KR20200039273A - 스티어 바이 와이어 조향 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 일정 조건 시, 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전을 제한하는 락킹부; 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크의 생성이 가능한 액추에이터 및 상기 축의 회전이 상기 락킹부의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 상기 축에 제공하도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 스티어 바이 와이어 조향 장치가 제공된다.

Description

스티어 바이 와이어 조향 장치{STEER BY WIRE TYPE STEERING APPARATUS}
본 발명은 스티어 바이 와이어 조향 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 락킹부의 오작동으로 인하여 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전이 제한된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크가 액추에이터에 의해 생성되는 스티어 바이 와이어 조향 장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어(Steer by Wire, SBW) 조향 장치는 조향휠과 차륜 사이에 유니버설 조인트 등의 기계적인 연결 없이 센서의 입력에 따라 전자제어유닛과 모터를 이용하여 차륜을 조향시키는 장치이다. 스티어 바이 와이어 조향 장치는 종래 유압식 조향 장치의 복잡한 구성을 생략하고, 차속 등 주행상황에 따라 조향비를 가변하는 기능을 쉽게 구현할 수 있게 해주며, 이를 통해 운전자 편의성 및 차량 안정성을 향상시켜 준다.
스티어 바이 와이어 조향 장치는 일반적으로 조향 반력부와 차륜 조향부를 포함하며, 조향휠과 차륜이 기계적으로 연결이 끊어진 상태에서 전자제어유닛이 조향휠의 조향각을 전기신호로 입력받아 차륜 조향부를 구동함으로써 차륜의 조향이 이루어지게 되고, 조향 반력부는 전자제어유닛의 제어에 따라 적절한 반력을 생성함으로써 운전자로 하여금 자연스러운 조향감을 느끼게 해준다.
종래 스티어 바이 와이어 조향 장치는 시동이 꺼진 상태, 장애물에 차륜이 걸린 상태 등 일정 조건 시 조향휠의 회전을 제한하기 위하여 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전을 제한하는 구성을 갖는데, 통상적으로 솔레노이드를 작동시켜 락킹 바가 상기 축에 걸리도록 제한하는 방식이 사용된다. 이와 같은 방식은 조향휠의 회전을 기계적으로 제한하는 데에 효과적이다. 그러나 차량의 시동이 켜진 상태에서 주행 중에 솔레노이드의 오작동이 발생할 경우 조향휠이 고정되어 운전자에 의한 조향이 불가능하게 되므로 안전에 있어 치명적인 문제가 유발된다.
한국등록특허 제10-1229126호 “스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템”, 2013. 02. 01 공고
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명의 목적은, 락킹부의 오작동으로 인하여 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전이 제한된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크가 액추에이터에 의해 생성되어 상기 축에 제공되도록 함으로써 차량의 주행 중 조향 불능 상태가 발생하는 것을 방지하는 스티어 바이 와이어 조향 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 조향 장치에 있어서, 일정 조건 시, 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전을 제한하는 락킹부; 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크의 생성이 가능한 액추에이터 및 상기 축의 회전이 상기 락킹부의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 상기 축에 제공하도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 스티어 바이 와이어 조향 장치가 제공된다.
이때, 상기 락킹부는, 외주면에 락킹 홈이 형성되어 있고, 상기 축 상에 배치되는 락킹 링; 일정 조건 시, 상기 락킹 홈에 삽입되어 상기 축의 회전을 제한하는 락킹 바를 포함하는 락킹 수단 및 상기 축과 상기 락킹 링 사이에 배치되어 상기 락킹 링과 상기 축 사이에 체결력을 제공하는 체결 수단을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 체결 수단은 상기 축의 외주면과 상기 락킹 링의 내주면 사이에 배치되는 탄성부재로 이루어질 수 있다.
또한 이 경우, 상기 축은 조향축일 수 있다.
또한 이 경우, 상기 축은 상기 조향축 상에 결합된 웜휠에 조향 반력을 전달하는 웜축일 수도 있다.
