KR20230054886A

KR20230054886A - 조향륜 회전 제한 장치를 갖는 편심 조향 시스템 지지 칼럼을 구비하는 와이어 조향 시스템

Info

Publication number: KR20230054886A
Application number: KR1020237010431A
Authority: KR
Inventors: 프란코 치맛티
Original assignee: 로투스 테크 이노바치온 센트레 게엠베하
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-04-25
Also published as: US20230322291A1; WO2022043533A1; EP3960584B1; CN115989168A; JP2023543136A; EP3960584A1

Abstract

본 발명은 회전 가능한 조향륜 허브(14)와; 회전자(46) 및 고정자(48)를 갖는 전기 기계를 포함하는 토크 피드백 장치(44)로, 회전자(46)는 조향륜 허브(14)에 부착되고 고정자(48)는 조향 시스템(10)의 회전 불가능한 컴포넌트(48)에 고정되는 토크 피드백 장치(44)와; 회전축(A)에 편심되는 제1 종축(L1)을 갖는 편심 섹션(28)을 포함하고 회전축(A)에 대응하는 제2 종축(L2)을 갖는 정렬 섹션(26)을 포함하는 조향 시스템 지지 칼럼(24)을 구비하는 조향 시스템(10)에 관련된다. 조향륜 허브(14)는 정렬 섹션(26) 상에 회전 가능하게 장착되고 편심 섹션(28)에 축방향으로 이격된다. 조향륜 회전 제한 장치(52)가 편심 섹션(28)에 부착되어 조향륜 허브(14)에 맞물린다.

Description

조향륜 회전 제한 장치를 갖는 편심 조향 시스템 지지 칼럼을 구비하는 와이어 조향 시스템

본 발명은 조향륜(steering wheel) 회전 제한 장치를 갖는 편심(off-axis) 조향 시스템 지지 칼럼(steering system support column)을 구비하는, 특히 자동차(automotive vehicle) 등 차량의 와이어 조향(steer-by-wire) 조향 시스템에 관한 것이다.

승용차와 트럭 산업에서는 와이어 구동(drive-by-wire) 시스템의 사용에 대한 관심이 증가하고 있는데, 여기서는 기계적 컴포넌트들이 전기-기계 구성(electro-mechanical configurations)으로 대체된다. 완전한 전기 자동차와 자율주행 차량을 향한 진전들은 와이어 구동 조향 시스템의 발전과 발명적 개념들에 대한 요구의 증가를 더욱 촉진하고 있다.

와이어 구동 시스템의 하나의 구체적인 하위 범주는 조향륜으로부터의 운전자의 조향 명령을 차륜(wheel)들에 전달하는 전통적인 기계적 컴포넌트들을 전기-기계 구성으로 대체하는 것을 목표로 하는 와이어 조향 조향 시스템에 관련된다. 이러한 전기-기계 와이어 조향 구성은 조향륜과 조향되는 차륜들 간의 직접 또는 간접 기계적 연결들을 부분적으로 또는 완전히 생략할 수 있다. 기계적 동력 전달 대신, 조향 명령은 센서 구조(sensor arrangement)에 의해 검출되어, 제어 유닛을 통해 조향 명령을 실행하도록 구성된 전기-기계 액튜에이터에 대한 제어 신호의 형태로 전송된다.

와이어 조향 구성은 설치 공간, 조향 시스템의 조립, 안전 및 설계 개념에 관해 완전히 새로운 가능성들을 열고 있다.

와이어 조향 조향 시스템은 예를 들어 문헌 US 2020/0070871A로 알려져 있는데, 이는 조향륜, 제어 컴포넌트. 조향륜의 회전 조건을 측정하는 회전 측정 컴포넌트, 및 조향륜의 회전 조건에 따라 조향륜의 회전에 저항 토크(resistance torque)를 인가하는 도로 감지 모사기(road sense simulator)를 포함하는 차량 조향륜 조립체를 개시한다. 조향 칼럼(steering column)이 조향륜 하부에 위치하는데, 조향 칼럼의 상단은 조향륜에 연결되고 조향 칼럼의 하단은 도로 감지 모사기에 연결된다. 도로 감지 모사기는 차량의 바디(vehicle body)에 고정된다. 회전 측정 컴포넌트와 도로 감지 모사기는 모두 제어 컴포넌트에 연결되고, 제어 컴포넌트는 회전 측정 컴포넌트의 측정 데이터에 따라 조향륜의 회전에 저항 토크를 인가하도록 도로 감지 모사기를 제어한다.

또한 문헌 JP 2019-214360 A는 종래의 조향 시스템에 존재하는 소정(given) 기계적 단부 정지기(end stop)를 대체하는 특정한 작동 범위 제한 조절 장치를 구비하는 와이어 조향 방식 동력 조향 장치를 개시한다.

종래의 와이어 조향 시스템은 대개 복잡한 구조를 갖고 그 기능성과 적용 가능성, 및 다른 차량 요구조건들에 대한 적응성의 관점에서 제한된다.

본 발명의 목적은 향상된 특성들을 갖고 종래기술의 문제점들의 적어도 일부를 극복하는 조향 시스템을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 특히 공간 요건들의 완화, 조향 시스템의 강건성, 신뢰성, 및 간단한 조립의 관점에서 구조적으로 최적화된 와이어 조향 조향 시스템을 제공하는 것이다.

이 목적들은 독립 청구항들의 주제로 달성된다. 바람직한 실시예들 및 바람직한 특징들은 종속 청구항 및 이하의 설명에 규정되어 있다.

본 발명은 차량의 조향 시스템, 더 정확히는 와이어 조향(steer-by-wire) 조향 시스템에 관련된다.

조향 시스템은 조향륜(steering wheel)에 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜 허브(hub)를 구비할 수 있디. 조향륜 허브는 회전축(axis of rotation)을 중심으로 회전 가능하다. 이에 따라 조향륜이 연결되면 이 역시 조향륜 허브와 함께 회전축을 중심으로 회전 가능하다. 특히 조향륜 허브는 조향 시스템 지지 칼럼(support column) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다.

조향 시스템은 조향륜을 구비할 수 있는데, 이는 바람직하기로 파지부(grip portion)를 구비한다.

조향륜은 고정 부재에 의해 직접 또는 간접으로 조향륜 허브에 기계적 부착될 수 있다. 예를 들어, 고정 부재는 볼트, 고정나사(screw), 리벳, 너트, 접합, 및/또는 스웨이징(swaging; 가압 및/또는 변형)이 될 수 있다.

조향 시스템은 회전자(rotor)와, 고정자 권선(stator windings)을 갖는 고정자를 포함하는 전기 기계를 갖는 토크 피드백 장치(torque feedback device)를 구비하는데, 회전자는 회전축을 중심으로 조향륜 허브와 함께 회전 가능하도록 조향륜 허브에 고정 부착되고, 고정자는 조향 시스템의 회전 불가능한 컴포넌트에 고정 부착된다. 달리 말해, 회전 불가능하다는 것은 고정자가 차량 바디에 대해 회전적으로 정지하거나 회전적으로 고정된 것을 의미한다.

회전자는 외측 회전자일 수 있고 고정자는 내측 고정자일 수 있다.

회전축에 대해, 고정 부재들은 고정자 권선과 다른 반경방향 위치들, 즉 반경방향 높이들에 배치될 수 있다.

조향 시스템은 회전축에 편심(off-set)되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축을 갖는 편심(off-axis) 섹션을 포함하고, 회전축에 대응하는 제2 종축을 갖는 정렬(aligned) 섹션을 포함하는 강성(rigid)의 조향 시스템 지지 칼럼을 구비할 수 있다. 회전축에 대응한다는 것은 회전축에 정렬되거나 이와 동축(coaxial)인 것으로도 기술될 수 있다. 조향륜 허브는 정렬 섹션 상에 회전 가능하게 장착될 수 있고, 이에 따라 정렬 섹션과 축방향으로 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 편심 섹션은 조향륜 허브와 축방향으로 이격될(spaced or displaced) 수 있다.

편심 섹션과 정렬 섹션은 일체로 형성되어 연결부(connection portion)로 연결될 수 있다. 연결부 역시 일체로 형성, 즉 편심 섹션 및 정렬 섹션과 단일 부품 형태로 형성된 강성 부분(rigid portion)이 될 수 있다.

조향 시스템은 조향륜 허브의 회전을 제한하여 여기에 연결된 조향륜의 회전을 기계적으로 제한하는 조향륜 회전 제한 장치를 구비할 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브의 회전축 둘레의 양 원주 방향들로의 회전 가능성(rotatability)을 제한하도록 구성될 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 여전히 360°보다 큰 조향륜 허브의 회전을 허용하도록 구성될 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 반경방향으로 편심되고 바람직하기로 조향륜 허브에 인접하여 배치될 수 있다.

조향륜 회전 제한 장치는 조향 시스템 또는 조향 시스템의 다른 회전 불가능한 컴포넌트에 고정되는 기부(base)를 구비할 수 있다. 기부는 2개의 축방향으로 반대측인(opposing) 단부 정지면(end stop surface)들을 구비한다. 조향륜 회전 제한 장치는 회전축에 평행하게 기부에 대해 그리고 조향륜 허브에 대해 2개의 단부 정지면들 간에 미끄럼 가능한 미끄럼 부재(slide element)를 구비할 수 있다. 달리 말해, 미끄럼 부재는 2개의 반대측 단부 정지면들 간에 전후로 미끄러질 수 있다.

미끄럼 부재는 조향륜 허브의 원주면(circumferential surface), 바람직하기로 외주면(outer circumferential surface)에 형성된 나선형 홈(spiral groove)에 맞물려 조향륜 허브의 회전이 미끄럼 부재의 축방향 운동을 유발하도록 하는 돌출부(projection)를 구비할 수 있다. 결과적으로, 미끄럼 부재와 2개의 단부 정지면들 중의 하나의 접촉은 미끄럼 부재의 하나의 방향으로의 추가적 축방향 운동을 차단함으로써 조향륜 허브의 회전을 차단한다.

조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 회전 제한 장치의 기부를 통해 편심 섹션에 부착될 수 있고 미끄럼 부재를 통해 조향륜 허브와 맞물릴 수 있다. 이에 따라 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브를 향해 축방향으로 연장될 수 있다.

(본 발명의) 하나의 국면에 따라, 차량의 조향 시스템은 조향륜에 연결되거나 연결 가능한 조향륜 허브를 구비하는데, 여기서 조향륜 허브와 여기에 연결되거나 연결 가능한 조향륜은 회전축을 중심으로 회전 가능하다.

조향 시스템은 회전자(rotor)와 고정자(stator)를 갖는 전기 기계(electric machine)를 포함하는 토크 피드백 장치(torque feedback device)를 구비한다, 회전축을 중심으로 조향륜 허브와 함께 회전할 수 있도록 회전자는 조향륜 허브에 부착되고, 고정자는 조향 시스템의 회전 불가능한 컴포넌트에 고정된다.

