KR20230038936A - 차량용 sbw 클러치 장치 - Google Patents

차량용 sbw 클러치 장치 Download PDF

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KR20230038936A
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Abstract

본 발명은 차량용 SBW 클러치 장치에 관한 것으로, 차량의 스티어링 휠과 연동하여 회전하는 고정 클러치 플레이트와; 스티어링 기어를 연동시키는 출력 조향축과 함께 회전하되, 상기 고정 클러치 플레이트와 선택적으로 해제되는 가동 클러치 플레이트를; 포함하여 구성되어, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 서로 맞물린 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되고, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 해제된 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되지 않아, 안전 사고의 발생이 예측되는 순간에, 차량의 조향장치가 운전자에 의해 조작되는 대신에, 안전 사고를 회피하는 데 최적화되도록 사전에 입력된 데이터에 따라 제어됨으로써 안전사고를 최소화하는 차량용 SBW 클러치 장치를 제공한다.

Description

차량용 SBW 클러치 장치{VEHICLE SHIFT BY WIRE CLUTCH APPARATUS}
본 발명은 차량용 SBW(Steer By Wire) 클러치 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 차량의 운행 중에 운전자의 조향 작동을 차단하여 안전성을 확보하는 차량용 SBW 클러치 장치에 관한 것이다.
자동차의 조향 장치는 차량의 진행 방향을 조절하는 장치로서, 스티어링 장치라고도 한다. 일반적으로 스티어링 장치는 운전석에 설치된 스티어링 휠을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 것에 의해 차량의 진행 방향을 조절하도록 구성된다.
도1에 도시된 바와 같이, 차량용 조향 장치는 운전자가 스티어링 휠(10)을 회전시키면, 스티어링 휠(10)의 회전에 연동하여 조향축(20)이 회전하여 스티어링 기어(30)를 회전시키고, 스티어링 기어(30)와 연결된 타이로드(40)를 차륜의 휠 피벗에 대하여 조작하여 차륜의 방향이 변경 조절된다.
최근에는 스티어링 휠(10)과 차륜 사이의 스티어링 컬럼 또는 유니버셜 조인트, 피니언 샤프트와 같은 기계적 연결 장치를 제거하고, 랙에 연결된 모터의 구동을 전기적인 신호로 제어하여 차량의 조향이 이루어지는 SBW(Steer by Wire) 시스템이 개발되고 있다.
한편, 종래의 일반적인 차량은 운전자에 의해서만 차량용 조향 장치가 조작되었지만, 최근에 출시되는 차량은 반자율주행이나 자율주행 시스템에 의해 촬영 정보 등에 기초하여 스스로 조향되기도 한다. 현재까지 출시된 자동차는 반자율주행이나 자율주행시스템은 운전자가 조향 조작을 하게 되면, 운전자의 조작을 우선하여 조향 장치가 조작된다.
그러나, 겨울철 블랙아이스에 의해 차량이 미끄러지는 등과 같이 급박한 사고 순간에는, 운전자의 조작 미숙이 보다 큰 사고를 발생시키기도 하고, 사고 발생을 방지할 가능성을 배제시키는 문제를 야기하게 된다.
이와 같은 문제점들을 해소하기 위하여, 차량의 조향 장치를 활용하여 보다 안전한 차량 운행을 보장하는 방안의 필요성이 모색되고 있다.
