KR20060129209A

KR20060129209A - 차량용 중첩식 조향 시스템

Info

Publication number: KR20060129209A
Application number: KR1020067010968A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 크루트슈니트; 아르투르 루프
Original assignee: 체트 에프 렝크시스테메 게엠베하
Priority date: 2003-12-06
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-12-15
Also published as: KR101203808B1; JP2007513006A; US20070209861A1; JP4699381B2; EP1689632A1; EP1689632B1; CA2548609A1; US7905317B2; ATE375911T1; WO2005054035A1

Abstract

본 발명은 차량용 중첩식 조향 시스템에 관한 것으로, 특히 자동차용 서보 보조 또는 동력 조향 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 제1 입력 샤프트(2) 및 제2 입력 샤프트(3)를 갖고 샤프트 구동부(11)로서 구성되는 차동 구동부(4)를 포함하고, 차동 구동부(4)의 출력 샤프트(5)에 제1 및 제2 입력 샤프트(2, 3)에서 발생하는 회전각을 중첩하기 위한 것이다. 출력 샤프트(5)는 조향 기어(7)의 입력 샤프트(6) 상에서 작용한다. 제1 입력 샤프트(2)는 조향 샤프트(8)에 의해 조향 핸들(9)과 상호 작용하고, 제2 입력 샤프트(3)는 서보 모터(10)와 상호 작용한다. 본 발명의 목적은 유격 없이 출력 샤프트(5)에 추가적인 조향각을 가할 수 있고, 단순하고, 비용 대비 효과적이고, 공간 절약 구조이며, 설치가 용이한 중첩식 조향 시스템을 제공하는 것이다. 이를 달성하기 위하여, 제1 입력 샤프트(2)는 샤프트 구동부(11)의 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)에 착탈식으로 직접 연결되고, 상기 제1 입력 샤프트(2)는 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)으로 연장되는 샤프트 구동부(11)의 편심 구동 코어(12)를 관통한다.

조향 시스템, 입력 샤프트, 출력 샤프트, 차동 구동부, 플렉스 스플라인, 서보 모터

Description

차량용 중첩식 조향 시스템 {SUPERIMPOSED STEERING SYSTEM FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량용 중첩식 조향 시스템에 관한 것으로, 특히 청구항 1의 전제부에 따른 자동차용 동력 조향 시스템 또는 동력 보조 조향 시스템에 관한 것이다.

중첩식 조향 시스템은 공지되어 있고, 필요하다면 차량의 운전자에 의해 조향 핸들 상에서 선택되는 조향각에 액츄에이터에 의한 추가적인 회전각이 중첩될 수 있다는 것을 특징으로 한다. 추가적인 회전각은 전기 제어- 및/또는 조절 장치에 의해 제어되고, 차량의 주행 안정성을 증진시키거나 또는 다른 목적을 위해 사용된다.

추가적인 각도 또는 추가적인 회전각을 발생시키기 위해서, 가변 비율 기어로서 유성 기어를 이용하는 것이 독일 특허 공개 공보 제101 29 450 A1호 및 제101 60 313 A1호에 공지되어 있으며, 여기서 제1 기어 입력 샤프트에 연결되는 조향 샤프트가 축방향으로 차단되고, 조향 샤프트 부품의 태양 기어를 중심으로 운동하는 다단 플래닛(planet)에 의해 회전 가능하게 연결된다. 다단 플래닛은 유성 기어 캐리어에 장착된다. 유성 기어 캐리어는 헬리컬 기어 또는 워엄 기어와 함께 조향 샤프트 및 그 태양 기어를 중심으로 운동 가능하고, 유성 기어 캐리어의 회전 운동은 가변 비율 기어의 제2 기어 입력 샤프트 상에서 헬리컬 기어 또는 워엄 기어를 이용하여 수행된다.

이런 유형의 가변 비율 기어는 다수의 톱니형 맞물림부를 갖는다. 이는 바람직하지 않은 조향 유극(play)을 발생시킬 수 있는 기어 유극을 초래한다. 또한, 서보 모터를 갖는 상기한 가변 비율 기어는 기술적인 관점에서 상대적으로 복잡하고 고가이다.

