KR20210051822A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

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KR20210051822A
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type steering
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고경민
안상희
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주식회사 만도
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Abstract

본 실시예들에 의하면, 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 유압관련 부품을 삭제하면서도 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공할 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{STEER-BY-WIRE TYPE STEERING APPARATUS}
본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 유압관련 부품을 삭제하면서도 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어식 조향장치란 일종의 전동식 조향장치로서, 조향휠과 전륜 조향장치 사이에 조향컬럼, 유니버셜 조인트 등 기계적인 연결 없이 전기적인 동력을 이용하여 차량을 조타시키는 장치를 말한다.
즉, 운전자의 조향휠 조작이 전기 신호로 변환되어 전자제어장치에서 이를 입력받게 되고 그에 따라 모터의 출력이 결정되게 되는데, 이러한 스티어 바이 와이어식 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해를 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 부품수 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.
그런데, 종래 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일반적으로 모터, 웜-웜휠 구조 및 랙-피니언 구조를 포함하여 바퀴를 조향하는 구조는 제어하기가 복잡하고 관련부품이 많아 비용 측면에서 불리하였으며, 출력 및 강성이 낮아 승용차에는 적합하지만 버스, 트럭과 같은 상용차에 적용하기에는 어려운 문제가 있었다.
본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 유압관련 부품을 삭제하면서도 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 중공으로 형성되어 내주면에 제 1 기어부가 형성되는 하우징, 외주면에 제 2 기어부가 형성되는 대경부 및 제 3 기어부가 형성되는 소경부를 포함하여 제 1 기어부와 제 2 기어부가 맞물리며 하우징에 결합되고, 하우징의 일측에 결합되는 모터에 의해 회전되는 제 1 기어부재, 내주면에 제 4 기어부가 형성되는 중공부 및 축방향으로 돌출되어 피트먼암과 결합되는 결합부를 포함하여, 제 3 기어부와 제 4 기어부가 맞물리며 중공부가 하우징의 내측에서 소경부와 결합되는 제 2 기어부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 유압관련 부품을 삭제하면서도 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 결합상태에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 6은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 단면도이다.
도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 8은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 단면도이다.
도 9는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도, 도 3은 도 1의 결합상태에 대한 사시도, 도 4는 도 3의 단면도, 도 5는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도, 도 6은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 단면도, 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도, 도 8은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 단면도, 도 9는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 일부에 대한 분해사시도이다.
본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치(100)는, 중공으로 형성되어 내주면에 제 1 기어부(131)가 형성되는 하우징(130), 외주면에 제 2 기어부(122)가 형성되는 대경부(121) 및 제 3 기어부(124)가 형성되는 소경부(123)를 포함하여 제 1 기어부(131)와 제 2 기어부(122)가 맞물리며 하우징(130)에 결합되고, 하우징(130)의 일측에 결합되는 모터(101)에 의해 회전되는 제 1 기어부재(120), 내주면에 제 4 기어부(142)가 형성되는 중공부(141) 및 축방향으로 돌출되어 피트먼암(102)과 결합되는 결합부(143)를 포함하여, 제 3 기어부(124)와 제 4 기어부(142)가 맞물리며 중공부(141)가 하우징(130)의 내측에서 소경부(123)와 결합되는 제 2 기어부재(140)를 포함한다.
조향축에는 운전자의 조향휠 조작에 의한 조향각, 조향토크 등을 센싱하는 센서가 구비되어 있으며, 전자제어장치(미도시)는 센서가 센싱한 정보를 기반으로 모터(101)를 제어한다.
모터(101)의 토크는 제 1 기어부재(120), 제 2 기어부재(140)에 의해 감속되며 증폭되어 피트먼암(102)을 회전시키며, 피트먼암(102)의 단부에는 타이로드 또는 너클암과 연결되는 링크(미도시)가 결합되어 있어 피트먼암(102)의 회전에 의해 바퀴가 조타된다.
따라서, 유압펌프, 유압라인 등의 유압부품을 사용하지 않으면서 모터의 토크를 증폭시킴으로써 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있으며, 전자제어장치의 제어에 의해 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보고, 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 구현할 수 있게 된다.
도 1을 참고하여 살펴보면, 모터(101)와 피트먼암(102)은 제 1 기어부재(120), 제 2 기어부재(140) 등에 의해 연결된다.
하우징(130)은 중공으로 형성되어 내주면에 제 1 기어부(131)가 형성되어 있으며, 하우징(130)의 일측에는 모터(101)가 결합된다.
하우징(130)의 내측에는 제 1 기어부재(120)와 제 2 기어부재(140)가 결합되어 모터(101)의 토크를 피트먼암(102)으로 전달한다.
