KR20190115845A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

스티어 바이 와이어식 조향장치

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KR20190115845A
KR20190115845A KR1020180039044A KR20180039044A KR20190115845A KR 20190115845 A KR20190115845 A KR 20190115845A KR 1020180039044 A KR1020180039044 A KR 1020180039044A KR 20180039044 A KR20180039044 A KR 20180039044A KR 20190115845 A KR20190115845 A KR 20190115845A
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Abstract

본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 본 실시예들에 의하면, 조향축과 모터축 중 어느 일측에 결합되며, 일측단 외주면에 축방향의 고정홈이 형성되어 있는 제1부재, 고정홈과 대응되는 고정돌기가 축방향으로 형성되어 제1부재의 외측에 결합되며 일측단부 면에 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈이 형성되어 있는 제2부재, 조향축과 모터축 중 나머지 일측에 결합되며, 제1지지홈과 대응되는 위치에 제2지지홈이 형성되어 있는 제3부재, 제1지지홈과 제2지지홈에 지지되며 삽입되는 볼부재, 조향축이 내장되는 하우징에 고정되는 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈이 형성되며 제2부재와 제3부재의 외주면에 결합되는 회전방지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{Steer-By-Wire Type Steering Apparatus}
본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 모터의 반력토크보다 과도한 회전토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향장치는 운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워스티어링이 개발되어 적용되고 있고, 파워스티어링은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 개발되어 적용되었다.
최근에는 스티어링 휠과 차륜사이의 스티어링 컬럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire; SBW)식 조향장치가 개발되어 적용되고 있다.
그런데, 이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 경우 조향축과 바퀴와의 기계적인 연결이 없기 때문에 운전자의 조향휠 회전이 무한정 회전할 수 있어서 운전자의 조향감각을 떨어트리는 문제가 있었다.
즉, 바퀴의 회전이 최대점에 이른 경우(일반적인 조향장치에서 조향휠 또는 바퀴가 풀턴 상태인 경우)나 바퀴가 도로의 연석에 부딪혀 더 이상 회전할 수 없는 경우 등에는 조향축이 더 이상 회전되지 않도록 함으로써 운전자에게 이러한 정보를 줄 수 있는 필요성이 대두되고 있다.
이에 본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 모터의 반력토크보다 과도한 회전토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예들에 의하면, 조향축과 모터축 중 어느 일측에 결합되며, 일측단 외주면에 축방향의 고정홈이 형성되어 있는 제1부재, 고정홈과 대응되는 고정돌기가 형성되어 제1부재의 외측에 결합되며 일측단부 면에 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈이 형성되어 있는 제2부재, 조향축과 모터축 중 나머지 일측에 결합되며, 제1지지홈과 대응되는 위치에 제2지지홈이 형성되어 있는 제3부재, 제1지지홈과 제2지지홈에 지지되며 삽입되는 볼부재, 조향축이 내장되는 하우징에 고정되는 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈이 형성되며 제2부재와 제3부재의 외주면에 결합되는 회전방지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 모터의 반력토크보다 과도한 회전토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도,
도 3은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도,
도 4는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 단면도,
도 5 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
이하, 본 실시예들의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예들의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도, 도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도, 도 3은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도, 도 4는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 단면도, 도 5 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향축(103)과 모터축(123) 중 어느 일측에 결합되며, 일측단 외주면에 축방향의 고정홈(141a)이 형성되어 있는 제1부재(141), 고정홈(141a)과 대응되는 고정돌기(143a)가 형성되어 제1부재(141)의 외측에 결합되며 일측단부 면에 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈(143b)이 형성되어 있는 제2부재(143), 조향축(103)과 모터축(123) 중 나머지 일측에 결합되며, 제1지지홈(143b)과 대응되는 위치에 제2지지홈(145b)이 형성되어 있는 제3부재(145), 제1지지홈(143b)과 제2지지홈(145b)에 지지되며 삽입되는 볼부재(151), 조향축(103)이 내장되는 하우징에 고정되는 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈(147a)이 형성되며 제2부재(143)와 제3부재(145)의 외주면에 결합되는 회전방지부재(147)를 포함한다.
