WO2020231114A1 - 자동차의 조향장치 - Google Patents

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WO2020231114A1
WO2020231114A1 PCT/KR2020/006126 KR2020006126W WO2020231114A1 WO 2020231114 A1 WO2020231114 A1 WO 2020231114A1 KR 2020006126 W KR2020006126 W KR 2020006126W WO 2020231114 A1 WO2020231114 A1 WO 2020231114A1
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shaft
gear
worm
coupled
worm shaft
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PCT/KR2020/006126
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English (en)
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유병욱
박정식
고경민
안상희
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주식회사 만도
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    • F16H2057/02082—Gearboxes for particular applications for application in vehicles other than propelling, e.g. adjustment of parts

Definitions

  • the present embodiments relate to a steering system of a vehicle, and more particularly, to prevent consumption of engine power and to reduce the number of parts, and to control the vehicle by automatic parking, lane maintenance, and driving assistance according to road conditions. It is possible to use functions such as attenuation of steering vibration and autonomous driving control, so that the driver's convenience can be improved, the pressure applied to the worm wheel is distributed, it is advantageous in strength, and the steering feeling of the driver is improved.
  • the steering system of a vehicle is a device that allows the driving direction of the vehicle to be changed at the driver's will, and is a device that assists the driver to advance the vehicle in the desired direction by arbitrarily changing the rotation center of the vehicle's front wheel. .
  • the power assist steering device assists the driver's steering wheel operation using a power booster so that the driver can easily change the driving direction of the vehicle with less force.
  • a tie rod or knuckle is operated by a link coupled to the Peterman arm by rotating a sector shaft coupled with the pitman arm, and a wheel is steered, and a hydraulic power auxiliary steering device is provided, so that the sector shaft is more secured by hydraulic pressure. It assisted the driver's steering wheel operation by making it easy to rotate.
  • the hydraulic power assist steering device does not have an electronic control unit, so automatic parking using the control unit, lane maintenance, and driving assistance according to the road surface condition.
  • functions such as steering vibration damping and autonomous driving control could not be used.
  • the present embodiments have been devised from the above-described background, and automatic parking, lane maintenance, and driving assistance according to the road surface conditions to prevent consumption of engine power and to reduce the number of parts, and to control the vehicle. It is possible to use functions such as attenuation of steering vibration and autonomous driving control, so that the driver's convenience can be improved, the pressure applied to the worm wheel is distributed, it is advantageous in strength, and the steering feeling of the driver is improved.
  • a ball screw a ball nut coupled via a ball screw and a ball
  • a housing provided with a sector shaft engaged with the ball nut, an output shaft connected to the ball screw, a worm wheel coupled to the output shaft, and a worm wheel.
  • a speed reducer including a first worm shaft and a second worm shaft engaged therein, a motor coupled to the first worm shaft and the second worm shaft via a gearbox, and the gearbox includes a first shaft connected to the motor shaft of the motor, and a second worm shaft.
  • a steering apparatus for a vehicle which includes an actuator that slides the fourth shaft in the axial direction to separate the fourth gear from at least one of the first gear and the third gear.
  • the consumption of engine power is prevented, the number of parts is reduced, and automatic parking for controlling the vehicle, lane maintenance, and driving assistance according to the road surface condition.
  • Functions such as attenuation of steering vibration and autonomous driving control can be used to increase the driver's convenience, and the pressure applied to the worm wheel is distributed, which is advantageous for strength, and the driver's steering feel can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of a steering apparatus for a vehicle according to the present embodiments.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2.
  • FIG. 4 to 5 are exploded perspective views of a part of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of a steering apparatus of a vehicle according to the present embodiments.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the operating state of FIG. 7.
  • first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, order, or number of the component is not limited by the term.
  • temporal predecessor relationship such as "after”, “after”, “after”, “before”, etc.
  • temporal predecessor relationship such as "after”, “after”, “after”, “before”, etc.
  • a case where a flow forward and backward relationship is described may also include a case that is not continuous unless “direct” or "direct” is used.
  • the numerical value or its corresponding information is related to various factors (e.g., process factors, internal or external impacts, etc.), even if there is no explicit description. It can be interpreted as including an error range that may be caused by noise, etc.).
  • FIG. 1 is a perspective view of a steering apparatus of a vehicle according to the present embodiments
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2
  • FIGS. 4 to 5 are exploded perspective views of a part of FIG. 1
  • FIG. 6 Is a cross-sectional view of FIG. 1
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of a steering apparatus of a vehicle according to the present embodiments
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an operating state of FIG. 7.
  • the steering apparatus 100 of a vehicle is fitted with a ball screw 211, a ball nut 213 coupled through a ball screw 211 and a ball 212, and a ball nut 213.
