WO2022220378A1 - 전동식 독립 조향장치 - Google Patents

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WO2022220378A1
WO2022220378A1 PCT/KR2022/001149 KR2022001149W WO2022220378A1 WO 2022220378 A1 WO2022220378 A1 WO 2022220378A1 KR 2022001149 W KR2022001149 W KR 2022001149W WO 2022220378 A1 WO2022220378 A1 WO 2022220378A1
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WO
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knuckle
support part
bearing
rotation
motor
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PCT/KR2022/001149
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English (en)
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오병기
방재근
Original Assignee
서한산업(주)
한국프랜지공업 주식회사
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0418—Electric motor acting on road wheel carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/18—Steering knuckles; King pins
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • 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
    • F16H49/00—Other gearings

Definitions

  • the present invention relates to an electric independent steering system, and more particularly, to an electric independent steering system capable of independently controlling all driving wheels of a vehicle.
  • the power steering system has a complicated configuration such as a pump, a gearbox with a power cylinder, and piping, and it is difficult to precisely control the steering auxiliary force.
  • An electric steering system using a motor has been developed to enable precise control of power.
  • Such an electric steering device has a structure in which a drive link is installed in a motor to be forward/reversed via a ball screw, a rotation link is connected to the drive link, a tie rod is connected to the rotation link, and a tie rod is connected to a knuckle. .
  • the driving link moves forward/reverse according to the rotational direction of the motor, the rotation link rotates clockwise or counterclockwise, and the direction of the wheel is changed by pulling or pushing the tie rod connected to the rotation link.
  • the conventional electric steering apparatus requires a complicated connection structure as described above, and has a limit in which a steering angle can be limitedly adjusted.
  • An object of the present invention is to solve such a problem, and more particularly, to provide an electric independent steering device capable of simplifying the configuration of a steering device by installing a steering device on a knuckle connecting a vehicle and a wheel.
  • Another object of the present invention is to provide an electric independent steering device capable of independently controlling each wheel of a vehicle and rotating the wheel by up to 90 degrees.
  • the present invention for accomplishing the above object includes an upper support part having one end coupled to the lower end of the strut part and protruding outwardly from the one end, and a lower support part extending from the other end to face the upper support part. to the first knuckle; a second knuckle rotatably disposed on the lower support part inside the first knuckle, a motor installed therein, and a driving wheel coupled to the outside; and a harmonic gear rotatably disposed from the upper support part to perform relative rotation from the first knuckle together with the second knuckle. It provides an electric independent steering system comprising a.
  • the electric independent steering device may include a hub bearing provided between the second knuckle and the driving wheel; a wheel disk coupled to the hub bearing and a braking unit coupled to the second knuckle to limit a rotational force of the wheel disk; may further include.
  • the harmonic gear includes a bearing part having an elliptical inner ring connected to the rotation shaft of the motor and an outer ring elastically deformed along the elliptical shape of the inner ring through a plurality of balls provided outside the inner ring;
  • the inner circumferential surface is elastically deformed into an ellipse while being fitted on one side, and an inner tooth shape is provided on the outer circumferential surface of one side, and an elastic spline cover connected to the other side to be fixed with the upper support part, and the elastic spline cover is inserted therein
  • It may include a housing that is formed on the inner circumferential surface of the outer teeth meshing with both sides in the long axis direction of the inner tooth type, and rotates relative to the center of the elastic spline cover fixed in accordance with the rotation of the bearing portion.
  • rotation directions of the bearing part and the housing may be the same, and the rotation directions of the elastic spline cover may be rotated in relatively opposite directions with respect to the bearing part and the housing.
  • a reduction ratio between the elastic spline cover and the housing may be in the range of 20:1 to 200:1.
  • the harmonic gear includes a power transmission unit for transmitting power between the rotation shaft of the motor and the bearing unit, and the power transmission unit includes a boss coupled to the rotation shaft of the motor, and a flange protruding outward from one end of the boss a coupling member that interferes with the rotation of the boss and includes a rotating plate that rotates interlockingly, a first protrusion is provided on one of the upper surfaces of the flange and the rotating plate, and a first recess into which the first protrusion is inserted in the other one is provided, a second protrusion may be provided on one of the lower surface of the rotating plate and the upper surface of the bearing part, and a second recessed part into which the second protrusion is inserted may be provided on the other.
