KR20080000730A - Eletric power steering apparatus for automotive vehicle - Google Patents

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KR20080000730A KR1020060058439A KR20060058439A KR20080000730A KR 20080000730 A KR20080000730 A KR 20080000730A KR 1020060058439 A KR1020060058439 A KR 1020060058439A KR 20060058439 A KR20060058439 A KR 20060058439A KR 20080000730 A KR20080000730 A KR 20080000730A
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김성윤
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주식회사 만도
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Abstract

An electric power steering apparatus for a vehicle is provided to compensate for a gap between a worm wheel and a worm by applying support force in the radial direction of a worm shaft using a shape memory alloy changing the shape according to temperature. An electric power steering apparatus for a vehicle comprises a worm shaft(210) driven by a motor(130), a worm wheel(203) engaged with the worm shaft, a bearing(205,206) provided at both ends of the worm shaft, and a shape memory alloy(300). One end of the shape memory alloy makes close contact with one side of the bearing and the other end of the shape memory alloy is coupled with a housing(301). An elastic member(303) is provided between the housing and the other side of the bearing opposite to the surface where the shape memory alloy is contacted.

Description

자동차의 전기식 동력 보조 조향장치{Eletric Power Steering Apparatus for Automotive Vehicle}Electric Power Steering App for Vehicles {Eletric Power Steering Apparatus for Automotive Vehicle}

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도,1 is a block diagram showing an electric power assist steering device of a vehicle according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a reduction mechanism according to the prior art,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치의 감속 기구를 나타내는 부분 단면도,3 is a partial cross-sectional view showing a deceleration mechanism of an electric power assisted steering device for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention;

도 4a는 저온 상태의 형상 기억 합금의 형상을 나타내는 개략도,4A is a schematic diagram showing the shape of a shape memory alloy in a low temperature state;

도 4b는 고온 상태의 형상 기억 합금의 형상을 나타내는 개략도이다.4B is a schematic diagram showing the shape of the shape memory alloy in a high temperature state.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

102: 조향축130: 모터102: steering shaft 130: motor

201: 웜203: 웜휠201: Worm 203: Worm Wheel

205, 206: 베어링210: 웜축205 and 206: bearing 210: worm shaft

300: 형상 기억 합금301: 하우징300: shape memory alloy 301: housing

303: 탄성 부재305: 볼트303: elastic member 305: bolt

본 발명은 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 온도에 따라 형상이 변화하는 형상 기억 합금을 구비함으로써 온도 변화에 따른 웜휠의 수축 또는 팽창에 따른 웜휠 및 웜 사이의 유격을 보상할 수 있는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electric power assisted steering device of a motor vehicle. More particularly, the present invention relates to an electric power assisted steering apparatus of a vehicle capable of compensating a gap between a worm wheel and a worm due to shrinkage or expansion of a worm wheel according to temperature change by having a shape memory alloy whose shape changes with temperature. .

일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.Generally, as a power assist steering device of a vehicle, a hydraulic power steering steering system using hydraulic pressure of a hydraulic pump has been used, but since the 1990s, an electric power steering steering system using an electric motor has been used. It is becoming more and more common.

기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 조향 보조 동력을 공급하는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전에 의해 조향 토크가 발생되면 모터가 발생된 조향 토크에 비례하는 조향 보조 동력을 공급한다. 따라서 전기식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우에는 유압식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.Conventional hydraulic power assisted steering system consumes energy at all times regardless of whether the steering wheel is rotated by the hydraulic pump driven by the engine. If steering torque is generated by the motor, the motor supplies steering auxiliary power proportional to the generated steering torque. Therefore, when the electric power assisted steering device is used, it is possible to improve energy efficiency compared with the case of using the hydraulic power assisted steering device.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도이다.1 is a block diagram showing an electric power assisted steering apparatus of a vehicle according to the prior art, Figure 2 is a cross-sectional view showing a deceleration mechanism according to the prior art.

도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이 일반적으로 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)로부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, an electric power assisted steering device of a vehicle generally supplies steering assist power to the steering system 100 and the steering system 100 that extend from the steering wheel 101 to both wheels 108. It is configured to include an auxiliary power mechanism 120.

