KR20110062635A - 스티어 바이 와이어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에 차량 ECU의 제어 신호에 따라 작동하는 레버유닛을 설치함으로써, 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터와 함께 레버유닛을 작동시켜 차륜의 조향 반응 속도를 향상시키며, 차륜으로부터 입력되는 외력이 조향 엑츄에이터로 전달되는 것을 방지하여 조향 엑츄에이터로 가해지던 부하를 감소시키도록 스티어링 휠과, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력모터와, 타이로드와 연결되어 차륜의 조향 조작을 이루는 조향 엑츄에이터와, 상기 스티어링 휠의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 차속을 검출하는 센싱수단 및 상기 센싱수단으로부터 인가되는 전기신호에 따라 엑츄에이터 및 반력모터를 작동시키는 ECU를 포함하는 스티어 바이 와이어 장치에 있어서, 상기 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에는 각 타이로드와 연결되어 차량 ECU의 제어신호에 따라 작동하며, 상기 조향 엑츄에이터의 작동과 함께 차륜을 회전시키기 위해 서브 프레임에 장착되는 레버유닛을 더 포함하는 스티어 바이 와이어 장치를 제공한다.

스티어 바이 와이어, SBW, 스티어링 휠, 레버유닛

Description

스티어 바이 와이어 장치{STEER BY WIRE DEVICE}

본 발명은 스티어 바이 와이어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터와 함께 차량 ECU의 제어신호에 따라 작동하는 레버유닛을 작동시켜 차륜의 조향 반응 속도를 향상시키고, 차륜으로부터 입력되는 외력이 조향 엑츄에이터로 전달되는 것을 방지하도록 하는 스티어 바이 와이어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 조향 장치란 차의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조정하는 장치로서 자동차의 진행 방향을 운전자가 스티어링 휠(Steering wheel)을 돌려 자유로이 바꾸는 장치이며 운전자에게 있어서는 가장 중요한 정보원이며 제어 수단이 된다.

이러한 조향 장치는 운전자가 조향 휠의 각도를 변화 시켜 차륜에 동력을 전달하는 기구로 구성되어 있다.

최근에는 조향 휠과 전륜 조향장치 사이에서 전륜을 조향하는 시스템으로써, 스티어 바이 와이어(Steer by Wire, SBW) 장치를 적용하고 있는 실정이다.

이러한 스티어 바이 와이어 장치는 운전자가 조향을 위해 직접 조작하는 스 티어링 휠과, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터와, 타이로드와 연결되어 조향 조작을 이루는 엑츄에이터와, 상기 스티어링 휠의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 그리고 차속을 검출하는 센싱수단 및 상기 센싱수단으로부터 인가되는 전기신호에 따라 엑츄에이터 및 반력모터를 작동시키는 ECU 등으로 구성될 수 있다.

이러한 SBW 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해 대폭 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 부품수 대폭 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 대폭 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.

도 1은 일반적인 스티어 바이 와이어 장치(1)의 일례로서, 서브 프레임(3) 상에 한점(P1)이 피봇(Pivot)된 L형 레버(5)는 양단이 타이로드(7)를 통해 각각 차륜(9)과 조향 엑츄에이터(11)를 상호 연결하며, 차량 ECU(13)의 제어신호에 따라 작동되는 상기 조향 엑츄에이터(11)에 의해 타이로드(7)의 거동을 구현하는 메커니즘을 취하고 있다.

이러한 스티어 바이 와이어 장치(1)의 작동은 운전자가 차량을 좌측으로 선회시키기 위해 스티어링 휠(15)을 좌측으로 회전시킬 경우, 센싱유닛(17)이 상기 스티어링 휠(15)의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 그리고 차량의 주행 속도를 검출하여 상기 차량 ECU(13)로 검출신호를 출력하게 된다.

그러면, 차량 ECU(13)는 상기 센싱유닛(17)으로부터 출력된 검출신호에 따라 반력모터(19)를 작동시키고, 동시에, 상기 조향 엑츄에이터(11)의 스트로크가 감소되도록 작동시키게 된다.

상기 조향 엑츄에이터(11)의 스트로크가 감소되면, 상기 조향 엑츄에이터(11)와 상기 L형 레버(5)를 연결하는 타이로드(7)가 상기 조향 엑츄에이터(11) 측으로 이동하게 됨으로써, 상기 L형 레버(5)는 피봇을 중심으로 시계방향으로 회전되고, 차륜(9)과 L형 레버(5)를 연결하는 타이로드(7)를 차륜의 외측으로 이동시켜 차륜(9)을 좌측 방향으로 회전시키게 된다.

