KR20240006866A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

스티어 바이 와이어식 조향장치 Download PDF

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KR20240006866A
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이정호
석진수
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현대모비스 주식회사
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Abstract

스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치는: 하우징; 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동풀리부; 하우징에 구동풀리부와 이격되게 배치되고, 회전 가능하게 장착되는 종동풀리부; 구동풀리부와 종동풀리부의 외측면을 감싸고, 구동풀리부의 회젼력을 종동풀리부로 전달하는 벨트부; 종동풀리부에 연결되고, 종동풀리부의 회전에 따라 전후진 이동하는 랙바; 하우징에 회전 가능하게 장착되고, 종동풀리부에 치합되어 회전되는 회전기어부; 및 하우징에 회전기어부와 대향되게 장착되고, 회전기어부의 회전 정보를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{STEER-BY-WIRE TYPE STEERING APPARATUS}
본 발명은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 랙바의 위치를 인식하면서 부품 수를 감소하고 조립 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 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.
즉, 운전자의 조향휠 조작이 전기 신호로 변환되어 전자제어장치에서 이를 입력받게 되고 그에 따라 모터의 출력이 결정되게 되는데, 이러한 스티어 바이 와이어식 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해를 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.
한편, 일반적인 조향장치와 마찬가지로 스티어 바이 와이어식 조향장치에서도 랙바의 위치를 감지하기 위한 센서가 구비되는데, 종래의 스티어 바이 와이어식 조향장치는 일반적인 조향장치에서 사용되는 피니언기어를 포함하여 랙바가 슬라이딩됨에 따라 회전되는 피니언기어의 회전각을 센싱하여 랙바의 위치를 결정하고 있다.
그러나, 단지 랙바의 위치를 결정하기 위해 피니언기어를 설치하는 것은 피니언기어뿐만 아니라 서포트요크 등이 더 구비되어야 하는 등 필요한 부품 수가 많고 그에 따라 조립공정이 복잡하므로 비효율적인 문제가 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0144973호(2020.12.30 공개, 발명의 명칭: 스티어 바이 와이어식 조향장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 감지부에서 랙바를 작동시키는 종동풀리부의 회전을 감지하여 랙바의 이동 위치를 알 수 있는 스티어 바이 와이어식 조향장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치는: 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동풀리부; 상기 하우징에 상기 구동풀리부와 이격되게 배치되고, 회전 가능하게 장착되는 종동풀리부; 상기 구동풀리부와 상기 종동풀리부의 외측면을 감싸고, 상기 구동풀리부의 회젼력을 상기 종동풀리부로 전달하는 벨트부; 상기 종동풀리부에 연결되고, 상기 종동풀리부의 회전에 따라 전후진 이동하는 랙바; 상기 하우징에 회전 가능하게 장착되고, 상기 종동풀리부에 치합되어 회전되는 회전기어부; 및 상기 하우징에 상기 회전기어부와 대향되게 장착되고, 상기 회전기어부의 회전 정보를 감지하는 감지부를 포함한다.
본 발명에서 상기 종동풀리부는, 상기 하우징에 상기 구동풀리부와 이격되고 회전 가능하게 장착되고, 외측이 상기 벨트부와 연결되며, 내측에 상기 랙바가 연결되는 제1종동풀리부; 및 상기 제1종동풀리부에 장착되어 상기 제1종동풀리부와 같이 회전되고, 상기 회전기어부와 치합되는 제2종동풀리부를 포함한다.
본 발명에서 상기 제2종동풀리부의 외경은 상기 제1종동풀리부의 외경보다 더 크게 형성된다.
본 발명에서 상기 제2종동풀리부는 상기 제1종동풀리부에 상기 벨트부와 연결되지 않게 배치된다.
본 발명에서 상기 회전기어부는, 상기 하우징에 장착되는 회전기어축부; 상기 회전기어축부에 회전 가능하게 장착되고, 상기 제2종동풀리부에 치합되는 회전기어몸체부; 및 상기 회전기어몸체부에 장착되고, 회전기어몸체부의 회전 속도 변화에 따라 자기장의 크기가 변화되는 마그넷부를 포함한다.
본 발명에서 상기 감지부는, 상기 하우징에 장착되는 PCB부; 및 상기 PCB부에 상기 마그넷부와 대향되게 장착되고, 상기 마그넷부의 자기장의 방향과 크기를 감지하는 홀센서부를 포함한다.
