KR20180028566A

KR20180028566A - 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치

Info

Publication number: KR20180028566A
Application number: KR1020160115327A
Authority: KR
Inventors: 황상우; 박영대; 이병림; 김민준; 장세현; 조현석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-19

Abstract

본 발명은 스티어링휠의 회전각도를 제한하는 메커니즘을 컴팩트화하여 구현하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 스티어링휠과 함께 회전되고, 테두리를 따라 가이드돌기가 형성된 컬럼; 상기 가이드돌기보다 많은 개수의 가이드홈이 테두리를 따라 형성되고, 상기 가이드홈의 회전경로 일부가 가이드돌기의 회전경로 상에 위치되어, 컬럼의 회전과정에서 가이드돌기가 가이드홈에 걸려져 회전하는 구간 내에서만 함께 회전이 이루어지는 조타제한부재; 상기 조타제한부재와 함께 회전되는 회전스토퍼; 및 상기 회전스토퍼의 회전경로 상에 마련되어, 회전스토퍼의 회전을 제한하는 고정스토퍼;를 포함하여 구성되는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치가 소개된다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치{STEERING APPARATUS FOR STEER BY WIRE SYSTEM}

본 발명은 스티어링휠의 회전각도를 제한하는 메커니즘을 컴팩트화하여 구현하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치에 관한 것이다.

스티어 바이 와이어 시스템(STEER BY WIRE SYSTEM)은 스티어링휠과 차량의 구동바퀴의 기계적 연결을 분리한 조향시스템으로, 스티어링휠의 회전 신호를 전자제어유니트(ECU)를 통해 입력받고, 입력된 회전 신호를 바탕으로 구동바퀴에 연결된 조향모터를 작동시켜 차량을 조향할 수 있다.

이러한 스티어 바이 와이어 시스템은 기존의 조향시스템이 갖는 기계적 연결구조가 제거됨으로써, 조향계 구성에 따른 레이아웃 자유도를 증가시키고, 연비를 개선하며, 차륜에서 역입력되는 외란을 제거할 수 있는 등의 장점을 갖고 있다.

반면, 이 같은 기계적 연결구조의 단절로 인해 운전자가 필요로 하는 조향정보를 제대로 피드백 받을 수 없는 단점도 있다.

예컨대, 기존의 조향시스템의 경우 유니버셜조인트 등을 통한 기계적 연결구조로 인해 스티어링휠의 회전에 따라 타이어의 회전한계에 도달하면, 스티어링휠이 함께 구속되어 스티어링휠의 좌우 선회조작이 제한된다.

하지만, 스티어 바이 와이어 시스템의 경우에는, 기계적 연결구조가 없기 때문에 타이어의 회전한계에 도달하여 타이어가 더이상 돌아갈 수 없더라도, 스티어링휠은 계속해서 돌아가는 현상이 발생할 수 있다.

이에, 스티어 바이 와이어 시스템 분야에서 스티어링휠의 회전각도를 일정하게 제한해주는 기술이 요구되고 있고, 최근 스티어링휠의 회전범위를 기계적으로 제한하는 메커니즘이 다양하게 제안되고 있는 실정에 있다.

다만, 이 같은 회전제한 메커니즘들이 상당한 부피가 요구되고 있어, 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 떨어뜨리는 문제로 지적되고 있다.

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

KR 10-2004-0017349 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 스티어링휠의 회전각도를 제한하는 메커니즘을 컴팩트화하여 구현하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스티어링휠과 함께 회전되고, 테두리를 따라 가이드돌기가 형성된 컬럼; 상기 가이드돌기보다 많은 개수의 가이드홈이 테두리를 따라 형성되고, 상기 가이드홈의 회전경로 일부가 가이드돌기의 회전경로 상에 위치되어, 컬럼의 회전과정에서 가이드돌기가 가이드홈에 걸려져 회전하는 구간 내에서만 함께 회전이 이루어지는 조타제한부재; 상기 조타제한부재와 함께 회전되는 회전스토퍼; 및 상기 회전스토퍼의 회전경로 상에 마련되어, 회전스토퍼의 회전을 제한하는 고정스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축으로부터 반경방향을 향해 개구 형성되고; 상기 가이드돌기가 가이드홈 내에서 벗어난 상태에서는, 서로 이웃하는 2개의 가이드홈의 개구 부분이 가이드홈의 회전경로와 가이드돌기의 회전경로 중첩이 시작되는 양단 지점에 각각 위치하도록 형성될 수 있다.

