WO2017022934A1 - 차량용 틸팅장치 - Google Patents

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WO2017022934A1
WO2017022934A1 PCT/KR2016/004913 KR2016004913W WO2017022934A1 WO 2017022934 A1 WO2017022934 A1 WO 2017022934A1 KR 2016004913 W KR2016004913 W KR 2016004913W WO 2017022934 A1 WO2017022934 A1 WO 2017022934A1
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WO
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gear
tilting
shaft
vehicle
carrier
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/004913
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English (en)
French (fr)
Inventor
최형진
최세범
김선우
고영진
노기한
김도현
Original Assignee
자동차부품연구원
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/187—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with tilt adjustment; with tilt and axial adjustment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion

Definitions

  • the present invention relates to a tilting device for a vehicle, and more particularly, to a tilting device for a vehicle that can reduce the possibility of the vehicle overturning through a tilting motion using the steering force of the driver when the vehicle is turning.
  • the vehicle is driven by the driving force of the engine.
  • Rotating the steering wheel transmits the driver's steering force to the steering shaft.
  • the steering shaft is turned, as the driving force of the actuator is transmitted to the tilting shaft, the tilting motion occurs as the vehicle is turned.
  • tilting methods There are two types of tilting methods: an active tilting method for actively tilting by using an actuator and a manual tilting method in which the driver artificially changes the center of gravity.
  • the possibility of the vehicle overturning may be increased by the lateral force applied to the vehicle when the vehicle is turned.
  • the tilting shaft is tilted by the driving force of the actuator, a failure of the actuator may cause the vehicle to be rolled over and the load of the actuator may be increased.
  • An object of the present invention is to provide a tilting device for a vehicle that can improve the turning stability by the tilting device when turning the vehicle to reduce the possibility of the vehicle overturning.
  • Another object of the present invention is to provide a tilting device for a vehicle capable of responding to a fail-safety.
  • a tilting device for a vehicle includes: a sun gear connected to a steering shaft; A plurality of planetary gears meshed with the sun gear; A carrier to which the plurality of planetary gears are rotatably fixed; A ring gear meshed with a plurality of planetary gears; A tilting gear part engaged with the carrier, connected to the tilting shaft, and adjusting the tilting angle of the tilting shaft as it rotates in engagement with the carrier; And a connecting rod connected to the rotation shaft of the sun gear and the steering gear device.
  • the tilting device for a vehicle further includes: a gear ratio adjusting device coupled to the ring gear to adjust a gear ratio of the sun gear and the planetary gear by adjusting the rotational speed of the ring gear.
  • the gear ratio adjusting device may include: an adjustment gear unit which is engaged with the ring gear and adjusts a gear ratio of the sun gear and the planetary gear by adjusting a rotational speed of the ring gear; And a motor part connected to the adjusting gear part to rotate the adjusting gear part.
  • the carrier When the gear ratio adjusting device is inoperative, the carrier is rotated to the reference gear ratio by the gear ratio of the planetary gear and the ring gear.
  • the tilting gear unit may include a first tilting gear unit engaged with the carrier; And a second tilting gear part engaged with the first tilting gear part and fixed to the tilting shaft.
  • the first tilting gear portion and the second tilting gear portion are meshed in the form of a worm gear.
  • the rotational speed of the sun gear input by the steering shaft is varied by the rotational speed of the ring gear input by the gear ratio adjusting device, thereby varying the gear ratio of the sun gear and the planetary gear.
  • the rotation shaft of the sun gear, the connecting portion of the steering gear device of the connecting rod, and the connecting portion of the tilting gear portion have a three-point link structure.
  • the steering gear device is a rack bar.
  • the gear ratio adjusting device can adjust the rotational speed of the ring gear to adjust the gear ratio of the sun gear and the planetary gear, the rotational speed of the carrier can be adjusted. Therefore, since the tilting angle of the tilting shaft can be flexibly changed according to the speed of the vehicle and the steering angle of the steering shaft, turning safety of the vehicle body can be improved by generating a tilting motion of the vehicle body in a direction to rotate during the turning of the vehicle.
  • the tilting shaft since the steering force of the steering shaft is transmitted to the tilting shaft by the sun gear, the planetary gear, the carrier and the tilting gear part, the tilting shaft can be tilted by a relatively small force.
  • the center of gravity of the vehicle is lowered when the vehicle is turning and moves inwardly in the opposite direction of the centrifugal force. This can reduce the likelihood of the vehicle overturning.
