KR20150078168A - 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는,
차량에 적용된 전동식 파워스티어링(MDPS, Motor Driving Power Steering) 시스템의 드라이브 샤프트의 버필드조인트(BJ, Birfield Joint)부 절각이 최대로 발생(예를 들어, 후진스톨(stall) 등)했을 시, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 풀턴각을 제어하여 상기 BJ부의 추가 절각을 방지하는 기술에 관한 것이다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조 {Breakage Prevention Structure for Drive Shaft of MDPS System}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는,

차량에 적용된 전동식 파워스티어링(MDPS, Motor Driving Power Steering) 시스템의 드라이브 샤프트의 버필드조인트(BJ, Birfield Joint)부 절각이 최대로 발생(예를 들어, 후진스톨(stall) 등)했을 시, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 풀턴각을 제어하여 상기 BJ부의 추가 절각을 방지하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 구동계 부품인 드라이브샤프트(drive shaft)는 파이널 드라이브와 휠을 연결하는 샤프트로서, 그 강도는 일반적으로 표준화된 등속조인트(CVJ, Constant Velocity Joint)의 크기에 따라 결정된다.

상기 드라이브 샤프트의 강도는, 통상적으로 직진상태에서 최대이고, 버필드 조인트(BJ, Birfield Joint)의 각이 증가할수록 강도가 감소하여, 최대 절각 발생시는 직진상태의 강도의 40%수준으로 떨어지는 응답을 나타낸다.

따라서, 상기 드라이브 샤프트의 강도는 상태에 따라 가변적으로 변하기 때문에, 파손 및 손상을 방지하기 위하여 상기 드라이브 샤프트의 강도를 향상시키기 위한 노력이 계속 이루어져왔다.

한편, 통상적으로 공지의 일반적인 드라이브 샤프트는 전동식파워스티어링(MDPS) 시스템의 후진(R단)스톨(stall)시 버필드 조인트의 최대 절각이 발생하는 구성으로 이루어지며, 이러한 구조는 도 1에 도시된다.

도 1은 종래의 MDPS의 풀턴시 타이로드와 너클암을 도시하는 사시도이다.

도시된 바와 같이, 상기 MDPS의 풀턴이 이루어지면, 초기 꺽임각(타이로드와 너클암 간의 각도)에 비하여, 후진스톨시에는 구동반력에 의한 역복원력 및/또는 서스펜션 컴플라이언스등에 의한 추가 절각으로 상기 버필드 조인트부에 허용 절각 이상의 각도가 발생하게된다.

상기와 같이 허용절각 이상의 각도가 발생하면, 최초 설계시 의도된 최대 풀턴각을 최소5도 이상 더 발생시킴으로서 상기 드라이브 샤프트 파손의 주된 원인이 되고 있었다.

도 2는 도1의 너클암 선회궤적과 타이로드 선회궤적을 단순화하여 후진스톨시 추가절각이 발생하는 구조를 더욱 명료하게 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 토크부하 없는 상태에서의 풀턴시는 하드포인트가 A 라인의 각 볼조인트 축을 기점으로 위치해있으나, 후진스톨 토크 부하가 발생한 상태에서 풀턴시에는 스티어 역복원력 및 2차 우력모멘트 발생에 의하여, 상기 하드포인트가 추가 절각이 더 발생하는 B라인으로 이동하게 됨으로서 샤프트 파손이 발생할 수 있었다.

만일, 상기 B라인상에 하드포인트가 위치할 경우는 MDPS에서 역복원력을 발생시키더라도 도시된 바와같이, 수평선상에 3점이 위치해있기 때문에 3점이 동일선상에서 힘평형을 이루며 정지해있거나, 차량전방방향으로 더 꺽여 오히려 랙추력에 의해 추가절각을 더 발생시키키는 문제를 가진다.

따라서, 종래의 MDPS 시스템에 적용되는 드라이브 샤프트는 상기와 같이 후진스톨에 따르는 최대 절각 발생시에도 그 강도를 유지하도록, 강도를 증가시키는 기술이 요구되어 왔다.

그러나, 종래에는, 상기와 같은 특성을 갖는 드라이브 샤프트의 강도를 증가시키는 방법으로 주로 크기를 증대시키는 방법이 일반적으로 적용되었으며, 그 외에도 열처리 또는 다른 강성의 증가를 위한 아래의 공지의 기술들이 적용되어, 상기 드라이브 샤프트의 강성을 증대시키는데 사용되고 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 종래의 기술로는, 추가절각 발생의 억제를 위하여 스토퍼를 부설하거나, 또는 토크 저감을 통한 등속조인트(CVJ)의 입력 토크를 감소시키는 구성을 가지고 있었다. 그러나, 상기한 공지의 기술은 아래와 같은 문제를 새롭게 발생하여 이에대한 해결을 요구하고 있었다.

1) 스토퍼를 부설하는 구조는 상기 스토퍼에 이하여 발생하는 이음에 의하여, 차량 운전자의 불쾌감을 유발하거나, 또는, 스토퍼 설치 공차에 따라 일반적인 조건에서도 스토퍼가 닿아 스톨 조건이 아닌 풀턴시에도 간섭이 발생할 우려가 있었다.

