KR20230073718A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 조향휠과 연동되어 회전하는 조향축, 조향축의 회전 방향을 감지하는 감지센서, 감지센서에서 감지된 회전 방향에 따라서 조향축 모터를 정방향과 역방향으로 작동시키는 전자제어장치, 조향축 모터의 축에 구비되는 제1풀리와 조향축에 구비되는 제2풀리에 결합되는 구동벨트, 구동벨트의 일측을 회전 지지하며 감속기하우징에 결합되는 벨트지지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{STEER BY WIRE TYPE STEERING SYSTEM}
본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 스티어 바이 와이어식 조향장치는 운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워스티어링이 개발되어 적용되고 있고, 파워스티어링은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 개발되어 적용되었다.
최근에는 스티어링 휠과 차륜사이의 스티어링 컬럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire; SBW)식 스티어 바이 와이어식 조향장치가 개발되어 적용되고 있다.
그런데, 이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 경우 조향축과 바퀴와의 기계적인 연결이 없기 때문에 운전자의 조향휠 회전시 반력감이 없어서 운전자의 조향감각을 떨어트리는 문제점이 있었다.
특히, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자에게 정확한 반력감을 제공하고 모터의 회전수를 감속하는 감속기에 고하중이 전달되더라도 조향휠에 전달되는 반력감을 일정하게 유지함으로써 운전자에게 정확하고 지속적인 반력감을 제공할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치의 필요성이 대두되고 있다.
이에 본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자에게 정확한 반력감을 제공할 수 있고 감속기에 고하중이 전달되더라도 조향휠에 전달되는 반력감을 일정하게 유지할 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예들에 의하면, 조향휠과 연동되어 회전하는 조향축, 조향축의 회전 방향을 감지하는 감지센서, 감지센서에서 감지된 회전 방향에 따라서 조향축 모터를 정방향과 역방향으로 작동시키는 전자제어장치, 조향축 모터의 축에 구비되는 제1풀리와 조향축에 구비되는 제2풀리에 결합되는 구동벨트, 구동벨트의 일측을 회전 지지하며 감속기하우징에 결합되는 벨트지지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자에게 정확한 반력감을 제공할 수 있게 되고 감속기에 고하중이 전달되더라도 조향휠에 전달되는 반력감을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2 내지 도 5는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도,
도 6과 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도,
도 8은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도,
도 9는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 단면도,
도 10과 도 11은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
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 기술사상의 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 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도, 도 2 내지 도 5는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도, 도 6과 도 7은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도, 도 8은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도, 도 9는 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 단면도, 도 10과 도 11은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치 중 일부를 나타내는 정면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향휠(101)과 연동되어 회전하는 조향축(103), 조향축(103)의 회전 방향을 감지하는 감지센서(105, 107), 감지센서(105, 107)에서 감지된 회전 방향에 따라서 조향축 모터(120)를 정방향과 역방향으로 작동시키는 전자제어장치(110), 조향축 모터(120)의 축(121)에 구비되는 제1풀리(123)와 조향축(103)에 구비되는 제2풀리(127)에 결합되는 구동벨트(125), 구동벨트(125)의 일측을 회전 지지하며 감속기하우징(150)에 결합되는 벨트지지부재(180)를 포함한다.
이러한 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 조향휠(101)과 연결된 조향축(103)의 일측에 조향축(103)의 회전 방향을 감지하는 감지센서(105, 107)로 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 결합되고, 운전자의 조향휠(101) 조작시 이를 감지하는 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 전기 신호를 전자제어장치(110)에 보내 조향축 모터(120)와 피니언축 모터(130)가 작동되도록 되어 있다.
전자제어장치(110)는 앵글센서(105)와 토크센서(107)로부터 전송된 전기 신호와 기타 자동차에 장착된 여러 센서들로부터 전송된 전기 신호들을 기초로 조향축 모터(120)와 피니언축 모터(130)를 제어하게 된다.
조향축 모터(120)는 모터의 회전수를 감속하는 감속기(190)와 연결되어 있으며, 일반주행시에는 운전자의 조향휠(101) 조작시 반대방향의 조향반력감을 느낄 수 있게 조향축(103)에 반력을 제공하고 자율주행시에는 운전자의 의지가 개입되지 않고 전자제어장치(110)의 제어에 의한 조향이 이루어지게 된다.