본 발명은, 차량의 운행 중에 운전자의 조작을 신뢰성있게 배제하여 안전 사고의 발생을 예방하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 조향 클러치 작동 시간을 보다 짧은 시간으로 단축하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 조향 클러치의 작동 상태를 정확히 감지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 조향 클러치의 작동 상태에 따라 스티어링 휠에 회전 부하를 인가함으로써, 자율 주행 중에 운전자의 운전을 지루하지 않게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조를 간소화할 수 있으며, 장치의 소형화에 기여하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은, 차량의 스티어링 휠과 연동하여 회전하는 고정 클러치 플레이트와; 스티어링 기어를 연동시키는 출력 조향축과 함께 회전하되, 상기 고정 클러치 플레이트와 선택적으로 해제되는 가동 클러치 플레이트를; 포함하여 구성되어, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 서로 맞물린 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되고, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 해제된 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치를 제공한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '자성체' 및 이와 유사한 용어는 외부 자기장이 없더라도 자성을 갖는 강자성체에 국한되지 않으며, 외부 자기장에 의하여 자성이 생겨나는 재질을 포함하는 것으로 정의한다. 예를 들어, 본 발명의 구성 요소들 중에 자성체 재질은 강재(steel) 재질로 형성될 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '비자성체(Non-magnetic material)' 및 이와 유사한 용어는 외부 자기장에 의하더라도 자성이 생기지 않는 재질로 정의한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 안전 사고의 발생이 예측되는 순간에, 차량의 조향장치가 운전자에 의해 조작되는 대신에, 안전 사고를 회피하는 데 최적화되도록 사전에 입력된 데이터에 따라 제어됨으로써 안전사고를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 입력축으로부터 출력축으로 회전 구동력이 전달하는 것을 전자기력에 의해 조향 클러치 플레이트를 해제시키도록 작동함으로써, 안전 사고의 발생이 예측되는 순간에 조향 장치의 조작을 운전자로부터 차량에 저장되어 있는 데이터로 매우 짧은 시간에 전환하여 안전 사고 가능성을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 위하여, 본 발명은, 조향 클러치 플레이트를 구동함에 있어서, 비자성체 링부재를 이용하여 폐루프 형태의 자속 경로를 형성하여, 고정 클러치 플레이트로부터 가동 클러치 플레이트를 분리시키는 힘을 효과적으로 발현시켜, 콤팩트한 구조로 큰 힘으로 클러치 플레이트를 해제시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 조향 클러치 플레이트의 일측에 자력에 의해 맞물림 상태인지 여부를 감지하는 캠 센서를 구비하여, 조향 클러치의 ON/OFF상태를 정확하게 감지하여, 조향 오작동에 의한 문제를 제거하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 조향 클러치가 OFF인 해제 상태에서는 스티어링 휠에 회전 부하를 인가함으로써, 자율 주행 중에 운전자의 운전을 지루하지 않도록 하여 졸음을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 차량용 조향 장치의 구성을 도시한 개략도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 SBW 클러치 장치가 조향축에 장착된 구성을 도시한 사시도,
도3은 도2의 차량용 SBW 클러치 장치의 분해 사시도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대 사시도,
도5는 도3의 'B'부분의 확대 사시도,
도6은 도3의 스프링의 확대 사시도,
도7은 도3의 차량용 SBW 클러치 장치의 조립 종단면도로서 클러치 플레이트의 맞물림 상태(ON 상태)를 도시한 도면,
도8은 도7의 'C'부분의 확대도,
도9는 도3의 차량용 SBW 클러치 장치의 조립 종단면도로서 클러치 플레이트의 해제 상태(OFF 상태)를 도시한 도면,
도10은 도9의 'D'부분의 확대도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 SBW 클러치 장치(100)는, 스티어링 휠(10)에 의해 회전하는 조향축(20)에 설치되거나 조향축(20)의 일부 또는 전부를 형성한다. 구체적으로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 SBW 클러치 장치(100)는, 스티어링 휠(10)과 함께 회전하는 입력축(110)과, 입력축(110)에 고정되어 입력축(110)과 일체로 회전하는 고정 클러치 플레이트(115)와, 스티어링 기어(30)를 회전시키는 출력축(120)과, 내부에 수용 공간이 마련된 케이싱(130)과, 케이싱(130)의 수용 공간에 안착되는 구동부(140)와, 구동부(140)의 일단에 설치되고 가이드 돌기(151p)가 형성된 가이드부(150)와, 가이드 돌기(151p)를 따라 축선(99) 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되어 구동부(140)에 의해 축방향(99)으로 이동 구동되는 가동 클러치 플레이트(160)와, 가동 클러치 플레이트(160)를 고정 클러치 플레이트(115)를 향하여 밀어내는 탄성 복원력이 작용하도록 가이드부(150)와 가동 클러치 플레이트(115)의 사이에 설치된 스프링(170)과, 클러치 플레이트(115, 160)가 맞물림 상태인지 해제 상태인지를 감지하는 감지 센서(180)와, 클러치 플레이트(115, 160)가 해제 상태인 동안에 입력축(110)의 회전에 부하를 인가하는 부하 모터(190)와, 이들을 제어하는 제어부(201)를 포함하여 구성된다.