이러한 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향휠(101)과 연결된 조향축(103)의 일측에 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 결합되고, 운전자의 조향휠(101) 조작시 이를 감지하는 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 전기 신호를 전자제어장치(110)에 보내 조향축 모터(120)와 피니언축 모터(130)가 작동되도록 되어 있다.
전자제어장치(110)는 앵글센서(105)와 토크센서(107)로부터 전송된 전기 신호와 기타 자동차에 장착된 여러 센서들로부터 전송된 전기 신호들을 기초로 조향축 모터(120)와 피니언축 모터(130)를 제어하게 된다.
피니언축 모터(130)는 피니언축(113)과 연결된 랙바(111)를 슬라이딩시켜 타이로드(115)와 너틀암(117)을 통해 양측 바퀴(119)의 조향을 수행하게 되고, 조향축 모터(120)는 운전자의 조향휠(101) 조작시 반대방향의 조향 반력감을 생성시키거나 자율주행시 조향축(103)의 조향을 수행하게 되어 있다.
다만, 본 실시예들에서의 도면에는 설명의 편의를 위해 조향축(103)에 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 구비된 것으로 도시하였으나, 조향 정보를 전자제어장치(110)로 송부하기 위한 모터 포지션센서와 각종 레이더, 카메라 화상센서 등이 구비될 수 있음은 물론이며, 이하 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서는 조향축(103)과 피니언축(113)이 기계적으로 연결되어 있지 않기 때문에 운전자의 조향휠(101) 회전이 무한정 회전할 수 있어서, 임의의 각도에서 회전을 멈추게 하는 기계적 제한이 필요하게 된다.
즉, 바퀴(119)의 회전이 최대점에 이른 경우(일반적인 조향장치에서 조향휠(101) 또는 바퀴(119)가 풀턴 상태인 경우)나 바퀴(119)가 도로의 연석에 부딪혀 더 이상 회전할 수 없는 경우 등에는 조향축 모터(120)에서 조향 반력감을 최대로 출력한 상태이므로 조향축(103)이 더 이상 회전되지 않도록 함으로써 운전자에게 이러한 정보를 줄 수 있게 조향축(103)의 회전을 방지하게 되어 있다.
이러한 조향축(103) 회전을 방지하기 위해 조향축(103)과 모터축(123) 중 어느 일측에는 제1부재(141)가 결합되고 나머지 일측에는 제3부재(145)가 결합되며 제1부재(141)와 제3부재(145) 사이에는 제2부재(143)와 볼부재(151)가 결합되어, 모터축(123)의 반력토크 이상의 조향축 토크가 발생되는 경우에는 볼부재(151)가 회전방지부재(147)의 걸림홈(147a)에 지지됨으로써 조향축(103)의 회전이 멈추도록 되어 있다.
다만, 본 발명의 설명의 편의를 위해 제1부재(141)는 조향축(103)과 결합되고 제3부재(145)는 모터축(123)과 결합되는 것을 일례로 도시하여 설명하기로 한다.
조향축(103)과 결합되는 제1부재(141)는 일측단 외주면에 축방향의 고정홈(141a)이 형성되어 제2부재(143)의 고정돌기(143a)가 결합됨으로써 제1부재(141)와 제2부재(143)가 일체로 회전되도록 되어 있다.
제2부재(143)는 환형으로 형성되는데 내주면에 제1부재(141)의 고정홈(141a)과 대응되는 고정돌기(143a)이 축방향으로 형성되어 제1부재(141)의 외측에 결합되며, 제2부재(143)의 일측단부 면에는 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈(143b)이 형성되어 있다.