상기 가이드홈의 개구 부분은 조타제한부재의 회전축으로부터 반경방향을 향해 확개된 형상으로 형성될 수 있다.

상기 가이드돌기는 컬럼의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 구비되고; 상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 형성될 수 있다.

상기 컬럼이 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드돌기 사이의 각도만큼 회전할 때에, 상기 조타제한부재는 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드홈 사이의 각도만큼 회전하도록 구성될 수 있다.

상기 가이드돌기는 컬럼의 회전축을 중심으로 180°간격으로 형성되고; 상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축을 중심으로 60°간격으로 형성될 수 있다.

상기 회전스토퍼와 고정스토퍼는 스티어링휠의 온센터 상태에서 조타제한부재의 회전축을 중심으로 상호 대향하는 위치에 배치될 수 있다.

상기 회전스토퍼의 양측에는 댐퍼가 구비될 수 있다.

상기 컬럼의 외면이 캠 형상으로 형성되고; 일단이 캠 형상의 컬럼 외면에 지지됨에 따라 타단이 시소 회전되면서 가이드홈에 진입하는 상태와 가이드홈에서 진출하는 상태로 전환되는 로크부재; 상기 로크부재의 회전 방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 복원스프링;을 포함할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 스티어링휠의 회전구속이 필요한 타이어의 회전한계에 맞추어 스티어링휠의 좌선회 또는 우선회 회전범위를 제한함으로써, 스티어링휠의 조타 조작에 필요한 타이어의 조향정보를 정확하게 제공하는 효과가 있다.

더욱이, 조타제한부재가 컬럼의 측면에 나란하게 배치되고, 컬럼의 회전각 변화보다 더 작은 회전각으로 조타제한부재가 회전되면서 일정 각도에서 스티어링휠의 회전을 제한함으로써, 조타회전부재와 칼럼의 직경을 축소하여 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 높이는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템의 조타각 제한 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 도 1을 정면에서 바라본 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 조타각 제한 작동을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 조타각 제한 구조에서 조타제한부재의 자유회전을 방지하는 구조를 예시하여 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치는 크게, 컬럼(10)과, 조타제한부재(20)와, 회전스토퍼(23) 및 고정스토퍼(27)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 컬럼(10)은 상단에 스티어링휠(1)이 고정되어 스티어링휠(1)과 함께 회전되고, 테두리를 따라 복수의 가이드돌기(11)가 돌출 형성될 수 있다.

조타제한부재(20)는, 상기 칼럼과 나란하게 배치되어 회전 가능하게 구비되고, 상기 가이드돌기(11)보다 많은 개수의 가이드홈(21)이 테두리를 따라 형성될 수 있다. 그리고, 상기 가이드돌기(11)의 회전경로과 가이드홈(21)의 회전경로 일부가 중첩되면서 가이드홈(21)이 상기 가이드돌기(11)의 회전경로 상에 위치될 수 있다. 이에, 컬럼(10)의 회전과정에서 가이드돌기(11)가 가이드홈(21)에 걸려진 상태로 회전하는 구간 내에서만 조타제한부재(20)가 함께 회전될 수 있다.

회전스토퍼(23)는, 상기 조타제한부재(20)에 고정되어, 조타제한부재(20)와 함께 회전될 수 있다.

고정스토퍼(27)는, 상기 회전스토퍼(23)의 회전경로 상에 마련되어, 회전스토퍼(23)가 일정 회전각도 이상 회전되는 것을 제한하는 역할을 한다.

