KR20110062634A - 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발며은 차량 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고변화량을 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭이 충분한지를 판단해 랙 스트로크 가변장치의 작동량을 능동적으로 조절하도록 센싱유닛과 제어기를 포함하여 구성함으로써, 타이어와 주변부품 사이의 간섭을 방지하여 타이어 및 부품 손상에 따른 사고를 방지하도록 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 및 그 제어방법을 제공한다.

랙 스트로크 가변장치, VRS, 센싱유닛, 제어기, 랙 스트로크, 휠 스트로크, 갭

Description

랙 스트로크 가변장치용 제어장치 및 그 제어방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF FOR VARIABLE RACK STROKE APPARATUS}

본 발명은 랙 스트로크 가변장치용 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 주행 중 차고를 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격에 따라 랙 스트로크 가변장치의 작동량을 능동적으로 조절하도록 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 동력 조향 장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀 수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 조작하는 조향 휠의 조작력을 조향 컬럼을 통해 전달받아, 랙과 피니언으로 이루어진 기어박스로 순환되는 유압을 형성하는 밸브를 매개로 배력하여, 현가 장치가 구비된 차륜의 방향을 변화시켜 운전자의 의도에 따라 차량의 방향을 바꾸게 된다.

이와 같은, 차량의 조향장치는 조향 시, 차륜의 조향각이 크게 이루어지면 최소 회전반경을 줄일 수 있다는 장점이 있는 바, 자동차의 설계 시에는 당해 차량의 최소 회전반경을 차량의 선회시 안정성에 큰 영향을 미치지 않는 한도 내에서 조향 각이 최대로 이루어지도록 설계된다.

또한, 이와 같은 조향 장치의 랙·피니언 형 기어 박스는 운전자의 조향휠 조작에 따라 직선운동으로 변환해 차륜을 조작하게 될 때, 그 이동 스트로크(Stroke)가 기 설정된 상태(일례로, 기어박스 스트로크(Stroke)가 약 60mm 경우 타이어(체인등을 감은 경우)가 갖는 최대 움직임이 약 20mm 정도임)를 항상 유지하는 즉, 처음 설계 시 랙의 좌우 스트로크가 결정되면 나중에 바꿀 수 없는 구조로 형성되어진다.

이에 따라, 겨울철에 타이어에 스노우 체인을 장착하게 될 경우, 최대 조향각도로 앞바퀴를 회전시키면 상기 스노우 체인과 차체가 간섭 현상이 발생되어 차체에 손상이 발생하게 되는바, 이러한 손상을 방지하기 위하여 VRS(Variable Rock Stroke)라는 기술을 개발하여 적용하고 있다.

상기 VRS는 스노우 체인 장착을 위해 사륜구동 차량의 앞바퀴 안쪽에 확보되어 있는 공간을 활용함으로써 차량이 높은 기동성을 발휘할 수 있게 하는 기술로서, 랙 스트로크 가변장치 또는 회전반경 제어장치라고도 하며, 기어 박스의 조향 스트로크를 스노우 체인의 장착유무에 따라 운전자가 직접 스위치의 온/오프(On/Off) 조작을 통해 랙 스트로크(Rack Stroke)를 가변시키는 장치이다.

이러한 VRS(이하, ‘랙 스트로크 가변장치’라 함)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 운전자가 VRS 작동 스위치(100)를 온(On)시키면 DC모터(200)가 회전을 하고, 이에 따라, 모터 기어(300) 및 중간기어(400)가 차례로 회전을 하며, 상기 중간기어(400)의 회전에 따라 기어 스토퍼(500)가 회전(스토퍼의 단차 변경)한다.

상기 기어 스토퍼(500)가 일정량 회전하면, 상기 DC모터(200)를 정지시킨 후, 풀 스트로크 시 내부 볼 조인트(Inner Ball Joint)의 스톱돌기(600)를 변경된 기어 스토퍼(500)의 단차부까지 이동시켜 조타 스트로크 량을 조절한다. 이후 운전자가 VRS 작동 스위치(100)를 오프(Off)시키면 상기 DC모터(200)의 방향이 반대로 작동하여 상기 동작 과정을 반복하여 수행한다.

즉, 이러한 과정을 통해 상기 랙 스트로크 가변장치는 평상시에 스노우 체인을 사용하지 않는 점을 고려해 그 공간만큼 앞바퀴를 더 돌릴 수 있도록 하는바, 조향장치 박스의 조향 스트로크를 스노우 체인의 장착 유무에 따라 변화시켜 줌으로써 앞바퀴의 최소 회전반경을 줄여 주는 방식으로 작동하여 특히 유턴이나 주차를 할 때 높은 기동성을 발휘하도록 설계되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 랙 스트로크 가변장치는 차량의 주행 중 범프나 리바운드에 따른 차고의 변동 시, 타이어와 주변부품 간의 갭 간격이 바뀌는 것에 대하여 능동적으로 대처하기 어렵운 문제점이 있다.