2) 토크를 저감하는 방법은, 만일 급경사로에 파킹된 차량의 후진 주행시, 자칫 토크 저감에 의해 차량이 정상적으로 주행하지 못하고, 급경사로에 차량이 밀려 사고를 유발할 수 있는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서,

차량에 적용된 전동식 파워스티어링(MDPS, Motor Driving Power Steering) 시스템의 드라이브 샤프트의 버필드조인트(BJ, Birfield Joint)부 절각이 최대로 발생(예를 들어, 후진스톨(stall) 등)했을 시, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 풀턴각을 제어하여 상기 BJ부의 추가 절각을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조에 있어서, MDPS제어부가 변속기와 연동하여 후진단 변속을 인지하는 단계; 상기 MDPS제어부가 차체제어부로부터 등속조인트의 입력토크를 수신하고, 상기 등속조인트의 입력토크가 사전설정된 기준토크를 상회하는지 판단하는 단계; 및 상기 MDPS제어부는 후진단 변속과 등속조인트의 입력토크를 통하여 후진스톨이 발생한 것을 인지하면, 엔진제어부와 연동하여 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 MDPS제어부가 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행하면, 스티어 역복원력이 발생되고, 상기 스티어 역복원력에 의하여 상기 전동식파워스티어링 시스템의 풀턴각이 감소되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 MDPS제어부는 조타각이 사전 설정된 허용 조타각 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고, 조타각이 사전 설정된 허용 조타각 이상이면 상기 MDPS제어부가 차체제어부로부터 등속조인트의 입력토크를 수신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 MDPS제어부는 풀턴각이 감소된 것을 판단하고, 상기 풀턴각이 최대풀턴각의 사전 설정된 비율 이하로 감소되면 엔진토크 감소 제어를 중지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 MDPS제어부는, 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행한 이후, 사전 설정된 시간동안 대기 후 엔진토크 감소 제어를 중지하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은,

전동식 파워 스티어링 시스템의 허용 조타각을 사전에 설정하고, 조타각이 후진스톨 조건에서 상기 허용 조타각을 상회하면, 풀턴 스트로크를 감소기키는 제어를 함으로서 드라이브 샤프트의 버필드조인트의 절각을 방지하는 효과가 있다.

또한, 후진스톨시 엔진토크를 감소시키는 제어를 하고, 전동식파워스티어링 시스템에서 역복원력을 인가하여 랙스트로크를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

마지막으로, 상기 전동식파워스티어링 시스템에서 인가되는 역복원력에 의하여, 후진스톨시 일정각 이상으로 스트로크가 억제된 상태에서, 차량 제어가 불가능해지는 상황을 방지하도록 엔진토크를 최대로 출력하여 차량 밀림 등의 제어 불가능한 상황을 극복하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 MDPS의 풀턴시 타이로드와 너클암을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도1의 너클암 선회궤적과 타이로드 선회궤적을 단순화하여 후진스톨시 추가절각이 발생하는 구조를 더욱 명료하게 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조의 바람직한 실시예를 나타내는 플로우차트이다.
도 4 내지 도 6은 엔진토크 감소에 따른 역복원력 발생 메카니즘을 나타낸다.

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 차량에 적용된 전동식 파워스티어링(MDPS, Motor Driving Power Steering) 시스템의 드라이브 샤프트의 버필드조인트(BJ, Birfield Joint)부 절각이 최대로 발생(예를 들어, 후진스톨(stall) 등)했을 시, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 스티어링 풀턴각을 제어하여 상기 버필드조인트부의 추가 절각을 방지하고, 이에 따라, 드라이브샤프트의 파손을 방지하는 구성을 가진다.

이때, 후진스톨 발생시, 엔진토크를 감소시킨 후 상기 전동식파워스티어링 시스템으로부터 역복원력을 인가하도록 함으로써, 렉스트로크를 축소시키도록 구성하고, 또한, 상기와 같은 구성과 더불어, 후진스톨시 일정각 이상으로 스트로크가 억제된 상태에서, 차량 밀림이 유발되는 것을 방지하기 위하여 엔진 토크를 최대로 출력하도록 구성함으로써, 상기와 같은 문제를 해결하고 있다.

이하 도면을 참조하여 상기와 같은 구성의 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조의 바람직한 실시예를 나타내는 플로우차트이다.

본 발명은 전동식파워스티어링 시스템의 제어부(이하, 'MDPS제어부'라 함)에 의하여 스티어링 풀턴각을 제어하는 구성을 가지며, 이에 따른 버필드조인트의 추가 절각을 발생하도록 구성되며, 이는 이하의 단계를 따라 수행된다.

최초 차량의 운행이 시작되면(S001), 상기 MDPS제어부는 차량의 변속기와 연결되어, 상기 변속기로부터 R단 변속이 이루어지는지 판단한다(S002). 본 발명의 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조는 차량의 후진스톨시 발생하는 버필드조인트의 절각에 따른 드라이브샤프트의 파손을 방지하는 것을 목적으로 하고 있으며, 이를 위하여 차량 시동시 최초롤 변속기의 변속단 정보를 수신하여 후진단으로 변속이 이루어지는지 판단한다.

