KR20170108528A

KR20170108528A - 스티어링휠 보조 방식 ｍｄｐｓ장치

Info

Publication number: KR20170108528A
Application number: KR1020160032599A
Authority: KR
Inventors: 최재칠
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-27
Also published as: KR102406064B1

Abstract

본 발명은 운전자가 조작하는 스티어링휠의 조작을 직접 보조할 수 있도록 스티어링휠에 설치된 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치는, 차량에 대하여 고정되게 설치되는 베이스휠(11)과, 상기 베이스휠(11)에 회전가능하게 설치되어 조향시 운전자가 회전시키는 회전휠(21)과, 상기 베이스휠(11)과 상기 회전휠(21)에는 각각 상기 베이스휠(11) 또는 상기 회전휠(21)의 둘레방향을 따라 간격을 두고 배치되는 복수의 전자석(12)(22)과, 상기 전자석(12)(22)으로 공급되는 전원의 전류분배기(42)를 포함한다.

Description

스티어링휠 보조 방식 ＭＤＰＳ장치{MOTOR APPARATUS ASSISTING OPERATION OF STEERING WHEEL}

본 발명은 차량의 조향을 보조하는 MDPS에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자가 조작하는 스티어링휠의 조작을 직접 보조할 수 있도록 스티어링휠에 설치된 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에 관한 것이다.

차량의 운전자가는 차량을 조향하기 위해 스티어링 휠을 조작한다. 이때, 상기 운전자가 적은 힘으로 상기 스티어링 휠을 조작할 수 있도록 소위 파워스티어링 휠이 대부분의 차량에 장착되어 있다.

상기 파워스티어링 휠은 유압을 이용하는 방식에서, 최근에는 모터를 이용하여 MDPS(Motor Driven Power Steering System)이 주로 사용되고 있다.

상기 MDPS 장치는 초기에는 스티어링 휠의 조작력을 기어로 전달하는 컬럼의 회전을 모터가 보조하는 컬럼 구동방식(C-MDPS; Column Motor Driven Power steering system)과 랙기어의 작동을 보조하는 랙 구동방식(R-MDPS; Rack&pinion Motor Driven Power steering system)으로 나눌 수 있다.

초기에는 주로 C-MDPS가 사용되었고, 최근에는 R-MDPS의 적용이 늘어나고 있다. 그러나, 상기 C-MDPS는 크러쉬패드에 모터를 장착하기 위한 공간이 필요하여 설계자유도가 낮고, 핸들링 반응감이 낮은 문제점이 있고, 상기 R-MDPS는 엔진룸 하부에 모터를 장착하기 위한 공간이 필요하여 마찬가지로 설계자유도가 낮고, 외부에 노출되어 부식 등 내구에 취약한 문제점이 있다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는, '전동식 조향장치 조향각 제어방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-1316838 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 운전자가 조작하는 스티어링 휠의 회전을 직접 보조하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치는, 차량에 대하여 고정되게 설치되는 베이스휠과, 상기 베이스휠에 회전가능하게 설치되어 조향시 운전자가 회전시키는 회전휠과, 상기 베이스휠과 상기 회전휠에는 각각 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠의 둘레방향을 따라 간격을 두고 배치되는 복수의 전자석과, 상기 전자석으로 공급되는 전원의 전류분배기를 포함하고, 상기 전자석들은 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠의 둘레방향을 따라 바로 옆에 인접한 전자석과는 다른 극으로 자화되며, 상기 회전휠의 회전시 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠 중 어느 한 쪽에 설치되는 전자석는 극성을 유지하고, 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠 중 나머지 한 쪽에 설치되는 전자석은 극성이 전환됨으로써, 상기 베이스휠과 상기 회전휠에 각각 설치된 전자석 사이에 인력과 반력이 반복적으로 작용하여 상기 베이스휠에 대하여 상기 회전휠의 회전을 보조하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전휠에 설치된 전자석은 극성을 유지하고, 상기 베이스휠에 설치된 전자석은 극성이 전환되는 것을 특징으로 한다.