  • the housing 110 provided with the sector shaft 111 that engages, the output shaft 221 connected to the ball screw 211, the worm wheel 233 coupled to the output shaft 221, a first worm shaft engaged with the worm wheel 233 ( 231) and a speed reducer 120 including a second worm shaft 232, a first worm shaft 231 and a second worm shaft 232 and a motor 140 coupled through a gearbox 130 as a medium, and a gear
  • the box 130 includes a first shaft 411 connected to the motor shaft 140a of the motor 140, a first gear 412 connected to the first shaft 411, a first worm shaft 231, and 2
  • the second shaft 421 connected to any one of the worm shafts 232, the second gear 522 coupled to the second shaft 421 and meshed with the first gear 412, the first
  • the ball screw 211 is connected to a steering shaft (not shown) by an output shaft 221, an input shaft 223, or the like, and is rotated by a driver's steering wheel operation.
  • the outer circumferential screw groove is formed on the outer circumferential surface of the ball screw 211, and the inner circumferential screw groove is formed on the inner circumferential surface of the ball nut 213, and the ball screw 211 and the ball nut 213 are coupled via the ball 212 as a medium. .
  • the ball nut 213 slides in the axial direction of the ball screw 211 inside the housing 110.
  • the ball nut 213 and the sector shaft 111 are formed with gears meshing with each other, the sector shaft 111 is rotated as the ball nut 213 slides, and the pitman arm (not shown) coupled with the sector shaft 111 When) is activated and the wheel is steered by the link.
  • the output shaft 221 is coupled to the ball screw 211, and the reducer 120 coupled to the output shaft 221 is driven by the motor 140, so that the torque of the motor 140 is transmitted to the ball screw 211 and the driver The steering wheel operation of is assisted.
  • the ball screw 211 is provided with a recessed portion 214 that is recessed in the axial direction, and the output shaft 221 may be inserted into the recessed portion 214 and coupled to the ball screw 211.
  • the output shaft 221 and the ball screw 211 may be press-fitted and coupled, preferably, serrations are formed at the end of the output shaft 221 and the recessed portion 214 to be supported in the circumferential direction.
  • the output shaft 221 may be coupled via an input shaft 223 and a torsion bar 222 coupled to the steering shaft, and a torque sensor 224 is provided to prevent the driver from the phase difference between the input shaft 223 and the output shaft 221. Steering torque can be sensed.
  • a control unit is provided to collect information sensed by the torque sensor 224 and the like, and control the motor 140 based on the collected information to automatically park, maintain lanes, assist driving according to road conditions, Functions such as attenuation of steering vibration and autonomous driving control can be used to enhance the driver's convenience.
  • the reducer 120 driven by the motor 140 is coupled to the output shaft 221, and the reducer 120 has a worm wheel 233 coupled to the output shaft 221 and meshing with the worm wheel 233 It includes a first worm shaft 231 and a second worm shaft 232.
  • the reduction gear 120 is coupled to the reduction gear cover 241 accommodating the worm wheel 233, the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232, and the reduction gear cover 241 to accommodate the torque sensor 224, etc. It includes a torque sensor cover 242.
  • the output shaft 221 and the input shaft 223 may be coupled to the reduction gear cover 241 and the torque sensor cover 242, respectively, through bearings.
  • the pressure applied to the gear teeth of the worm wheel 233 meshed with the worm gear is distributed, so wear is reduced and strength is advantageous, Noise may be reduced by reducing a gap due to wear between the worm wheel 233 and the first worm shaft 231 or the second worm shaft 232.
  • the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 may be disposed on opposite sides with respect to the worm wheel 233, so that the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 rotate and the worm wheel 233 ), the support force applied to each other is canceled to prevent vibration of the worm wheel 233 and friction may be reduced.
  • the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 are provided in parallel with the worm wheel 233 interposed therebetween to be coupled to the gearbox 130.
  • the gearbox 130 includes a first cover 450 for accommodating a gear set 400 and a gear set 400 connecting the motor 140 and the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232. It includes two covers 460, and the gear set 400 includes a first gear 412 and the like, as will be described later.
  • first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 are provided on opposite sides of the worm wheel 233, the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 are opposite to each other in order for the worm wheel 233 to rotate.
  • the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 driven by one motor 140 by the gear set 400 are rotated in opposite directions.
  • the gearbox 130 includes a first shaft 411 connected to the motor shaft 140a of the motor 140 and a first gear 412 coupled to the first shaft 411.
  • the first shaft 411 and the motor shaft 140a may be integrally formed, but preferably the first shaft 411 and the motor shaft 140a are provided with a protrusion protruding in the axial direction on one of the A recessed portion into which the protruding portion is inserted is provided, and the serration formed in the protruding portion and the recessed portion is engaged and coupled.