독일 특허 공개 공보 제102 20 123 A1호에는 중첩식 조향 시스템이 개시되어 있고, 조향 휘일을 조향 기어에 연결하는 조향 칼럼 샤프트로 전기 서보 모터 구동부가 통합된다. 전기 서보 모터 구동부는 조향 칼럼 샤프트의 제1 섹션에 연결되는 하우징과, 조향 칼럼 샤프트의 제2 섹션에 연결되는 구동 샤프트를 갖는다. 조향 칼럼 샤프트의 제1 섹션은 조향 휘일에 연결되고 제2 섹션은 조향 기어에 연결되거나, 또는 그 반대로 연결된다. 추가적인 회전각을 발생시키기 위해, 구동 샤프트는 전기 서보 모터 구동부에 의해 전기 서보 모터 구동부의 하우징에 대해 상대적으로 회전될 수 있다. 이런 중첩식 조향 시스템에 의해 조향 휘일과 조향 기어 사이의 회전 운동에 추가적인 각도가 중첩되지만, 전기 서보 모터 구동부의 대향 토크는 조향 칼럼 샤프트 상에 지지되어, 운전자에 대해 불편한 조향감 또는 주행감을 가지게 할 수 있다.

가변 비율 기어로서 하모닉 드라이브 또는 펄스 드라이브를 갖는 중첩식 조향 시스템이 공지되어 있다. 그러나, 이런 유형의 하모닉 드라이브의 서보 모터는 조향 칼럼 상에서 그 토크를 지지한다. 또한, 이들 하모닉 드라이브는 조향 핸들에서의 토크 및 회전각을 가변 비율 기어의 기어 출력 샤프트로 전달하기 위해 안 정된 하우징을 요구한다.

본 발명은 편안한 핸들링을 제공하고, 간단한 구조 및 최소화된 설치 공간을 갖는 유극 없는 차량용 중첩식 조향 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 중첩식 조향 시스템에 의해 달성된다.

이런 목적을 위해서, 조향 핸들 및 제1 기어 입력 샤프트 상의 토크 및 회전각이 해제 가능한 연결부를 통해 하모닉 드라이브의 방사상 가요성 플렉스 스플라인(flexspline)에 직접 전달되므로, 가변 비율 기어는 하우징 없이 구성될 수 있다. 여기서, 제1 기어 입력 샤프트는 하모닉 드라이브의 편심, 바람직하게는 타원형 구동 코어를 관통하고, 구동 코어가 캠 방식으로 방사상 가요성 플렉스 스플라인에 반경 방향으로 돌출하고 제2 기어 입력 샤프트 및 서보 모터에 회전 고정식으로 연결된다.

바람직한 실시예는 하위 청구항들에 기재된다.

하모닉 드라이브는 차량의 조향 핸들 및 조향 샤프트에 회전 고정식으로 연결되는 제1 기어 입력 샤프트를 갖는다. 제2 기어 입력 샤프트는 서보 모터에 의해 구동되는 중공 샤프트로서 구성된다. 제2 기어 입력 샤프트는 하모닉 드라이브의 편심, 특히 타원형 구동 코어에 회전 고정식으로 연결된다. 편심 구동 코어는 하모닉 드라이브의 방사상 가요성 플렉스 스플라인에 축방향으로 맞물리며, 방사상 가요성 플렉스 스플라인 외주연면의 하나 이상의 주연 섹션이 기어 출력 샤프트에 회전 고정식으로 연결되는 대체로 원통형인 지지링의 지지면과 연속적으로 변화하는 방식으로 맞물린다. 따라서, 하모닉 드라이브의 지지링의 축방향 영역에서, 조향 샤프트는 지지링에 회전 고정식으로 연결되는 기어 출력 샤프트, 및 조향 핸들에 회전 고정식으로 연결되는 제1 기어 입력 샤프트로 분리된다. 기어 출력 샤프트는 지지링에 고정식으로 연결되고 하모닉 드라이브의 하우징 또는 프레임에 회전 가능하게 배열될 수 있다. 이런 방식으로, 기어 출력 샤프트가 제1 기어 입력 샤프트에 대해 상대적으로 회전할 수 있고, 결과로서 운전자에 의해 조향 핸들에서 입력되는 조향각에 추가로 조향 샤프트에 양의 조향각 또는 음의 조향각이 입력될 수 있다.

