KR20150000607A

KR20150000607A - 차량의 조향 장치

Info

Publication number: KR20150000607A
Application number: KR1020130072889A
Authority: KR
Inventors: 김종민; 박수보
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-05

Abstract

유니버설조인트를 매개로 연결된 제1축과 제2축으로 구성되며, 제2축의 단부는 스티어링 기어박스와 연결된 스티어링휠축; 제2축에 걸리는 토크를 측정하는 토크센서; 제1축에 토크를 인가하는 토크인가부; 및 토크센서로부터 제2축의 토크를 전달받아 제1축의 토크를 도출하고, 측정된 제2축의 토크와 도출된 제1축의 토크의 차이만큼 토크인가부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치가 소개된다.

Description

차량의 조향 장치{STEERING APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 토크센서와 토션바의 변경을 통해 전체적인 스티어링 장치의 강성을 향상시켜 조향 성능이 향상된 차량의 조향 장치에 관한 것이다.

과거 차량에는 엔진의 동력을 사용하는 유압펌프를 통해 스티어링 어셈블리에 유압을 공급함으로 운전자가 느끼는 조향감을 향상시켰다면, 현재 많은 차량에는 EHPS(Electronical Hybrid Power Steering)과 MDPS(Motor Driven Power Steering)방식의 전자 제어방식의 스티어링 장치들이 사용되어 차량의 조향감을 한층 더 높이고 있다.

이러한 MDPS방식이나 EHPS 방식은 일반적으로는 단독적으로 사용되는 경우가 많았으나, MDPS는 모터로 직접 스티어링 축을 회전시켜 조향을 돕는 방식이고, EHPS는 전자식 유압펌프의 형식이므로 각 방식의 구동방식이 달라 각각의 장점을 살리지 못하는 단점이 있었다. 즉, MDPS 단독으로 사용할 경우 자동주차와 같은 자동 조향 시스템등의 적용이 가능하게되나 지나치게 조향감이 가볍게 되어 고속운전시 조향이 불안해지는 문제와 조향감에 있어서 이질감이 발생하는 단점이 있고, EHPS는 유압만을 제공하는 방식이기 때문에 조향감은 부드러우나 자동 조향 시스템의 적용이 불가능해 지는 것이다.

따라서, 최근에는 이 두 가지 방식을 함께 혼합하여 사용하는 방식이 각광받고 있는데, 이 둘을 조합함으로써 부드럽고 안정적인 조향감과 자동 조향 시스템의 적용의 두 가지 장점을 모두 획득할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

하지만, 이러한 MDPS+EHPS 방식은 각각의 장치들에 토션바가 개별적으로 들어가게 되어 전체적인 시스템 강성이 낮아지게 되므로서 스티어링 성능, 구체적으로는 온센터 강성감이 낮아지게 되는 단점이 있었고, 토션바가 1개였던 기존의 MDPS 또는 EHPS 방식의 단독 사용에 비해 원가나 중량 또는 부품수의 증가가 발생되어 고비용이 지출되는 문제가 발생하였던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2010-0072906

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, MDPS 방식에 사용되었던 토션바를 삭제하고, MDPS측에 부착되어 있던 토크센서를 EHPS 기어박스 측에 설치함으로써, 전체적인 시스템 강성을 향상시킴과 동시에 불필요한 비용지출을 줄이는 차량의 조향 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 조향 장치는 유니버설조인트를 매개로 연결된 제1축과 제2축으로 구성되며, 제2축의 단부는 스티어링 기어박스와 연결된 스티어링휠축; 제2축에 걸리는 토크를 측정하는 토크센서; 제1축에 토크를 인가하는 토크인가부; 및 토크센서로부터 제2축의 토크를 전달받아 제1축의 토크를 도출하고, 측정된 제2축의 토크와 도출된 제1축의 토크의 차이만큼 토크인가부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

기어박스는 랙기어와 피니언기어로 구성되고, 제2축의 단부는 피니언기어와 동축으로 연결되며, 토크센서는 피니언기어의 토크를 측정할 수 있다.

제어부에는 제2축의 토크를 입력값으로 하고 제1축의 토크를 출력값으로 하는 맵데이터가 구비되며, 토크센서로부터 제2축의 토크가 입력된 경우 맵데이터를 통해 대응되는 제1축의 토크를 도출할 수 있다.

상기 맵데이터는 입력값과 출력값에 일정한 비율관계를 가지도록 맵핑되어 있고, 비율관계는 제1축의 회전각에 따라 변화할 수 있다.

