KR20130066085A - 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조 - Google Patents

유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 스티어링휠의 조작에 따라 회전하며 피니언기어가 형성된 샤프트 및 상기 피니언기어와 치합하는 랙기어가 내장되어 타이로드를 활주시키는 랙기어조립체로 구성된 기어박스를 구비한 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조에 있어서, 링 형상으로서 상기 샤프트의 끝단에 장착되되 내경(內徑)이 샤프트의 외경(外經)보다 더 크게 형성된 링기어;와 상기 링기어 및 샤프트와 각각 기어치합하도록 링기어 내측에 장착되어 링기어의 회전력을 샤프트로 전달하는 유성기어;와 상기 링기어를 회전시키도록 결합된 모터; 및 차량 주행정보를 수신하여 샤프트의 회전 시 상기 샤프트의 토크 보상량을 연산하고 연산값에 따라 모터의 회전 방향 및 회전량을 제어하는 ECU;를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 종래에는 MDPS 시스템에서만 구현할 수 있었던 차량의 쏠림 보상 로직을 유압식 파워스티어링 장치에서도 적용시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조{Structure of compensating torque for hydraulic power steering apparatus}
본 발명은 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 랙&피니언 방식으로 작동하는 스티어링 기어박스 내에서 피니언기어가 형성된 샤프트의 끝단에 모터의 힘으로 토크를 조절할 수 있는 장치가 부설된 구조에 관한 것이다.
차량의 스티어링 장치는 진행방향을 바꾸기 위한 장치로서 전륜을 조향시키는 구조로 구성된다. 일반적인 승용차량의 스티어링 장치의 경우, 운전석 전방에 배치된 스티어링휠이 스티어링컬럼 및 스티어링 샤프트를 통해 스티어링 기어박스에 연결되는 구조를 가지며, 스티어링 기어박스는 스티어링휠에서 전달된 회전력으로 휠너클과 연결된 양측의 타이로드를 차폭방향으로 활주시키도록 구성된다.
아울러, 차량의 하중에 의해 운전자의 완력만으론 신속한 조향이 불가능하여 파워스티어링 장치가 장착된다. 상기 파워스티어링 장치는 스티어링휠에 입력되는 토크를 감지하여 회전력을 증대시켜 조향력을 보조하는 장치로서, 유압 또는 전기 모터를 통해 회전력을 증대시킨다.
전기 모터를 통해 조향력을 보조하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 시스템에서는, 전자적 제어가 이뤄지며 각종 센서가 추가되므로 차량 선회로 유발되는 횡력에 의한 차체쏠림 현상(풀링 현상:pulling)을 방지하기 위해 토크 보상로직이 적용된다.
즉, 도 1a 에 도시된 바와 같이, MDPS 시스템에서는 노면의 경사에 따라 풀링 현상이 발생한 상태에서 운전자가 경로 유지 목적으로 스티어링휠을 회전시키면, MDPS 시스템은 차속, 조향각, 요-레이트(Yaw-Rate) 등과 같은 주행조건을 센씽하여 풀링현상에 따른 토크 보상량을 연산해내고 이러한 보상량을 전기 모터 제어에 적용하여 조향보조력을 제어할 수 있었다.
한편, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 유압식 파워스티어링 장치는 랙기어가 내장된 랙기어조립체에 상기 랙기어를 유압에 의해 활주 시키도록 작동하는 튜브랙모듈(유압실린더)이 장착된다. 즉, 스티어링 기어박스는, 일측은 스티어링휠과 연결되어 회전하며 타측에 피니언기어가 형성된 샤프트와 상기 피니언기어와 치합하는 랙기어가 내장되어 양측 끝단에 장착된 타이로드를 좌우방향(차폭방향)으로 활주시키는 랙기어조립체로 구성되되, 상기 랙기어조립체 내에는 튜브랙모듈이 결합되어 유압에 따라 랙기어의 활주를 보조하도록 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 유압 파워스티어링 장치에는 MDPS시스템에 구비되는 모터감속기 등이 없기 때문에 그리고, 전기 모터만큼 토크 제어가 충분히 빠르지 못하기 때문에 풀링현상에 따른 (조향을 보조하는) 토크를 보상하기가 어려웠다.