또한, 타이어와 주변부품 사이 갭 간격에 관계없이 설정된 랙 스트로크 변화량 만큼 조향각을 변화시킬 경우, 과도한 랙 스트로크 변화량으로 인해 타이어와 주변부품 사이에 간섭으로 인한 파손이 발생되어 사고를 유발시키는 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 차량 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고변화량을 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭이 충분한지를 판단해 랙 스트로크 가변장치의 작동량을 능동적으로 조절하도록 센싱유닛과 제어기를 포함하여 구성함으로써, 타이어와 주변부품 사이의 간섭을 방지하여 타이어 및 부품 손상에 따른 사고를 방지하도록 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치는, 랙 스트로크 가변장치(Variable Rack Stroke : VRS)가 장착되는 차량에서 차고변화에 따른 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격에 따라 렉 스트로크 가변장치를 선택적으로 작동시키기 위한 랙 스트로크 가변장치용 제어장치에 있어서, 차체에 장착되어 차량의 주행 중 범프 또는 리바운드에 따른 차고의 변화를 감지하는 센싱유닛; 및 상기 센싱유닛의 출력신호로부터 차고 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정하며, 판정된 갭 간격에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치의 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.

상기 센싱유닛은 차체의 하부에 장착되며, 상기 제어기로 감지신호를 출력하 는 차고센서; 및 상기 차고센서의 일측에 회동 가능하게 장착되는 연결링크를 통하여 일단이 힌지 체결되며, 타단은 로어 암의 상부에 장착되는 감지도그로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제어기는 랙 스트로크 가변장치와 직접 전기적으로 연결되어 제어 신호에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 바와 같은 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어방법은 차량에 스노우 체인을 장착했을 경우 운전자의 조작에 따라 랙 스트로크 가변장치를 작동시킴으로써, 랙 스트로크 변화량을 축소하여 스노우 체인과 주변부품과의 갭을 확보하고, 스노우 체인을 장착하지 않을 경우 랙 스트로크 가변장치를 작동시키지 않는 일반 제어모드를 포함하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 제어방법에 있어서, 스노우 체인을 장착하지 않았을 경우, 차량의 주행 중 범프와 리바운드 발생 시, 센싱유닛을 통해 차고 변화를 감지하고, 상기 센싱유닛의 출력신호로부터 휠 스트로크 변화량을 검출하며, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품과의 갭 간격을 판정하고, 상기 랙 스트로크 가변장치의 랙 스트로크 변화량을 조절하는 차고량 감지모드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 차고량 감지모드는 스노우 체인을 장착하지 않았을 경우, 차량의 주행 중 범프 또는 리바운드에 따른 차고의 변화량을 차고센서를 통해 감지하는 제1 단계; 차고센서로부터 출력된 신호를 통해 제어기가 차고의 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 검출된 휠 스트로크를 기 설정값과 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정하는 제2 단계; 상기 단계에서 판정된 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격의 크기가 충분한가를 판단하는 제 3단계; 상기 제3 단계의 조건을 만족하지 않는 경우, 랙 스크로크 가변장치를 작동시켜 랙 스트로크 변화량을 축소시키고 제어를 종료하는 제4 단계; 및 상기 제3 단계의 조건을 만족하는 경우, 랙 스트로크 가변장치를 작동시키지 않고, 랙 스트로크 변화량을 최대로 유지한 상태로 제어를 종료하는 제5 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치에 의하면, 차량 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고변화량을 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭이 충분한지를 판단해 랙 스트로크 가변장치의 작동량을 능동적으로 조절하도록 센싱유닛과 제어기를 포함하여 구성함으로써, 타이어와 주변부품 사이의 간섭을 방지하여 타이어 및 부품 손상에 따른 사고를 방지시키는 효과가 있다.

