KR20220086390A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들에 의하면, 간단한 구조로 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 반력을 생성할 수 있으며, 조향장치의 크기가 감소하여 특히 자율주행 차량에 적합한 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 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구조로 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 반력을 생성할 수 있으며, 조향장치의 크기가 감소하여 특히 자율주행 차량에 적합한 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.
스티어 바이 와이어식 조향장치는 입력측 기구와 출력측 기구를 포함한다. 입력측 기구는 운전자의 조향휠 조작을 입력받으며, 조향축과 바퀴와의 기계적 연결이 없는 스티어 바이 와이어식 조향장치의 특성상 운전자에게 조향감을 제공하기 위한 반력을 생성하는 스티어링 피드백 액추에이터(steering feedback actuator, SFA)를 포함한다. 출력측 기구는 운전자의 조향정보 및 차량의 주행정보 등에 기반하여 바퀴를 조타하는 로드휠 액추에이터(road wheel actuator, RWA)를 포함한다. 따라서, 스티어 바이 와이어식 조향장치는 ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향성능 달성이 가능하다.
최근 연구개발이 활발하게 진행되고 있는 자율주행 차량에서는 조향장치의 크기를 축소하여 자율주행 시 운전자의 편의공간을 확보하려는 시도가 있으며, 즉, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서는 입력측 기구의 간소화가 시도되고 있다.
본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로서, 간단한 구조로 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 반력을 생성할 수 있으며, 조향장치의 크기가 감소하여 특히 자율주행 차량에 적합한 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
본 실시예들에 의하면, 차체에 고정되는 고정축, 고정축에 회전가능하게 결합되는 하우징, 하우징에 결합되는 조향휠, 하우징에 토크를 가하여 반력을 생성하기 위한 모터, 조향휠의 조향각을 측정하는 센서, 센서와 연결되며 모터를 제어하는 전자제어장치를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 간단한 구조로 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 반력을 생성할 수 있으며, 조향장치의 크기가 감소하여 특히 자율주행 차량에 적합한 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 결합상태에 대한 사시도이다.
도 3 내지 도 4는 도 1의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 5는 도 2의 단면도이다.
도 6은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 동작상태를 나타내는 도면이다.
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 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도, 도 2는 도 1의 결합상태에 대한 사시도, 도 3 내지 도 4는 도 1의 일부에 대한 분해사시도, 도 5는 도 2의 단면도, 도 6은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 동작상태를 나타내는 도면이다.
본 실시예들에 의한 스티어 자이 와이어식 조향장치(100)는, 차체에 고정되는 고정축(140), 고정축(140)에 회전가능하게 결합되는 하우징(120), 하우징(120)에 결합되는 조향휠(110), 하우징(120)에 토크를 가하여 반력을 생성하기 위한 모터(130), 조향휠(110)의 조향각을 측정하는 센서(421), 센서(421)와 연결되며 모터(130)를 제어하는 전자제어장치(422)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하여 살펴보면, 고정축(140)은 조향휠(110) 및 하우징(120)의 회전을 지지하기 위한 구성으로서, 차체에 고정되어 회전되지 않으며 조향휠(110) 및 하우징(120)은 고정축(140)의 축을 중심으로 회전한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 운전자가 조향휠(110)의 위치를 조절할 수 있도록 고정축(140)에 텔레스코프 및 틸트 기능을 제공하기 위한 구조가 더 포함될 수 있다.
고정축(140)은 차체에 결합되는 단부를 포함하며, 고정축(140)의 차체에 결합되는 단부는 하우징(120)에서 돌출된다. 즉, 고정축(140)의 단부는 하우징(120)에서 돌출되어 차체에 결합된다. 고정축(140)의 단부는 후술할 커버하우징(122)을 관통하여 차량의 전방을 향하는 방향으로 돌출된다. 고정축(140)은 운전자의 전방에 위치한 차체 부위에 결합되게 되며, 예를 들어 고정축(140)의 단부는 대쉬보드(600)에 결합될 수 있으며, 대쉬보드(600)에는 고정축(140)의 단부가 삽입되어 고정되는 홀(60)이 형성될 수 있다.(도 6 참조).