조향 시스템은 회전축에 편심(off-set)되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축(longitudinal axis)을 갖는 편심 섹션(off-axis section)을 포함하고 회전축에 대응하는 제2 종축을 갖는 정렬 섹션(aligned section)을 포함하는 조향 시스템 지지 칼럼을 구비한다. 회전축에 대응한다는 것은 또한 회전축에 정렬되거나 이와 동축이라고 기술될 수 있다. 조향륜 허브는 정렬 섹션에 회전 가능하게 장착되고 이에 따라 정렬 섹션과 축방향으로 적어도 부분적으로 중첩된다(overlap). 더 정확히는, 조향륜 허브는 정렬 섹션의 외주면(outer circumferential surface) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 편심 섹션은 조향륜 허브로부터 축방향으로 이격된다. 조향륜 지지 칼럼은 강성(rigid)이고 일체로, 즉 단일 부품 형태로 구성될 수 있다.

조향 시스템은 조향륜 허브의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치를 구비한다. 특히 조향륜 회전 제한 장치는 회전축 둘레의 양 원주 방향으로의 조향륜 허브의 회전을 적어도 기계적으로 제한하도록 구성된다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브에 연결된 조향륜의 회전을 기계적으로 제한 또는 차단하도록 구성된다. 조향륜 회전 장치는 여전히 조향륜 허브 및 조향륜의 360°보다 큰 회전을 허용할 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 회전 제한 장치의 기부를 통해 편심 섹션에 부착되고 미끄럼 부재를 통해 조향륜 허브에 맞물린다. 조향륜 회전 제한 장치 이에 따라 조향륜 허브를 향해 축방향으로 연장되고 미끄럼 부재는 조향륜 허브를 향해 반경방향으로 연장된다. 바람직하기로, 조향륜 회전 제한 장치는 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션에만 부착될 수 있다.

개별적인 조향 시스템 지지 칼럼은 공간 요건들, 운전자의 인체 공학(ergonomic)에 대한 맛춤, 및 마찰과 관성이 저하된 토크 생성/전송의 관점에서 신규하고 유용한 구조 설계를 제공한다.

조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 회전 제한 장치의 조합은 특히 공간 요건들의 저감, 기계적 단부 정지기 통합의 강건성(robustness) 및 신뢰성, 및 조향 시스템의 간단한 조립의 관점에서 구조적으로 최적화된 구성에 기여한다.

뿐만 아니라, 편심 섹션 및 정렬 섹션을 갖는 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 회전 제한 장치의 전술한 구조는 함께 전술한 조향륜 회전 제한 장치의 최적화된 통합 및 부착을 가능하게 한다.

편심 섹션은 제1 종축 및 제2 종축 양자에 횡으로 연장되는 연결부에 의해 정렬 섹션과 일체로 연결된다.

조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 고정자가 거기에 부착되는 회전 불가능한 컴포넌트가 될 수 있다. 이에 따라, 토크 피드백 장치는 조향륜 허브의 영역에 조향륜에 인접하여, 바람직하기로 조향륜 허브의 바로 위에 배치될 수 있다. 이는 감속기어 열(train) 및 축이 필요 없게 하고 원치 않는 마찰과 관성을 감소시킨다. 결과적으로 시스템 효율이 향상된다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템 지지 칼럼은 그 제1 종축 둘레로 회전 불가능할 수 있지만 그 제1 종축을 따라 차량 바디에 대해 병진 이동 가능할 수 있다. 이에 따라, 조향 시스템 지지 칼럼은 사용자의 인체공학적 요구에 따라 조향 시스템을 조정할 수 있게 할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 바람직하기로, 관형 신축 구조(tubular telescope arrangement)의 외측 부재 내에 축방향으로 이동 가능하게 장착된, 즉 관형 신축 구조의 외측 부재에 대해 축방향으로 이동 가능한 내측 부재를 형성할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 외측 부재에 대해 회전 불가능(non-rotatable)하고 회동 불가능(non-pivotable)하게 구성될 수 있다. 외측 부재는 조향 시스템 지지 칼럼을 차량 바디에 연결할 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템은 적어도 토크 피드백 장치의 제어 및/또는 특히 조향 시스템의 조향륜 각도 센서로부터의 센서 정보를 송수신하는 전자 제어 유닛을 구비할 수 있다.

전자 제어 유닛은 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션의 내부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 설치 공간이 유효하게 사용될 수 있다.

조향륜 회전 제한 장치의 기부는 전기 기계 위상 연결들 및/또는 전자 유닛을 갖는 적어도 하나의 센서를 연결하는 조향륜 각도 센서 연결들에 출입할 수 있게 하는 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션의 개구(opening)를 덮을 수 있다. 센서는 조향륜 각도 센서가 될 수 있다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치, 특히 분리 가능하게 부착된 조향륜 회전 제한 장치는 서비스 및 유지보수 목적의 전기 연결들에 대한 출입을 가능하게 할 수 있고 이와 동시에 손상적인 환경 영향들로부터 전기 연결 및 컴포넌트를 안전하게 보호할 수 있다.

조향륜 회전 장치의 기부는 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션에 고정나사, 볼트, 리벳, 또는 접착제로 부착되거나 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션에 용접될 수 있다. 고정나사 또는 볼트에 의해 부착하면 조향 시스템에 분리 가능하게 부착할 수 있게 된다.

하나의 실시예에서, 회전자가 외측 회전자이고 고정자가 내측 고정자일 수 있다. 이 경우, 회전자는 조향륜 허브의 내주면에 부착될 수 있다. 고정자는 조향륜 지지 칼럼의 외면, 더 정확히는 정렬 섹션의 외주면에 부착될 수 있다. 조향륜 허브 및 정렬 섹션 바로 위의 토크 피드백 장치의 외측 회전자 전기 기계 및 그 구조는 감속 기어 열 및 축의 필요 없게 하고 원치 않는 마찰과 관성을 감소시킨다. 결과적으로, 시스템 효율이 향상되고 설치 공간이 감소될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향륜 회전 장치의 기부는 2개의 반대측 단부 정지면들을 구비할 수 있고, 미끄럼 부재는 2개의 반대측 단부 정지면들 간에서 기분에 대해 조향륜 허브에 대해 회전축에 평행하게 축방향으로 미끄러질 수 있다.

미끄럼 부재는 조향륜 허브의 외주면에 맞물려 조향륜 허브의 회전이 미끄럼 부재의 축방향 이동을 유발하고 미끄럼 부재의 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉이 미끄럼 부재의 하나의 방향으로의 추가적 이동 및 이에 따른 조향륜 허브의 하나의 방향으로의 추가적 회전을 차단하는 돌출부(projection), 특히 나선형 마루(spiral ridge)를 구비할 수 있다.

기부는 거기에 형성된 격실(compartment)을 구비하고 격실은 미끄럼 부재를 수용함으로써 조향륜 허브로부터 멀어지는 방향의 미끄럼 부재의 반경방향 이동과 그 축방향 이동에 교차하는 미끄럼 부재의 횡방향 이동을 방지할 수 있다. 격실은 2개의 반대측 단부 정지면들 간의 미끄럼 부재의 축방향 이동만을 허용한다.

기부 및 조향륜 허브의 외주면이 격실을 완전히 둘러싸도록 기부가 조향륜 허브에 반경방향으로 인접할 수 있다.

조향 시스템은 미끄럼 부재가 2개의 반대측 단부 정지면들 중의 하나와 접촉한 조건 또는 위치에서, 돌출부가 나선형 홈의 양 단부들로부터 여전히 이격, 바람직하기로 규정된 거리 또는 나선형 홈의 규정된 부분만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 이에 따라 조향륜 허브의 회전의 제한은 돌출부의 부분과 나선형 홈의 단부와의 상호작용이 아니라 미끄럼 부재의 표면의 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉에 의해 유발된다. 이에 따라, 알려진 해법들에 비해 접촉면 면적이 증가될 수 있는데, 이는 강한 외력의 영향 하에서도 조향 시스템, 특히 나선형 홈 및 돌출부의 손상을 방지한다.

하나의 실시예에서, 토크 피드백 장치는 미끄럼 부재와 2개의 단부 정지면들 중의 하나 간의 최소 거리가 소정의 임계값 미만으로 떨어지면 토크 피드백 수준을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 조향륜 허브/조향륜의 회전은 미끄럼 부재가 2개의 단부 정지면들 중의 하나와 완전히 접촉하기 전에 어느 정도로 감속되어 조향륜 허브/조향륜의 추가적 회전을 급속히 차단할 수 있다. 임계값은 2개의 단부 정지면들의 각각에 대해 규정될 수 있다.

(본 발명의) 하나의 국면에 따르면, 차량의 조향 시스템은 조향륜에 연결되거나 연결 가능한 조향륜 허브를 구비하는데, 여기서 조향륜 허브와 이에 따라 거기에 연결되거나 연결 가능한 조향륜 역시 회전축을 중심으로 회전 가능하다.

조향 시스템은 회전자와 고정자를 갖는 전기 기계를 포함하는 토크 피드백 장치를 구비하는데, 회전자는 조향륜 허브에 부착되어 조향륜 허브와 함께 회전축을 중심으로 회전 가능하고, 고정자는 조향 시스템의 회전 불가능한 컴포넌트에 고정된다.

조향 시스템은 조향륜 허브의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치를 구비한다. 더 정확히는, 조향륜 회전 제한 장치는 회전축 둘레의 양 원주 방향으로의 조향륜 허브의 회전을 기계적으로 제한 또는 차단하도록 구성된다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브에 연결된 조향륜의 회전을 적어도 기계적으로 제한 또는 차단하도록 구성된다. 조향륜 회전 제한 장치는 여전히 360°보다 큰 조향륜 허브 및 조향륜의 회전을 허용할 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브에 반경방향으로 편심되고 바람직하기로 조향륜 허브의 근처에 위치하도록 배치된다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향 시스템 또는 바람직하기로 조향 시스템의 다른 회전 불가능한 컴포넌트에 고정되는 기부를 구비한다. 기부는 회전축에 평행한 종축에 대해 2개의 축방향으로 반대측인 단부 정지면들을 구비한다. 조향륜 회전 제한 장치는 기부에 대해 그리고 조향륜 허브에 대해 회전축에 평행하게 축방향으로 미끄러질 수 있는 미끄럼 부재를 더 구비한다. 미끄럼 부재는 2개의 반대측 단부 정지면들 간에 전후로 미끄러질 수 있다.

