KR20200041398A

KR20200041398A - Sbw시스템의 조향장치

Info

Publication number: KR20200041398A
Application number: KR1020180120862A
Authority: KR
Inventors: 김민준; 박영대; 이병림; 황상우; 장세현; 조현석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-04-22
Also published as: CN111038574B; DE102018129564A1; CN111038574A; US11124229B2; KR102602956B1; US20200114960A1

Abstract

본 발명은 시스템 마찰력을 가변하여 제공하는 구조와, 스티어링휠의 회전범위를 제한하는 구조가 복합된 SBW시스템의 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에서는, 스티어링휠에 연동하여 회전하는 샤프트; 상기 샤프트를 감싸는 형상으로 마련되어 상기 샤프트에 접촉되는 마찰부재; 상기 샤프트의 반경방향으로 상기 마찰부재가 오므려지거나 벌어지도록 작동시켜 샤프트에 접촉되는 마찰력을 가변하여 제공하는 마찰력제공수단; 및 상기 샤프트가 회전하는 과정에서 상기 마찰부재에 구비된 스토퍼에 의해 상기 샤프트의 회전을 규제하여 스티어링휠의 조향을 제한하는 조향제한수단;을 포함하여 구성되는 SBW시스템의 조향장치가 소개된다.

Description

SBW시스템의 조향장치{STEERING APPARATUS FOR STEER-BY-WIRE SYSTEM}

본 발명은 시스템 마찰력을 가변하여 제공하는 구조와, 스티어링휠의 회전범위를 제한하는 구조가 복합된 SBW시스템의 조향장치에 관한 것이다.

SBW시스템(STEER-BY-WIRE SYSTEM : 스티어 바이 와이어 시스템)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 SBW시스템은 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 조향반력을 별도 생성할 필요가 없지만, SBW시스템의 경우에는 기계적 연결구조가 없기 때문에 모터 등을 이용하여 조향반력 또는 복원반력을 생성해야 하는 구조가 필요로 하게 된다.

더군다나, 기존 조향시스템의 경우 시스템마찰력이 3Nm 수준으로 비교적 높게 형성되는 반면, SBW시스템의 경우 저마찰 시스템으로서 시스템마찰력이 0.5Nm 이하 수준이 되어 스티어링휠에서 손을 떨어뜨리는 수방동작시, 반력모터에 의한 반력토크에 의해 진동이 발생할 수 있는 문제가 있다.

또한, 반력모터는 시스템마찰력이 낮을 경우 스티어링휠의 중립위치(온센터)에서 매우 가볍게 되는 현상이 발생하게 되는바, 시스템 안정화 측면에서 일정 수준의 마찰력이 요구되고 있다.

한편, 기존 조향시스템의 경우 타이어가 연석 등에 걸려서 회전한계에 도달하여 더 이상 돌아갈 수 없는 경우 스티어링휠이 회전하지 않게 되지만, SBW시스템의 경우에는 기계적 연결구조가 없기 때문에 연석 등에 걸리게 되더라도, 스티어링휠이 계속해서 돌아가는 현상이 발생할 수 있는바, 스티어링휠의 회전범위를 제한할 필요도 있다.

이에, SBW시스템 분야에서 스티어링휠의 회전각도를 일정하게 제한해주는 기술이 요구되고 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 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 시스템 마찰력을 가변하여 제공하는 구조와, 스티어링휠의 회전범위를 제한하는 구조가 복합된 SBW시스템의 조향장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스티어링휠에 연동하여 회전하는 샤프트; 상기 샤프트를 감싸는 형상으로 마련되어 상기 샤프트에 접촉되는 마찰부재; 상기 샤프트의 반경방향으로 상기 마찰부재가 오므려지거나 벌어지도록 작동시켜 샤프트에 접촉되는 마찰력을 가변하여 제공하는 마찰력제공수단; 및 상기 샤프트가 회전하는 과정에서 상기 마찰부재에 구비된 스토퍼에 의해 상기 샤프트의 회전을 규제하여 스티어링휠의 조향을 제한하는 조향제한수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 마찰력제공수단은, 상기 마찰부재의 양단에 연결되고, 일단이 고정된 상태에서 타단이 이동함에 따라 마찰부재가 오므려지거나 벌어지는 조임수단; 상기 조임수단의 타단을 이동하기 위한 힘을 제공하는 마찰용 액추에이터;를 포함할 수 있다.

