KR20220102283A

KR20220102283A - 인휠 시스템

Info

Publication number: KR20220102283A
Application number: KR1020210004460A
Authority: KR
Inventors: 김형석; 손혁호; 김용연
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-20

Abstract

본 발명은 인휠모터를 지지하는 로어암; 상기 인휠모터의 회전축에 수직한 회전축을 중심으로 상기 로어암을 차체에 대하여 회전시킬 수 있도록 설치된 스티어링모터 및 모터암; 상기 모터암의 회전력을 상기 로어암에 전달할 수 있도록 구비된 스티어링암을 포함하여 구성된다.

Description

인휠 시스템{IN WHEEL SYSTEM}

본 발명은 차량의 구동력을 제공하는 모터가 구동휠에 내장된 인휠(IN WHEEL) 시스템에 관한 것이다.

인휠 시스템을 구비한 차량은 파워트레인이 필요 없어서, 파워트레인에 의한 동력 손실을 배제할 수 있고, 차량의 넓은 실내 공간 확보가 가능하며, 구동력 배분의 자유도가 매우 높아 차량의 구동 성능 확보에도 유리하다.

특히, 스티어링 조작 시, 좌우 인휠모터의 회전수 차이만으로 조향각을 형성할 수 있어서, 좁은 지역에서의 방향전환이나 주차 등이 매우 용이한 장점이 있다.

그러나, 상기와 같이 좌우 인휠모터의 회전수 차이로 조향각을 형성하는 방식은 운전자에게 직관적인 조타감을 제공하는 데에 한계가 있다.

또한, 종래 인휠 시스템은 종래 차량의 일반적인 현가장치 구조를 채용하고 있는 경우가 많아서, 인휠 시스템의 장점을 충분히 발휘하기 어려운 측면이 있다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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 10-2019-0041855 A KR 10-2015-0074534 A KR 10-2010-0110946 A KR 10-2012-0022168 A

본 발명은 종래 차량의 일반적인 구조로부터 탈피하여, 인휠 시스템의 장점을 최대로 발휘할 수 있도록 하고, 차량의 조향각을 무제한으로 형성할 수 있도록 하면서도, 운전자가 직관적인 조타감을 형성할 수 있도록 함으로써, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 인휠 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 인휠 시스템은,

인휠모터를 지지하는 로어암;

상기 인휠모터의 회전축에 수직한 회전축을 중심으로 상기 로어암을 차체에 대하여 회전시킬 수 있도록 설치된 스티어링모터 및 모터암;

상기 모터암의 회전력을 상기 로어암에 전달할 수 있도록 구비된 스티어링암;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 로어암은 상기 인휠모터와 상기 인휠모터를 감싸고 있는 휠 및 타이어의 회전을 허용하면서, 상기 인휠모터의 회전축 양단을 지지하도록 형성될 수 있다.

상기 모터암은 상기 스티어링모터의 하우징과 일체로 형성될 수 있다.

상기 모터암과 로어암 사이에는 상기 모터암에 대한 로어암의 승강을 완충하는 완충장치가 구비될 수 있다.

상기 완충장치는

상기 모터암과 로어암 사이에 댐핑력을 부여하도록 설치된 쇽업소버와;

상기 쇽업소버의 댐핑력과 병렬적으로 상기 모터암과 로어암 사이에 탄성력을 부여하도록 설치된 스프링;

을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 쇽업소버는 상단이 상기 모터암에 회전 가능하게 고정되고, 하단은 상기 로어암에 회전 가능하게 고정될 수 있다.

상기 스티어링암은 상단이 상기 모터암에 회전 가능하게 연결되고 하단이 상기 로어암에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 쇽업소버의 상단과 스티어링암의 상단은 상기 모터암에, 상기 인휠모터의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결되고;

상기 쇽업소버의 하단과 스티어링암의 하단은 상기 로어암에, 상기 인휠모터의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 로어암의 상측에는 상기 인휠모터와 스티어링암을 서로 연결하여 지지하는 어퍼암이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 인휠 구동 차량은, 상기와 같은 인휠 시스템을 탑재하고, 상기 로어암과 스티어링암이 상기 스티어링모터를 중심으로 완전한 회전이 가능하도록 허용하는 휠하우스를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래 차량의 일반적인 구조로부터 탈피하여, 인휠 시스템의 장점을 최대로 발휘할 수 있도록 하고, 차량의 조향각을 무제한으로 형성할 수 있도록 하면서도, 운전자가 직관적인 조타감을 형성할 수 있도록 함으로써, 차량의 상품성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 인휠 시스템을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 인휠 시스템의 측면도,
도 3은 도 1의 인휠 시스템의 정면도,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 본 발명의 인휠 시스템을 탑재한 차량의 조향 가능 상태를 설명한 도면,
도 6은 본 발명의 인휠 시스템을 탑재한 차량의 현가 기능을 비교 설명한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 인휠 시스템은, 인휠모터(1)를 지지하는 로어암(3); 상기 인휠모터(1)의 회전축에 수직한 회전축을 중심으로 상기 로어암(3)을 차체에 대하여 회전시킬 수 있도록 설치된 스티어링모터 및 모터암(7); 상기 모터암(7)의 회전력을 상기 로어암(3)에 전달할 수 있도록 구비된 스티어링암(9)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 인휠모터(1)는 상기 로어암(3)으로 지지하면서, 상기 로어암(3)을 상기 스티어링모터로 회전시켜서 조향이 이루어지도록 하는 것이며, 이와 같은 상기 스티어링모터의 회전력은 상기 모터암(7)과 스티어링암(9)을 통해 상기 로어암(3)으로 전달되도록 구성된 것이다.