미끄럼 부재는 조향륜 허브의 원주면에 형성된 나선형 홈과 맞물리는 돌출부를 구비하여 조향륜 허브의 회전이 미끄럼 부재의 이동을 유발하고, 미끄럼 부재의 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉이 미끄럼 부재의 이동과 조향륜 허브의 회전을 차단하게 된다. 나선형 홈이 구비되는 조향륜 허브의 원주면은 외주면이 될 수 있다. 더 정확히는, 조향륜 허브가 회전하면 돌출부와 나선형 홈의 상호작용 및 맞물림이 나선형 홈이 돌출부를 끌어당겨(drag) 미끄럼 부재를 이동시키도록 유발하게 된다. 그러면 미끄럼 부재는 2개의 단부 정지면들 중의 하나로 차단되지 않는 한 미끄러질 수 있다. 미끄럼 부재의 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉은 미끄럼 부재의 하나의 방향으로의 추가적인 이동을 차단하고, 결과적으로 돌출부와 나선형 홈의 상호작용에 의해 조향륜의 하나의 회전 방향으로의 추가적인 회전 역시 차단된다. 이에 같이, 미끄럼 부재의 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉은 조향륜 허브 및 이에 고정 연결된 조향륜의 회전 운동을 제한/한정/정지시킨다. 달리 말해, 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜의 그 회전축에 대한 최대 회전각을 규정 및 한정한다.

미끄럼 부재의 2개의 반대측 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉에 기반하여 조향륜의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치는 360°보다 큰 조향륜 허브의 회전을 허용하면서, 전기 기계가 전체(full) 정지 토크를 제공할 필요가 없으므로 토크 피드백 장치의 전기 기계의 과도한 크기(oversizing)를 피할 수 있다.

미끄럼 부재의 2개의 반대측 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉에 기반하여 조향륜의 회전을 한정하는 조향륜 회전 제한 장치는 어떤 자연적 단부 정지 구조를 포함하지 않는 와이어 조향 시스템에서 기계적 단부 정지 기능을 제공하는 강건하고 신뢰성 있는 해법을 구현한다.

뿐만 아니라, 기부 및 미끄럼 부재 구성이 복잡성이 낮아 쉽게 제조되어 조향 시스템에 부착될 수 있다.

이 조향륜 회전 제한 장치를 구비하는 조향 시스템은 다른 차량에 유연하게 통합될 수 있어, 다른 차량 요건들에 간단히 맞춰질 수 있다.

조향 시스템은 조향륜을 구비할 수 있다.

하나의 실시예에서, 기부는 거기에 형성된 격실(compartment)을 구비하고 격실은 미끄럼 부재를 수용함으로써 조향륜 허브로부터 멀어지는 방향으로의 미끄럼 부재의 반경방향 운동을 금지 또는 차단하고 그 축방향 이동성의 방향에 교차하는 미끄럼 부재의 횡방향 운동을 금지 또는 차단할 수 있다. 달리 말해, 격실은 2개의 반대측 단부면들 간의 미끄럼 부재의 축방향 이동만을 허용하도록 구성될 수 있다. 격실은 조향륜 허브로부터 멀어지는 방향으로의 미끄럼 부재의 반경방향 운동을 차단하고 그 축방향 이동성의 방향에 교차하는 미끄럼 부재의 축방향 운동을 차단하도록 미끄럼 부재에 부분적으로 상보적(complementary)이다(서로 대응한다). 격실은 2개의 면들이 2개의 단부 정지면들을 규정하는 5개의 측면들을 갖는 장방형 인입부(cuboid recess)가 될 수 있다. 조향륜 허브에 대향(face)하는 장방형 인입부의 측부만이 측면으로 폐쇄되지 않고 미끄럼 부재를 수납하여 나선형 홈과 미끄럼 부재(돌출부)의 맞물림을 허용하도록 개방된다.

기부와 조향륜 허브의 외주면이 격실을 완전히 둘러싸도록 기부는 조향륜 허브에 반경방향으로 인접하여 배치될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템은 미끄럼 부재가 2개의 반대측 단부 정지면들 중의 하나와 접촉하는 조건 또는 위치에서 돌출부가 여전히 나선형 홈의 양 단부 부분들로부터 바람직하기로 규정된 거리 또는 나선형 홈의 규정된 섹션만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 조향륜 허브의 회전의 제한은 돌출부의 부분과 나선형 홈의 단부의 상호작용이 아니라 미끄럼 부재의 표면과 2개의 단부 정지면들 중의 하나와의 접촉에 의해 유발된다. 이에 따라, 접촉면 면적이 알려진 해법들에 비해 증가될 수 있는데, 이는 강력한 외력의 영향 하에서도 특히 나선형 홈 및 돌출부 등 조향 시스템의 손상을 방지할 수 있다.

미끄럼 부재는 대략 사각형 단면을 가질 수 있다. 돌출부는 미끄럼 부재로부터 조향륜 허브를 향해 돌출하는 나선형 마루(spiral ridge)가 될 수 있다. 나선형 마루는 특히 나선형 홈의 피치(pitch)에 대해 나선형 홈에 맞춰질 수 있다. 나선형 마루는 나선형 홈의 부분에 대해 거의 상보적이다(서로 대응한다).

미끄럼 부재의 축방향 폭은 다음 인자들의 하나 이상에 따라 맞춰질 수 있는데: 나선형 홈의 길이, 나선형 홈의 피치, 2개의 반대측 단부 정지면들 간의 거리, 및 조향륜 허브의 원주 길이이다. 미끄럼 부재의 축방향 폭을 맞추거나 선택함으로써 2개의 단부 정지면들 간의 최대 주행 거리(maximum travel distance), 즉 최대 축방향 이동성이 규정될 수 있다. 이에 따라, 단순히 미끄럼 부재를 교체하여 그 축방향 폭을 돌출부의 크기와 형상에 맞춤으로써 (본 발명) 조향륜 회전 제한 장치는 다른 차량 구성들에도 유연하게 사용될 수 있다.

조향륜 회전 제한 장치는 조향 시스템 또는 바람직하기로는 조향 시스템의 다른 회전 불가능한 컴포넌트에 고정나사, 볼트, 리벳, 또는 접착제로 부착되거나 조향 시스템 또는 바람직하기로는 조향 시스템의 다른 회전 불가능한 컴포넌트에 용접될 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치가 조향 시스템에 분리 가능하게 장착될 수 있으므로 고정나사 또는 볼트에 의한 부착이 유용하다.

하나의 실시예에서, 조향륜 회전 제한 장치의 기부는 전기 기계 및/또는 전자 제어 유닛을 갖는 적어도 하나의 센서를 연결하는 전기 연결들에 출입할 수 있게 하는 조향 시스템 또는 조향 시스템의 다른 회전 불가능한 컴포넌트의 개구(opening)를 덮을 수 있다. 센서는 조향륜 각도 센서가 될 수 있다. 이에 따라 조향륜 회전 제한 장치, 특히 분리 가능하게 부착된 조향륜 회전 제한 장치는 서비스와 유지관리 목적을 위한 전기 연결들로의 출입을 가능하게 하고 이와 동시에 손상적인 환경 영향들로부터 전기 연결과 컴포넌트들을 안전하게 보호할 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템은 조향 시스템 지지 칼럼을 더 구비할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 조향륜 허브 및 조향륜을 차량 바디와 연결하도록 구성될 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 강성일 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 회전축에 편심(offset)되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축을 갖는 편심 섹션(off-axis section)을 구비할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼은 회전축에 대응하는 제2 종축을 갖는 정렬 섹션(aligned section)을 구비할 수 있다. 달리 말해, 회전축에 대응한다는 것은 제2 종축이 회전축과 정렬/동축임을 의미한다.

개별적인 조향 시스템 지지 칼럼은 공간 요건들, 운전자의 인체 공학(ergonomic)에 대한 맞춤 가능성, 및 마찰과 관성이 저감된 토크 생성/전송의 관점에서 기술적으로 바람직한 신규하고 유용한 구조 설계를 제공한다.

전술한 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 회전 제한 장치의 조합은 구조적으로 최적화된 구성, 특히 공간 요건들의 저감, 기계적 단부 정지기 통합의 강건성(robustness) 및 신뢰성, 및 조향 시스템의 간단한 조립에 기여한다.

뿐만 아니라 편심 섹션 및 정렬 섹션을 갖는 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 회전 제한 장치의 전술한 구조는 함께 전술한 조향륜 회전 제한 장치의 최적화된 통합 및 부착을 가능하게 한다.

조향 시스템 지지 칼럼은 통합적으로, 즉 하나의 부품으로 구성될 수 있다. 특히 편심 섹션은 제1 종축 및 제2 종축 양자에 대해 횡으로 연장되는 연결부에 의해 정렬 섹션과 일체로 연결될 수 있다.

조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 고정자가 부착되는 회전 불가능한 컴포넌트가 될 수 있고 편심 섹션은 조향륜 회전 제한 장치의 기부가 부착되는 다른 회전 불가능한 컴포넌트가 될 수 있다. 이에 따라 토크 피드백 장치는 조향륜 허브의 영역 내에 조향륜에 인접하여, 바람직하기로 조향륜 허브의 직접 위에 배치될 수 있다. 이는 감속 기어 열(train) 및 축의 필요성을 제거하고 원치 않는 마찰과 관성을 감소시킨다. 결과적으로 시스템 효율이 향상될 수 있다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템 지지 칼럼은 그 제1 종축 둘레로 회전 불가능할 수 있지만 차량 바디에 대해 그 제1 종축을 따라 병진 이동 가능하다. 이에 따라 조향 시스템 지지 칼럼은 운전자의 인체공학적 요구에 따라 조향 시스템을 조정할 수 있게 해준다. 조향 시스템 지지 칼럼은 바람직하기로 관형 신축 구조(tubular telescope arrangement)의 내측 부재를 형성할 수 있다. 이 경우, 조향 시스템 지지 칼럼은 외측 부재에 때해 병진 이동 가능하다. 조향 시스템 지지 칼럼은 외측 부재에 대해 회전 불가능(non-rotatable) 및 회동 불가능(non-pivotable)할 수 있다. 외측 부재는 조향 시스템 지지 칼럼을 차량 바디에 연결할 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향륜 허브는 정렬 섹션 상에 회전 가능하게 장착될 수 있고, 이에 따라 축방향으로 정렬 섹션과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 편심 섹션은 조향륜 허브와 축방향으로 이격될 수 있다.

조향 시스템의 하나의 실시예에서, 회전자는 외측 회전자이고 고정자는 내측 고정자가 될 수 있다. 이 경우, 회전자는 조향륜 허브의 내주면(inner circumferential surface)에 부착될 수 있다. 고정자는 조향 시스템 지지 칼럼의 외면, 더 정확히는 정렬 섹션의 외주면에 부착될 수 있다.