하우징(120)은 고정축(140)에 회전가능하게 결합된다. 하우징(120)은 고정축(140)에 베어링(320)을 매개로 결합될 수 있다(도 3 및 도 5 참조). 즉, 고정축(140)은 차체에 고정되어 회전되지 않으며 하우징(120)에 회전축을 제공하고, 하우징(120)은 베어링(320)을 매개로 고정축(140)에 회전가능하게 결합된다.
조향휠(110)은 하우징(120)에 결합되는데, 즉, 조향휠(110)은 고정축(140)에 직접 결합되지 않고 하우징(120)을 매개로 고정축(140)에 결합되게 되며, 운전자가 조향휠(110)을 조작함에 따라 하우징(120)은 조향휠(110)과 함께 고정축(140)을 중심으로 회전하게 된다(도 6 참조).
조향휠(110)은 림부(111), 스포크부(112), 및 휠베이스부(113)를 포함하며, 하우징(120)은 휠베이스부(113)에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 하우징(120)은 휠베이스부(113)의 배면에 결합될 수 있다. 즉, 하우징(120)은 운전자의 반대편에서 조향휠(110)에 결합될 수 있다. 또한, 하우징(120)은 휠베이스부(113)에 볼팅될 수 있다. 따라서, 조향휠(110)과 하우징(120)이 원주방향으로 서로 고정된다.
즉, 운전자가 조향휠(110)을 회전시킴에 따라 하우징(120)이 조향휠(110)과 일체로 회전되고, 모터(130)가 하우징(120)에 토크를 가하여 생성한 반력이 조향휠(110)에 전달되며 운전자에게 조향감을 제공하게 된다. 또한, 모터(130)는 하우징(120)에 결합되어 조향휠(110) 및 하우징(120)과 함께 회전될 수 있다. 후술할 바와 같이 모터(130)는 제 1 기어(331) 및 제 2 기어(332)를 통해 하우징(120)에 토크를 가할 수 있다.
도 4를 참고하여 살펴보면, 센서(421)는 조향휠(110)의 조향각을 측정하며, 전자제어장치(422)는 센서(421)와 연결되며 모터(130)를 제어한다. 센서(421)는 후술할 바와 같이 고정축(140)에 대한 하우징(120)의 회전각을 측정함으로써 조향휠(110)의 조향각을 도출할 수 있으며, 전자제어장치(422)는 센서(421)가 도출한 조향각과 차량에 구비되는 각종 센서로부터 주행정보(예를 들어, 차속) 등을 수신받고 그에 기반하여 모터(130)를 제어함으로써 운전자에게 조향감을 제공하고, 또한 출력측 기구에 신호를 송신하여 바퀴를 조타할 수 있다.
본 실시예들에 의한 스티어 자이 와이어식 조향장치(100)의 고정축(140), 하우징(120), 조향휠(110), 모터(130), 센서(421) 및 전자제어장치(422)는 일체로 조립되어 조향휠모듈(200)을 형성할 수 있다.
즉, 종래의 조향장치에서는 조향컬럼이 차량에 설치되고 조향컬럼의 조향축에 조향휠이 결합되는 구조였는데, 본 실시예들에 의한 스티어 자이 와이어식 조향장치(100)에 의하면 고정축(140), 하우징(120), 조향휠(110), 모터(130), 센서(421) 및 전자제어장치(422)를 조립하여 조향휠모듈(200)을 형성하고 고정축(140)의 단부를 차체에 고정하며 조향휠모듈(200)을 설치할 수 있게 된다. 따라서, 조향컬럼을 포함하는 종래의 조향장치보다 구조가 간단해지며 크기가 감소될 수 있다. 즉, 본 실시예들에 의한 스티어 자이 와이어식 조향장치(100)는 종래의 스티어 바이 와이어식 조향장치의 기능을 동일하게 수행할 수 있는 조향휠모듈(200)을 보다 간단하고 컴팩트한 구조로 형성할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 스티어 자이 와이어식 조향장치(100)는, 고정축(140)에 동축으로 결합되는 제 1 기어(331), 및 제 1 기어(331)와 맞물리며 하우징(120)에 결합되고 모터(130)와 연결되는 제 2 기어(332)를 포함할 수 있다.