하모닉 드라이브의 조립을 용이하게 하고 개별적인 부품들을 신속하게 교체할 수 있도록 하기 위해서, 제1 기어 입력 샤프트는 편심 플렉스 스플라인에 해제 가능하게 연결된다. 또한, 이는 하모닉 드라이브의 개별적인 부품들이 다른 재료들로 형성될 수 있고, 공지된 제조 공정들이 부품들에 대해 계속해서 이용 가능하다는 이점을 갖는다. 조향 시스템의 조작 편의성을 향상시키기 위해서, 서보 모터의 토크가 조향 칼럼 자체가 아닌 차량 또는 차량에 고정된 조향 시스템의 부품에 지지된다.

방사상 가요성 플렉스 스플라인은 대략 나사 볼트와 같은 연결 요소를 이용한 간단한 조립 및 경우에 따른 보수를 위한 분해를 위해, 제1 기어 샤프트에 형상 끼워맞춤되고(form-fitting) 해제 가능하게 고정되는 것이 바람직하다. 형상 끼워맞춤 연결부가 회전에 대해 고정되도록 하는 클러치판은 방사상 가요성 플렉스 스플라인과 제1 기어 입력 샤프트 사이에 배열되거나 클램핑된다. 클러치판은 제1 기어 입력 샤프트 및 방사상 가요성 플렉스 스플라인에 형상 끼워맞춤 방식으로 래칭 요소 내로 결합한다. 서보 모터의 샤프트에 회전 고정식으로 연결되는 편심 구동 코어는 그 축단부에서 롤러 베어링을 거쳐 제1 기어 입력 샤프트 상에 회전 가능하게 지지된다. 편심 구동 코어는 제1 기어 입력 샤프트와 방사상 가요성 플렉스 스플라인 사이에 방사상으로 배열되고, 조향 시스템의 설치 공간 요구 조건을 감소시키기 위해서 방사상으로 가능한 소형으로 구성된다.

편심 구동 코어는 방사상 가요성 플렉스 스플라인, 특히 벨 형상의 지지링에 대부분에 걸쳐 축방향으로 맞물리는 것이 바람직하다. 이는 하모닉 드라이브 및 조향 시스템이 축방향으로 그리고 방사상으로 소형화된 구성이 되게 한다. 편심 구동 코어는 방사상 가요성 플렉스 스플라인 내에서 가요성 볼 베어링과 함께 회전하고, 연속적으로 변화하는 방식으로 방사상 가요성 플렉스 스플라인을 변형시킨다. 여기서, 구동 코어의 단면 형상에 따라, 방사상 가요성 플렉스 스플라인의 외주연면의 하나 이상의 외주 섹션은 대체로 원통형인 지지링의 지지면과 맞물린다. 지지링은 플렉스 스플라인을 방사상으로 둘러싼다. 방사상 가요성 플렉스 스플라인의 외주연면의 주연이 원통형인 지지링의 지지면의 주연보다 짧기 때문에, 지지링과 이에 따른 기어 출력 샤프트는 이런 길이 차이에 의해 회전되고, 상기 기어 출력 샤프트는 지지링에 회전 고정식으로 연결되어, 조향 기어의 입력 샤프트에 연결된다. 결과로, 조향 핸들 상의 입력된 조향각에 대한 양의 방향 또는 음의 방향으로의 추가적인 조향각을 지지링 및 기어 출력 샤프트에 대해 높은 정밀도로 가하는 것이 가능하다.

편심 구동 코어의 하나 이상의 롤러 베어링은 상기 편심 구동 코어를 유격 없이 위치시키기 위해, 제1 기어 입력 샤프트 상에 축방향으로 압축 응력을 받는다. 축방향 압축 응력은 롤러 베어링의 외부 링 또는 내부 링, 및 클러치판 상에 축방향으로 지지되는 디스크 스프링으로 발생시키는 것이 바람직하다. 제1 기어 입력 샤프트의 바람직한 부유식 지지를 위해서, 제1 기어 입력 샤프트는 기어 출력 샤프트의 일 축단부에서 베어링을 통해 지지된다. 베어링은 니들 부시로서 구성되는 것이 바람직하다. 형상 끼워맞춤 방식으로 해제 가능한 베어링 저널은 제1 기어 입력 샤프트의 축단부에서 베어링에 결합되는 것이 바람직하다. 베어링 저널은 6각형 소켓과 같은 공구를 위해 원형 형상에서 벗어나는 편평한 폭 또는 결합 가능성을 가져서, 동시에 제1 기어 입력 샤프트 상에서 클러치판과 방사상 가요성 플렉스 스플라인을 형상 끼워맞춤식으로 해제 가능하게 고정하기 위한 체결 요소(fastening element)를 형성한다.

