인 감김 작동 및 풀어내는 동작 동안에, 내부 케이블(40i)과 외부 튜브(40m) 사이의 마찰은 조향 휠의 임의의 이동에 대한 마찰 저항, 즉 증가된 조향 노력을 의미하며, 조향감을 열화시킨다.

대조적으로, 전술된 소정의 토크 용량을 갖고 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)를 채용한 도시된 실시예의 SBW 차량 조향 장치의 경우에(도 1 참조), 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 클러치 미끄러짐이 있는 상태에서도, 조향 출력부(래크-피니언 기어)와 케이블 백업 기구(4) 사이의 적당한 상대적인 위상이 유지될 수 있어서, 조향각과 상관된 조향 래크 스트로크에 대하여 케이블 백업 기구(4)의 케이블 스트로크가 부족하게 된다. 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)의 설치 설계는 클러치 미끄러짐으로 인해 발생하는 각각의 피조향 차륜의 조향각 부족이라는 문제점을 제거한다.

내부 케이블(40i)에 대한 인장 하중의 인가 중에, 외부 튜브(40m)는 압축 하중을 받게 되는 경향이 있다. 역으로, 내부 케이블(40i)에 대한 압축 하중의 인가 중에, 외부 튜브(40m)는 인장 하중을 받게 되는 경향이 있다. 이해되는 바와 같이, 보우덴 케이블이 곡선형으로 배열 또는 배치된 조건 하에서, 인장 하중은 외부 튜브(40m)의 외측 굴곡부에 작용되는 반면에, 압축 하중은 외부 튜브(40m)의 내측 굴곡부에 작용된다. 전술된 2종류의 인장 하중이 동시에 인가되거나 전술된 2종류의 압축 하중이 동시에 인가되는 상태에서, 리본형 금속재(42)가 크게 변형되거나 응력을 받게 되는 경향이 있다. 리본형 금속재(42)의 이러한 큰 변형은 외부 튜브(40m)의 급격하게 굴곡된 또는 급격하게 절곡된 또는 바람직하지 않게 꺽인 부분을 야기함으로써, 외부 튜브의 라이너(40l) 내에서의 내부 케이블(40i)의 원활한 활주 운동을 방지 또는 방해한다.

전술된 바와 같이, 전술된 소정의 토크 용량을 갖고 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)를 채용한 도시된 실시예의 SBW 차량 조향 장치의 경우에(도1 참조), 클러치 장치(3)의 소정의 전달 토크 용량은 내부 케이블(40i)의 축방향 항복점(내력)과 외부 튜브(40m)의 축방향 항복점(내력) 중 낮은 항복점보다 더 낮게 되도록 설정된다. 클러치 장치(3)의 소정의 전달 토크 용량을 내부 케이블(40i)의 축방향 항복점과 외부 튜브(40m)의 축방향 항복점 중 낮은 항복점보다 더 낮게 되도록 설정하는 것에 의해, 클러치 장치(3)가 결합된 백업 작동 모드 동안에 내부 케이블(40i)의 영구 변형이 발생되는 것이 방지될 수 있어서, 외부 튜브 라이너 내에서의 내부 케이블(40i)의 원활한 활주 운동을 보장한다. 부가적으로, 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 클러치 장치(3)의 설치 설계의 경우에, 클러치 장치(3)가 해제된 SBW 작동 모드 동안에, 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리가 조향 휠(1)의 회전 운동과 동기되어 이동 및 제동되는 것을 방지할 수 있어서, 케이블 백업 기구(4)의 내구성이 열화되는 것을 방지하고, 또한 운전자의 조향감이 보우덴 케이블의 외부 튜브(40m)와 내부 케이블(40i) 사이의 마찰 항력 또는 마찰 저항으로 인해 열화되는 것을 방지한다.

도5를 참조하면, SBW 차량 조향 장치의 케이블 백업 기구(4)의 백업 기능을 결합 또는 해제하는 데 필요한 2개의 클러치 장치(3, 3)에 관한 이중 클러치 배치가 도시되어 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 제1 클러치 장치(3)는 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비되는데, 정확하게는 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8)) 사이에 배치된다. 한편, 제2 클러치 장치(3)는 조향 출력부(피조향 차륜에 각각 연결된 래크-피니언 기구)와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된다. 도5에 도시된 전술한 이중 클러치 배치(3, 3)에서, 그 이상에서는 제1 및 제2 마찰 클러치 장치(3, 3)가 모두 결합된 클러치 결합 상태에서 제1 마찰 클러치 장치가 미끄러지기 시작하는 제1 한계 전달 토크는 그 이상에서는 클러치 결합 상태에서 제2 마찰 클러치 장치가 미끄러지기 시작하는 제2 한계 전달 토크보다 낮게 되도록 설정된다. 더 구체적으로는, 제2 마찰 클러치 장치의 소정의 전달 토크 용량은 제1 마찰 클러치 장치의 소정의 전달 토크 용량 및 케이블 백업 기구(4)의 보우덴 케이블의 내부 케이블(40i)과 외부 튜브(40m) 사이의 마찰 저항에 대응하는 토크 값의 합산된 값보다 높게 되도록 설정된다. 부가적으로, 제1 마찰 클러치 장치의 소정의 전달 토크 용량은 내부 케이블(40i)의 축방향 항복점(또는 내력 또는 축방향 항복 강도)과 외부 튜브(40m)의 축방향 항복점(내력 또는 축방향 항복 강도) 중 낮은 항복점보다 더 낮게 되도록 설정된다. 조향 출력부(피조향 차륜에 각각 연결된 래크-피니언 기구)와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 제2 마찰 클러치 장치의 구성은 조향 입력부(조향 휠(1))와 케이블 백업 기구(4) 사이에 구비된 제1 마찰 클러치 장치(3)에 대해 설명된 것과 정확히 동일하다. 이전에 논의된 이중 클러치 배치(도5 참조)는 이하의 장점들을 갖는다.

과도하게 전달된 토크(과도한 외력)가 제1 및 제2 마찰 클러치 장치(3, 3)가 모두 결합된 백업 작동 모드 중에 조향 시스템에 가해지는 경우에, 제1 마찰 클러치 장치는 제1 마찰 클러치 장치의 제1 제한 전달 토크를 제2 마찰 클러치 장치의 제2 제한 전달 토크보다 작게 설정함으로써 제1 2 마찰 클러치 장치가 미끄러지기 시작하기 전에 제1 마찰 클러치 장치가 먼저 미끄러지기 시작한다. 제1 마찰 클러치 장치의 제1 제한 전달 토크가 제2 마찰 클러치 장치의 제2 제한 전달 토크보다 작게 하는 이와 같은 설정은 백업 작동 모드 중에 조향 출력부와 케이블 백업 기구(4) 사이에 제공된 제2 마찰 클러치 장치의 클러치 미끄러짐을 방지하도록 기능한다. 따라서, 제1 마찰 클러치 장치의 클러치 미끄러짐이 존재하는 경우에도, 조향 출력부(래크-피니언 기어)와 케이블 백업 기구(4) 사이의 적절한 상대 위상이 유지될 수 있고, 그 결과 조향각과 관련된 조향 래크 스트로크에 대한 케이블 백업 기구(4)의 케이블 스트로크의 부족이 없게 된다. 역으로 제1 및 제2 마찰 클러치 장치가 결합 해제된 SBW 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구(4)는 조향 입력부(조향 휠(1))와 조향 출력부(각각의 피조향 차륜에 연결된 래크-피니언 기구) 모두로부터 기계적으로 완전히 분리되어 정지 상태를 유지한다. 그러므로, SBW 작동 모드 중에, 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리가 조향 입력부 및 출력부 중의 적어도 하나의 이동과 동기되어 이동하거나 끌리는(drag) 것을 분명히 효과적으로 방지하고 이럼으로써 케이블 백업 기구(4)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도31a 및 도31b에 의하면, 도29에 도시된 전자기-기계식 클러치를 이용하는 대신에 클러치 장치(3)의 마찰 클러치로서 적용될 수 있는 전자기-기계식 클러치(50)의 다른 구조가 도시되어 있다. 도31a 및 도31b에 도시된 바와 같이, 마찰 클러치 장치를 구성하는 전자기-기계식 클러치(50)는 전자석과 이방향 롤러 클러치가 조합된 클러치 유닛이다. 이러한 전자기-기계식 클러치(50)에 있어서, 전자석에 가해지는 여자 전류(exciting current)에 대한 온/오프 제어를 통해 롤러 클러치 구동 상태(롤러 클러치 동력 전달 상태 또는 롤러 클러치 체결 상태)와 롤러 클러치 자유 회전 상태 사이로 용이하게 전환될 수 있다. 도31a에 명확하게 도시된 바와 같이, 전자기-기계식 클러치(50)는 내부 레이스(50a), 로터(50b), 외부 레이스(50c), 복수의 롤러(50d), 케이지(50e), 전자기 코일(50f), 아마추어(50g) 및 스위치 스프링(50h)으로 구성된다. 내부 레이스(50a)는 클러치 출력 축(제2 컬럼 축(8))에 스플라인 형성되고 다각형의 외주 벽 표면(8각형의 외주연 벽 표면)을 갖는다. 로터(50b)는 내부 레이스(50a)의 축선에 대해 동축상으로 배치되고 클러치 입력 축(제1 컬럼 축(7))에 고정 연결된다. 외부 레이스(50c)는 내부 레이스(50a)의 외주연을 차폐하도록 배치되고 사실상 원통형의 내주 벽 표면을 갖고 로터(50b)와 결합될 수 있다. 롤러(50d)는 내외부 레이스(50a, 50c)에 삽입된다. 케이지(50e)는 그 회전축에 대한 각 롤러(50d)의 회전을 가능하게 하면서 롤러(50d)를 보유하고, 그 결과 롤러(50d)가 동일한 간격으로 서로 원주방향으로 등거리로 이격될 수 있다. 전자기 코일(50f)은 로터(50b)의 환형 공간에 수용된다. 아마추어(50g)와 로터(50b)는 서로 축방향으로 대향하고 있다. 스위치 스프링(50h)은 아마추어(50g)와 케이지(50e) 사이에 삽입되어 있다. 전자기-기계식 클러치(50)의 전술한 배치에 의하면, 여자 전류가 전자기 코일(50f)에 가해질 때, 아마추어(50g)는 로터(50b)의 흡인 표면과 접촉하게 되어 케이지(50e)가 구속되고, 그 결과 클러치 입력 축으로부터 클러치 출력 축으로 또는 그 반대로의 동력 전달을 가능하게 하도록 전자기-기계식 클러치(50)는 롤러 클러치 자유 회전 상태로부터 롤러 클러치 구동 상태(롤러 클러치 체결 상태)로 전환된다. 동력 전달 중에(토크 전달 중에) 여자 전류 인가 상태로부터 전자기 코일(50f)로의 여자 전류의 인가가 없는 상태로의 전이가 있는 경우에, 아마추어(50g)는 로터(50b)의 흡입 표면으로부터 접촉이 해제되어 케이지(50g)가 구속되지 않게 되고, 그 결과 전자기-기계식 클러치(50)는 기계식 클러치를 통해 전달되는 토크가 작게 되는 때에 롤러 클러치 자유 회전 상태로 자연스럽게 전환된다. 이러한 방법으로, 롤러 클러치 구동 상태(롤러 클러치 체결 상태)와 롤러 클러치 자유 회전 상태 사이의 절환이 아주 원활하게 된다. 동일한 크기의 전자기 클러치와 비교하면, 전자기-기계식 클러치는 상대적으로 큰 전달 토크 용량을 갖는다. 즉, 전자기-기계식 클러치를 이용함으로써 소정의 토크 용량을 보장하면서 마찰 클러치 장치를 콤팩트하게 설계할 수 있다. 전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서 전자기 클러치 또는 전자기-기계식 클러치가 케이블 백업 기구(4)의 백업 기능을 가능하게 하거나 불가능하게 하는 데에 필요한 클러치 장치(3)의 마찰 클러치로서 사용된다. 대신에, 다른 형태의 클러치가 케이블 백업 기구(4)의 백업 기능을 가능하게 하거나 불가능하게 하는 데에 필요한 클러치 장치(3)로서 사용될 수 있다. 예컨대, 맞물림 클러치(dog clutch)가 클러치 장치(3)로서 사용될 수도 있다.

