KR20120127948A - 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법 - Google Patents

차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 토크센서의 신호에 따라 MDPS모터가 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트에 보조조향력을 제공하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법에 있어서, 상기 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치는, 스티어링휠을 틸팅(tilting)시키는 틸트스크류;와 상기 스티어링휠을 컬럼샤프트의 축방향을 따라 이동시키는 텔레스코픽스크류; 및 상기 틸트스크류와 텔레스코픽스크류 중 어느 하나로 연결되는 링크기구부;를 포함하여 구성되고, 상기 MDPS모터를 컬럼샤프트 또는 링크기구부에 기어연결시키는 단계; 및 상기 링크기구부를 틸트스크류 또는 텔레스코픽스크류에 기어연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, MDPS모터를 이용하여 스티어링휠의 틸트 및 텔레스코픽 기능을 제공하여 종래의 틸트 및 텔레스코픽용 모터들과 제어기들을 삭제할 수 있으므로 원가절감을 도모할 수 있고 더욱 컴팩트화할 수 있는 효과가 있다. 아울러, MDPS모터가 잠길시에도 웜기어의 치합을 해제할 수 있도록 페일세이프(fail-safe) 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법{Control method of tilt and telescopic steering apparatus for vehicle}
본 발명은 틸트 및 텔레스코픽 기능을 갖는 차량용 스티어링장치의 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 MDPS(Motor driving power steering) 시스템이 적용된 스티어링장치에 있어서 MDPS모터의 회전력 전달을 제어하는 클러치장치를 이용하여 틸트 및 텔레스코픽 기능을 구현하도록 구성된 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법에 관한 것이다.
MDPS 시스템이 적용된 파워스티어링 장치는 유압을 대신하여 모터의 힘을 이용하는 장치로서, 종래의 유압식 파워스티어링 장치와 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없어 승용 차량에서 최근에 널리 사용되고 있다.
상기 MDPS 스티어링장치는 MDPS 모터, 토크센서, MDPS ECU 를 포함하여 구성된다. 일반적으로 상기 MDPS모터 및 토크센서는 스티어링컬럼에 장착되되, 토크센서가 스티어링휠에 가해진 토크를 감지하면 MDPS ECU 는 차속에 따라 보조조향력이 발생하도록 MDPS모터에 전류를 인가하여 스티어링휠의 토크를 제어한다. 그리고, 스티어링기어박스는 스티어링컬럼에 연결된 샤프트를 통하여 스티어링컬럼으로부터 구동력을 전달받아 회전방향을 변환하여 (릴레이로드, 타이로드, 너클암으로 구성된) 암을 통해 전륜을 회전시키는 구조를 갖는다.
한편, 종래의 MDPS 시스템에 있어서 (스티어링휠을 위아래로 이동시키는) 틸팅(tilting) 기능 및 (스티어링휠을 스티어링컬럼의 축방향을 따라 이동시키는) 텔레스코픽(telescopic) 기능은 운전자가 수동으로 작동시키도록 구성되기도 하나, 도 1 에 도시된 바와 같이, 전동식의 경우 틸트용 모터, 텔레스코픽용 모터 및 상기 틸트용 모터와 텔레스코픽용 모터의 구동을 제어하는 틸트/텔레스코픽제어기가 별도로 부착되어 구성되었다.
그러나, 틸트 및/또는 텔레스코픽 기능은 스티어링휠을 운전자의 체형 및 자세에 맞추기 위한 기능으로서, 차량의 운행 전후로 스티어링휠의 조타가 실시되지 않을 때에 사용되는 것이 일반적이다.
즉, MDPS 모터는 차량의 주행 중에 사용되는 반면, 틸트 및 텔레스코픽용 모터들은 주로 운전자의 승/하차시 사용된다.
따라서, 틸트 및 텔레스코픽용 모터들 및 제어기의 삭제를 통해 원가절감을 도모하며 공간의 활용도를 향상시키기 위하여 MDPS 모터를 이용하여 틸트 및 텔레스코픽 기능을 구현할 필요성이 있었다.
그리고, MDPS 스티어링 장치는, MDPS 모터 및 기어류 등을 포함한 구성품들사이에 소착(燒着) 및/또는 충격에 의한 파손이 발생하면 차량의 조향이 불가능해질 수도 있는 문제점이 있었다. 그러므로, 상기와 같은 고장발생시, (끝단은 스티어링휠이 결합되고 웜휠을 통해 MDPS 모터의 회전력을 전달받는) 컬럼샤프트로의 보조조향력전달을 차단해야할 필요성이 있었다.