하모닉 드라이브의 하우징과 별개의 자체 하우징을 갖는 서보 모터를 배열하고, 바람직하게는 감속비를 갖는 기어를 통해 서보 모터 샤프트를 편심 구동 코어에 연결하는 것이 유리할 수 있다. 기어는 스퍼 기어, 헬리컬 기어 또는 베벨 기어 등의 기어로 구성될 수 있다. 여기서, 편심 구동 코어는 일 축단부에서 기어의 기어 휘일과 일체로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 기어는 톱니형 벨트, V 벨트, 체인 등과 같은 공지된 모든 적절한 트랙션 구동 수단으로 구성될 수 있고, 편심 구동 코어는 풀리 휘일 또는 체인 스프로켓과 일체로 구성될 수 있다.

또한, 중공 샤프트 모터로서 서보 모터를 구성할 수 있으며, 서보 모터의 회전자는 조향 샤프트를 중심으로 회전 가능하게 배열된다. 여기서, 서보 모터의 중공 샤프트는 편심 구동 코어와 일체로 형성되면서, 방사상 가요성 플렉스 스플라인에서 종결되도록 형성될 수 있다.

서보 모터는 제어- 및/또는 조절 장치에 의해 제어되고, 제어- 및/또는 조절 장치의 입력측은 조향 토크 측정용 센서, 조향각 측정용 센서 및/또는 조향 핸들의 회전각 측정용 센서에 신호 전달 방식으로 연결된다. 센서를 비접촉 센서로서, 그리고 조향 시스템을 파라미터 제어식 동력 조향 시스템 또는 동력 보조 조향 시스템으로서 구성할 수 있다. 서보 모터, 제어- 및/또는 조절 장치, 하모닉 드라이브, 및 조향 핸들의 토크 및 회전각 측정용 센서들은 하나의 하우징에 조합되는 것이 바람직하다. 개별적인 부품들은 서로에 대해 차폐되는 방식으로 하우징에 분리식으로 배열될 수 있다.

중첩식 조향 시스템의 전체 구성은 슬라이더 또는 편평 나선 스프링 등의 추가적인 전류 안내 장치 없이 조향 시스템의 부품들 사이에서 전류의 공급 및/또는 신호의 전달을 가능하게 한다. 이는 조향 시스템의 작동 신뢰성을 향상시킨다.

하모닉 드라이브는 주로 강으로 형성되는 것이 바람직하고, 적어도 방사상 가요성 플렉스 스플라인 및 구동 코어는 강으로 형성된다. 또한, 하모닉 드라이브의 부품들은 비금속 또는 비철 함유 금속 재료로 형성될 수 있다. 방사상 가요성 플렉스 스플라인의 외주연면은 형상 끼워맞춤식 또는 강제 끼워맞춤식 연결에 의해 지지링의 원통형 지지면에 맞물릴 수 있다. 형상 끼워맞춤 맞물림을 위해서, 외부 톱니부를 갖는 방사상 가요성 플렉스 스플라인의 외주연면을 제공할 수 있고, 내부 톱니부를 갖는 지지링의 원통형 지지면을 제공할 수 있다. 내부 톱니부를 갖는 지지링은, 외부 톱니부의 적어도 두 개의 직경 방향으로 대향하는 주연 섹션을 갖는 지지링의 내부 톱니부와 맞물리는 방사상 가요성 스플라인의 외주연면보다 많은 수의 톱니를 갖는다. 방사상 가요성 스플라인의 편심 또는 타원형 구동 코어의 회전의 결과로, 방사상 가요성 스플라인의 외부 톱니부의 모든 톱니들은 매 회전 시에 지지링의 내부 톱니부의 톱니와 차례로 접촉하게 되고, 이를 통해 기어 출력 샤프트를 갖는 지지링은 톱니 수의 차이만큼 회전된다. 대략 1:20 내지 1:600의 감속비가 하모닉 드라이브의 기어 단(stage)에 의해 달성될 수 있고, 복수의 기어 단이 차례로 연결되는 것이 가능하다. 많은 톱니들은 동시에 맞물리기 때문에, 고도로 중첩되는 경우에 비교 가능한 기어에 비해 다중 토크 하중이 이루어질 수 있고, 하모닉 드라이브는 이에 상응하여 작게 구성되며, 이러한 하모닉 드라이브에 의해 조향 샤프트의 기어 출력 샤프트와 제1 기어 입력 샤프트 사이에서 유격 없는 확실한 토크 및 회전각 전달이 보장된다. 플렉스 스플라인의 외주연면이 지지링의 지지면과 마찰 맞물림되면, 소정 변속비는 임의의 제한 범위 내에서 선택될 수 있다.

