KR20150088995A

KR20150088995A - 자동차용 전기식 스티어링 컬럼 락

Info

Publication number: KR20150088995A
Application number: KR1020157008461A
Authority: KR
Inventors: 안토니 라발; 노르베르트 레마이어
Original assignee: 유-신 도이칠란트 추강시스테메 게엠베하
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2015-08-04
Also published as: MX2015004280A; US10017152B2; MX2015004281A; US20150251632A1; CN104903156A; EP2716508A1; JP6388588B2; US20150266449A1; EP2716508B1; WO2014053599A1; JP2015532235A; BR112015007561A2; CN104903156B; EP2716509A1; CN104684768B; JP6158338B2; JP2015532234A; BR112015007534A2; US10112578B2; EP2716509B1

Abstract

본 발명은 스티어링 컬럼을 잠금 및 잠금 해제 할 수 있는 자동차용 전기식 스티어링 컬럼 락에 관한 것으로, 다음을 포함한다: 스티어링 컬럼을 잠금 및 잠금 해제 하기 위해 동작하도록 의도된 볼트(3), 볼트의 동작을 제어하기 위하여 제 1 회전 축을 따라 회전하고 볼트(3)와 협동하도록 의도된 캠휠(5), 제 2 회전 축을 따라 회전하도록 의도되고 캠휠(5)의 회전을 구동하기 위하여 배치된 기어(7). 캠휠(5)과 기어(7)는 지각할 수 있을 정도로 공통 평면 상에 위치하고, 평행한 회전 축들(11, 13)을 갖고, 이 축들은 볼트(3)의 동작(31)과 또한 평행하다.

Description

자동차용 전기식 스티어링 컬럼 락 {ELECTRICAL STEERING COLUMN LOCK FOR AN AUTOMOTIVE VEHICLE}

본 발명은 전기식 스티어링 컬럼(steering column)을 잠금(locking) 및 잠금 해제(unlocking) 할 수 있는, ESCL 이라고도 불리는, 자동차용 전기식 스티어링 컬럼 락(electrical steering column lock)에 관한 것이다.

자동차에서 사용되는 컬럼 락은 일반적으로, 스티어링 컬럼이 각각 차단되거나 자유롭게 회전하게 차단 해제되는, 잠금 위치에서 휴지 위치로의 볼트의 동작을 제어하기 위한 전기 모터를 포함한다.

이러한 전기식 스티어링 컬럼 락은 컬럼 락을 잠금 및 잠금 해제하기 위해, 공간이 부족하고 다른 요소(전자 장치, 배선 등)들 또한 실장되는 자동차 영역 내에 위치한다.

따라서, 높은 조밀도(compactness)를 구비한 ESCL의 필요성이 있다.

일 측면에서, 본 발명은 다음을 포함하는 ESCL을 목적으로 한다:

- 스티어링 컬럼을 잠금 또는 잠금 해제 하도록 의도된 볼트(bolt)

- 볼트의 동작을 제어하기 위한 캠휠(cam wheel)

- 모터에 의해 제어되고 캠휠의 회전을 제어하도록 의도된 기어(gear).

캠휠과 기어는 평행한 축을 갖고 동일한 평면 상에 놓인다.

모터는 또한 캠휠과 기어를 포함하는 평면 상에 놓인다.

본 발명의 ESCL은 스티어링 컬럼을 잠금 및 잠금 해제하기에 아주 조밀하고, 신뢰성 있고, 효율적이다.

본 발명의 특징 및 이점은 다음의 도면의 설명을 정독함으로써 나타날 것이다.

- 도 1은 본 발명에 따른 ESCL의 실시예의 개략도(schematic view),
- 도 2는 그 일부가 제거된, 도 1의 실시예를 다른 시야각에서 바라본 도면,
- 도 3은 도 1 및 도 2의 ESCL의 일부의 단면도,
- 도 4a 내지 도 4d는 상기 도면의 실시예의 위치설정 조립체의 상세도.

모든 도면에 있어서, 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 나타낸다.