조향 계통(100)은 상단이 조향휠(101)에 연결되고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙 바(109)에 연결되고, 랙 바(109)의 양단은 타이로드(Tie Rod: 106) 및 너클암(Knuckle Arm: 107)을 통해 자동차의 바퀴(108)에 연결된다.The steering system 100 has a top end connected to the steering wheel 101 and a bottom end connected to the pinion shaft 104 via a pair of universal joints 103 to rotate together with the steering wheel 101. It is configured to include). In addition, the pinion shaft 104 is connected to the rack bar 109 through the rack-pinion mechanism 105, and both ends of the rack bar 109 are tie rods 106 and knuckle arms 107. Is connected to the wheel 108 of the vehicle.

랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)의 하단에 형성되는 피니언 기어(111)와 랙 바(109)의 외주면에 형성되는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되며, 랙-피니언 기구부(150)를 통해 피니언축(104)의 회전 운동이 랙 바(109)의 직선 운동으로 변화한다. 따라서, 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 피니언축(104)이 회전하고, 피니언축(104)의 회전에 따라 랙 바(109)가 축 방향으로 직선 운동을 하며, 랙 바(109)의 직선 운동이 타이로드(106) 및 너클 암(107)을 통해 바퀴(108)를 조향하게 된다.The rack-pinion mechanism portion 105 is formed by engaging the pinion gear 111 formed at the lower end of the pinion shaft 104 and the rack gear 112 formed on the outer circumferential surface of the rack bar 109 with each other. Through 150, the rotational movement of the pinion shaft 104 changes to the linear movement of the rack bar 109. Therefore, when the driver operates the steering wheel 101, the pinion shaft 104 rotates, and the rack bar 109 linearly moves in the axial direction according to the rotation of the pinion shaft 104, The linear motion is to steer the wheel 108 through the tie rod 106 and the knuckle arm 107.

보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(121), 토크 센서(121)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력을 조향축(102)에 전달할 수 있도록 웜(201) 및 웜휠(203)을 구비한 감속기구(140)를 포함하여 구성된다.The auxiliary power mechanism 120 senses the steering torque applied by the driver to the steering wheel 101 and outputs an electrical signal proportional to the detected steering torque, and the electrical signal transmitted from the torque sensor 121. In the electronic control unit (ECU) 123 for generating control signals based on the above, the motor 130 and the motor 130 for generating steering assist power based on the control signal transmitted from the electronic control device 123. It is configured to include a deceleration mechanism 140 having a worm 201 and a worm wheel 203 to transmit the generated steering assistance power to the steering shaft (102).

감속기구(140)는 외주면 일측에 웜(201)이 형성되어 있고 양단이 베어링(205, 206)에 의해 회전 가능하게 지지되는 웜축(210)을 포함하여 구성되는데, 웜(201)은 조향축(102)의 외주면 일정 위치에 형성되어 있는 웜휠(203)과 맞물리도록 형성되고 웜축(210)은 모터(130)에 의해 구동된다.The reduction mechanism 140 has a worm 201 formed on one side of an outer circumferential surface thereof and includes a worm shaft 210 that is supported at both ends by bearings 205 and 206 so as to be rotatable. The worm 201 includes a steering shaft ( The outer circumferential surface of 102 is formed to engage with the worm wheel 203 formed at a predetermined position and the worm shaft 210 is driven by the motor 130.

따라서, 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치는, 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 조향 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙 바(109)에 전달되고, 발생된 조향 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력이 랙 바(109)에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 조향 토크와 모터(130)에서 발생한 조향 보조 동력이 합쳐져서 랙 바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.Accordingly, in the electric power assisted steering device of the vehicle, steering torque generated by the rotation of the steering wheel 101 is transmitted to the rack bar 109 via the rack-pinion mechanism 105, and the motor ( The steering assistance power generated at 130 is configured to be transmitted to the rack bar 109. That is, the steering torque generated from the steering system 100 and the steering assistance power generated from the motor 130 are combined to move the rack bar 109 in the axial direction.

그런데, 이러한 종래 기술에 따른 감속기구에 있어서 웜휠(203)은 플라스틱을 비롯한 합성 수지로 만들어지기 때문에 주위의 온도가 낮은 동절기에는 웜휠(203)이 수축하기도 한다.However, since the worm wheel 203 is made of a synthetic resin including plastic in the reduction mechanism according to the related art, the worm wheel 203 may shrink in winter when the ambient temperature is low.