  • first shaft 411 and the first gear 412 may be integrally formed, but preferably the first gear 412 is provided with a coupling hole into which the first shaft 411 is inserted, and the first gear The serrations formed on the 412 and the first shaft 411 are engaged and coupled.
  • the first shaft 411 and the second to fourth shafts 421, 431, and 441 to be described later may be supported by the first cover 450 and the second cover 460 by bearings, and the first cover ( 450) and the second cover 460 may have seating grooves 452 and 463 into which such bearings are inserted.
  • the gearbox 130 is coupled to the second shaft 421 and the second shaft 421 connected to any one of the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 and the first gear 412 ) And a second gear 422 meshing.
  • the second shaft 421 and the second gear 422 may be integrally formed or may be combined with a serration, which will be described later as a third shaft 431 ), the fourth axis 441 is the same, so it will be omitted below.
  • the second shaft 421 is connected to any one of the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232, for convenience, the second shaft 421 is connected to the first worm shaft 231 as shown in the drawing. It will be described as.
  • the second shaft 421 and the first worm shaft 231 may be coupled through a damping coupler 611 including a damper or the like to absorb vibration and noise.
  • first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 rotated in opposite directions to each other are rotated in the same direction as the motor shaft 140a.
  • the second worm shaft 232 and the motor shaft 140a may be provided to be connected coaxially.
  • the gearbox 130 is a third gear 432 coupled to the third shaft 431 and the third shaft 431 connected to the other one of the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 And a fourth gear 442 coupled to the fourth shaft 441 and the fourth shaft 441 and meshing with the first gear 412 and the third gear 432.
  • the third shaft 431 is connected via the second worm shaft 232 and the damping coupler 612, and the fourth gear 442 is connected to the first gear 412 and the third gear 432 ), and the second worm shaft 232 is rotated by the motor 140.
  • the first gear 412 and the third gear 432 are not directly engaged, but a fourth gear 442 is provided therebetween, so that the second worm shaft 232 is rotated in the same direction as the motor shaft 140a, and the first worm shaft It is rotated in the opposite direction to (231).
  • the second gear 422 and the third gear 432 have the same diameter so that the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 rotate at the same rotational speed.
  • the second gear 422 and the third gear 432 have the same gear ratio with respect to the first gear 412.
  • the gearbox 130 includes a first cover 450 and a second cover 460, the first cover 450 is coupled to the motor 140 and the second cover 460 May be provided to be coupled to the reducer 120.
  • the first cover 450 and the second cover 460 are provided with a plurality of coupling portions in which screw holes are formed, and may be screwed to the motor 140 and the reducer 120.
  • the gear set 400 is accommodated between the first cover 450 and the second cover 460, and as shown in the drawing, the first cover 450 is opened to one side and the second cover 460 is 1
  • the cover 450 may be closed and combined.
  • the first to third holes are provided in the first cover 450 and the second cover 460. (451, 461, 462) is formed.
  • the first hole 451 is formed through the first cover 450, and the first shaft 411 may be coupled to the motor shaft 140a through the first hole 451.
  • the second hole 461 and the third hole 462 are formed through the second cover 460, and the second shaft 421 is formed with the first worm shaft 231 through the second hole 461. It is coupled to any one of the two worm shafts 232, and the third shaft 431 may be coupled to the other one of the first worm shaft 231 and the second worm shaft through the third hole 462.
  • the gearbox 130 slides the fourth shaft 441 in the axial direction to separate the fourth gear 442 from at least one of the first gear 412 and the third gear 432. ) Can be included.
  • such an actuator 800 may be provided on any one of the first cover 450 and the second cover 460 to be coupled to the fourth shaft 441.
  • the actuator 800 may be a solenoid including a drive shaft 810 coupled to the fourth shaft 441.
  • the drive shaft 810 of the solenoid may be provided to be rotated together with the fourth shaft 441.
  • first cover 450 and the second cover 460 may be formed to have a wider space therein in order to secure a movable range for sliding the fourth shaft 441 in the axial direction.
  • the opposite end of the end coupled to the drive shaft 810 may protrude outward through the other one of the first cover 450 and the second cover 460.
  • the fourth gear 442 is provided in mesh with the first gear 412 and the third gear 432 to connect the motor shaft 140a and the second worm shaft 232, and the actuator 800 is provided to connect the fourth gear.
  • the torque of the motor 140 is transmitted to the worm wheel 233 only through the first worm shaft 231 and the second worm shaft Through 232, it can be prevented from being transmitted to the worm wheel 233.
  • the actuator 800 when the actuator 800 is operated, the torque of the motor 140 is transmitted to the worm wheel 233 only through the first worm shaft 231, and when the actuator 800 is deactivated, the first worm shaft 231 and It is transmitted to the worm wheel 233 through the second worm shaft 232.