본 발명에 따라, ESCL(1)은 다음을 포함한다:

- 스티어링 컬럼(도시되지 않음)을 잠금 또는 잠금 해제 하도록 의도된 볼트(3)

- 볼트의 동작을 제어하기 위한 캠휠(5)

- 모터(9)에 의해 제어되고 캠휠의 회전을 제어하도록 의도된 기어(7)

캠휠(5)과 기어(7)는 평행한 축(11, 13)을 갖고 동일한 평면 상에 놓인다. 상기 축들(11, 13)은 또한 볼트(3)의 동작(31)에 대하여 평행하다.

모터(9)는 또한 캠휠(5)과 기어(7)를 포함하는 공통 평면 상에 놓이고, 공통 평면 내에 들어가는 종축(longitudinal axis)을 포함한다. 상기 종축은 제 1 및 제 2 회전 축(11, 13)에 대하여 지각할 수 있을 정도로(sensibly) 수직이다.

본 발명의 구성에 의해, ESCL(1)은 공간을 절약할 수 있게 하는 높은 조밀도를 나타낸다.

모터(9)는 상기 기어(7)의 이(齒)(teeth)와 서로 맞물리는, 그것의 출력 샤프트(output shaft) 상의 웜 기어(worm gear)(15)를 통해 기어(7)를 작동시킨다. 기어는 이어서, 상기 캠휠(5)이 지닌 이가 기어(7)의 이와 서로 맞물림으로써 차례로 캠휠(5)을 회전하도록 작동시킨다.

기어(7)는 캠휠(5)보다 더 작은 직경이고 더 작은 수의 이를 특징으로 한다. 그 결과, 기어(7)는 캠휠(5)의 회전 속도 및 토크(torque)를 조정하기 위한 감속 기어(reduction gear)로서 역할 한다.

대안적 실시예(도시되지 않음)는 웜 기어(15)가 중간 기어(7) 없이 직접적으로 캠휠(5)을 구동하여, 캠휠(5)이 모터(9)에 의해 직접적으로 제어되는 것이라고 생각한다.

캠휠(5)은 그것의 큰 축 측면 중 하나 상의 나선형 램프(helical ramp)(12)(도 2 참조)를 특징으로 한다. 볼트(3)는, 탄성 수단(27), 여기서는 코일 스프링(coil spring)에 의해 그것에 대해 눌린 나선형 램프(12)에 기대어 있고, 안내 수단(guiding means)(33), 여기서는 볼트(3)가 동작하는 통로(corridor)를 형성하는 벽에 의해 병진 운동으로 제한된다. 나선형 램프(12)에 의해 구동되는 볼트(3)의 결과적인 동작(31)의 방향은 주요 부품(5, 7, 9)이 들어가는 평면에 대하여 수직이다.

캠휠(5)이 회전할 때, 볼트(3)는 나선형 램프(12)를 따라 활강하고, 결과적으로 모터(9), 기어(7), 및 캠휠(5)이 들어가는 평면에 대하여 수직인 방향으로 병진 운동한다. 이 동작은 볼트(3)를, 볼트(3)가 스티어링 컬럼과 결합하여 그것의 회전을 방지하는 잠금 위치로부터 스티어링 컬럼이 자유롭게 회전할 수 있는 잠금 해제 위치로 이동시킨다.

또한, 나선형 램프(12)는 상이한 기울기 값을 가진 복수의 슬로프 섹션(slope section)(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상이한 기울기 값 때문에, 캠휠(5)의 일정한 회전 속도에서 볼트(3)의 상이한 병진 운동 속도가 야기된다.

이러한 나선형 램프(12)의 한 예는, 볼트(3)를 점진적으로 작동시키기 위한 제 1 저경사 슬로프 섹션을 포함한다. 그 다음으로 볼트(3)를 잠금 위치로 신속하게 가져오기 위한 고경사 슬로프 섹션, 및 볼트가 상기 스티어링 컬럼을 잠그기에 적합한 스티어링 컬럼 내에 대응하는 소켓의 안팎으로 볼트를 점진적으로 활강시키는 제 2 저경사 슬로프 섹션이 뒤따른다.

모터(9)는, 예를 들어 PCB라 불리는 판(21) 상에 인쇄된, 전자 회로에 의해 제어된다.