도32, 도39 및 도44 내지 도46을 참조하면, SBW 시스템, 케이블 백업 기구, 이중 액추에이터 시스템, 이중 센서 시스템 및 이중 제어기 시스템을 각각 사용하는 또다른 변형예들이 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해, 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 케이블 백업 기구 장착 SBW 차량 조향 장치가 고정 피치, 유일한 강성 조향 래크 축으로 구성된 단일 래크 배열체 내에 예시된다. 이 대신에, 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 케이블 백업 기구 장착 SBW 차량 조향 장치가 (조향각 컨버터로 기능하는) 2개로 분리된 가변 피치 래크-피니언 배치에 적용되어 이와 조합될 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 케이블 백업 기구 장착 SBW 차량 조향 장치는 페일 세이프를 위해 이중 액추에이터 시스템, 이중 센서 시스템 및 이중 제어기 시스템을 사용한다. 이 대신에, 페일 세이프 성능을 아주 향상시키기 위해, 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 케이블 백업 기구 장착 SBW 차량 조향 장치는 이중 액추에이터 시스템으로부터 더 업그레이드된 다중 액추에이터 시스템과, 이중 센서 시스템으로부터 더 업그레이드된 다중 센서 시스템과, 이중 제어기 시스템으로부터 더 업그레이드된 다중 제어기 시스템을 이용할 수도 있다. 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 조향 장치의 기본 구성은 도19, 도22 및 도25 내지 도28의 각 변형예의 구성과 유사하다. 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 조향 장치를 설명하는 데에 있어서, 설명의 편의를 위해 도19, 도22 및 도25 내지 도28의 변형예에서의 요소를 가리키는 데에 사용되는 동일한 도면 부호는 도32, 도39 및 도44 내지 도46의 각 변형예의 조향 장치에 사용되는 대응 요소에 적용될 것이고, 동일한 도면 부호에 대한 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명할 것이므로 생략한다.

이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 도32에 도시된 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 이중 토크 센서 시스템(30, 30; 60, 60)과, 이중 액추에이터 시스템(5, 5)과, 이중 제어기 시스템(19, 19)을 갖는다. 도32에 도시된 바와 같이, 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 반작용 제어 시스템, 백업 시스템, 조향 출력 시스템, 조향 제어 유닛(조향 제어기)으로 구성된다. 반작용 제어 시스템은 조향 휠 각도 센서(21; 핸들 각도 센서), 엔코더(2e), 한 쌍의 토크 센서(30, 30), 홀 IC(2h) 및 피드백 액추에이터(2; 반작용 모터)로 구성된다. 조향 휠 각도 센서(21; 핸들 각도 센서)는 케이블 백업 기구(4)를 조향 휠(1)에 연결시키는 제1 컬럼 축(7)에 부착된다. 도32에 명확히 도시된 바와 같이, 조향 휠 각도 센서(21)는 이중 토크 센서 시스템(30, 30)의 일부를 구성하는 토션 바(TB)의 토션 각도에 의해 영향을 받지 않고서 조향 휠 이동에 대응하는 조향각(핸들 각도)을 검출할 수 있도록 조향 휠(1)과 토크 센서 쌍(30, 30) 사이에 배치된다. 도32의 조향 장치에 있어서, 절대값 각도 리졸버(absolute-valued angular resolver; 이하, 간단히 절대 리졸버라 함)가 조향 휠 각도 센서(21)로서 사용된다. 도32의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 반작용 제어 시스템 또는 조향 입력 시스템용 이중 토크 센서 시스템 또는 조향 입력부를 사용한다. 토크 센서 쌍(30, 30)은 조향 휠(1)에 가해진 조향 입력 토크를 검출하기 위해 조향 휠 각도 센서(21)와 피드백 액추에이터(2; 반작용 모터) 사이에 제공된다. 이중 토크 센서 시스템은 제1 및 제2 토크 센서(30A, 30B)로 구성된다.

이제 도33을 참조하면, 이중 토크 센서 시스템(30, 30)의 종단면도가 도시되어 있다. 도33의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 이중 토크 센서 시스템(30, 30)은 축방향으로 연장하는 토션 바(TB)와, (제1 컬럼 축(7)에 대응하는)제1 축부(31)와, 제2 축부(32)와, 제1 자기체(33)와, 제2 자기체(34)와, 제3 자기체(35)와, 전자기 코일(36)로 구성된다. 제1 축부(31; 제1 컬럼 축(7))는 토션 바의 일단부에 연결되고 이 토션 바의 축선에 대해 동축상으로 배치된다. 제2 축부(32)는 토션 바의 타단부에 연결되고 이 토션 바의 축선에 대해 동축상으로 배치된다. 제1 자기체(33)는 제1 축부(31)에 고정 연결되고 2개의 자기체 부분(33, 33)으로 분리된다. 제2 자기체(34)는 제2 축부(32)의 외주 상에 고정 연결된다. 자기 코일(36)은 제1 및 제2 코일부(36, 36)로 구성되고, 제1 및 제2 코일부(36, 36)가 각각의 제1 및 제2 자기체 부분(33, 33)에 대해 대향하고 또한 제2 자기체(34)와 대향하도록 제1 자기체 부분(33, 33)의 외부에 배치된다. 제3 자기체(35)는 2개의 자기체 부분(35, 35)으로 분리되고, 자기체 부분의 각각은 제1 및 제2 코일부(36, 36) 중의 해당 코일부를 차폐하고 둘러싼다. 제1, 제2 및 제3 자기체(33, 34, 35)와 자기 코일(36)은 자기 회로를 제공하기 위해 상호 작용한다. 토크가 토션 바아에 가해지는 경우에, 제1 및 제2 자기체(33, 34) 사이의 상대 변위가 발생하고, 따라서 자기 회로 내의 인덕턴스의 변화가 발생한다. 그 결과, 인덕턴스 변화에 기초한 출력 신호에 의해 인가 토크를 검출할 수 있다.

반작용 모터는 SBW 작동 모드(SBW 제어) 중에 피드백 토크 또는 조향 반작용 토크를 조향 휠(1)에 가하도록 기능하는 피드백 액추에이터(2; 반작용 액추에이터)로서 기능한다. 도32의 조향 장치에 있어서, 반작용 모터는 회전축이 제1 컬럼 축(7)인 1-로터 1-스테이터 모터로 구성된다. 반작용 모터(2)의 모터 케이싱은 차체에 고정 연결되고 장착된다. 실제로, 브러시리스 모터가 반작용 모터로서 사용된다. 이러한 브러시리스 모터를 사용한 결과, 엔코더(2e)와 홀 IC(2h) 모두가 추가된다. 단지 홀 IC(2h)에 의해서만 모터 토크를 발생시키는 것이 가능하지만, 단지 홀 IC(2h)만에 의해 생성된 모터 토크에는 아주 작은 토크 변동이 생기기 쉬워서 조향 휠(1)을 통한 피드백시 조향감을 저하시키게 된다. 홀 IC(2h)만에 의해 생성되는 모터 토크의 바람직하지 않은 아주 작은 변동을 효과적으로 감소시켜 우수하고 원활한 고정밀 반작용 제어를 달성하고 아울러 운전자에게 조향 휠을 통한 피드백시 적절히 자연스런 조향감을 제공하기 위해, 엔코더(2e)가 제1 컬럼 축(7)에 더 부착된다. 도32의 조향 장치에 있어서, 엔코더(2e)가 추가된다. 엔코더를 이용하는 대신에, 리졸버가 사용될 수도 있다.

백업 시스템은 케이블 컬럼(케이블 백업 기구(4))과, 케이블 백업 기구(4)의 백업 기능을 가능하게 하거나 불가능하게 하는 클러치 장치(3)로 구성된다. 도32에 도시된 바와 같이, 클러치 장치(3)는 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 제공된다. 클러치 장치(3)는 도29에 도시된 전자기 클러치 또는 도31a 및 도31b에 도시된 전자기-기계식 클러치와 같은 마찰 클러치로 구성된다.

조향 출력 시스템은 엔코더(5e)와, 조향각 센서(22)와, 한 쌍의 토크 센서(60, 60)와, 홀 IC(5h)와, 한 쌍의 조향 모터(5, 5; 한 쌍의 조향 액추에이터)와, 조향 기구(69)와, 피조향 차륜(16, 16)으로 구성된다. 조향각 센서(22)는 피니언 축(9)의 상단부(도32의 우측 단부)에 부착된다. 도32의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 조향 출력 시스템의 이중 토크 센서 시스템을 또한 이용한다. 이 토크 센서 쌍(60, 60)은 각각의 피조향 차륜의 조향 작동에 의해 생성된 조향 토크를 검출하기 위해 피니언 축(9)의 하단부(도32의 좌측 단부)와 피니언 기어부 근처 사이에 제공된다. 도32의 조향 장치에 있어서, 인덕턴스 변화에 기초하여 인가 토크를 검출하는 절대값 각도 리졸버(이하, 간단히 절대 리졸버)가 조향각 센서(22)로서 이용된다. 이러한 방법으로, 조향각 센서(22)를 피니언 축(9)의 케이블 백업 기구 측에 배치하고 토크 센서 쌍(60, 60)을 피니언 축(9)의 조향 래크-피니언 기구 측에 배치함으로써 이중 토크 센서 시스템(60, 60)의 일부를 구성하는 토션 바(TB)의 토션 각도에 의해 영향을 받지 않고서 피니언 축의 상단부에 부착된 조향각 센서(22)에 의해 조향각을 검출할 수 있다.

조향 모터의 각각은 조향각 센서(22)와 토크 센서 쌍(60, 60) 사이에 배치되고 피니언 축(9)의 중간에 배치된 조향 액추에이터(5)로서 기능하고 조향 모터의 회전 중에 피니언 축에 조향 토크를 가하도록 작용한다. 도32의 조향 장치에 있어서, 조향 모터는 하나의 로터가 2개의 스테이터에 의해 구동될 수 있는 1-로터 2-스테이터 모터로 구성된다. 이러한 1-로터 2-스테이터 모터는 이중 조향 액추에이터 시스템, 즉 제1 조향 액추에이터(5A, 또는 제1 조향 모터)와 제2 조향 액추에이터(5B, 또는 제1 조향 모터)를 제공할 수 있다. 실제로, 브러시리스 모터가 이중 조향 액추에이터 시스템의 1-로터 2-스테이터 모터로서 사용될 수 있다. 브러시리스 모터로 구성되는 반작용 모터와 동일한 방법으로, 이중 조향 액추에이터 시스템의 1-로터 2-스테이터 모터로서 이러한 브러시리스 모터를 이용한 결과 엔코더(5e)와 홀 IC(5h)가 추가된다. 조향 기구(69)는 조향 래크 튜브(20) 내에 활주가능하게 배치되고 피니언 축(9)의 피니언 기어와 치결합된 래크 기어부를 갖는 래크 축(10)과, 래크 축(10)의 양 단부에 핀 결합된 좌우측의 타이 로드(25, 25)와, 좌측 타이 로드의 일단부에 연결되고 좌측의 피조향 차륜에 타단부가 또한 연결된 좌측 너클 아암(26)과, 우측 타이 로드의 일단부에 연결되고 우측의 피조향 차륜에 타단부가 또한 연결된 우측 너클 아암(26)으로 구성된다.

도32의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 2개의 제어기, 즉 상호 분리된 각각의 전력원(18, 18), 즉 제1 차량 배터리(배터리 1) 및 제2 차량 배터리(배터리 2)에 의해 공히 연산/논리 작동을 수행할 수 있는 제1 조향 제어기(19A)(ECU1) 및 제2 조향 제어기(19B)(ECU2)로 구성된 이중 조향 제어기 시스템을 또한 이용한다.