반면에, 운전자가 차량을 우측으로 선회시킬 경우에는 상기와 같은 작동을 통해 상기 조향 엑츄에이터(11)의 스트로크가 증가되도록 작동시킴에 따라, 전술한 바와는 반대로 작동하는 각 타이로드(7)를 통해 상기 차륜(9)을 우측 방향으로 회전시키게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 스티어 바이 와이어 장치(1)는 차륜의 조향 시, 상기 조향 엑츄에이터(11)의 작동에만 의존하여 L형 레버(5)와 각 타이로드(7)를 구동시키게 되고, 차륜(9)의 회전 시에는 차륜(9)에 작용하는 외력이 상기 각 타이로드(7)와 L형 레버(5)를 통해 조향 엑츄에이터(11)로 직접 전달됨에 따라, 조향 엑츄에이터(11)에 부하가 증가되고, 동시에 사용 전류량이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 조향 엑츄에이터(11)의 성능이 스티어 바이 와이어 장치(1)의 전체성능을 좌우함에 따라 조향 엑츄에이터(11)의 요구 성능이 높아져 비용이 증가하고, 차륜(9)의 제어를 조향 엑츄에이터(11)의 작동에만 의존함에 따라, 조향 반응이 저 하되는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에 차량 ECU의 제어 신호에 따라 작동하는 레버유닛을 설치함으로써, 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터와 함께 레버유닛을 작동시켜 차륜의 조향 반응 속도를 향상시키며, 차륜으로부터 입력되는 외력이 조향 엑츄에이터로 전달되는 것을 방지하여 조향 엑츄에이터로 가해지던 부하를 감소시키도록 하는 스티어 바이 와이어 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치는 스티어링 휠과, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력모터와, 타이로드와 연결되어 차륜의 조향 조작을 이루는 조향 엑츄에이터와, 상기 스티어링 휠의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 차속을 검출하는 센싱수단 및 상기 센싱수단으로부터 인가되는 전기신호에 따라 엑츄에이터 및 반력모터를 작동시키는 차량 ECU를 포함하는 스티어 바이 와이어 장치에 있어서, 상기 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에는 각 타이로드와 연결되어 차량 ECU의 제어신호에 따라 작동하며, 상기 조향 엑츄에이터의 작동과 함께 차륜을 회전시키기 위해 서브 프레임에 장착되는 레버유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 레버유닛은 상기 서브 프레임에 장착되며, 상기 차량 ECU와 전기적으로 연결되어 차량 ECU의 제어신호에 따라 선택적으로 작동하는 제어모터; 및 상기 제 어모터에 회전 가능하게 장착되고, 일단이 상기 차륜과 연결되는 타이로드와 연결되고, 타단은 상기 조향 엑츄에이터와 연결되는 타이로드와 연결되는 회전레버로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제어모터는 상기 차량 ECU의 제어신호에 따라 회전방향 및 회전수가 제어되며, 중공을 갖는 중공형 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 회전레버는 상기 모터의 중공에 삽입되는 원통 형상의 장착부와, 상기 장착부의 외주면 상에 일체로 각각 형성되어 L형을 이루도록 배치되며, 상기 각 타이로드와 연결되는 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치에 의하면, 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에 차량 ECU의 제어 신호에 따라 작동하는 레버유닛을 설치함으로써, 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터와 함께 작동하는 레버유닛에 의해 차륜의 조향 반응 속도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 레버유닛이 차량 ECU의 제어신호 없이는 고정됨으로써, 차륜으로부터 입력되는 외력을 차단하여 조향 엑츄에이터로 전달되는 것을 방지함에 따라, 조향 엑츄에이터로 가해지던 부하를 감소시키고, 종래에 비해 조향 엑츄에이터의 요구성능 및 작동에 소모되는 사용 전류량을 저감시켜 비용을 절감시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치는 차륜의 조향 조절 시, 차량 ECU의 제어신호에 의해 작동하는 제어모터를 통해 회전레버가 회전 가능범위를 초과하여 회전되는 것을 방지할 수 있어 레버유닛의 과도한 회전으로 인 한 초기위치 복구에 어려움을 미연에 방지시키는 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 스티어 바이 와이어 장치의 구성도이고, 도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치에 적용되는 레버유닛의 사시도 및 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 작동 상태도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스티어 바이 와이어(Steer by Wire, SBW) 장치(100)는 차륜(107)과 조향 엑츄에이터(109) 사이에 차량 ECU(113)의 제어 신호에 따라 작동하는 레버유닛(120)을 설치함으로써, 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터(109)와 함께 레버유닛(120)을 작동시켜 차륜(107)의 조향 반응 속도를 향상시키며, 차륜(107)으로부터 입력되는 외력이 조향 엑츄에이터(109)로 전달되는 것을 방지하여 조향 엑츄에이터(109)로 가해지던 부하를 감소시키도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(100)는, 도 2 에서 도시한 바와 같이, 도 2에서 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(101)과, 스티어링 휠(101)의 일측에 설치되어 스티어링 휠(101)의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력모터(103)와, 타이로드(105)와 연결되어 차륜(107)의 조향 조작을 이루는 조향 엑츄에이터(109)와, 상기 스티어링 휠(101)의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 차속을 검출하는 센싱수단(111), 및 상기 센싱수단(111)으로부터 인가되는 전기신호에 따라 조향 엑츄에이터(109) 및 반력모터(103)를 작동시키는 차량 ECU(113)를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(100)는 차륜(107)과 조향 엑츄에이터(109) 사이에서 각 타이로드(105)와 연결되어 차량 ECU(113)의 제어신호에 따라 작동하며, 상기 조향 엑츄에이터(109)의 작동과 함께 차륜(107)을 회전시키기 위해 서브 프레임(115)에 장착되는 레버유닛(120)을 더 포함한다.