이렇게 웜휠(203)이 수축하는 경우에는 웜(201)과 웜휠(203)의 치 사이에 유격이 발생하고 그에 따라 웜(201)과 웜휠(203)의 치합부에서 백래쉬(Backlash)가 발생하는 문제가 있었다.When the worm wheel 203 is contracted as described above, a gap is generated between the teeth of the worm 201 and the worm wheel 203, and accordingly, a backlash occurs in the engagement portion of the worm 201 and the worm wheel 203. There was.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 웜축의 반경 방향에 탄성력을 가하도록 판 스프링을 삽입하기도 하였으나, 온도에 따른 판 스프링의 탄성 계수 관리가 어려운 문제점이 발생하였다.In order to solve this problem, the leaf spring is conventionally inserted to apply an elastic force in the radial direction of the worm shaft, but it is difficult to manage the elastic modulus of the leaf spring according to the temperature.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 온도에 따라 형상이 변화하는 형상 기억 합금을 통해 웜축의 반경 방향에 지지력을 가함으로써 웜휠 및 웜 사이의 유격을 보상할 수 있는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, by applying a bearing force in the radial direction of the worm shaft through a shape memory alloy that changes in shape with temperature, the electric vehicle of the vehicle that can compensate for the play between the worm wheel and the worm Its main purpose is to provide a power assisted steering.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 모터에 의해 구동하는 웜축 및 상기 웜축에 맞물리는 웜휠을 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 웜축의 끝단에 결합되는 베어링; 및 일단은 상기 베어링의 외주면에 접하고 타단은 하우징에 결합되는 형상 기억 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electric power assisted steering apparatus for a vehicle including a worm shaft driven by a motor and a worm wheel engaged with the worm shaft, comprising: a bearing coupled to an end of the worm shaft; And a shape memory alloy, one end of which is in contact with the outer circumferential surface of the bearing and the other end of which is coupled to the housing.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치의 감속 기구를 나타내는 부분 단면도이다.3 is a partial cross-sectional view showing a deceleration mechanism of an electric power assisted steering device for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감속기구는, 전자 제어 장치로부터 전달되는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(103)와, 조향축(102)에 형성되어 있는 웜휠(203)과, 웜휠(203)에 맞물리는 웜(201)이 외주면에 형성되어 있으며 모터(103)에 의해 회전되는 웜축(210)과, 웜휠(203) 및 웜(201) 사이의 유격을 보상하기 위한 형상 기억 합금(300)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the deceleration mechanism according to the preferred embodiment of the present invention includes a motor 103 and a steering shaft 102 that generate auxiliary power based on a control signal transmitted from an electronic control apparatus. The worm wheel 203 and the worm 201 engaged with the worm wheel 203 are formed on the outer circumferential surface thereof, and the clearance between the worm shaft 210 and the worm wheel 203 and the worm 201 are rotated by the motor 103. And a shape memory alloy 300 for compensating.

모터(130)는 전자 제어 장치에 의해 그 구동이 제어되는 장치로서 모터축에 연결된 웜축(210)을 회전하여 조향축(102)에 조향 보조 동력을 공급한다.The motor 130 is a device whose driving is controlled by an electronic control device, and supplies steering auxiliary power to the steering shaft 102 by rotating the worm shaft 210 connected to the motor shaft.

웜휠(203)은 조향축(102)의 외주면에 형성되되 조향축(102)과 동심 상에 형성되는데, 웜축(210)의 외주면에 형성된 웜(201)에 맞물린다. 모터(130)의 회전에 의한 웜축(210)의 회전력이 웜(201) 및 웜휠(203)을 통하여 조향축(102)에 전달되는 것이다. 웜휠(203)은 주로 플라스틱 재질로 이루어진다.The worm wheel 203 is formed on the outer circumferential surface of the steering shaft 102 and is formed concentrically with the steering shaft 102, and meshes with the worm 201 formed on the outer circumferential surface of the worm shaft 210. The rotational force of the worm shaft 210 by the rotation of the motor 130 is transmitted to the steering shaft 102 through the worm 201 and the worm wheel 203. The worm wheel 203 is mainly made of a plastic material.

웜축(210)은 하우징(301)에 내장되되 일단이 모터축에 연결되어 모터(130)에 의해 구동되며 외주면 일측에 웜(201)이 형성되어 있어서 웜휠(203)과 맞물려서 회전하며 웜휠(203)에 회전력을 전달하게 된다. 또한, 웜축(210)의 타단에는 베어링(205)이 구비되어 웜축(210)을 회전 가능하게 지지한다. 필요에 따라 베어링(205)의 외측에 탄성 부재(303)를 구비함으로써 형상 기억 합금(300)의 형상 변화에 따른 웜축(210)의 변위를 흡수하도록 할 수도 있다.The worm shaft 210 is built in the housing 301, one end of which is connected to the motor shaft and driven by the motor 130, and a worm 201 is formed at one side of the outer circumferential surface thereof so as to rotate in engagement with the worm wheel 203 and the worm wheel 203. To transmit the rotational force. In addition, a bearing 205 is provided at the other end of the worm shaft 210 to rotatably support the worm shaft 210. If necessary, the elastic member 303 may be provided outside the bearing 205 to absorb the displacement of the worm shaft 210 caused by the shape change of the shape memory alloy 300.