도34에 의하면, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)를 포함하는 이중 제어기 시스템의 제어 시스템 블록 다이아그램이 도시되어 있다. 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 그 구성이 동일하다. 간단히 하기 위해, 단지 제1 조향 제어기(19A)의 연산/논리부에 대해 상세히 도시한다. 도34의 시스템 블록 다이아그램으부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 조향 제어기(19A)의 입출력 인터페이스는 반작용 제어 시스템 센서들, 즉 조향 휠 각도 센서(21), 엔코더(2e), 토크 센서 쌍(30, 30) 및 홀 IC(2h)와, 조향 출력 시스템 센서들, 즉 엔코더(5e), 조향각 센서(22), 토크 센서 쌍(60, 60), 및 홀 IC(5h)로부터 입력 정보를 받는다. 도34에 명확히 도시된 바와 같이, 제1 조향 제어기(19A)는 고장 진단부(19a)를 구비한다. 도32 내지 도38의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 고장 진단부(19a)는 다양한 연산 및 논리 동작, 즉 도35의 조향 제어 고장 진단 루틴, 도36의 반작용 제어 고장 진단 루틴, 도37의 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 제어 고장 진단 루틴, 및 SBW 동작 모드(클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서의 SBW 제어)로부터 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 작동 모드(클러치 장치(3)가 결합된 상태에서의 EPS 제어)로의 전이에 대한 진단과 같은 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴을 실행한다.

제1 조향 제어기(19A)는 고장 진단부(19a) 뿐만 아니라 반작용 명령 연산 계산부(19b)와, 반작용 모터 구동부(19c)와, 반작용 제어 시스템의 전류 센서(19d)와, 조향 출력 명령 연산/계산부(19e)와, 조향 모터 구동부(19f)와, 한 쌍의 조향 출력 시스템의 전류 센서(19g, 19g)(보다 엄밀하게는, 제1 및 제2 조향 출력 시스템의 전류 센서(19g1, 19g2))와, 제어기 진단부(19h)를 구비한다. 상호 통신을 위해, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 양방향 통신 라인(19_LINK)을 통해 서로 교신한다. 이하에서 사용되는 바와 같이, 제1 및 제2 조향 제어기(19A, 19B)는 총괄적으로 조향 제어기(19)로 불린다.

도35에 의하면, 조향 제어기(19)의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 조향 제어 고장 진단 루틴이 도시되어 있다.

단계 S1에서, 반작용 제어 시스템의 센서들과 조향 출력 시스템의 센서들로부터의 소정의 입력 정보 데이터가 판독된다. 이후, 이 루틴은 단계 S1로부터 단계 S2,단계 S4, 단계 S6, 단계 S8, 단계 S10 및 단계 S12로 진행한다.

단계 S2에서, 조향 휠 각도 센서(21)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사(check)가 이루어진다. 단계 S2에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S2로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S2에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S2로부터 단계 S3으로 진행한다.

단계 S3에서, 조향 휠 각도 센서(21)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S4에서, 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S4에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S4로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S4에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S4로부터 단계 S5로 진행한다.

단계 S5에서, 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 조향 휠 각도 센서(21)로부터 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S6에서, 조향 출력 시스템의 조향각 센서(22)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S6에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S6으로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S6에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S6으로부터 단계 S7로 진행한다.

단계 S7에서, 조향각 센서(22)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)로부터의 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S8에서, 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S8에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S8로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S8에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S8로부터 단계 S9로 진행한다.

단계 S9에서, 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 조향각 센서(22)로부터의 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S10에서, 조향 출력 시스템의 제1 전류 센서(19g1)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S10에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S10으로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S10에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S10으로부터 단계 S11로 진행한다.

단계 S11에서, 조향 출력 시스템의 제1 전류 센서(19g1)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 (정상 작동 모터로 간주되는) 제2 조향 모터(5B)만에 의해 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S12에서, 조향 출력 시스템의 제2 전류 센서(19g2)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S12에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S12로부터 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S12에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S12로부터 단계 S13으로 진행한다.

단계 S13에서, 조향 출력 시스템의 제2 전류 센서(19g2)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 (정상 작동 모터로 간주되는) 제1 조향 모터(5A)만에 의해 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S14에서, 단계 S2, 단계 S4, 단계 S6, 단계 S8, 단계 S10 및 단계 S12에서의 답변이 모두 긍정적(예)이라는 조건 하에, SBW 작동 모드가 계속적으로 실행되고 이어서 이 루틴은 단계 S1로 복귀된다.

도36에 의하면, 조향 제어기(19)의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 반작용 제어 고장 진단 루틴이 도시되어 있다.

단계 S21에서, 반작용 제어 시스템의 센서들과 조향 출력 시스템의 센서들로부터의 소정의 입력 정보 데이터가 판독된다. 이후, 이 루틴은 단계 S21로부터 단계 S22, 단계 S24, 단계 S26 및 단계 S28로 병렬적으로 진행한다.

단계 S22에서, 조향 출력 시스템의 제1 토크 센서(60A)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S22에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S22로부터 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S22에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S22로부터 단계 S23으로 진행한다.

단계 S23에서, 조향 출력 시스템의 제1 토크 센서(60A)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제2 토크 센서(60B)로부터의 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S24에서, 조향 출력 시스템의 제2 토크 센서(60B)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S24에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S24로부터 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S24에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S24로부터 단계 S25로 진행한다.

단계 S25에서, 조향 출력 시스템의 제2 토크 센서(60B)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제1 토크 센서(60A)로부터의 출력에 응답하여 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S26에서, 반작용 제어 시스템의 전류 센서(19g)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S26에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S26으로부터 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S26에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S26으로부터 단계 S27로 진행한다.

단계 S27에서, 반작용 제어 시스템의 전류 센서(19g)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 반작용 제어가 종료된다.

단계 S28에서, 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S28에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S28로부터 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S28에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S28로부터 단계 S29로 진행한다.

단계 S29에서, 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 반작용 모터(2)는 반작용 제어 시스템의 홀 IC(2h)에 의해서만 구동된다. 이후, 이 제어 루틴은 단계 S29로부터 단계 S21로 복귀한다.

단계 S30에서, 단계 S22, 단계 S24, 단계 S26 및 단계 S28에서의 답변이 모두 긍정적(예)이라는 조건 하에, SBW 작동 모드가 계속적으로 실행되고 이어서 이 루틴은 단계 S30에서 단계 S21로 복귀된다.

도37을 참조하면, 조향 제어기(19)의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 EPS 제어 고장 진단 루틴이 도시되어 있다. 이 EPS 제어 고장 진단 루틴은 EPS 제어(EPS 작동 모드)가 개시된 직후에 개시된다.

단계 S31에서, 반작용 제어 시스템의 센서들과 조향 출력 시스템의 센서들로부터의 소정의 입력 정보 데이터가 판독된다. 이후, 이 루틴은 단계 S31로부터 단계 S32, 단계 S34, 단계 S36, 단계 S39 및 단계 S41로 병렬적으로 진행한다.

단계 S32에서, 반작용 제어 시스템의 제1 토크 센서(30A)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S32에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S32로부터 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S32에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S32로부터 단계 S33으로 진행한다.

단계 S33에서, 반작용 제어 시스템의 제1 토크 센서(30A)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, EPS 제어(EPS 작동 모드)는 종료된다.

단계 S34에서, 반작용 제어 시스템의 제2 토크 센서(30B)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S34에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S34로부터 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S34에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S34로부터 단계 S35로 진행한다.

단계 S35에서, 반작용 제어 시스템의 제2 토크 센서(30B)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, EPS 제어(EPS 작동 모드)는 종료된다.

단계 S36에서, 조향 출력 시스템의 제1 전류 센서(19g1)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S36에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S36으로부터 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S36에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S36으로부터 단계 S37 또는 단계 S38 중의 어느 하나로 진행한다.

단계 S37에서, 조향 출력 시스템의 제1 전류 센서(19g1)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 제1 조향 모터(5A)가 정지된다.

단계 S38에서, 조향 출력 시스템의 제1 및 제2 전류 센서(19g1, 19g2) 중의 어느 하나로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, EPS 제어(EPS 작동 모드)가 종료된다.

단계 S39에서, 조향 출력 시스템의 제2 전류 센서(19g2)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S39에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S39로부터 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S39에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S39로부터 단계 S38 또는 단계 S40 중의 어느 하나로 진행한다.

단계 S40에서, 조향 출력 시스템의 제2 전류 센서(19g2)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 제2 조향 모터(5B)는 정지된다.

단계 S41에서, 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S41에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S41로부터 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S41에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S41로부터 단계 S42로 진행한다.

단계 S42에서, EPS 제어가 종료된다.

단계 S43에서, 단계 S32, 단계 S34, 단계 S36, 단계 S39 및 단계 S41에서의 답변이 모두 긍정적(예)이라는 조건 하에, EPS 작동 모드가 계속적으로 실행되고 이어서 이 루틴은 단계 S43에서 단계 S31로 복귀된다.

도38을 참조하면, 조향 제어기(19)의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴이 도시되어 있다. 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴(단계 S51 내지 단계 S56)은 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로의 모드 전환이 도35의 조향 제어 고장 진단 루틴 또는 도36의 반작용 제어 고장 진단 루틴 내에서 일어날 때 개시되고, 여기서 각각의 SBW-EPS 모드 전이에서 허용가능한 상태는 도35 및 도36에서 "※"으로 도시된다.

단계 S51에서, 반작용 제어 시스템의 센서들과 조향 출력 시스템의 센서들로부터의 소정의 입력 정보 데이터가 판독된다. 이후, 이 루틴은 단계 S51로부터 단계 S52로 진행한다.

단계 S52에서, 조향 휠 각도 센서(21)에 의해 검출된 핸들 각도(θH)의 검출값의 절대치(｜θH｜)가 소정의 임계치(α)보다 작거나 같은지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 소정의 임계치(α)는 핸들 각도 중립 위치 판단 기준, 다시 말하면 검출된 핸들 각도가 조향 입력부(조향 휠(1))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 핸들 각도 범위 내에 있는지를 판단하는 데에 필요한 기준을 의미한다. 단계 S52에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 즉 ｜θH｜≤α의 경우에, 이 루틴은 단계 S52에서 단계 S54로 진행한다. 역으로, 단계 S52에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 즉 ｜θH｜>α의 경우에, 이 루틴은 단계 S52에서 단계 S53으로 진행한다.

단계 S53에서, 조향 휠 각도 센서(21)에 의해 검출된 핸들 각도(θH)의 절대치(｜θH｜)가 소정의 임계치(α)보다 커서 검출된 핸들 각도가 조향 입력부(조향 휠(1))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 핸들 각도 범위 밖에 있다는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 계속적으로 실행되고, 이어서 이 루틴은 단계 S53에서 단계 S51로 복귀된다.

단계 S54에서, 조향각 센서(22)에 의해 검출된 조향각(θS)의 검출값의 절대치(｜θS｜)가 소정의 임계치(β)보다 작거나 같은지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 소정의 임계치(β)는 조향각 중립 위치 판단 기준, 다시 말하면 검출된 조향각이 조향 출력부(조향 기구(69))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 조향각 범위 내에 있는지를 판단하는 데에 필요한 기준을 의미한다. 단계 S54에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 즉 ｜θS｜≤β의 경우에, 이 루틴은 단계 S54에서 단계 S56으로 진행한다. 역으로, 단계 S54에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 즉 ｜θS｜>β의 경우에, 이 루틴은 단계 S54에서 단계 S55로 진행한다.

단계 S55에서, 조향각 센서(22)에 의해 검출된 조향각(θS)의 절대치(｜θS｜)가 소정의 임계치(β)보다 커서 검출된 조향각이 조향 출력부(조향 기구(69))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 조향각 범위 밖에 있다는 진단 결과에 기초하여, SBW 작동 모드는 클러치 장치(3)가 결합 해제된 상태에서 계속적으로 실행되고, 이어서 이 루틴은 단계 S55에서 단계 S51로 복귀된다.

단계 S56에서, ｜θH｜≤α에 의해 정의되는 단계 S52의 조건이 만족되어 검출된 핸들 각도(θH)가 조향 입력부(조향 휠(1))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 핸들 각도 범위 내에 있고 아울러 ｜θS｜≤β에 의해 정의되는 단계 S54의 조건이 만족되어 검출된 조향각(θS)이 조향 출력부(조향 기구(69))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 조향각 범위 내에 있다는 진단 결과에 기초하여, 조향 제어기(19)는 SBW 작동 모드를 종료시키도록 작동하고 EPS 제어를 개시하기 위해 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동한다.

JP2002-145098호에 개시된 SBW 차량 조향 장치의 단점과 도32 내지 도38에 도시된 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 장점을 이하에서 상세히 설명한다.

이중 조향 액추에이터 시스템과 단일 조향 휠 각도 센서 시스템을 장착한 JP2002-145098호에 개시된 SBW 차량 조향 장치는 다음의 단점을 갖는다.