모터축(123)에 결합되는 제3부재(145)는 제2부재(143)의 제1지지홈(143b)과 대응되는 위치에 제2지지홈(145b)이 형성된다.
여기서, 제1지지홈(143b)은 도 3과 도 4에 도시된 것처럼 볼부재(151)와 원형으로 선접촉되는 원뿔형으로 형성된다.
그리고, 제2지지홈(145b)은 제2부재(143)의 일측단부와 대향되는 면으로부터 경방향의 외주면까지 폭이 점진적으로 넓어지게 양측면이 경사진 형상으로 형성되며, 제2부재(143)의 제1지지홈(143b)과 제3부재(145)의 제2지지홈(145b)에는 볼부재(151)가 지지되며 삽입된다.
그리고, 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈(147a)이 형성되어 있는 회전방지부재(147)가 제2부재(143)와 제3부재(145)의 외주면에 결합된다.
여기서, 회전방지부재(147)는 비록 도면에는 도시하지 않았으나 조향축(103)이 내장되는 하우징 또는 차체에 고정되어 제1부재(141)와 제2부재(143) 및 제3부재(145)의 회전과 무관하게 회전하지 않고 고정된다.
제1부재(141)는 고정홈(141a)이 형성된 중앙부를 기준으로 일측단쪽에는 축방향으로 연장된 연장부(141b)가 구비되어 있고 타측단쪽에는 직경이 확대된 대경부(141c)가 구비되어 있다.
그리고, 제1부재(141)의 대경부(141c)와 제2부재(143)의 사이에는 축방향의 탄성력을 가하는 탄성부재(149)가 구비되어 있어서 탄성부재(149)의 탄성력으로 볼부재(151)를 지지하게 되어 있다.
또한, 제1부재(141)의 연장부(141b) 내주면에는 나사부가 형성된 결합부(141d)가 구비되고 제3부재(145)는 내측에 관통공(145a)이 형성되어 체결부재(148)의 몸체부(148b)가 관통공(145a)을 통해 제1부재(141)의 결합부(141d)와 결합된다.
또한, 관통공(145a)의 일측에는 걸림턱(145c)이 형성되어 체결부재(148)의 머리부(148a)가 걸림턱(145c)에 지지되며 제1부재(141)와 제3부재(145)를 결합시키면서 이들 사이의 거리를 조정할 수 있게 되어 있어서, 체결부재(148)의 체결량으로 탄성부재(149)의 탄성력을 조정할 수 있게 되어 있다.
따라서, 제1부재(141)와 제2부재(143) 및 제3부재(145)가 동축상에서 작동될 수 있게 조립되면서 탄성부재(149)의 탄성력이 셋팅된다.
여기서, 제2부재(143)의 제1지지홈(143b)과 제3부재(145)의 제2지지홈(145b)은 각각 원주방향으로 이격되면서 세개 이상씩 구비될 수 있으며, 이 경우 원주방향의 동일한 간격으로 배치됨으로써 볼부재(151)가 축방향으로 균등한 지지력을 유지하게 되어 있다.
이러한 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는 전술한 바와 같이 바퀴(119)의 회전이 최대점에 이른 경우나 바퀴(119)가 도로의 연석에 부딪혀 더 이상 회전할 수 없는 경우 등에 조향축(103)의 회전을 방지하게 된다.
즉, 일반적인 조향 상황에서는 체결부재(148)에 의해 탄성부재(149)가 소정량 압축된 상태를 유지하여 조향축(103)으로부터의 제1부재(141), 제2부재(143), 제3부재(145)를 통해 모터축(123)까지 회전토크가 전달된다.
이 때 볼부재(151)는 도 5와 도 6에 도시된 것처럼 제1지홈과 제2지지홈(145b)에만 위치되지만, 전술한 것처럼 조향축(103)의 회전을 방지해야 하는 상황 즉, 모터축(123)의 반력토크 이상의 과도한 회전토크가 조향축(103)으로부터 전달되는 경우에는 제2부재(143)의 회전력에 의해 볼부재(151)가 도 7에 도시된 것처럼 제2지지홈(145b)의 양측면을 따라서 경방향의 외측으로 이동되어 회전방지부재(147)의 걸림홈(147a)에 지지되어 더 이상의 회전이 제한된다.