  • the carrier is rotated to the reference gear ratio by the gear ratio of the planetary gear and the ring gear, so that steering and tilting are performed, so that it is possible to cope with fail-safety.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a state in which a vehicle tilting device is installed in a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an enlarged view showing a tilting device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a state in which the vehicle tilting apparatus according to an embodiment of the present invention tilts the tilting shaft to one side.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating a state in which a vehicle tilting apparatus tilts a tilting shaft to one side according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a state in which the vehicle tilting apparatus according to an embodiment of the present invention tilted the tilting shaft to the other side.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating a state in which the vehicle tilting apparatus according to an embodiment of the present invention tilts the tilting shaft to the other side.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a state in which a vehicle tilting device is installed in a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view showing a vehicle tilting device according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle tilting apparatus includes a sun gear 110, a plurality of planetary gears 120, a carrier 130, a ring gear 140, and a tilting gear unit 150. ) And a connecting rod 160.
  • the planetary gear set 101 includes a sun gear 110, a plurality of planetary gears 120, a carrier 130, and a ring gear 140.
  • the vehicle tilting device connects the steering shaft 10 and the tilting shaft 20, and both sides of the tilting shaft 20 are supported by the suspension 23.
  • the suspension 23 is supported by the lower arm 30, and the vehicle body (not shown) is supported by the upper arm 40.
  • a tie rod end (not shown) of the steering gear device 50 is coupled to the upper arm 40 coupled to both wheels 60.
  • the steering gear device 50 and the tilting shaft 20 are installed to cross the width direction of the vehicle.
  • the steering gear device 50 may be a rack bar, and may be implemented in other forms in addition to the rack bar.
  • the sun gear 110 is connected to the steering shaft 10.
  • the sun gear 110 is rotated together with the steering shaft 10 as the steering shaft 10 is driven.
  • the plurality of planetary gears 120 are disposed along the circumference of the sun gear 110 and engaged with the sun gear 110.
  • the planetary gear 120 is rotated as the sun gear 110 is rotated.
  • a plurality of planetary gears 120 are rotatably coupled to the carrier 130.
  • the carrier 130 is stopped, the planetary gear 120 is rotated by the sun gear 110.
  • the carrier 130 is rotated, the planetary gear 120 rotates while revolving about the sun gear 110.
  • the rotation axis of the carrier 130 is disposed to be coaxial with the sun gear 110.
  • the ring gear 140 is installed to surround the plurality of planetary gears 120 and is engaged with the plurality of planetary gears 120.
  • a tooth part is formed inside and outside the ring gear 140.
  • the ring gear 140 is rotated in engagement with the plurality of planetary gears 120.
  • the tilting gear unit 150 is engaged with the carrier 130, is connected to the tilting shaft 20, and adjusts the tilting angle of the tilting shaft 20 as it rotates by being engaged with the carrier 130.
  • the connecting rod 160 supports the sun gear 110 by connecting the rotation shaft of the sun gear 110 and the steering gear device 50. Since the steering gear device 50 is connected to the rotation shaft of the sun gear 110 and the sun gear 110 is connected to the tilting shaft 20 by the tilting gear unit 150, the rotation shaft and the connecting rod 160 of the sun gear 110 are provided.
  • the connecting portion of the steering gear device 50 and the connecting portion of the tilting gear unit 150 forms a three-point link structure. Since the sun gear 110 is supported by the three-point link structure, the sun gear 110 is stably supported.
  • Steering force of the steering shaft 10 is transmitted to the sun gear 110, the sun gear 110 is rotated.
  • the rotational force of the sun gear 110 is transmitted to the planetary gears 120 and the carrier 130.
  • the tilting gear unit 150 is driven to rotate the tilting shaft 20. Since the planetary gear set 101 and the tilting gear unit 150 rotate the tilting shaft 20 by the gear ratio, the distance between the wheels 60 on both sides of the vehicle when turning the vehicle (hereinafter referred to as lubrication)
  • the center of gravity is lowered. Since the center of gravity of the vehicle is relatively lower and moves inwardly opposite the centrifugal force, the possibility of the vehicle overturning can be lowered due to an increase in turning stability when the vehicle is turning.
  • the tilting gear unit 150 may be engaged with the first tilting gear unit 151 and the first tilting gear unit 151 to be engaged with the carrier 130, and the second tilting gear unit may be fixed to the tilting shaft 20 ( 152).
  • the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 152 may be engaged in the form of a worm gear.
