KR20090127666A

KR20090127666A - 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수가변장치

Info

Publication number: KR20090127666A
Application number: KR1020080053756A
Authority: KR
Inventors: 김종민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-14
Also published as: KR100980940B1

Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치에 관한 것으로, 차량의 주행속도에 따라 스티어링 휠(1)의 최대 턴 수가 가변적으로 변화됨으로써, 고속 주행시에는 운전자에게 보다 안정감 있는 핸들링을 제공할 수 있게 되고, 저속 주행 및 주차시에는 운전자에게 보다 신속하고 쉬운 핸들링을 제공할 수 있도록 된 것이다.

SBW, 턴 스토퍼, 스티어링 휠, 턴 수

Description

스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치{Apparatus for variabling turn number of steering wheel for steer by wire system}

본 발명은 차량의 주행속도에 따라 스티어 바이 와이어 시스템에서 스티어링 휠의 턴 수를 능동적으로 가변시킬 수 있는 장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 스티어 바이 와이어(Steer By Wire; 이하 'SBW'라 함) 시스템과 AGCS(Active Geometry Control Suspension) 시스템은 전동 조향장치로서, 기존의 기계식 연결장치 또는 기계식 배력장치 대신 전동 액추에이터를 이용하여 조향하는 장치를 일컫는다.

이 중 SBW 시스템은 조향 시스템을 기계적 연결(스티어링 칼럼, 유니버설 조인트, 피니언 샤프트 등)없이 전기적인 동력(모터, 센서 등)을 이용하여 차량의 핸들링이 이루어지도록 한 전륜 조향장치이며, AGCS 시스템은 차량의 조향 안정성을 향상시키기 위해 후륜의 토인(toe-in)을 능동적으로 제어하는 조향장치이다.

즉, 기계적인 링크로 이루어진 기존의 조향 시스템을 센서와 전기식 액추에이터로 대체하고, ECU에 의해 동작이 이루어지도록 구성된 SBW 시스템은 가변 기어비 적용과 다양한 조향 토크 구현이 가능하고, 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다.

한편, 상기 SBW 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 스티어링 휠(1)의 회전각도와 회전속도를 검출하는 조향각센서(2) 및 조향토크센서(3)와, 상기 조향각센서(2) 및 조향토크센서(3)의 신호를 전달받아 반력모터(4)와 전륜조향모터(미도시)의 구동을 제어하는 SBW 컨트롤러(5)와, 스티어링 컬럼(6)의 하단에 결합되어 스티어링 휠(1)의 턴 수를 제한하는 턴 스토퍼(7)를 포함하여 구성된다.

도시된 미설명 도면부호 8은 감속기이다.