  • the electric independent steering device may include: an upper bearing provided above the harmonic gear and rotatably supported while fixing the harmonic gear to the upper support part; and a lower bearing provided under the second knuckle and rotatably supported while fixing the second knuckle to the lower support part; Further comprising, one side of the inner ring of the upper bearing is fixed to the upper support part about the upper rotation shaft coupled through the upper support part, and the fastener passing through the elastic spline cover can be fixed to the other surface.
  • each wheel can be individually driven through an electric independent steering system, so that when applied to a vehicle, various driving modes can be implemented.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a wheel on one side to which an electric independent steering device according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the electric independent steering device is mounted inside the wheel of one side shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the inner configuration of the wheel on one side shown in FIG. 2 separated.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the electric independent steering device shown in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the electric independent steering device shown in FIG. 4 by disassembling it.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the harmonic gear of the electric independent steering apparatus shown in FIG.
  • Fig. 7 is a cross-sectional view showing a cross section II' shown in Fig. 4;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a section II-II' of the electric independent steering apparatus shown in FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a reference diagram illustrating a state in which the steering angle of the wheel is changed by the operation of the electric independent steering apparatus of the present invention for each embodiment.
  • the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a wheel on one side on which an electric independent steering device according to an embodiment of the present invention is mounted, and FIG. It is a perspective view showing, and FIG. 3 is an exploded perspective view showing the inner configuration of the wheel on one side shown in FIG. 2 separated.
  • the electric independent steering apparatus 1 includes a first knuckle 100 , a second knuckle 200 , and a harmonic gear 300 .
  • the first knuckle 100 is disposed in the inner direction of the vehicle body, and the second knuckle 200 is disposed outside the first knuckle 100 .
  • the wheel 10 to which the tire 11 is coupled is rotatably coupled to one side of the hub bearing 40 together with the wheel disk 30 .
  • the other side of the hub bearing 40 is fixed while being coupled to the side of the second knuckle 200 , and a braking unit 50 that selectively limits the rotational force of the wheel disk 30 is also coupled to the second knuckle 200 .
  • an in-wheel motor driving method may be applied to each wheel 10 provided with the electric independent steering device 1 according to the embodiment of the present invention. That is, a motor is provided inside the wheel 10 to independently provide driving force to each wheel, and an electric independent steering device 1 is provided for each wheel 10 to independently control the steering angle of the wheel. .
  • the strut portion 60 is coupled to the upper portion of the first knuckle 100 , and the lower arm 70 is coupled to the lower portion.
  • a suspension 20 may be provided on the strut part 60 .
  • FIG. 4 is a perspective view showing the electric independent steering device shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the electric independent steering device shown in FIG. 4 in an exploded view.
  • the upper support part 110 and the lower support part 120 are provided in the direction in which the wheel 10 is disposed.
  • the upper support part 110 and the lower support part 120 integrally extend from the side surface of the first knuckle 100 to face each other, and the second knuckle 200 and the lower support part 120 between the upper support part 110 and the lower support part 120
  • the harmonic gear 300 is coupled.
  • a state in which the second knuckle 200 and the harmonic gear 300 are coupled is referred to as a rotation module RM.
  • the rotation module RM is arranged to be rotatable inside the first knuckle 100 .
  • the upper surface of the upper bearing 130 provided on the upper part of the harmonic gear 300 is fixed to the upper support part 110
  • the lower bearing 140 provided on the lower part of the second knuckle 200 is the lower support part. (120) is fixed.
  • the upper rotation shaft 111 is inserted into the upper support part 110 to become the rotation center of the upper bearing 130
  • the lower rotation shaft 121 is inserted into the lower support part 120 to form the rotation center of the lower bearing 140 . do.
  • a fastener F1 passed through the upper support 110 and fixed to the upper surface of the inner ring 131 of the upper bearing 130 is fastened.