가변 비율 기어는 유압 동력 보조 조향 시스템의 경우에 편의상 조향 밸브와 조향 기어 사이 또는 조향 핸들과 조향 밸브 사이에 배열되는 것이 편리하다. 가변 비율 기어는 전기 동력 보조 조향 시스템인 경우에 조향 모멘트 센서와 조향 기어 사이 또는 조향 핸들과 조향 기어 사이에 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 조향 핸들이 지지링에 회전 고정식으로 연결되고 방사상 가요성 플렉스 스플라인이 가변 비율 기어의 기어 출력 샤프트에 회전 고정식으로 연결되는 방식으로, 하모닉 드라이브가 조향 핸들과 조향 기어 사이의 구동 열 또는 조향 샤프트에 설치될 수 있다.

본 발명은 이하에서 예시적인 실시예를 이용하여 더욱 상세히 설명되고 첨부 도면을 이용하여 예시된다.

도1은 본 발명에 따른 중첩식 조향 시스템의 평면도 및 부분 종단면도를 도시한 것이다.

도2는 도1의 중첩식 조향 시스템의 하모닉 드라이브의 종단면도를 도시한 것이다.

도3은 다른 중첩식 조향 시스템의 종단면도를 도시한 것이다.

도4는 도3의 Ⅳ의 상세도를 도시한 것이다.

도1은 능동 조향으로서 구성된 차량용 중첩식 조향 시스템(1)을 평면도 및 부분 종단면도로 도시한 것이다. 중첩식 조향 시스템(1)은 차량의 조향 칼럼 외에 차량에 고정되는 부품(17) 상에 지지되는 서보 모터(10)와, 조향 핸들(9)에 회전 고정식으로 연결되는 조향 샤프트(8)와, 하모닉 드라이브(11)로서 구성되는 가변 비율 기어(4)와, 조향 기어(7)용 입력 샤프트(6)를 포함하는 전기 중첩식 조향 시스템(electric superimposed steering system)으로서 형성된다. 조향 기어(7)는 전기 또는 유압 동력 보조 조향 시스템의 일부일 수 있다.

도시된 실시예에서, 조향 기어(7)는 입력 샤프트(6)의 일 축단부에 배열된 헬리컬 톱니 피니언(37)과, 피니언(37)과 맞물리고 축방향으로 변위 가능하도록 장착된 랙(38)을 포함한다. 랙(38)은 트랙 로드 아암을 갖는, 도시되지 않은 차량의 조향 가능 휘일에 공지된 방식으로 조인트식으로 체결된다.

서보 모터(10)의 서보 모터 샤프트(32)는 가요성 구동 기구(30)로서 구성된 기어(29)를 통해 하모닉 드라이브(11)에 연결된다. 서보 모터(10)는 하모닉 드라이브(11)에 추가적인 조향각을 제공하고, 톱니형 벨트(39)는 도1 및 도2에 도시된 예시적인 실시예에서 하모닉 드라이브(11)의 풀리 휘일(31)에 서보 모터(10)의 토크 및 회전 속도를 전달한다. 풀리 휘일(31)은 기어(29)의 일부이고, 제2 기어 입력 샤프트(3) 및 편심, 바람직하게는 타원형 구동 코어(12)와 일체로 형성된다. 구동 코어(12)는 풀리 휘일(31)에 직접 연결되는 축방향 영역에 타원형으로 형성된다.