  • the planetary gear set 101 is stably supported by the first tilting gear part 151 and the second tilting gear part 152.
  • the tilting shaft 20 is the sun gear.
  • the gear ratio of the 110, the planetary gear 120, the carrier 130, the first tilting gear unit 151, and the second tilting gear unit 152 is tilted at a predetermined angle.
  • the gear ratio of the sun gear 110, the planetary gear 120, the carrier 130, the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 152 is properly designed in consideration of the structure and the turning performance of the vehicle.
  • the vehicle tilting device further includes a gear ratio adjusting device 170 coupled to the ring gear 140 to adjust the rotational speed of the ring gear 140 to adjust the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120.
  • the ring gear and gear ratio adjusting device can be engaged in the form of a worm gear. This will be described in detail below.
  • the planetary gear 120 rotates and rotates as the sun gear 110 is rotated.
  • the carrier 130 is rotated to the reference gear ratio (gear ratio set in the design). Since the carrier 130 is rotated by the reference gear ratio, the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 152 tilt the tilting shaft 20 at a reference speed. At this time, the tilting angle of the tilting shaft 20 is determined by the steering shaft 10.
  • the carrier 130 may be rotated to the aforementioned reference gear ratio by the gear ratio of the planetary gear 120 and the ring gear 140.
  • the gear ratio adjusting device 170 or the tilting actuator is broken or inoperable, it is possible to cope with the fail-safety.
  • the planetary gear 120 When the ring gear 140 is rotated at the same speed as the sun gear 110 by the gear ratio adjusting device 170, the planetary gear 120 is constrained to the sun gear 110 and the ring gear 140, and the sun gear 110 and It rotates at the same speed but does not rotate. In this case, since the carrier 130 is rotated at the same speed as the sun gear 110 by the planetary gear 120, the tilting shaft 20 is driven by the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 152. It is tilted at high speed.
  • the planetary gear 120 When the ring gear 140 is rotated at a lower speed than the sun gear 110 by the gear ratio adjusting device 170, the planetary gear 120 is rotated and idle. At this time, since the planetary gear 120 is rotated at a higher speed than the speed of the planetary gear 120 when the ring gear 140 is stopped, the carrier 130 is rotated at a relatively high speed. As the carrier 130 rotates at a relatively high speed, the tilting shaft 20 is tilted at a higher speed than when the ring gear 140 is stopped.
  • the gear ratio adjusting device 170 may adjust the rotation speed of the ring gear 140 to adjust the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 to adjust the rotation speed of the carrier 130. Therefore, since the tilting angle of the tilting shaft 20 can be changed according to the speed of the vehicle and the steering angle of the steering shaft 10, the turning responsiveness of the tilting shaft 20 can be improved when the vehicle is turning. For example, when the vehicle is turning at high speed, the vehicle tilting device rotates the ring gear 140 relatively high speed, thereby increasing the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120. In addition, when the vehicle is turned at a low speed, the gear ratio adjusting device 170 rotates the ring gear 140 at a relatively low speed, thereby reducing the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120.
  • Gear ratio adjusting device 170 is meshed with the ring gear 140, the control gear unit 171 for adjusting the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 by adjusting the rotational speed of the ring gear 140, It is connected to the adjustment gear unit 171 includes a motor unit 172 for rotating the adjustment gear unit 171. As the motor unit 172 is driven, the adjustment gear unit 171 adjusts the rotational speed of the ring gear 140, so that the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 may be varied. Therefore, the tilting angle of the tilting shaft 20 may be varied according to the rotational speed of the vehicle and the steering angle of the steering shaft 10.
  • the motor unit 172 rotates the adjustment gear unit 171 and the ring gear 140 at a relatively high speed, thereby increasing the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120. Let's do it.
  • the motor unit 172 rotates the adjustment gear unit 171 and the ring gear 140 at a relatively low speed, thereby reducing the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the vehicle tilting apparatus tilts the tilting shaft to one side
  • FIG. 4 shows the vehicle tilting apparatus tilting the tilting shaft to one side according to an embodiment of the present invention. It is an enlarged view which shows the state.
  • the steering shaft 10 is pivoted to one side.
  • the sun gear 110 is rotated in one direction (counterclockwise based on FIG. 4).
  • the planetary gear 120 is rotated in the clockwise direction, and is rotated in the counterclockwise direction.
  • the carrier 130 rotates counterclockwise.
  • the first tilting gear part 151 is rotated in the clockwise direction
  • the second tilting gear part 152 is rotated in the counterclockwise direction.