상기 단계 S002에서 현재 변속기의 단 변속이 후진단(R단)으로 변속되었는지 판단하면, 상기 MDPS제어부는 조타각이 사전 설정된 허용 조타각 이상인지 판단한다(S003). 상술한 바와 같이, 본 발명은 후진스톨시 구동반력에 의한 역복원력 및 서스펜션 컴플라이언스 등에 의한 추가 절각이 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고 있으므로, 상기와 같이, 후진 변속을 체크한다.

상기 단계 S003에서 조타각이 허용 조타각을 상회하는 것으로 판단하면, 상기 제어부는 등속조인트의 입력토크가 사전 설정된 기준토크 이상인지 판단한다(S004). 이 단계에서는 후진단으로 단 변속이 이루어진 상태로 스톨(stall, 플 브레이킹 상태에서 악셀페달을 WOT조건으로 입력하는 상태)이 이루어지는지 판단함으로써, 상기 MDPS제어부가 후진스톨이 발생하였는지 인지하는 단계이다.

상기 단계 S004에서 상기 MDPS제어부가 등속조인트의 입력토크가 사전 설정된 기준토크 이상인 것으로 판단되면, 상기 MDPS제어부는 엔진토크를 감소시키는 제어를 함으로써, 스티어링 역복원을 유도한다(S005). 이 단계에서, 상기 엔진토크의 제어는 상기 MDPS제어부와 엔진제어부가 연동하여 이루어질 수 있다.

상기 단계 S005에서 엔진토크가 감소하면, 꺾임각 발생에 따른 2차 캠버모멘트 및 후진단 구동력에 의하여 스티어 역복원력을 발생시키고, 상기 역복원력에 의하여 상기 전동식파워스티어링 시스템의 풀턴각이 감소한다(S006). 보다 상세하게는 꺾임각 발생에 따라 발생하는 캠버 및 스티어 모멘트에 의하여 전향 밑 내향 하중이 발생하고, 이러한 하중은 타이로드 엔드 마운트위치를 전방(너클암 및 타이로드 엔드의 선회 궤적)으로 이동시킴으로서,추가 절각을 발생시키는 구조로 이루어진다. 상기와 같이 엔진토크의 감소에 따라 발생하는 역복원력은 도 4 내지 도 6에 에 도시되며, 이러한 역복원력 발생 메카니즘은 공지의 사항이므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 풀턴각을 감소시킴으로써 드라이브 샤프트의 버필드 조인트의 추가 절각이 방지되면, 상기 MDPS제어부는 상기 단계 S005에서 감소된 엔진토크에 따라, 경사로에 위치시 차량 밀림이 발생하는 것을 더 방지하기 위하여 엔진토크 감소 제어를 중지한다(S007). 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 MDPS제어부가 풀턴각의 감소를 검지하고, 풀턴각이 감소되면 상기 단계S007을 수행하도록 구성될 수 있다. 다시말해서, 상기 MDPS제어부가 풀턴각이 감소된 것을 검지하고, 상기 풀턴각이 최대풀턴각의 사전 설정된 비율 이하로 감소되면 엔진토크 감소제어를 중지하도록 구성된다.

그러나 ,본 발명은 상기와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 MDPS제어부가 상기 단계 S005에서 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행한 후 사전 설정된 시간 대기 후 수행될 수 있으며, 따라서, 상기 엔진토크는 사전 설정된 대기 시간 동안 감소된 후 복원되도록 이루어진다.

이상으로 본 발명의 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

1. 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조에 있어서,
   MDPS제어부가 변속기와 연동하여 후진단 변속을 인지하는 단계;
   상기 MDPS제어부가 차체제어부로부터 등속조인트의 입력토크를 수신하고, 상기 등속조인트의 입력토크가 사전설정된 기준토크를 상회하는지 판단하는 단계; 및
   상기 MDPS제어부는 후진단 변속과 등속조인트의 입력토크를 통하여 후진스톨이 발생한 것을 인지하면, 엔진제어부와 연동하여 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 MDPS제어부가 엔진토크를 감소시키는 제어를 수행하면,
   스티어 역복원력이 발생되고, 상기 스티어 역복원력에 의하여 상기 전동식파워스티어링 시스템의 풀턴각이 감소되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 MDPS제어부는 조타각이 사전 설정된 허용 조타각 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고,
   조타각이 사전 설정된 허용 조타각 이상이면 상기 MDPS제어부가 차체제어부로부터 등속조인트의 입력토크를 수신하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 MDPS제어부는 풀턴각이 감소된 것을 판단하고, 상기 풀턴각이 최대풀턴각의 사전 설정된 비율 이하로 감소되면 엔진토크 감소 제어를 중지하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 MDPS제어부는,
   엔진토크를 감소시키는 제어를 수행한 이후, 사전 설정된 시간동안 대기 후 엔진토크 감소 제어를 중지하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 드라이브 샤프트 파손 방지구조.
   

Images