상기 조임수단은, 상기 마찰부재의 양단에 스크류의 회전에 의해 너트부가 직선 이동하는 볼스크류기구를 연결하여 구성하되, 상기 마찰부재의 일단에 상기 볼스크류기구의 지지부가 연결되고, 상기 마찰부재의 타단에 볼스크류기구의 너트부가 연결되어 상기 스크류의 회전에 따라 상기 너트부가 직선 이동되어 상기 샤프트에 접촉되는 마찰부재의 마찰력이 가변될 수 있다.

상기 마찰용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제1솔레노이드;를 포함하여 구성하고, 상기 철심코어의 단부에 랙기어가 구비되고, 상기 스크류의 단부에 피니언기어가 형성되며, 상기 랙기어와 피니언기어가 치합 결합되어 상기 철심코어의 직선 이동에 따라 스크류가 회전 작동될 수 있다.

상기 제1솔레노이드는, 상기 코일의 중앙에 고정철심이 구비되고; 상기 고정철심의 중앙에서 철심코어가 직선 이동되며; 상기 고정철심과 철심코어 사이에 리턴스프링을 구비하여, 상기 고정철심을 향해 이동된 철심코어에 탄성복원력을 제공하도록 구성할 수 있다.

스티어링휠의 조향각정보와 차속을 입력받아, 상기 제1솔레노이드의 코일에 전류 인가여부를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어기는, 차속이 제1기준차속 이상시, 상기 제1솔레노이드에 전류를 인가하고; 차속이 제1기준차속보다 낮은 제2기준차속 미만시, 상기 제1솔레노이드에 전류를 인가하도록 제어할 수 있다.

상기 조향제한수단은, 중앙에 상기 샤프트의 일단이 축 결합되어 샤프트와 함께 회전되고, 상기 마찰부재와 마주하여 구비된 회전부재; 상기 샤프트를 중심으로 회전부재의 소정 반경 위치에 돌출 구비된 제1스토퍼; 상기 회전부재를 향하여 마찰부재에 돌출 구비되고, 상기 제1스토퍼의 회전경로 상에 구비되어 제1스토퍼의 회전 작동을 제한하는 제2스토퍼;를 포함할 수 있다.

상기 스티어링휠이 구비된 컬럼에 구동부재가 결합되고; 상기 구동부재와 회전부재가 소정의 감속비를 형성하여 기어치합 구조로 연결될 수 있다.

상기 마찰부재를 따라 상기 제1스토퍼의 회전경로가 형성되고; 상기 제2스토퍼가 상기 제1스토퍼의 회전경로 상에서 제1스토퍼를 향해 회전 가능하게 구비되고; 상기 제2스토퍼를 회전하기 위한 힘을 제공하는 비상정지용 액추에이터;를 포함할 수 있다.

상기 비상정지용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제2솔레노이드;를 포함하여 구성하고, 상기 철심코어의 단부에 고정링크가 연결되고, 상기 고정링크의 단부에 회전링크의 일단이 힌지구조로 연결되며, 상기 회전링크의 타단이 상기 제2스토퍼에 힌지구조로 연결되어 상기 철심코어의 직선 이동에 따라 제2스토퍼가 회전 작동될 수 있다.

상기 제2솔레노이드는, 상기 코일의 중앙에 고정철심이 구비되고; 상기 고정철심의 중앙에서 철심코어가 직선 이동되며; 상기 고정철심과 철심코어 사이에 리턴스프링을 구비하여, 상기 고정철심을 향해 이동된 철심코어에 탄성복원력을 제공하도록 구성할 수 있다.

상기 마찰용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제1솔레노이드;를 포함하여 구성하고, 상기 제1솔레노이드의 철심코어 중단에 구비된 이동센서; 상기 제1솔레노이드의 코일 내측에 구비된 고정센서; 스티어링휠의 조향각과 타이어 조타각이 소정값 이상 차이가 발생하고, 상기 철심코어의 이동에 따라 고정센서에서 이동센서를 감지하는 경우, 상기 제2솔레노이드의 코일에 전류를 인가하도록 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 스티어링휠에 마찰력을 가변하여 제공하는 구조를 통해 주행 상황별로 스티어링휠에 필요한 마찰력을 제공함으로써, 조향감을 향상시킴은 물론 기존 조향시스템과 유사한 거동을 재현하는 효과가 있다.