하나의 실시예에서, 토크 피드백 장치는 미끄럼 부재와 2개의 단부 정지면들 중의 하나 간의 최소 거리가 소정의 임계값 미만으로 떨어지면 토크 피드백 수준을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 조향륜 허브/조향륜의 회전은 미끄럼 부재와 2개의 단부 정지면들 중의 하나의 접촉 전에 어느 크기로 완전히 감속되어 조향륜 허브/조향륜의 추가적 회전을 급속히 차단할 수 있다, 임계값은 2개의 단부 정지면들의 각각에 대해 규정될 수 있다.

(본 발명의) 하나의 국면에 따라, 차량의 조향 시스템은 조향륜에 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜 허브를 구비하는데, 여기서 조향륜 허브와 또한 이에 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜은 회전축을 중심으로 회전 가능하다.

조향 시스템은 회전축에 편심되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축을 갖는 편심 섹션을 포함하고 회전축에 대응하는 제2 종축을 포함하는 정렬 섹션을 포함하는 조향 시스템 지지 칼럼을 구비한다. 회전축에 대응한다는 것은 회전축에 정렬되거나 이와 동축이라고 기술할 수도 있다. 편심 섹션과 정렬 섹션은 일체로 형성되어 연결부로 연결된다. 연결부 역시 편심 섹션 및 정렬 섹션과 일체로 형성된다. 이에 따라, 편심 섹션, 정렬 섹션, 및 연결부는 강성의 단일 부품(one-piece) 컴포넌트로 형성된다. 조향륜 허브는 정렬 섹션 상에 회전 가능하게 장착되고, 이에 따라 축방향으로 정렬 섹션과 적어도 부분적으로 중첩된다. 편심 섹션은 조향륜 허브로부터 축방향으로 이격된다.

조향 시스템은 회전자와 고정자를 갖는 전기 기계를 포함하는 토크 피드백 장치를 구비한다. 회전자는 조향륜 허브와 함께 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 조향륜 허브에 고정 부착된다. 고정자는 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션에 회전 불가능하게 고정된다.

바람직하기로, 정렬 섹션은 회전자와, 외측 회전자 전기 기계의 내측 고정자를 반송(carry)하는 조향륜 허브에 대해 정지된 허브 부재를 형성할 수 있다.

정렬 섹션 상에 배치된 토크 피드백 장치와 조합된 편심 섹션과 정렬 섹션을 포함하는 일체형, 즉 단일 부품으로 형성된 조향 시스템 지지 칼럼은 운전자의 인체공학에 간단히 맞출 수 있게 하고 토크 생성/전송에 기인하는 마찰과 관성을 감소시키면서 설치 공간을 최적으로 사용할 수 있게 해준다.

이에 따라, 전술한 조향 시스템 지지 칼럼 설계와 토크 피드백 장치의 조합은 구조적으로 최적화된 구성에 기여한다.

역시 편심 섹션 및 정렬 섹션과 일체로 형성되는 연결부는 제1 종축 및 제2 종축 양자에 대해 횡으로 연장될 수 있다.

편심 섹션, 정렬 섹션, 및/또는 연결부는 관형(tubular)일 수 있다. 특히 편심 섹션, 정렬 섹션, 및 연결부의 각각이 관형일 수 있다. 편심 섹션, 정렬 섹션, 및/또는 연결부는 적어도 부분적으로 대략 사각형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. 이와는 달리, 편심 섹션, 정렬 섹션, 및/또는 연결부가 다른 어떤 단면 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 편심 섹션, 정렬 섹션, 및/또는 연결부는 타원형(oval) 또는 다각형 형상의 단면을 가질 수 있다. 서로에 대한 제1 종축 둘레의 회전을 방비하기 위해 신축 구조의 축방향 미끄럼 부와 고정부 간의 각도 기준(angular reference)을 제공한다는 관점에서 다각형 형상의 단면이 유용할 수 있다. 편심 섹션, 정렬 섹션, 및 연결부의 단면의 형상은 동일하거나 다를 수 있다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템 지지 칼럼은 차량 지지 칼럼을 통해 차량 바디에 부착될 수 있다 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션은 그 제1 종축에 따라 병진 이동 가능하고 차량 지지 칼럼에 대해 회전불가능하고 회동 불가능하도록 차량 지지 칼럼에 장착될 수 있다. 이는 이 실시예에서 조향 시스템 지지 칼럼과 이에 지지되는 모든 컴포넌트들이 각각 차량 지지 칼럼에 대해 변위 가능/변위 불가능하다는 것을 의미한다. 조향 시스템 지지 칼럼은 차량 지지 칼럼에 브래킷(bracket), 축방향 조정 부재, 및/또는 수직 조정 부재들로 부착될 수 있다.

차량 지지 칼럼 내의 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션의 지지는 토크 피드백 장치가 배치되는 조향 시스템 지지 칼럼의 제2 단부의 반대측인(즉 정렬 섹션에서 이격된) 조향 시스템 지지 칼럼의 제1 단부에 구현될 수 있다.

이 구성은 기어 열 및 축에 대한 필요를 제어하고 이에 따라 와이어 조향 시스템의 토크 생성 및 전송 동안의 마찰 및 관성을 저감시키면서 운전자의 인체공학에 대해 조향 시스템을 맞출 수 있게 해준다.

조향 시스템 지지 칼럼은 관형 신축 구조의 내측 부재를 형성하고 차량 지지 칼럼은 관형 신축 구조의 외측 부재를 형성할 수 있다. 내측 부재는 관형 신축 주조의 외측 부재 내에 축방향으로 장착되어 병진 이동 가능하다.

차량 지지 칼럼 및 이에 따른 조향 시스템, 즉 조향 시스템 지지 칼럼에 장착/부착된 추가적인 시스템 컴포넌트들은 차량 바디에 대해 회동 가능 및/또는 반경방향으로 이동 가능함으로써 차량 바디에 대해 조정 가능하다. 회동 가능성 및/또는 반경방향 이동 가능성은 제1 종축에 횡방향인 적어도 하나의 교차 축(cross axis)을 따른 조향 시스템 지지 칼럼의 적어도 일부의 운동에 관련될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템 지지 칼럼은 바람직하기로 편심 섹션 또는 연결부에 배치된 개구를 구비할 수 있는데, 이는 전기 기계 및/또는 적어도 하나의 센서를 전자 제어 유닛에 연결하는 전기 기계 위상 연결 및/또는 조향륜 각도 센서 연결들에 대해 출입할 수 있게 해준다. 센서는 조향륜 각도 센서가 될 수 있다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치, 특히 분리 가능하게 부착된 조향륜 회전 제한 장치는 서비스 및 유지관리 목적의 전기 연결들로의 출입을 가능하게 할 수 있고 이와 동시에 손상적인 환경 영향들로부터 전기 연결과 컴포넌트들을 안전하게 보호할 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템은 적어도 토크 피드백 장치를 제어하거나, 및/또는 조향륜 각도 센서로부터의 정보 등의 센서 정보를 송수신하기 위한 전자 제어 유닛을 구비한다. 전자 제어 유닛은 조향 시스템의 지지 칼럼의 편심 섹션의 내부, 바람직하기로 연결부에 인접하거나 이에 이어지는 영역에 배치될 수 있다. 이 경우, 전자 제어 유닛은 토크 피드백 전자 기계의 고정자 권선에 인접하거나, 및/또는 전기 기계 회전자의 회전을 측정하는 등의 센서/들에 근접하여 배치될 수 있다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템은 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션 내부, 이에 따라 토크 피드백 전기 기계의 고정자 내부에 배치된 보조 컴포넌트들을 구비할 수 있다. 보조 컴포넌트들은 에어백 모듈(airbag module), 변속기어 제어부(switchgear controls), 운전자 디스플레이 장치(driver display arrangement), 및/또는 와이어링 하네스(wiring harness)를 구비할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼 내부에 보조 컴포넌트들을 배치함으로써, 설치 공간을 효율적으로 사용, 즉 조향 시스템에 요구되는 설치 공간이 저감될 수 있다.

하나의 실시예에서, 회전자는 외측 회전자이고 고정자는 내측 고정자가 될 수 있다. 이에 따라, 회전자는 전기 토크 피드백 기계의 외측 회전자가 될 수 있다, 이 경우, 회전자는 조향륜 허브의 내주면에 부착될 수 있다. 고정자는 조향 시스템의 외주면, 더 정확히는 정렬 섹션의 외주면에 부착될 수 있다. 토크 피드백 장치의 외측 회전자 전기 기계 및 조향륜 허브 상에 직접 배치는 감속 기어 열 및 축의 필요성을 제거하고 원치 않는 마찰 및 관성을 저감시킨다. 결과적으로, 시스템 효율이 향상되고 설피 공간 요건이 완화될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 허브 간에 배치된 제1 베어링 구조(bearing arrangement)에 대한 제1 베어링 면을 제공하는 돌출 플랜지 부(protruding flange portion)를 구비할 수 있다. 바람직하기로, 돌출 플랜지 부는 정렬 섹션과 연결부 간의 천이 영역(transition region), 즉 조향 시스템에 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜으로부터 멀리 대향하는 정렬 섹션의 단부에 배치될 수 있다. 돌출 플랜지 부는 원형의 고리 형상(circular ring-shaped) 제1 베어링 면을 제공한다. 돌출 플랜지 부에 의해, 상당히 더 큰 내경을 갖는 조향륜 허브를 여전히 지지하면서, 정렬 섹션의 주요부의 외경이 최소화될 수 있다.

조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 허브 간에 배치된 제2 베어링 구조를 위한 원형 고리 형상(circular ring-shaped) 제2 베어링 면을 제공하는 원형 고리 형상 부를 구비할 수 있다. 바람직하기로 원형 고리 형상 부는 적어도, 조향 시스템에 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜에 연속(following)되거나 인접되는 영역, 달리 말해 적어도 편심 섹션 및 연결부를 멀리 대향하는 영역에 배치될 수 있다. 원형 고리 형상 부에 의해 여전히 조향륜을 회전 가능하게 지지하면서 정렬 섹션의 주요부의 외형/윤곽(contour)을 자유로이 선택할 수 있다.

제1 및 제2 베어링 구조는 조향륜 허브 및 거기에 연결되는 조향륜의 조향 시스템 지지 칼럼 상의 회전 가능한 지지를 구현한다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템은 회전축 둘레의 양 원주 방향들로의 조향륜 허브의 회전을 적어도 기계적으로 제한하는 조향륜 회전 제한 장치를 구비할 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 회전 제한 장치의 기부를 통해 편심 섹션에 부착될 수 있고 미끄럼 부재를 통해 조향륜 허브에 맞물릴 수 있다.