따라서, 본 발명은 통합된 틸트 및 텔레스코픽 기능을 제공할 뿐만 아니라 MDPS 모터가 잠길 경우 페일세이프(Fail-safe) 기능을 제공하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 토크센서의 신호에 따라 MDPS모터가 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트에 보조조향력을 제공하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법에 있어서, 상기 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치는, 스티어링휠을 틸팅(tilting)시키는 틸트스크류;와 상기 스티어링휠을 컬럼샤프트의 축방향을 따라 이동시키는 텔레스코픽스크류; 및 상기 틸트스크류와 텔레스코픽스크류 중 어느 하나로 연결되는 링크기구부;를 포함하여 구성되고, 상기 MDPS모터를 컬럼샤프트 또는 링크기구부에 기어연결시키는 단계; 및 상기 링크기구부를 틸트스크류 또는 텔레스코픽스크류에 기어연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 컬럼샤프트와 MDPS모터의 기어연결된 상태에서 상기 토크센서로 MDPS 모터의 이상신호가 감지되면 컬럼샤프트와 MDPS모터의 기어연결을 차단하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
아울러, 이동 위치에 따라 MDPS모터를 컬럼샤프트 또는 링크기구부로 기어연결하는 클러치판이 스프링에 의해 컬럼샤프트로 연결되도록 장착되되 전자석코일이 상기 클러치판과 인접배치된 상태에서, 상기 전자석코일로 전류가 인가되어 클러치판이 이동하는 단계를 더 포함한다. 또한, 이동 위치에 따라 링크기구부를 틸트스크류 또는 텔레스코픽스크류로 연결하는 제2클러치판이 제2스프링에 의해 틸트스크류로 연결되도록 장착되되 제2전자석코일이 상기 제2클러치판과 인접배치된 상태에서, 상기 제2전자석코일로 전류가 인가되어 제2클러치판이 이동하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, MDPS모터를 이용하여 스티어링휠의 틸트 및 텔레스코픽 기능을 제공하여 종래의 틸트 및 텔레스코픽용 모터들과 제어기들을 삭제할 수 있으므로 원가절감을 도모할 수 있고 더욱 컴팩트화할 수 있는 효과가 있다.
아울러, (예기치 못한 충격 등에 의하여) MDPS모터가 잠길시에도 웜기어의 치합을 해제할 수 있도록 페일세이프(fail-safe) 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 방식으로 MDPS 스티어링장치에 적용된 틸트 및 텔레스코픽 스티어링 장치의 사시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 틸트 및 텔레스코픽 기능을 갖도록 구성된 MDPS 스티어링장치의 사시도,
도 3a 은 운전자의 조타 시 컬럼샤프트에 조향보조력을 제공하도록 제1클러치가 MDPS모터를 컬럼샤프트로 기어연결시킨 모습을 도시한 단면도,
도 3b 는 스티어링휠의 틸트 또는/및 텔레스코픽 기능을 수행하도록 제1클러치가 MDPS모터를 링크기구부로 기어연결시킨 모습을 도시한 단면도,
도 4a 는 틸트 기능을 수행하도록 제2클러치가 링크기구부를 틸트스크류로 기어연결시킨 모습을 도시한 단면도,
도 4b 는 텔레스코픽 기능을 수행하도록 제2클러치가 링크기구부를 텔레스코픽스크류로 기어연결시킨 모습을 도시한 단면도,
도 5 는 제2클러치의 결합상태를 도시한 이미지,
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어링장치의 제어방법을 도시한 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 MDPS 스티어링 장치는 틸트 및 텔레스코픽 기능을 제공하기 위하여 별도의 틸트 및 텔레스코픽용 모터들을 구비하는 대신에 MDPS모터(1)의 회전력 전달을 제어하는 제1클러치(10)와 제2클러치(20)를 갖는다.
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 본 발명의 MDPS 스티어링 장치는 토크센서(미도시)에 의해 스티어링휠의 조작이 감지될 때는 MDPS모터(10)가 컬럼샤프트와 기어연결되고, 틸트스위치나 텔레스코픽스위치의 "ON" 신호가 감지되면 MDPS모터(1)가 링크기어부(30)와 기어연결되도록 구성된다.
