KR20130033169A - Ｍｄｐｓ 및 컴프레셔 통합 작동 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MDPS 및 컴프레셔 작동 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원통형의 실린더 및 상기 실린더 내부를 길이 방향으로 관통하는 랙을 포함하는 전동식 조향장치(MDPS), 상기 실린더의 일측에 위치하여 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔의 구동 동력을 제공하는 하나의 모터, 상기 모터의 끝단에 연결되어 차량의 에어컨 냉매를 압축시키는 컴프레셔, 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔의 작동을 제어하도록 상기 모터에 연결된 통합 ECU를 포함하여 이루어져, 전동식 조향장치(MDPS) 및 전동식 컴프레셔에 사용되는 부품 중 유사한 기능을 하는 모터 및 ECU를 통합하여 MDPS 또는 에어컨을 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조에 관한 것이다.

Description

ＭＤＰＳ 및 컴프레셔 통합 작동 구조{Combined operation structure of MDPS and compressor}
본 발명은 MDPS 및 컴프레셔 작동 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 모터와 이에 연결되는 기어 및 클러치로 인하여 MDPS 작동 및 에어컨 작동을 동시에 가능하게 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조향장치는 운전자의 조작에 따라 차량의 진행방향을 바꿀 수 있도록 하는 장치로서, 조향핸들의 회전력이 조향칼럼의 조향주축을 통하여 유니버설조인트에 전달되고, 유니버설조인트에 전달된 조향핸들의 회전력은 피니언 기어와 랙기어를 통하여 바퀴로 전달되어 차량을 조향할 수 있게 된다.
종래에는 조향 보조 동력을 공급하는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되는 유압식 조향장치가 주로 사용되었으나, 최근들어 조향휠의 회전에 의해 조향 토크가 발생되면 모터에 의하여 발생된 조향 토크에 비례하는 조향 보조 동력을 공급하는 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering;MDPS)가 점차 보편화되어 가고 있다.
특히, 고유가 시대가 계속되는 시점에서, 효율(연비)의 향상 및 안정된 조향감을 위하여 소형이나 준중형차에만 적용되어지던 MDPS(컬럼 타입 MDPS)를 중, 대형차에도 확대하여 적용중에 있으며, 도1 에 도시된 바와 같이, 랙 구동 타입 MDPS(1)를 적용하는 것이 일반적이며, MDPS(1)를 구동하고 제어하기 위한 MDPS모터(2) 및 MDPS ECU(3)가 사용되고 있다.
이와 더불어 에어컨을 작동시키기 위해서 반드시 사용되는 부품 중 하나인 컴프레셔는 일반적으로 엔진 동력을 이용하여 구동하였으나, 최근들어 전기 자동차(Electric Vehicle;EV) 및 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle;HEV)의 개발 및 판매가 증가함에 따라 모터를 이용한 전동식 컴프레셔의 사용이 확대되고 있다.
즉, 도2 에 도시된 바와 같이, 에어컨을 가동하기 위하여 사용되는 전동식 컴프레셔(4)는 컴프레셔 모터(6)를 이용하여 컴프레셔(5)를 구동시키며, 컴프레셔 모터(6)의 회전을 조절하여 컴프레셔(5)의 구동을 조절하기 위한 컴프레셔 ECU(7)가 컴프레셔 모터(6)에 연결되어 있다.
위와 같이 종래에는 MDPS 및 에어컨을 작동시키기 위하여 각각 별도의 모터(2, 5) 및 별도의 ECU(3, 7)를 연결하였으나, 최근들어 모터에 사용되는 자석의 재료인 희토류(稀土類, rare earth elements)의 수급이 불안정해지고 가격이 상승함에 따라 차량에 사용되는 모터의 가격이 상승하게 되었고, 이에 따라 차량 생산 원가를 절감하기 위한 조치가 시급하였다.