즉, 고정 클러치 플레이트(115)와 가동 클러치 플레이트(160)가 서로 맞물린 상태에서는 스티어링 휠(10)의 회전 구동력이 입력축(110)으로부터 출력축(120)으로 전달되어 차륜을 조향하는 스티어링 기어(30)에 전달되고, 고정 클러치 플레이트(115)와 가동 클러치 플레이트(160)가 해제된 상태에서는 스티어링 휠(10)의 회전 구동력이 입력축(110)으로부터 출력축(120)으로 전달되지 않아 차륜을 조향하는 스티어링 기어(30)에 전달되지 않게 된다.
도면에 예시된 실시예에서는 고정 클러치 플레이트(115)가 입력축(110)에 고정되고 가동 클러치 플레이트(160)가 입력축(110)의 타단부(110e2)를 중앙에 두고 축방향(99)으로 이동하는 구성이 예시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 고정 클러치 플레이트가 출력축(110)에 고정되고 가동 클러치 플레이트가 출력축의 일단부를 중앙에 두고 축방향으로 이동하도록 구성되는 것을 포함한다. 이하에서는 편의상 도면에 예시된 구성을 중심으로 상술한다.
상기 입력축(110)은 운전자에 의해 조작되는 스티어링 휠(10)과 함께 회전하며, 스티어링 휠(10)과 연결되는 조향축과 일단부(110e1)가 결합되어 함께 회전할 수도 있고, 스티어링 휠(10)과 직접 연결되어 조향축의 일부를 형성할 수도 있다. 입력축(110)의 타단부(110e2)는 출력축(120)의 일단부에 형성된 수용홈(120v)에 삽입되며, 베어링(110b)에 의해 회전 지지된다.
입력축(110)에는 부하 모터(190)와 맞물리는 기어부(112)가 형성되어, 선택적으로 부하 모터(190)로부터 회전 부하가 인가된다.
상기 출력축(120)은 차륜의 방향을 조향하는 스티어링 기어(30)를 회전시키도록 설치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 출력축(120)은 그 타단부(120e2)가 출력 조향축(20o)과 조인트(20j)로 연결되도록 설치될 수도 있으며, 경우에 따라 직접 스티어링 기어(30)와 연결되도록 설치될 수도 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 출력축(120)은 일단부에 단면이 보다 더 큰 플랜지부(122)가 형성되고, 플랜지부(122)의 중앙부 구멍(123)을 통해 수용홈(120v)으로 입력축(110)의 타단부(110e2)를 수용한다. 플랜지부(122)에는 외주면에 걸림 돌기(122o)가 원주 방향으로 이격된 다수의 위치에 돌출 형성된다.
상기 케이싱(130)은 차체 프레임(50)에 고정 설치되고, 구동부(140)가 수용되도록 축방향(99)으로 연장된 연장부(130L)에 의해 형성되는 수용 공간을 구비한다. 케이싱(130)의 수용 공간에 구동부(140) 등의 구성 요소를 조립한 이후에는, 연장부(130L)의 끝단에 케이싱 커버(135)가 고정 볼트(77)로 고정된다.
케이싱 커버(135)에 삽입 설치되는 베어링(120b)에 의해 출력축(120)은 회전 지지된다. 그리고, 케이싱 커버(135)의 타단부에는 오일 씰(140k)이 설치되어, 구동부(140)가 안착되는 수용 공간을 외부와 차단시킨다.
케이싱(130)은 차체 프레임(50)의 일부와 일체로 형성될 수도 있고, 차체 프레임(50)에 결합되도록 형성될 수 있다.
상기 구동부(140)는 케이싱(130)의 수용 공간에 수용되며, 관통공이 중앙에 마련되고 링 형태의 수용부가 형성되며 금속 재질의 자성체로 형성된 요크(142)와, 선택적으로 전원이 인가되는 권선(145)이 감겨진 상태로 요크(142)의 수용부에 수용되는 보빈(144)을 포함한다. 제어부(201)는 전류 공급부(149)에 제어 신호(i14)를 전송하여, 전류 공급부(149)로부터 보빈(144)에 감긴 권선(145)에 선택적으로 전류를 인가하여, 자성체로 형성된 요크(142)에는 권선(145)에 흐르는 전류에 의하여 자기장에 따른 자속(CL)이 도10에 도시된 바와 같이 폐루프 형태로 발생된다.