여기서, 상기 턴 스토퍼(7)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(9)의 하단에 어댑터(71)를 매개로 결합되면서 외주면에 나사산이 형성된 볼 스크루(72)와, 내주면에 형성된 나사산을 통해 상기 볼 스크루(72)와 나사 결합되면서 상기 볼 스크루(72)의 회전시 상기 볼 스크루(72)의 길이방향을 따라 이동하는 이송너트(73)와, 상기 볼 스크루(72)와 상기 이송너트(73)를 감싸면서 스티어링 컬럼(6)의 하단에 결합되어 설치됨과 더불어 상기 볼 스크루(72)의 길이방향을 따라 일측면에 가이드구멍(74a)이 형성된 스토퍼케이스(74)와, 상기 이송너트(73)의 저면에 결합됨과 더불어 일측면에는 상기 가이드구멍(74a)으로 삽입되면서 상기 이송너트(73)의 이동시 상기 가이드구멍(74a)을 따라 이동하는 가이드돌기(75a)가 일체로 돌출 형성된 너트플레이트(75)를 포함하여 구성된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 턴 스토퍼(7)는 가이드돌기(75a)의 최대 이동거리가 가이드구멍(74a)의 양단까지의 거리로 설정되어 변경이 불가능한 구조이고, 이로 인해 스티어링 휠(1)의 최대 회전(turn) 수도 2.98 턴 수로 결정되어 변경이 불가능하기 때문에, 차량의 주행속도에 따라 운전자에게 안전하고 신속한 핸들링을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은, 스티어링 휠의 턴 수 가변장치를 이용하여 차량의 주행속도에 따라 가이드돌기의 최대 이동거리가 능동적으로 가변될 수 있도록 하고, 이를 통해 스티어링 휠의 최대 회전(turn) 수도 가변이 가능하도록 함으로써, 운전자에게 보다 안전하고 신속한 핸들링을 제공할 수 있도록 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치는, 차량의 주행속도에 따라 스티어 바이 와이어 컨트롤러의 제어에 의해 회전방향과 회전각이 결정되어 구동하는 서보 모터와; 상기 서보 모터의 동력을 전달받아 축 회전하도록 설치되면서 바깥 둘레면에 길이방향을 따라 나사산이 형성된 가이드 볼 스크루와; 일단의 바깥 둘레면에는 나사산이 형성되어 상기 가이드 볼 스크루의 나사산과 나사 결합되고 타단은 턴 스토퍼의 스토퍼케이스에 형성된 가이드구멍으로 삽입되어 설치됨과 더불어 상기 가이드 볼 스크루의 회전시 상기 가이드 볼 스크루의 길이방향을 따라 이동하면서 너트플레이트의 이동거리를 제한하는 구속부재;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 차량의 주행속도에 따라 스티어링 휠의 최대 턴 수가 가변적으로 변화됨으로써, 고속 주행시에는 운전자에게 보다 안정감 있는 핸들링을 제공할 수 있게 되고, 저속 주행 및 주차시에는 운전자에게 보다 신속하고 쉬운 핸들링을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

차량의 SBW 시스템은 도 1을 참조로 설명하였던 바와 같이, 스티어링 휠(1)의 회전각도와 회전속도를 검출하는 조향각센서(2) 및 조향토크센서(3)와, 상기 조향각센서(2) 및 조향토크센서(3)의 신호를 전달받아 반력모터(4)와 전륜조향모터(미도시)의 구동을 제어하는 SBW 컨트롤러(5)와, 스티어링 컬럼(6)의 하단에 결합되어 스티어링 휠(1)의 턴 수를 제한하는 턴 스토퍼(7)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 턴 스토퍼(7)는 도 4에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(9)의 하단에 어댑터(71)를 매개로 결합되면서 외주면에 나사산이 형성된 볼 스크루(72)와, 내주면에 형성된 나사산을 통해 상기 볼 스크루(72)와 나사 결합되면서 상기 볼 스크루(72)의 회전시 상기 볼 스크루(72)의 길이방향을 따라 이동하는 이송너트(73)와, 상기 볼 스크루(72)와 상기 이송너트(73)를 감싸면서 스티어링 컬럼(6)의 하단에 결합되어 설치됨과 더불어 상기 볼 스크루(72)의 길이방향을 따라 일측면에 가이드구멍(74a)이 형성된 스토퍼케이스(74)와, 상기 이송너트(73)의 저면에 결합됨과 더불어 일측면에는 상기 가이드구멍(74a)으로 삽입되면서 상기 이송 너트(73)의 이동시 상기 가이드구멍(74a)을 따라 이동하는 가이드돌기(75a)가 일체로 돌출 형성된 너트플레이트(75)를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 스티어링 휠의 턴 수 가변장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드구멍(74a)이 존재하는 스토퍼케이스(74)의 일측면에 결합되어 고정 설치되는 보조케이스(11)와, 상기 보조케이스(11)에 고정 설치되면서 차속센서(12)로부터 전달받은 차량의 주행속도에 따라 상기 SBW 컨트롤러(5)의 제어에 의해 회전방향과 회전각이 결정되어 구동하는 서보 모터(13)와, 상기 서보 모터(13)의 축에 결합되어 회전하는 구동기어(14)와, 상기 구동기어(14)와 치합되어 회전하는 감속기어(15)와, 상기 가이드구멍(74a)의 길이방향과 평행하게 배치되면서 일단은 상기 감속기어(15)와 일체로 결합되고 타단은 베어링부재(16)를 상기 보조케이스(11)에 결합되어 상기 서보 모터(13)의 동력을 전달받아 축 회전이 가능하도록 설치됨과 더불어 길이방향을 따라 바깥 둘레면에 나사산(17)이 형성된 가이드 볼 스크루(18)와, 일단은 상기 가이드 볼 스크루(18)의 나사산(17)과 나사 결합되고 타단은 상기 스토퍼케이스(74)에 형성된 가이드구멍(74a)으로 삽입되어 설치됨과 더불어 상기 가이드 볼 스크루(18)의 회전시 상기 가이드 볼 스크루(18)의 길이방향을 따라 이동하면서 상기 너트플레이트(75)의 이동거리를 제한하는 구속부재(19)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 가이드 볼 스크루(18)에 형성된 나사산(17)은, 상기 가이드 볼 스크루(18)의 길이방향을 따라 구획된 두 개의 구간에 각각 형성된 오른 나사산(17a)과 왼 나사산(17b)으로 구성된다.