본 발명에서 상기 벨트부는 상기 구동풀리부와 상기 종동풀리부의 외측면에 치합되는 타이밍 벨트로 이루어진다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치에 의하면, 감지부가 회전기어부의 마그넷부의 자기장 변화를 기반으로 랙바의 위치 정보를 감지할 수 있으므로, 별도의 센서 설치에 따른 공간을 필요치 않아 최적화된 크기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 감지부가 종동풀리부의 제2종동풀리부에 따라 회전되는 회전기어부의 작동에 의해 랙바의 위치 정보를 획득하는 간단한 구조로 이루어져 부품 수를 감소하고 조립 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 조립 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 부분 확대 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 조립 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치는 하우징(100), 구동풀리부(200), 종동풀리부(300), 벨트부(400), 랙바(500), 회전기어부(600), 및 감지부(700)를 포함한다.
하우징(100)은 내부 공간에 구동풀리부(200), 종동풀리부(300), 벨트부(400), 랙바(500), 회전기어부(600), 및 감지부(700)를 수용할 수 있는 공간을 제공한다.
하우징(100)의 내측면 일측(도 1 기준 상측)에는 수용부(110)가 오목하게 형성된다. 수용부(110)에는 회전기어부(600)와 감지부(700)가 서로 대향되게 배치된다. 수용부(110)의 일측면(도 2 기준 우측면)에는 회전기어부(600)의 회전기어축부(610)가 회전 가능하게 장착된다. 수용부(110)의 타측면(도 2 기준 좌측면)은 감지부(700)가 장착된다.
구동풀리부(200)는 하우징(100)의 내부 공간 일측(도 1 기준 우측)에 회전 가능하게 장착된다. 구동풀리부(200)는 모터(미도시)의 축에 축연결되고, 모터의 작동에 의해 회전된다. 구동풀리부(200)는 원통 형상으로 형성되고, 외측면에 치차(gear)가 형성된다.
종동풀리부(300)는 하우징(100)의 내부 공간 타측(도 1 기준 좌측)에 구동풀리부(200)와 이격되게 배치되고, 회전 가능하게 장착된다. 종동풀리부(300)는 원통 형상으로 형성되고, 외측면에 치차가 형성된다. 종동풀리부(300)의 내측에 랙바(500)가 장착된다. 랙바(500)는 외측면에 나사산이 형성되는 것으로, 종동풀리부00)의 회전 방향에 따라 하우징(100) 내에서 전후진 이동될 수 있다.
종동풀리부(300)는 제1종동풀리부(310)와 제2종동풀리부(320)를 포함한다. 제1종동풀리부(310)는 하우징(100)에 구동풀리부(200)와 이격되고 회전 가능하게 장착된다. 제1종동풀리부(310)는 외측이 벨트부(400)와 연결된다. 제1종동풀리부(310)의 외측에는 벨트부(400)와 치합되는 치차가 형성된다. 제1종동풀리부(310)는 내측에 랙바(500)가 장착된다. 랙바(500)는 제1종동풀리부(310)의 회전 방향에 따라 하우징(100) 내에서 전후진 이동될 수 있다.
제2종동풀리부(320)는 제1종동풀리부(310)의 일면(도 1 기준 좌측면)에 장착되어 제1종동풀리부(310)와 같이 회전된다. 제2종동풀리부(320)는 제1종동풀리부(310)에 볼팅, 용접 등에 의해 고정된다. 또는 제2종동풀리부(320)는 제1종동풀리부(310)에 일체로 성형될 수 있다.
제2종동풀리부(320)는 내측에 랙바(500)가 장착된다. 랙바(500)는 제1종동풀리부(310)와 함께 회전되는 제2종동풀리부(320(의 회전 방향에 따라 하우징(100) 내에서 전후진 이동될 수 있다.
제2종동풀리부(320)는 회전기어부(600)와 치합된다. 제2종동풀리부(320)의 외측에는 회전기어부(600)의 회전기어몸체부(620)와 치합되는 치차가 형성된다. 본 발명에서 제2종동풀리부(320)의 회전 방향에 따라 회전기어부(600)의 회전기어몸체부(620)는 반대 방향으로 회전된다.