이 같은 구성에 따르면, 스티어링휠(1)의 조타 조작에 따라 컬럼(10)이 회전되면, 컬럼(10)과 함께 가이드돌기(11)가 회전되는 과정에서 상기 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 진입되면서 걸려지게 된다. 이 상태에서 가이드돌기(11)가 회전되면, 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에서 벗어날 때까지 조타제한부재(20)가 함께 회전되면서 정해진 각도만큼 조타제한부재(20)를 회전시킬 수 있게 된다.

따라서, 스티어링휠(1)을 좌선회 방향이나, 우선회 방향으로 계속해서 조타시, 가이드돌기(11)의 회전각도만큼 조타제한부재(20)의 회전각도가 정해지고, 이에 스티어링휠(1)의 회전구속이 필요한 회전한계 시점(타이어의 회전한계 시점)에서 회전스토퍼(23)가 고정스토퍼(27)에 걸려지게 됨으로써, 스티어링휠(1)의 조타 회전을 제한하게 되고, 이에 운전자에 필요한 조타정보를 정확하게 피드백 제공할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서, 상기 가이드홈(21)은 조타제한부재(20)의 회전축으로부터 반경방향을 향해 개구 형성될 수 있다.

그리고, 상기 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에서 벗어난 상태에서는, 서로 이웃하는 2개의 가이드홈(21)의 개구 부분이 가이드홈(21)의 회전경로와 가이드돌기(11)의 회전경로 중첩이 시작되는 양단 지점에 각각 위치하도록 형성될 수 있다.

즉, 도 3을 참조하면, 예컨대 컬럼(10)의 우선회 회전각(조타각)이 90°인 상태에서는 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에서 벗어나 있는 상태인데, 이 상태에서 컬럼(10)을 좌선회 또는 우선회 방향 중 어느 방향으로 조타하더라도 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 정확하고 안정적으로 진입될 수 있어야 한다.

따라서, 하나의 가이드홈(21) 개구 부분이 가이드돌기(11)의 우선회 방향 회전경로를 향해 배치되고, 나머지 하나의 가이드홈(21) 개구 부분이 가이드돌기(11)의 좌선회 방향 회전경로를 향해 배치됨으로써, 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 확실하고 안정적으로 걸려질 수 있게 된다.

더불어, 상기 가이드홈(21)의 개구 부분은 조타제한부재(20)의 회전축으로부터 반경방향을 향해 확개된 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 가이드홈(21)의 개구 부분이 바깥방향을 향해 확장 형성됨으로써, 가이드돌기(11)의 회전과정에서 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 더욱 쉽게 진입될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서, 상기 가이드돌기(11)는 컬럼(10)의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 구비될 수 있다. 그리고, 상기 가이드홈(21)은 조타제한부재(20)의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 형성될 수 있다.

특히, 본 발명에서는, 상기 컬럼(10)이 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드돌기(11) 사이의 각도만큼 회전시, 상기 조타제한부재(20)가 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드홈(21) 사이의 각도만큼 회전하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가이드돌기(11)가 컬럼(10)의 회전축을 중심으로 180°간격으로 형성될 수 있고, 상기 가이드홈(21)은 조타제한부재(20)의 회전축을 중심으로 60°간격으로 형성될 수 있다.

즉, 컬럼(10)의 우선회 또는 좌선회 조작에 따라 상기 가이드돌기(11)가 컬럼(10)의 회전축을 중심으로 180°회전되면, 조타제한부재(20)가 60°회전된다. 따라서, 스티어링휠(1)의 온센터 상태(회전각 0°)에서 컬럼(10)을 어느 한 방향으로 540°회전하면, 조타제한부재(20)가 180°회전되면서 회전스토퍼(23)가 고정스토퍼(27)에 걸려지게 되는바, 스티어링휠(1)의 조타 회전이 제한될 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서 상기 회전스토퍼(23)와 고정스토퍼(27)는 스티어링휠(1)의 온센터 상태에서 조타제한부재(20)의 회전축을 중심으로 상호 대향하는 위치에 배치될 수 있다.