  • the tilting shaft 20 is tilted counterclockwise. At this time, the left side of the tilting shaft 20 is lowered, and the right side of the tilting shaft 20 is raised.
  • the rotation speed of the ring gear 140 may vary according to the speed at which the motor unit 172 rotates the adjustment gear unit 171. That is, when the motor unit 172 rotates the adjustment gear unit 171 at a speed different from the rotation speed of the ring gear 140 in the clockwise direction, the rotation speed of the ring gear 140 is variable. As the rotational speed of the ring gear 140 is changed, the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 is changed, so that the rotational speed of the carrier 130 is changed. Therefore, as the rotational speeds of the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 5 are changed, the tilting speed of the tilting shaft 20 is also changed.
  • the motor unit 172 rotates the adjusting gear unit 171 and the ring gear 140 at a relatively low speed than when the ring gear 140 is stopped. Therefore, since the carrier 130 is rotated at a relatively low speed, the tilting speed of the tilting shaft 20 is also variable at low speed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the vehicle tilting device tilts the tilting shaft to the other side
  • FIG. 6 shows the vehicle tilting device tilting the tilting shaft to the other side according to an embodiment of the present invention. It is an enlarged view which shows the state.
  • the steering shaft 10 is pivoted to the other side.
  • the sun gear 110 is rotated in the other direction (clockwise direction in FIG. 6).
  • the planetary gear 120 rotates in a counterclockwise direction and rotates in a clockwise direction.
  • the carrier 130 rotates clockwise.
  • the first tilting gear unit 151 is rotated counterclockwise, and the second tilting gear unit 152 is rotated clockwise.
  • the tilting shaft 20 is tilted in the clockwise direction. At this time, the left side of the tilting shaft 20 is raised, and the right side of the tilting shaft 20 is lowered.
  • the rotation speed of the ring gear 140 is variable.
  • the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 is changed, so that the rotational speed of the carrier 130 is changed. Therefore, as the rotational speeds of the first tilting gear unit 151 and the second tilting gear unit 5 are changed, the tilting angle of the tilting shaft 20 is also changed. Furthermore, since the turning stability of the tilting shaft can be improved when the vehicle is turning, the possibility of the vehicle tipping over can be reduced.
  • the gear ratio adjusting device 170 may adjust the rotation speed of the ring gear 140 to adjust the gear ratio of the sun gear 110 and the planetary gear 120 to adjust the rotation speed of the carrier 130. Therefore, the tilting angle of the tilting shaft 20 may be varied according to the speed of the vehicle and the steering angle of the steering shaft 10.
  • the tilting shaft 20 is relatively small. Can be tilted by force.
  • the tilting shaft 20 is tilted by the planetary gear set 101 and the tilting gear unit 150 when a steering force is applied to the steering shaft 10, the center of gravity of the vehicle is lowered while turning the vehicle while the centrifugal force is lowered. Since the vehicle moves inwardly in the opposite direction of the vehicle, the vehicle may be rolled over.
  • the tilting device for a vehicle can be seen as a semi-active tilting device, and can be applied to an electric vehicle driven by a motor as well as a vehicle driven by an engine.

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Abstract

본 발명의 차량용 틸팅장치는 조향축에 연결되는 선기어와, 선기어에 치합되는 복수의 유성기어와, 복수의 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어와, 복수의 유성기어에 치합되는 링기어와, 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부와, 선기어의 회전축과 조향기어장치에 연결되는 연결 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 틸팅장치
본 발명은 차량용 틸팅장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 선회 시에 운전자의 조타력을 이용한 틸팅 운동을 통해서 차량의 전복 가능성을 감소시킬 수 있는 차량용 틸팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 엔진의 구동력에 의해 운행된다. 조향휠을 회전시키면 운전자의 조타력이 조향축에 전달된다. 조향축이 선회되면 액츄에이터의 구동력이 틸팅축에 전달됨에 따라 차량이 선회되면서 틸팅 운동이 발생한다. 틸팅 방식에는 액츄에이터를 이용하여 능동적으로 틸팅하는 능동 틸팅 방식과 운전자가 무게 중심을 인위적으로 변화하는 수동 틸팅 방식이 있다.