  • the outer ring 132 of the upper bearing 130 is coupled to the housing 330 .
  • a detailed description of the housing 330 will be provided later.
  • a motor M is mounted inside the second knuckle 200 .
  • the motor M may be a servomotor.
  • the motor M may control the rotation direction and the rotation speed in a separate control unit (not shown).
  • the second knuckle 200 is provided with a hub bearing mounting portion 210 to which a hub bearing (see FIG. 3 , 40) is coupled to one side thereof. Since the hub bearing 40 is disposed to have a predetermined inclination angle with the second knuckle 200 , the hub bearing mounting part 210 is also provided with an inclined surface to be inclined downward with respect to the second knuckle 200 .
  • the second knuckle 200 is provided with a brake unit mounting unit 220 adjacent to the hub bearing mounting unit 210 .
  • the brake unit (see FIG. 3 , 50 ) is fixed on the brake unit mounting unit 220 so as to selectively press and rub against the rotating wheel disk (see FIG. 3 , 30 ).
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the harmonic gear of the electric independent steering system shown in FIG. 5
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the cross-section I-I' shown in FIG. 4
  • FIG. 8 is the electric independent steering system shown in FIG. It is a cross-sectional view showing the II-II' cross-section.
  • FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating a state in which the bearing part 310 and the housing 330 rotate around the fixed elastic spline cover 320 .
  • the harmonic gear is coupled to the upper portion of the second knuckle 200 and receives rotational force from the motor to transmit rotation to the rotation module (refer to FIG. 5 , RM). Accordingly, the steering function can be performed while the relative rotational motion of the second knuckle 200 with respect to the first knuckle 100 is implemented.
  • the harmonic gear 300 includes a bearing part 310 , an elastic spline cover 320 , and a housing 330 .
  • the bearing part 310 is connected to the rotation shaft MS of the motor M and has an inner ring 311 formed of an ellipse, and a plurality of balls 312 on the outside of the inner ring 311 as a medium to rotate the inner ring 311. Accordingly, it includes an outer ring 313 that is elastically deformed to protrude in the major axis direction (MD).
  • the inner ring 311 has an approximately thin elliptical column shape
  • the power transmission unit 340 is coupled to the center of rotation to receive the rotational force of the motor M to rotate. performs a rolling contact motion inside the outer ring 313 according to the rotation of the inner ring 311 .
  • the outer ring 313 protrudes in the long axis direction MD of the inner ring 311 and is formed in a ring shape having elasticity so as to be closed in the minor axis direction.
  • a retainer for holding the ball 312 between the inner ring 311 and the outer ring 313 may be provided inside the bearing part 310 .
  • the inner ring 311 receives power from the motor M while being coupled to the power transmission unit 340 , and the power transmission unit 340 includes a coupling member 341 and a rotating plate 342 .
  • the coupling member 341 includes a boss 343 coupled to the rotation shaft MS of the motor M, and a flange 344 protruding outward from one end of the boss 343 .
  • the boss 343 may be coupled to the rotation shaft MS of the motor in a key fastening structure.
  • the rotation shaft MS of the motor is provided between the upper rotation shaft 111 and the lower rotation shaft 121 and is preferably disposed on a line of the central rotation axis CS formed therebetween.
  • the rotation module RM forms a rotation center based on the rotation center axis CS. The rotational force of the motor rotating shaft MS is primarily transmitted to the boss 343 .
  • the flange 344 integrally formed with the boss 343 is provided with a first concave portion 345 having at least one groove shape, and the first concave portion 345 is a first protrusion 346 provided on the upper surface of the rotating plate 342 . ) to interfere with Accordingly, the rotation plate 342 is rotated in conjunction with the coupling member 341 .
  • a second protrusion 347 is provided on the lower surface of the rotating plate 342 , and the second protrusion 347 is inserted into the second recessed part 315 formed on the upper surface of the inner ring 311 of the bearing part 310 , and the bearing part 310 . ) to transmit the rotational force.
  • the positions of the first protrusion 346 and the first concave portion 345 and the second protrusion 347 and the second concave portion 315 may be arranged in opposite directions.