한편, 상기 액추에이터는 조향 반력을 생성하는 모터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스티어 바이 와이어 조향 장치에 있어서, 락킹부의 오작동으로 인하여 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전이 제한된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크가 액추에이터에 의해 생성되어 상기 축에 제공됨으로써 차량의 주행 중 조향 불능 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스티어 바이 와이어 조향 장치에 있어서, 상기 락킹부의 오작동으로 인해 상기 축의 회전이 제한된 경우에도 조향의 계속적 수행만이 아니라 적절한 반력감의 제공도 이루어질 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 웜축, 락킹부 및 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 작동 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 조향축, 락킹부 및 액추에이터의 사시도이다.
도 6은 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 작동 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 조향축, 락킹부 및 액추에이터의 사시도이다.
도 9는 도 8의 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 웜축, 락킹부 및 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치는 조향휠(10)의 조작에 따라 조향휠(10)과 연결된 조향축(20)이 회전하며, 조향휠(10)의 조향각, 조향토크 등에 기초한 전자제어유닛(미도시)의 제어에 따라 조향축(20)에 적절한 조향 반력이 제공되는 한편, 조향축(20)과 기계적으로 연결되지 않은 차륜 조향부(미도시)가 상기 전자제어유닛의 제어에 따라 차륜의 조향을 수행하도록 구성되며, 락킹부(100), 액추에이터(200) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
락킹부(100)는 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전을 제한한다. 본 발명의 일 실시예에서, 락킹부(100)는 조향축(20)에 결합된 웜휠(21)에 조향 반력을 제공하는 웜축(30)의 회전을 제한하며, 락킹 링(110), 락킹 수단(120) 및 체결 수단(130)을 포함한다. 여기서, 웜축(30)은 웜 하우징(미도시) 내에 배치되어 있는데, 웜축(30)의 일단은 액추에이터(200)와 연결되고, 웜축(30)의 타단은 상기 웜 하우징 내에 배치되는 베어링(31)과 결합되어 있다. 또한, 웜축(30)을 웜휠(21) 쪽으로 가압하여 웜축(30)과 웜휠(21) 사이의 유격을 방지하는 유격 방지 수단(33)이 추가적으로 배치될 수도 있다. 도 2에서 유격 방지 수단(33)은 베어링(31)을 가압함으로써 웜축(30)과 웜휠(21) 사이의 유격을 보상할 수 있는 형태로 배치되어 있다.
락킹 링(110)은 외주면에 락킹 홈(111)이 형성되어 있고, 웜축(30) 상에 배치되는 링형 부재이다. 락킹 링(110)은 웜축(30) 상에 체결 수단(130)이 제공하는 체결력에 의해 결합된다. 락킹 홈(111)은 락킹 링(110)의 외주면에 일정 간격으로 다수 형성될 수 있다.
락킹 수단(120)은 일정 조건 시, 락킹 홈(111)에 삽입되어 웜축(30)의 회전을 제한하는 락킹 바(121)를 포함한다. 락킹 바(121)는 솔레노이드(122)에 결합되어 솔레노이드(122)의 작동에 따라 락킹 홈(111)에 삽입되거나 락킹 홈(111)에서 인출될 수 있다. 이때, 일정 조건은 차량의 시동이 꺼진 상태, 주행 중 장애물에 차륜이 걸린 상태, 20Nm 이상의 반력이 요구되는 상태 등이 될 수 있다. 이와 같은 일정 조건에 해당하는 경우 솔레노이드(122)는 상기 전자제어유닛의 제어에 따라 락킹 바(121)를 락킹 홈(111)에 삽입시킨다. 그 결과 웜축(30)의 회전은 기계적으로 제한되며, 웜휠(21)을 통해 웜축(30)과 연결된 조향축(20)의 회전 역시 제한된다. 이때, 솔레노이드(122)의 제어는 상기 전자제어유닛에 의해 이루어질 수 있다.
체결 수단(130)은 웜축(30)과 락킹 링(110) 사이에 배치되어 락킹 링(110)과 웜축(30) 사이에 체결력을 제공한다. 체결 수단(130)은 웜축(30)의 외주면과 락킹 링(110)의 내주면 사이에 배치되는 탄성부재로 이루어질 수 있다. 구체적으로 탄성부재는 링 형상으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 톨러런스 링(Tolerance ring)으로 이루어질 수 있다.