  • the actuator 800 When only the first worm shaft 231 is driven, the noise generated by the reducer 120 is relatively small, so in a situation where the driver easily feels even a small noise (for example, when driving at a low speed), the actuator 800 is operated. , In a state in which both the first worm shaft 231 and the second worm shaft 232 are driven, the noise generated by the reducer 120 is relatively large, so that the driver does not easily feel the noise (for example, when driving at high speed). ), the actuator 800 may be deactivated.
  • the actuator 800 may be operated or deactivated, thereby increasing the driver's steering feeling.
  • the control of the actuator 800 may be performed based on the information collected by the controller that has collected information from the vehicle speed sensor or the like.
  • the consumption of engine power is prevented, the number of parts is reduced, and automatic parking to control the vehicle, lane maintenance, and driving assistance according to the road surface condition.
  • Functions such as attenuation of steering vibration and autonomous driving control can be used to increase the driver's convenience, and the pressure applied to the worm wheel is distributed, which is advantageous for strength, and the driver's steering feel can be improved.

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Abstract

본 실시예들은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 출력의 소모를 방지하고 부품수가 절감되며, 또한 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 웜휠에 가해지는 압력이 분산되며 강도에 유리하고, 운전자의 조향감이 향상되는 자동차 조향장치에 관한 것이다.

Description

자동차의 조향장치
본 실시예들은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 출력의 소모를 방지하고 부품수가 절감되며, 또한 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 웜휠에 가해지는 압력이 분산되며 강도에 유리하고, 운전자의 조향감이 향상되는 자동차 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
또한, 동력 보조 조향장치는 운전자가 자동차의 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 배력 장치를 이용하여 운전자의 조향휠 조작을 보조함으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 차량의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.
종래의 조향장치는 피트먼암과 결합되는 섹터샤프트를 회전시킴으로써 피터먼암에 결합된 링크에 의해 타이로드 또는 너클이 작동되며 바퀴가 조타되고, 유압식 동력 보조 조향장치가 구비되어 유압에 의해 섹터샤프트가 보다 쉽게 회전되게 함으로써 운전자의 조향휠 조작을 보조하였다.
그런데, 이러한 유압식 동력 보조 조향장치는, 유압을 공급하기 위한 유압펌프가 엔진에 연결되어 있어 작동 시 엔진 출력을 소모하고, 유압펌프, 유압라인, 레저보아 등의 유압관련 부품이 필요하며, 또한 작동유가 소모되며 오염의 원인이 되는 문제가 있었다.
특히, 유압식 동력 보조 조향장치에는 전자식 제어부가 구비되지 않아 제어부를 이용한 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 없는 문제가 있었다.
본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 엔진 출력의 소모를 방지하고 부품수가 절감되며, 또한 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 웜휠에 가해지는 압력이 분산되며 강도에 유리하고, 운전자의 조향감이 향상되는 자동차 조향장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예들에 의하면, 볼스크류, 볼스크류와 볼을 매개로 결합되는 볼너트, 및 볼너트와 맞물리는 섹터샤프트가 구비되는 하우징, 볼스크류와 연결되는 출력축, 출력축에 결합되는 웜휠, 웜휠에 맞물리는 제 1 웜축 및 제 2 웜축을 포함하는 감속기, 제 1 웜축 및 제 2 웜축과 기어박스를 매개로 결합되는 모터를 포함하며, 기어박스는, 모터의 모터축과 연결되는 제 1 축, 제 1 축에 결합되는 제 1 기어, 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 어느 하나와 연결되는 제 2 축, 제 2 축에 결합되고 제 1 기어에 맞물리는 제 2 기어, 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 다른 하나와 연결되는 제 3 축, 제 3 축에 결합되는 제 3 기어, 제 4 축 및 제 4 축에 결합되며 제 2 기어와 제 3 기어에 맞물리는 제 4 기어를 포함하고, 기어박스는, 제 4 축을 축방향으로 슬라이딩시켜, 제 1 기어와 제 3 기어 중 적어도 어느 하나로부터 제 4 기어를 이탈시키는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치가 제공될 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 엔진 출력의 소모를 방지하고 부품수가 절감되며, 또한 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 웜휠에 가해지는 압력이 분산되며 강도에 유리하고, 운전자의 조향감이 향상될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 의한 자동차의 조향장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 2의 확대도이다.
도 4 내지 도 5는 도 1의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 6은 도 1의 단면도이다.
도 7은 본 실시예들에 의한 자동차의 조향장치의 일부에 대한 단면도이다.