형상 기억 합금(300)은 웜축(210)과 소정 거리 이격된 채 하우징(301)에 내장되는데, 일단이 베어링(205)의 외주면에 접하고 타단은 하우징(300)에 볼트(305)로 결합된다. 형상 기억 합금(300)으로는 바이메탈(Bimetal)이 사용될 수 있다.The shape memory alloy 300 is embedded in the housing 301 spaced apart from the worm shaft 210 by a predetermined distance, one end of which is in contact with the outer circumferential surface of the bearing 205, and the other end thereof is coupled to the housing 300 by a bolt 305. Bimetal may be used as the shape memory alloy 300.

도 4a 및 4b는 각각 저온 및 고온 상태의 형상 기억 합금의 형상을 나타내는 개략도이다.4A and 4B are schematic diagrams showing the shape of the shape memory alloy in the low temperature and high temperature states, respectively.

도 4a 및 4b에서 각각 도시하는 바와 같이, 형상 기억 합금(300)이 저온에서는 수평을 유지하고 고온에서는 아래쪽으로 만곡되게 되므로, 고온에서 웜휠(203)이 팽창함에 따라 웜휠(203)과 웜(201) 사이의 유격이 지나치게 작아질 우려가 있는 경우에는 형상 기억 합금(300)이 아래쪽으로 만곡하기 때문에 웜휠(203)과 웜(201) 사이의 일정한 유격을 유지할 수 있게 된다.As shown in FIGS. 4A and 4B, since the shape memory alloy 300 is horizontal at low temperatures and curved downward at high temperatures, the worm wheel 203 and the worm 201 are expanded as the worm wheel 203 expands at high temperatures. If there is a possibility that the clearance between the () is too small, the shape memory alloy 300 is bent downward, it is possible to maintain a constant clearance between the worm wheel 203 and the worm 201.

반대로, 온도가 하강하는 경우에는 웜휠(203)이 수축함에 따라 웜휠(203)과 웜(201) 사이의 유격이 커지는 경우 형상 기억 합금(300)이 수평으로 복원되면서 웜축(210)을 웜휠(203) 방향으로 밀어주기 때문에 유격을 보상할 수 있게 되는 것이다.On the contrary, when the temperature decreases, when the clearance between the worm wheel 203 and the worm 201 increases as the worm wheel 203 contracts, the shape memory alloy 300 is horizontally restored and the worm shaft 210 is worm wheel 203. It will be able to compensate for play by pushing in the direction of).

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 온도에 따라 형상이 변화하는 형상 기억 합금을 구비함으로써 온도 변화에 따른 웜휠의 수축 또는 팽창에 따른 웜휠 및 웜 사이의 유격을 보상하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by providing a shape memory alloy whose shape changes with temperature, the gap between the worm wheel and the worm due to the contraction or expansion of the worm wheel according to the temperature change is compensated for.

Claims (3)

모터에 의해 구동하는 웜축 및 상기 웜축에 맞물리는 웜휠을 포함하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 있어서,In the electric power assisted steering apparatus of an automobile comprising a worm shaft driven by a motor and a worm wheel engaged with the worm shaft, 상기 웜축의 끝단에 결합되는 베어링; 및A bearing coupled to an end of the worm shaft; And 일단은 상기 베어링의 외주면에 접하고 타단은 하우징에 결합되는 형상 기억 합금Shape memory alloy one end in contact with the outer peripheral surface of the bearing and the other end is coupled to the housing 을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.Electric power assist steering device for a vehicle comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 형상 기억 합금이 접하는 상기 베어링의 외주면의 반대편과 상기 하우징 사이에는 탄성 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치.And an elastic member formed between the housing and the opposite side of the outer circumferential surface of the bearing in contact with the shape memory alloy. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 형상 기억 합금은 바이메탈(Bimetal)인 것을 특징으로 하는 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치. And said shape memory alloy is bimetal.
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