즉, 조향축(103)으로부터 제2부재(143)에 전달되는 회전토크가 과도한 경우에는 볼부재(151)가 원주방향으로 이동하려는 힘의 분력에 의해 제2지지홈(145b)의 양측 경사면을 따라서 경방향 외측으로 이동되고, 이와 동시에 제1지지홈(143b)의 중심부에서 외곽으로 이동되면서 그 높이 차이만큼 제2부재(143)가 축방향으로 이동하면서 탄성부재(149)를 더욱 압축하게 된다.
그리고, 이와 반대로 회전토크가 줄어들면 탄성부재(149)의 복원력에 의해 제2부재(143)가 축방향으로 이동하고 볼부재(151)가 제1지지홈(143b)의 중심부로 이동하게 되고 이와 동시에 볼부재(151)가 걸림홈(147a)에서 이탈하여 제2지지홈(145b)으로 복귀된다.
따라서, 탄성부재(149)의 탄성력을 설계목표값에 맞추어 셋팅하면 일정한 회전토크값 이상의 회전력이 전달될 때, 제2부재(143)가 회전하면서 탄성부재(149)의 탄성력에 의해 축방향으로 이동되어 볼부재(151)의 경방향 이동이 이루어지게 됨으로써 회전이 방지될 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자가 모터의 반력토크보다 과도한 회전토크를 조향축에 발생시키는 경우 조향축의 회전을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 실시예들의 실시예들을 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예들의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 실시예들의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들에 개시된 실시예들은 본 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예들의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예들의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 조향휠 103: 조향축
123: 모터축 141: 제1부재
143: 제2부재 145: 제3부재
147: 회전방지부재 148: 체결부재
149: 탄성부재 151: 볼부재

Claims (11)

  1. 조향축과 모터축 중 어느 일측에 결합되며, 일측단 외주면에 축방향의 고정홈이 형성되어 있는 제1부재;
    상기 고정홈과 대응되는 고정돌기가 형성되어 상기 제1부재의 외측에 결합되며 일측단부 면에 원주방향으로 이격 배치되는 제1지지홈이 형성되어 있는 제2부재;
    상기 조향축과 모터축 중 나머지 일측에 결합되며, 상기 제1지지홈과 대응되는 위치에 제2지지홈이 형성되어 있는 제3부재;
    상기 제1지지홈과 제2지지홈에 지지되며 삽입되는 볼부재;
    상기 조향축이 내장되는 하우징에 고정되는 환형으로 형성되며 내주면에 축방향의 걸림홈이 형성되며 상기 제2부재와 제3부재의 외주면에 결합되는 회전방지부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2부재는 환형으로 형성되며 내주면에 상기 고정돌기가 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2지지홈은 상기 제3부재의 경방향 외주면쪽으로 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2지지홈은 상기 지지홈의 내측으로부터 경방향의 외주면까지 폭이 넓어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 고정홈이 형성된 중앙부를 기준으로 일측단쪽에 축방향으로 연장된 연장부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 고정홈이 형성된 중앙부를 기준으로 타측단쪽에 직경이 확대된 대경부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 대경부와 상기 제2부재의 사이에는 축방향의 탄성력을 가하는 탄성부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 연장부에는 내주면에 나사부가 형성된 결합부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3부재는 내측에 관통공이 형성되어 상기 관통공을 통해 체결부재가 상기 제1부재의 결합부와 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 관통공의 일측에는 걸림턱이 형성되어 상기 체결부재의 머리부가 지지되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1지지홈과 제2지지홈은 각각 원주방향으로 세개 이상씩 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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