도 8은 도 7의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
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 기술 사상의 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 자동차의 조향장치의 사시도, 도 2는 도 1의 단면도, 도 3은 도 2의 확대도, 도 4 내지 도 5는 도 1의 일부에 대한 분해사시도, 도 6은 도 1의 단면도, 도 7은 본 실시예들에 의한 자동차의 조향장치의 일부에 대한 단면도, 도 8은 도 7의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
본 실시예들에 의한 자동차의 조향장치(100)는, 볼스크류(211), 볼스크류(211)와 볼(212)을 매개로 결합되는 볼너트(213), 및 볼너트(213)와 맞물리는 섹터샤프트(111)가 구비되는 하우징(110), 볼스크류(211)와 연결되는 출력축(221), 출력축(221)에 결합되는 웜휠(233), 웜휠(233)에 맞물리는 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)을 포함하는 감속기(120), 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)과 기어박스(130)를 매개로 결합되는 모터(140)를 포함하며, 기어박스(130)는, 모터(140)의 모터축(140a)과 연결되는 제 1 축(411), 제 1 축(411)에 결합되는 제 1 기어(412), 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 어느 하나와 연결되는 제 2 축(421), 제 2 축(421)에 결합되고 제 1 기어(412)에 맞물리는 제 2 기어(522), 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 다른 하나와 연결되는 제 3 축(431), 제 3 축(431)에 결합되는 제 3 기어(432), 제 4 축(441) 및 제 4 축(441)에 결합되며 제 2 기어(422)와 제 3 기어(432)에 맞물리는 제 4 기어(442)를 포함하고, 기어박스(130)는, 제 4 축(441)을 축방향으로 슬라이딩시켜, 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432) 중 적어도 어느 하나로부터 제 4 기어(442)를 이탈시키는 액추에이터(800)를 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여 살펴본다.
볼스크류(211)는 출력축(221), 입력축(223) 등에 의해 조향축(미도시)과 연결되어, 운전자의 조향휠 조작에 의해 회전된다.
볼스크류(211)의 외주면에는 외주스크류홈이 형성되고 볼너트(213)의 내주면에는 내주스크류홈이 형성되어, 볼스크류(211)와 볼너트(213)는 볼(212)을 매개로 결합된다.
볼스크류(211)가 회전함에 따라 볼너트(213)가 하우징(110)의 내부에서 볼스크류(211)의 축방향으로 슬라이딩된다.
볼너트(213)와 섹터샤프트(111)에는 서로 맞물리는 기어가 형성되어, 볼너트(213)가 슬라이딩함에 따라 섹터샤프트(111)가 회전되고, 섹터샤프트(111)와 결합된 피트먼암(미도시)가 작동되며 링크에 의해 바퀴가 조타된다.
볼스크류(211)에는 출력축(221)이 결합되고, 출력축(221)에 결합되는 감속기(120)가 모터(140)에 의해 구동됨으로써 모터(140)의 토크가 볼스크류(211)에 전달되며 운전자의 조향휠 조작이 보조되게 된다.
볼스크류(211)에는 축방향으로 함몰되는 함몰부(214)가 구비되고, 출력축(221)은 함몰부(214)에 삽입되어 볼스크류(211)와 결합될 수 있다.
출력축(221)과 볼스크류(211)는 압입되어 결합될 수도 있으며, 바람직하게는 출력축(221)의 단부와 함몰부(214)에 세레이션이 형성되어 원주방향으로 지지되게 결합된다.
출력축(221)은 조향축에 결합되는 입력축(223)과 토션바(222)를 매개로 결합될 수 있는데, 토크센서(224)가 구비되어 입력축(223)과 출력축(221)의 위상차로부터 운전자의 조향토크를 센싱할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 제어부가 구비되어 이러한 토크센서(224) 등이 센싱한 정보를 수집하고, 수집한 정보를 토대로 모터(140)를 제어함으로써 자동 주차, 차선 유지, 노면상태에 따른 주행보조, 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있다.
전술한 바와 같이 모터(140)에 의해 구동되는 감속기(120)가 출력축(221)에 결합되는데, 감속기(120)는 출력축(221)에 결합되는 웜휠(233)과, 웜휠(233)에 맞물리는 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)을 포함한다.
감속기(120)는 웜휠(233), 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232) 등을 수용하는 감속기커버(241)와, 감속기커버(241)에 결합되어 토크센서(224) 등을 수용하는 토크센서커버(242)를 포함한다.
도면에 도시된 바와 같이 출력축(221)과 입력축(223)은 각각 감속기커버(241)와 토크센서커버(242)에 베어링을 매개로 결합될 수 있다.
제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 각각 웜휠(233)과 맞물림으로써, 웜기어와 맞물리는 웜휠(233)의 기어치에 가해지는 압력이 분산되므로 마모가 감소되고 강도에 유리하며, 웜휠(233)과 제 1 웜축(231) 또는 제 2 웜축(232) 사이의 마모에 의한 유격이 감소되어 노이즈가 저감될 수 있다.