따라서, 본 발명은 유압식 기어박스를 갖는 파워스티어링 장치에서도 풀링현상에 따른 토크를 보상할 수 있는 토크 보상 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링휠의 조작에 따라 회전하며 피니언기어가 형성된 샤프트 및 상기 피니언기어와 치합하는 랙기어가 내장되어 타이로드를 활주시키는 랙기어조립체로 구성된 기어박스를 갖는 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조에 있어서, 링 형상으로서 상기 샤프트의 끝단에 장착되되 내경(內徑)이 샤프트의 외경(外經)보다 더 크게 형성된 링기어;와 상기 링기어 및 샤프트와 각각 기어치합하도록 링기어 내측에 장착되어 링기어의 회전력을 샤프트로 전달하는 유성기어;와 상기 링기어를 회전시키도록 결합된 모터; 및 차량 주행정보를 수신하여 샤프트의 회전 시 상기 샤프트의 토크 보상량을 연산하고 연산값에 따라 모터의 회전 방향 및 회전량을 제어하는 ECU;를 포함한다.
그리고, 상기 링기어와 이격되어 샤프트에 링베어링 끼워지되, 상기 유성기어의 일측끝단은 링기어 및 샤프트와 치합하고 타측 끝단은 상기 링베어링에 회동가능하게 결합되어 지지된다.
아울러, 상기 모터가 샤프트의 끝단에 위치하도록 링기어와 모터는 샤프트의 길이방향을 따라 나란하게 배치되고, 상기 유성기어는 두 개 이상이 장착된다. 더 상세하게는 서로 간에 일정거리를 두고 세 개 이상의 유성기어들이 샤프트를 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 종래에는 MDPS 시스템에서만 구현할 수 있었던 차량의 쏠림 보상 로직을 유압식 파워스티어링 장치에서도 적용시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 유압식 파워스티어링 장치의 장점인 조향 탄력감은 유지하면서 모터구동을 통해 신속하게 토크를 보상할 수 있는 효과가 있다.
링기어 및 링베어링 장치는 링 모양을 가지며 샤프트에 끼움결합되는 방식으로서 종래의 유압식 파워스티어링 장치에 용이하게 장착할 수 있는 효과가 있다.
상기 유성기어들은 다수 개가 샤프트를 둘러싸도록 배치됨으로서 회전력을 더욱 효율적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 ECU는 다른 제어장치들과 협조제어를 통해 LKAS(Lane Keeping Assist System 차선유지보조시스템) 등과 같이 MDPS 시스템에서 구현되던 기능을 추가적으로 수행할 수 있다.
도 1a 는 차량에 풀링 현상이 발생한 상태에서 조타가 이뤄졌을 때 풀링 현상을 고려하여 조향 보조력의 토크를 보상하기 위한 MDPS시스템의 로직을 설명한 참고도,
도 1b 는 종래의 유압식 파워스티어링 장치의 스티어링 기어박스 모습을 도시한 사시도 및 피니언기어가 장착된 샤프트의 확대도
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 샤프트의 끝단에 토크 보상 장치가 장착된 모습을 도시한 사시도,
도 3 은 도 2 의 A-A 부분의 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 토크 보상 구조는, (도 1b 에 도시된 바와 같이) 스티어링휠의 조작에 따라 회전하며 피니언기어(11)가 형성된 샤프트(10); 및 상기 피니언기어(11)와 치합하는 랙기어가 내장되어 타이로드를 차폭방향으로 활주시키는 랙기어조립체;로 구성된 기어박스를 구비한 유압식 파워스티어링 장치에 적용된다.
도 2 를 참조하면, 상기 랙기어와 치합하도록 피니언기어(11)가 형성된 샤프트(10)의 끝단에는 링베어링(50), 링기어(30) 및 모터(20)가 결합되며, 상기 모터(20)는 와이링으로 연결된 ECU로 부터 제어를 받고 전기로 구동되도록 구성된다.
도 3 을 참조하면, 상기 링기어(30)는 소정의 크기를 갖는 링 형상을 가지며 내주면에 기어치(gear tooth)가 형성되고 상기 샤프트(10)의 끝단에 장착되되 내경(內徑)이 샤프트(10)의 외경(外經)보다 더 크게 형성된다. 상기 링기어(30)의 안쪽에 위치하게 되는 샤프트(10)의 외주면에도 기어치가 형성되며, 링기어(30)의 기어치와 샤프트(10)의 기어치는 유성기어(40: 40a, 40b, 40c)를 통해 연결된다. 즉, 상기 유성기어(40)는 링기어(30) 및 샤프트(10) 각각과 치합하도록 장착된다.