제 1 기어부재(120)는 대경부(121) 및 소경부(123)를 포함하는데, 대경부(121)의 외주면에는 제 1 기어부(131)와 맞물리는 제 2 기어부(122)가 형성되어 제 1 기어부재(120)가 하우징(130)에 결합되고, 소경부(123)의 외주면에는 제 3 기어부(124)가 형성되어 있다.
제 2 기어부재(140)는 중공부(141) 및 결합부(143)를 포함하는데, 중공부(141)의 내주면에는 제 3 기어부(124)와 맞물리는 제 4 기어부(142)가 형성되어 있어 중공부(141)는 하우징(130)의 내측에서 소경부(123)와 결합되고, 결합부(143)는 축방향으로 돌출되어 피트먼암(102)과 결합된다.
후술할 바와 같이 커버부재(103)에는 결합부(143)가 관통하는 삽입공(103a)이 형성되어, 삽입공(103a)으로 결합부(143)가 삽입되며 커버부재(103)가 하우징(130)의 타측에 결합된다.
즉, 하우징(130)의 일측과 타측에 각각 모터(101)와 커버부재(103)가 결합되며 제 1 기어부재(120), 제 2 기어부재(140) 등이 하우징(130)의 내부에 수용된다.
도 2 내지 도 3을 참고하여 살펴보면, 결합부(143)의 삽입공(103a)을 관통하여 타측으로 돌출된 부위에 피트먼암(102)이 결합된다.
피트먼암(102)에는 결합부(143)가 삽입되는 결합홀(102a)이 형성되어 있으며, 원주방향으로 고정되기 위해 결합부(143)와 결합홀(102a)에는 서로 맞물리는 세레이션이 형성될 수 있다.
또한, 결합부(143)의 외주면에는 피트먼암(102)에 축방향으로 지지되는 제 1 고정부재(211)가 결합되어 피트먼암(102)을 고정하는데, 이러한 제 1 고정부재(211)는 예를 들어 너트일 수 있다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이 피트먼암(102)과 제 1 고정부재(211)의 사이에는 결합력을 강화하고 풀림을 방지하기 위한 와셔(212)가 더 구비될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참고하여 모터(101)의 토크가 감속되는 구조에 대해 살펴보기로 한다.
도 4를 참고하여 살펴보면, 후술할 바와 같이 모터(101)의 모터축(101a)과 제 1 기어부재(120)는 회전지지부재(110)를 매개로 결합되는데, 회전지지부재(110)가 편심구조로 형성되고 대경부(121)의 외경이 하우징(130)의 내경보다 작게 형성됨에 따라 제 1 기어부(131)와 제 2 기어부(122)가 맞물리며 제 1 기어부재(120)는 편심회전된다.
그리고, 제 1 기어부재(120)가 편심회전되고 소경부(123)의 외경이 중공부(141)의 내경보다 작게 형성됨에 따라 제 3 기어부(124)와 제 4 기어부(142)가 맞물리며 제 2 기어부재(140)는 모터축(101a)과 동축으로 회전된다.
이와 같이 제 1 기어부재(120)의 편심회전구조에 의해 모터(101)의 토크가 감속되며 피트먼암(102)으로 전달되게 된다.
도 5 내지 도 6을 참고하여 살펴보면, 제 1 기어부재(120)에는 모터(101)의 모터축(101a)이 삽입되는 결합공(125)이 형성되고, 제 1 기어부재(120)의 내주면과 모터축(101a)의 외주면 사이에는 환형으로 형성되되 내주면과 외주면의 중심축이 서로 다른 회전지지부재(110)가 구비된다.
즉, 회전지지부재(110)는 편심구조로 형성되어 있으며, 모터축(101a)이 회전함에 따라 회전지지부재(110)의 내주면과 모터축(101a)의 외주면 사이 및 회전지지부재(110)의 외주면과 제 1 기어부재(120)의 내주면 사이에서 원주방향 슬라이딩이 발생하며 모터(101)에 의해 제 1 기어부재(120)가 회전된다.
즉, 회전지지부재(110)는 편심구조로 형성되어 있으며, 도면에는 도시되지 않았으나 예를 들어 세레이션에 의해 모터축(101a)에 원주방향으로 고정되며 결합될 수 있다.
그리고, 모터축(101a)이 회전함에 따라 회전지지부재(110)의 외주면과 제 1 기어부재(120)의 내주면 사이에서 슬라이딩이 발생하며 제 1 기어부재(120)가 편심회전된다.
도면에는 도시되지 않았으나 회전지지부재(110)의 외주면과 제 1 기어부재(120)의 내주면 사이에는 베어링이 구비될 수 있다.
한편, 모터축(101a)에는 회전지지부재(110)에 축방향으로 지지되는 제 2 고정부재(411)가 결합되어 회전지지부재(110)를 축방향으로 고정하며, 이러한 제 2 고정부재(411)는 예를 들어 너트일 수 있다.