제 1 기어(331)는 고정축(140)에 결합되어 회전되지 않고 고정된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 기어(331)는 고정축(140)의 외주면에 세레이션으로 결합될 수 있다.
제 2 기어(332)는 제 1 기어(331)와 맞물리며, 따라서 제 2 기어(332)가 제 2 기어(332)의 축을 중심으로 회전됨에 따라 제 1 기어(331)의 축(고정축(140)의 축)을 중심으로 회전하게 형성된다. 즉, 제 2 기어(332)는 제 2 기어(332)의 축을 중심으로 자전하며 제 1 기어(331)의 축을 중심으로 공전한다.
제 2 기어(332)는 하우징(120)에 결합되고 모터(130)와 연결되는데, 즉, 모터(130)가 제 2 기어(332)를 자전시키는 토크가 제 2 기어(332)의 제 1 기어(331)의 축을 중심으로 한 공전에 의해 하우징(120)에 전달되는 것이다.
일실시예에 의하면, 하우징(120)은 제 1 기어(331) 및 제 2 기어(332)를 수용하는 기어하우징(121)을 포함한다. 즉, 조향휠모듈(200)은 제 1 기어(331) 및 제 2 기어(332)를 더 포함할 수 있다. 제 1 기어(331)와 기어하우징(121)은 원주방향으로 서로 지지되지 않되 제 2 기어(332)와 기어하우징(121)은 원주방향으로 서로 지지될 수 있다. 기어하우징(121)은 고정축(140)에 베어링(320)을 매개로 결합될 수 있다.
도 6을 참고하여 살펴보면, 운전자가 조향휠(110)을 조작하는 경우, 제 1 기어(331) 및 제 2 기어(332)를 수용하는 기어하우징(121)은 제 1 기어(331)에 원주방향으로 지지되지 않아 하우징(120)이 고정축(140)을 중심으로 회전할 수 있으며, 제 2 기어(332)는 기어하우징(121)에 원주방향으로 지지됨에 따라 제 1 기어(331)의 축을 중심으로 공전하고 동시에 제 2 기어(332)의 축을 중심으로 자전한다. 그리고, 전자제어장치(422)에 의해 제어되는 모터(130)가 제 2 기어(332)를 회전시킴에 따라 모터(130)의 토크가 하우징(120)에 가해지고 운전자에게 반력을 제공하게 된다. 즉, 모터(130)는 운전자의 조향휠(110) 조작에 의해 제 2 기어(332)가 회전되는 방향(도면부호 A 참조)과 반대방향으로 제 2 기어(332)에 토크를 가함으로써 운전자에게 반력을 제공한다(도면부호 B 참조).
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 기어(331)는 웜휠이고 제 2 기어(332)는 웜축일 수 있다. 웜휠은 고정축(140)의 외주면에 결합되어 회전되지 않고 고정되며, 웜축은 웜휠의 외주면에 맞물리며 웜축의 축을 중심으로 자전하고 및 웜휠의 축을 중심으로 공전한다. 기어하우징(121)은 웜휠을 수용하는 웜휠수용부(311) 및 웜축을 수용하는 웜축수용부(312)를 포함할 수 있다. 웜휠수용부(311)는 웜휠에 원주방향으로 지지되지 않게 형성되며 웜축수용부(312)는 웜축에 원주방향으로 지지되게 형성된다. 도면에는 생략되었으나 웜축은 웜축수용부(312)에 베어링을 매개로 결합되어 웜축의 자전이 웜축수용부에 지지된다. 웜축의 공전은 기어하우징(121)을 고정축(140)에 결합하기 위한 베어링(320)에 의해 지지된다.