제어부는 제2축의 토크가 제1축의 토크보다 큰 경우 제2축의 토크가 제1축의 토크와 동일해 지도록 제2축의 토크를 감소시키도록 토크인가부를 제어할 수 있다.

제어부는 제2축의 토크가 제1축의 토크보다 작은 경우 제2축의 토크가 제1축의 토크와 동일해 지도록 제2축의 토크를 증가시키도록 토크인가부를 제어할 수 있다.

상기 스티어링휠축은 피니언기어측으로 하부 유니버설조인트를 더 구비하고, 하부 유니버설조인트를 매개로 제2축과 연결되는 제3축을 더 구비하고, 제3축은 피니언기어와 연결될 수 있다.

상기 토크센서는 제3축의 회전각을 검출하고, 제어부는 토크센서로부터 제3축의 회전각값을 수신할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 조향 장치에 따르면, 토션바의 삭제로 인해 전체적인 시스템 강성이 향상되므로 운전자가 직진할 때 스티어링 휠의 안정감, 즉 온센터 강성감이 향상되고, 동시에 토션바를 한개만 거쳐서 회전력이 전달되므로 전체적인 시스템의 응답 시간이 감소되는 효과가 발생할 수 있다.

이에 더해 기존의 방식이 가지고 있던 장점들, MDPS의 부드러운 조향감과 EHPS의 자동 조향 시스템, 차속별 가변되는 조타력 등은 그대로 살리고 상기의 안정성을 더욱 향상 시킬 수 있게 되는 것이므로 더 나은 조향감을 부여하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 피니언기어를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 시스템 흐름을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 회전각에 따른 제1축의 토크와 제2축의 토크의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 조향 장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 구성도로서, 유니버설조인트(200)를 매개로 연결된 제1축(120)과 제2축(140)으로 구성되며, 제2축(140)의 단부는 스티어링 기어박스(300)와 연결된 스티어링휠축(100); 제2축(140)에 걸리는 토크를 측정하는 토크센서(360); 제1축(120)에 토크를 인가하는 토크인가부(335); 및 토크센서(360)로부터 제2축(140)의 토크를 전달받아 제1축(120)의 토크를 도출하고, 측정된 제2축(140)의 토크와 도출된 제1축(120)의 토크의 차이만큼 토크인가부(335)를 제어하는 제어부(500);를 포함한다.

구체적으로, 상기 스티어링휠축(100)의 제1축(120)은 스티어링휠(10)과 연결되고, 스티어링휠(10)에 인가되는 운전자가 가하는 운전자토크는 제1축(120)으로 전달되며, 전달된 운전자토크는 유니버설조인트(200)를 지나 제2축(140)으로 통하게 되고 최종적으로 스티어링 기어박스(300)에 전해지게 되어 조향이 수행된다.

상기 스티어링 기어박스(300)는 랙기어와 피니언기어(305)로 구성되고, 제2축(140)의 단부는 피니언기어(305)와 동축으로 연결되며, 토크센서(360)는 피니언기어(305)의 토크를 측정하게 된다.

상세하게 설명하자면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 피니언기어(305)를 나타낸 도면으로써 피니언기어(305)에 토크센서(360)가 부착되는 것이므로 피니언기어(305)에는 중앙에 토션바(320)가 구비되는 것이 바람직하고, 토션바(320)의 일단부에는 제2축(140)과 연결되는 입력축(310)이 결합되고, 타단부에는 랙과 연결되는 출력축(330)이 결합됨이 바람직하다. 또한, 입력축(310)과 출력축(330)에는 토션바(320)의 비틀림을 감지할 수 있도록 각각 인풋로터(315)와 아웃풋로터(335)가 구비될 수 있다.

이와 같이 토크센서(360)를 스티어링 기어박스(300)의 피니언기어(305)에 마련함으로써 기존 2개의 토션바를 1개로 축소하게 되는 것이므로 전체적인 시스템 강성을 향상시켜 안정성을 증대시킬 수 있고, 스티어링 성능이 향상되는 효과가 발생할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 시스템 흐름을 나타낸 도면으로서 운전자의 스티어링휠(10)의 조작에 의해 발생한 운전자토크는 제1축(120)을 지나 제2축(140)으로 전해지며, 상기 토크센서(360)는 제2축(140)의 회전에 의해 발생되는 인풋로터(315)와 아웃풋로터(335)의 회전차 즉, 토션바(320)의 비틀림 정도를 측정하여 그 측정값을 제어부(500)로 송신하게 되고, 상기 제어부(500)는 수신된 값을 통해 제2축(140)에 발생되는 토크값을 산출하여 적절한 토크를 제1축(120)에 인가하도록 토크인가부(335)를 제어하게 된다.