더욱이, 스티어링휠의 회전범위를 가변적으로 제한하는 구조를 통해 연석 상황과 같은 운전상황에서 스티어링휠의 회전을 긴급하게 제한할 수 있고, 또한 스티어링휠의 회전이 제한된 경우 반대방향으로는 회전이 허용됨으로써, 스티어링휠의 역회전 잠김 현상이 발생하지 않아 조향불능에 의한 위험상황을 회피할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 SBW시스템의 조향장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 볼스크류기구에 의한 마찰 가변 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1솔레노이드를 이용한 마찰 가변 작동을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 조향각 제한 작동을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제1솔레노이드 및 제2솔레노이드를 이용한 조향각 긴급제한 작동을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 조향각 긴급제한 작동을 위한 제2스토퍼의 이동작동을 도시한 도면.
도 7은 도 6의 조향각 긴급제한 작동에 따른 제1스토퍼와 제2스토퍼의 작동상태를 도시한 도면.

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

본 발명의 SBW시스템의 조향장치는, 샤프트(31)와, 마찰부재(50) 및 마찰력제공수단을 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 샤프트(31)는 스티어링휠(10)에 연동하여 회전이 되는 것으로, 스티어링휠(10)의 회전에 따라 회전하는 컬럼(11)과 연동하여 회전이 될 수 있다. 여기서, 상기 컬럼(11)의 일단에는 스티어링휠(10)이 결합되고, 상기 컬럼(11)의 타단에는 반력모터(M)가 장착되어, 상기 스티어링휠(10)에 조향반력을 제공할 수 있게 된다.

마찰부재(50)는 상기 샤프트(31)를 감싸는 형상으로 마련되어 상기 샤프트(31)에 접촉된다.

마찰력제공수단은 상기 샤프트(31)의 반경방향으로 상기 마찰부재(50)가 오므려지거나 벌어지도록 작동시켜 샤프트(31)에 접촉되는 마찰력을 가변하여 제공하는 역할을 하게 된다.

조향제한수단은, 상기 샤프트(31)가 회전하는 과정에서 상기 마찰부재(50)에 구비된 스토퍼에 의해 상기 샤프트(31)의 회전을 규제하여 스티어링휠(10)의 조향을 제한하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기한 구성에 따르면, 스티어링휠(10)과 연동 회전하는 샤프트(31)가 마찰부재(50)에 접촉된 상태에서 마찰력제공수단에 의해 마찰력이 증가 또는 감소됨으로써, 차량의 특정 운전조건에서 스티어링휠(10)의 조향감을 가볍거나 무겁게 조절할 수 있고, 또한 스티어링휠(10)이 회전하는 과정에서 조향제한수단에 의해 샤프트(31)의 회전을 규제함으로써, 차량의 특정 운전조건에서 스티어링휠(10)의 회전을 규제할 수 있다.

따라서, 본 발명은 스티어링휠(10)에 마찰력을 가변하여 제공하는 구조와, 스티어링휠(10)의 회전범위를 제한하는 구조를 복합 구성할 수 있게 된다.

한편, 상기 마찰력제공수단은 조임수단과, 마찰용 액추에이터를 포함하여 구성이 된다.

도 2를 참조하여 설명하면, 상기 조임수단은 상기 마찰부재(50)의 양단에 연결되고, 일단이 고정된 상태에서 타단이 이동함에 따라 마찰부재(50)가 오므려지거나 벌어지도록 구성이 된다.

구체적으로, 상기 조임수단은 상기 마찰부재(50)의 양단에 스크류(61)의 회전에 의해 너트부(62)가 직선 이동하는 볼스크류기구(60)를 연결하여 구성이 된다. 참고로, 상기 볼스크류기구(60)는 축력에 대해 강건한 구조로서, 샤프트(31)의 회전시 너트부(62)의 직선 이동작용을 안정적으로 유지할 수 있는 구조이다.