가요성 볼 베어링(40)은 상기 구동 코어(12)의 타원형 주연부 주위에 장착된다. 풀리 휘일(31)로부터 축방향으로 연장되는 구동 코어(12)의 연장부는 탄성 강판(steel sheet)으로 형성되는, 컵 형상의 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)에 결합된다. 구동 코어(12)는, 그 축단부(21, 21')에 각각 배열되고 그루브 볼 베어링으로 형성되는 롤러 베어링(20, 20')을 거쳐 제1 기어 입력 샤프트(2) 상에 회전 가능하게 배열된다. 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)은 볼 베어링(40)의 축방향 영역에서 외부 톱니부(35)를 지지하는 외주연면(14)을 갖는다. 플렉스 스플라인(13)의 타원형 확장의 작용 하에서, 외부 톱니부(35)의 두 개의 주연 섹션(41)은 하모닉 드라이브(11)의 기어 출력 샤프트(5) 및 입력 샤프트(6)에 회전 고정식으로 연결되는 지지링(16)의 원통형 지지면(15) 상의 내부 톱니부(36)에 맞물린다. 지지링(16)은 기어 출력 샤프트(5) 또는 조향 기어(7)의 입력 샤프트(6) 상에서 조향 샤프트(8)의 종축(42)에 대해 동심으로 고정된다. 구동 코어(12)가 회전하면, 타원형 확장은 내부 톱니부(36)를 따라 연속적으로 변화하는 방식으로 발생한다. 내부 톱니부를 갖는 지지링(16)은 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)보다 많은 수의 톱니를 갖고, 결과로 지지링(16)은 구동 코어(12)의 회전 당 톱니 수의 차이만큼 회전된다.

하모닉 드라이브(11)는 조향 기어(7) 상의 하우징(43)에 배열되는 것이 유리하지만(도3 및 도4 참조), 하모닉 드라이브(11)를 저렴하게 제공 및 장착하기 위해서 하우징 없이 구성되는 기능적인 방식으로 설계된다.

조향 샤프트(8)는 지지링(16)의 축방향 영역(x) 내에서 분리되고, 조향 핸들(9), 및 구동 코어(12) 및 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)이 배열되는 타단부에 회전 고정식으로 연결되는 제1 기어 입력 샤프트(2)와, 지지링(16) 및 입력 샤프트(6)에 회전 고정식으로 연결되는 기어 출력 샤프트(5)로 분할된다. 이런 방식으로, 기어 출력 샤프트(5)는 제1 기어 입력 샤프트(2)에 대해 상대적으로 하모닉 드라이브(11)에 의해 회전될 수 있고, 주행- 및 차량 파라미터에 따른 조향각은 조향 기어(7) 전방의 조향 샤프트(8)에 입력될 수 있다.

비교적 용이한 조립과, 하모닉 드라이브(11)의 부품들의 간단한 교체를 위해, 그리고 공지된 제조 공정을 이용하여 하모닉 드라이브의 부품들을 다른 재료들 로 제조할 수 있도록 하기 위해, 제1 기어 입력 샤프트(2)는 형상 끼워맞춤식으로 해제 가능하게 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)에 연결된다. 제1 기어 입력 샤프트(2)로부터 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)까지의 토크 전달은 래칭 요소를 사용하여 제1 기어 입력 샤프트(2) 및 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)으로 돌출하는 클러치판(19)에 의해 수행된다. 클러치판(19)은 나사 볼트로서 구성되고 제1 기어 입력 샤프트(2)로 돌출하는 연결 요소(18)에 의해, 지지링(16)으로 돌출하는 제1 기어 입력 샤프트(2)의 단부측 상에 해제 가능하게 고정된다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 디스크 스프링(24)은 롤러 베어링(20)의 내부 링(23)과 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)의 환형 플랜지(44) 사이에 축방향으로 클램핑된다. 디스크 스프링(24)은 롤러 베어링(20)에 압축 응력을 가하고, 구동 코어(12)를 유격 없이 제1 기어 입력 샤프트(2) 상에 위치시킨다. 또한, 디스크 스프링(24)은 롤러 베어링(20)의 외부 링(22) 상에서 작용할 수 있다.

서보 모터(10)가 중공 샤프트 모터(33)로서 구성된 중첩식 조향 시스템(1)의 종단면에 있어서, 도3 및 도4는 제1 기어 입력 샤프트(2)가 본 발명에 따라 구성된 하모닉 드라이브(11)에 반드시 부유식으로 지지되어야 하는 것이 아니라, 제1 기어 입력 샤프트(2)가 지지링(16) 또는 제1 기어 출력 샤프트(5)의 베어링(25)에 의해 지지될 수 있다는 것을 도시한 것이다. 베어링(25)은 니들 부시(26) 및 레이디얼 베어링으로서 구성되고, 제1 기어 입력 샤프트(2)의 단부면 상의 형상 끼워맞춤식 해제 가능한 베어링 저널(27)은 니들 부시(26)로 돌출한다. 베어링 저널(27)은 6각형 소켓을 갖고, 이로써 동시에 클러치판(19) 및 방사상 가요성 플렉스 스플라 인(13)을 제1 기어 입력 샤프트(2)에 고정하기 위해 연결 요소(18)로서 제공된다. 도시된 모든 실시예에서, 연결 요소(18)의 헤드는 기어 출력 샤프트(5)로 축방향으로 돌출하여, 하모닉 드라이브(11)의 전체 크기는 더 소형화된다.