액추에이터(200)는 웜축(30)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크의 생성이 가능하다. 액추에이터(200)는 모터로 이루어질 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서, 액추에이터(200)는 조향 반력을 생성하는 모터로 이루어진다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 액추에이터(200)는 상기 일정 조건에 해당되지 않는 차량의 주행 상태인 경우 상기 전자제어유닛의 제어에 따라 웜축(30)을 회전 구동한다. 액추에이터(200)는 조향휠(10)의 조향각, 조향토크 등에 기초하여 이루어지는 상기 전자제어유닛의 제어에 따라 적절한 반력의 생성을 위한 토크를 생성하며, 웜축(30)은 조향축(20)에 결합된 웜휠(21)에 맞물려 있으므로 웜축(30)의 회전에 따라 조향축(20)에 그에 상응하는 조향 반력이 제공된다.
상기 일정 조건에 해당하는 경우 락킹부(100)에 의해 웜축(30)의 회전이 제한되므로 웜휠(21)을 통해 웜축(30)과 맞물린 조향축(20)의 회전도 제한된다. 그러나, 상기 일정 조건에 해당되지 않는 차량의 주행 상태임에도 불구하고 락킹부(100)에 의해 웜축(30)의 회전이 제한되는 경우 조향축(20)이 잠기면서 조향 불능 상태가 되므로 안전상 매우 위험하다. 이와 같은 상황에서 액추에이터(200)는 상기 제어부의 제어에 따라 웜축(30)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성한다. 더욱 상세하게, 액추에이터(200)는 락킹 링(110)와 웜축(30) 사이에 배치된 체결 수단(130)의 체결력 보다 큰 토크를 생성할 수 있다. 그 결과 도 4에 나타난 바와 같이, 체결 수단(130)과 락킹 링(110) 사이의 체결이 깨지면서 락킹 바(121)가 락킹 링(110)의 락킹 홈(111)에 삽입되어 있는 상태에서도 웜축(30)의 회전이 가능하게 되며, 이에 따라 조향축(20)의 회전도 가능해진다. 또한, 더불어서 조향축(20)에 적절한 조향 반력의 제공도 이루어질 수 있게 된다. 이와 같이 액추에이터(200)는 비상 상황에서 웜축(30)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성함으로써 안전성을 확보하여 준다.
상기 제어부는 웜축(30)의 회전이 락킹부(100)의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 웜축(30)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 웜축(30)에 제공하도록 액추에이터(200)를 제어한다. 상기 제어부는 상기 전자제어유닛으로 이루어지거나 그 일부로서 포함될 수도 있다.
락킹부(100)의 오작동으로 인해 웜축(30)의 회전이 제한된 경우란 상기 일정 조건에 해당되지 않는 차량의 주행 상태임에도 불구하고 락킹부(100)에 의한 웜축(30)의 회전 제한이 이루어진 경우를 의미한다. 전술한 바와 같이, 이것은 주행 중 차량이 조향 불능에 빠지는 상황이므로 사고로 이어질 개연성이 높다. 본 발명에서 상기 제어부는 이러한 위험을 감지할 경우 액추에이터(200)를 제어하여 체결수단(130)에 의한 웜축(30)과 락킹 링(110) 사이의 체결력을 이길 수 있는 토크가 생성되도록 함으로써 웜축(30)의 회전이 이루질 수 있게 해준다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 조향축, 락킹부 및 액추에이터의 사시도가 나타나 있고, 도 6에는 도 5의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치는 본 발명의 일 실시예와 비교하여 락킹부(100)가 조향축(20) 상에 결합된 점에서 차이가 있다.
즉, 본 발명의 다른 일 실시예에서, 락킹부(100)는 조향축(20)의 회전을 제한한다. 락킹부(100)는 락킹 링(110), 락킹 수단(120) 및 체결 수단(130)을 포함하되, 락킹 링(110)은 조향축(20) 상에 결합되고, 락킹 수단(120)의 락킹 바(121)는 상기 일정 조건 시, 조향축(20) 상에 결합된 락킹 링(110)의 락킹 홈(111)에 삽입된다. 또한, 체결 수단(130)은 락킹 링(110)과 조향축(20) 사이에 체결력을 제공한다. 이때, 체결 수단(130)은 조향축(20)의 외주면과 락킹 링(110)의 내주면 사이에 배치되는 탄성부재로 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 탄성부재는 링 형상으로 이루어질 수 있으며, 더욱 상세하게는 톨러런스 링(Tolerance ring)으로 이루어질 수 있다.