제2종동풀리부(320)의 외경은 제1종동풀리부(310)의 외경보다 더 크게 형성된다. 즉 제2종동풀리부(320)와 제1종동풀리부(310)는 단차지게 형성된다. 제2종동풀리부(320)가 제1종동풀리부(310)보다 더 크게 형성되어, 제2종동풀리부(320)는 회전기어부(600)의 회전기어몸체부(620)와의 치합이 용이하게 이루어질 수 있다.
제2종동풀리부(320)는 제1종동풀리부(310)의 일측면에 벨트부(400)와 연결되지 않게 배치된다. 즉 제1종동풀리부(310)는 벨트부(400)와 치합되고, 제2종동풀리부(320)는 회전기어부(600)의 회전기어몸체부(620)와 치합된다.
벨트부(400)는 구동풀리부(200)와 종동풀리부(300)의 외측면을 감싸고, 구동풀리부(200)의 회젼력을 종동풀리부(300)로 전달한다. 본 발명에서 벨트부(400)는 구동풀리부(200)와 제1종동풀리부(310)의 외측면을 감싸고, 구동풀리부(200)의 회젼력을 제1종동풀리부(310)로 전달한다.
벨트부(400)는 내측면에 구동풀리부(200)의 외측면과 종동풀리부(300)의 제1종동풀리부(310)의 외측면의 치차와 치합되는 치차가 형성되는 타이밍 벨트(Timing Belt)로 이루어진다. 벨트부(400)는 고무 재질을 포함하여 이루어진다.
랙바(500)는 종동풀리부(300)의 내측에 장착된다. 랙바(500)는 외측면에 나사산이 형성되는 것으로, 종동풀리부(300)의 회전 방향에 따라 하우징(100) 내에서 전후진 이동한다. 본 발명에서 랙바(500)는 종동풀리부(300)에서 제1종동풀리부(310)에만 연결되거나, 제1종동풀리부(310)와 제2종동풀리부(320) 모두에 연결될 수 있다.
회전기어부(600)는 하우징(100)의 수용부(110)의 일측면(도 4 기준 우측면)에 회전 가능하게 장착되고, 종동풀리부(300)에 치합되어 회전된다. 회전기어부(600)는 회전기어축부(610), 회전기어몸체부(620), 및 마그넷부(630)를 포함한다.
회전기어축부(610)는 하우징(100)의 수용부(110)의 일측면(도 4 기준 우측면)에 회전 가능하게 장착되는 것으로, 봉 형상으로 형성된다.
회전기어몸체부(620)는 회전기어축부(610)에 회전 가능하게 장착되고, 제2종동풀리부(320)에 치합된다. 회전기어몸체부(620)의 외측에는 제2종동풀리부(320)와 치합되는 치차가 형성된다. 본 발명에서 회전기어몸체부(620)는 제2종동풀리부(320)의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 회전된다.
마그넷부(630)는 회전기어몸체부(620)에 장착된다. 마그넷부(630)는 감지부(700)에 대향되게 회전기어몸체부(620)의 일측면(도 4 기준 좌측면)에 장착된다. 마그넷부(630)는 전류가 공급되고 제2종동풀리부(320)의 회전에 의해 회전되는 회전기어몸체부(620)에 의해 회전되면서 자기장이 발생된다. 마그넷부(630)는 제2종동풀리부(320)의 회전 속도 변화에 따라 자기장의 크기가 변화된다.
감지부(700)는 하우징(100)의 수용부(110)의 타측면(도 4 기준 좌측면)에 회전기어부(600)와 대향되게 장착되고, 회전기어부(600)의 회전 정보를 감지한다. 감지부(700)는 PCB부(710)와 홀센서부(720)를 포함한다.
PCB부(710)는 하우징(100)의 수용부(110)의 타측면(도 4 기준 좌측면)에 장착되는 것으로, 복수개의 전자 부품이 배치된다. PCB부(710)는 제어부(미도시)에 유선 또는 무선으로 전기적 신호를 전달하거나 전달받는다.
홀센서부(730)는 PCB부(710)에 마그넷부(630)와 대향되게 장착되고, 마그넷부(630)의 자기장의 방향과 크기를 감지한다. 홀센서부(730)는 홀 효과를 이용하여 마그넷부(630)의 자기장을 감지하는 홀센서(Hall Sensor)로 이루어진다.