조향륜 회전 제한 장치의 기부는 2개의 축방향으로 반대측인 단부 정지면들과, 2개의 단부 정지면들 간에서 조향륜 허브에 대해 회전축에 평행하게 축방향으로 미끄러질 수 있는 미끄럼 부재를 구비한다. 미끄럼 부재는 조향륜 허브의 회전이 미끄럼 부재의 축방향 이동을 유발하고, 미끄럼 부재의 2개의 단부 정지면들 중의 하나의 접촉이 미끄럼 부재의 추가적 이동 및 이에 따른 조향륜 허브의 추가적 회전을 차단하도록 조향륜 허브 외주면 상에 형성된 나선형 홈에 맞물리는 돌출부, 특히 나선형 마루를 구비할 수 있다.

조향륜 회전 제한 장치의 기부는 돌출 플랜지 부, 및 이에 따라 제1 베어링 면과 회전축에 대해 축방향으로 중첩될 수 있다. 이에 따라 조향 시스템 구조의 바람직하게 콤팩트(compact)한 설계가 구현될 수 있다.

(본 발명의) 하나의 국면에 따라, 차량의 조향 시스템은 조향륜 및 조향륜 허브를 구비하는데, 여기서 조향륜은 고정 부재에 의해 조향륜 허브에 기계적으로 부착된다. 바람직하기로 조향륜의 조향륜 허브에 직접 고정 부착된다. 고정 부재는 볼트 및/또는 고정나사가 될 수 있다. 바람직하기로, 전체 수 3 내지 10개의 고정나사들이 조향륜 및 조향륜 허브의 회전축 둘레에 등거리로 배치될 수 있다.

조향 시스템은 조향 시스템 지지 칼럼을 구비하는데, 여기서 조향륜 허브가 조향 시스템 지지 칼럼에 회전 가능하게 장착되어 조향륜 및 조향륜 허브는 회전축을 중심으로 회전 가능하다.

조향 시스템은 외측 회전자와, 고정자 권선을 갖는 내측 고정자를 구비하는 전기 기계를 포함하는 토크 피드백 장치를 구비한다. 외측 회전자는 회전축을 중심으로 조향륜 허브와 함께 회전할 수 있도록 조향륜 허브에 부착된다. 바람직하기로 외측 회전자는 조향륜 허브의 내주면에 고정된다. 내측 고정자는 조향 시스템 지지 칼럼에 회전 불가능하게 고정된다. 바람직하기로, 내측 고정자는 조향 시스템 지지 칼럼의 외주면에 고정된다.

회전축에 대해, 고정 부재들은 고정자 권선과 다른 반경방향 위치들에 배치된다. 달리 말해, 회전축에 대해 볼 때 고정 부재들은 고정자 권선에 비해 다른 반경방향 높이들에 배치, 즉 고정부재들은 회전축으로부터 고정자 권선과 다른 반경방향 높이들을 갖는다.

토크 피드백 장치로 외측 회전자 전기 기계를 제공하고 고정자 권선과 다른 반경방향 위치들을 갖는 고정부재들을 배치하면 요구되는 설치 공간이 저감되는 와이어 조향 조향 시스템의 바람직하게 콤팩트한 설계가 가능해진다.

고정 부재의 부분은 회전축에 대해 고정자 권선의 부분과 축방향으로 중첩될 수 있다. 특히 고정부재들의 각각의 부분 또는 단지 하나 또는 특정한 고정 부재들의 부분은 회전축에 대해 고정자 권선의 부분과 축방향으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성은 고정자 권선과 다른 반경방향 위치들의 고정 부재들의 배치에 의해 가능하다. 이에 따라, 고정 부재들의 적어도 부분들은 고정자 권선에 평행하게 배치될 수 있는데, 이는 조향 시스템의 콤팩트한 구조에 더욱 기여한다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템은 조향 시스템 지지 칼럼에 대한 조향륜 허브의 회전을 가능하게 하도록 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 허브 간에 배치된 제1 베어링 구조를 구비할 수 있다. 조향 시스템은 조향 시스템 지지 칼럼에 대한 조향륜 허브의 회전을 가능하게 하도록 조향 시스템 지지 칼럼과 조향륜 허브 간에 배치된 제2 베어링 구조를 구비할 수 있다. 제2 베어링 구조는 회전축에 대해 제1 베어링 구조로부터 축방향으로 이격될 수 있다. 제2 베어링 구조는 제1 베어링 구조보다 조향륜에 더 가까이 위치할 수 있다.

회전축에 대해, 제1 베어링 구조는 제2 베어링 구조와 다른 반경방향 위치에 배치될 수 있다. 다시 한 번, "다른 반경방향 위치에(at a different radial position)"라는 표현은 또한 회전축에 대해 볼 때 다른 반경방향 높이, 즉 회전축으로부터 다른 반경방향 높이라고 기술될 수 있다. 제2 베어링 구조를 제1 베어링 구조와 다른 반경방향 위치에 배치, 즉 회전축에 더 가까이 배치하면, 제2 베어링 구조에 평행한 추가적 컴포넌트들을 중첩 배치할 수 있게 되는데, 이는 콤팩트한 설계에 추가적으로 기여한다.

회전축에 대해, 고정 부재들이 제1 베어링 구조와 다른 반경방향 위치에 배치될 수 있거나; 및/또는 고정 부재들이 제2 베어링 구조와 다른 반경방향 위치에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 조향 시스템의 컴포넌트들의 중첩/평행 배치를 가능하게 할 수 있는데, 이는 콤팩트한 설계와 조향 시스템의 설치 공간 요건들의 완화에 더욱 기여한다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템 지지 칼럼, 특히 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 제1 베어링 구조를 위한 원형 고리 형상 제1 베어링 면을 제공하는 외향으로 돌출하는 플랜지 부를 구비할 수 있다. 조향 시스템 지지 칼럼의 외주면으로부터 돌출하는 돌출 플랜지 부는 바람직하기로 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션과 연결부 간의 천이 영역에 배치된다. 돌출 플랜지 부에 의해, 상당히 더 큰 내경을 갖는 조향륜 허브를 지지하면서, 정렬 섹션의 주요부의 외경이 최소화될 수 있다.

조향 시스템 지지 칼럼, 특히 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션은 제2 베어링 구조를 위한 원형 고리 형상 제2 베어링 면을 제공하는 원형 고리 형상 부를 구비할 수 있다. 제2 베어링 면을 제공하는 원형 고리 형상 부는 돌출 플랜지 부보다 상당히 더 작은 외경을 가질 수 있다. 원형 고리 형상 부는 적어도 조향륜에 연속되거나 인접한 영역, 즉 적어도 편심 섹션으로부터 멀리 대향하는 영역에 구비될 수 있다. 원형 고리 형상 부에 의해, 조향륜을 여전히 회전 가능하게 지지하면서, 정렬 섹션의 주요부의 외형/윤곽을 자유로이 선택할 수 있다.

하나의 실시예에서, 고정 부재들은 제2 베어링 구조와 회전축에 대해 축방향으로 중첩될 수 있다. 고정 부재들은 제2 베어링 구보와 부분적으로 또는 완전히 중첩될 수 있다. 이는 조향 시스템의 콤팩트한 설계와 설치 공간 요건들의 완화에 더욱 기여한다.

조향륜 허브는 제2 베어링 구조에 대한 대응 베어링 면(counter bearing surface)을 제공하는 내향으로 돌출하는 플랜지 부를 구비할 수 있는데, 대응 베어링 면은 제2 베어링 면에 거의 대향한다. 내향으로 돌출한다는 것은 내향 돌출 플랜지 부가 조향 시스템 지지 칼럼을 향해, 즉 회전축을 향해 돌출한다는 것을 의미한다. 대응 베어링 면은 제2 베어링 구조를 지지하는 원형 고리 형상 부를 형성한다.

조향륜 허브의 내향 돌출 플랜지 부는 조향륜과 토크 피드백 장치의 전기 기계 간에 축방향으로 배치된 조향륜 허브의 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 전기 기계가 내향 돌출 플랜지 부에 의해 조향륜을 향해 덮일 수 있다.

막힌 구멍(blind hole)들이 조향륜 허브의 내향 돌출 플랜지 부의 영역, 바람직하기로 내향 돌출 플랜지 부에 형성될 수 있는데, 여기서 조향륜을 조향륜 허브에 체결하기 위해 고정 부재들이 막힌 구멍들 내로 연장된다. 막힌 구멍은 고정나사 또는 나사붙이 볼트(threaded bolt) 형태의 고정 부재를 그 안에 고정하도록 내부 나사를 구비할 수 있다.

하나의 실시예에서, 고정 부재들은 회전축에 대해 토크 피드백 장치의 외측 회전자와 거의 동일한 반경방향 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 토크 피드백 장치의 영역에서의 조향 시스템의 반경방향 크기(radial extension)를 제한할 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향륜은 관통 구멍(through bore)들을 포함하는 강성(rigid)의 조향륜 아마추어(armature)를 구비할 수 있는데, 여기서 고정 부재들이 구멍들을 통해 조향륜 허브로 연장되어 조향륜을 조향륜 허브에 체결한다. 바람직하기로, 관통 구멍들은 조향륜 허브 내의 막힌 구멍들과 정렬될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 조향 시스템 지지 칼럼은 회전축에 편심되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축을 갖는 편심 섹션을 구비할 수 있고 회전축에 대응하는 제2 종축을 갖는 정렬 섹션을 포함할 수 있다. 편심 섹션과 정렬 섹션은 일체로 형성되어 연결부로 연결될 수 있다, 조향륜 허브는 정렬 섹션 상에 회전 가능하게 장착되고, 이에 따라 적어도 부분적으로 정렬 섹션과 축방향으로 중첩되는 한편, 편심 섹션은 조향륜 허브와 축방향으로 이격된다. 고정자는 조향 시스템 지지 칼럼의 정렬 섹션에 회전 불가능하게 고정될 수 있다.

하나의 실시예에서, 조향 시스템은 조향륜 허브의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치를 구비할 수 있다. 특히 조향륜 회전 제한 장치는 회전축 둘레의 양 원주 방향들로의 조향륜 허브의 회전을 적어도 기계적으로 제한 또는 차단하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 허브와 연결된 조향륜의 회전을 기계적으로 제한 또는 차단하도록 구성될 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 여전히 360°보다 큰 조향륜 허브 및 조향륜의 회전을 허용할 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 조향륜 회전 제한 장치의 기부를 통해 편심 섹션에 부착될 수 있고, 미끄럼 부재를 통해 조향륜 허브와 맞물릴 수 있다. 조향륜 회전 제한 장치는 이에 따라 조향륜 허브를 향해 축방향으로 연장될 수 있고, 미끄럼 부재는 조향륜 허브를 향해 반경방향으로 연장될 수 있다. 바람직하기로, 조향륜 회전 제한 장치는 조향 시스템 지지 칼럼의 편심 섹션에만 부착될 수 있다.