예컨대, 상기 마찰부재(50)의 일단에 상기 볼스크류기구(60)의 지지부(63)가 연결되고, 상기 마찰부재(50)의 타단에 볼스크류기구(60)의 너트부(62)가 연결되어 상기 스크류(61)의 회전에 따라 상기 너트부(62)가 직선 이동됨으로써, 상기 샤프트(31)에 접촉되는 마찰부재(50)의 마찰력이 가변될 수 있게 된다.

부연하면, 상기 지지부(63)를 관통하여 스크류(61)가 삽입될 수 있고, 상기 지지부(63)와 스크류(61) 사이는 베어링구조에 의해 지지됨으로써, 스크류(61)의 회전에도 지지부(63)가 함께 회전하지 않게 되고, 이에 상기 지지부(63)에 마찰부재(50)가 연결될 수 있다.

다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 마찰용 액추에이터는 상기 조임수단의 타단을 이동하기 위한 힘을 제공하는 역할을 하는 것으로, 코일(71)에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어(74)가 직선 이동되는 제1솔레노이드(70)를 포함하여 구성이 된다.

예컨대, 상기 철심코어(74)의 단부에 랙기어(75)가 구비되고, 상기 스크류(61)의 단부에 피니언기어(64)가 형성되며, 상기 랙기어(75)와 피니언기어(64)가 치합 결합되어 상기 철심코어(74)의 직선 이동에 따라 스크류(61)가 회전 작동될 수 있게 된다.

아울러, 상기 제1솔레노이드(70)는 고정철심(72)과, 철심코어(74)와, 리턴스프링(73)을 포함하여 구성이 되는 것으로, 상기 제1솔레노이드(70) 코일(71)의 중앙을 관통하는 형상으로 고정철심(72)이 구비되고, 상기 고정철심(72)의 중앙에는 스프링홀(72a)이 형성되어, 상기 스프링홀(72a)을 향해 철심코어(74)가 직선 이동 가능하게 구비된다.

그리고, 상기 고정철심(72)의 스프링홀(72a) 내부단과 철심코어(74) 사이에는 리턴스프링(73)을 구비하여, 상기 고정철심(72)을 향해 이동된 철심코어(74)에 탄성복원력을 제공하도록 구성이 된다.

더불어, 본 발명은 도 3과 같이 제어기(C)를 통해 스티어링휠(10)의 조향각정보(조향각, 조향각속도 등)와 차속을 입력받아, 상기 제1솔레노이드(70)의 코일(71)에 전류 인가여부를 제어하는 구성을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어기(C)는, 차속이 제1기준차속 이상시, 상기 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가할 수 있다.

또한, 차속이 제1기준차속보다 낮은 제2기준차속 미만시, 상기 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하도록 제어할 수 있다.

즉, 일반적인 주행조건에서는 볼스크류기구(60)에 의한 추가적인 마찰력이 요구되지 않아 약 0.5~0.7Nm 수준의 상대적으로 작은 마찰력이 발생되는바, 샤프트(31)의 외주면과 마찰부재(50)의 내주면이 단순 밀착되어 있는 상태에 있게 된다.

이 후, 차량의 운전조건에 따라 스티어링휠(10)에 소정 이상의 마찰력이 요구되는 경우, 상기 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하게 되면, 제1솔레노이드(70)의 철심코어(74)가 이동하게 되고, 상기 철심코어(74)의 스트로크에 상응하여 너트부(62)의 스트로크가 변하게 되면서 샤프트(31)를 조이는 마찰부재(50)의 힘이 증대되는바, 이에 스티어링휠(10)에 마찰력을 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 조향제한수단은, 회전부재(30)와, 제1스토퍼(31) 및 제2스토퍼(51)를 포함하여 구성이 될 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 회전부재(30)는 중앙에 상기 샤프트(31)의 일단이 축 결합되어 샤프트(31)와 함께 회전되고, 상기 마찰부재(50)와 마주하여 구비된다.

그리고, 상기 제1스토퍼(31)가 상기 샤프트(31)를 중심으로 회전부재(30)의 소정 반경 위치에 돌출 구비되고, 상기 제2스토퍼(51)가 상기 회전부재(30)를 향하여 마찰부재(50)에 돌출 구비된다.

이때에, 상기 제2스토퍼(51)는 제1스토퍼(31)의 회전경로 상에 구비되어 제1스토퍼(31)의 회전 작동을 제한하는 역할을 하는 것으로, 상기 제2스토퍼(51)는 스티어링휠(10)의 좌선회 풀턴조향 및 우선회 풀턴조향돈 상태에서 조향각을 각각 개별적으로 제한하도록 상기 회전경로 상에 2개가 구비될 수 있다.