  • the elastic spline cover 320 has a hollow cylindrical shape, one side is open and the other side is closed, for example, has a shape like a container.
  • a bearing portion 310 is coupled to one inner circumferential surface of the elastic spline cover 320 , and an area of one end portion is elastically deformed in response to the outer ring 313 of the bearing portion 310 being elastically deformed.
  • the power transmission unit 340 is accommodated while being coupled to the bearing unit 310 inside the elastic spline cover 320 .
  • An inner tooth type 321 is provided on one side outer circumferential surface of the elastic spline cover 320 .
  • the other side of the elastic spline cover 320 is fixed to the lower surface of the inner ring 131 of the upper bearing 130 through a fastener F2. Accordingly, the elastic spline cover 320 is fixed to the upper support 110 together with the inner ring 131 of the upper bearing 130 .
  • the housing 330 has an outer tooth shape 331 at a position corresponding to the inner tooth shape 321 of the elastic spline cover 320 and is formed on one inner peripheral surface of the housing 330 .
  • One side of the housing 330 is fixed on the second knuckle 200 , and the outer ring 132 of the upper bearing 130 is coupled to the other side.
  • the rotation direction of the bearing part 310 and the housing 330 may be the same.
  • the reduction ratio between the elastic spline cover 320 and the housing 330 may be in the range of 20:1 to 200:1, and more preferably, a reduction ratio of 100:1.
  • FIG. 9 is a reference diagram illustrating a state in which the steering angle of the wheel is changed by the operation of the electric independent steering apparatus of the present invention for each embodiment.
  • Fig. 9A shows the state of the wheel when the vehicle V proceeds in the straight direction
  • Fig. 9B shows the state when the vehicle V turns right (rotated by about 45 degrees).
  • the state of the wheel 10 can provide the same functions and effects as those of a general vehicle by using the electric independent steering device 1 .
  • 9C shows a state when the vehicle V changes a lane to the right lane. That is, all wheels rotate in the same direction on the right side, so that steering is possible in the horizontal movement mode.
  • 9D shows a steering state in a stand-by rotation mode in which the vehicle can be rotated 360 degrees in place.
  • the left front wheel 10a and the right rear wheel 10b rotate to face each other
  • the right front wheel 10c and the left rear wheel 10d rotate to face each other, but they When the virtual extension lines are orthogonal to each other, the in-place rotation mode can be applied.
  • each electric independent steering device 1 rotates about 45° to face the center of rotation C of the vehicle V, the left wheels 10a and 10d drive rearward, and the right wheels 10c and 10b ) can be rotated in the left direction (counterclockwise) in place when driven toward the front.
  • 9E shows a fully horizontal movement mode in which the vehicle is horizontally moved (rotated by about 90 degrees).
  • the vehicle V usually moves toward the front direction that the driver sees, and in the case of FIG. 8E , it may move in the lateral direction of the driver.
  • This fully horizontal movement mode helps to more easily perform parallel parking with narrow intervals. Conversely, even in the case of getting out of a gap with a narrow front-to-rear gap, you can easily get out by using the fully horizontal movement mode.
  • each wheel can be individually driven through the electric independent steering system, so that when applied to a vehicle, various driving modes can be implemented, and the steering system must be accompanied by essentials.
  • the structure according to the steering system can be simplified, and the interior space of the vehicle can be increased while simplifying the structure, and the weight can be realized at the same time. It has the effect of providing precise steering performance.

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Abstract

본 발명은 스트럿부 하단에 일 단부가 결합되고, 상기 일 단부에서 외측방향으로 연장 돌출되는 상측 지지부와, 타 단부에서 상기 상측 지지부와 마주하도록 연장 돌출되는 하측 지지부를 포함하는 제1 너클; 상기 제1 너클 내측에서 상기 하측 지지부 상에 회전 가능하도록 배치되고, 내부에 모터가 설치되며, 외측에 구동 휠이 결합되는 제2 너클; 및 상기 상측 지지부로부터 회전 가능하도록 배치되어 상기 제2 너클과 함께 상기 제1 너클로부터 상대 회동이 이루어지는 하모닉 기어; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치를 제공한다.