즉, 스티어링휠(1)의 온센터 상태(회전각 0°)에서 회전스토퍼(23)와 고정스토퍼(27)는 조타제한부재(20)의 회전축을 중심으로 180°간격을 두어 배치될 수 있는 것으로, 본 발명에서는 회전스토퍼(23)가 컬럼(10)의 회전축과 조타제한부재(20)의 회전축 사이에 위치함으로써, 고정스토퍼(27)는 조타제한부재(20)의 회전축을 중심으로 컬럼(10)의 회전축과 대향하는 지점에 설치될 수 있다.

따라서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 스티어링휠(1)을 좌선회하여 풀턴하는 경우, 회전스토퍼(23)가 시계방향으로 회전하여 고정스토퍼(27)의 윗면에 걸려지게 되고, 반대로 스티어링휠(1)을 우선회하여 풀턴하는 경우, 회전스토퍼(23)가 반시계방향으로 회전하여 고정스터퍼의 밑면에 걸려지게 됨으로써, 한 조의 회전스토퍼(23) 및 고정스토퍼(27)를 통해 스티어링휠(1)의 회전을 구속할 수 있게 된다.

더불어, 상기 회전스토퍼(23)의 양측에는 댐퍼(25)가 구비될 수 있다.

예컨대, 상기 댐퍼(25)는 'V'형상으로 형성된 판스프링일 수 있는 것으로, 회전스토퍼(23)가 고정스토퍼(27)에 걸려지는 경우, 회전스토퍼(23)가 고정스토퍼(27)에 부딪히면서 발생할 수 있는 충격을 흡수하게 된다.

한편, 본 발명에서는, 도 4와 같이 상기 컬럼(10)의 외면이 캠 형상으로 형성될 수 있다.

이 같은 구성의 경우, 일단이 캠 형상의 컬럼(10) 외면에 지지됨에 따라 중단을 중심으로 타단이 시소 회전되면서 가이드홈(21)에 진입하는 상태와 가이드홈(21)에서 진출하는 상태로 전환되는 링크 형상의 로크부재(30)와, 상기 로크부재(30)의 회전 방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 복원스프링(31)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때에, 상기 복원스프링(31)은 코일스프링일 수 있는 것으로, 로크부재(30)의 타단이 가이드홈(21)에서 진출하는 방향으로 탄성복원력을 제공하도록 구성할 수 있다.

즉, 로크부재(30)의 일단이 캠 형상으로 형성된 컬럼(10)의 외면에 지지됨으로써, 컬럼(10)이 회전됨에 따라 로크부재(30)의 일단 및 타단이 일정 변위를 갖고 이동되는바, 특정 컬럼(10)의 회전각 구간에서 로크부재(30)의 타단이 가이드홈(21) 내에 걸려지도록 구성할 수 있다.

예컨대, 컬럼(10)의 우선회 회전각(조타각)이 90°인 상태에서는 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에서 벗어나 있어 조타제한부재(20)의 의도치 않은 회전이 발생할 수 있게 된다.

따라서, 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에서 벗어나는 컬럼(10)의 회전각 구간에서 로크부재(30)의 타단이 가이드홈(21)에 걸려지도록 구성함으로써, 조타제한부재(20)의 프리휠링을 방지하게 되고, 이에 컬럼(10)의 회전과정에서 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 더욱 안정적으로 걸려질 수 있게 된다.

이하에서는, 본 발명에 의한 조타각 제한 작동에 대해 살펴보기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 스티어링휠(1)의 온센터 상태에서는 두 개의 가이드돌기(11) 중 우측의 가이드돌기(11)가 어느 하나의 가이드홈(21) 내에 삽입되어, 컬럼(10)의 회전축과 가이드돌기(11)와 조타제한부재(20)의 회전축이 동일선상에 위치하게 된다.

이 상태에서, 스티어링휠(1)을 우선회 조작하여 컬럼(10)이 시계방향으로 회전되면, 가이드돌기(11)와 가이드홈(21)의 걸림구조에 의해 조타제한부재(20)가 반시계방향으로 회전된다.

다만, 우측 가이드돌기(11)가 가이드홈(21)으로부터 벗어나는 회전각 구간에서는 조타제한부재(20)가 회전하지 않게 된다.