그러나 종래에 틸팅장치가 없는 차량의 경우 차량 선회시에 차량에 가해지는 횡력에 의해서 차량의 전복 가능성이 증가될 수 있다. 또한 능동 틸팅 방식의 경우 틸팅축이 액츄에이터의 구동력에 의해 틸팅되므로, 액츄에이터의 고장이 발생되면 차량의 전복 가능성이 생기고, 액츄에이터의 부하가 증가될 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0086122호(2014. 07. 08 공개, 발명의 명칭: 자동차의 조향각 센서)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 차량 선회시에 틸팅장치에 의해 선회 안정성을 향상시켜 차량의 전복 가능성을 감소시킬 수 있는 차량용 틸팅장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 페일-세이프티(Fail-Safety)에 대한 대응이 가능한 차량용 틸팅장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 틸팅장치는: 조향축에 연결되는 선기어; 상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어; 복수의 상기 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어; 복수의 상기 유성기어에 치합되는 링기어; 상기 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 상기 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 상기 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부; 및 상기 선기어의 회전축과 조향기어장치에 연결되는 연결 로드를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 틸팅장치는: 상기 링기어에 결합되어 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치를 더 포함한다.
상기 기어비 조절장치는, 상기 링기어에 치합되고, 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 조절 기어부; 및 상기 조절 기어부에 연결되어 상기 조절 기어부를 회전시키는 모터부를 포함한다.
상기 기어비 조절장치의 작동 불능 시에 상기 유성기어와 상기 링기어의 기어비에 의해 상기 캐리어가 기준 기어비로 회전된다.
상기 틸팅 기어부는, 상기 캐리어에 치합되는 제1 틸팅 기어부; 및 상기 제1 틸팅 기어부에 치합되고, 상기 틸팅축에 고정되는 제2 틸팅 기어부를 포함한다.
상기 제1 틸팅 기어부와 상기 제2 틸팅 기어부는 웜기어 형태로 치합된다.
상기 조향축에 의해 입력되는 상기 선기어의 회전 속도는 상기 기어비 조절장치에 의해 입력되는 상기 링기어의 회전 속도에 의해 가변되어, 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 가변시킨다.
상기 선기어의 회전축과, 상기 연결 로드의 상기 조향기어장치의 연결부와, 상기 틸팅 기어부의 연결부는 3점 링크 구조로 이루어진다.
상기 조향기어장치는 랙바이다.
본 발명에 따르면, 기어비 조절장치가 링기어의 회전 속도를 조절하여 선기어 및 유성기어의 기어비를 조절할 수 있으므로, 캐리어의 회전 속도가 조절될 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축의 조타 각도에 따라 틸팅축의 틸팅 각도를 탄력적으로 가변시킬 수 있으므로, 차량의 선회시에 회전하려는 방향으로 차체의 틸팅 운동을 발생시켜 선회 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 조향축의 조타력이 선기어, 유성기어, 캐리어 및 틸팅 기어부에 의해 틸팅축에 전달되므로, 틸팅축이 상대적으로 작은 힘에 의해 틸팅될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 조향축에 조타력이 작용될 때에 유성기어세트와 틸팅 기어부에 의해 틸팅축이 틸팅되므로, 차량의 선회시에 차량의 무게중심이 낮아지면서 원심력의 반대 방향인 내측으로 이동함에 따라 차량의 전복가능성을 낮출 수 있다.
또한 기어비 조절장치 또는 틸팅 액츄에이터 등의 고장 또는 작동 불능 시에 유성기어와 링기어의 기어비에 의해 캐리어가 기준 기어비로 회전되면서 조향과 틸팅이 이루어지므로 페일-세이프티에 대한 대응이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량에 차량용 틸팅장치가 설치된 상태를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치를 도시한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 틸팅장치의 일 실시예를 설명한다. 차량용 틸팅장치를 설명하는 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 차량에 차량용 틸팅장치가 설치된 상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치를 도시한 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치는 선기어(110), 복수의 유성기어(120), 캐리어(130), 링기어(140), 틸팅 기어부(150) 및 연결 로드(160)를 포함한다. 유성기어세트(101)는 선기어(110), 복수의 유성기어(120), 캐리어(130) 및 링기어(140)를 포함한다.
차량용 틸팅장치는 조향축(10)과 틸팅축(20)을 연결하고, 틸팅축(20)의 양측은 서스펜션(23)에 의해 지지된다. 서스펜션(23)은 로어암(30)에 지지되고, 차체(미도시)는 어퍼암(40)에 지지된다. 양측 차륜(60)에 결합되는 어퍼암(40)에는 조향기어장치(50)의 타이로드엔드(미도시)가 결합된다. 조향기어장치(50)와 틸팅축(20)은 차량의 폭방향을 가로지르는 형태로 설치된다. 조향기어장치(50)는 랙바일 수 있으며, 랙바 이외에도 다른 형태로 구현될 수 있다.