요크(142)의 수용부에 권선(145)이 감긴 보빈(144)이 설치된 이후에, 요크(142)의 수용부 입구를 덮는 자성체 재질의 커버(146)가 설치될 수 있다.
요크(142)는 케이싱(130)의 수용 공간에 수용되고, 동시에 케이싱 커버(135)와 일체로 고정될 수 있도록, 위치 고정 볼트(66)로 케이싱 커버(135)와 체결 고정된다. 이에 따라, 요크(142)는 케이싱(130) 내부에서 요동하지 않고 견고하게 제 위치를 유니할 수 있게 된다.
상기 가이드부(150)는 출력축(120)의 플랜지부(122)에 결합되어 출력축(120)과 함께 회전한다.
구체적으로는, 가이드부(150)는, 출력축(120)의 플랜지부(122)를 감싸도록 결합되고 비자성체로 형성된 비자성체 링부재(152)와, 고정 클러치 플레이트(160)를 향하여 안내 돌기(151p)가 축방향으로 돌출되어 비자성체 링부재(152)를 감싸도록 비자성체 링부재(152)에 결합되는 가이드 플레이트(151)를 포함한다.
여기서, 가이드 플레이트(151)는 자성체 재질로 형성되어 고정 클러치 플레이트(115)와 구동부(140)의 사이에 설치되어, 가동 클러치 플레이트(160)와 함께 회전하고 고정 클러치 플레이트(115)의 축방향 왕복 이동을 안내하는 가이드 돌기(151p)가 축방향으로 돌출 형성된다.
여기서, 비자성체 링부재(152)는 출력축(120)의 플랜지(122)를 감싸는 링 형태로 형성되어 플랜지(122)의 외주면과 용접이나 끼워맞춤에 의해 결합되며, 가이드 플레이트(151)는 비자성체 링부재(152)를 감싸는 링 형태로 비자성체 링부재(152)의 외주면과 용접이나 끼워맞춤에 의해 결합된다.
도5에 도시된 바와 같이, 플랜지(122)의 외주면에는 반경 바깥 방향으로 돌출된 외향 끼움 돌기(122o)가 형성되고, 플랜지(122)를 감싸는 비자성체 링부재(152)의 내주면에는 외향 끼움 돌기(122o)를 수용하는 끼움 홈(152i)이 형성되어, 출력축(120)과 비자성체 링부재(152)는 외향 끼움 돌기(122o)와 끼움 홈(152i)의 물리적인 간섭에 의하여 일체 회전이 보장된다. 그리고, 비자성체 링부재(152)의 외주면에는 반경 내측 방향으로 요입 형성된 끼움 홈(152o)이 형성되고, 비자성체 링부재(152)를 감싸는 가이드 플레이트(151)의 내주면에는 끼움 홈(152o)에 삽입되는 내향 끼움 돌기(151i)가 형성되어, 비자성체 링부재(152)와 가이드 플레이트(151)는 내향 끼움 돌기(151i)와 끼움 홈(151o)의 물리적인 간섭에 의하여 일체 회전이 보장된다. 따라서, 출력축(120)과 가이드부(150)는 일체로 회전하게 된다.
즉, 출력축(120)의 일단부에는 요크(142)의 내주 선단면을 덮는 플랜지부(122)가 자성체 재질로 형성되고, 가이드 플레이트(151)는 플랜지부(122)와 반경 방향으로 이격된 링 형태의 자성체 재질로 형성되어 요크(142)의 외주 선단면을 덮는 형태로 설치되고, 비자성체 링부재(152)는 가이드 플레이트(151)와 플랜지부(122)의 사이에 개재되어 비자성체 재질의 링 형태로 형성된다.
이와 같이, 요크(142)와 가이드 플레이트(151)와 가동 클러치 플레이트(160)와 출력축(120)의 플랜지부(122)가 모두 자성체 재질로 형성되고, 가이드 플레이트(151)와 플랜지부(122)의 사이에 비자성체 재질로 링부재(152)가 형성됨에 따라, 도10에 도시된 폐루프 형태의 자속 경로(CL)를 형성하여, 폐루프 형태의 자속 경로를 보다 더 단축시키고자 하는 전자기력을 이용하여 고정 클러치 플레이트(115)로부터 가동 클러치 플레이트(160)를 요크(142)를 향하여 잡아당기는 힘을 효과적으로 발현시켜, 콤팩트한 구조로 큰 힘으로 클러치 플레이트(115, 160)의 클러치 상태를 해제시킬 수 있다.