상기 레버유닛(120)은, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 제어모터(121)와, 회전레버(123)로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제어모터(121)는 상기 서브 프레임(115)에 장착되며, 상기 차량 ECU(113)와 전기적으로 연결되어 차량 ECU(113)의 제어신호에 따라 선택적으로 회전 작동된다.

여기서, 상기 제어모터(121)는 상기 차량 ECU(113)의 제어신호에 따라 회전방향 및 회전수가 제어되며, 중공(125)을 갖는 중공형 모터로 이루어지는 것이 바 람직하다.

이러한 중공형 모터는 당 업계에서 널리 사용되는 공지 기술의 모터 종류 중 하나로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 회전레버(123)는 상기 제어모터(121)에 회전 가능하게 장착되고, 일단이 상기 차륜(107)과 연결되는 타이로드(105)와 연결되고, 타단은 상기 조향 엑츄에이터(109)와 연결되는 타이로드(105)와 연결된다.

여기서, 상기 회전레버(123)는 상기 제어모터(121)의 중공(125)에 삽입되는 원통 형상의 장착부(127)와, 상기 장착부(127)의 외주면 상에 일체로 각각 형성되어 L형을 이루도록 배치되며, 상기 각 타이로드(105)와 연결되는 연결부(129)로 이루어진다.

즉, 상기 회전레버(123)는 상기 장착부(127)가 상기 제어모터(121)의 중공(125)에 삽입되어 상기 제어모터(121)의 작동에 따라 회전 가능하게 장착되며, 상기 각 연결부(129)는 상기 제어모터(121)의 작동에 따라 회전되는 상기 장착부(127)와 함께 일체로 시계 또는 반시계 방향으로 회동된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 작동 상태도이다.

도면을 참조하면, 차량의 직진 주행 시, 운전자는 상기 스티어링 휠(101)을 조작하지 않음에 따라, 상기 차량 ECU(113)는 상기 조향 엑츄에이터(109)와 레버유닛(120)을 작동시키지 않게 된다. 그러면 상기 차륜(107)은, 도 5의 (S1)과 같이, 조향각이 초기상태에서 변화되지 않고, 일자로 배치된 상태를 유지하여 차량의 직진주행을 유지하게 된다.

이러한 상태에서 운전자가 차량의 좌측으로 선회시키기 위해 상기 스티어링 휠(101)을 좌측으로 회전시킬 경우, 상기 센싱유닛(111)은 상기 스티어링 휠(101)의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 그리고 차량의 주행 속도를 검출하여 상기 차량 ECU(113)로 검출신호를 출력하게 된다.

그러면, 차량 ECU(113)는 상기 센싱유닛(111)으로부터 출력된 검출신호에 따라 반력모터(103)를 작동시켜 상기 스티어링 휠(101)에 반력토크를 제공하게 되고, 동시에, 상기 조향 엑츄에이터(109)와 레버유닛(120)을 작동시키게 된다.

여기서, 상기 차량 ECU(113)는 제어신호를 통해 상기 조향 엑츄에이터(109)의 스트로크는 감소시키고, 상기 레버유닛(120)의 제어모터(121)은 시계방향으로 회전시키게 된다.

상기 조향 엑츄에이터(109)의 스트로크가 감소되면, 상기 조향 엑츄에이터(109)와 상기 제어모터(121)와 연결된 타이로드(105)를 조향 엑츄에이터(109) 측으로 이동시키게 되는데, 이와 동시에, 상기 회전레버(123)가 상기 제어모터(121)의 회전 작동에 의해 시계방향으로 회전되면서, 상기 차륜(107)과 연결되는 타이로드(105)를 차륜(107) 측으로 밀어 차륜(107)을 좌측으로 회전시키게 된다.