피니언축 모터(130)는 피니언축(113)과 연결된 랙바(111)를 슬라이딩시켜 타이로드(115)와 너클암(117)을 통해 양측 바퀴(119)의 조향을 수행하게 되어 있다.
다만, 본 실시예들에서의 도면에는 설명의 편의를 위해 조향축(103)에 구비되는 앵글센서(105)와 토크센서(107), 조향 정보를 전자제어장치(110)로 송부하기 위한 차속센서(104), 바퀴회전각센서(106)가 구비된 것을 일례로 도시하였으나, 이외에 모터 포지션센서, 각종 레이더와 라이더, 카메라와 같은 화상센서 등이 구비될 수 있으며, 이하 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서는 조향축(103)과 피니언축(113)이 기계적으로 연결되어 있지 않기 때문에 운전자의 조향휠(101) 조작력이 일반적인 조향장치에 비해 현격하게 줄어들기 때문에 운전자가 느끼는 이질감을 없애고 고속에서의 조향 안정감을 제공하는 기계적인 장치가 필요하게 된다.
따라서, 조향축 모터(120)는 운전자의 조향의지와 반대방향 즉, 조향축(103)이 회전하는 방향과 반대반향으로 회전력을 부가시켜 운전자의 조향휠 조작력을 조정하게 된다.
조향축(103)의 회전 방향을 감지하는 감지센서(105, 107)는 전술한 바와 같이 앵글센서(105)와 토크센서(107)가 이용되며, 전자제어장치(110)는 감지센서(105, 107)에서 감지된 회전 방향에 따라서 조향축 모터(120)를 정방향과 역방향으로 작동시키게 되어 있다.
조향축 모터(120)의 회전속도를 감속시키는 감속기(190)는 조향축 모터(120)의 축(121)에 구비되는 제1풀리(123)와 조향축(103)에 구비되는 제2풀리(127), 제1풀리(123)와 제2풀리(127)에 결합되는 구동벨트(125) 등이 구비된다.
그리고, 구동벨트(125)의 일측을 회전 지지하며 감속기하우징(150)에 결합되는 벨트지지부재(180)가 구비되어 있어서 구동벨트(125)의 조립시 구동벨트(125)의 장력을 맞추게 조립되고 조립 후에는 구동벨트(125)의 장력을 일정하게 유지시키게 되어 있다.
벨트지지부재(180)는 피니언축(113)과 분리되어 있는 조향컬럼(100)에 구비되는데, 조향컬럼(100)에는 조향축(103)이 내장되는 컬럼하우징(116), 컬럼하우징(116)에 결합되며 구동벨트(125)와 제1풀리(123), 제2풀리(127) 등이 내장되는 감속기하우징(150), 조향축 모터(120), 감속기하우징(150)에 결합되어 조향축 모터(120)와 전기적으로 연결되는 전자제어장치(110), 차체에 고정되기 위한 마운팅 브라켓(112) 등이 구비되어 있다.
벨트지지부재(180)는 구동벨트(125)의 일측에 지지되는 원통형의 회전부재(181), 회전부재(181)의 내주면에 결합되는 베어링(187), 베어링(187)의 내주면에 결합되는 지지샤프트(183), 지지샤프트(183)를 관통하여 감속기하우징(150)에 결합되는 고정부재(185)를 포함한다.
그리고, 지지샤프트(183)는, 외주면에 베어링(187)이 결합되는 베어링결합부(183a), 베어링결합부(183a)의 중심축에서 경방향의 일측으로 중심축이 치우치게 위치되며 외경이 베어링결합부(183a)의 외경과 다르게 형성되는 편심지지부(183b)를 포함한다.
따라서, 편심지지부(183b)의 중심축을 기준으로 회전시키면 베어링결합부(183a)와 동축상으로 결합되어 있는 회전부재(181)가 구동벨트(125)와 가까와지거나 멀어지는 방향으로 이동이 가능하게 된다.