선기어(110)는 조향축(10)에 연결된다. 선기어(110)는 조향축(10)이 구동됨에 따라 조향축(10)과 함께 회전된다.
복수의 유성기어(120)는 선기어(110)의 둘레를 따라 배치되어 선기어(110)와 치합된다. 유성기어(120)는 선기어(110)가 회전됨에 따라 회전된다.
캐리어(130)에는 복수의 유성기어(120)가 회전 가능하게 결합된다. 캐리어(130)가 정지된 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)에 의해 자전된다. 캐리어(130)가 회전되는 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)를 중심으로 공전하면서 자전된다. 캐리어(130)의 회전축은 선기어(110)와 동축을 이루도록 배치된다.
링기어(140)는 복수의 유성기어(120)를 둘러싸도록 설치되고, 복수의 유성기어(120)에 치합된다. 링기어(140)의 내측과 외측에 톱니부가 형성된다. 링기어(140)는 복수의 유성기어(120)와 맞물려 회전된다.
틸팅 기어부(150)는 캐리어(130)에 치합되고, 틸팅축(20)에 연결되며, 캐리어(130)와 맞물려 회전됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅각을 조절한다.
연결 로드(160)는 선기어(110)의 회전축과 조향기어장치(50)를 연결하여 선기어(110)를 지지한다. 조향기어장치(50)가 선기어(110)의 회전축에 연결되고, 선기어(110)가 틸팅 기어부(150)에 의해 틸팅축(20)에 연결되므로, 선기어(110)의 회전축, 연결 로드(160)의 조향기어장치(50)의 연결부 및 틸팅 기어부(150)의 연결부는 3점 링크 구조를 이룬다. 선기어(110)가 3점 링크 구조에 의해 지지되므로, 선기어(110)가 안정되게 지지된다.
조향축(10)의 조타력이 선기어(110)에 전달되고, 선기어(110)가 회전된다. 선기어(110)의 회전력은 복수의 유성기어(120)와 캐리어(130)에 전달된다. 캐리어(130)가 회전됨에 따라 틸팅 기어부(150)가 구동되어 틸팅축(20)을 회전시킨다. 유성기어세트(101)와 틸팅 기어부(150)가 기어비에 의해 틸팅축(20)을 회전시키므로, 차량의 선회시 양측의 차륜(60) 사이의 거리(이하, 윤거라고 함)에 비해 차량의 무게중심이 낮아진다. 차량의 무게중심이 상대적으로 낮아지면서 원심력의 반대방향인 내측으로 이동하기 때문에, 차량의 선회시 선회 안정성의 증가로 인해 차량의 전복가능성을 낮출 수 있다.
틸팅 기어부(150)는 캐리어(130)에 치합되는 제1 틸팅 기어부(151)와, 제1 틸팅 기어부(151)에 치합되고, 틸팅축(20)에 고정되는 제2 틸팅 기어부(152)를 포함한다. 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)는 웜기어 형태로 치합될 수도 있다. 이 경우, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)에 의해 유성기어세트(101)가 안정되게 지지된다.
캐리어(130)가 선기어(110)와 복수의 유성기어(120)에 의해 회전되면, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)가 회전되므로, 틸팅축(20)이 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130), 제1 틸팅 기어부(151) 및 제2 틸팅 기어부(152)의 기어비에 의해 일정한 각도로 틸팅된다. 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130), 제1 틸팅 기어부(151) 및 제2 틸팅 기어부(152)의 기어비는 차량의 구조 및 선회 성능을 고려하여 적절하게 설계된다.
차량용 틸팅장치는 링기어(140)에 결합되어 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110), 유성기어(120)의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치(170)를 더 포함한다. 링기어와 기어비 조절장치는 웜기어 형태로 치합될 수 있다. 이에 관해 상세히 설명하면 다음과 같다.