특징, 기능, 실시예, 기술적 효과, 및 이점들의 일부가 하나의 국면에 대해 기술되었지만, 이 특징, 기능, 실시예, 기술적 효과, 및 이점들은 서로 조합되어 다른 실시예 및 국면들에도 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 더 나은 이해와 이들이 실행되는 방법을 보이기 위해 이제 순전히 예시로서 첨부된 도면들을 참조할 것인데, 유사한 번호들은 전체적으로 대응 부재 또는 섹션들을 지시한다.
첨부된 도면들에서:
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 조향시스템의 개략 단면도.
도 2는 도 1의 조향 시스템의 개략 측면도.
도 3은 도 1의 조향 시스템의 개략 사시도.
도 4는 도 1의 조향 시스템의 다른 개략 사시도.
도 5는 도 1의 조향 시스템의 또 다른 개략 사시도.
도 6은 도 1의 조향 시스템의 추가적인 개략 사시도.
도 7a 내지 7c는 조립 상태 및 장착 상태에서 조향 시스템의 조향륜 회전 제한 장치의 개략 분해도.
도 8a 내지 8f는 조향륜 회전 제한 장치의 기능적 원리를 보이기 위한 조향륜 회전 제한 장치의 개략도들.
도 9a 내지 9c는 조향륜 회전 제한 장치의 기능적 원리를 보이기 위한 조향륜 회전 제한 장치 및 조향륜 허브의 개략도들.

도면들에 도시 및/또는 이하에 기술되는 다음 실시예들에 의해 본 발명의 실시예들의 다양한 예들이 더 상세히 설명될 것이다.

도 1 내지 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자동차(road vehicle)의 조향 시스템(steering system; 10)의 개략도들을 보인다. 도 1 내지 6에서 볼 수 있듯, 조향 시스템(10)은 사용자의 조향 명력들을 조향 시스템(10)의 조향륜(steering wheel; 12)으로부터 차량의 차륜(wheel)들에 전달하는 직접 기계적 연결들을 갖지 않는 와이어 조향(steery-by-wire) 조향 시스템이다. 그 대신 기계적 연결들이 전기 기계 구조(electro-mechanical arrangement)로 대체된다.

조향륜(12)에 추가하여, 조향 시스템(10)은 조향륜(12)에 기계적으로 연결된 조향륜 허브(14)를 구비한다. 조향륜 허브(14)와 조향륜(12)는 서로에 대해 회전 불가능하지만 회전축(axis of rotation; A)을 중심으로 함께 회전될 수 있다. 조향륜(12)은 고정나사(screw) 형태의 고정 부재(16)들에 의해 조향륜 허브(14)에 회전 불가능한 방식으로 분리 가능하게 부착된다. 더 정확히는, 조향륜(12)이 내측 아마추어(internal armature; 18)를 구비하는데, 여기서 고정 부재(18)들이 내측 아마추어(18)의 관통 구멍(through bore; 20)들을 통해 조향륜 허브(14)에 구비된 내측 나사붙이(internally threaded) 막힌 구멍(blind hole)(22)들로 연장된다.

조향륜 허브(14)는 조향 시스템(10)의 강성(rigid)의 조향 시스템 지지 칼럼(steering system support column; 24) 상에, 더 정확히는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(aligned section 26) 상에 회전 가능하게 지지된다. 정렬 섹션(26) 옆에, 조향 시스템 지지 칼럼(24)은 정렬 섹션(26)과 일체로 형성된 편심 섹션(off-axis section; 28)을 구비한다. 조향륜 허브(14)가 정렬 섹션(26)과 중첩되고 이에 동축으로 위치하는 반면, 편심 섹션(28)은 정렬 섹션(16) 및 조향륜 허브(14)와 축방향으로 이격된다. 편심 섹션(28)은 회전축(A)에 편심(off-set)되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축(longitudinal axis)(L1)을 갖는다. 정렬 섹션(26)은 제2 종축(L2)을 갖는다. 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)은 조향륜 허브(14) 및 조향륜(12)과 정렬 또는 동축, 즉 제2 종축(L2)은 회전축(A)에 대응한다.

편심 섹션(28) 및 정렬 섹션(26)은 일체로 형성되어, 제1 종축(L1) 및 제2 종축(L2) 양자에 횡으로 연장되는 연결부(connection portion; 30)로 연결된다.

조향륜 허브(14)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26) 상에 제1 베어링 구조(bearing arrangement)(32) 및 제2 베어링 구조(34)로 회전 가능하게 장착되는데, 제2 베어링 구조(34)는 제1 베어링 구조(32)와 축방향으로 이격된다. 예를 들어, 제1 베어링 구조(32) 및/또는 제2 베어링 구조(34)는 볼베어링 또는 롤러 베어링이 될 수 있다.

제1 베어링 구조(32)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)의 돌출 플랜지 부(protruding flange portion; 36) 상에 지지되는데, 이는 정렬 섹션(26)의 외주면(outer circumferential surface)으로부터 반경방향 외측으로 돌출된다. 돌출 플랜지 부(36)는 제1 베어링 구조(32)를 지지하는 원형 고리 형상(circular ring-shaped) 제1 베어링 면을 제공한다. 돌출 플랜지 부(36)는 연결부(30) 부근, 즉 정렬 섹션(26)과 연결부(30) 간의 천이 영역(transition region)에 배치된다. 결과적으로, 제1 베어링 구조(32)는 연결부(30)를 향하는 정렬 섹션(26)의 제1 단부에 축방향으로 위치한다.

제2 베어링 구조(34)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)의 원형 고리 형상 부(38) 상에 지지된다. 원형 고리 형상 부(38)는 조향륜(12)에 연속되는(following) 정렬 섹션(26)의 영역(area)에 형성되고 돌출 플랜지 부(36)를 향해 연장된다. 원형 고리 형상 부(38)는 제2 베어링 구조(34)를 위한 제2 베어링 면을 제공한다. 이에 따라, 제2 베어링 구조(34)는 제1 단부의 반대측인(opposing) 정렬 섹션(26)의 제2 단부에 축방향으로 위치한다.

제1 베어링 구조(32)는 정렬 섹션(26)의 돌출 플랜지 부(26)와 조향륜 허브(14) 사이에, 제1 베어링 구조(32)와 조향륜 허브(14)의 내주면(inner circumferential surface) 간에 배치된 지지 부싱(support bushing; 40)을 통해 장착된다.

제2 베어링 구조(34)는 정렬 섹션(26)의 원형 고리 형상 부(38)와 조향륜 허브(14)의 바로 사이에 장착된다. 이를 위해 조향륜 허브(14)는 제2 베어링 구조(34)에 대한 대응(counter) 베어링 면을 제공하는 내향 돌출 플랜지 부(inwardly protruding flange portion; 42)를 구비한다. 이와 동시에, 내향 돌출 플랜지 부(42)는 조향륜 허브(14) 내부에 위치하는 컴포넌트들을 덮는다. 도 1에서 볼 수 있듯, 고정 부재(16)들을 수납하는 막힌 구멍(blind hole; 22)들이 내향 돌출 플랜지 부(42)로 또는 이를 관통하여 연장된다.

조향 시스템(10)은 회전자(rotor; 46)와 고정자 권선(stator windings; 50)을 갖는 고정자(48)를 포함하는 전기 기계를 갖는 토크 피드백 장치(torque feedback device; 44)를 더 구비한다. 토크 피드백 장치(44)는 종래의 조향 시스템들에 존재하는 저항 토크(resistance torque)를 모사(simulate)하기 위해 조향륜(12)의 회전에 저항 토크를 산출하도록 작동될 수 있다. 달리 말해, 토크 피드백 장치(44)로 산출된 토크는 운전자에 의해 조향륜(12)에 인가된 회전력에 반작용할(counteract) 수 있다.

도시된 실시예에서, 전기 기계는 외측 회전자(46)와 내측 고정자(48)를 구비하는 외측 회전자 전기 기계이다. 회전자(46)는 조향륜 허브(14)의 내주면에 고정된다. 이에 따라, 회전자(46)는 조향륜 허브(14)와 함께 회전축을 중심으로 회전 가능하다. 회전자(46)는 조향륜 허브(14)에 대해서는 회전 불가능하다. 고정자(46)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)에 회전상 정지로(즉 회전 불가능하게) 고정된다. 이에 따라, 조향륜 허브(14) 및 회전자(46)는 함께 고정자(48) 및 정렬 섹션(26) 둘레로 회전할 수 있다.

토크 피드백 장치(44)의 전기 기계는 조향륜 허브(14)의 내부에 배치된다. 토크 피드백 장치(44)는 조향륜 허브(14)(조향륜 허브(14)의 내주면)와 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)(정렬 섹션(26)의 외주면)으로 반경방향으로 둘러싸여 덮인다. 토크 피드백 장치(44)는 정렬 섹션(26)의 돌출 플랜지 부(36)와 돌출 섹션(26)의 원형 고리 형상 부(38)의 사이에 축방향으로 위치한다. 토크 피드백 장치(44)는 정렬 섹션(26)의 돌출 플랜지 부(36)와, 일측에서 제1 베어링 구조(32) 및 지지 부싱(40)과, 타측에서 조향륜 허브(14)의 내량 돌출 플랜지 부(42) 및 제2 베어링 구조(34)로 축방향으로 둘러싸여 덮인다.

조향륜 허브(14), 조향륜(12), 토크 피드백 장치(44), 및 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 배치, 구성, 및 지지는 매우 콤팩트(compact)한 구조를 제공한다. 더 정확히는, 도 1에 보인 바와 같이 다양한 컴포넌트들이 그 반경방향 및/또는 축방향 배치에 있어 서로 적어도 부분적으로 평행하게 배치된다.

다시 말해, 고정 부재(16)들이 회전축(A)에 대해 고정자 권선(50)과 다른 반경방향 위치들, 즉 다른 반경방향 높이들에 배치된다. 이에 따라, 고정 부재(16) 및 막힌 구멍(22)들은 축방향으로 고정자 권선(50)과 적어도 부분적으로 중첩된다. 고정자 권선(50)은 고정 부재(16)들보다 회전축(A)에 더 가까이 배치될 수 있다.

뿐만 아니라, 제2 베어링 구조(34)는 회전축(A)에 대해 고정자 권선(50)과 다른 반경방향 위치, 즉 다른 반경방향 높이, 및 고정 부재(16)들과 다른 반경방향 위치, 즉 다른 반경방향 높이에 배치된다. 도시된 실시예에서, 고정 부재(16)들은 제2 베어링 구조(34)와 축방향으로 중첩된다. 제2 베어링 구조(34)는 고정자 권선(50)보다 회전축(A)에 더 가까이 배치될 수 있고 고정 부재(16)들보다 회전축(A)에 더 가까이 배치될 수 있다.