베어링결합부(183a)와 편심지지부(183b)의 사이에는 베어링결합부(183a)의 외주면에서 단턱지게 외경이 확대된 베어링지지부(183d)가 형성되어 있어서, 베어링결합부(183a)와 베어링지지부(183d)의 연결된 단턱부위에 베어링(187)의 내륜이 지지되며 결합되고 회전부재(181)의 내주면에는 베어링(187)의 외륜이 지지되며 결합되는 단턱부(181a)가 구비되어 있다.
이러한 벨트지지부재(180)는 편심지지부(183b)의 일측을 지지하여 회전부재(181)를 구동벨트(125)쪽으로 지지하는 지지부재(182)를 포함할 수 있다.
지지부재(182)는 감속기하우징(150)에 나사결합되며 편심지지부(183b)의 외주면 일측을 지지하여 지지샤프트(183)의 위치를 고정시켜 회전부재(181)가 구동벨트(125)를 지지하는 힘을 일정하게 유지한다.
지지샤프트(183)는 편심지지부(183b)의 중심축을 따라서 지지샤프트(183)를 관통하는 관통홀(183c)이 구비되어 있어서 이 관통홀(183c)에 고정부재(185)가 삽입되어 결합된다.
따라서, 작업자는 지지샤프트(183)의 조립시 고정부재(185)를 완전히 체결하지 않은 상태에서 지지샤프트(183)를 회전시키면서 구동벨트(125)의 장력을 맞춘후 고정부재(185)를 완전히 체결하고 지지부재(182)를 감속기하우징(150)에 나사결합시킴으로써 구동벨트(125)의 장력을 유지시킨다.
그리고, 감속기하우징(150)에는 편심지지부(183b)가 삽입되는 삽입홈(155)이 구비되고 삽입홈(155)의 측면에는 지지부재(182)가 삽입되는 가이드홀(151)이 구비되어 있다.
삽입홈(155)은 편심지지부(183b)와 동일한 직경을 갖게 형성되어 조립시 편심지지부(183b)가 삽입홈(155)에 지지되며 회전할 수 있게 되며 지지부재(182)가 편심지지부(183b)를 지지하며 가이드홀(151)에 고정된다.
또한, 감속기하우징(150)은 삽입홈(155)의 바닥면에 고정부재(185)가 결합되는 고정홀(157)이 구비되어 있어서, 고정부재(185)가 고정홀(157)에 체결되면서 지지샤프트(183)를 고정시킨다.
고정부재(185)는 관통홀(183c)에 삽입되어 고정홀(157)에 결합되는 결합부(185a)와 결합부(185a)의 일단에 직경이 확대되어 지지샤프트(183)의 베어링결합부(183a)를 축방향으로 지지하는 샤프트지지부(185b)가 구비되어 있어서 지지샤프트(183)를 축방향으로 지지하며 고정시킨다.
감속기하우징(150)에 형성되는 가이드홀(151)은 지지부재(182)의 몸통부가 삽입되어 나사결합되는 내측홀(151a)과 내측홀(151a)보다 내경이 확대되며 지지부재(182)의 머리부가 위치되는 외측홀(151b)을 구비한다.
또한, 벨트지지부재(180)는 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 편심지지부(183b)의 외주면에 결합되어 지지샤프트(183)의 회전을 방지하는 회전방지부재(170)를 더 포함할 수 있다.
여기서 회전방지부재(170)는, 일측단에는 편심지지부(183b)의 외주면에 결합되는 고정돌기(174)가 구비되고 타측단은 감속기하우징(150)에 회전가능하게 결합되는 록킹부재(171), 일측단은 감속기하우징(150)에 지지되고 타측단은 록킹부재(171)에 지지되어 록킹부재(171)를 편심지지부(183b)쪽으로 지지하는 탄성부재(157)를 포함한다.
그리고, 편심지지부(183b)의 외주면에는 록킹부재(171)의 고정돌기(174)와 맞물리는 결합돌기(184)가 형성될 수 있으며 록킹부재(171)의 타측단은 감속기하우징(150)과 힌지(159)로 결합된다.