더불어, 도 1과 같이 상기 스티어링휠(10)이 구비된 컬럼(11)의 중단에는 구동부재(20)가 결합되고, 상기 구동부재(20)와 회전부재(30)가 소정의 감속비를 형성하여 기어치합 구조로 연결될 수 있다.

즉, 스티어링휠(10)의 중립위치에서 어느 한 선회방향으로 풀턴하는 경우, 스티어링휠(10)을 적어도 360°를 초과하여 회전시켜야 하는데, 구동부재(20)에 제1스토퍼(31)가 형성되면 상기 구동부재(20)는 컬럼(11)과 동일한 회전변위로 회전하게 되므로, 스티어링휠(10)을 풀턴하기 전에 제1스토퍼(31)가 제2스토퍼(51)에 접촉되어 스티어링휠(10)의 회전을 제한하는 문제가 발생하게 된다.

이에, 상기 스티어링휠(10)의 중립위치에서 풀턴까지의 회전각도가, 상기 제1스토퍼(31)와 제2스토퍼(51) 사이의 회전변위에 상응하도록 구동부재(20)와 회전부재(30)에 적절한 감속기어비를 형성하여 연결하게 되고, 이에 스티어링휠(10)의 중립위치에서 풀턴 회전시, 제1스토퍼(31)가 제2스토퍼(51)에 맞닿게 되어 스티어링휠(10)의 회전을 제한하게 된다.

아울러, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명은 상기 마찰부재(50)를 따라 상기 제1스토퍼(31)의 회전경로가 형성되고, 상기 제2스토퍼(51)가 상기 제1스토퍼(31)의 회전경로 상에서 제1스토퍼(31)를 향해 회전 가능하게 구비될 수 있다.

이때에, 상기 제2스토퍼(51)를 회전하기 위한 힘을 제공하도록 비상정지용 액추에이터가 구비될 수 있다.

상기 비상정지용 액추에이터는, 도 5에 도시한 바와 같이 코일(81)에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어(84)가 직선 이동되는 제2솔레노이드(80)를 포함하여 구성이 된다.

예컨대, 상기 철심코어(84)의 단부에 고정링크(85)가 연결되고, 상기 고정링크(85)의 단부에 회전링크(86)의 일단이 힌지구조(87)로 연결되며, 상기 회전링크(86)의 타단이 상기 제2스토퍼(51)에 힌지구조(87)로 연결되어 상기 철심코어(84)의 직선 이동에 따라 제2스토퍼(51)가 회전 작동될 수 있게 된다.

아울러, 상기 제2솔레노이드(80)는 고정철심(82)과, 철심코어(84)와, 리턴스프링(83)을 포함하여 구성이 되는 것으로, 상기 제2솔레노이드(80) 코일(81)의 중앙을 관통하는 형상으로 고정철심(82)이 구비되고, 상기 고정철심(82)의 중앙에는 스프링홀(82a)이 형성되어, 상기 스프링홀(82a)을 향해 철심코어(84)가 직선 이동 가능하게 구비된다.

그리고, 상기 고정철심(82)의 스프링홀(82a) 내부단과 철심코어(84) 사이에는 리턴스프링(83)을 구비하여, 상기 고정철심(82)을 향해 이동된 철심코어(84)에 탄성복원력을 제공하도록 구성이 된다.

더불어, 상기 제2솔레노이드(80)는 제1솔레노이드(70)의 특정 작동에 연동하여 작동이 될 수 있는 것으로, 이를 위해 상기 제1솔레노이드(70)의 철심코어(74) 중단에는 이동센서(77)가 구비되고, 상기 제1솔레노이드(70)의 코일(71) 내측에는 고정센서(76)가 구비된다. 바람직직하게는, 상기 고정센서(76)가 상기 고정철심(72)의 중앙에 형성된 스프링홀(82a)의 내벽면에 고정될 수 있다.