이어서, 컬럼(10)이 시계방향으로 계속해서 회전되어 좌측에 있던 가이드돌기(11)가 가이드홈(21) 내에 걸려지면 조타제한부재(20)가 다시 회전하게 된다. 예컨대, 컬럼(10)이 시계방향으로 180°회전되면 조타제한부재(20)는 반시계방향으로 60°회전하게 된다.

이 같은 방식으로 컬럼(10)이 시계방향으로 360°회전되면 조타제한부재(20)는 다시 반시계방향으로 60°회전하게 되고, 컬럼(10)이 시계방향으로 540°회전되면 조타제한부재(20)는 다시 반시계방향으로 60°더 회전하게 되면서, 회전스토퍼(23)가 고정스토퍼(27)에 걸려지게 된다.

따라서, 타이어의 회전한계에 맞추어 스티어링휠(1)의 좌선회 또는 우선회 최대 회전각을 제한함으로써, 스티어링휠(1)의 조타 조작에 필요한 타이어의 조향정보를 정확하게 제공할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 조타제한부재(20)가 컬럼(10)의 측면에 나란하게 배치되는 것은 물론, 컬럼(10)의 일정 회전각 변화시 컬럼(10)보다 더 작은 회전각으로 조타제한부재(20)가 회전되면서 일정 각도에서 스티어링휠(1)의 회전을 제한함으로써, 조타회전부재는 물론 칼럼의 직경을 축소 가능한바, 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 높이고, 시스템의 부피를 컴팩트화하여 구현할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1 : 스티어링휠 10 : 컬럼
11 : 가이드돌기 20 : 조타제한부재
21 : 가이드홈 23 : 회전스토퍼
25 : 댐퍼 27 : 고정스토퍼
30 : 로크부재 31 : 복원스프링

Claims

스티어링휠과 함께 회전되고, 테두리를 따라 가이드돌기가 형성된 컬럼;
상기 가이드돌기보다 많은 개수의 가이드홈이 테두리를 따라 형성되고, 상기 가이드홈의 회전경로 일부가 가이드돌기의 회전경로 상에 위치되어, 컬럼의 회전과정에서 가이드돌기가 가이드홈에 걸려져 회전하는 구간 내에서만 함께 회전이 이루어지는 조타제한부재;
상기 조타제한부재와 함께 회전되는 회전스토퍼; 및
상기 회전스토퍼의 회전경로 상에 마련되어, 회전스토퍼의 회전을 제한하는 고정스토퍼;를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축으로부터 반경방향을 향해 개구 형성되고;
상기 가이드돌기가 가이드홈 내에서 벗어난 상태에서는, 서로 이웃하는 2개의 가이드홈의 개구 부분이 가이드홈의 회전경로와 가이드돌기의 회전경로의 중첩이 시작되는 양단 지점에 각각 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 2에 있어서,
상기 가이드홈의 개구 부분은 조타제한부재의 회전축으로부터 반경방향을 향해 확개된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어용 시스템용 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드돌기는 컬럼의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 구비되고;
상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축을 중심으로 등각을 이루어 복수 형성된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 4에 있어서,
상기 컬럼이 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드돌기 사이의 각도만큼 회전할 때에, 상기 조타제한부재는 그 회전축을 중심으로 서로 이웃하는 가이드홈 사이의 각도만큼 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 5에 있어서,
상기 가이드돌기는 컬럼의 회전축을 중심으로 180°간격으로 형성되고;
상기 가이드홈은 조타제한부재의 회전축을 중심으로 60°간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전스토퍼와 고정스토퍼는 스티어링휠의 온센터 상태에서 조타제한부재의 회전축을 중심으로 상호 대향하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전스토퍼의 양측에는 댐퍼가 구비된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 컬럼의 외면이 캠 형상으로 형성되고;
일단이 캠 형상의 컬럼 외면에 지지됨에 따라 타단이 시소 회전되면서 가이드홈에 진입하는 상태와 가이드홈에서 진출하는 상태로 전환되는 로크부재;
상기 로크부재의 회전 방향에 대해 탄성복원력을 제공하는 복원스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.