상기 로어암(3)은 상기 인휠모터(1)와 상기 인휠모터(1)를 감싸고 있는 휠 및 타이어(11)의 회전을 허용하면서, 상기 인휠모터(1)의 회전축 양단을 지지하도록 형성된다.

즉, 상기 로어암(3)은 포크 형태로 형성되어 상기 인휠모터(1)와 휠을 감싸면서 양쪽 회전축을 지지할 수 있도록 하여, 상기 인휠모터(1)를 견고하게 지지할 수 있도록 하며, 상기 스티어링암(9)을 통해 전달되는 조향력을 인휠모터(1) 및 휠로 전달할 수 있도록 하는 것이다.

본 실시예에서, 상기 모터암(7)은 상기 스티어링모터의 하우징(5)과 일체로 형성된 구조이다.

즉, 상기 스티어링모터는 상기 모터암(7)과 일체로 형성된 하우징(5) 내측에 구현되어 차체에 고정됨으로써, 회전력을 발생시키면, 차체에 대해 상기 모터암(7)을 회전시켜서, 도 5에 예시된 바와 같은 다양한 각도로 상기 인휠모터(1) 및 휠을 회전시켜 조향이 이루어지도록 하는 것이다.

참고로, 도면에서는 상기 스티어링모터의 하우징(5)으로 스티어링모터의 표현을 대신하고 있으며, 상기 스티어링모터의 하우징 상단이 막힌 형태로 표현하였으나, 상기 하우징(5) 상단을 개방하여 차체에 대해 스티어링모터를 고정하도록 구성하는 것도 가능할 것이다.

상기 모터암(7)과 로어암(3) 사이에는 상기 모터암(7)에 대한 로어암(3)의 승강을 완충하는 완충장치가 구비된다.

상기 완충장치는 상기 모터암(7)과 로어암(3) 사이에 댐핑력을 부여하도록 설치된 쇽업소버(13)와; 상기 쇽업소버(13)의 댐핑력과 병렬적으로 상기 모터암(7)과 로어암(3) 사이에 탄성력을 부여하도록 설치된 스프링(15)을 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 쇽업소버(13)와 스프링(15)은 종래 차량의 맥퍼슨 스트럿 방식 현가장치에 사용되던 스트럿(STRUT)과 유사한 메커니즘으로 구성하여, 상기 로어암(3)과 모터암(7) 사이에 발생하는 수직 방향 변위에 대해, 탄성력과 댐핑력을 동시에 제공하여, 노면으로부터 휠을 통해 전달되는 충격과 진동을 흡수 및 댐핑하여, 차량의 승차감을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

상기 쇽업소버(13)는 상단이 상기 모터암(7)에 회전 가능하게 고정되고, 하단은 상기 로어암(3)에 회전 가능하게 고정된다.

또한, 상기 스티어링암(9)은 상단이 상기 모터암(7)에 회전 가능하게 연결되고 하단이 상기 로어암(3)에 회전 가능하게 연결된다.

여기서, 상기 스티어링암(9)과 모터암(7)의 연결 구조를 도 4를 참조하여 살펴보면, 샤프트(17)로 스티어링암(9)과 모터암(7)을 회전 가능하게 지지하면서, 그 회전이 용이하게 이루어질 수 있도록 볼베어링(19)과 와셔베어링(21)을 개재하고, 상기 샤프트(17)와 스티어링암(9) 사이에는 스페이서(25)를 개재하도록 하여, 상술한 바와 같이 상기 샤프트(17)를 회전축으로 한 상기 모터암(7)에 대한 스티어링암(9)의 회전은 용이하게 이루어질 수 있도록 하면서 다른 방향으로는 회전은 물론 유격도 가급적 허용하지 않도록 하여, 상기 모터암(7)이 전달하는 조향력이 상기 로어암(3)으로 정확하고 정숙하게 전달될 수 있도록 한다.

상기 도 4와 같은 연결구조는 상기 스티어링암(9)의 하단과 상기 쇽업소버(13)의 상단 및 하단에도 동일하거나 유사하게 적용될 수 있을 것이다.

상기 쇽업소버(13)의 상단과 스티어링암(9)의 상단은 상기 모터암(7)에, 상기 인휠모터(1)의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결되고; 상기 쇽업소버(13)의 하단과 스티어링암(9)의 하단은 상기 로어암(3)에, 상기 인휠모터(1)의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결되어, 상기 로어암(3), 스티어링암(9), 모터암(7), 및 쇽업소버(13)가 4절링크를 구성한다.