뿐만 아니라, 제1 베어링 구조(32)는 회전축(A)에 대해 제2 베어링 구조(34)와 다른 반경방향 위치, 즉 다른 반경방향 높이, 및 고정 부재(16)들과 다른 반경방향 위치, 즉 다른 반경방향 높이에 배치된다. 제1 베어링 구조(32)는 회전축(A)에 대해 고정자 권선(50)과 유사한 반경방향 위치에 배치된다. 제1 베어링 구조(32)는 고정자 고정 부재(16)들보다 회전축(A)에 더 가까이 배치될 수 있고 제2 베어링 구조(34)보다 회전축(A)에 더 멀리 이격될 수 있다.

고정 부재(16)들은 회전축(A)에 대해 토크 피드백 장치(44)의 외측 회전자(45)와 유사한 반경방향 위치에 배치된다. 이는 토크 피드백 장치(44)의 영역에서의 조향 시스템(10)의 반경방향 크기(radial extension)를 한정시킨다.

조향 시스템(10)은 조향륜 허브(14) 및 조향륜(12)의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치(52)를 더 구비한다. 조향륜 회전 제한 장치(52)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)에 고정되고 조향륜 허브(14)에 반경방향으로 편심되게, 더 정확히는 조향륜 허브(14)의 외주면에 인접하여 배치된다. 조향륜 회전 제한 장치(52)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)에 대해 회전 불가능하다.

조향륜 회전 제한 장치(52)는 기부(base; 54)와, 기부(54) 내에 형성된 격실(compartment; 58) 내부에 배치된 미끄럼 부재(sliding element; 56)를 구비한다. 미끄럼 부재(56)는 기부(54)에 대해 그리고 조향륜 허브(14)에 대해 축방향으로 미끄러질 수 있다. 미끄럼 부재(56)는 조향륜 회전 제한 장치의 2개의 반대측의 단부 정지면(end stop surface; 60, 62)들 간에 미끄러질 수 있다(도 7a 내지 9c 참조). 미끄럼 부재(56)는 조향륜 허브(14)의 외주면에 형성된 나선형 홈(spiral groove; 66)과 맞물리는 돌출부(projection; 64)를 구비한다. 돌출부(64) 및 나선형 홈(66)의 상호작용에 의해, 조향륜 허브(14)의 회전은 미끄럼 부재(56)의 축방향 이동을 유발한다. 마찬가지로, 미끄럼 부재(56)의 2개의 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나와의 접촉은 미끄럼 부재(56)의 어떤 방향으로의 추가적 이동을 차단함으로써 조향륜 허브(14)의 어떤 회전 방향으로의 추가적 회전을 차단한다. 이에 따라, 조향륜 회전 제한 장치(52)는 조향륜 허브(14)와 이에 연결된 조향륜(12)의 회전을 제한하도록 구성된다.

조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28)에 고정나사(68)들로 고정된다(도 5 내지 9c 참조). 조향륜 회전 제한 장치(52), 더 정확히 기부(54)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(26)으로부터 조향륜 허브(14)로 축방향 연장되어 격실(58)이 기부(54)와 조향륜 허브(14)의 외주면 사이에 위치하여 이들로 둘러싸인다.

조향륜 회전 제한 장치(52)의 기능과 추가적 상세들은 도 7a 내지 9c를 참조하여 설명할 것이다.

조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28)에 형성된 개구(opening; 70)를 덮는다. 더 정확히는, 개구(70)가 편심 섹션(28)과 연결부(30) 사이의 다른 천이 영역에 배치된다. 개구(70)는 서비스 및 유지보수 목적을 위한 전기 기계 위상 연결(phase connection; 72)들과 전기 조향륜 각도 센서 연결(74)들에 대해 출입할 수 있게 한다. 전기 기계 위상 연결(72)들은 토크 피드백 장치(44)의 전기 기계를 제어 유닛/제어 회로(control electronics; 76)에 연결한다. 전기 조향륜 각도 센서 연결(74)들은 조향륜 각도 센서(78)를 제어 유닛/제어 회로(76)에 연결한다.

제어 유닛(76)은 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 중공의(hollow) 관형(tubular) 편심 섹션(28)의 내부에 배치된다. 더 정확히는, 제어 유닛(76)과 전기 기계를 밀접하게 위치시키도록 제어 유닛(76)이 연결부(30)에 근접한 편심 섹션(28)의 부분 내에 배치된다.

조향륜 각도 센서(78)는 현재의 조향각(steering angle)을 측정함으로써 명령에 따라 차륜들을 작동/조향시키게 액추에이터/들에 전자적으로 전송될 운전자의 조향 명령을 검출하도록 구성된다. 조향륜 각도 센서(78)는 제1 베어링 구조(32)에 인접하거나 그 옆에 배치된다.

조향 시스템 지지 칼럼(24)은 관형 신축 구조(telescope arrangement)(80)의 내측 부재를 구성한다. 특히 편심 섹션(28)은 관형 신축 구조(90)의 외측 부재/차량 지지 칼럼(82)의 내부에 축방향으로 미끄러질 수 있게 장착된다. 이에 따라, 조향 시스템 지지 칼럼(24)은 차량 지지 칼럼(82)에 대해 그리고 차량 바디에 대해 병진 이동 가능하지만, 차량 지지 칼럼(82)에 대해 회전 불가능(non-rotatable)하고 회동 불가능(non-pivotable)하다.

조향 시스템 지지 칼럼(23)은 차량 지지 칼럼(82)을 통해 브래킷들, 축방향 조정 부재 및 수직 조정 부재들에 의해 차량 바디(도시 안 됨)에 연결된다. 결과적으로, 조향 시스템 지지 칼럼(24)과 거기에 지지되는 모든 컴포넌트들은 차량 지지 칼럼(82)과 무관하게 제1 종축(L1)에 대해서만 병진 이동 가능하다. 뿐만 아니라, 조향 시스템 지지 칼럼(24) 및 거기에 지지되는 모든 컴포넌트들은 차량 지지 칼럼(82), 즉 차량 지지 칼럼(82)의 조정성/이동성에 좌우되는(dependent on) 차량 바디에 대해 반경방향으로 이동 가능/회동 가능하다.

조향 시스템 지지 칼럼(24)은 중공의 관형 형상을 갖는다. 조향 시스템 지지 칼럼(24)은 강성의 단일 부품 컴포넌트로 구성하고 바람직하기로 금속으로 제작된다. 도 3 내지 6에서 볼 수 있듯, 이는 조향 시스템(10)의 다른 사시도들을 보이는데, 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 적어도 편심 섹션(28)은 대략 사각형 단면을 갖는다. 이러한 형상은 제어 유닛(76)을 수용 및 부착하기에 특히 유용할 수 있다. 편심 섹션(28)과 유사하게, 편심 섹션(28)과 함께 관형 신축 구조(80)를 구성하는 차량 지지 칼럼(82)응 대략 사각형 단면을 갖는다.

조향 시스템 지지 칼럼(24)의 연결부(30)는 편심 섹션(28)으로부터 정렬 섹션(26)을 향해 테이퍼지는 테이퍼링 천이(tapering transition)를 형성한다. 정렬 섹션(26)은 편심 섹션(28)보다 더 작은 직경을 갖는다. 정렬 섹션(26)은 대략 원형 단면을 갖는다.

도 1에 연계하여 도 3 및 5에서 더 볼 수 있듯, 조향륜(12)은 에어백 모듈(airbag module), 변속기어 제어부(switchgear controls), 운전자 디스플레이 장치(driver display arrangement) 등의 보조 컴포넌트들(도시 안 됨)을 수용하는 내부 공간(86)을 구비한다. 이 보조 컴포넌트들과 함께 와이어링 하네스(wiring harness) 등의 추가적 보조 컴포넌트는 중공의 관형 정렬 섹션(26)으로 연장될 수 있다. 이에 따라 보조 컴포넌트들과 함께 추가적 보조 컴포넌트는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)의 내부에 배치되거나 및/또는 이에 부착될 수 있다.

도 7a 내지 9c는 조향륜 회전 제한 장치(52)의 기능과 구성에 관한 상세들을 개시하는 기능을 한다. 도 7a는 조향륜 회전 제한 장치(52)의 컴포넌트들을 분리하여 보이는, 즉 분해도이다. 도 7b는 조향륜 회전 제한 장치(52)의 컴포넌트들을 조립 상태로 보인다. 도 7c는 조향륜 허브(14)에 장착되거나 이와 상호작용하는 조향륜 회전 제한 장치(52)를 보인다.

도 7a 내지 7c에서 볼 수 있듯, 조향륜 회전 제한 장치(52)를 조향 시스템 지지 칼럼(24)에 견고하게 고정하도록 4개의 고정나사(68)들이 기부(54)를 통해 연장된다. 기부(54)는 거기에 형성된 격실(58)을 갖는다. 2개의 축방향으로 반대측인 격실(58)의 측면들이 단부 정지면(60, 62)들을 구성한다. 격실(58)은 그 내부에 배치될 수 있는 미끄럼 부재(58)와 부분적으로 상보적이 되도록(서로 대응하도록) 형성된다(도 7b 참조). 이에 따라, 격실(58), 더 정확히는 격실(58)의 바닥과 측면들은 미끄럼 부재의 이동 가능성을 2개의 단부 정지면(60, 62)들 간의 축방향 미끄러짐으로 한정한다(화살표 AS로 표시). 2개의 단부 정지면(60, 62)들은 미끄럼 부재(56)의 미끄럼 가능성을 축방향으로 제한한다. 미끄럼 부재(56)가 2개의 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나와 접촉하면, 현재 방향으로의 그 추가적 이동이 차단되어 반대의 축방향, 즉 각각의 반대측 단부 정지면(60, 62)을 향해서만 이동할 수 있다. 장착 상태에서조향륜 허브(14)를 향하는 면은 굴곡되어 조향륜 허브(14)의 외주면의 대응 부분과 거의 상보적이다(서로 대응한다).

미끄럼 부재(56)는 조향륜 허브(14)의 외주면에 형성된 나선형 홈(66)과 돌출부(64)를 통해 맞물린다. 돌출부(64)는 나선형 홈(66)의 형상과 크기에 맞춰진 나선형 마루(spiral ridge)로 형성된다. 미끄럼 부재(56)는 나선형 홈(66)을 통해 조향륜 허브(14)와 상호작용한다. 조향륜(12) 및 이에 따른 조향륜 허브(14)가 회전하면, 미끄럼 부재(56)는 화살표(AS) 중의 하나에 따라 축방향으로 격실(58) 내부로 끌려들어간다. 미끄럼 부재(56)는 조향륜 허브(14)의 회전이 중지될 때까지 또는 미끄럼 부재(56)의 2개의 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나의 접촉으로 추가적 이동이 차단될 때까지 미끄러진다. 미끄럼 부재(56)의 추가적인 축방향 이동의 차단은 결과적으로 현재 차단된 단부 정지면(60, 62)들을 향한 미끄럼 부재(56)의 추가적인 축방향 이동을 야기할 수 있을 조향륜 허브(14) 및 이에 따른 조향륜(12)의 추가적 회전을 차단한다.