이어서, 대경부(121)의 외경은 하우징(130)의 내경보다 작게 형성되어 제 1 기어부재(120)가 편심회전함에 따라 제 1 기어부(131)와 제 2 기어부(122)는 원주방향 어느 일측에서만 맞물리게 된다.
또한, 제 1 기어부(131)와 제 2 기어부(122)는 싸이클로이드 기어로 형성되어, 편심회전되는 제 1 기어부재(120)는 자전 및 공전을 하게 되고, 자전주기와 공전주기의 차이에 의해 모터(101)의 토크가 감속되는 것이다.
도 7 내지 도 8을 참고하여 살펴보면, 소경부(123)의 외경은 중공부(141)의 내경보다 작게 형성되어 제 1 기어부재(120)가 편심회전함에 따라 제 3 기어부(124)와 제 4 기어부(142)는 원주방향 어느 일측에서만 맞물리게 된다.
또한, 제 3 기어부(124)와 제 4 기어부(142)는 싸이클로이드 기어로 형성되어, 제 1 기어부재(120)가 자전 및 공전을 하며 편심회전함에 따라 제 2 기어부재(140)가 모터축(101a)과 동축으로 회전되게 된다.
또한, 중공부(141)와 하우징(130)의 사이에는 제 2 기어부재(140)의 회전을 지지하는 부시부재(431)가 구비되어, 부시부재(431)가 제 2 기어부재(140)의 중심축을 고정한다.
도 4 및 도 9를 참고하여 살펴보면, 전술한 바와 같이 하우징(130)의 타측에 결합되는 커버부재(103)에는 결합부(143)가 관통하는 삽입공(103a)이 형성되며, 결합부(143)와 커버부재(103)의 사이에는 베어링(104)이 결합될 수 있다.
즉, 제 2 기어부재(140)는 부시부재(431) 및 베어링(104)에 의해 회전이 지지된다.
도면에 도시된 바와 같이 베어링(104)의 외륜은 커버부재(103)의 내주면에 결합되는 스냅링(422)에 의해 축방향으로 고정되고 베어링(104)의 내륜은 결합부(143)의 외주면에 결합되는 제 3 고정부재(421)에 의해 축방향으로 고정될 수 있으며, 제 3 고정부재(421)는 예를 들어 너트일 수 있다.
이와 같은 형상을 가지는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 의하면, 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 유압관련 부품을 삭제하면서도 높은 출력 및 강성을 만족시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스티어 바이 와이어식 조향장치 101: 모터
101a: 모터축 102: 피트먼암
102a: 결합홀 103: 커버부재
110: 회전지지부재 120: 제 1 기어부재
121: 대경부 122: 제 2 기어부
123: 소경부 124: 제 3 기어부
125: 결합공 130: 하우징
131: 제 1 기어부 140: 제 2 기어부재
141: 중공부 142: 제 4 기어부
143: 결합부

Claims (13)

  1. 중공으로 형성되어 내주면에 제 1 기어부가 형성되는 하우징;
    외주면에 제 2 기어부가 형성되는 대경부 및 제 3 기어부가 형성되는 소경부를 포함하여 상기 제 1 기어부와 제 2 기어부가 맞물리며 상기 하우징에 결합되고, 상기 하우징의 일측에 결합되는 모터에 의해 회전되는 제 1 기어부재;
    내주면에 제 4 기어부가 형성되는 중공부 및 축방향으로 돌출되어 피트먼암과 결합되는 결합부를 포함하여, 상기 제 3 기어부와 제 4 기어부가 맞물리며 상기 중공부가 상기 하우징의 내측에서 상기 소경부와 결합되는 제 2 기어부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피트먼암에는 상기 결합부가 삽입되는 결합홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합부와 결합홀에는 서로 맞물리는 세레이션이 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합부의 외주면에는 상기 피트먼암에 축방향으로 지지되는 제 1 고정부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어부재에는 상기 모터의 모터축이 삽입되는 결합공이 형성되고,
    상기 제 1 기어부재의 내주면과 상기 모터축의 외주면 사이에는, 환형으로 형성되되 내주면과 외주면이 중심축이 서로 다른 회전지지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모터축에는 상기 회전지지부재에 축방향으로 지지되는 제 2 고정부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 대경부의 외경은 상기 하우징의 내경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 기어부와 제 2 기어부는 싸이클로이드 기어인 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 소경부의 외경은 상기 중공부의 내경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 기어부와 제 4 기어부는 싸이클로이드 기어인 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 중공부와 하우징의 사이에는, 상기 제 2 기어부재의 회전을 지지하는 부시부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징의 타측에는 커버부재가 결합되고, 상기 커버부재에는 상기 결합부가 관통하는 삽입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 결합부와 커버부재의 사이에는 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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