중공 샤프트 모터(33)는 조향 샤프트(8)의 종축(42)에 대해 동축으로 배열된다. 조향 샤프트(8)의 제1 기어 입력 샤프트(2)는 서보 모터(10)를 관통하고, 서보 모터(10)의 회전자(34)는 조향 샤프트(8)를 중심으로 회전 가능하도록 서보 모터 샤프트(32) 상에 배열된다. 서보 모터 샤프트(32)는 구동 코어(12)와 일체로 이루어지고, 롤러 베어링(20, 20'), 및 기어 출력 샤프트(5)의 니들 부시(26) 및 제1 기어 입력 샤프트(2)와 서보 모터 샤프트(32) 사이의 추가적인 니들 부시(45)를 이용해서 지지된다. 추가적인 니들 부시(45)는 롤러 베어링(20, 20')으로부터 축방향으로 이격되어 배열된다.

서보 모터(10)의 고정자(46)는 하모닉 드라이브(11), 서보 모터(10), 및 제어- 및/또는 조절 장치(47)를 둘러싸는 하우징(43) 상에 고정 배열된다. 하모닉 드라이브(11), 서보 모터(10), 및 제어- 및/또는 조절 장치(47)는 서로에 대해 공간적으로 분리되고 차폐되도록 하우징(43) 내에 배열된다.

지지링(16)의 내부 톱니부(36)와 플렉스 스플라인(13)의 외주연면(14)의 형상 끼워맞춤식 맞물림 대신에, 지지링(16)의 원통형 지지면(15)과 외주연면(14)의 마찰 맞물림이 제공될 수 있어, 소정 감속비가 선택될 수 있으며, 이 때 그 지배 인자(dominator)는 정수가 아니다. 또한, 미세한 톱니 홈(spacing), 코루게이션(corrugation) 또는 널링(knurling)이 제공될 수 있다.

도면 부호 리스트

1 중첩식 조향 시스템

2 제1 기어 입력 샤프트

3 제2 기어 입력 샤프트

4 가변 비율 기어

5 기어 출력 샤프트

6 입력 샤프트

7 조향 기어

8 조향 샤프트

9 조향 핸들

10 서보 모터

11 하모닉 드라이브

12 편심 구동 코어

13 방사상 가요성 플렉스 스플라인

14 '12'의 외주연면

15 원통형 지지면

16 지지링

17 차량에 고정된 부품

18 연결 요소

19 클러치판

20, 20' 롤러 베어링

21, 21' '12'의 축단부

22 외부 링

23 내부 링

24 디스크 스프링

25 베어링

26 니들 부시

27 베어링 저널

28 만입부

29 기어

30 가요성 구동 기구

31 풀리 휘일

32 서보 모터 샤프트

33 중공 샤프트 모터

34 회전자

35 외부 톱니부

36 내부 톱니부

37 헬리컬 톱니 피니언

38 랙

39 톱니 벨트

40 볼 베어링

41 주연 섹션

42 '8'의 종축

43 '11'의 하우징

44 환형 플랜지

45 니들 부시

46 고정자

47 제어- 및/또는 조절 장치

48

49

50

x '16'의 축방향 영역

Claims

제1 기어 입력 샤프트(2) 및 제2 기어 입력 샤프트(3)를 갖는 가변 비율 기어(4)를 갖고, 기어 출력 샤프트(5)가 조향 기어(7)의 입력 샤프트(6) 상에서 작용하는 상기 가변 비율 기어(4)는 상기 두 개의 기어 입력 샤프트(2, 3)에서 발생하는 회전각의 중첩을 위해 가변 비율 기어(4)의 기어 출력 샤프트(5)에 하모닉 드라이브(11)를 구성하고, 상기 제1 기어 입력 샤프트(2)는 조향 샤프트(8)를 거쳐 조향 핸들(9)에 작동 가능하게 연결되고 상기 제2 기어 입력 샤프트(3)는 서보 모터(10)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 제1 기어 입력 샤프트(2)는 하모닉 드라이브(11)의 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)에 해제 가능하게 연결되고 하모닉 드라이브(11)의 편심 구동 코어(12)를 관통하며, 상기 편심 구동 코어(12)는 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)으로 돌출하는, 자동차용, 특히 동력 조향 시스템 또는 동력 보조 조향 시스템과 같은 차량용 중첩식 조향 시스템에 있어서,