첫째, SBW 시스템이 SBW 제어 중에 고장나자마자, 예컨대 이중 조향 액추에이터 시스템의 주 조향 액추에이터와 보조 액추에이터가 고장난 직후에, 제어기는 조향 휠의 중립 위치와 피조향 차륜의 제로 평균 조향 각도에 대응하는 중립 위치 사이의 위상차가 작게 되도록 조향 휠 회전 각도와 차륜의 조향 각도 사이의 적절한 관계를 달성하기 위해 가변 기어비 조향(VGR) 기능을 해제 또는 불가능(disable)하게 하고 아울러 이중 조향 액추에이터 시스템의 정상 작동 조향 액추에이터를 제어함으로써 피조향 차륜의 배향(orientation)을 강제적으로 조절한다. 이러한 방법에 있어서, 조향 휠 중립 위치에 대한 피조향 차륜의 중립 위치의 강제적인 위상 조절은 조향 액추에이터 고장이 발생하자마자 정상 작동 조향 액추에이터에 의해 얻어진다. 고장나지 않은 조향 액추에이터에 의한 이러한 강제적인 위상 조절로 인해, 실제 차량 주행 경로가 운전자의 의도된 주행 라인으로부터 벗어날 경향이 크게 된다. 이러한 결과, 차량이 바람직하지 않게는 현재의 주행선으로부터 벗어날 가능성이 있게 된다.

둘째, JP2002-145098호의 조향 장치는 단일 조향 휠 각도 센서 시스템을 이용한다. 단일 조향 휠 각도 센서 시스템에 고장이 있게 되는 경우, 단일 조향 휠 각도 센서 시스템을 통해 조향 휠 각도를 검출하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 조향 휠 각도 센서 시스템 고장이 발생하자마자, 클러치는 신속하게 결합되어 백업 작동 모드를 개시하여야 한다. 이는 백업 작동 모드로의 전이 직후에 조향 휠의 중립 위치와 피조향 차륜의 제로 평균 조향각 사이에 편차가 있게 되는 문제의 원인이 된다.

셋째, JP2002-145098호의 조향 장치에 있어서, SBW 제어 중에 SBW 시스템 고장이 발생할 때 제어기는 차량이 직진 주행하거나 곡선 주행하거나에 관계없이 클러치를 결합시키고 아울러 피드백 액추에이터(반작용 모터)를 정지시키도록 작동한다. 클러치가 결합됨으로써, 조향 입력부(조향 휠)와 조향 출력부(조향 래크-피니언 기구)는 기계적으로 서로 연결되고, 이어서 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 기능이 조향 보조력을 생성하는 동력원으로 기능하는 고장나지 않은 조향 액추에이터 또는 고장나지 않은 피드백 액추에이터와 같은 정상 작동 액추에이터에 의해 얻어진다. 실제로, SBW 제어에 적합한 액추에이터 명령 신호의 크기는 EPS 제어에 적합한 액추에이터 명령 신호의 크기와 다르다. 또한, 조향 입력부 및 조향 출력부가 백업 시스템을 통해 기계적으로 서로 결합되어 있는 백업 작동 모드 중에, 반력은 피조향 차륜으로부터 백업 시스템을 통해 조향 휠로 전달된다. 명령 신호가 액추에이터로 생성되고 피조향 차륜으로부터 조향 출력부(래크-피니언 기구)로 입력된 반력이 코너링 중에 상대적으로 큰 조건 하에서 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로의 전환이 발생한다고 가정하면, 액추에이터에 대한 명령 신호 값의 신속한 변화가 발생할 수도 있고 동시에 상대적으로 큰 반력이 피조향 차륜으로부터 백업 시스템을 통해 조향 휠로 전달된다. 이러한 경우에, 조향 휠을 통해 운전자에 의해 취해지는 조향 반작용 토크의 변화는 크게 되어 조향감이 저하되게 된다.

넷째, 주 및 보조 조향 액추에이터 및 피드백 액추에이터(반작용 액추에이터) 중에서 피드백 액추에이터가 고장이라면, 제어기는 피드백 액추에이터 기능과 이후 VGR 기능을 불가능하게 하고, 조향 휠의 중립 위치와 피조향 차륜의 제로 평균 조향각에 대응하는 중립 위치 사이의 위상 조절이 정상 작동 액추에이터에 의해 수행된다. 이후, 클러치는 결합되어 백업 기능을 가능하게 한다. 피드백 액추에이터 고정이 코너링 중에 발생한다고 가정하면, 반력은 일시 감소하려는 경향이 있게 된다. 이어서, 클러치가 결합되자마자 반력은 피조향 차륜으로부터 백업 시스템을 통해 조향 휠로 전달되고 따라서 반력이 다시 증가된다. 이는 운전자의 조향감을 저하시킨다.

이와는 달리, 이중 또는 그 이상의 등급(예컨대, 삼중)의 액추에이터 시스템, 이중 또는 그 이상의 등급(예컨대, 삼중)의 센서 시스템 및 이중 또는 그 이상의 등급(예컨대, 삼중)의 제어기 시스템을 이용하는 도32 내지 도38에 도시된 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 있어서는, 다중 액추에이터 시스템을 구성하는 어느 하나의 액추에이터가 고장날 때 SBW 제어가 고장나지 않은 액추에이터에 의해 계속적으로 실행될 수 있다. 유사한 방법으로, 다중 센서 시스템을 구성하는 어느 하나의 센서가 고장날 때, SBW 제어는 고장나지 않은 센서에 의해 계속적으로 실행될 수 있다. 다중 제어기 시스템을 구성하는 어느 하나의 제어기(19A, 19B)가 고장날 때 SBW 제어는 고장나지 않은 제어기에 의해 계속적으로 실행될 수 있다. 따라서, 일정 기간 동안 고장나지 않은 시스템에 의해 (위상 조절을 포함하는) SBW 작동 모드를 반복적으로 실행함으로써 조향 입력부 및 출력부의 중립 위치들 사이의 원하지 않은 위상차를 회피하면서 클러치 장치(3)를 결합시켜 백업 작동 모드로 전환하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 반작용 제어 시스템의 조향 휠 각도 센서(21)가 고장난 상태(또는 비정상 상태)에서 조절될 때 도35의 루틴은 단계 S1에서 단계 S2를 거쳐 단계 S3으로 흘러간다. 단계 S3을 통해 발생되는 SBW-EPS 모드 전이로 인해, 도38의 서브루틴은 단계 S51로부터 단계 S52를 거쳐 단계 S53으로 흘러가고 단계 S51로부터 단계 S52 및 단계 S54를 거쳐 단계 S55로 흘러간다. S51→S52→S53→S51로 표시되는 루프 또는 S51→S52→S54→S55→S51로 표시되는 루프는 반복적으로 실행되어 SBW 작동 모드(SBW 제어)가 반작용 제어 시스템의 조향 휠 각도 센서(21) 대신에 조향 휠 회전 각도(핸들 각도(θH))를 검출할 수 있는 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 출력에 의해 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, ｜θH｜≤α로 정의되는 단계 S52에서의 조건과 ｜θS｜≤β로 정의되는 단계 S54에서의 조건이 모두 만족되자마자 도38의 서브루틴은 단계 S54로부터 단계 S56으로 진행한다. 단계 S56에서, SBW 제어는 종료되고 동시에 클러치 장치(3)는 결합되어 EPS 제어가 각각이 조향 보조력을 발생시키는 동력원으로서 작용하는 조향 모터(5, 5)를 이용함으로써 개시된다. 반작용 제어 시스템의 조향 휠 각도 센서(21)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인(단계 S2로부터 단계 S3으로의 이동 참조) 상태와 마찬가지로, 조향 제어 중에 (i) 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 비정상인 상태(도35에서 단계 S4에서 단계 S5로의 흐름 참조)에서, (ii) 조향 출력 시스템의 조향각 센서(22)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인 상태(단계 S6에서 단계 S7로의 흐름 참조)에서, (iii) 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 비정상인 상태(단계 S8에서 단계 S9로의 흐름 참조)에서, (iv) 조향 출력 시스템의 제1 전류 센서(19g1)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인 상태(단계 S10에서 단계 S11로의 흐름 참조)에서, 그리고 (v)조향 출력 시스템의 제2 전류 센서(19g2)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인 상태(단계 S12에서 단계 S13으로의 흐름 참조)에서, 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴에 따라 ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건들이 모두 만족될 때까지 일정 기간 동안 고장나지 않은 시스템에 의해 SBW 제어가 계속적으로 실행된다. 이후, ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건 하에서, 클러치 장치(3)는 결합되어 SBW-EPS 모드 전이를 종료하게 된다. 유사하게는, 반작용 제어 중에, (vi) 조향 출력 시스템의 제1 토크 센서(60A)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인 상태(도36의 단계 S22에서 단계 S23으로의 흐름 참조)에서 그리고 (vii) 조향 출력 시스템의 제2 토크 센서(60B)로부터의 센서 신호의 출력값이 비정상인 상태(단계 S24에서 단계 S25로의 흐름 참조)에서, 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴에 따라 ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건들이 모두 만족될 때까지 SBW 제어는 일정 기간 동안 고장나지 않은 시스템에 의해 계속적으로 실행된다. 이후, ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건 하에서 클러치 장치(3)는 결합되어 SBW-EPS 모드 전이가 종료된다. 즉, 도32 내지 도39의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 시스템 고장이 발생한 기간에도 SBW 제어의 이어지는 실행을 가능하게 하거나 허용하면서 ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건들이 모두 만족되는 시기에 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로의 전이를 종료하도록 설계된다. 이는 시스템 고장 이후의 이어지는 SBW 제어의 실행에 의해 자연스런 SBW-EPS 모드 전이를 보장한다. 따라서, 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치는 시스템 고장이 발생하자마자 고장나지 않은 조향 액추에이터에 의해 달성되는 조향 휠 중립 위치에 대한 피조향 차륜 중립 위치의 강제적인 위상 조절의 필요성을 없애고, 아울러 운전자의 의도된 주행 라인으로부터 차량의 실제 주행 경로가 벗어나는 것을 감소시키는 데에 기여한다. 또한, ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건들로부터 알 수 있는 바와 같이, 검출된 핸들 각도(θH)가 조향 입력부(조향 휠(1))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 핸들 각도 범위(｜θH｜≤α) 내에 있고 또한 검출된 조향각(θS)이 조향 출력부(조향 기구(69))의 중립 위치에 사실상 대응하는 소정의 좁은 조향각 범위(｜θS｜≤β) 내에 있을 때, 즉 직진 주행 중에, 시스템 고장이 있는 때에도 다중 시스템 구성의 고장나지 않은 시스템에 의해 SBW 제어를 계속적으로 실행할 수 있는 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 백업 시스템의 클러치 장치(3)가 결합될 수 있게 한다. 일반적으로, 사실상 직진 주행 중에, 조향 시스템이 SBW 작동 모드 또는 EPS 작동 모드로 작동되는 지에 관계없이 액추에이터 명량 신호 값은 아주 작고 피조향 차륜(16, 16)으로부터의 반력의 크기도 작다. 따라서, ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 조건 하에서 클러치 결합이 가능하게 함으로써 SBW-EPS 모드 전이 중에 조향력이 감소하게 하는 데에 기여하여 조향감이 저하하는 것을 방지한다.

도32 내지 도38의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 다음과 같은 장점, 즉 (22) 내지 (28)을 갖는다.

(22) 조향 입력을 수신하는 조향 입력부(조향 휠(1))와 조향을 위해 피조향 차륜(16, 16)에 연결된 조향 출력부(조향 기구(69))와, 조향 입력부(조향 휠(1))에 가해진 조향 입력에 기초하여 명령 신호를 생성하고 조향 입력부(조향 휠(1))가 조향 출력부(조향 기구(69))로부터 기계적으로 분리되는 조건 하에서 명령 신호에 응답하여 조향 출력부(조향 기구(69))를 제어하는 제어기를 갖는 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 명령 신호에 응답하여 조향 출력부(조향 기구(69))를 제어하도록 공히 제공된 액추에이터 시스템, 센서 시스템 및 조향 제어 시스템의 각 시스템 구성은 이중 시스템 구성보다는 큰 다중 시스템 구성으로 구성된다. 또한, 기계적 백업 시스템은 조향 입력부(조향 휠(1))로부터의 조향 입력을 기계적 백업 시스템을 거쳐 조향 출력부(조향 기구(69))로 기계적으로 전달하기 위해 조향 입력부(조향 휠(1))과 조향 출력부(조향 기구(69)) 사이에 제공된다. 이러한 배치로써, 다중 시스템 구성의 SWB 시스템의 제1 제어 시스템이 고장나더라도 제1 제어 시스템 고장이 발생된 후 고장나지 않은 제어 시스템에 의해 일정 기간 동안 SBW 작동 모드를 계속적으로 실행함으로써 조향 휠(1)의 중립 위치와 피조향 차륜(16, 16)의 제로 평균 조향각에 대응하는 중립 위치 사이에 위상 차이가 없는 조건 하에서 백업 작동 모드를 변경하는 것이 가능하게 된다.