즉 마그넷부(630)에 전류가 인가되어 자기장이 형성되고, 제2종동풀리부(320)의 회전 속도 변화에 따라 회전기어몸체부(620)도 회전 속도가 변화된다. 회전기어몸체부(620)의 회전 방향은 제2종동풀리부(320)의 회전 방향과 반대이다.
회전기어몸체부(620)의 회전 속도가 커질수록 마그넷부(630)에서 발생되는 자기장의 크기도 커지게 된다.
홀센서부(730)는 마그넷부(630)에서 발생되는 자기장의 방향과 크기를 감지한다. 홀센서부(730)에 감지된 마그넷부(630)의 자기장의 방향과 크기는 PCB부(710)를 통해 제어부로 전달된다.
제어부는 홀센서부(730)에서 감지된 마그넷부(630)의 자기장의 회전 방향 정보를 통해, 종동풀리부(300)에 연결된 랙바(500)가 전진 또는 후진되는 이동 방향을 산출할 수 있다. 또한 홀센서부(730)는 마그넷부(630)의 자기장의 크기에 따라 랙바(500)가 이동된 거리를 산출할 수 있다. 즉 제어부는 홀센서부(730)에서 감지된 마그넷부(630)의 자기장의 회전 방향과 자기장의 크기 변화에 따라 랙바(500)의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어식 조향장치에 의하면, 감지부(700)가 회전기어부(600)의 마그넷부(630)의 자기장 변화를 기반으로 랙바(500)의 위치 정보를 감지할 수 있으므로, 별도의 센서 설치에 따른 공간을 필요치 않아 최적화된 크기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 감지부(700)가 종동풀리부(300)의 제2종동풀리부(320)에 따라 회전되는 회전기어부(600)의 작동에 의해 랙바(500)의 위치 정보를 획득하는 간단한 구조로 이루어져 부품 수를 감소하고 조립 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 하우징 110: 수용부
200: 구동풀리부 300: 종동풀리부
310: 제1종동풀리부 320: 제2종동풀리부
400: 벨트부 500: 랙바
600: 회전기어부 610: 회전기어축부
620: 회전기어몸체부 630: 마그넷부
700: 감지부 710: PCB부
720: 홀센서부

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동풀리부;
    상기 하우징에 상기 구동풀리부와 이격되게 배치되고, 회전 가능하게 장착되는 종동풀리부;
    상기 구동풀리부와 상기 종동풀리부의 외측면을 감싸고, 상기 구동풀리부의 회젼력을 상기 종동풀리부로 전달하는 벨트부;
    상기 종동풀리부에 연결되고, 상기 종동풀리부의 회전에 따라 전후진 이동하는 랙바;
    상기 하우징에 회전 가능하게 장착되고, 상기 종동풀리부에 치합되어 회전되는 회전기어부; 및
    상기 하우징에 상기 회전기어부와 대향되게 장착되고, 상기 회전기어부의 회전 정보를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 종동풀리부는,
    상기 하우징에 상기 구동풀리부와 이격되고 회전 가능하게 장착되고, 외측이 상기 벨트부와 연결되며, 내측에 상기 랙바가 연결되는 제1종동풀리부; 및
    상기 제1종동풀리부에 장착되어 상기 제1종동풀리부와 같이 회전되고, 상기 회전기어부와 치합되는 제2종동풀리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2종동풀리부의 외경은 상기 제1종동풀리부의 외경보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2종동풀리부는 상기 제1종동풀리부에 상기 벨트부와 연결되지 않게 배치되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회전기어부는,
    상기 하우징에 장착되는 회전기어축부;
    상기 회전기어축부에 회전 가능하게 장착되고, 상기 제2종동풀리부에 치합되는 회전기어몸체부; 및
    상기 회전기어몸체부에 장착되고, 회전기어몸체부의 회전 속도 변화에 따라 자기장의 크기가 변화되는 마그넷부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 하우징에 장착되는 PCB부; 및
    상기 PCB부에 상기 마그넷부와 대향되게 장착되고, 상기 마그넷부의 자기장의 방향과 크기를 감지하는 홀센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벨트부는 상기 구동풀리부와 상기 종동풀리부의 외측면에 치합되는 타이밍 벨트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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