따라서, 작업자는 지지샤프트(183)를 회전시키면서 구동벨트(125)의 장력을 맞춘후 고정부재(185)를 완전히 체결하고 록킹부재(171)의 고정돌기(174)를 편심지지부(183b)의 결합돌기(184)에 결합시킴으로써 지지샤프트(183)가 회전되지 않고 정위치를 유지하게 된다.
그리고, 감속기하우징(150)의 내측에는 돌출격벽(152)이 구비될 수 있으며 이 돌출격벽(152)에는 탄성부재(157)가 삽입되어 지지되는 지지홈(154)이 구비되어 탄성부재(157)의 이탈을 방지하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이와 같은 본 실시예들에 의하면, 스티어 바이 와이어식 조향장치에 있어서 운전자에게 정확한 반력감을 제공할 수 있게 되고 감속기에 고하중이 전달되더라도 조향휠에 전달되는 반력감을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술사상의 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 개시의 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.
101: 조향휠 103: 조향축
105: 앵글센서 107: 토크센서
120: 조향축 모터 123: 제1풀리
125: 구동벨트 127: 제2풀리
150: 감속기하우징 180: 벨트지지부재
190: 감속기

Claims (14)

  1. 조향휠과 연동되어 회전하는 조향축;
    상기 조향축의 회전 방향을 감지하는 감지센서;
    상기 감지센서에서 감지된 회전 방향에 따라서 조향축 모터를 정방향과 역방향으로 작동시키는 전자제어장치;
    상기 조향축 모터의 축에 구비되는 제1풀리와 상기 조향축에 구비되는 제2풀리에 결합되는 구동벨트;
    상기 구동벨트의 일측을 회전 지지하며 감속기하우징에 결합되는 벨트지지부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨트지지부재는,
    상기 구동벨트의 일측에 지지되는 원통형의 회전부재;
    상기 회전부재의 내주면에 결합되는 베어링;
    상기 베어링의 내주면에 결합되는 지지샤프트;
    상기 지지샤프트를 관통하여 상기 감속기하우징에 결합되는 고정부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지샤프트는,
    외주면에 상기 베어링이 결합되는 베어링결합부;
    상기 베어링결합부의 중심축에서 경방향의 일측으로 중심축이 치우치게 위치되며 외경이 상기 베어링결합부의 외경과 다르게 형성되는 편심지지부;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 벨트지지부재는 상기 편심지지부의 일측을 지지하여 상기 회전부재를 상기 구동벨트쪽으로 지지하는 지지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지샤프트는 상기 편심지지부의 중심축을 따라서 상기 지지샤프트를 관통하는 관통홀이 구비되어 상기 고정부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감속기하우징에는 상기 편심지지부가 삽입되는 삽입홈이 구비되고 상기 삽입홈의 측면에는 상기 지지부재가 삽입되는 가이드홀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감속기하우징에는 상기 삽입홈의 바닥면에 상기 고정부재가 결합되는 고정홀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 관통홀에 삽입되어 상기 고정홀에 결합되는 결합부와 상기 결합부의 일단에 직경이 확대되어 상기 지지샤프트의 베어링결합부를 축방향으로 지지하는 샤프트지지부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가이드홀은 상기 지지부재의 몸통부가 삽입되어 나사결합되는 내측홀과 상기 내측홀보다 내경이 확대되며 상기 지지부재의 머리부가 위치되는 외측홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 벨트지지부재는,
    상기 편심지지부의 외주면에 결합되어 상기 지지샤프트의 회전을 방지하는 회전방지부재를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전방지부재는,
    일측단에는 상기 편심지지부의 외주면에 결합되는 고정돌기가 구비되고 타측단은 상기 감속기하우징에 회전가능하게 결합되는 록킹부재;
    일측단은 상기 감속기하우징에 지지되고 타측단은 상기 록킹부재에 지지되어 상기 록킹부재를 상기 편심지지부쪽으로 지지하는 탄성부재;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심지지부의 외주면에는 상기 고정돌기와 맞물리는 결합돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 록킹부재의 타측단은 상기 감속기하우징과 힌지로 결합되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 감속기하우징의 내측에는 돌출격벽이 구비되고 상기 돌출격벽에는 상기 탄성부재가 삽입되어 지지되는 지지홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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