그리고, 상기 구속부재(19)는, 상기 가이드 볼 스크루(18)의 오른 나나산(17a) 및 왼 나사산(17b)과 각각 나사 결합되어 설치되도록 일단의 바깥 둘레면에 각각 나사산(21a,22a)이 형성된 제1구속부재(21)와 제2구속부재(22)로 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

차량의 고속 주행시에는 서보 모터(13)의 구동에 의해 제1,2구속부재(21,22)가 도 4와 같이 가이드구멍(74a)의 하단과 상단쪽으로 최대한 이동하여 위치한 상태가 된다.

상기 제1,2구속부재(21,22) 사이의 벌어진 간격이 클수록 가이드구멍(74a)을 따라 이동하는 너트플레이트(75)의 이동거리(L1)는 커지게 된다.

도 4의 상태일 때 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수는 기존의 2.98 턴 수보다 더 많이 회전할 수 있게 되는 바, 대략 3.6 턴 수까지 회전할 수 있게 된다.

차량의 주행속도에 상관없이 스티어링 휠(1)의 조작에 따른 바퀴의 최대 회전각은 변함이 없기 때문에, 도 4와 같이 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가한 상황이 되면, 스티어링 휠(1)의 조작에 대한 바퀴의 회전 응답성은 감소하게 된다.

다시 말해서, 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하면 바퀴를 일정각도 회전시키고자 할 때 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하지 않은 상황일 때 보다 더 많이 회전시켜야 하므로, 스티어링 휠(1)의 조작에 대한 바퀴의 회전 응답성은 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하지 않은 상황일 때 보다 감소하게 되는 것이다.

이와 같이, 고속 주행시 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하게 되면 운전자의 스티어링 휠(1) 조작량이 늘어나게 되므로, 운전자에게 보다 안정감 있는 핸들링을 제공할 수 있게 된다.

또한, 차량의 오프 로드(off road) 주행시에도 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하면, 운전자는 한층 더 안정된 핸들링을 구현할 수 있게 된다.

도 5는 차량의 저속 주행 및 주차시의 상황이다.

차량의 주행속도가 도 4의 고속 주행상태에서 점차 줄어들게 되면 서보 모터(13)의 구동에 의해 가이드 볼 스크루(18)가 역방향으로 회전을 하게 되고, 제1,2구속부재(21,22)는 가이드구멍(74a)의 길이방향 중간지점을 향하여 점차 이동하게 되며, 이로 인해 제1,2구속부재(21,22) 사이의 간격은 도 4의 L1 상태에서 점차 줄어들게 된다.