따라서, 도시된 바와 같이, MDPS모터(1)의 회전축에는 상기 MDPS모터(1)를 컬럼샤프트 또는 링크기어부(30)에 기어연결하는 제1클러치(10)가 부설된다. 상기 제1클러치(10)는 전자석코일(11), 클러치기어(13), 스프링(15), 클러치판(12), 웜기어판(14)으로 구성되며, 일측으로는 링크기어부(30)가 배치된다. 상기 링크기어부(30)에는 입력기어(31)가 장착되며, 상기 입력기어(31)는 클러치기어(13)와 치합된다.
그리고, 상기 제1클러치(10)는 클러치판(12)이 클러치기어(13)와 웜기어판(14) 사이를 활주가능하도록 구성되되, 상기 클러치판(12)은 웜기어판(14)과 밀착되어 치합하면 컬럼샤프트의 웜휠(3)과 치합된 웜(2)을 회전시키고, 클러치기어(13)와 밀착되어 치합하면 링크기어부(30)를 회전시키도록 구성된다. 그리고, 평상시에는 도 3a 와 같이 컬럼샤프트로 조향보조력을 제공하도록 스프링(15)의 탄성력에 의해 상기 클러치판(12)은 웜기어판(14)과 밀착된 상태를 유지하되, (스티어링휠이 회전하지 않는 상태에서) 틸트스위치나 텔레스코픽스위치가 "ON" 상태가 되면 전자석코일(11)로 전원이 인가되어 상기 클러치판(12)은 스프링(15)의 탄성력을 극복하고 전자석코일(11)에서 발생하는 자기력에 의해 도 3b 와 같이 클러치기어(13)로 밀착되도록 구성된다.
한편, 상기 클러치기어(13)로부터 회전력을 전달받는 링크기어부(30)는 도 4a, 도 4b 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 제2클러치(20)로 회전력을 전달한다. 상기 제2클러치(20)는 웜휠기어(21), 제2클러치판(24), 제2스프링(23) 및 제2전자석코일(22)을 포함하여 구성되고, 스티어링휠(및 스티어링컬럼)을 틸팅시키는 틸트스크류(40) 또는 축방향으로 이동시키는 텔레스코픽스크류(50)로 회전력을 전달한다.
상기 틸트스크류(40)는 내부가 길이방향을 따라 개구된 중공관 형상이며, 상기 텔레스코픽스크류(50)는 틸트스크류(40) 내에 삽입되는 바(bar)형상을 갖는다. 그리고, 제2클러치(20)가 위치하는 측에서 틸트스크류(40)와 텔레스코픽스크류(50) 사이에는 제2클러치판(24)이 장착된다. 상기 제2클러치판(24)은 소정의 거리만큼 활주가능하도록 장착되되, 틸트스크류(40) 또는 텔레스코픽스크류(50)에 밀착되어 회전력을 전달하도록 구성된다. 그리고, 상기 제2클러치판(24)은 제2스프링(23)에 의하여 틸트스크류(40)에 밀착되도록 장착되되, 제2전자석코일(23)에 전원이 인가되면 자기력에 의해 제2스프링(23)의 탄성을 극복하고 텔레스코픽스크류(50)에 밀착된다. 상기 틸트스크류(40)로 회전력이 전달되면 (도 2 에 도시된) 섹터기어가 회전하며 스티어링컬럼은 틸팅되고, 상기 텔레스코픽스크류(50)로 회전력이 전달되면 스티어링컬럼이 축방향으로 이동된다. 참고적으로 상기 텔레스코픽스크류는 회전에 따라 길이방향으로 이동하는 스크류부와 상기 스크류부를 지지하며 회전력을 전달하는 너트스크류로 구성되며, 이와 같은 구성은 공지의 기술로 실시될 수 있다. 아울러, 제2클러치(20)의 웜휠기어(21)에 치합하도록 링크기어부(30)의 출력기어(32)는 웜(worm)으로 구성된다.
상기와 같은 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법은 도 6 에 도시된 플로우차트에 도시된 바에 따라 실행된다.