도 7a에 지시된 바와 같이, 미끄럼 부재(56)는 축방향 폭(W)을 갖는다. 미끄럼 부재(56)의 축방향 폭(W)은 미끄럼 부재(56)와 단부 정지면(60, 62)들 간의 격실(58) 내부의 자유 공간을 결정한다. 이에 따라, 미끄럼 부재(56)의 축방향 폭(W)을 조정 또는 선택함으로써 최대 이동 거리(maximum travel distance), 즉 2개의 단부 정지면(60, 62)들 간의 최대 축방향 이동 가능성이 조정될 수 있다. 이에 따리, 단지 미끄럼 부재(56)를 교체하여 그 축방향 폭(W)과 돌출부(64)의 크기와 형태를 조정함으로써 조향륜 회전 제한 장치(56)가 다른 차량 구성들에 대해 유연하게 사용될 수 있다. 특히, 축방향 폭(W)은 다음 인자들 중의 하나에 따라 선택될 수 있는데: 나선형 홈(66)의 길이, 2개의 반대측인 단부 정지면(60, 62)들 간의 거리, 및 조향륜 허브(14)의 외주 길이이다.

미끄럼 부재(56)와 단부 정지면(60)의 접촉은 도 8a, 8b, 및 9a에 보인다. 이 위치에서, 미끄럼 부재(56)는 반대측인 단부 정지면(62)을 향하는 방향으로만 미끄러질 수 있다. 즉 이 위치에서, 조향륜 허브(14) 및 조향륜(12)은 미끄럼 부재(56)의 반대측 단부 정지면(62)로의 이동을 유발하는 하나의 특정한 회전 방향으로만 회전할 수 있다. 미끄럼 부재(56)가 양 축방향으로 자유로이 미끄러질 수 있는 위치는 도 8c, 8d, 및 9b에 보인다. 즉 이 위치에서, 조향륜 허브(14) 및 조향륜(12)은 양 회전 방향으로 자유로이 회전할 수 있다. 미끄럼 부재(56)와 반대측 단부 정지면(62)의 접촉은 도 8e, 8f, 및 9c에 보인다. 이 위치에서, 미끄럼 부재(56)는 단부 정지면(60)을 향한 방향으로만 미끄러질 수 있다. 즉 이 위치에서, 조향륜 허브(14) 및 조향륜(12)은 하나의 특정한 방향으로만 회전할 수 있는데, 이는 미끄럼 부재(56)의 단부 정지면(60)을 향한 이동을 유발하는 방향이다.

적어도 도 9a에서 볼 수 있듯, 미끄럼 부재가 2개의 반대측 단부 정지면들 중의 하나와 접촉하는 위치에서, 돌출부(64)는 나선형 홈(66)의 가장 가까울 단부(88)와 여전히 이격된다. 이에 따라, 조향륜 허브(14)의 회전의 제한은 돌출부(64)와 나선형 홈(66)의 단부(88)의 접촉이 아니라 미끄럼 부재(56) 2개의 반대측 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나와 접촉에 의해 유발된다. 이 강건한 구성은 강한 외력의 영향 하에서도 조향 시스템(10), 특히 나선형 홈(66) 및 돌출부(64)의 손상을 방지한다.

10 조향 시스템(steering system) 50 고정자 권선(stator windings)
12 조향륜(steering wheel) 52 조향륜 회전 제한 장치(steering wheel rotation limiting device)
14 조향륜 허브(steering wheel hub) 54 기부(base)
16 고정 부재들(fixing elements) 56 미끄럼 부재(sliding element)
18 아마추어(armature) 58 격실(compartment)
20 관통 구멍들(through bores) 60 단부 정지면(end stop surface)
22 막힌 구멍들(blind holes) 62 단부 정지면(end stop surface)
24 조향 시스템 지지 칼럼(steering system support column) 64 돌출부(projection)
26 정렬 섹션(aligned section) 66 나선형 홈(spiral groove)
28 편심 섹션(off-axis section) 68 고정나사들(screws)
30 연결부(connection portion) 70 개구(opening)
32 제1 베어링 구조(first bearing arrangement) 72 전기 기계 위상 연결들(electric machine phase connections)
34 제2 베어링 구조(second bearing arrangement) 74 전기 조향륜 각도 센서 연결들(electric steering wheel angle sensor connections)
36 돌출 플랜지 부(protruding flange portion) 76 제어 유닛(control unit)
38 원형 고리 형상 부(circular ring-shaped portion) 78 조향륜 각도 센서(steering wheel angle sensor)
40 지지 부싱(support bushing) 80 관형 신축 구조(tubular telescope arrangement)
42 내향 돌출 플랜지 부(inwardly protruding flange portion) 82 차량 지지 칼럼(vehicle support column)
44 토크 피드백 장치(torque feedback device) 84 조정 부재들(adjustment elements)
46 회전자(rotor) 86 내부 공간(internal space)
48 고정자(stator) 88 단부(end portion)
L1 제1 종축(first longitudinal axis) A 회전축(axis of rotation)
L2 제2 종축(second longitudinal axis) AS 축방향(axial direction)
W 축방향 폭(axial width)

Claims

차량용 조향 시스템(10)에 있어서,
조향륜(12)과 연결되거나 연결될 수 있는 조향륜 허브(14)로, 회전축(A)을 중심으로 회전 가능한 상기 조향륜 허브(14);
회전자(46) 및 고정자(48)를 갖는 전기 기계를 포함하는 토크 피드백 장치(44)로, 조향륜 허브(14)와 함께 회전축(A)을 중심으로 회전할 수 있도록 회전자(46)가 조향륜 허브(14)에 부착되고, 고정자(48)가 조향 시스템(10)의 회전 불가능한 컴포넌트(48)에 고정되는 상기 토크 피드백 장치(44);
회전축(A)에 편심되고 바람직하기로 이에 평행한 제1 종축(L1)을 갖는 편심 섹션(28)을 포함하고, 회전축(A)에 대응하는 제2 종축(L2)을 갖는 정렬 섹션(26)을 포함하는 조향 시스템 지지 칼럼(24)으로, 편심 섹션(28)이 조향륜 허브(14)와 축방향으로 이격되는 한편 조향륜 허브(14)가 정렬 섹션(26)에 회전 가능하게 장착되는 상기 조향 시스템 지지 칼럼(24); 및
조향륜 허브(14)의 회전을 제한하는 조향륜 회전 제한 장치(52)로, 조향륜 회전 제한 장치(52)는 조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)를 통해 편심 섹션(28)에 부착되고 그리고 미끄럼 부재(56)를 통해 조향륜 허브(14)에 맞물리는 상기 조향륜 회전 제한 장치(52)를 포함하여 구성되는 조향 시스템.
제1항에 있어서,
편심 섹션(28)이, 제1 종축(L1) 및 제2 종축(L2) 양자에 횡으로 연장되는 연결부(30)에 의해 정렬 섹션(26)과 일체로 연결되는 조향 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
조향 시스템 지지 칼럼(24)의 정렬 섹션(26)이 고정자(48)가 부착되는 회전 불가능한 컴포넌트인 조향 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
조향 시스템 지지 칼럼(24)이 회전 불가능하지만 그 제1 종축(L1)을 따라 병진 이동 가능하고, 조향 시스템 지지 칼럼(24)이 바람직하게는, 관형 신축 구조(80)의 외측 부재(82) 내에서 축방향으로 이동 가능하게 장착된 관형 신축 구조(80)의 내측 부재를 형성하는 조향 시스템.
제1항 내지 제4항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
적어도 토크 피드백 장치(44)를 제어하거나 및/또는 센서 정보를 송수신하는 전자 제어 유닛(76)을 더 구비하는 조향 시스템.
제5항에 있어서,
전자 제어 유닛(76)이 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28) 내부에 배치되는 조향 시스템.
제5항 또는 제6항에 있어서,
조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)가, 전기 기계 및/또는 적어도 하나의 센서(78)를 전자 제어 유닛(76)에 연결하는 전기 연결(72, 74)들에 출입을 가능하게 하는 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28)의 개구(70)를 덮는 조향 시스템.
제1항 내지 제7항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)가 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28)에 고정나사(68), 볼트, 리벳, 또는 접착제로 부착되거나 조향 시스템 지지 칼럼(24)의 편심 섹션(28)에 용접되는 조향 시스템.
제1항 내지 제8항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
회전자(46)가 외측 회전자이고 고정자(48)가 내측 고정자인 조향 시스템.
제1항 내지 제9항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
조향륜 회전 제한 장치(52)의 기부(54)가 2개의 반대측 단부 정지면(60. 62)들을 구비하고, 미끄럼 부재(56)가 2개의 반대측 단부 정지면(60. 62)들 간에서 기부(54)에 대해 및 조향륜 허브(14)에 대해 회전축(A)에 평행하게 축방향으로 미끄러질 수 있고,
미끄럼 부재(56)가 조향륜 허브(14)의 외주면에 형성된 나선형 홈(66)에 맞물리는 돌출부(64)를 구비하여, 조향륜 허브(14)의 회전이 미끄럼 부재(56)의 축방향 이동을 유발하고, 미끄럼 부재(56)의 2개의 반대측 단부 정지면(60. 62)들 중의 하나와의 접촉이 미끄럼 부재(56)의 이동 및 조향륜 허브(14)의 회전을 차단하는 조향 시스템.
제10항에 있어서,
기부(54)는 기부에 형성된 격실(58)을 구비하고, 격실은 미끄럼 부재(56)를 수용함으로써 조향륜 허브(14)로부터 멀어지는 방향의 미끄럼 부재(56)의 반경방향 이동과 그 축방향 이동(AS)의 방향에 교차하는 미끄럼 부재(56)의 횡방향 이동을 방지하는 조향 시스템.
제11항에 있어서,
기부(54)가 조향륜 허브(14)에 반경방향으로 인접하도록 배치되어 기부(54)와 조향륜 허브(14)의 외주면이 격실(58)을 완전히 둘러싸는 조향 시스템.
제10항 내지 제12항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
미끄럼 부재(56)가 2개의 반대측 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나와 접촉하는 상태에서 돌출부(64)가 나선형 홈(66)의 단부(88)로부터 여전히 이격되는 조향 시스템.
제10항 내지 제13항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
돌출부(64)가 나선형 마루인 조향 시스템.
제1항 내지 제14항 중의 적어도 하나의 항에 있어서,
미끄럼 부재(56)와 2개의 단부 정지면(60, 62)들 중의 하나와의 최소 거리가 소정의 임계값 미만으로 떨어지면, 토크 피드백 장치(44)가 토크 피드백 수준을 증가시키도록 구성되는 조향 시스템.