이러한 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232)은 웜휠(233)을 기준으로 서로 반대측에 배치될 수 있는데, 따라서 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232)이 회전되며 웜휠(233)에 가해지는 지지력이 서로 상쇄되어 웜휠(233)의 진동이 방지되고 마찰이 저감될 수 있다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232)은 웜휠(233)을 사이에 두고 평행하게 구비되어 기어박스(130)와 결합되게 된다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참고하여 살펴본다.
기어박스(130)는, 모터(140)와 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)을 연결하는 기어세트(400)와 기어세트(400)를 수용하는 제 1 커버(450) 및 제 2 커버(460)를 포함하는데, 기어세트(400)는 후술할 바와 같이 제 1 기어(412) 등을 포함한다.
즉, 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 서로 웜휠(233)의 반대측에 구비되므로 웜휠(233)이 회전되기 위해서는 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 서로 반대방향으로 회전되어야 하는데, 기어세트(400)에 의해 한 개의 모터(140)에 의해 구동되는 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 서로 반대방향으로 회전되게 된다.
우선, 기어박스(130)는, 모터(140)의 모터축(140a)과 연결되는 제 1 축(411) 및 제 1 축(411)에 결합되는 제 1 기어(412)를 포함한다.
제 1 축(411)과 모터축(140a)은 일체로 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 제 1 축(411)과 모터축(140a)은 어느 하나에 축방향으로 돌출되는 돌출부가 구비되고 다른 하나에 돌출부가 삽입되는 함몰부가 구비되어 돌출부와 함몰부에 형성되는 세레이션이 맞물리며 결합된다.
또한, 제 1 축(411)과 제 1 기어(412)는 일체로 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 제 1 기어(412)에 제 1 축(411)이 삽입되는 결합홀이 구비되고 제 1 기어(412)와 제 1 축(411)에 형성되는 세레이션이 맞물리며 결합된다.
제 1 축(411) 및 후술할 제 2 내지 제 4 축(421, 431, 441) 등은 베어링에 의해 제 1 커버(450) 및 제 2 커버(460)에 지지될 수 있으며, 제 1 커버(450) 및 제 2 커버(460)에는 이러한 베어링이 삽입되는 안착홈(452, 463)이 형성될 수 있다.
다음으로, 기어박스(130)는, 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 어느 하나와 연결되는 제 2 축(421) 및 제 2 축(421)에 결합되고 제 1 기어(412)에 맞물리는 제 2 기어(422)를 포함한다.
제 1 축(411) 및 제 1 기어(412)와 마찬가지로, 제 2 축(421) 및 제 2 기어(422)는 일체로 형성되거나 세레이션으로 결합될 수 있으며, 이는 후술할 제 3 축(431), 제 4 축(441) 등에 대해서도 동일하므로 이하 생략하기로 한다.
제 2 축(421)은 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 어느 하나와 연결되는데, 편의상 도면에 도시된 바와 같이 제 2 축(421)은 제 1 웜축(231)에 연결되는 것으로 설명하기로 한다.
제 2 축(421)과 제 1 웜축(231)은 진동과 노이즈를 흡수하기 위해 댐퍼 등을 포함하는 댐핑커플러(611)를 매개로 결합될 수 있다.
제 1 기어(412)와 제 2 기어(422)가 맞물리며 모터(140)에 의해 제 1 웜축(231)이 회전되므로, 모터축(140a)과 제 1 웜축(231)은 서로 반대방향으로 회전되게 된다.
따라서, 제 1 웜축(231)과 서로 반대방향으로 회전되는 제 2 웜축(232)은 모터축(140a)과 동일한 방향으로 회전된다.
도면에는 도시되지 않았으나 제 2 웜축(232)과 모터축(140a)은 동축으로 연결되게 구비될 수 있는데, 동축으로 구비되는 경우 웜휠(233)의 직경을 고려할 때 제 1 기어(412)와 제 2 기어(422)가 상대적으로 큰 직경을 가지게 형성되어야 하여, 제 3 축(431), 제 4 축(441) 등을 더 구비하며 상대적으로 작은 직경으로 기어를 형성하는 것이 원가, 제조편의성 및 패키지 등의 측면에서 유리하다.
즉, 기어박스(130)는, 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 다른 하나와 연결되는 제 3 축(431) 및 제 3 축(431)에 결합되는 제 3 기어(432)를 포함하고, 제 4 축(441) 및 제 4 축(441)에 결합되며 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432)에 맞물리는 제 4 기어(442)를 포함할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이 제 3 축(431)은 제 2 웜축(232)과 댐핑커플러(612)를 매개로 연결되고, 제 4 기어(442)가 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432)의 사이에 구비되며 모터(140)에 의해 제 2 웜축(232)이 회전되게 된다.