상기 운전자가 상기 회전휠을 조작하는 토크를 감지하는 토크센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전휠로 입력되는 토크가 커질수록 상기 베이스휠과 상기 회전휠로 공급되는 전류의 크기를 크게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전휠에는 일정한 간격을 두고 치가 형성되고, 상기 베이스휠에는 상기 치를 향하여 광(光)을 조사하는 발광부와 상기 치로부터 반사된 빛을 감지하는 수광부가 설치되어, 상기 회전휠의 위치를 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스휠과 상기 회전휠 사이에는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스휠은 차체 또는 대쉬보드 크로스바에 고정되고, 상기 회전휠은 조향시 회전되는 컬럼에 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스휠는 상기 차체 또는 상기 대쉬보드 크로스바에 지지바를 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에 따르면, 스티어링휠을 직접 보조하기 때문에 조향 응답성이 향상된다.

또한, 상기 스티어링 휠을 회전을 보조하기 위한 동력이 모터가 아닌, 스티어링 휠의 둘레를 따라 설치된 전자석을 이용하기 때문에 모터를 설치하기 위한 공간이 불필요하고, 크러쉬 패드의 설계 자유도가 향상된다.

아울러, 스티어링휠의 회전을 보조하는 장치들이 차량의 실내에 위치하므로, 부식 등에 의한 내구문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치가 적용된 스티어링휠의 평면도 및 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치를 도시한 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치의 작동원리를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에서 베이스휠을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에서 베이스휠을 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치는 스티어링휠(1)을 고정된 베이스휠()과 회전되는 회전휠()을 결합하여 이루어지고, 상기 베이스휠()과 상기 회전휠()에 각각 상기 극성을 가변시킬 수 있는 전자석(12)(22)이 설치되도록 한다.

베이스휠(11)은 고정된 상태로 설치된다. 상기 베이스휠(11)은 차체(3) 등에 고정된 상태로 설치된다. 상기 베이스휠(11)을 고정된 상태로 설치되어, 회전휠(21)이 회전할 수 있도록 하는 기준이다. 상기 베이스휠(11)은 차체(3)의 일측에 고정될 수 있고, 상기 베이스휠(11)과 상기 차체(3)를 연결하는 지지바(13)에 의해 지지될 수 있다.

상기 베이스휠(11)에는 둘레를 따라 전원의 인가방향에 따라 극성이 전환되는 제1 전자석(12)이 간격을 두고 설치된다.

회전휠(21)은 상기 베이스휠(11)에 회전가능하게 설치된다. 상기 회전휠(21)은 상기 베이스휠(11)에 회전가능한 상태로 결합되기 때문에 상기 회전휠(21)은 조향시 운전자가 상기 회전휠(21)을 파지한 상태로 회전시킴으로써, 상기 회전휠(21)을 상기 베이스휠(11)에 대하여 회전시킬 수 있다.

상기 회전휠(21)은 컬럼(2)과 일체로 형성되어, 상기 회전휠(21)의 회전각도에 비례하여 조향된다.

상기 회전휠(21)에도 상기 회전휠(21)의 둘레를 따라 전원이 인가되면 자화되는 제2 전자석(22)이 간격을 두고 설치된다. 상기 제2 전자석(22)은 상기 제1 전자석(12)와 자화되는 극성에 따라 인력과 척력이 가변되게 형성되도록 함으로써, 상기 회전휠(21)의 회전을 보조하게 된다.

상기 회전휠(21)의 일측에는 상기 회전휠(21)의 회전시 상기 회전휠(21)의 회전각도 또는 위치를 감지하기 위해, 치(21a)가 일정한 간격으로 형성된다.

베어링(31)이 상기 베이스휠(11)과 상기 회전휠(21) 사이에 설치되어, 상기 회전휠(21)이 원활하게 회전할 수 있도록 마찰을 저감시킨다.

토크센서는 상기 회전휠(21)로 입력되는 조타력을 감지한다. 상기 토크센서(41)가 운전자가 상기 회전휠(21)을 조타하려는 조타력을 감지하고, 이에 비례하는 힘으로 상기 운전자의 조타조작을 보조한다.