뿐만 아니라, MDPS 및 에어컨을 작동시키기 위한 별도의 모터 및 ECU를 사용함에 따라 차량 구조가 복잡해질 뿐 아니라, 차량 내부의 공간 활용도가 불리하다는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전동식 조향장치(MDPS) 및 전동식 컴프레셔에 사용되는 부품 중 유사한 기능을 하는 모터 및 ECU를 통합하여 MDPS 또는 에어컨을 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조를 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 원통형의 실린더 및 상기 실린더 내부를 길이 방향으로 관통하는 랙을 포함하는 전동식 조향장치(MDPS), 상기 실린더의 일측에 위치하여 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔의 구동 동력을 제공하는 하나의 모터, 상기 모터의 끝단에 연결되어 차량의 에어컨 냉매를 압축시키는 컴프레셔, 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔의 작동을 제어하도록 상기 모터에 연결된 통합 ECU를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터의 회전을 전달하고 상기 전동식 조향장치의 좌우 이동을 조절하는 MDPS 감속기구부 및 일측이 상기 MDPS 감속기구부에 연결되며 타측면이 상기 모터와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터에 연결되도록 이루어진 제1전자석 클러치를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터의 회전을 전달하고 상기 컴프레셔의 작동을 조절하는 유성 기어부, 일측이 상기 유성 기어부에 연결되며 타측면이 상기 모터와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터에 연결되도록 이루어진 제2전자석 클러치를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가 상기 유성 기어부는, 일측이 상기 제2전자석 클러치와 연결되어 회전하는 제1기어, 일측이 상기 제1기어와 연결되고 타측이 상기 컴프레셔와 연결되어 회전하는 제2기어, 상기 제1기어의 중단과 연결되어 회전하는 제3기어, 일측이 상기 제3기어와 연결되고 타측이 상기 제2기어와 연결되어 회전하는 제4기어를 포함하여, 상기 모터의 회전 방향에 관계없이 상기 제2전자석 클러치로부터 전달받은 회전력을 항상 일정한 방향으로 상기 컴프레셔로 전달하도록 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 차량의 조향을 담당하는 전동식 조향장치(MDPS) 및 에어컨의 냉매를 압축시키는 전동식 컴프레셔에 각각 사용되던 모터 및 ECU 를 하나의 모터 및 하나의 ECU 로 통합함으로써, 차량에 사용되는 부품의 수를 축소할 수 있을 뿐만 아니라, 이에 따른 차량 생산에 필요한 재료비 및 차량 중량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, MDPS 및 컴프레셔의 구조를 통합하여 조립에 필요한 작업 공수를 절감할 수 있으며, 별도의 공간이 필요하지 않으므로 차량 패키지 레이아웃을 보다 개선하여 여유로운 공간 확보가 가능하다는 장점이 있다.
도1 은 종래 사용되던 MDPS 구조를 도시한 사시도.
도2 는 종래 사용되던 전동식 컴프레셔 구조를 도시한 측면도.
도3 은 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조를 도시한 사시도.
도4 는 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조를 도시한 개략도.
도5 는 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조에 사용되는 유성 기어부를 상세히 도시한 개략도.
도6 내지 도8 은 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조가 상황에 따라 작동되는 과정을 도시한 개략도.
도9 는 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조를 작동하기 위한 통합 ECU의 작동 로직을 도시한 순서도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10)는, 원통형의 실린더 및 상기 실린더 내부를 길이 방향으로 관통하는 랙을 포함하는 전동식 조향장치(MDPS), 상기 실린더의 일측에 위치하여 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔(30)의 구동 동력을 제공하는 하나의 모터(20), 상기 모터(20)의 끝단에 연결되어 차량의 에어컨 냉매를 압축시키는 컴프레셔(30), 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔(30)의 작동을 제어하도록 상기 모터(20)에 연결된 통합 ECU(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 도3 에 도시된 바와 같이, 차량의 양측 바퀴의 방향을 조절하도록 이루어진 조향장치는 가로 방향으로 길게 연장되어 있는 것이 일반적이며, 특히 유압식이 아닌 모터를 이용한 전동식 조향장치(MDPS)에서는 가로 방향으로 놓여진 원통형의 실린더 내부에 길이 방향의 랙이 위치하여 조향을 조절하도록 이루어진다.
또한, 상기 랙이 실린더 내부에서 좌우 방향으로 이동할 수 있도록 상기 모터가 연결되어 구동 동력을 제공한다.
종래에는 MDPS를 작동시키기 위해서 MDPS에 직접 연결된 모터 및 ECU를 사용하였으며, 이와 더불어 차량에 장착된 에어컨을 작동시키기 위해서 에어컨 작동 회로상에 연결된 컴프레셔가 별도로 형성되어, 운전자가 에어컨을 작동하게 되면 컴프레셔를 작동시키기 위한 모터가 별도로 작동하면서 컴프레셔에 구동 동력을 제공하였다.