제 1 기어(412)와 제 3 기어(432)가 직접 맞물리지 않고 사이에 제 4 기어(442)가 구비됨으로써, 제 2 웜축(232)은 모터축(140a)과 동일한 방향으로 회전되고 제 1 웜축(231)과는 서로 반대방향으로 회전되게 되는 것이다.
또한, 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232)이 동일한 회전속도로 회전되도록, 제 2 기어(422)와 제 3 기어(432)는 동일한 직경으로 형성된다.
즉, 제 1 기어(412)에 대해 제 2 기어(422)와 제 3 기어(432)가 동일한 기어비를 가지게 된다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 내지 제 4 기어(412, 422, 432, 442)가 모두 동일한 직경으로 형성되는 것이 원가, 제조편의성 및 패키지 등의 측면에서 유리하다.
한편, 전술한 바와 같이, 기어박스(130)는 제 1 커버(450)와 제 2 커버(460)를 포함하는데, 제 1 커버(450)는 모터(140)에 결합되고 제 2 커버(460)는 감속기(120)에 결합되게 구비될 수 있다.
제 1 커버(450)과 제 2 커버(460)에는 나사공이 형성되는 다수개의 결합부가 구비되어, 모터(140)와 감속기(120)에 나사결합될 수 있다.
제 1 커버(450)와 제 2 커버(460)의 사이에는 기어세트(400)가 수용되며, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 커버(450)가 일측으로 개구되고 제 2 커버(460)가 제 1 커버(450)를 폐쇄하며 결합될 수 있다.
기어세트(400)가 모터축(140a), 제 1 웜축(231) 또는 제 2 웜축(232)과 연결되기 위해, 제 1 커버(450) 및 제 2 커버(460)에는 제 1 내지 제 3 홀(451, 461, 462)이 형성된다.
즉, 제 1 커버(450)에는 제 1 홀(451)이 관통형성되고, 제 1 축(411)은 제 1 홀(451)을 통해 모터축(140a)과 결합될 수 있다.
또한, 제 2 커버(460)에는 제 2 홀(461) 및 제 3 홀(462)이 관통형성되고, 제 2 축(421)은 제 2 홀(461)을 통해 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축(232) 중 어느 하나와 결합되고, 제 3 축(431)은 제 3 홀(462)을 통해 제 1 웜축(231)과 제 2 웜축 중 다른 하나와 결합될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 8을 참고하여 살펴본다.
기어박스(130)는, 제 4 축(441)을 축방향으로 슬라이딩시켜, 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432) 중 적어도 어느 하나로부터 제 4 기어(442)를 이탈시키는 액추에이터(800)를 포함할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 이러한 액추에이터(800)는 제 1 커버(450)와 제 2 커버(460) 중 어느 하나에 구비되어 제 4 축(441)과 결합될 수 있다.
또한, 액추에이터(800)는 제 4 축(441)에 결합되는 구동축(810)을 포함하는 솔레노이드일 수 있다. 솔레노이드의 구동축(810)은 제 4 축(441)과 함께 회전되게 구비될 수 있을 것이다.
즉, 솔레노이드가 작동되면 구동축(810)이 돌출되며 제 4 축(441)과 제 4 기어(442)가 축방향으로 슬라이딩되고, 제 4 기어(442)가 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432) 중 적어도 어느 하나에서 이탈되게 된다.
도면에 도시되지는 않았으나, 제 4 축(441)이 축방향으로 슬라이딩되기 위한 가동범위를 확보하기 위해 제 1 커버(450)와 제 2 커버(460)가 내부에 더 넓은 공간을 가지게 형성될 수 있을 것이며, 제 4 축(441)이 슬라이딩될 때 구동축(810)에 결합된 단부의 반대측 단부는 제 1 커버(450)와 제 2 커버(460) 중 다른 하나를 관통하여 외측으로 돌출될 수 있을 것이다.
또한, 도면에는 제 4 기어(442)가 제 1 기어(412) 및 제 3 기어(432)에서 모두 이탈되는 실시예가 도시되어 있으나, 제 1 기어(412) 또는 제 3 기어(432) 중 어느 하나에서만 이탈되어도 족하다.
제 4 기어(442)는 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432)에 맞물리게 구비되어 모터축(140a)과 제 2 웜축(232)을 연결하는데, 액추에이터(800)가 구비되어 제 4 기어(442)를 제 1 기어(412)와 제 3 기어(432) 중 적어도 어느 하나로부터 이탈시킴으로써, 모터(140)의 토크가 제 1 웜축(231)을 통해서만 웜휠(233)로 전달되고 제 2 웜축(232)을 통해서는 웜휠(233)로 전달되지 않게 할 수 있다.