(23) 다중 시스템 구성의 제1 제어 시스템이 고장일 때, 다중 조향 제어 시스템의 제어기(19)는 조향 입력부(조향 휠(1))가 그 중립 위치 근처로 조절 또는 위치되어 ｜θH｜≤α로 정의되는 제1 조건이 만족되고 또한 조향 출력부(조향 기구(69))가 그 중립 위치 근처로 조절 또는 위치되어 ｜θS｜≤β로 정의되는 제2 조건이 만족될 때까지 고장난 제1 제어 시스템을 제외한 고장나지 않은 제어 시스템에 의해 SBW 작동 모드를 계속적으로 실행하도록 작동한다. 제1 및 제2 조건들이 만족되자마자, 제어기는 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드(EPS 작동 모드)로의 모드 전이를 개시하기 위해 기계적 백업 시스템의 일부를 구성하는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동한다. 특히, SBW 제어로부터 백업 제어로의 모드 전이가 ｜θH｜≤α와 ｜θS｜≤β로 정의되는 제1 및 제2 조건들이 모두 만족되고 조향력의 변화가 작은 사실상 직진 주행 중에 발생할 때, 조향감이 저하되는 것을 피할 수 있다.

(24) 백업 작동 모드 중에, 제어기(19)는 조향 모터(5, 5)를 이용하여 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 제어를 실행한다. 따라서, 백업 작동 모드로의 전이후, 운전자의 조향 노력 또는 조향 휠(1)에 가해진 조향력을 효과적으로 줄일 수 있다.

(25) 반작용 제어 시스템의 조향 휠 각도 센서(21, 핸들 각도 센서)는 조향 휠(1)과 반작용 제어 시스템의 토크 센서(30, 30) 사이에 배치된다. 따라서, 반작용 제어 시스템의 토크 센서(30, 30)의 일부를 구성하는 토션 바(TB)의 토션 각도에 의해 영향을 받지 않고서도 조향 휠 이동에 대응하는 조향 휠 각도(θH)를 정확하게 검출할 수 있다. 피조향 차륜의 조향각(θS)을 검출하는 조향각 센서(22)는 기계적 백업 시스템(4)과 조향 출력 시스템의 토크 센서(60, 60) 사이에 제공된다. 따라서, 조향 출력 시스템의 토크 센서(60, 60)의 일부를 구성하는 토션 바(TB)의 토션 각도에 의해 영향을 받지 않고서도 조향 휠 이동에 대응하는 조향 휠 각도(θS)를 정확하게 검출할 수 있다.

(27) 반작용 제어 시스템 및 조향 출력 시스템에 포함된 액추에이터, 즉 반작용 모터(2) 및 조향 모터(5, 5)는 브러시리스 모터로 구성된다. 반작용 제어용으로 사용되는 반작용 제어 시스템의 엔코더(2e)와 조향 제어용으로 사용되는 조향 출력 시스템의 엔코더(5e)를 사용하여 피조향 차륜의 조향각(θS) 및 조향 휠 각도(핸들 각도, θH)를 검출할 수 있다. 따라서, 단일 조향 휠 각도 센서(21)와 반작용 제어 시스템 엔코더(2e)의 조합에 의해 이중 조향 휠 각도 센서 시스템을 구현 또는 달성하고 또한 단일 조향각 센서(22)와 조향 출력 시스템 엔코더(5e)의 조합에 의해 이중 조향각 센서 시스템을 구현 또는 달성하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 2개의 조향 휠 각도 센서(21, 21)에 의해 이중 조향 휠 각도 센서 시스템을 구성하는 것이 불필요하고, 2개의 조향각 센서에 의해 이중 조향각 센서 시스템을 구성하는 것이 불필요하다.

(28) 조향 모터(5, 5)로 구성되는 전술한 이중 조향 액추에이터 시스템은 하나의 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 하나의 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 각각 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터에 비해, 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터는 그 구성이 간단하고 모터 부품 개수가 적게 되고, 모터 축 및 피니언 축(9)을 연결하는 구성 부품의 개수가 적게 되고, 조향 시스템의 전체 제조 비용이 줄게 되고, 모터 토크 손실이 감소된 저가, 경량 및 소형의 이중 액추에이터 시스템이 된다.

도 39 내지 도43을 참조하면, 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치가 도시되어 있다. 도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 이중 반작용 액추에이터 시스템(반작용 모터(2, 2))이 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터이고 이중 조향 액추에이터 시스템을 구성하는 2개의 조향 모터(5, 5)의 각각은 1-로터 1-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다는 점에서 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치와 다르다. 도39에 명확히 도시되어 있는 바와 같이, 기계적 백업 시스템의 클러치 장치(3)는 조향 출력 시스템의 측면에 제공되고 피니언 축 상단부에 부착된다. 조향 모터(14, 14)로 기능하는 브러시리스 모터를 이용함으로써, 엔코더(5e, 5e)는 각각의 1-로터 1-스테이터 브러시리스 모터(5, 5)에 부착된다. 엔코더(5e, 5e)의 사용은 조향각 센서(22)를 불필요하게 한다. 따라서, 도39의 제16 변형예의 조향 장치에 있어서, 조향 출력 시스템의 조향각 센서(22)는 생략된다. 설명된 바와 같이, 제16 변형예에 있어서, 조향 모터 시스템 뿐만 아니라 반작용 모터 시스템은 이중 액추에이터 시스템으로 구성된다. 이러한 이유로, 한 쌍의 반작용 제어 시스템 전류 센서(19d, 19d)(정확하게는, 반작용 제어 시스템의 제1 및 제2 전류 센서(19d1, 19d2))가 더 제공된다. 도39의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도32 내지 도38의 제15 변형예와 동일하다. 따라서, 도39 내지 도43의 제16 변형예를 설명하는 데에 있어서, 설명의 편의를 위해 도32 내지 도38의 제15 변형예의 요소를 가리키는 데에 사용된 동일한 도면 부호가 제16 변형예에 사용되는 대응 요소에 적용되며, 동일한 도면 부호를 갖는 요소에 대한 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명하기 때문에 생략한다. 도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 고장 진단부(19a)는 다양한 연산/논리 작동, 즉 도41의 조향 제어 고장 진단 루틴, 도42의 반작용 제어 고장 진단 루틴, 도43의 EPS 제어 고장 진단 루틴, 및 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴을 실행한다. 도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 조향 제어 시스템, 반작용 제어 시스템 및 EPS 제어 시스템의 동작을 이하에서 개략적으로 설명한다.

도41에 도시된 단계 S1 내지 단계 S5 및 단계 S10 내지 단계 S14와, 도42에 도시된 단계 S21 내지 단계 S25 및 단계 S28 내지 단계 S30과, 도43에 도시된 단계 S31 내지 단계 S40, 단계 S42 및 단계 S43의 연산/논리 동작은 도32의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 도35 내지 도37의 흐름도의 동작과 동일하다. 따라서, 이 동일한 단계들, 즉 단계 S1-S5, S10-S14, S21-S25, S28-S40, S42 및 S43에 대한 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명하기 때문에 생략한다. 이하에서, 상이한 단계들, 즉 단계 S6', S7', S8', S9', S26', S27', S26", S27", S41' 및 S41" 만을 상세히 설명한다.

도41의 조향 제어 고장 진단 루틴의 단계 S6'에서, 조향 출력 시스템의 제1 엔코더(5e1)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S6'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S6'에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S6'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S6'에서 단계 S7'으로 진행한다.

단계 S7'에서, 조향 출력 시스템의 제1 엔코더(5e1)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제2 엔코더(5e2)로부터의 출력에 응답하여 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S8'에서, 조향 출력 시스템의 제2 엔코더(5e2)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S8'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S8'에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S8'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S8'에서 단계 S9'로 진행한다.

단계 S9'에서, 조향 출력 시스템의 제2 엔코더(5e2)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제1 엔코더(5e1)로부터의 출력에 응답하여 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

도42의 반작용 제어 고장 진단 루틴의 단계 S26'에서, 반작용 제어 시스템의 제1 전류 센서(19d1)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S26'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S26'에서 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S26'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S26'에서 단계 S27'로 진행한다.

단계 S27'에서, 반작용 제어 시스템의 제1 전류 센서(19d1)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 (정상 작동 모터로 간주되는) 반작용 모터 제2 스테이터 만에 의해 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S26"에서, 반작용 제어 시스템의 제2 전류 센서(19d2)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S26"에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S26"에서 단계 S30으로 진행한다. 역으로 단계 S26"에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S26"에서 단계 S27"로 진행한다.

단계 S27"에서, 반작용 제어 시스템의 제2 전류 센서(19d2)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 (정상 작동 모터로 간주되는) 반작용 모터 제1 스테이터 만에 의해 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

도43의 EPS 제어 고장 진단 루틴의 단계 S41'에서, 조향 출력 시스템의 제1 엔코더(5e1)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S41'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S41'에서 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S41'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S41'에서 단계 S42로 진행한다.

도43의 EPS 제어 고장 진단 루틴의 단계 S41"에서, 조향 출력 시스템의 제2 엔코더(5e2)로부터의 엔코더 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S41"에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S41"에서 단계 S43으로 진행한다. 역으로 단계 S41"에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S41"에서 단계 S42로 진행한다.

도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴(단계 S51 내지 단계 S56)은

SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로의 모드 전환이 도41의 조향 제어 고장 진단 루틴 또는 도42의 반작용 제어 고장 진단 루틴에서 발생될 때 개시되고, 여기서 이들 각각의 SBW-EPS 모드 전이에서 허용가능한 상태는 도41 및 도42에서 "※"로 표시된다.

도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과, 즉 (22) 내지 (26) 단락의 효과 뿐만 아니라 다음의 효과, 즉 (29) 단락의 효과를 갖는다.

(29) 반작용 모터(2, 2)로 구성되는 전술한 이중 반작용 액추에이터 시스템은 하나의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 하나의 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 각각 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터에 비해, 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터는 그 구성이 간단하고 모터 부품 개수가 적게 되고, 모터 축 및 컬럼 축(7)을 연결하는 구성 부품의 개수가 적게 되고, 조향 시스템의 전체 제조 비용이 줄게 되고, 모터 토크 손실이 감소된 저가, 경량 및 소형의 이중 액추에이터 시스템이 된다.

이제 도44를 참조하면, 이중 반작용 액추에이터(반작용 모터(2, 2))가 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되고 이중 조향 액추에이터 시스템(조향 모터(5, 5))도 또한 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되는 제17 변형예의 SBW 차량 조향 장치가 도시되어 있다. 도44에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 기계적 백업 시스템의 클러치 장치(3)는 반작용 제어 시스템의 측면에 제공되고 제1 및 제2 컬럼 축(7, 8) 사이에 제공된다. 도44의 제17 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 것과 동일하다. 도44의 제17 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 연산/논리 동작은 도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 동작과 동일하다. 따라서, 도44의 제17 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 조향 제어 시스템, 반작용 제어 시스템 및 EPS 제어 시스템의 동작들의 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명할 것이므로 생략한다.

도44의 제17 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과, 즉 (22) 내지 (27) 단락의 효과 이외에 다음의 효과, 즉 (30) 단락의 효과를 갖는다.