여기서 제어부(500)는 제2축(140)의 토크를 전달받아 제1축(120)의 토크를 도출하게 되는데, 상기와 같이 제2축(140)의 토크를 통해 제1축(120)의 토크를 추정하는 이유는, 제1축(120)의 회전각이 변화함에 따라 제1축(120)에 입력된 토크가 유니버설조인트(200)를 지나면서 변화하기 때문이다. 예를 들어 제1축(120)이 0도에서 90도로 회전하는 경우, 제2축(140)에 출력되는 토크는 제1축(120)에 입력된 토크보다 점점더 더 큰 값으로 변화하지만, 90도에서 180도로 회전하는 경우에는 반대로 점점더 토크가 작아지는 모습을 나타나게 된다. 또한, 토크인가부(335)에는 토크센서(360)가 마련되지 않기 때문에 제1축(120)에 입력되는 운전자토크를 알 수 없으므로, 제2축(140)에 마련된 토크센서(360)를 통해 제1축(120)에 입력되는 운전자토크를 산출해야하는 것이다. 따라서, 이러한 제어부를 구비함으로 인해 토크센서(360)의 위치를 변경시키고 토션바(320)를 하나만 구비함으로 발생되는 전체 시스템 강성 증대와 같은 여러가지 장점들은 확실하게 취할 수 있는 반면, 종래 방식에 비해 불리한 점은 발생되지 않는 것이다.

토크센서(360)가 제2축(140)의 단부에 마련되기 때문에 제1축(120)의 제어부(500)에는 제2축(140)의 토크를 입력값으로 하고 제1축(120)의 토크를 출력값으로 하는 맵데이터가 구비되며, 토크센서(360)로부터 제2축(140)의 토크가 입력된 경우 맵데이터를 통해 대응되는 제1축(120)의 토크를 도출하므로 제1축(120)의 토크를 산출하게 된다.

여기서 맵데이터는 입력값과 출력값에 일정한 비율관계를 가지도록 맵핑되어 있고, 각각의 비율관계는 제1축(120)의 회전각에 따라 변화하게 될 수 있다. 즉, 제1축(120)의 회전각이 변화함에 따라 같은 입력값이라도 출력값이 다르게 나타나는 것이다.

이와 관련하여 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치의 회전각에 따른 제1축(120)의 토크와 제2축(140)의 토크의 관계를 나타낸 그래프로서, 조향 입력각, 즉 제1축(120)의 회전각이 변화함에 따라 제1축(120)의 토크와 제2축(140)의 토크의 비가 변화하는 것을 볼 수 있다. 회전각에 따른 편차는 제1축(120)과 제2축(140)이 만드는 각도에 따라 달라지고, 도 4에서는 각도의 상대적 크기를 나타내는 A,B,C를 도시하며, A에서 C로 갈수록 점점 그 각도차가 줄어들게 되는 상황을 보여준다. 따라서 상기 맵데이터는 이러한 회전각에 따른 토크의 비를 이용하여 회전각에 따라 측정되는 제2축(140)의 토크를 운전자토크인 제1축(120)의 토크로 산출할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 제어부(500)는 측정된 제2축(140)의 토크와 도출된 제1축(120)의 토크의 차이만큼 토크인가부(335)를 제어하게 되어 제1축(120)에 적절한 토크를 제공하게 되는데, 제어부(500)는 제1축(120)과 제2축(140)의 토크를 비교하게 되고, 만약 제2축(140)의 토크가 제1축(120)보다 큰 경우라면 처음 운전자가 입력한 토크보다 더 큰 토크가 제2축(140)에 걸리게 되는 것이므로, 제2축(140)의 토크가 제1축(120)의 토크와 동일해 지도록 역토크를 가하여 제2축(140)의 토크를 감소시키게 토크인가부(335)를 제어하게 된다.

반면, 제2축(140)의 토크가 제1축(120)의 토크보다 작은 경우에는, 제2축(140)의 토크가 제1축(120)의 토크와 동일해 지도록 제2축(140)의 토크를 증가시키도록 토크인가부(335)를 제어하게 되는 것이다.