이에, 제어기(C)가 스티어링휠(10)의 조향각과 타이어 조타각이 소정값 이상 차이가 발생하고, 상기 철심코어(74)의 이동에 따라 고정센서(76)에서 이동센서(77)를 감지하는 경우, 상기 제2솔레노이드(80)의 코일(81)에 전류를 인가하도록 제어할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 마찰력 제공작동에 대해 설명하면, 제어기(C)가 조향각정보 및 차속을 입력받아, 스티어링휠(10)에 마찰력을 인가할 필요가 있는 것으로 판단시, 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하게 된다.

제1솔레노이드(70)의 코일(71)에 전류가 인가되면, 제1솔레노이드(70)의 철심코어(74)가 코일(71)의 내부를 향해 직선 이동되고, 이에 상기 철심코어(74)에 형성된 랙기어(75)가 볼스크류기구(60)의 스크류(61)에 형성된 피니언기어(64)를 회전시켜 상기 스크류(61)가 회전이 된다.

그러면, 상기 스크류(61)에 결합된 너트부(62)가 상기 스크류(61)를 따라 소정의 스트로크만큼 이동하게 되는데, 이때에 상기 너트부(62)가 지지부(63)를 향해 이동됨으로써, 마찰부재(50)가 오므려지면서 마찰부재(50)의 내면이 샤프트(31)의 외주면에 압박되어 마찰력을 상승시키게 되고, 이에 상승된 마찰력을 스티어링휠(10)에 제공할 수 있게 된다.

이 후, 스티어링휠(10)에 마찰력을 인가하지 않아도 되는 운전조건이 되는 경우, 제1솔레노이드(70)에 인가하던 전류를 해제하면, 제1솔레노이드(70) 내에 구비된 리턴스프링(73)의 탄성복원력에 의해 철심코어(74)가 코일(71)에서 멀어지는 방향으로 복원 이동되고, 이에 마찰부재(50)가 벌어지면서 마찰부재(50)의 내면이 샤프트(31)의 외주면에 약한 힘으로 마찰되어 마찰력이 저감될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 의한 조향각 제한작동에 대해 설명하면, 스티어링휠(10)을 어느 한 회전방향으로 조향 회전하게 되면, 스티어링휠(10)과 결합된 컬럼(11)이 회전하고, 컬럼(11)에 결합된 구동부재(20)와 함께 구동부재(20)에 치합된 회전부재(30)가 연동하여 회전된다.

이에, 도 4와 같이, 상기 회전부재(30)에 결합된 제1스토퍼(31)가 회전부재(30)와 함께 회전이 되는데, 상기 제1스토퍼(31)의 회전경로에 제2스토퍼(51)가 구비됨으로써, 상기 스티어링휠(10)이 풀턴 회전된 위치에서 상기 제1스토퍼(31)가 제2스토퍼(51)에 걸려지게 되고, 이에 스티어링휠(10)의 회전을 기구적으로 제한하게 된다.

한편, 타이어가 연석 등에 걸려지는 경우, 스티어링휠(10)은 회전하지만 타이어는 회전하지 못하는 경우가 발생할 수 있는바, 이 경우 스티어링휠(10)의 회전을 긴급하게 제한할 필요가 있다.

이에 본 발명에서는, 도 5와 같이 스티어링휠(10)을 조향 회전하는 과정에서 제어기(C)가 스티어링휠(10)의 조향각과 타이어 조타각이 소정값 이상 차이가 발생하고, 상기 제1솔레노이드(70)의 철심코어(74)가 이동됨에 따라 고정센서(76)에서 이동센서(77)를 감지하는 경우, 상기 제2솔레노이드(80)의 코일(81)에 전류를 인가하도록 제어하게 된다.

이처럼, 제2솔레노이드(80)의 코일(81)에 전류가 인가되면, 제2솔레노이드(80)의 철심코어(84)가 코일(81)의 내부를 향해 직선 이동되고, 이에 상기 철심코어(84)에 결합된 고정링크(85)와 함께 회전링크(86)와 제2스토퍼(51)가 함께 이동이 된다.

이때에, 도 6과 같이 상기 회전링크(86)가 고정링크(85)와 제2스토퍼(51) 사이에 힌지구조(87)로 결합되어 있으므로, 상기 회전링크(86)가 양단의 힌지구조(87)를 중심으로 회전이 되면서 이동되고, 이에 상기 제2스토퍼(51)가 마찰부재(50)를 따라 슬라이딩되면서 제1스토퍼(31)를 향해 이동된다.