상기 유성기어(40)는 일측 끝단이 링기어(30)와 샤프트(10) 사이에 장착되되, 타측 끝단은 (도 2 에 도시된 바와 같이) 링기어(30)와 이격 배치된 링베어링(50)에 끼워져 지지된다. 그리고, 본 발명에 따른 유성기어(40)는 두 개 이상이 장착되되, 바람직하게는 서로 간에 일정거리를 두고 세 개의 유성기어들(40a, 40b, 40c)이 샤프트(10)의 끝단을 둘러싸도록 배치된다.
그리고, 본 발명의 모터(20)는 차체에서 전원을 공급받도록 구성되되 ECU의 신호에 따라 회전속도 및 회전량이 제어되며 링기어를 회전시키도록 결합된다.
상기 ECU는 차속, 조향각, 요-레이트 등과 같은 차량 주행정보를 차체에 장착된 센서들로부터 수신하고 샤프트(10)의 회전 발생시(운전자가 스티어링휠을 회전시켰을 때) 토크 보상량을 미리 정해진 로직에 따라 연산하도록 구성된다. 그리고 연산값에 따라서 모터(20)의 회전 방향 및 회전량을 결정하며 상기 모터(20)의 동작을 제어한다.
한편, 상기 링베어링(50)은 샤프트(10)의 회전을 허용하며 링기어(30)와 유성기어(40)의 장착위치를 지지하고 이탈을 방지하도록 결합된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 토크 보상 장치는 우측 쏠림 발생시 추가 보조력을 샤프트(10)로 전달하여 좌측으로 토크를 보상하도록 동작한다.
즉, ECU로 차량의 우측 쏠림 및 스티어링휠의 회전이 감지되면 상기 ECU는 토크 보상량을 계산하여 모터(20)를 회전시킨다. 상기 모터(20)의 회전에 따라 링기어(30)가 (도 3 에 표시된 화살표 방향으로) 회전하면 유성기어(40)는 링기어(30)의 회전토크를 샤프트(10)로 전달한다. 따라서, 상기 샤프트(10)에는 (튜브랙모듈에서 발생하는 유압과는 별도의) 추가적인 회전력이 전달되어 랙기어를 활주시키기 위한 토크가 조절된다.
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 : 샤프트
11 : 피니언기어
20 : 모터
40(40a, 40b, 40c) : 유성기어
50 : 링베어링

Claims (4)

  1. 스티어링휠의 조작에 따라 회전하며 피니언기어가 형성된 샤프트 및 상기 피니언기어와 치합하는 랙기어가 내장되어 타이로드를 활주시키는 랙기어조립체로 구성된 기어박스를 구비한 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조에 있어서,
    링 형상으로서 상기 샤프트의 끝단에 장착되되 내경(內徑)이 샤프트의 외경(外經)보다 더 크게 형성된 링기어;와
    상기 링기어 및 샤프트와 각각 기어치합하도록 링기어 내측에 장착되어 링기어의 회전력을 샤프트로 전달하는 유성기어;와
    상기 링기어를 회전시키도록 결합된 모터; 및
    차량 주행정보를 수신하여 샤프트의 회전 시 상기 샤프트의 토크 보상량을 연산하고 연산값에 따라 모터의 회전 방향 및 회전량을 제어하는 ECU;를 포함하는 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 링기어와 이격되어 샤프트에 링베어링 끼워지되, 상기 유성기어의 일측끝단은 링기어 및 샤프트와 치합하고 타측 끝단은 상기 링베어링에 회동가능하게 결합되어 지지되는 것을 특징으로 하는 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 모터가 샤프트의 끝단에 위치하도록 링기어와 모터는 샤프트의 길이방향을 따라 나란하게 배치되고,
    상기 유성기어는 두 개 이상이 장착되는 것을 특징으로 하는 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 서로 간에 일정거리를 두고 세 개 이상의 유성기어들이 샤프트를 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유압식 파워스티어링 장치의 토크 보상 구조.
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