본 발명의 구성에 의해, PCB(21)를 캠휠(5) 및 기어(7) 위에 놓는 것이 가능하다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, PCB(21)는 캠휠(5)과 기어(7) 각각의 축(11, 13)에 대하여 수직인 평면에 대하여 지각할 수 있을 정도로 평행하고, 상기 캠휠(5)과 기어(7)의 중심을 통과하는 평면 상에 놓인다. PCB(21)는 또한 ESCL의 한 측면 상에 놓일 수 있다.

인쇄 회로 기판(21)은, 여기에서는 특히 모터(9), 기어(7), 및 캠휠(5)의 대향하는 측면 상에 부착되는 전자 소자(electronic element)를 갖는, 구리 또는 금속의 전류 경로(current path)가 인쇄된 평탄한 수지(resin) 몸체부를 포함한다.

인쇄 회로 기판(21)은, 도시된 실시예에 있어서 전술한 주요 부품(모터(9), 기어(7), 캠휠(5))에 반대 측면 상에, 특정한 지시에 따라 모터(9)를 구동하도록 구성된 전자 회로를 갖는다.

만약 인쇄 회로 기판과 그 밑에 있는 주요 부품(모터(9), 기어(7), 캠휠(5)) 사이의 공간이 허용한다면, 인쇄 회로 기판(21)의 다른 측면은 적어도 전자 회로의 일부를 가질 수 있다.

잠금의 액츄에이션(actuation)은 전자 장치에 의해 이루어지기 때문에, 본 발명의 ESCL(1)은 전기를 이용한다.

도 1 내지 도 3에서 도시되는 바와 같이, 하우징은 두 부분으로 만들어질 수 있다. 모터(9), 기어(7), 캠휠(5), 볼트(3), 및 탄성 수단(27)은 두 부분(23a, 23b) 사이의 하우징 내에 들어간다.

스티어링 컬럼과 접하도록 의도된 부분은 Zamac®으로 만들어질 수 있고, 다른 부분은, 예를 들어, 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. Zamac®은 아연과, 알루미늄, 마그네슘, 및 구리의 합금 원소를 포함하는 합금이다.

하우징은 나사(screw)(25)와 같은, 하나 또는 복수의 고정 수단을 수용한다.

고정 수단(25)은 PCB(21)를 하우징 내에 고정하기 위해 사용될 수 있다.

고정 수단(25)은 인쇄 회로 기판(21)을 하우징에 평행하게 또는 하우징 부분(23a, 23b)과 관련된 부착(attaching)에 더하여 부착하기 위해 사용될 수 있다.

볼트(3)는 탄성 수단(27), 예를 들어 스프링과 연관된다. 만약 스프링이 압축 스프링이라면, 상기 탄성 수단(27)은 볼트의 동작 방향(31)에 대하여 지각할 수 있을 정도로 평행한 축을 따라서 위치한다.

만약 스프링이 비틀림(torsion) 스프링이라면, 상기 스프링의 축은 볼트의 동작 방향(31)에 대하여 수직으로 배치된다.

하우징은 두 개의 안내 수단(33)을 유리하게 포함할 수 있다.

상기 안내 수단은, 볼트(3)가 스티어링 컬럼을 잠금 또는 잠금 해제하기 위한 동작 방향(31)을 따라 움직일 때 상기 안내 수단을 따라 활강할 수 있는, 볼트(3)에 속하는 부속물(appendix)(도시되지 않음)을 수용하도록 의도된 리세스(recess)의 범위를 정할 수 있다.

도 3에서 도시되는 바와 같이, 볼트(3)는 한 피스 또는 몇 개의 부분, 예를 들어, 각 부분(3a, 3b)이 동일한 동작을 수행하도록 서로 연결된 두 부분(3a, 3b)으로 만들어질 수 있다. 일 부분(3a)은 Zamac® 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있고, 스티어링 컬럼과 결합하는 다른 부분(3b)은 견고성(solidity)을 위해 강철과 같은 탄력적인(resilient) 재료로 만들어질 수 있다.

도시된 실시예에 따를 때, 볼트 부분(3a)만 탄성 수단(27)을 수용한다.