따라서, 상기 제1스토퍼(31)와 제2스토퍼(51) 사이의 변위가 크게 줄어들게 됨으로써, 도 7과 같이 상기 제1스토퍼(31)가 이동이 완료된 제2스토퍼(51)에 걸려지게 되고, 이에 스티어링휠(10)의 회전을 긴급하게 제한할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 조향장치를 이용한 주행모드별 제어작동에 대해 살펴보면, 먼저 차속이 일정차속 이상으로 고속 주행하는 경우, 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하여 시스템의 마찰력을 높이게 된다.

즉, 고속 주행상황에서는 조향각 중립에서 스티어링휠(10)을 무겁게 제어하는 것이 중요하므로, 기계적인 마찰력 증대를 통해 조향각 중립에서 운전자의 조향감을 무겁게 해줄 수 있게 된다.

더불어, 차속이 일정차속 미만으로 저속 주행하는 경우에도, 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하여 시스템의 마찰력을 높이게 된다.

예컨대, 기존의 조향시스템이 설치된 차량은 정차상태에서 스티어링휠(10)을 360°회전시켰다고 가정하는 경우, 스티어링휠(10)에서 손을 놓았을 때 타이어 셀프얼라이닝 효과에 의해 약 20° 정도 되돌아오게 된다.

하지만, SBW시스템에서는 스티어링휠(10)에서 손을 놓았을 때 스티어링휠(10)의 마찰력이 낮으므로 반력모터(M)에 의한 반력토크에 의해 스티어링휠(10)이 조향각 중립위치로 돌아오게 되는 문제현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 제1솔레노이드(70)에 전류를 인가하여 타이어 마찰력에 해당하는 만큼 마찰력을 부여함으로써, 스티어링휠(10)이 조향각 중립위치로 돌아오는 것을 방지하게 되고, 이에 기존 조향시스템이 탑재된 차량과 유사한 조향거동이 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스티어링휠(10)에 마찰력을 가변하여 제공하는 구조를 통해 주행 상황별로 스티어링휠(10)에 필요한 마찰력을 제공함으로써, 조향감을 향상시킴은 물론 기존 조향시스템과 유사한 거동을 재현할 수 있게 된다.

더욱이, 스티어링휠(10)의 회전범위를 가변적으로 제한하는 구조를 통해 연석 상황과 같은 운전상황에서 스티어링휠(10)의 회전을 긴급하게 제한할 수 있고, 또한 스티어링휠(10)의 회전이 제한된 경우 반대방향으로는 회전이 허용됨으로써, 스티어링휠(10)의 역회전 잠김 현상이 발생하지 않아 조향불능에 의한 위험상황을 회피할 수 있게 된다.

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.

10 : 스티어링휠
11 : 컬럼
20 : 구동부재
30 : 회전부재
31 : 제1스토퍼
40 : 샤프트
50 : 마찰부재
51 : 제2스토퍼
60 : 볼스크류기구
61 : 스크류
62 : 너트부
63 : 지지부
64 : 피니언기어
70 : 제1솔레노이드
71 : 코일
72 : 고정철심
72a : 스프링홀
73 : 리턴스프링
74 : 철심코어
75 : 랙기어
76 : 고정센서
77 : 이동센서
80 : 제2솔레노이드
81 : 코일
82 : 고정철심
82a : 스프링홀
83 : 리턴스프링
84 : 철심코어
85 : 고정링크
86 : 회전링크
87 : 힌지구조
C : 제어기