전류분배기(42)는 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22)으로 전원의 입력유무와 함께 전원의 극성이 가변되도록 한다. 또한, 입력되는 전류의 크기도 제어한다. 상기 전류분배기(42)는 상기 베이스휠(11)에 설치된 복수의 제1 전자석(12)에 각각 입력되는 전원을 제어한다. 아울러, 상기 전류분배기(42)는 상기 회전휠(21)에 설치된 복수의 제2 전자석(22)으로도 각각 입력되는 전원을 제어한다. 즉, 모든 제1 전자석(12)과 모든 제2 전자석(22)은 모두 상기 전류분배기(42)에 각각 전기적으로 연결된다.

발광부(44a)와 수광부(44b)가 각각 상기 베이스휠(11) 측에 설치되어, 상기 발광부(44a)가 상기 회전휠(21)의 치(21a)로 광을 조사한 후, 반사되는 광을 상기 수광부(44b)가 수광함으로써, 상기 회전휠(21)의 회전량을 감지하여, 상기 회전휠(21)의 회전각도 또는 상기 회전위치를 감지한다.

한편, 상기 토크센서(41), 상기 전류분배기(42) 및 상기 발광부(44a)와 상기 수광부(44b)는 ECU(Electronic Control Unit, 43)에 연결되고, 상기 ECU(43)에 의해 제어된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

운전자가 조향을 위해 운전자가 운전자 조타력(F_D)로 상기 회전휠(21)을 회전시키면, 상기 토크센서(41)는 상기 운전자의 조타력에 의한 토크를 감지하고, 이를 ECU(43)로 전달한다.

상기 ECU(43)로부터 상기 전류분배기(42)로 제어신호가 전달되면, 상기 전류분배기(42)는 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22)으로 전류를 인가한다. 여기서, 상기 제1 전자석(12)으로 인가되는 전원을 극성을 주기적으로 전환하도록 하고, 상기 제2 전자석(22)으로는 상기 제2 전자석(22)이 일정한 극성을 갖도록 인가되는 상태에서, 상기 제1 전자석(12)으로 인가되는 전류의 극성을 가변시킴으로써, 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22) 사이에 인력과 척력이 반복되게 형성되도록 함으로써, 상기 회전휠(21)을 상기 베이스휠(11)에 대하여 회전시킬 수 있다.

이를 도 3과 도 4를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

복수로 설치되는 제1 전자석(12)은 바로 옆에 인접한 다른 제1 전자석(12)과 다른 극성으로 자화되도록 전원이 인가되고, 제2 전자석(22)도 마찬가지로 바로 옆에 인접한 다른 제2 전자석(22)과 다른 극성으로 자화된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 운전자가 상기 회전휠(21)을 회전시키는 것이 토크센서(41)로 감지되면, 전류분배기(42)에 의해 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22)으로 전원이 인가되어, 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22) 중에는 서로 같은 극은 밀어내는 척력이 작용하고, 서로 다른 극은 당기는 인력이 작용하는데, 이를 이용하여 상기 회전휠(21)을 회전시키기 시작한다.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전휠(21)이 회전이 시작되면, 상기 전류분배기(42)는 상기 제1 전자석(12)로 인가되는 전원의 극성을 전환시킨다. 상기 회전휠(21)의 회전으로 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22)의 서로 다르면 인력이 작용하여 회진하지 않으므로, 상기 제1 전자석(12)으로 인가되는 전원의 극성을 전환시켜, 상기 회전휠(21)이 상기 베이스휠(11)에 대하여 지속적으로 회전되도록 한다. 상기 발광부(44a)와 상기 수광부(44b)에 의해 상기 치(21a)의 이동량을 감지함으로써, 상기 제1 전자석(12)와 상기 제2 전자석(22) 사이에 인력과 척력이 반복하여 작용되도록 한다. 즉, 상기 제2 전자석(22)이 일정각도 이동하여 상기 제1 전자석(12)과 다른 극이 되면, 인력만 작용하여 상기 회전휠(21)의 회전을 억제시킨다. 따라서, 상기 제1 전자석(12)의 계속해서 전환되도록 함으로써, 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22) 사이에 인력과 척력에 가변되도록 함으로써, 상기 회전휠(21)의 조타를 보조하는 보타력(F_M)이 작용되도록 한다.