또한, 모터(130)는 하우징(120)에 결합될 수 있는데, 구체적으로 기어하우징(121)의 웜축수용부(312)에 결합되어 조향휠(110) 및 하우징(120)과 함께 고정축(140)의 중심으로 회전될 수 있다. 모터(130)의 모터축은 웜축과 댐핑커플러를 매개로 결합되거나, 웜축과 일체로 형성될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 참고하여 살펴보면, 센서(421)는 고정축(140)에 대한 하우징(120)의 회전각을 측정할 수 있는데, 고정축(140)에는 센서(421)와 대향되는 센서로터(423)가 결합되어 회전되지 않게 구비되되 센서(421)는 하우징(120)에 지지되며 조향휠(110)과 함께 회전됨으로써, 센서(421)는 고정축(140)에 대한 하우징(120)의 회전각을 측정하여 조향휠(110)의 회전각을 도출할 수 있다.
하우징(120)은 센서(421) 및 전자제어장치(422)를 수용하는 커버하우징(122)을 더 포함할 수 있다. 즉, 조향휠모듈(200)은 센서(421) 및 전자제어장치(422)를 더 포함할 수 있다. 커버하우징(122)은 기어하우징(121)에 결합되는 제 1 커버(411) 및 센서(421)와 전자제어장치(422)를 수용하며 제 1 커버(411)에 결합되는 제 2 커버(412)를 포함할 수 있다. 고정축(140)의 단부는 제 1 커버(411) 및 제 2 커버(412)를 관통하며 돌출될 수 있다. 또한, 전자제어장치(422)의 커넥터가 제 2 커버(412)에서 돌출되게 구비될 수 있으며, 따라서 전자제어장치(422)가 출력축 기구와 연결될 수 있다.
이상과 같은 형상을 가지는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치에 의하면, 간단한 구조로 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 반력을 생성할 수 있으며, 조향장치의 크기가 감소하여 특히 자율주행 차량에 적합한 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 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 110: 조향휠
111: 림부 112: 스포크부
113: 휠베이스부 120: 하우징
121: 기어하우징 122: 커버하우징
130: 모터 140: 고정축
200: 조향휠모듈 311: 웜휠수용부
312: 웜축수용부 320: 베어링
331: 제 1 기어 332: 제 2 기어
411: 제 1 커버 412: 제 2 커버
421: 센서 422: 전자제어장치
423: 센서로터 600: 대쉬보드
601: 홀

Claims (12)

  1. 차체에 고정되는 고정축;
    상기 고정축에 회전가능하게 결합되는 하우징;
    상기 하우징에 결합되는 조향휠;
    상기 하우징에 토크를 가하여 반력을 생성하기 위한 모터;
    상기 조향휠의 조향각을 측정하는 센서;
    상기 센서와 연결되며 상기 모터를 제어하는 전자제어장치;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정축은 상기 하우징에서 돌출되어 상기 차체에 결합되는 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 고정축에 베어링을 매개로 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향휠은 림부, 스포크부 및 베이스부를 포함하며,
    상기 하우징은 상기 베이스부에 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정축, 하우징, 조향휠 및 모터는 일체로 조립되어 조향휠모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정축에 동축으로 결합되는 제 1 기어; 및
    상기 제 1 기어와 맞물리며 상기 하우징에 결합되고, 상기 모터와 연결되는 제 2 기어;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제 1 기어 및 제 2 기어를 수용하는 기어하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기어와 기어하우징은 원주방향으로 서로 지지되지 않되 상기 제 2 기어와 기어하우징은 원주방향으로 서로 지지되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기어는 웜휠이고 상기 제 2 기어는 웜축인 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 고정축에 대한 상기 하우징의 회전각을 측정하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 센서 및 전자제어장치를 수용하는 커버하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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