Claims

스티어링휠에 연동하여 회전하는 샤프트;
상기 샤프트를 감싸는 형상으로 마련되어 상기 샤프트에 접촉되는 마찰부재;
상기 샤프트의 반경방향으로 상기 마찰부재가 오므려지거나 벌어지도록 작동시켜 샤프트에 접촉되는 마찰력을 가변하여 제공하는 마찰력제공수단; 및
상기 샤프트가 회전하는 과정에서 상기 마찰부재에 구비된 스토퍼에 의해 상기 샤프트의 회전을 규제하여 스티어링휠의 조향을 제한하는 조향제한수단;을 포함하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰력제공수단은,
상기 마찰부재의 양단에 연결되고, 일단이 고정된 상태에서 타단이 이동함에 따라 마찰부재가 오므려지거나 벌어지는 조임수단;
상기 조임수단의 타단을 이동하기 위한 힘을 제공하는 마찰용 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 2에 있어서,
상기 조임수단은,
상기 마찰부재의 양단에 스크류의 회전에 의해 너트부가 직선 이동하는 볼스크류기구를 연결하여 구성하되,
상기 마찰부재의 일단에 상기 볼스크류기구의 지지부가 연결되고, 상기 마찰부재의 타단에 볼스크류기구의 너트부가 연결되어 상기 스크류의 회전에 따라 상기 너트부가 직선 이동되어 상기 샤프트에 접촉되는 마찰부재의 마찰력이 가변되는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 3에 있어서,
상기 마찰용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제1솔레노이드;를 포함하여 구성하고,
상기 철심코어의 단부에 랙기어가 구비되고, 상기 스크류의 단부에 피니언기어가 형성되며, 상기 랙기어와 피니언기어가 치합 결합되어 상기 철심코어의 직선 이동에 따라 스크류가 회전 작동되는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1솔레노이드는,
상기 코일의 중앙에 고정철심이 구비되고;
상기 고정철심의 중앙에서 철심코어가 직선 이동되며;
상기 고정철심과 철심코어 사이에 리턴스프링을 구비하여, 상기 고정철심을 향해 이동된 철심코어에 탄성복원력을 제공하도록 구성한 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 4에 있어서,
스티어링휠의 조향각정보와 차속을 입력받아, 상기 제1솔레노이드의 코일에 전류 인가여부를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어기는,
차속이 제1기준차속 이상시, 상기 제1솔레노이드에 전류를 인가하고;
차속이 제1기준차속보다 낮은 제2기준차속 미만시, 상기 제1솔레노이드에 전류를 인가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 조향제한수단은,
중앙에 상기 샤프트의 일단이 축 결합되어 샤프트와 함께 회전되고, 상기 마찰부재와 마주하여 구비된 회전부재;
상기 샤프트를 중심으로 회전부재의 소정 반경 위치에 돌출 구비된 제1스토퍼;
상기 회전부재를 향하여 마찰부재에 돌출 구비되고, 상기 제1스토퍼의 회전경로 상에 구비되어 제1스토퍼의 회전 작동을 제한하는 제2스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 8에 있어서,
상기 스티어링휠이 구비된 컬럼에 구동부재가 결합되고;
상기 구동부재와 회전부재가 소정의 감속비를 형성하여 기어치합 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 8에 있어서,
상기 마찰부재를 따라 상기 제1스토퍼의 회전경로가 형성되고;
상기 제2스토퍼가 상기 제1스토퍼의 회전경로 상에서 제1스토퍼를 향해 회전 가능하게 구비되고;
상기 제2스토퍼를 회전하기 위한 힘을 제공하는 비상정지용 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 10에 있어서,
상기 비상정지용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제2솔레노이드;를 포함하여 구성하고,
상기 철심코어의 단부에 고정링크가 연결되고, 상기 고정링크의 단부에 회전링크의 일단이 힌지구조로 연결되며, 상기 회전링크의 타단이 상기 제2스토퍼에 힌지구조로 연결되어 상기 철심코어의 직선 이동에 따라 제2스토퍼가 회전 작동되는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제2솔레노이드는,
상기 코일의 중앙에 고정철심이 구비되고;
상기 고정철심의 중앙에서 철심코어가 직선 이동되며;
상기 고정철심과 철심코어 사이에 리턴스프링을 구비하여, 상기 고정철심을 향해 이동된 철심코어에 탄성복원력을 제공하도록 구성한 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.
청구항 11에 있어서,
상기 마찰용 액추에이터는, 코일에 전류가 인가됨에 따라 중앙의 철심코어가 직선 이동되는 제1솔레노이드;를 포함하여 구성하고,
상기 제1솔레노이드의 철심코어 중단에 구비된 이동센서;
상기 제1솔레노이드의 코일 내측에 구비된 고정센서;
스티어링휠의 조향각과 타이어 조타각이 소정값 이상 차이가 발생하고, 상기 철심코어의 이동에 따라 고정센서에서 이동센서를 감지하는 경우, 상기 제2솔레노이드의 코일에 전류를 인가하도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SBW시스템의 조향장치.