다시 말해, 액추에이터(800)의 작동 시에는 모터(140)의 토크가 제 1 웜축(231)을 통해서만 웜휠(233)로 전달되고, 액추에이터(800)의 작동해제 시에는 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)을 통해서 웜휠(233)로 전달되게 된다.
제 1 웜축(231)만 구동되는 상태에서는 상대적으로 감속기(120)에서 발생되는 노이즈가 작으므로, 운전자가 작은 노이즈도 쉽게 느끼는 상황(예를 들어, 저속 주행 시)에서는 액추에이터(800)를 작동시키고, 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 모두 구동되는 상태에서는 상대적으로 감속기(120)에서 발생되는 노이즈가 크므로, 운전자가 노이즈를 쉽게 느끼지 못하는 상황(예를 들어, 고속 주행 시)에서는 액추에이터(800)의 작동을 해제할 수 있다.
즉, 상황에 따라 액추에이터(800)를 작동시키거나 작동해제시키며 운전자의 조향감을 상승시킬 수 있다.
다만, 전술한 바와 같이 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 웜휠(233)과 맞물림으로써 웜휠(233)의 기어치에 가해지는 압력이 분산되어 노이즈가 저감되는 것은, 감속기(120)가 장기간 구동되며 발생하는 마모 및 유격에 의한 노이즈가 저감되는 것을 말하는 것으로서, 액추에이터(800)의 작동여부에 따라 제 1 웜축(231) 및 제 2 웜축(232)이 모두 구동될 때 발생하는 노이즈가 제 1 웜축(231)만 구동될 때 발생하는 노이즈보다 상대적으로 큰 것과는 다르게 이해하여야 한다.
이와 같은 액추에이터(800)의 제어는 차속센서 등으로부터 정보를 수집받은 제어부가 수집한 정보를 토대로 수행할 수 있을 것이다.
이와 같은 형상을 가지는 자동차의 조향장치에 의하면, 엔진 출력의 소모를 방지하고 부품수가 절감되며, 또한 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높일 수 있으며, 웜휠에 가해지는 압력이 분산되며 강도에 유리하고, 운전자의 조향감이 향상될 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 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 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.
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본 특허출원은 2019년 05월 14일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2019-0055998 호에 대해 미국 특허법 119(a)조 (35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (9)

  1. 볼스크류, 상기 볼스크류와 볼을 매개로 결합되는 볼너트, 및 상기 볼너트와 맞물리는 섹터샤프트가 구비되는 하우징;
    상기 볼스크류와 연결되는 출력축;
    상기 출력축에 결합되는 웜휠, 상기 웜휠에 맞물리는 제 1 웜축 및 제 2 웜축을 포함하는 감속기;
    상기 제 1 웜축 및 제 2 웜축과 기어박스를 매개로 결합되는 모터;
    를 포함하며,
    상기 기어박스는, 상기 모터의 모터축과 연결되는 제 1 축, 상기 제 1 축에 결합되는 제 1 기어, 상기 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 어느 하나와 연결되는 제 2 축, 상기 제 2 축에 결합되고 상기 제 1 기어에 맞물리는 제 2 기어, 상기 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 다른 하나와 연결되는 제 3 축, 상기 제 3 축에 결합되는 제 3 기어, 제 4 축 및 상기 제 4 축에 결합되며 상기 제 2 기어와 제 3 기어에 맞물리는 제 4 기어를 포함하고,
    상기 기어박스는, 상기 제 4 축을 축방향으로 슬라이딩시켜, 상기 제 1 기어와 제 3 기어 중 적어도 어느 하나로부터 상기 제 4 기어를 이탈시키는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼스크류에는 축방향으로 함몰되는 함몰부가 구비되고, 상기 출력축은 상기 함몰부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력축은, 조향축에 연결되는 입력축과 토션바를 매개로 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 웜축과 제 2 웜축은 상기 웜휠을 기준으로 서로 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기어와 제 3 기어는 동일한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어박스는, 상기 모터에 결합되는 제 1 커버 및 상기 감속기에 결합되는 제 2 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 커버에는 제 1 홀이 관통형성되고, 상기 제 1 축은 상기 제 1 홀을 통해 상기 모터축과 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 커버에는 제 2 홀 및 제 3 홀이 관통형성되고, 상기 제 2 축은 상기 제 2 홀을 통해 상기 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 어느 하나와 결합되고, 상기 제 3 축은 상기 제 3 홀을 통해 상기 제 1 웜축과 제 2 웜축 중 다른 하나와 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제 4 축에 결합되는 구동축을 포함하는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
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