상기 클러치 플레이트(115, 160)는, 도4에 도시된 바와 같이, 입력축(115)에 일체로 결합되어 함께 회전하는 고정 클러치 플레이트(115)와, 입력축(115)의 타단부(110e2)를 중앙공(160a)에 삽입시킨 상태로 축방향(99)으로 왕복 이동(160d)이 가능하게 설치되는 가동 클러치 플레이트(160)로 이루어진다.
여기서, 가동 클러치 플레이트(160)에는 가이드 플레이트(151)의 가이드 돌기(151p)를 관통시키는 안내공(160a)이 형성되어, 가이드 돌기(151p)를 따라 축방향(99)으로 왕복 이동(160d)하게 된다. 그리고, 가이드 돌기(151p)와 안내공(160a)이 원주 방향으로 간섭되므로, 가동 클러치 플레이트(160)는 가이드 플레이트(151)와 일체로 회전한다. 즉, 가동 클러치 플레이트(160)는 가이드부(150)를 매개로 출력축(120)과 함께 회전하게 된다.
고정 클러치 플레이트(115)와 가동 클러치 플레이트(160)가 서로 마주보는 면에는 원주 방향을 따라 서로 맞물리는 요철부(115x, 160x)가 구비된다. 이에 따라, 가동 클러치 플레이트(160)가 고정 클러치 플레이트(115)에 접근하여 요철부(115x, 160x)가 맞물린 상태에서, 고정 클러치 플레이트(115)로부터 가동 플레이트(160)로 회전 구동력이 전달될 수 있게 된다.
상기 스프링(170)은, 가동 클러치 플레이트(160)와 가이드부(150)의 사이에 압축 변형되게 설치되어, 탄성 복원력에 의해 가동 클러치 플레이트(160)를 고정 클러치 플레이트(115)를 향하여 밀어내도록 설치된다.
스프링(170)은 코일 스프링이나 판 스프링 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 도6에 도시된 바와 같이, 폐루프 형태의 판 스프링 형태로 형성될 수 있다. 즉, 스프링(170)은 수평면에 거치한 상태에서, 일부분이 도면부호 'y'로 표시된 높이만큼 높게 형성되어 축방향으로 굴곡 변형된 형상일 수 있다. 이에 따라, 스프링(170)의 중앙부에 입력축(110)의 타단부(110e2)를 수용한 상태로 설치하는 것이 용이해진다. 그리고, 축방향으로 굴곡 변형됨에 따라 가동 클러치 플레이트(160)와 가이드부(150) 사이의 정해진 간격이 되도록 조립되면, 가동 클러치 플레이트(160)와 가이드부(150)의 사이에 설치되는 스프링(170)이 정해진 양만큼 압축 변형되면서, 스프링(170)의 일면(S1)의 일부가 가동 클러치 플레이트(160)에 미리 정해진 양의 탄성 복원력이 도면부호 170k로 표시된 방향의 힘(Fs)으로 가동 클러치 플레이트(160)를 예정된 크기로 정확하게 밀어내게 된다.
이에 따라, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 구동부(140)가 작동하지 않는 상태에서는, 스프링(170)의 탄성 복원력에 의해 가동 클러치 플레이트(160)가 고정 클러치 플레이트(115)에 밀착하면서, 이들(115, 160)의 요철부(115x, 160x)가 맞물리면서, 입력축(110)의 회전이 출력축(120)으로 그대로 전달된다.
여기서, 출력축(120)은 직접 스티어링 기어(30)와 연결되거나, 그 밖에 조인트(20j)로 연결된 출력 조향축(20o)을 매개로 스티어링 기어(30)와 연결되어 있으므로, 운전자의 스티어링 휠(10)의 회전 조작대로 차륜의 방향을 조작하게 된다.