상기 서보 모터(10)의 토크는 조향 칼럼 이외에 차량, 또는 차량에 고정된 중첩식 조향 시스템의 다른 부품(17)에 지지되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항에 있어서, 상기 서보 모터(10)는 하모닉 드라이브(11)의 제2 기어 입력 샤프트(3)의 편심 구동 코어(12) 상으로 토크 및 회전각을 제공하고, 상기 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)은 형상 끼워맞춤식으로 해제 가능하게 제1 기어 입 력 샤프트(2)에 연결되며, 상기 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)의 외주연면(14)의 하나 이상의 주연 섹션은 기어 출력 샤프트(5)에 회전 고정식으로 연결되는 실질적으로 원통형인 지지링(16)의 지지면(15)과 연속적으로 변화하는 방식으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)은 연결 요소(18) 및 클러치판(19)을 갖는 제1 기어 입력 샤프트(2) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편심 구동 코어(12)는 그 축단부(21, 21')에서 롤러 베어링(20, 20')을 통해 제1 기어 입력 샤프트(2) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제4항에 있어서, 롤러 베어링(20, 20')의 외부 링 또는 내부 링(22, 23)은 축방향으로 압축 응력을 받는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제5항에 있어서, 상기 롤러 베어링(20, 20')의 외부 링(22) 또는 내부 링(23)은 디스크 스프링(24)에 의해 축방향으로 압축 응력을 받는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제6항에 있어서, 상기 디스크 스프링(24)은 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)을 통해 클러치판(19)에 지지되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기어 입력 샤프트(2)는 지지링(16)에 베어링(25)을 사용하여 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제8항에 있어서, 상기 베어링(25)은 니들 부시(26)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 기어 입력 샤프트(2)는 베어링(25)에 형상 끼워맞춤식으로 해제 가능한 베어링 저널(27)을 사용해서 장착되는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제10항에 있어서, 원형 형상으로부터 벗어나는 단면을 갖는 만입부(28)는 베어링 저널(27)에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서보 모터(10)는 기어(29)를 통해 제2 기어 입력 샤프트(3)에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제12항에 있어서, 상기 기어(29)는 스퍼 기어, 헬리컬 기어 또는 베벨 기어와 같은 기어인 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제13항에 있어서, 상기 편심 구동 코어(12)는 제2 기어 입력 샤프트(3) 및 기어(29)의 기어 휘일과 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제12항에 있어서, 상기 기어(12)는 트랙션 구동 기어(30)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제15항에 있어서, 상기 편심 구동 코어(12) 및 제2 기어 입력 샤프트(3)는 기어(29)의 풀리 휘일(31)과 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편심 구동 코어(12)는 제2 기어 입력 샤프트(3)를 형성하는 서보 모터 샤프트(32)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제17항에 있어서, 상기 서보 모터(10)는 중공 샤프트 모터(33)로서 구성되고, 상기 서보 모터(10)의 회전자(34)는 조향 샤프트(8)를 중심으로 회전 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서보 모터(10)에 전달되는 신호 및/또는 전류 공급은 슬라이더 또는 편평 나선형 스프링과 같은 전달 장치 없이 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하모닉 드라이브(11)는 실질적으로 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하모닉 드라이브(11)는 실질적으로 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플렉스 스플라인(13)은 지지링(16)의 내부 톱니부(36)와 맞물리는 외부 톱니부(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 비율 기어(4)는 유압 동력 보조 조향 시스템인 경우에, 조향 밸브와 조향 기어(7) 사이 또는 조향 핸 들(9)과 조향 밸브 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 비율 기어(4)는 전기 동력 보조 조향 시스템인 경우에, 조향 모멘트 센서와 조향 기어(7) 사이 또는 조향 핸들(9)과 조향 기어(7) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.
제2항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하모닉 드라이브(11)는, 지지링(16)이 조향 핸들(9)에 회전 고정식으로 연결되고 방사상 가요성 플렉스 스플라인(13)이 기어 출력 샤프트(5)에 회전 고정식으로 연결되는 방식으로 조향 핸들(9)과 조향 기어(7) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 중첩식 조향 시스템.