(30) 조향 모터(5, 5)로 구성되는 전술한 이중 조향 액추에이터 시스템은 하나의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 또한, 반작용 모터(2, 2)로 구성되는 전술한 이중 반작용 액추에이터 시스템은 하나의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 하나의 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 각각 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터에 비해, 상기의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터는 그 구성이 간단하고 모터 부품 개수가 적게 되고, 모터 축 및 다른 축(컬럼 축(7) 또는 피니언 축(9))을 연결하는 구성 부품의 개수가 적게 되고, 조향 시스템의 전체 제조 비용이 줄게 되고, 모터 토크 손실이 감소된 저가, 경량 및 소형의 이중 액추에이터 시스템이 된다. 추가적으로, 기계적 백업 시스템은 케이블 백업 기구(4)와 클러치 장치(3)로 구성된다. 클러치 장치(3)는 반작용 제어 시스템의 측면에 제공되고 조향 입력부(조향 휠(1)) 및 케이블 백업 기구(4) 사이에 배치된다. 따라서, 보우덴(Bowden) 케이블의 내부 케이블 및 외부 튜브 사이의 마찰 항력 또는 마찰 저항으로 인해, 클러치 장치(3)가 해제된 SBW 작동 모드 중에 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리가 조향 휠(1)의 회전 운동과 동기되어 이동하거나 끌리는(drag) 것을 방지하여 케이블 백업 기구(4)의 내구성이 저하되거나 운전자의 조향감이 저하되는 것을 회피할 수 있게 된다.

도45에 의하면, 이중 반작용 액추에이터 시스템(반작용 모터(2, 2))이 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되고 이중 조향 액추에이터 시스템(조향 모터(5, 5))이 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되지만 기계적 백업 시스템의 클러치 장치(3)가 조향 출력 시스템의 측면에 제공되고 피니언 축(9)의 중간에 배치되는 제18 변형예의 SBW 차량 조향 장치가 도시되어 있다.

도45의 제18 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 것과 동일하다. 도45의 제18 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 연산/논리 동작은 도39 내지 도43의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 동작과 동일하다. 따라서, 도45의 제18 변형예의 SBW 차량 조향 시스템의 조향 제어 시스템, 반작용 제어 시스템 및 EPS 제어 시스템의 동작들의 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명할 것이므로 생략한다.

도45의 제18 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과, 즉 (22) 내지 (27) 단락의 효과 이외에 다음의 효과, 즉 (31) 단락의 효과를 갖는다.

(31) 조향 모터(5, 5)로 구성되는 전술한 이중 조향 액추에이터 시스템은 하나의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 또한, 반작용 모터(2, 2)로 구성되는 전술한 이중 반작용 액추에이터 시스템도 하나의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된다. 하나의 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 각각 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터에 비해, 상기의 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터는 그 구성이 간단하고 모터 부품 개수가 적게 되고, 모터 축 및 다른 축(컬럼 축(7) 또는 피니언 축(9))을 연결하는 구성 부품의 개수가 적게 되고, 조향 시스템의 전체 제조 비용이 줄게 되고, 모터 토크 손실이 감소된 저가, 경량 및 소형의 이중 액추에이터 시스템이 된다. 추가적으로, 기계적 백업 시스템은 케이블 백업 기구(4)와 클러치 장치(3)로 구성된다. 클러치 장치(3)는 조향 출력 시스템의 측면에 제공되고 피니언 축(9)의 중간에 배치된다. 따라서, 클러치 장치(3)가 해제된 SBW 작동 모드 중에 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리가 조향 출력부의 이동(즉, 피조향 차륜에 대한 조향 작용)과 동기되어 이동하거나 끌리는 것을 방지하여 케이블 백업 기구(4)의 내구성이 떨어지는 것을 회피할 수 있게 된다.

도46 내지 도50을 이제 참조하면, 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치가 도시되어 있다. 도46 및 도47에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 반작용 제어 시스템 및 조향 출력 시스템 내에 구비된 액추에이터들, 즉 반작용 모터(2) 및 조향 모터(5, 5)는 브러시 장착 직류(DC) 모터로 구성된다. 대조적으로, 제15 변형예(도32 내지 도38), 제16 변형예(도39 내지 도43), 제17 변형예(도44) 및 제18 변형예(도45)의 SBW 차량 조향 장치는 액추에이터로서 브러시리스 모터를 이용하고 있다. 보다 구체적으로, 도46 및 도47에 도시된 바와 같이 반작용 모터(2, 2)로 구성된 반작용 액추에이터 시스템은 2-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터로 구성된다. 임의의 엔코더를 이용하는 대신에 2개의 조향 휠 각도 센서(21, 21)가 반작용 제어 시스템 내에 제공된다. 도32 내지 도38의 제15 변형예의 클러치 설치 설계와 달리, 기계적 백업 시스템의 클러치 장치(3)는 조향 출력 시스템의 측면에 제공된다. 이중 조향 액추에이터 시스템을 구성하는 2개의 조향 모터(5, 5)의 각각은 1-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터로 구성된다. 2개의 조향각 센서(22, 22)는 조향 출력 시스템의 측면에 제공되고 임의의 엔코더를 이용하는 대신에 피니언 축(9)의 축방향 연장 전단부에 부착된다. 이중 반작용 모터 시스템(반작용 모터(2, 2))에 의해, 반작용 제어 시스템의 2개의 전류 센서(19d, 19d, 보다 정확하게는 반작용 제어 시스템의 제1 및 제2 전류 센서(19d1, 19d2))가 제공된다. 도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 다른 구조는 도32 내지 도38의 제15 변형예와 동일하다. 따라서, 도46 내지 도50의 제19 변형예를 설명하는 데에 있어서, 설명의 편의를 위해 도32 내지 도38의 제15 변형예의 요소를 가리키는 데에 사용된 동일한 도면 부호가 제19 변형예에 사용되는 대응 요소에 적용되며, 동일한 도면 부호를 갖는 요소에 대한 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명하기 때문에 생략한다. 도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 고장 진단부(19a)는 다양한 연산/논리 작동, 즉 도48의 조향 제어 고장 진단 루틴, 도49의 반작용 제어 고장 진단 루틴, 도50의 EPS 제어 고장 진단 루틴, 및 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴을 실행한다. 도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 조향 제어 시스템, 반작용 제어 시스템 및 EPS 제어 시스템의 동작을 이하에서 개략적으로 설명한다.

도48에 도시된 단계 S1 및 단계 S10 내지 단계 S14와, 도49에 도시된 단계 S21 내지 단계 S25 및 단계 S30과, 도50에 도시된 단계 S31 내지 단계 S40 및 단계 S43의 연산/논리 동작은 도32의 제15 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 도35 내지 도37의 흐름도의 동작과 동일하다. 또한, 도49에 도시된 단계 S26', S26", S27' 및 S27"의 연산/논리 동작은 도39의 제16 변형예의 SBW 차량 조향 장치의 고장 진단부(19a) 내에서 실행되는 도42의 흐름도의 동작과 동일하다. 따라서, 이 동일한 단계들, 즉 단계 S1, S10-S14, S21-S25, S30-S40, S43, S26', S26", S27' 및 S27"에 대한 상세한 설명은 전술한 설명으로부터 자명하기 때문에 생략한다. 이하에서, 상이한 단계들, 즉 단계 S2', S3', S4', S5', S6", S7", S8" 및 S9" 만을 상세히 설명한다.

도48의 조향 제어 고장 진단 루틴의 단계 S2'에서, 반작용 제어 시스템의 제1 조향 휠 각도 센서(21A)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S2'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S2'에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S2'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S2'에서 단계 S3'으로 진행한다.

단계 S3'에서, 반작용 제어 시스템의 제1 조향 휠 각도 센서(21A)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 제2 조향 휠 각도 센서(21B)에 의해 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S4'에서, 반작용 제어 시스템의 제2 조향 휠 각도 센서(21B)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S4'에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S4'에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S4'에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S4'에서 단계 S5'로 진행한다.

단계 S5'에서, 반작용 제어 시스템의 제2 조향 휠 각도 센서(21B)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 반작용 제어 시스템의 제1 조향 휠 각도 센서(21A)로부터의 출력에 응답하여 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S6"에서, 조향 출력 시스템의 제1 조향각 센서(22A)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S6"에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S6"에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S6"에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S6"에서 단계 S7"로 진행한다.

단계 S7"에서, 조향 출력 시스템의 제1 조향각 센서(22A)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제2 조향각 센서(22B)에 의해 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

단계 S8"에서, 조향 출력 시스템의 제2 조향각 센서(22B)로부터의 센서 신호의 출력값이 정상인지를 판단하기 위한 검사가 이루어진다. 단계 S8"에서의 답변이 긍정적(예)일 때, 이 루틴은 단계 S8"에서 단계 S14로 진행한다. 역으로 단계 S8"에서의 답변이 부정적(아니오)일 때, 이 루틴은 단계 S8"에서 단계 S9"로 진행한다.

단계 S9"에서, 조향 출력 시스템의 제2 조향각 센서(22B)로부터의 출력값이 비정상이라는 진단 결과에 기초하여, 클러치 장치(3)가 해제된 상태에서 조향 출력 시스템의 제1 조향각 센서(22A)에 의해 SBW 작동 모드가 일정 기간 동안 계속적으로 실행된다. 이후, 조향 제어기(19)의 프로세서는 클러치 장치(3)를 결합시키도록 작동하여 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로 전환하게 한다.

도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 도38의 SBW-EPS 모드 전이 제어 루틴(단계 S51 내지 단계 S56)은 SBW 작동 모드로부터 EPS 작동 모드로의 모드 전환이 도48의 조향 제어 고장 진단 루틴 또는 도49의 반작용 제어 고장 진단 루틴 내에서 일어날 때 개시되고, 여기서 각각의 SBW-EPS 모드 전이에서 허용가능한 상태는 도48 및 도49에서 "※"으로 도시된다.

도46 내지 도50의 제19 변형예의 SBW 차량 조향 장치는 도32 내지 도38의 제15 변형예의 조향 장치에 의해 얻어지는 효과, 즉 (22) 내지 (25) 단락의 효과 뿐만 아니라 다음의 효과, 즉 (32) 및 (33) 단락의 효과를 갖는다.

(32) 조향 모터(5, 5)로 구성되는 전술한 이중 조향 액추에이터 시스템은 한 쌍의 2-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터로 구성된다. 또한, 반작용 모터(2, 2)로 구성되는 전술한 이중 반작용 액추에이터 시스템은 하나의 브러시 장착 DC 모터로 구성된다. DC 모터를 이용하는 경우, DC 동력원으로부터의 직류 전류를 교류 전류(AC)로 변환하는 DC-AC 변환기를 이용하지 않고서도 DC 전력원(차량의 배터리)으로부터의 직류 전류를 그대로 이용함으로써 반작용 토크(피드백 토크) 및 조향 토크 모두를 생성할 수 있다.

(33) 반작용 모터(2, 2)로 구성되는 전술한 이중 반작용 액추에이터 시스템은 하나의 2-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터로 구성된다. 하나의 스테이터에 의해 구동되는 하나의 로터를 각각 갖는 2개의 1-로터 1-스테이터 모터에 비해, 2-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터는 그 구성이 간단하고 모터 부품 개수가 적게 되고, 모터 축 및 컬럼 축(7)을 연결하는 구성 부품의 개수가 적게 되고, 조향 시스템의 전체 제조 비용이 줄게 되고, 모터 토크 손실이 감소된 저가, 경량 및 소형의 이중 액추에이터 시스템이 된다.

도32 내지 도50의 변형예들의 SBW 차량 조향 장치에 있어서, 기계적 백업 시스템의 클러치 장치(3)는 반작용 제어 시스템의 측면 및 조향 출력 시스템의 측면 중의 어느 하나에 제공된다. 선택적으로, 기계적 백업 시스템의 2개의 클러치 장치(3, 3)는 클러치 장치(3, 3)가 해제된 백업 작동 모드 중에 케이블 백업 기구(4)의 케이블 및 풀리가 조향 입력부(조향 휠(1))의 이동 및 피조향 차륜(16, 16)에 연결된 조향 출력부의 이동에 동기되어 불필요하게 이동하거나 끌리는 것을 완벽하게 피하기 위해 반작용 제어 시스템의 측면 및 조향 출력 시스템의 측면에 각각 제공된다.

일본 특허 공개 2003-344520호(2003년 10월 2일 출원), 공개 2003-344839호(2003년 10월 2일 출원) 및 공개 2003-344519호(2003년 10월 2일 출원)의 전체 내용은 본 명세서에 합체되어 참고된다.