그러나, 위와 같은 종래의 구조에 따르면 MDPS 및 에어컨을 작동시키기 위하여 각각 별도의 모터 및 별도의 ECU를 사용하여야 하였으며, 이는 차량 생산 원가의 상승 및 차량 구조의 복잡화를 초래하였다.
따라서, 본 발명에서는 차량의 조향을 담당하는 MDPS 및 에어컨의 작동을 담당하는 컴프레셔(30)에 사용되어 유사한 기능을 하는 부품들을 통합하여 일체화 함으로써, 차량 생산 원가를 절감할 뿐만 아니라 차량 구조를 단순화시키고 레이아웃을 보다 개선할 수 있다.
즉, MDPS를 구성하는 실린더의 일측에 MDPS 및 컴프레셔(30)를 동시에 구동시키기 위한 하나의 모터(20)를 형성하였으며, 상기 모터(20)의 끝단에는 에어컨 냉매를 압축시키기 위한 컴프레셔(30)가 연결되어 상기 모터(20)의 구동으로 MDPS 또는 컴프레셔(30)를 선택적으로 작동시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 모터(20)에는 상기 MDPS 및 컴프레셔(30)의 작동을 제어하기 위하여 ECU가 연결되는데, MDPS 및 컴프레셔(30)를 작동시키기 위한 ECU 또한 기존에는 두 개 사용되었던 반면, 본 발명에서는 하나의 모터(20)에 연결된 하나의 통합 ECU(40) 가 사용된다.
이러한 통합 ECU(40) 의 제어에 따라서 MDPS 의 작동, 또는 에어컨 컴프레셔(30)의 작동, 또는 MDPS 및 에어컨 컴프레셔(30)의 동시 작동 여부를 조절할 수 있으며, 보다 상세한 제어 과정은 후술한다.
이와 같이, 운전자의 조작에 따라 선택적으로 MDPS 또는 컴프레셔(30)로 모터(20)의 구동력을 전달하기 위하여 각각 별도의 장치가 연결되어 사용되는데, 우선, 상기 모터(20)의 구동력을 MDPS 로 전달하기 위한 장치로써 MDPS 감속기구부(22) 및 제1전자석 클러치(21)가 사용된다.
즉, 상기 MDPS 감속기구부(22)는 MDPS의 실린더 일측에 연결되어 상기 모터(20)에서 발생된 구동력에 의하여 상기 MDPS의 좌우 이동 방향 및 이동 속도 등을 조절하는 역할을 한다.
또한, 도4 를 참조하면, 상기 제1전자석 클러치(21)는 일측이 상기 MDPS 감속기구부(22)에 연결되며 타측면이 상기 모터(20)와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터(20)에 연결되도록 이루어진다.
따라서 운전자가 조향장치의 조타 및 복원을 할 경우에는 상기 모터(20)에 상기 제1전자석 클러치(21)가 밀착하여 상기 모터(20)의 구동력이 상기 MDPS 감속기구부(22) 및 MDPS로 전달될 수 있다.
이와 유사하게, 운전자의 조작에 따라 에어컨을 작동하는 경우에는 상기 모터(20)의 구동력을 컴프레셔(30)로 전달하기 위한 장치로써 유성 기어부(32) 및 제2전자석 클러치(31)가 사용된다.
즉, 상기 유성 기어부(32)는 상기 컴프레셔(30)와 직접 연결되어 상기 컴프레셔(30)의 작동 여부 및 작동 속도 등을 조절하는 역할을 한다.
또한, 도4 를 참조하면, 상기 제2전자석 클러치(31)는 일측이 상기 유성 기어부(32)에 연결되며 타측면이 상기 모터(20)와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터(20)에 연결되도록 이루어진다.
따라서 운전자가 에어컨을 작동하는 경우에는 상기 모터(20)에 상기 제2전자석 클러치(31)가 밀착하여 상기 모터(20)의 구동력이 상기 유성 기어부(32) 및 컴프레셔(30)로 전달될 수 있다.