상기 감지 센서(180)는, 고정 클러치 플레이트(115)의 일측에 배치되어, 가동 클러치 플레이트(160)의 요철부(160x)가 고정 클러치 플레이트(115)의 요철부(115x)와 맞물림 상태를 감지한다. 감지 센서(180)는 클러치 플레이트(115, 160)의 맞물림 여부에 대한 감지 데이터(i18)를 제어부(201)에 전송한다.
여기서, 감지 센서(180)는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 감지 센서(180)는 자석이 내장되어 자석의 주변 자성체에 대한 자력의 세기를 감지하는 캠센서로 형성될 수 있다. 즉, 고정 클러치 플레이트(115)와 가동 클러치 플레이트(160)는 자성체인 금속 재질(예를 들어, 강재)로 형성되므로, 가동 클러치 플레이트(160)가 고정 클러치 플레이트(115)와 이격된 해제 상태에 비하여 가동 클러치 플레이트(160)가 고정 클러치 플레이트(115)와의 맞물림 상태가 되면, 캠 센서로 형성된 감지 센서(180)는 보다 큰 자력을 감지하여, 고정 클러치 플레이트(115)와 가동 클러치 플레이트(160)의 맞물림 상태를 감지하게 된다.
한편, 차량에 구비된 카메라 센서, 레이더 센서, 라이다 센서 등에 의해 획득된 데이터를 기초로 차량이 자율 주행 모드로 운행하는 경우에, 운전자의 스티어링 휠의 회전과 무관하게 차륜의 조향 조작이 행해질 수 있다.
또한, 정상적인 운전자의 조향 조작에 의하여 운전을 하는 과정에서도, 차량에 구비된 카메라 센서, 레이더 센서, 라이다 센서로부터 수신된 정보와 사고 직전의 데이터를 대비하여, 차량의 운행 중에 차량 사고를 사고 직전에 감지하면, 운전자의 스티어링 휠의 조작에 따른 차륜의 조향 작동을 배제하고, 차량 사고를 피할 수 있는 자율 주행 시스템을 작동시킬 수 있다.
상기와 같이, 운전자의 스티어링 휠(10)을 회전시키는 것에 의한 차륜의 조향 조작하는 것을 배제하고자 하는 경우에, 제어부(201)는 전류 공급부(149)에 전류공급명령(i14)을 전송하여, 전류 공급부(149)로부터 구동 전류(Id)를 구동부(140)의 권선(145)에 인가하도록 한다.
권선(145)에 구동 전류가 인가되지 않으면, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 스프링(170)의 탄성 복원력에 의하여 가동 클러치 플레이트(160)가 고정 클러치 플레이트(115)에 밀착되면서, 이들(115, 160)의 요철부(115x, 160x)가 서로 맞물려 입력축(110)의 회전(110r)에 의해 출력축(120)이 회전(120r)하게 된다.
그러나, 구동부(140)의 권선(145)에 구동 전류(Id)가 인가되면, 도9 및 도10에 도시된 바와 같이, 비자성체 링부재(152)에는 자속이 흐르지 아니하므로, 자성체 재질로 형성된 요크(142)와 가이드 플레이트(151)와 가동 클러치 플레이트(160) 및 출력축(120)의 플랜지(122)를 잇는 형태로 자속의 흐름(CL)이 발생된다. 이에 따라, 축방향(99)으로 이동 가능한 가동 클러치 플레이트(160)는 요크(142)를 향하는 전자기력에 의해 잡아당겨지는 흡인력(Fs)에 의하여, 가동 클러치 플레이트(160)는 스프링(170)의 탄성 복원력을 극복하고 요크(142)를 향하여 고정 클러치 플레이트(115)로부터 멀어지는 방향으로 이격 이동하고, 이에 따라, 가동 클러치 플레이트(160)와 고정 클러치 플레이트(115)의 사이에는 간극(cc)이 발생되면서 고정 클러치 플레이트(115)와의 맞물림 상태가 해제된다. 