이상에서 본 발명을 수행하는 양호한 실시예들이 설명되었지만, 본 발명이 본 명세서에서 도시되고 설명된 실시예들로 한정되지 않고 다양한 변경 및 수정이 후속의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 범주 및 요지를 벗어나지 않고서도 이루어 질 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 조향 작동 중에 좌우측의 래크 축 부분들 사이의 차동 래크 스트로크를 제공하여 종래의 조향 장치와 사실상 동일한 조향 시스템에 대해 차량의 최소 회전 반경을 감소시킬 수 있고, 2개의 모순되는 요구 조건, 즉 조향 연결 효율의 향상 및 소정의 애커만 조향각(소정의 애커만 비)을 균형 잡히게 할 수 있으며, 동력 전달 한계를 초과하는 과도한 토크 전달력으로 인해 조향 입력부 및 출력부를 백업 시스템을 통해 상호 결합시키는 데에 사용되는 클러치의 바람직하지 않은 미끄러짐이 있는 경우에도 백업 작동 모드 중의 소정의 조향각에 대한 피조향 차륜에서의 실제 조향각의 편차(또는 부족)를 보상하거나 제거할 수 있고, 단일 SBW 제어 시스템의 시스템 고장 시에도 조향 휠의 중립 위치와 한 쌍의 피조향 차륜의 제로 평균 조향 각도에 대응하는 중립 위치 사이에 차이가 덜 있게 하는 조건을 보장하면서 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로의 전환을 가능하게 하는 백업 기구를 갖춘 SBW 차량 조향 장치를 제공할 수 있다.

도1은 좌우측 래크 사이의 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있는 조향각 컨버터를 갖는 차량 조향 장치의 실시예를 도시하는 시스템 도면.

도2는 차동 래크 스트로크를 제공할 수 있는 실시예의 조향 장치에 의해 얻어진 조향각 사이의 차이와, 좌우측 래크 축 단부에서 동일한 래크 스트로크를 제공하는 통상의 조향 장치에 의해 얻어진 조향각을 설명하는 비교 도면.

도3은 차동 래크 스트로크를 제공하는 실시예의 조향 장치에 제공된 한 쌍의 가변 피치 래크-피니언 기구의 작동을 도시하는 설명도.

도4는 가변 피치 이중 래크 배열체를 사용하는 실시예의 조향 장치의 핸들 각도와 좌우측 래크 스트로크 차이 사이의 관계를 도시하는 특성도.

도5는 차량 조향 장치의 변형예를 도시하는 시스템 도면.

도6은 차량 조향 장치의 다른 변형예를 도시하는 시스템 도면.

도7은 차량 조향 장치의 다른 변형예를 도시하는 시스템 도면.

도8은 도7의 변형예의 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 입력측 원통형 풀리를 도시하는 상세도.

도9는 도7의 변형예의 차량 조향 장치 내에 합체된 한 쌍의 조향 출력측 테이퍼 풀리를 도시하는 상세도.

도10은 도7의 변형예의 차량 조향 장치의 2개의 테이퍼 풀리의 외경의 설정 간의 관계를 도시하는 도면.

도11은 도7의 변형예의 차량 조향 장치의 2개의 테이퍼 풀리의 회전수의 설정 간의 관계를 도시하는 특성도.

도12는 도7의 변형예의 차량 조향 장치에 적용될 수 있는 케이블 백업 기구의 2개의 테이퍼 풀리의 차동 운동과 관련된 작동 원리만을 설명하는 개략도.

도13a 내지 도13c는 각각 좌측으로 또는 우측으로의 래크 스트로크 중의 동일한 래크 스트로크 특성, 차동 래크 스트로크 특성 및 역 차동 래크 스트로크 특성을 도시하는 비교 도면.

도14 내지 도18은 다른 변형예를 도시하는 시스템 도면.

도19는 케이블 백업 기구를 갖는 SBW 차량 조향 장치의 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도20은 애커만 비가 연결 효율보다 더 우선하도록 된 조향 연결부를 도시하는 설명도.

도21은 연결 효율이 애커만 비보다 더 우선하도록 된 조향 연결부를 도시하는 설명도.

도22는 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도23은 미리 설정된 핸들 각도 대 애커만 비의 특성도.

도24는 미리 설정된 차속 대 애커만 비의 특성도.

도25 내지 도28은 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도29는 백업 시스템ㄴ의 백업 기능을 결합 또는 해제시키는데 필요한 클러치 장치로서 적용될 수 있는 전자기 클러치를 도시하는 종단면도.

도30은 케이블 백업 기구에 적용될 수 있는 보우덴 케이블의 상세한 구조를 도시하는 사시도.

도31a는 백업 시스템의 백업 기능을 결합 또는 해제시키는데 필요한 클러치 장치로서 적용될 수 있는 전자기 기계식 클러치를 도시하는 종단면도.

도31b는 도31a의 선 Z-Z를 따라 취한 전자기 기계식 클러치의 측단면도.

도32는 케이블 백업 기구, 이중 액추에이터 시스템, 이중 센서 시스템, 및 이중 제어기 시스템을 갖는 SBW 차량 조향 장치의 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도33은 이중 토크 센서 시스템을 도시하는 종단면도.

도34는 도32의 변형예의 SBW 차량 조향 장치를 도시하는 통상의 시스템의 블록도.

도35는 도32의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고정 진단부 내에서 수행되는 조향 제어 고장 진단 루틴을 도시하는 흐름도.

도36은 도32의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 반작용 제어 고장 진단 루틴의 도면.

도37은 도32의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 제어 고장 진단 루틴의 도면.

도38은 도32의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 SBW 대 EPS 모드 전이 제어 루틴의 도면.

도39는 케이블 백업 기구, 이중 액추에이터 시스템, 이중 센서 시스템, 및 이중 제어기 시스템을 갖는 SBW 차량 조향 장치의 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도40은 도39의 변형예의 SBW 차량 조향 장치를 도시하는 통상의 시스템 블록도.

도41은 도39의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 조향 제어 고장 진단 루틴을 도시하는 흐름도.

도42는 도39의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 반작용 제어 고장 진단 루틴의 도면.

도43은 도39의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 EPS 제어 고장 진단 루틴의 도면.

도44 내지 도46은 다른 변형예를 도시하는 상세한 시스템 도면.

도47은 도46의 변형예의 SBW 차량 조향 장치를 도시하는 통상의 시스템 블록도.

도48은 도46의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 조향 제어 고장 진단 루틴을 도시하는 흐름도.

도49는 도46의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 반작용 제어 고장 진단 루틴의 도면.

도50은 도46의 변형예의 SBW 차량 조향 장치 내에 합체된 조향 제어기의 고장 진단부 내에서 수행되는 EPS 제어 고장 진단 루틴의 도면.

Claims (32)

1. 조향 입력이 인가되는 조향 휠을 적어도 구비하는 조향 입력부;

   조향 래크 축을 적어도 구비하고, 좌우측 가동 래크 축 부분들로 분리된 조향 래크 축으로 직접적으로 또는 간접적으로 전달되고 조향 입력에 기초하여 결정되는 조향력에 의해 발생된 조향 래크 축 이동에 의하여 피조향 차륜을 조향하도록 좌우측 피조향 차륜과 작동 결합된 조향 출력부; 및

   좌우측 가동 래크 축 부분들의 좌우측 래크 스트로크 사이에서 차동 래크 스트로크를 가능하게 하는 조향각 컨버터

   를 포함하는 차량 조향 장치.
2. 제1항에 있어서, 조향각 컨버터는,

   (i) 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 좌측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 가변 래크와, 좌측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 구비하는 좌측 가변 피치 래크-피니언 기구; 및

   (ii) 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 우측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 가변 래크와, 우측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 구비하는 우측 가변 피치 래크-피니언 기구를 포함하며,

   좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구들은 동일한 피니언 축 회전 운동에 대해 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 래크 스트로크 차이가 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

   조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

   조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

   상기 기계식 백업 시스템은,

   (i) 3개의 원통형 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

   (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

   상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 각각의 가동 래크 축 부분을 구동하는 2개의 조향 액추에이터를 포함하는 차량 조향 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

   조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

   조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

   상기 기계식 백업 시스템은,

   (i) 2개의 원통형 풀리를 갖는 케이블 백업 기구,

   (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 제1 클러치 장치, 및

   (iii) 조향 출력부의 일측에 구비된 제2 클러치 장치를 포함하고,

   상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 좌우측 가동 래크 축 부분들을 구동하는 단일 조향 액추에이터를 포함하는 차량 조향 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는 직결 조향 연결부를 더 포함하며,

   상기 직결 조향 연결부는,

   (i) 조향 휠에 고정 연결되고 좌우측 피니언 축들 중 제1 피니언 축과 일체로 형성된 컬럼 축,

   (ii) 제1 및 제2 피니언 축들을 서로 기계적으로 링크 연결하는 가동 연결 축,

   (iii) 가동 연결 축 상에 형성된 제1 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 제1 고정 피치 래크와, 제1 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 제1 피니언 기어 부분을 갖는 제1 피니언 축을 구비하는 제1 고정 피치 래크-피니언 기구, 및

   (iv) 가동 연결 축 상에 형성된 제2 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 제2 고정 피치 래크와, 제2 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 제2 피니언 기어 부분을 갖는 제2 피니언 축을 구비하는 제2 고정 피치 래크-피니언 기구를 포함하고,

   상기 컬럼 축, 가동 연결 축, 그리고 제1 및 제2 고정 피치 래크-피니언 기구들은 조향 휠로부터의 조향력을 직결 조향 연결부를 거쳐 좌우측 가동 래크 축 부분 각각으로 직접 전달하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 조향각 컨버터는,

   좌측 래크-피니언 기구와 결합되고, 좌측 피니언 축에 고정 연결되어 동축으로 배치된 케이블 조향 컬럼 시스템의 좌측 절두원추형 테이퍼 풀리, 및

   우측 래크-피니언 기구와 결합되고, 우측 피니언 축에 고정 연결되어 동축으로 배치된 케이블 조향 컬럼 시스템의 우측 절두원추형 테이퍼 풀리를 포함하여,

   좌측 테이퍼 풀리 상에 감긴 케이블의 유효 직경이 좌측 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크에 따라 변화하고, 우측 테이퍼 풀리 상에 감긴 케이블의 유효 직경이 우측 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크에 따라 변화하고, 좌측 테이퍼 풀리 상에 감긴 케이블의 유효 직경과 우측 테이퍼 풀리 상에 감긴 케이블의 유효 직경의 합이 일정하며,

   상기 좌측 및 우측 테이퍼 풀리들은 좌우측 피니언 축들의 차동 이동을 제공하여 결과적으로 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 차동 래크 스트로크가 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

   조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

   조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

   상기 기계식 백업 시스템은,

   (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

   (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

   상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 각각의 가동 래크 축 부분을 구동하는 2개의 조향 액추에이터를 포함하며,

   상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 좌측 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 고정 피치 래크와, 좌측 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 우측 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 고정 피치 래크와, 우측 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하며,

   좌우측 고정 피치 래크-피니언 기구들은 동일한 피니언 축 회전 운동에 대해 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에 래크 스트로크 차이가 없는 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하고, 좌우측 테이퍼 풀리들은 좌우측 피니언 축들의 차동 이동을 제공하여 결과적으로 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 차동 래크 스트로크를 가능하게 하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

   조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

   조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

   상기 기계식 백업 시스템은,

   (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

   (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

   상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 각각의 가동 래크 축 부분을 구동하는 2개의 조향 액추에이터를 포함하며,

   상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 감소되는 좌측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 가변 래크와, 좌측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 감소되는 우측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 가변 래크와, 우측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하고,

   좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구들은 외측으로 신장 이동하는 좌우측 가동 래크 축 부분들 중 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 조향 동작 동안에 내측으로 수축 이동하는 제2 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 크게 되는 차동 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

   조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

   조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

   상기 기계식 백업 시스템은,

   (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

   (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

   상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 각각의 가동 래크 축 부분을 구동하는 2개의 조향 액추에이터를 포함하며,

   상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 증가되는 좌측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 가변 래크와, 좌측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 증가되는 우측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 가변 래크와, 우측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하고,

   좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구들은 외측으로 신장 이동하는 좌우측 가동 래크 축 부분들 중 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 조향 동작 동안에 내측으로 수축 이동하는 제2 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 역 차동 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

    조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

    조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

    상기 기계식 백업 시스템은,

    (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

    (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

    상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 좌우측 가동 래크 축 부분들을 구동하는 단일 조향 액추에이터를 포함하며,