링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 정지된 경우, 선기어(110)가 회전됨에 따라 유성기어(120)가 공전과 자전된다. 유성기어(120)와 링기어(140)의 기어비에 의해 캐리어(130)가 기준 기어비(설계시 세팅된 기어비)로 회전된다. 캐리어(130)가 기준 기어비에 의해 회전되므로, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)가 틸팅축(20)을 기준 속도로 틸팅시킨다. 이때, 틸팅축(20)의 틸팅 각도는 조향축(10)에 의해 결정된다. 한편, 기어비 조절장치(170) 또는 틸팅 액츄에이터 등이 고장 또는 작동 불능인 경우, 유성기어(120)와 링기어(140)의 기어비에 의해 캐리어(130)가 상술한 기준 기어비로 회전될 수 있다. 이에 의해 기어비 조절장치(170) 또는 틸팅 액츄에이터 등의 고장 또는 작동 불능 시에도 페일-세이프티에 대한 대응이 가능하게 된다.
링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 선기어(110)와 동일한 속도로 회전되는 경우, 유성기어(120)는 선기어(110)와 링기어(140)에 구속되어 선기어(110)와 동일한 속도로 공전되지만 자전되지는 않는다. 이때, 캐리어(130)는 유성기어(120)에 의해 선기어(110)와 동일한 속도로 회전되므로, 틸팅축(20)이 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(152)에 의해 고속으로 틸팅된다.
링기어(140)가 기어비 조절장치(170)에 의해 선기어(110)보다 저속으로 회전되는 경우, 유성기어(120)는 공전과 자전된다. 이때, 유성기어(120)는 링기어(140)가 정지되었을 경우의 유성기어(120)의 속도보다 고속으로 회전되므로, 캐리어(130)는 상대적으로 고속으로 회전된다. 캐리어(130)가 상대적으로 고속 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 링기어(140)가 정지되었을 때보다 고속으로 틸팅된다.
이와 같이, 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 조절함으로써 캐리어(130)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 각도를 가변시킬 수 있으므로, 차량의 선회시 틸팅축(20)의 선회 반응성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 차량이 고속으로 선회될 때에는 차량용 틸팅장치가 링기어(140)를 상대적으로 고속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 증가시킨다. 또한, 차량이 저속으로 선회될 때에는 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)를 상대적으로 저속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 감소시킨다.
기어비 조절장치(170)는 링기어(140)에 치합되고, 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비를 조절하는 조절 기어부(171)와, 조절 기어부(171)에 연결되어 조절 기어부(171)를 회전시키는 모터부(172)를 포함한다. 모터부(172)가 구동됨에 따라 조절 기어부(171)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하므로, 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 가변될 수 있다. 따라서, 차량의 회전 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 각도를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 차량이 고속으로 선회될 때에는 모터부(172)가 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 상대적으로 고속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 증가시킨다. 또한, 차량이 저속으로 선회될 때에는 모터부(172)가 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 상대적으로 저속 회전시킴으로써, 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 감소시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 일측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 차량의 주행중에 운전자가 조향휠을 일측으로 조작하면, 조향축(10)이 일측으로 선회된다. 조향축(10)이 일측으로 선회됨에 따라 선기어(110)가 일방향(도 4 기준 반시계 방향)으로 회전된다. 이때, 유성기어(120)는 시계 방향으로 자전되고, 반시계 방향으로 공전된다. 유성기어(120)가 반시계 방향으로 공전됨에 따라 캐리어(130)가 반시계 방향으로 회전된다. 제1 틸팅 기어부(151)는 시계 방향으로 회전되고, 제2 틸팅 기어부(152)는 반시계 방향으로 회전된다. 제2 틸팅 기어부(152)가 반시계 방향으로 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 반시계 방향으로 틸팅된다. 이때, 틸팅축(20)의 좌측은 하강되고, 틸팅축(20)의 우측은 상승된다.
또한, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 회전시키는 속도에 따라 링기어(140)의 회전 속도가 가변될 수 있다. 즉, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 시계 방향으로 링기어(140)의 회전속도와 다른 속도로 회전시키면, 링기어(140)의 회전 속도가 가변된다. 링기어(140)의 회전 속도가 변경됨에 따라 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 달라지므로, 캐리어(130)의 회전 속도가 변경된다. 따라서, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(5)의 회전 속도가 변경됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 속도도 변경된다.