볼트(3)의 동작을 제어하기 위한 캠휠(5)은 아래측에 이 또는 스퍼 기어 이를 가진 기어일 수 있다. 볼트(3)의 일부, 예를 들어, 부분(3a)은 볼트(3)의 동작을 제어할 수 있는 상기 캠휠(5)과 협동한다.

상기 캠휠(5)은 축(13) 주위를 회전 가능하다.

기어(7)는 축(11) 주위를 회전하도록 구성된다. 축(13)과 축(11)은 지각할 수 있을 정도로 평행하다. 캠휠(5)과 기어(7)는 동일 평면 상에 놓이는데, 이는 축(13, 11)에 대하여 지각할 수 있을 정도로 수직인 기어(7)의 중앙 평면(median plane)이 캠휠(5)의 중앙 평면과 같다는 의미이다.

기어(7)는 모터(9)의 회전을 캠휠(5)에 특정한 기어비(gear ratio)로 전송한다.

캠휠(5)은 캠휠(5)의 회전의 위치를 결정하기 위한 조립체(assembly)를 포함한다. 상기 조립체는, 복수의 북 및 남 자극(north and south magnetic pole)을 일반적으로 포함하는 자석(magnet)(8)과 연관되는, 홀 효과 위치 센서(Hall effect position sensor)와 같은 센서(6)를 포함한다. 유리하게, 센서(6)의 출력은 캠휠(5)을 구동하는 모터를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

센서는 자석의 위치, 구체적으로 극(pole)의 위치를 감지하기에 적합한 임의의 형태를 가질 수 있다. 상기 센서는 모터의 동작을 제어할 수 있는 판 상에 인쇄된 전자 회로 상에 놓일 수 있다.

도시된 실시예에서, 자석(8)은, 도면에서와 같이, 각각 북 및 남(N, S)인 두 개의 자극을 가진 한 개의 북-남 자기 쌍극자(dipole)를 포함한다.

인쇄 회로 기판(21) 상에 유리하게 위치한 홀 효과 위치 센서(6)는 전압을 전달하는데, 이는 센서(6)와 자석(8)의 상대적인 회전 위치에 따른 알려진 기능이다. 센서(6)가 고정되기 때문에, 그것은 캠휠(5)의 회전 위치를 측정한다. 시간에 따른 위치의 결정으로부터, 캠휠(5)의 회전 속도가 추정될 수 있다. 특정한 캠휠(5)의 위치에 더욱 정확하게 도달하게 하기 위하여, 회전 속도의 인식은 제동 장치의 제동 동작을 현재 속도로 조정하게 한다.

따라서 차별화된 쌍극자(N, S)는 위치 지표로서 사용된다.

일반적으로, 자석은 캠휠(5)의 두 개의 가장 큰 측면 중 하나 상에 놓일 수 있고, 이는 더 나은 조밀도를 갖게 할 수 있다. 따라서, 자석(8)은 캠휠(5)의 측면의 형태와 상호 보완될 수 있는 임의의 형태를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이 (도 1 및 도 4a 내지 4d 참조), 자석은 방사 방향으로 돌출하는 한 개 또는 몇 개의 블레이드(10)를 가진, 현저한 원반(disc)으로, 이는 상기 자석이 캠휠(5)의 회전에 근접하여 따를 수 있게 한다. 여기에서 자석(8)은 두 개의 가장 큰, 캠휠(5)의 축 측면 중 하나 상의 상호 보완적인 하우징 내에 삽입된다. 상기 캠휠(5)은 두 부분을 나타낼 수 있다. 제 1 부분은 자석(8)을 수용하도록 구성되고 제 2 부분은 기어 또는 모터에 의해 제어되도록 구성된다.

따라서, 캠휠(5)의 회전 속도에 의존하여 캠휠(5)의 동작을 제동하거나 멈추게 하기 위한, 예를 들어 전자장치에 의해 제어되는, 제동 장치(도시되지 않음)를 추가하는 것이 가능하다. 예를 들어, 더 빠른 회전 속도에서 이른 제동이 되는 반면, 느린 회전 속도에서는 늦은 제동이 된다.