    상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 좌측 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 고정 피치 래크와, 좌측 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성된 우측 고정 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 고정 피치 래크와, 우측 고정 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하며,

    좌우측 고정 피치 래크-피니언 기구들은 동일한 피니언 축 회전 운동에 대해 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에 래크 스트로크 차이가 없는 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하고, 좌우측 테이퍼 풀리들은 좌우측 피니언 축들의 차동 이동을 제공하여 결과적으로 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 차동 래크 스트로크를 가능하게 하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

    조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

    조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

    상기 기계식 백업 시스템은,

    (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

    (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

    상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 좌우측 가동 래크 축 부분들을 구동하는 단일 조향 액추에이터를 포함하며,

    상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 감소되는 좌측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 가변 래크와, 좌측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 감소되는 우측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 가변 래크와, 우측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하고,

    좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구들 및 좌우측 테이퍼 풀리들은 외측으로 신장 이동하는 좌우측 가동 래크 축 부분들 중 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 조향 동작 동안에 내측으로 수축 이동하는 제2 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 크게 되는 증대된 차동 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
12. 제6항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

    조향 입력부의 조향 휠이 조향 출력부의 조향 래크 축으로부터 기계적으로 분리되고, 조향 래크 축 이동이 조향 입력에 기초하여 결정된 명령 신호에 응답하여 발생되는 스티어-바이-와이어(SBW) 시스템, 및

    조향 입력부를 조향 출력부와 기계적으로 결합시킬 수 있는 기계식 백업 시스템을 더 포함하며,

    상기 기계식 백업 시스템은,

    (i) 원통형 풀리와 좌우측 테이퍼 풀리를 갖는 케이블 백업 기구, 및

    (ii) 조향 입력부의 일측에 구비된 클러치 장치를 포함하고,

    상기 SBW 시스템은 명령 신호에 응답하여 좌우측 가동 래크 축 부분들을 구동하는 단일 조향 액추에이터를 포함하며,

    상기 좌측 래크-피니언 기구는 좌측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 증가되는 좌측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 좌측 가변 래크와, 좌측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 좌측 피니언 기어 부분을 갖는 좌측 피니언 축을 포함하고, 상기 우측 래크-피니언 기구는 우측 가동 래크 축 부분 상에 형성되고 그 기어 피치가 최내측 단부로부터 최외측 단부까지 점차적으로 증가되는 우측 가변 피치 래크 기어 부분을 갖는 우측 가변 래크와, 우측 가변 피치 래크 기어 부분과 맞물리는 우측 피니언 기어 부분을 갖는 우측 피니언 축을 포함하고,

    좌우측 가변 피치 래크-피니언 기구들 및 좌우측 테이퍼 풀리들은 외측으로 신장 이동하는 좌우측 가동 래크 축 부분들 중 제1 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크가 조향 동작 동안에 내측으로 수축 이동하는 제2 가동 래크 축 부분의 래크 스트로크보다 상대적으로 작게 되는 증대된 역 차동 래크 스트로크 특성이 가능하도록 상호 작동하는 차량 조향 장치.
13. 제3항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

    조향 휠의 조향 휠 각도를 검출하는 조향 휠 각도 센서, 및

    검출된 조향 휠 각도에 따라 클러치 장치를 선택적으로 결합 또는 해제할 수 있는 조향 제어기 시스템을 더 포함하며,

    상기 조향 제어기 시스템은 조향 휠 각도가 소정의 조향 휠 각도 범위 내에 있을 때, 좌우측 가동 래크 축 부분들의 차동 래크 스트로크가 없이 좌우측 가동 래크 축 부분들의 동기 이동을 가능하게 하도록 클러치 장치를 결합시키고,

    상기 조향 제어기 시스템은 조향 휠 각도가 소정의 조향 휠 각도 범위를 벗어난 때, 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 차동 래크 스트로크를 제공하여 결과적으로 요구되는 애커만 비(Ackerman ratio)가 가능하도록 2개의 조향 액추에이터를 서로 독립적으로 제어하기 위하여 클러치 장치를 해제시키는 차량 조향 장치.
14. 제3항에 있어서, 상기 차량 조향 장치는,

    차속을 검출하는 차속 센서, 및

    검출된 차속에 따라 클러치 장치를 선택적으로 결합 또는 해제할 수 있는 조향 제어기 시스템을 더 포함하며,

    상기 조향 제어기 시스템은 차속이 소정의 차속 범위를 벗어난 때, 좌우측 가동 래크 축 부분들의 차동 래크 스트로크가 없이 좌우측 가동 래크 축 부분들의 동기 이동을 가능하게 하도록 클러치 장치를 결합시키고,

    상기 조향 제어기 시스템은 차속이 소정의 차속 범위 내에 있을 때, 좌우측 가동 래크 축 부분들 사이에서 차동 래크 스트로크를 제공하여 결과적으로 요구되는 애커만 비(Ackerman ratio)가 가능하도록 2개의 조향 액추에이터를 서로 독립적으로 제어하기 위하여 클러치 장치를 해제시키는 차량 조향 장치.
15. 제3항에 있어서, 조향 입력부의 클러치 장치는 조향 휠과 케이블 백업 기구 사이에 제공된 마찰 클러치를 포함하고, 마찰 클러치의 소정의 전달 토크 용량은 케이블 백업 기구의 내부 케이블의 축방향 항복점과 케이블 백업 기구의 외부 튜브의 축방향 항복점 중 낮은 항복점보다 더 낮게 설정되는 차량 조향 장치.
16. 제4항에 있어서, 조향 입력부의 제1 클러치 장치는 조향 휠과 케이블 백업 기구 사이에 제공된 제1 마찰 클러치를 포함하고, 조향 출력부의 제2 클러치 장치는 케이블 백업 기구와 조향 래크 축 사이에 제공된 제2 마찰 클러치를 포함하며,

    제1 및 제2 마찰 클러치가 모두 결합된 클러치 결합 상태에서 그 이상의 값에서는 제1 마찰 클러치가 미끄러지기 시작하는 제1 한계 전달 토크는 클러치 결합 상태에서 그 이상의 값에서는 제2 마찰 클러치가 미끄러지기 시작하는 제2 한계 전달 토크보다 더 낮게 설정되는 차량 조향 장치.
17. 제16항에 있어서, 제1 마찰 클러치의 소정의 전달 토크 용량은 케이블 백업 기구의 내부 케이블의 축방향 항복점과 케이블 백업 기구의 외부 튜브의 축방향 항복점 중 낮은 항복점보다 더 낮게 설정되는 차량 조향 장치.
18. 제3항에 있어서, 명령 신호에 응답하여 조향 출력부를 제어하도록 구비된 모든 액추에이터 시스템, 센서 시스템 및 조향 제어기 시스템의 시스템 구성 각각은 이중 시스템 구성 이상의 다중 시스템 구성을 포함하는 차량 조향 장치.
19. 제18항에 있어서, 다중 시스템 구성의 SBW 시스템의 제1 제어 시스템이 고장인 경우, 조향 입력부가 조향 입력부의 중립 위치에 실질적으로 대응하는 위치에서 조절되고 부가적으로 조향 출력부가 조향 출력부의 중립 위치에 실질적으로 대응하는 위치에서 조절되는 소정 조건이 만족될 때까지, 고장인 제1 제어 시스템을 제외한 정상적으로 작동하는 고장나지 않은 제어 시스템이 SBW 작동 모드를 소정의 기간 동안 실행하고 나서, 소정 조건이 만족된 때에만 기계식 백업 시스템의 클러치 장치를 결합시킴으로써 SBW 작동 모드로부터 백업 작동 모드로 변경하도록 작동하는 차량 조향 장치.
20. 제19항에 있어서, 백업 작동 모드 동안에, 고장나지 않은 제어 시스템은 전기 모터 보조식 동력 조향(EPS) 제어를 실행하는 차량 조향 장치.
21. 제18항에 있어서,

    조향 휠에 인가된 조향 토크를 검출하는 제1 토크 센서 시스템, 및

    조향 휠과 제1 토크 센서 시스템 사이에 구비되어 조향 휠의 조향 휠 각도를 검출하는 조향 휠 각도 센서를 더 포함하는 차량 조향 장치.
22. 제18항에 있어서,

    조향 제어기 시스템은 제1 조향 제어기 및 제2 조향 제어기를 포함하고,

    액추에이터 시스템의 시스템 구성은 좌측 피니언 축과 작동 결합된 2개의 조향 액추에이터와, 우측 피니언 축과 작동 결합된 2개의 조향 액추에이터를 포함하며,

    제1 및 제2 조향 제어기는, 좌측 래크를 구동하기 위해 좌측 피니언 축과 작동 결합된 2개의 조향 액추에이터들 중 제1 조향 액추에이터 및 우측 래크를 구동하기 위해 우측 피니언 축과 작동 결합된 2개의 조향 액추에이터들 중 제1 액추에이터를 제어하도록 제1 조향 제어기가 할당되고, 좌측 래크를 구동하기 위해 좌측 피니언 축과 작동 결합된 제2 조향 액추에이터 및 우측 래크를 구동하기 위해 우측 피니언 축과 작동 결합된 제2 조향 액추에이터를 제어하도록 제2 조향 제어기가 할당된 명령 신호 회로들의 대각선 분리 배치를 포함하는 차량 조향 장치.
23. 제18항에 있어서,

    피조향 차륜의 조향 작용에 의해 생성된 조향 토크를 검출하는 제2 토크 센서 시스템, 및

    기계식 백업 시스템과 제2 토크 센서 시스템 사이에 구비되어 피조향 차륜의 조향 각도를 검출하는 조향 각도 센서를 더 포함하는 차량 조향 장치.
24. 제18항에 있어서,

    조향 입력부는 조향 휠에 작용하는 가상 조향 반작용 토크를 재생하는 반작용 액추에이터 시스템을 갖는 반작용 제어 시스템을 포함하고,

    조향 출력부는 피조향 차륜이 조향되게 하는 조향 액추에이터 시스템을 갖는 조향 출력 시스템을 포함하며,

    반작용 액추에이터 시스템은 각각이 브러시리스 모터(brushless motor)로 구성된 반작용 모터들을 포함하고,

    조향 액추에이터 시스템은 각각이 브러시리스 모터로 구성된 조향 모터들을 포함하는 차량 조향 장치.
25. 제24항에 있어서, 조향 모터는 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된 차량 조향 장치.
26. 제24항에 있어서, 반작용 모터는 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성된 차량 조향 장치.
27. 제24항에 있어서,

    조향 모터 및 반작용 모터 각각은 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되고,

    클러치 장치는 반작용 제어 시스템과 케이블 백업 기구 사이에 구비된 차량 조향 장치.
28. 제24항에 있어서,

    조향 모터 및 반작용 모터 각각은 1-로터 2-스테이터 브러시리스 모터로 구성되고,

    클러치 장치는 케이블 백업 기구와 조향 출력 시스템 사이에 구비된 차량 조향 장치.
29. 제18항에 있어서, 조향 입력부는 조향 휠에 작용하는 가상 조향 반작용 토크를 재생하는 반작용 액추에이터 시스템을 갖는 반작용 제어 시스템을 포함하고,

    조향 출력부는 피조향 차륜이 조향되게 하는 조향 액추에이터 시스템을 갖는 조향 출력 시스템을 포함하며,

    반작용 액추에이터 시스템은 각각이 브러시 장착 직류(DC) 모터로 구성된 반작용 모터들을 포함하고,

    조향 액추에이터 시스템은 각각이 브러시 장착 직류(DC) 모터로 구성된 조향 모터들을 포함하는 차량 조향 장치.
30. 제29항에 있어서, 반작용 모터는 2-로터 1-스테이터 브러시 장착 DC 모터로 구성된 차량 조향 장치.
31. 제3항에 있어서, 클러치 장치는 전자기 코일에 여기 전류를 인가함으로써 생성된 자속으로부터 발생되는 인력에 의해 클러치 입력 및 출력 축들을 서로 결합할 수 있는 전자기 클러치를 포함하는 차량 조향 장치.
32. 제3항에 있어서, 클러치 장치는 전자석 및 2방향 롤러 클러치의 조합형 클러치 유닛인 전자기 기계식 클러치를 포함하는 차량 조향 장치.