차량이 저속 운전되는 경우, 모터부(172)는 조절 기어부(171)와 링기어(140)를 링기어(140)가 정지된 때보다 상대적으로 저속으로 회전시킨다. 따라서, 캐리어(130)가 상대적으로 저속으로 회전되므로, 틸팅축(20)의 틸팅 속도도 저속으로 가변된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 틸팅장치가 틸팅축을 타측으로 틸팅한 상태를 도시한 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 차량의 주행 중에 운전자가 조향휠을 타측으로 조작하면, 조향축(10)이 타측으로 선회된다. 조향축(10)이 타측으로 선회됨에 따라 선기어(110)가 타방향(도 6의 시계 방향)으로 회전된다. 이때, 유성기어(120)는 반시계 방향으로 자전되고, 시계 방향으로 공전된다. 유성기어(120)가 시계 방향으로 공전됨에 따라 캐리어(130)가 시계 방향으로 회전된다. 제1 틸팅 기어부(151)는 반시계 방향으로 회전되고, 제2 틸팅 기어부(152)는 시계 방향으로 회전된다. 제2 틸팅 기어부(152)가 시계 방향으로 회전됨에 따라 틸팅축(20)이 시계 방향으로 틸팅된다. 이때, 틸팅축(20)의 좌측은 상승되고, 틸팅축(20)의 우측은 하강된다.
이때, 모터부(172)가 조절 기어부(171)를 반시계 방향으로 링기어(140)의 회전속도와 다른 속도로 회전시키면, 링기어(140)의 회전 속도가 가변된다. 링기어(140)의 회전 속도가 변경됨에 따라 선기어(110)와 유성기어(120)의 기어비가 달라지므로, 캐리어(130)의 회전 속도가 변경된다. 따라서, 제1 틸팅 기어부(151)와 제2 틸팅 기어부(5)의 회전 속도가 변경됨에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 각도도 변경된다. 나아가, 차량의 선회시 틸팅축의 선회 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 차량의 전복 가능성을 저하시킬 수 있다.
상기와 같이, 기어비 조절장치(170)가 링기어(140)의 회전 속도를 조절하여 선기어(110) 및 유성기어(120)의 기어비를 조절함으로써 캐리어(130)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 차량의 속도 및 조향축(10)의 조타 각도에 따라 틸팅축(20)의 틸팅 각도를 가변시킬 수 있다.
또한, 조향축(10)의 조타력이 선기어(110), 유성기어(120), 캐리어(130) 및 틸팅 기어부(150)에 의해 틸칭축에 전달되므로, 틸팅축(20)이 상대적으로 작은 힘에 의해 틸팅될 수 있다.
또한, 조향축(10)에 조타력이 작용될 때에 틸팅축(20)이 유성기어세트(101)와 틸팅 기어부(150)에 의해 틸팅되므로, 차량 선회시에 차량의 무게중심이 낮아지면서 원심력의 반대 방향인 내측으로 이동하기 때문에 차량의 전복가능성을 낮출 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 차량용 틸팅장치는 반능동형 틸팅장치로 볼 수 있으며, 엔진에 의해 구동되는 차량뿐만 아니라 모터에 의해 구동되는 전기차 등에도 적용이 가능하다.
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 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 조향축에 연결되는 선기어;
    상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어;
    복수의 상기 유성기어가 회전 가능하게 고정되는 캐리어;
    복수의 상기 유성기어에 치합되는 링기어;
    상기 캐리어에 치합되고, 틸팅축에 연결되며, 상기 캐리어와 맞물려 회전됨에 따라 상기 틸팅축의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 기어부; 및
    상기 선기어의 회전축과 조향기어장치에 연결되는 연결 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 링기어에 결합되어 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 기어비 조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기어비 조절장치는,
    상기 링기어에 치합되고, 상기 링기어의 회전 속도를 조절하여 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 조절하는 조절 기어부; 및
    상기 조절 기어부에 연결되어 상기 조절 기어부를 회전시키는 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기어비 조절장치의 작동 불능 시에 상기 유성기어와 상기 링기어의 기어비에 의해 상기 캐리어가 기준 기어비로 회전되는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 틸팅 기어부는,
    상기 캐리어에 치합되는 제1 틸팅 기어부; 및
    상기 제1 틸팅 기어부에 치합되고, 상기 틸팅축에 고정되는 제2 틸팅 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 틸팅 기어부와 상기 제2 틸팅 기어부는 웜기어 형태로 치합되는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 조향축에 의해 입력되는 상기 선기어의 회전 속도는 상기 기어비 조절장치에 의해 입력되는 상기 링기어의 회전 속도에 의해 가변되어, 상기 선기어와 상기 유성기어의 기어비를 가변시키는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 선기어의 회전축과, 상기 연결 로드의 상기 조향기어장치의 연결부와, 상기 틸팅 기어부의 연결부는 3점 링크 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 조향기어장치는 랙바인 것을 특징으로 하는 차량용 틸팅장치.
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