다만, MDPS 의 조절에 필요한 종래의 모터는 차량의 우측 조타 또는 좌측 조타 여부에 따라 서로 반대방향으로 이동하도록 양방향 회전 가능한 모터를 사용하여야 하며, 전동식 컴프레셔에 사용되는 종래의 모터는 반대 방향으로 회전하게 되면 냉매의 압축 기능을 상실하므로 냉매의 압축을 위하여 반드시 한 방향으로만 회전 가능한 모터를 사용하였다.
위와 같은 MDPS 및 컴프레셔의 서로 다른 작동 구조를 하나의 모터(20)의 구동으로 한꺼번에 작동되도록 하기 위해서 본 발명에 사용되는 하나의 모터(20)는 반드시 양방향 회전이 가능한 모터(20)가 사용되며, 상기 모터(20)의 역방향 회전시에도 에어컨 및 컴프레셔(30)를 정상적으로 작동시키기 위하여 별도의 유성 기어부(32)가 사용된다.
즉, 상기 유성 기어부(32)는 상기 모터(20)의 회전 방향에 관계없이 상기 제2전자석 클러치(31)로부터 전달받은 회전력을 항상 일정한 방향으로 상기 컴프레셔(30)로 전달하도록 이루어져 있으며, 이러한 구조를 위하여 4개의 기어가 선택적으로 연결되어 있다.
도5 를 참조하면, 상기 제2전자석 클러치(31)와 상기 컴프레셔(30) 사이는 제1기어(51) 및 제2기어(52)가 일직선 상으로 연결되어 위치하고 있고, 상기 제1기어(51)의 중단 일측에는 짧은 길이의 제3기어(53)가 연결되어 있으며, 제4기어(54)는 제3기어(53)의 측면과 제2기어(52)의 측면을 연결하도록 형성되어 있다.
따라서, 상기 모터(20) 및 제2전자석 클러치(31)가 시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 제1기어(51) 및 제2기어(52)를 연결하여 상기 컴프레셔(30)가 직접 시계방향으로 회전하도록 할 수 있으며, 이 때에는 상기 제1기어(51)와 제3기어(53)를 서로 이격시키고 상기 제2기어(52)와 제4기어(54)를 서로 이격시켜서 제1기어(51)의 회전력이 제3기어(53)로 전달되지 않도록 하는 것이 좋다.
또한, 상기 모터(20) 및 제2전자석 클러치(31)가 반시계방향으로 회전하는 경우에는 상기 제1기어(51)와 제2기어(52)를 서로 이격시켜 제1기어(51)의 반시계방향의 회전력이 상기 컴프레셔(30)로 직접 전달되지 않도록 하며, 상기 제1기어(51)와 제3기어(53)를 연결하여 상기 제3기어(53)가 시계방향으로 회전하도록 하고, 상기 제3기어(53)와 연결된 제4기어(54)가 다시 반시계방향으로 회전하도록 하고, 상기 제4기어(54)와 연결된 제2기어(52)가 시계방향으로 회전하도록 함으로써, 상기 모터(20)가 어떤 방향으로 회전하더라도 상기 컴프레셔(30)에는 일정한 방향의 회전력이 입력되도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명인 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10)의 상세한 작동 과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도6 은 하나의 모터(20) 구동에 의하여 MDPS 만을 조작할 경우의 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10) 상태를 도시한 것이며, 이 경우의 통합 ECU(40) 작동 로직은 도9 의 순서도에서 가장 좌측의 열을 따라 이동하는 로직에 해당된다.
즉, 차량 시동을 걸면, 도6 에 도시된 바와 같이 MDPS에 연결된 제1전자석 클러치(21)가 상기 모터(20)에 밀착하여 연결되며, 토크 센서나 조향 센서 등에 의하여 MDPS 의 조작 조건이 발생하는 것이 감지되면, 통합 ECU(40) 에서 이를 제어하여 모터(20)에 공급되는 전류량을 조절하여 MDPS 의 좌우 방향 조향을 하게 되며, 이 경우에는 차량 에어컨 스위치가 OFF인 상태이므로 컴프레셔(30)에 연결된 제2전자석 클러치(31)가 상기 모터(20)와 이격된 상태를 유지하게 된다.