이 경우, 상기 차륜(107)은 상기 조향 엑츄에이터(109)의 작동과 함께 회전 작동되는 레버유닛(120)에 의해 조향 반응속도가 증가하여 신속하게 조향조절이 되며, 상기 조향 엑츄에이터(109)의 스트로크가 과도하게 감소될 경우에도, 상기 제어모터(121)의 회전이 차량 ECU(113)에 의해 일정각도만 회전됨에 따라, 회전레버(123)가 회전 가능 범위를 초과하는 것을 미연에 방지시킬 수 있다.

이와 동시에, 상기 레버유닛(120)은 차륜(107)의 회전 후, 선회 주행 시, 노면으로부터 상기 차륜(107)을 통해 입력되는 외력이 상기 조향 엑츄에이터(109)로 전달되는 것을 차단함으로써, 외력에 의한 상기 조향 엑츄에이터(109)의 부하를 방지할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레버유닛(120)은 상기 조향 엑츄에이터(109)와 함께 차륜(107)의 조향 조절을 수행함으로써, 종래에 비해 조향 엑츄에이터(109)의 요구성능을 낮출 수 있으며, 소모 전력을 줄일 수 있게 된다.

한편, 운전자가 차량을 우측으로 선회시킬 경우에는 상기와 같은 작동을 통해 상기 조향 엑츄에이터(109)의 스트로크는 증가시키고, 레버유닛(120)의 제어모터(121)를 시계반대방향으로 작동시키게 된다.

이 경우, 상기 차륜(107)은 전술한 바와는 반대 방향으로 작동하는 각 타이로드(105)를 통해 우측 방향으로 회전되어 차량을 우측방향으로 선회시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(100)를 적용하면, 차륜(107)과 조향 엑츄에이터(109) 사이에 차량 ECU(113)의 제어 신호에 따라 작동하는 레버유닛(120)을 설치함으로써, 차량의 선회 주행 시, 조향 엑츄에이터(109)와 함께 작동하는 레버유닛(120)에 의해 차 륜(107)의 조향 반응 속도를 향상시킬 수 있다.

한편, 레버유닛(120)이 차량 ECU(113)의 제어신호 없이는 고정됨으로써, 차륜(107)으로부터 입력되는 외력을 차단하여 조향 엑츄에이터(109)로 전달되는 것을 방지함에 따라, 조향 엑츄에이터(109)로 가해지던 부하를 감소시키고, 종래에 비해 조향 엑츄에이터(109)의 요구 성능 및 작동에 소모되는 사용 전류량을 저감시켜 비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(100)는 차륜(107)의 조향 조절 시, 차량 ECU(113)의 제어신호에 의해 작동하는 제어모터(121)를 통해 회전레버(123)가 회전 가능 범위를 초과하여 회전되는 것을 방지할 수 있어 레버유닛(120)의 과도한 회전으로 인한 차륜(107)의 초기위치 복구에 어려움을 미연에 방지시킬 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 스티어 바이 와이어 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치에 적용되는 레버유닛의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레버유닛의 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 작동 상태도이다.

Claims (4)

1. 스티어링 휠과, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력모터와, 타이로드와 연결되어 차륜의 조향 조작을 이루는 조향 엑츄에이터와, 상기 스티어링 휠의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각, 차속을 검출하는 센싱수단 및 상기 센싱수단으로부터 인가되는 전기신호에 따라 엑츄에이터 및 반력모터를 작동시키는 ECU를 포함하는 스티어 바이 와이어 장치에 있어서,

   상기 차륜과 조향 엑츄에이터 사이에는 각 타이로드와 연결되어 차량 ECU의 제어신호에 따라 작동하며, 상기 조향 엑츄에이터의 작동과 함께 차륜을 회전시키기 위해 서브 프레임에 장착되는 레버유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레버유닛은

   상기 서브 프레임에 장착되며, 상기 차량 ECU와 전기적으로 연결되어 차량 ECU의 제어신호에 따라 선택적으로 작동하는 제어모터; 및

   상기 제어모터에 회전 가능하게 장착되고, 일단이 상기 차륜과 연결되는 타이로드와 연결되고, 타단은 상기 조향 엑츄에이터와 연결되는 타이로드와 연결되는 회전레버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어모터는 상기 차량 ECU의 제어신호에 따라 회전방향 및 회전수가 제어되며, 중공을 갖는 중공형 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 회전레버는 상기 제어모터의 중공에 삽입되는 원통 형상의 장착부와, 상기 장착부의 외주면 상에 일체로 각각 형성되어 L형을 이루도록 배치되며, 상기 각 타이로드와 연결되는 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.

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