본 발명의 ESCL은 정확한 각 운동(angular movement) 감지와 정확한 각 위치 감지 양자를 허용하는 이점을 나타내는데, 이는 다음을 허용한다:

- 모터(9)에 의한 과도한 구동을 회피하고 그에 따른 잠재적 손상을 회피하기 위한, 잠금 볼트의 위치 제어를 위한 속도 감지,

- ESCL의 필수 안전 조건의 개선된 진단(diagnostics) 기능을 위한, 더 나은 오류 감지 타당성(plausibility),

- 손상 발생 전 제때에 모터(9)를 멈추기 위한 (그리고 그에 따라 모터 과부하 회피 이후 더 낮은 열 부하(thermal load) 때문에 잠재적으로 감소된 모터 드라이버(driver) 부품을 위한), 차단된 컬럼 상태의 신속한 감지,

- 모터(9)에 의한 과도한 구동을 초래할 수 있는, 캠휠(5)의 잘못된 추정 위치를 회피하기 위한, 전압 중단 이후에도 정확한 위치 감지,

- 센서 고장의 높은 진단 가능성.

완벽한 센서의 이점은 그 이후의 속도 제어, 실시간 위치의 인식이고, 그것은, 부품이 중대한 스트레스를 겪을 수 있는 극단의 위치에 도달하기 전에 모터를 멈추게 할 수 있다.

Claims

스티어링 컬럼을 잠금 및 잠금 해제 할 수 있는 자동차용 전기식 스티어링 컬럼 락에 있어서,
- 상기 스티어링 컬럼을 잠금 및 잠금 해제 하기 위해 동작하도록 의도된 볼트(3),
- 제 1 회전 축을 따라 회전하고, 상기 볼트 동작을 제어하기 위하여 상기 볼트(3)와 협동하도록 의도된 캠휠(5),
- 제 2 회전 축을 따라 회전하도록 의도되고, 상기 캠휠(5)의 회전을 구동하기 위하여 배치된 기어(7)를 포함하고,
상기 캠휠(5) 및 기어(7)는 지각할 수 있을 정도로 공통 평면 상에 위치하고, 평행한 회전 축들(11, 13)을 갖고, 이 축들은 상기 볼트(3)의 동작(31)과 또한 평행한 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 1 항에 있어서,
상기 기어 회전은 모터(9)에 의해 제어되고, 상기 모터는 상기 공통 평면 내로 들어가는 종축을 포함하고, 그리고 상기 종축은 상기 제 1 및 제 2 회전 축에 대하여 지각할 수 있을 정도로 수직인 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 1 항에 있어서,
상기 캠휠(5) 및 기어(7)는 공통 평면 내로 들어가고,
상기 전기식 스티어링 컬럼 락은, 상기 공통 평면에 대하여 지각할 수 있을 정도로 평행한 평면 상에 배치된 평탄한 인쇄 회로 기판(21)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캠휠(5)은 상기 볼트(3)를 구동할 수 있는 나선형 램프(12)와, 상기 볼트(3)의 동작을 병진 운동(31)으로 제한할 수 있는 안내 수단(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기어(7)는 상기 캠휠(5)의 회전 속도 및 토크를 조정하기 위해 상기 캠휠(5)보다 작은 수의 이(齒)를 갖는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기식 스티어링 컬럼 락은, 상기 캠휠(5)이 회전하는 동안 상기 캠휠(5)의 절대 회전 위치를 결정하기 위한 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 6 항에 있어서,
상기 캠휠(5)의 절대 회전 위치를 결정하기 위한 상기 조립체는 홀 효과 위치 센서(6) 및 자석(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 3 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 절대 위치 홀 효과 센서(6)는 상기 인쇄 회로 기판(21) 상에 위치하고, 상기 자석(8)은 캠휠(5) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 자석(8)이 캠휠(5)의 회전에 근접하여 따를 수 있게 하기 위해, 상기 자석(8)은 한 개 또는 몇 개의 블레이드(10)를 갖는 원반인 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석(8)은 복수의 북-남 자기 쌍극자(N, S)를 포함하는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.
제 10 항에 있어서,
상기 북-남 자기 쌍극자(N, S) 중 하나는 다른 것들에 비해 더 높거나 더 낮은 자화값(magnetization value)을 갖는 것을 특징으로 하는
전기식 스티어링 컬럼 락.