이는, 비자성체 링부재(152)에 의해 권선 주변의 자기장의 자속이 가동 클러치 플레이트(160)로 우회함에 따라, 가동 클러치 플레이트(160)를 요크(142)를 향하여 잡아당기는 힘(Fs)을 발생시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 구동부(140)의 권선(145)에 구동 전류(Id)를 인가하는 것에 의하여, 가동 클러치 플레이트(160)를 고정 클러치 플레이트(115)와 분리되어 동력 전달이 이루어지지 않는 해제 상태(OFF 상태)로 되므로, 입력축(110)의 회전 구동력이 출력축(120)에 전달되지 않게 된다. 더욱이, 권선(145)에 전류(Id)를 인가하여 발생되는 자속(CL)의 흐름에 의한 전자기력으로 클러치 플레이트(115, 160)를 해제시킴에 따라, 전류 공급부(149)로부터 전류(Id)를 인가한 이후에 매우 짧은 시간 내에 클러치 플레이트(115, 160)를 해제시켜 운전자에 의한 조향 작동을 중지시키므로, 제어부(201)가 안전 사고 데이터와 대비하여 사고 위험이 높은 것으로 감지한 경우에는, 신속하게 운전자의 운전 조작을 차단하고 미리 저장된 조향 시퀀스에 따라 조향 조작이 행해진다. 이를 통해, 주행 중에 블랙아이스에 미끄러지는 것과 같이 불측의 사고 위험이 있는 경우에, 제어부(201)는 권선(145)에 전류(Id)를 공급하여 조향 클러치 상태를 해제 상태로 신속하게 전환한 이후에, 조향 조작을 사고 형태에 따라 미리 정해진 시퀀스에 따라 조향함으로써 안전 사고의 위험을 보다 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 자율 주행에 의해 차량이 주행하고 있는 경우에, 제어부(201)는 권선(145)에 전류(Id)를 공급하여 조향 클러치 상태를 해제시킨 상태를 유지하고, 동시에 스티어링 휠(10)과 함께 회전하는 회전축(110)에 부하 모터(190)로부터 회전 부하를 인가한다. 이를 통해, 비록 차륜의 조향 작용으로부터 운전자가 배제된 상태이지만, 운전자가 자율주행 중에 스티어링 휠(10)을 회전 조작할 때에 부하 모터(190)로부터 스티어링 휠(10)의 회전각에 따른 가상 부하를 입력축(110)에 인가하여, 자율 주행 중에 운전자의 지루함을 완화시키도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 안전 사고의 발생이 예측되는 순간에, 차량의 조향 장치가 운전자에 의해 조작되는 대신에, 안전 사고를 회피하는 데 최적화되도록 사전에 입력된 데이터에 따라 제어함으로써 안전사고를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 조향 클러치 플레이트(115, 160)가 해제 상태에서 스티어링 휠(10)과 함께 회전하는 입력축(110)에 부하 모터(190)로부터 회전 부하를 회전 방향과 반대로 인가함으로써, 자율 주행 중에 운전자의 스티어링 휠 조작을 할 때에 운전이 지루하지 않도록 하여 졸음을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 입력축(110)으로부터 출력축(120)으로 회전 구동력이 전달하는 것을 권선(145)에 인가되는 전류(Id)에 의해 발생되는 전자기력에 의해 조향 클러치 플레이트(115, 160)를 해제시키도록 작동함으로써, 안전 사고의 발생이 예측되는 순간에 조향 장치의 조작을 운전자로부터 차량에 저장되어 있는 데이터로 매우 짧은 시간에 전환하여 안전 사고 가능성을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 도면에 예시된 실시예에서는 고정 클러치 플레이트(115)가 입력축(110)과 일체로 회전하고, 가동 클러치 플레이트(160)가 출력축(120)과 일체로 회전하면서 고정 클러치 플레이트(115)를 향하는 축방향으로 이동하여 클러치 맞물림 상태가 되는 구성이 예시되어 있지만, 본 발명은, 고정 클러치 플레이트(115)가 출력축(120)과 일체로 회전하고, 고동 클러치 플레이트(115)가 입력축(110)과 일체로 회전하면서 고정 클러치 플레이트(115)를 향하는 축방향으로 이동하여 클러치 맞물림 상태가 되는 구성을 포함한다.