또한, 단순히 차고센서를 통해 차고에 따른 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판단하고, 능동적으로 랙 스트로크 가변장치의 조작을 통해 랙 스트로크 변화량을 조절함으로써, 차량의 안정성 및 신뢰성을 제공하는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치가 적용된 차량에서 휠 스트로크별 부분간 갭(Gap) 변화에 따른 랙 스트로크의 변화량을 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치는 차량 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고변화량을 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격이 충분한지를 판단해 랙 스트로크 가변장치(30)의 작동량을 능동적으로 조절하도록 센싱유닛(10)과 제어기(20)를 포함하여 구성함으로써, 타이어와 주변부품 사이의 간섭을 방지하여 타이어 및 부품 손상에 따른 사고를 방지하도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 랙 스트로크 가변장치(30)가 장착되는 차량에서 차고변화에 따른 미도시된 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격에 따라 렉 스트로크 가변장치(30)를 선택적으로 작동시키기 위해 센싱유닛(10)과 제어기(20)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 센싱유닛(10)은 차체(1)의 하부에 장착되어 차량의 주행 중 범프 또는 리바운드에 따른 차고의 변화를 감지하게 된다.

이러한 센싱유닛(10)은, 차체(1)의 하부에 장착되며, 상기 제어기(20)로 감 지신호를 출력하는 차고센서(3)와, 상기 차고센서(3)의 일측에 회동 가능하게 장착되는 연결링크(5)를 통하여 일단이 힌지 체결되며, 타단은 로어 암(9)의 상부에 장착되는 감지도그(7)로 이루어진다.

즉, 상기 센싱유닛(10)의 차고센서(3)는 차량의 주행 중, 범프와 리바운드에 따라 차고가 변화될 경우, 상기 감지도그(7)가 연결링크(5)와 함께 상기 차고센서(3)를 기준으로 상향 또는 하향 회동됨에 따라 차고의 변화량을 감지하게 된다.

본 실시예에서, 상기 제어기(20)는 상기 센싱유닛(10)의 출력신호로부터 차고 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정하며, 판정된 갭 간격에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치(30)의 작동을 제어한다.

여기서, 상기 제어기(20)는 상기 랙 스트로크 가변장치(30)와 직접 전기적으로 연결되어 제어 신호에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치(30)를 선택적으로 작동시켜 랙 스트로크량의 조절을 가능하게 한다.

즉, 상기 제어기(20)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 차고 변화량에서 B 이상의 범프 혹은 C 이상의 리바운드가 발생할 경우, 센싱유닛(10)의 출력신호로부터 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 기 설정값과 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 최소갭 A 를 기준으로 최대 랙 스트로크 값과 교차되는 휠 스트로크 값인 D 부터 E 사이의 영역에서는 랙 스트로크가 증대되도록 하고, 이외의 영역에서는 랙 스트로크가 축소되도록 상기 랙 스트로크 가변장치(30)를 작동시켜 랙 스트로크량을 조절하게 된다.

이하, 전술한 바와 같은 구성을 포함하여 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어하는 동작은 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어 흐름도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어방법은, 기본적으로, 운전자가 차량에 스노우 체인이 장착 여부를 판단하며(S10), 스노우 체인이 장착될 경우, 운전자가 작동 스위치를 ON 시켜 랙 스트로크 가변장치(40)를 작동시킴으로써(S20), 랙 스트로크 변화량을 축소하고, 스노우 체인과 주변부품과의 갭을 확보하며(S30), 반대로, 스노우 체인이 장착되지 않을 경우에는, 운전자가 조작 스위치를 OFF 시킴으로써, 랙 스트로크 가변장치를 작동시키지 않는 일반 제어모드(M1)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어유닛의 제어방법에서는 차량에 스노우 체인을 장착하지 않았을 경우(S20), 차량의 주행 중 범프와 리바운드 발생 시, 센싱유닛(10)을 통해 차고 변화를 감지하고, 상기 센싱유닛(10)의 출력신호로부터 제어기(20)가 휠 스트로크 량을 검출하며, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품과의 갭 간격을 판정하고, 상기 랙 스트로크 가변장치(40)의 랙 스트로크 량을 조절하는 차고량 감지모드(M2)를 더 포함한다.

이러한 차고량 감지모드(M2)를 도 4를 통해 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량에 스노우 체인을 장착하지 않았을 경우, 차량의 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고 변화량 발생 시, 상기 센싱유닛(10)의 차고센서(3)는 상기 차고센서(3)를 기준으로 회동되는 감지도그(7)의 위치 감지를 통해 검출하게 된다(S100).

상기 제어기(20)는 차고센서(3)로부터 출력된 신호를 통해 차고의 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 검출된 휠 스트로크를 기 설정값과 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정한다.(S200).

여기서, 상기 제어기(20)는 판정된 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격의 크기가 충분한가를 판단한다(S300).

즉, 상기 단계(S300)에서, 타이어와 주변부품 사이 갭 간격이 충분하지 않은 것으로 판단되면(즉, 조건을 만족하지 않으면), 상기 랙 스트로크 가변장치(30)를 작동시켜 랙 스트로크 변화량을 축소시키고 제어를 종료한다(S400).