차량의 주행속도가 계속 감소하여 저속 주행 및 주차시의 상태로 변환되면, 제1,2구속부재(21,22)는 도 5와 같이 가이드구멍(74a)의 길이방향 중간지점을 향하여 최대로 이동한 상태가 되며, 이때 가이드구멍(74a)을 따라 이동하는 너트플레이트(75)의 이동거리(L2)는 최소인 상태가 된다.

도 5의 상태일 때 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수는 기존의 2.98 턴 수보다 작아지게 되는 바, 대략 2.0 턴 수까지 회전할 수 있게 된다.

스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 감소하더라도 스티어링 휠(1)의 조작에 따른 바퀴의 최대 회전각은 변함이 없지만, 스티어링 휠(1)의 조작에 대한 바퀴 의 회전 응답성은 크게 증가하게 된다.

다시 말해서, 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 감소하면 바퀴를 일정각도 회전시키고자 할 때 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하지 않은 상황일 때 보다 스티어링 휠(1)을 조금만 회전시켜도 바퀴가 원하는 각도로 회전이 이루어지게 되므로, 스티어링 휠(1)의 조작에 대한 바퀴의 회전 응답성은 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 증가하지 않은 상황일 때 크게 증가한 상태가 되는 것이다.

이와 같이, 저속 주행 및 주차시의 상태일 때 스티어링 휠(1)의 최대 턴(turn) 수가 감소하게 되면 운전자의 스티어링 휠(1) 조작량은 감소하게 되므로, 운전자에게 보다 신속하고 쉬운 핸들링을 제공할 수 있게 된다.

그리고, 차량의 주행속도가 다시 고속 주행상태로 바뀌게 되면 너트플레이트(75)의 이동거리(L1)는 도 4와 같이 다시 커지게 되므로, 운전자는 한층 더 안정된 핸들링을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 스티어 바이 와이어의 구성을 설명하기 위한 도면,

도 2와 도 3은 스티어 바이 와이어를 구성하는 턴 스토퍼의 사시도 및 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 스티어링 휠의 턴 수 가변장치를 설명하기 위한 도면,

도 5는 도 4의 작동 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

5 - SBW 컨트롤러 7 - 턴 스토퍼

11 - 보조케이스 13 - 서보 모터

18 - 가이드 볼 스크루 19 - 구속부재

74 - 스토퍼케이스 74a - 가이드구멍

75 - 너트플레이트

Claims

차량의 주행속도에 따라 스티어 바이 와이어 컨트롤러의 제어에 의해 회전방향과 회전각이 결정되어 구동하는 서보 모터와;

상기 서보 모터의 동력을 전달받아 축 회전하도록 설치되면서 바깥 둘레면에 길이방향을 따라 나사산이 형성된 가이드 볼 스크루와;

일단은 상기 가이드 볼 스크루와 나사 결합되고 타단은 턴 스토퍼를 구성하는 스토퍼케이스의 가이드구멍으로 삽입되어 설치됨과 더불어 상기 가이드 볼 스크루의 회전시 상기 가이드 볼 스크루의 길이방향을 따라 이동하면서 너트플레이트의 이동거리를 제한하는 구속부재;

를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치.
청구항 1에 있어서, 상기 스토퍼케이스와 결합되면서 상기 서보 모터가 고정 설치됨과 더불어 상기 가이드 볼 스크루가 베어링부재를 매개로 축 회전이 가능하게 설치되는 보조케이스;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치.
청구항 1에 있어서, 상기 가이드 볼 스크루에 형성된 나사산은,

상기 가이드 볼 스크루의 길이방향을 따라 구획된 두 개의 구간에 각각 형성 된 오른 나사산과 왼 나사산으로 구성된 것;

을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치.
청구항 3에 있어서, 상기 구속부재는,

상기 오른 나사산 및 상기 왼 나사산과 각각 나사 결합되어 설치되는 제1구속부재와 제2구속부재로 구성된 것;

을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 스티어링 휠의 턴 수 가변장치.