이와는 반대로 하나의 모터(20) 구동에 의하여 에어컨 만을 조작할 경우에는, 도8 에 도시된 바와 같이 상기 제2전자석 클러치(31)가 상기 모터(20)에 밀착하여 연결되며, 이 경우에는 MDPS 를 조작하지 않는 차량이 정차한 상태이거나 또는 직선으로만 이동하는 상태이므로 제1전자석 클러치(21)가 상기 모터(20)와 이격된 상태를 유지하게 된다.(이에 해당되는 통합 ECU(40) 작동 로직은 도9 의 순서도에서 가장 우측의 열을 따라 이동하는 로직에 해당된다.)
나아가, MDPS 의 좌우 방향 조향과 함께 에어컨을 동시에 작동하는 경우에는, 도7 에 도시된 바와 같이 상기 모터(20)에 상기 제1전자석 클러치(21) 및 제2전자석 클러치(31)가 동시에 밀착하여 연결되며, 이 경우에는 차량의 조타 방향에 따라 상기 모터(20)가 양방향으로 회전하게 되므로, 앞서 설명한 바와 같이 상기 제2전자석 클러치(31)에 연결된 상기 유성 기어부(32)의 연결에 따라 컴프레셔(30)로 항상 동일한 방향의 회전력을 전달할 수 있다.(이에 해당되는 통합 ECU(40) 작동 로직은 도9 의 순서도에서 중앙의 열을 따라 이동하는 로직에 해당된다.)
따라서, 하나의 모터(20) 작동 및 하나의 통합 ECU(40) 제어로 인하여 MDPS 및 컴프레셔(30)에 연결된 각각의 클러치의 연결 여부 등을 조절함으로써 MDPS 의 방향 조절 및 에어컨 작동을 동시에 구현할 수 있으므로, 사용되는 부품수 축소, 차량 생산 원가 및 중량 절감 및 차량 패키지 레이아웃의 개선 등의 효과를 달성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조
20 : 모터 21 : 제1전자석 클러치
22 : MDPS 감속기구부 30 : 컴프레셔
31 : 제2전자석 클러치 32 : 유성 기어부
40 : 통합 ECU 51 : 제1기어
52 : 제2기어 53 : 제3기어
54 : 제4기어

Claims (4)

  1. 원통형의 실린더 및 상기 실린더 내부를 길이 방향으로 관통하는 랙을 포함하는 전동식 조향장치(MDPS);
    상기 실린더의 일측에 위치하여 상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔(30)의 구동 동력을 제공하는 하나의 모터(20);
    상기 모터(20)의 끝단에 연결되어 차량의 에어컨 냉매를 압축시키는 컴프레셔(30);
    상기 전동식 조향장치 및 컴프레셔(30)의 작동을 제어하도록 상기 모터(20)에 연결된 통합 ECU(40); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터(20)의 회전을 전달하고 상기 전동식 조향장치의 좌우 이동을 조절하는 MDPS 감속기구부(22);
    일측이 상기 MDPS 감속기구부(22)에 연결되며 타측면이 상기 모터(20)와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터(20)에 연결되도록 이루어진 제1전자석 클러치(21); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터(20)의 회전을 전달하고 상기 컴프레셔(30)의 작동을 조절하는 유성 기어부(32);
    일측이 상기 유성 기어부(32)에 연결되며 타측면이 상기 모터(20)와 일정 거리만큼 이격되어 선택적으로 상기 모터(20)에 연결되도록 이루어진 제2전자석 클러치(31); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10).
  4. 제3항에 있어서, 상기 유성 기어부(32)는,
    일측이 상기 제2전자석 클러치(31)와 연결되어 회전하는 제1기어(51);
    일측이 상기 제1기어(51)와 연결되고 타측이 상기 컴프레셔(30)와 연결되어 회전하는 제2기어(52);
    상기 제1기어(51)의 중단과 연결되어 회전하는 제3기어(53);
    일측이 상기 제3기어(53)와 연결되고 타측이 상기 제2기어(52)와 연결되어 회전하는 제4기어(54); 를 포함하여,
    상기 모터(20)의 회전 방향에 관계없이 상기 제2전자석 클러치(31)로부터 전달받은 회전력을 항상 일정한 방향으로 상기 컴프레셔(30)로 전달하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 MDPS 및 컴프레셔 통합 작동 구조(10).
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