반면, 상기 단계(S300)에서, 타이어와 주변부품 사이 갭 간격이 충분한 것으로 판단되면(즉, 조건을 만족하면), 상기 랙 스트로 가변장치(30)를 작동시키지 않고, 초기 설정상태인 랙 스트로크 변화량을 최대로 유지한 상태로 제어를 종료한다(S500).

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치를 적용하면, 차량 주행 중 범프와 리바운드에 따른 차고변화량을 감지하고, 이에 따른 휠 스트로크를 검출하여 타이어와 주변부품 사이의 갭이 충분한지를 판단해 랙 스트로크 가변장치(30)의 작동량을 능동적으로 조절하도록 센싱유닛(10)과 제어기(20)를 포함하여 구성함으로써, 타이어와 주변부품 사이의 간섭을 방지하여 타이어 및 부품 손상에 따른 사고를 방지시킬 수 있다.

또한, 단순히 차고센서(3)를 통해 차고에 따른 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판단하고, 능동적으로 랙 스트로크 가변장치(30)의 조작을 통해 랙 스트로크 변화량을 조절함으로써, 차량의 안정성 및 신뢰성을 제공할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래 기술에 따른 랙 스트로크 가변장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치가 적용된 차량에서 휠 스트로크별 부분간 갭(Gap) 변화에 따른 랙 스트로크의 변화량을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어 흐름도이다.

Claims (5)

1. 랙 스트로크 가변장치(Variable Rack Stroke : VRS)가 장착되는 차량에서 차고변화에 따른 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격에 따라 렉 스트로크 가변장치를 선택적으로 작동시키기 위한 랙 스트로크 가변장치용 제어장치에 있어서,

   차체에 장착되어 차량의 주행 중 범프 또는 리바운드에 따른 차고의 변화를 감지하는 센싱유닛; 및

   상기 센싱유닛의 출력신호로부터 차고 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정하며, 판정된 갭 간격에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센싱유닛은

   차체의 하부에 장착되며, 상기 제어기로 감지신호를 출력하는 차고센서; 및

   상기 차고센서의 일측에 회동 가능하게 장착되는 연결링크를 통하여 일단이 힌지 체결되며, 타단은 로어 암의 상부에 장착되는 감지도그로 이루어지는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어기는 랙 스트로크 가변장치와 직접 전기적으로 연결되어 제어 신호에 따라 상기 랙 스트로크 가변장치를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치.
4. 차량에 스노우 체인을 장착했을 경우 운전자의 조작에 따라 랙 스트로크 가변장치를 작동시킴으로써, 랙 스트로크 변화량을 축소하여 스노우 체인과 주변부품과의 갭을 확보하고, 스노우 체인을 장착하지 않을 경우 랙 스트로크 가변장치를 작동시키지 않는 일반 제어모드를 포함하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치 제어방법에 있어서,

   스노우 체인을 장착하지 않았을 경우, 차량의 주행 중 범프와 리바운드 발생 시, 센싱유닛을 통해 차고 변화를 감지하고, 상기 센싱유닛의 출력신호로부터 휠 스트로크 변화량을 검출하며, 기 설정값과 검출된 휠 스트로크 값을 비교하여 타이어와 주변부품과의 갭 간격을 판정하고, 상기 랙 스트로크 가변장치의 랙 스트로크 변화량을 조절하는 차고량 감지모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 차고량 감지모드는

   스노우 체인을 장착하지 않았을 경우, 차량의 주행 중 범프 또는 리바운드에 따른 차고의 변화량을 차고센서를 통해 감지하는 제1 단계;

   차고센서로부터 출력된 신호를 통해 제어기가 차고의 변화에 따른 휠 스트로크 변화량을 검출하고, 검출된 휠 스트로크를 기 설정값과 비교하여 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격을 판정하는 제2 단계;

   상기 단계에서 판정된 타이어와 주변부품 사이의 갭 간격의 크기가 충분한가를 판단하는 제 3단계;

   상기 제3 단계의 조건을 만족하지 않는 경우, 랙 스크로크 가변장치를 작동시켜 랙 스트로크 변화량을 축소시키고 제어를 종료하는 제4 단계; 및

   상기 제3 단계의 조건을 만족하는 경우, 랙 스트로크 가변장치를 작동시키지 않고, 랙 스트로크 변화량을 최대로 유지한 상태로 제어를 종료하는 제5 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 랙 스트로크 가변장치용 제어장치의 제어방법.

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