한편, 상기 회전휠(21)의 회전력의 크기는 상기 전류분배기(42)로부터 인가되는 전류의 크기로 제어한다. 즉, 상기 전류분배기(42)로부터 상기 제1 전자석(12)과 상기 제2 전자석(22)으로 인가되는 전류의 크기에 따라 상기 회전휠(21)에서 발휘되는 보타력(F_M)의 크기가 달라지고, 전류의 크기가 클수록 보타력도 커지게 된다.

이와 같은 원리로, 운전자로부터 입력된 조타력(F_D)에 비례하는 보타력(F_M)이 발휘되어 컬럼을 회전시킬 수 있으므로, 운전자는 적은힘으로 차량의 조향시킬 수 있다.

도 6 및 도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치가 도시되어 있는데, 기본적인 구성은 앞서 살펴본 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치와 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치에서는 베이스휠(11)이 대쉬보드 크로스바(4)에 고정되는 형태로 상기 베이스휠(11)과 상기 대쉬보드 크로스바(4)를 지지바(13)로 연결하여 구성된다.

1 : 스티어링 휠 2 : 컬럼
3 : 차체 4 : 대쉬보드 크로스바
11 : 베이스휠 12 : 제1전자석
13 : 지지바 21 : 회전휠
21a : 치(齒) 22 : 제2전자석
31 : 베어링 41 : 토크센서
42 : 전류분배기 43 : ECU
44a : 발광부 44b : 수광부

Claims

차량에 대하여 고정되게 설치되는 베이스휠과,
상기 베이스휠에 회전가능하게 설치되어 조향시 운전자가 회전시키는 회전휠과,
상기 베이스휠과 상기 회전휠에는 각각 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠의 둘레방향을 따라 간격을 두고 배치되는 복수의 전자석과,
상기 전자석으로 공급되는 전원의 전류분배기를 포함하고,
상기 전자석들은 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠의 둘레방향을 따라 바로 옆에 인접한 전자석과는 다른 극으로 자화되며,
상기 회전휠의 회전시 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠 중 어느 한 쪽에 설치되는 전자석는 극성을 유지하고, 상기 베이스휠 또는 상기 회전휠 중 나머지 한 쪽에 설치되는 전자석은 극성이 전환됨으로써, 상기 베이스휠과 상기 회전휠에 각각 설치된 전자석 사이에 인력과 반력이 반복적으로 작용하여 상기 베이스휠에 대하여 상기 회전휠의 회전을 보조하는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제1항에 있어서,
상기 회전휠에 설치된 전자석은 극성을 유지하고,
상기 베이스휠에 설치된 전자석은 극성이 전환되는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제1항에 있어서,
상기 운전자가 상기 회전휠을 조작하는 토크를 감지하는 토크센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제3항에 있어서,
상기 회전휠로 입력되는 토크가 커질수록 상기 베이스휠과 상기 회전휠로 공급되는 전류의 크기를 크게 하는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제1항에 있어서,
상기 회전휠에는 일정한 간격을 두고 치가 형성되고,
상기 베이스휠에는 상기 치를 향하여 광(光)을 조사하는 발광부와 상기 치로부터 반사된 빛을 감지하는 수광부가 설치되어, 상기 회전휠의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스휠과 상기 회전휠 사이에는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스휠은 차체 또는 대쉬보드 크로스바에 고정되고,
상기 회전휠은 조향시 회전되는 컬럼에 고정되는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.
제7항에 있어서,
상기 베이스휠는 상기 차체 또는 상기 대쉬보드 크로스바에 지지바를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠 보조 방식 MDPS장치.