따라서, 차량이 정상주행 하다가 노면의 요철 등에 의해 범프되거나 리바운드 되는 경우에 상기 모터암(7)에 대한 로어암(3)의 상하 변위가 변화할 때, 상기 로어암(3), 스티어링암(9), 모터암(7), 및 쇽업소버(13)가 구성하는 4절링크는 도 6에 도시된 바와 같이 변형되면서, 상기 쇽업소버(13)가 제공하는 댐핑력과 상기 스프링(15)이 제공하는 탄성력에 의해 완충작용을 구현하게 되는 것이다.

또한, 상술한 바와 같이 상기 스티어링모터는 상기 인휠모터(1)의 회전축에 수직한 회전축을 중심으로 상기 로어암(3)을 차체에 대하여 회전시킬 수 있도록 구성되고, 특히 본 실시예에서는 도 6에 표현된 바와 같이, 상기 범프(BUMP)와 리바운드(REBOUND) 시에, 상기 인휠모터(1)의 회전축은 계속해서 상기 스티어링모터의 회전축 상에서 승강하게 되도록 함으로써, 차량의 범프와 리바운드 시에 항상 동일한 조향력을 유지할 수 있도록 하며, 이는 주행 중 노면의 조건이 변화하여도 조향 성능을 안정되게 유지시킬 수 있도록 하여, 차량의 주행 안정성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

참고로, 도 6에서 서로 동일한 연결부들 사이의 거리 관계를 비교하면 다음과 같다.

T1 > T0 > T2,

H1 < H0 < L2,

D1 < D0 < D2

한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 로어암(3)의 상측에는 상기 인휠모터(1)와 스티어링암(9)을 서로 연결하여 지지하는 어퍼암(23)이 더 구비된 것이다.

즉, 다른 구성은 상기 도 1의 실시예와 거의 동일하고, 추가로 상기 어퍼암(23)을 더 구비하여, 상기 인휠모터(1)를 더욱 견고하게 지지할 수 있도록 하는 것이다.

이 경우 차량 선회 시 발생되는 횡력 및 충돌 등의 외력에 의한 변형을 최소화하여, 인휠 시스템의 강건성을 높일 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 인휠 시스템을 탑재하는 인휠 구동 차량은, 상기 로어암(3)과 스티어링암(9)이 상기 스티어링모터를 중심으로 완전한 회전이 가능하도록 허용하는 휠하우스를 구비하도록 하여, 도 5에 예시한 바와 같이 각 휠을 차체에 대하여 모든 각도로 회전시킬 수 있도록 함으로써, 인휠 구동 장치의 모든 장점을 최대한 활용하도록 하면서도, 운전자로 하여금 직관적인 조타감을 가지도록 할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 인휠모터
3; 로어암
5; 스티어링모터 하우징
7; 모터암
9; 스티어링암
11; 타이어
13; 쇽업소버
15; 스프링
17; 샤프트
19; 볼베어링
21; 와셔베어링
23; 어퍼암
25; 스페이서

Claims

인휠모터를 지지하는 로어암;
상기 인휠모터의 회전축에 수직한 회전축을 중심으로 상기 로어암을 차체에 대하여 회전시킬 수 있도록 설치된 스티어링모터 및 모터암;
상기 모터암의 회전력을 상기 로어암에 전달할 수 있도록 구비된 스티어링암;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 로어암은 상기 인휠모터와 상기 인휠모터를 감싸고 있는 휠 및 타이어의 회전을 허용하면서, 상기 인휠모터의 회전축 양단을 지지하도록 형성된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 모터암은 상기 스티어링모터의 하우징과 일체로 형성된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 모터암과 로어암 사이에는 상기 모터암에 대한 로어암의 승강을 완충하는 완충장치가 구비된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 완충장치는
상기 모터암과 로어암 사이에 댐핑력을 부여하도록 설치된 쇽업소버와;
상기 쇽업소버의 댐핑력과 병렬적으로 상기 모터암과 로어암 사이에 탄성력을 부여하도록 설치된 스프링;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 쇽업소버는 상단이 상기 모터암에 회전 가능하게 고정되고, 하단은 상기 로어암에 회전 가능하게 고정된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 스티어링암은 상단이 상기 모터암에 회전 가능하게 연결되고 하단이 상기 로어암에 회전 가능하게 연결된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 쇽업소버의 상단과 스티어링암의 상단은 상기 모터암에, 상기 인휠모터의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결되고;
상기 쇽업소버의 하단과 스티어링암의 하단은 상기 로어암에, 상기 인휠모터의 회전축에 평행한 회전축으로 회전 가능하게 연결된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 로어암의 상측에는 상기 인휠모터와 스티어링암을 서로 연결하여 지지하는 어퍼암이 더 구비된 것
을 특징으로 하는 인휠 시스템.
청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항의 인휠 시스템을 탑재하고, 상기 로어암과 스티어링암이 상기 스티어링모터를 중심으로 완전한 회전이 가능하도록 허용하는 휠하우스를 구비한 것
을 특징으로 하는 인휠 구동 차량.