상기 제1클러치(10)는 MDPS모터(1)를 컬럼샤프트로 기어연결시킨 상태로 대기하되, (토크센서 또는 조향각센서 등에 의해) 스티어링휠의 회전이 감지되면, 토크센서의 신호에 따라 MDPS모터(1)의 이상유무를 감지하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 MDPS스티어링 장치는 스티어링휠의 회전이 감지됐을 때, 상기 MDPS모터(1)의 동작이 정상이면 제1클러치(10)가 "off" 상태(전자석코일로 전원이 인가되지 않은 상태)를 유지하며 조향보조력을 생성시키되, MDPS모터(1)의 잠김이 감지되면 전자석코일(11)로 소정의 전류가 인가되어 웜기어판(14)과 클러치판(12)을 이격시키며 (MDPS모터와 컬럼샤프트의 기어연결이 차단된) 페일세이프모드(fail-safe mode)로 동작한다.
그리고, 스티어링휠의 회전이 감지되지 않은 상태에서 틸트스위치(tilt S/W)가 "on" 상태가 되면(운전자가 틸트스위치를 누르면), 제1클러치(10)는 "on" 상태로서 MDPS모터(1)를 링크기구부(30)로 기어연결한다. 이때, 제2클러치(20)는 "off" 상태(제2전자석코일로 전원이 인가되지 않은 상태)를 유지하며 MDPS모터(1)의 회전력은 틸트스크류(40)로 제공되어 스티어링휠은 틸트 작동한다.
아울러, 스티어링휠의 회전이 감지되지 않고 틸트스위치가 off 인 상태에서 텔레스코픽스위치가 "on" 상태가 되면, 제1클러치(10)는 "on" 상태로서 MDPS모터(1)를 링크기어부(30)로 기어연결하고, 제2클러치(20)도 "on" 상태가 되어 MDPS모터(1)의 회전력을 텔레스코픽스크류(50)로 전달한다.
따라서 본 발명에 따른 제어방법은 MDPS모터(1)를 컬럼샤프트 또는 링크기구부(30)에 기어연결시키는 단계 및 상기 링크기구부(30)를 틸트스크류(40) 또는 텔레스코픽스크류(50)에 기어연결시키는 단계를 포함하여 구성되되, MDPS모터(1)가 컬럼샤프트에 기어연결된 상태에서 MDPS 모터(1)의 이상신호가 감지되면 컬럼샤프트와 MDPS모터(1)의 기어연결을 차단하는 단계를 추가적으로 포함한다.
이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 제1클러치
11 : 전자석코일
12 : 클러치판
13 : 클러치기어
14 : 웜기어판
15 : 스프링
20 : 제2클러치
21 : 웜휠기어
22 : 제2전자석코일
23 : 제2스프링
24 : 제2클러치판
30 : 링크기어부
40 : 틸트스크류
50 : 텔레스코픽스크류

Claims (4)

  1. 토크센서의 신호에 따라 MDPS모터가 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트에 보조조향력을 제공하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법에 있어서,
    상기 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치는, 스티어링휠을 틸팅(tilting)시키는 틸트스크류;와 상기 스티어링휠을 컬럼샤프트의 축방향을 따라 이동시키는 텔레스코픽스크류; 및 상기 틸트스크류와 텔레스코픽스크류 중 어느 하나로 연결되는 링크기구부;를 포함하여 구성되고,
    상기 MDPS모터를 컬럼샤프트 또는 링크기구부에 기어연결시키는 단계; 및
    상기 링크기구부를 틸트스크류 또는 텔레스코픽스크류에 기어연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 컬럼샤프트와 MDPS모터의 기어연결된 상태에서 상기 토크센서로 MDPS 모터의 이상신호가 감지되면 컬럼샤프트와 MDPS모터의 기어연결을 차단하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 이동 위치에 따라 MDPS모터를 컬럼샤프트 또는 링크기구부로 기어연결하는 클러치판이 스프링에 의해 컬럼샤프트로 연결되도록 장착되되 전자석코일이 상기 클러치판과 인접배치되고,
    상기 전자석코일로 전류가 인가되어 클러치판이 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 이동 위치에 따라 링크기구부를 틸트스크류 또는 텔레스코픽스크류로 연결하는 제2클러치판이 제2스프링에 의해 틸트스크류로 연결되도록 장착되되 제2전자석코일이 상기 제2클러치판과 인접배치되고,
    상기 제2전자석코일로 전류가 인가되어 제2클러치판이 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸트 및 텔레스코픽 스티어링장치의 제어방법.
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