10 : 스티어링 휠 20 : 조향축
30: 스티어링 기어 100: 차량용 조향 클러치 장치
110: 입력축 115: 고정 클러치 플레이트
120: 출력축 120v: 수용홈
130: 케이싱 135: 케이싱 커버
140: 구동부 142: 요크
144: 보빈 145: 권선
150: 가이드부 151: 가이드 플레이트
151p: 가이드 돌기 152: 비자성체 링부재
160: 가동 클러치 플레이트 170: 스프링
180: 감지 센서 190: 부하 모터
201: 제어부

Claims (13)

  1. 차량의 스티어링 휠과 연동하여 회전하는 고정 클러치 플레이트와;
    스티어링 기어를 연동시키는 출력 조향축과 함께 회전하되, 상기 고정 클러치 플레이트와 선택적으로 해제되는 가동 클러치 플레이트를;
    포함하여 구성되어, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 서로 맞물린 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되고, 상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 해제된 상태에서는 상기 스티어링 휠의 회전 구동력이 상기 스티어링 기어에 전달되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스티어링 휠과 함께 회전하는 입력축과;
    상기 스티어링 기어에 연결되어 상기 스티어링 기어를 회전시키는 출력축과;
    상기 가동 클러치 플레이트를 축 방향으로 이동시키는 구동부와;
    포함하고, 상기 고정 클러치 플레이트는 상기 입력축과 상기 출력축 중 어느 하나와 일체로 회전하고;
    상기 가동 클러치 플레이트는 상기 입력축과 상기 출력축 중 다른 하나와 일체로 회전하되, 축방향으로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  3. 제 2항에 있어서,상기 구동부는,
    관통공이 중앙에 마련되고 링 형태의 수용부가 형성된 요크와;
    전류가 선택적으로 인가되는 권선이 감겨진 상태로 상기 수용부에 수용되는 보빈을;
    포함하고, 상기 가동 클러치 플레이트와 상기 요크는 자성체로 형성되어, 상기 권선에 전류가 인가되면 상기 가동 클러치 플레이트를 상기 고정 클러치 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 이격시키는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고정 클러치 플레이트와 상기 구동부의 사이에 설치되어, 상기 가동 클러치 플레이트와 함께 회전하고 상기 고정 클러치 플레이트의 축방향 왕복 이동을 안내하는 가이드 돌기가 축방향으로 돌출 형성된 가이드 플레이트를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 출력축의 일단부는 상기 요크의 내주 선단면을 덮는 플랜지부가 자성체 재질로 형성되고;
    상기 가이드 플레이트는 상기 플랜지부와 반경 방향으로 이격된 링 형태의 자성체 재질로 형성되어 상기 요크의 외주 선단면을 덮는 형태로 설치되고;
    상기 가이드 플레이트와 상기 플랜지부의 사이에 개재되고 링 형태의 비자성체 재질로 형성된 비자성체 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 플랜지부와 상기 비자성체 링부재와 상기 가이드 플레이트는 일체로 회전하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 가동 클러치 플레이트와 상기 비자성체 링부재의 사이에 설치되어, 상기 가동 클러치 플레이트를 상기 고정 클러치 플레이트를 향하여 밀어내는 스프링을;
    더 포함하고, 상기 권선에 전류가 인가되면 상기 구동부는 상기 고정 클러치 플레이트로부터 상기 가동 클러치 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 상기 고정 클러치 플레이트를 잡아당기는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 가동 클러치 플레이트와 상기 비자성체 링부재의 사이에 설치되어, 상기 가동 클러치 플레이트를 상기 고정 클러치 플레이트로부터 멀어지도록 잡아당기는 스프링을;
    더 포함하고, 상기 권선에 전류가 인가되면 상기 구동부는 상기 고정 클러치 플레이트를 향하여 상기 가동 클러치 플레이트를 밀어내는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스프링은 링형으로 형성되되 축방향으로의 굴곡 변형된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  10. 제 2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력축과 상기 출력축 중 어느 하나 이상은 조향축의 일부 이상을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  11. 제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클러치 플레이트의 일측에 설치되어 상기 가동 클러치 플레이트와 상기 고정 클러치 플레이트의 맞물림 상태를 자력 변화로 감지하는 캠 센서를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  12. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클러치 플레이트와 상기 가동 클러치 플레이트가 해제된 상태에서, 상기 입력축의 회전에 따른 부하를 인가하는 부하 모터를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
  13. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량의 제어부는, 상기 차량의 운행 중에 위험한 것으로 감지되면, 상기 구동부에 의해 상기 고정 클러치 플레이트로부터 상기 가동 클러치 플레이트를 해제시켜 상기 스티어링 휠에 의한 조향 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 차량용 SBW 클러치 장치.
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