한편, 액추에이터(200)는 조향축(20)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크의 생성이 가능하며, 상기 제어부는 조향축(20)의 회전이 락킹부(100)의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 조향축(20)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 조향축(20)에 제공하도록 액추에이터(200)를 제어한다.
따라서 락킹부(100)의 오작동으로 인하여 조향축(20)의 회전이 제한된 경우 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 제어부의 제어에 따라 액추에이터(200)가 체결 수단(130)에 의해 제공되는 락킹 링(110)과 조향축(20) 사이의 체결력 보다 큰 토크를 생성하여 웜축(30)을 통해 조향축(20)에 전달함으로써 조향 불능 상태를 방지한다.
한편, 도 8에는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치의 조향축, 락킹부 및 액추에이터의 사시도가 나타나 있으며, 도 9에는 도 8의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 조향 장치는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예와 비교하여 액추에이터(200)가 조향축(20)에 직접 결합된 점에서 차이가 있으며, 본 발명의 다른 일 실시예와 동일하게 락킹부(100)는 조향축(20) 상에 결합되어 있으며, 체결 수단(130)은 조향축(20)의 외주면과 락킹 링(110)의 내주면 사이에 배치되는 탄성부재로 이루어질 수 있다. 이때, 탄성부재는 링 형상으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 탄성부재는 톨러런스 링(Tolerance ring)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 제어부는 조향축(20)의 회전이 락킹부(100)의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 조향축(20)의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 조향축(20)에 제공하도록 액추에이터(200)를 제어한다.
이에 따라 액추에이터(200)는 체결 수단(130)에 의해 제공되는 락킹 링(110)과 조향축(20) 사이의 체결력 보다 큰 토크를 생성하여 조향축(20)에 제공함으로써 조향 불능 상태를 방지한다. 이때, 액추에이터(200)는 조향축(20)에 직접 결합되어 있으므로 생성한 토크를 조향축(20)에 직접 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서 액추에이터(200)는 상기 일정 조건에 해당되지 않는 차량의 주행 상태인 경우 상기 전자제어유닛의 제어에 따라 조향축(20)에 조향 반력을 위한 토크를 제공할 수 있다. 즉, 액추에이터(200)는 조향 반력을 제공하는 역할을 동시에 수행하되, 웜축(30) 및 웜휠(21)을 거쳐 조향 반력을 제공하는 것이 아니라 직접 조향축(20)에 결합되어 조향 반력을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 조향휠
20: 조향축
30: 웜축
100: 락킹부
110: 락킹 링 111: 락킹 홈
120: 락킹 수단 121: 락킹 바
122: 솔레노이드
130: 체결 수단
200: 액추에이터

Claims (6)

  1. 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 조향 장치에 있어서,
    일정 조건 시, 조향력 또는 조향 반력을 전달하는 축의 회전을 제한하는 락킹부;
    상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크의 생성이 가능한 액추에이터 및
    상기 축의 회전이 상기 락킹부의 오작동으로 인해 제한되었는지 여부를 판단하고, 오작동으로 인한 제한으로 판단된 경우 상기 축의 회전 제한 상태를 극복할 수 있는 토크를 생성하여 상기 축에 제공하도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 스티어 바이 와이어 조향 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 락킹부는,
    외주면에 락킹 홈이 형성되어 있고, 상기 축 상에 배치되는 락킹 링;
    일정 조건 시, 상기 락킹 홈에 삽입되어 상기 축의 회전을 제한하는 락킹 바를 포함하는 락킹 수단 및
    상기 축과 상기 락킹 링 사이에 배치되어 상기 락킹 링과 상기 축 사이에 체결력을 제공하는 체결 수단을 포함하는 스티어 바이 와이어 조향 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 체결 수단은 상기 축의 외주면과 상기 락킹 링의 내주면 사이에 배치되는 탄성부재로 이루어지는 스티어 바이 와이어 조향 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 축은 조향축인 스티어 바이 와이어 조향 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 축은 상기 조향축 상에 결합된 웜휠에 조향 반력을 전달하는 웜축인 스티어 바이 와이어 조향 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 조향 반력을 생성하는 모터로 이루어지는 스티어 바이 와이어 조향 장치.
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