따라서, 토크센서(360)의 측정에서부터 토크인가부(335)의 작동까지 일련의 과정들을 통해서, 비록 토크센서(360)가 피니언기어(305)에 위치한다 하더라도 운전자가 인가한 운전자토크가 정확히 스티어링 기어박스(300)로 전달될 수 있고, 스티어링 성능은 향상될 수 있는 것이다.

한편, 상기 스티어링휠축(100)은 하부 유니버설조인트(220)를 매개로 제2축(140)과 연결되는 제3축(160)을 더 구비하고, 제3축(160)은 피니언기어(305)와 연결될 수 있다.

이 경우, 토크센서(360)는 제3축(160)의 회전각을 검출하고, 제어부(500)는 토크센서(360)로부터 제3축(160)의 회전각값을 수신하게 되며, 맵데이터는 제3축(160)의 토크를 통해 제1축(120)의 토크를 추정하게 된다. 이하 자세한 방법은 상기에서 설명한 바와 동일하다.

본 발명은 MDPS와 EHPS가 혼합된 경우에 사용될 수 있고, EHPS 단독으로 사용되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 토크인가부(335)가 토크를 인가하는 역할에 더해, MDPS로서 토크센서(360)만 피니언기어(305)에 장착된 경우라면, 단순히 유니버설조인트(200)로 인한 오차를 보정하는 역할 뿐만 아니라 차속에 따라 스티어링 감을 변화시킬 수도 있고, 스티어링휠(10)의 복원력을 향상시키는 등의 MDPS 본연의 역할도 함께 수행될 수 있음은 자명한 일일 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 조향 장치에 따르면, 토션바(320)의 삭제로 인해 전체적인 시스템 강성이 향상되므로 운전자가 직진할 때 스티어링 휠(10)의 안정감, 즉 온센터 강성감이 향상되고, 동시에 토션바(320)를 한개만 거쳐서 회전력이 전달되므로 전체적인 시스템의 응답 시간이 감소되는 효과가 발생할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 스티어링휠 100 : 스티어링휠축
120 : 제1축 140 : 제2축
160 : 제3축 200 : 유니버설조인트
220 : 하부 유니버설조인트 300 : 스티어링 기어박스
305 : 피니언기어 310 : 입력축
315 : 인풋로터 320 : 토션바
330 : 출력축 335 : 아웃풋로터
360 : 토크센서 400 : 토크인가부
500 : 제어부

Claims

유니버설조인트를 매개로 연결된 제1축과 제2축으로 구성되며, 제2축의 단부는 스티어링 기어박스와 연결된 스티어링휠축;
제2축에 걸리는 토크를 측정하는 토크센서;
제1축에 토크를 인가하는 토크인가부; 및
토크센서로부터 제2축의 토크를 전달받아 제1축의 토크를 도출하고, 측정된 제2축의 토크와 도출된 제1축의 토크의 차이만큼 토크인가부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 1항에 있어서,
기어박스는 랙기어와 피니언기어로 구성되고, 제2축의 단부는 피니언기어와 동축으로 연결되며, 토크센서는 피니언기어의 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 1항에 있어서,
제어부에는 제2축의 토크를 입력값으로 하고 제1축의 토크를 출력값으로 하는 맵데이터가 구비되며, 토크센서로부터 제2축의 토크가 입력된 경우 맵데이터를 통해 대응되는 제1축의 토크를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 3항에 있어서,
상기 맵데이터는 입력값과 출력값에 일정한 비율관계를 가지도록 맵핑되어 있고, 비율관계는 제1축의 회전각에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 1항에 있어서,
제어부는 제2축의 토크가 제1축의 토크보다 큰 경우 제2축의 토크가 제1축의 토크와 동일해 지도록 제2축의 토크를 감소시키도록 토크인가부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 1항에 있어서,
제어부는 제2축의 토크가 제1축의 토크보다 작은 경우 제2축의 토크가 제1축의 토크와 동일해 지도록 제2축의 토크를 증가시키도록 토크인가부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 2항에 있어서,
상기 스티어링휠축은 피니언기어측으로 하부 유니버설조인트를 더 구비하고, 하부 유니버설조인트를 매개로 제2축과 연결되는 제3축을 더 구비하고, 제3축은 피니언기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.
청구항 7항에 있어서,
상기 토크센서는 제3축의 회전각을 검출하고, 제어부는 토크센서로부터 제3축의 회전각값을 수신하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향 장치.