Description

전동식 독립 조향장치
본 발명은 전동식 독립 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 모든 구동 휠을 독립적으로 제어할 수 있는 전동식 독립 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 파워 스티어링 시스템은 펌프, 동력실린더를 겸한 기어박스, 배관 등 구성이 복잡하고 조타 보조력의 정밀한 제어가 어려우며 누유 시 파워 스티어링 작동이 이루어지지 않는 문제가 있어, 간단한 구성으로 조향이 가능하고 보조력의 정밀한 제어가 가능하도록 모터를 이용한 전동 조향장치가 개발되었다.
이러한 전동 조향장치는 모터에 볼 스크류를 매개로 구동링크가 전/후진 가능하게 설치되고, 구동링크에 회동링크가 연결되며, 회동링크에 타이로드가 연결되고, 타이로드가 너클에 연결된 구조로 이루어진다.
따라서, 모터의 회전방향에 따라 구동링크가 전/후진하고, 이에 회동링크가 시계방향 또는 반 시계방향으로 회동하며, 회동링크에 연결된 타이로드가 당겨지거나 밀림으로써 휠의 방향이 전환된다.
그러나, 종래의 전동 조향장치는 전기한 바와 같이 복잡한 연결 구조를 필요로 하며, 조향각도를 제한적으로 조절할 수 있는 한계를 가지고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 차량과 휠을 연결하는 너클에 조향장치를 설치하여 조향장치의 구성을 간소화할 수 있는 전동식 독립 조향장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량의 각 휠을 독립적으로 제어할 수 있고, 최대 90도까지 휠을 회전시킬 수 있는 전동식 독립 조향장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 스트럿부 하단에 일 단부가 결합되고, 상기 일 단부에서 외측방향으로 연장 돌출되는 상측 지지부와, 타 단부에서 상기 상측 지지부와 마주하도록 연장 돌출되는 하측 지지부를 포함하는 제1 너클; 상기 제1 너클 내측에서 상기 하측 지지부 상에 회전 가능하도록 배치되고, 내부에 모터가 설치되며, 외측에 구동 휠이 결합되는 제2 너클; 및 상기 상측 지지부로부터 회전 가능하도록 배치되어 상기 제2 너클과 함께 상기 제1 너클로부터 상대 회동이 이루어지는 하모닉 기어; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치를 제공한다.
상기 전동식 독립 조향장치는 상기 제2 너클과 구동 휠 사이에 구비되는 허브 베어링; 상기 허브 베어링 상에 결합되는 휠 디스크 및 상기 제2 너클에 결합되어 상기 휠 디스크의 회전력을 제한하는 제동부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 하모닉 기어는 상기 모터의 회전축과 연결되고 타원형으로 이루어지는 내륜과, 상기 내륜 외측에 복수개 구비된 볼을 매개로 상기 내륜의 타원 형상을 따라서 탄성 변형되는 외륜을 구비하는 베어링부와, 상기 베어링부가 개방된 내주면 일 측에 끼워지면서 타원으로 탄력적으로 변형되고, 일 측의 외주면에는 내측치형이 마련되며, 타 측이 상기 상측 지지부와 고정되도록 연결되는 탄성 스플라인 커버와, 내부에 상기 탄성 스플라인 커버가 삽입되고, 상기 내측치형의 장축방향 양측에 치합하는 외측치형이 내주면에 형성되며, 상기 베어링부의 회전에 따라서 고정된 상기 탄성 스플라인 커버를 중심으로 상대 회동하는 하우징을 포함할 수 있다.
상기 하모닉 기어는 상기 베어링부와 하우징의 회전방향이 동일하고, 상기 탄성 스플라인 커버의 회전방향이 상기 베어링부와 하우징에 대하여 상대적으로 반대방향으로 회전할 수 있다.
상기 탄성 스플라인 커버와 하우징의 감속비는 20:1~200:1 범위로 이루어질 수 있다.
상기 하모닉 기어는 상기 모터의 회전축과 베어링부 사이에 동력을 전달하는 동력전달부를 포함하고, 상기 동력전달부는 상기 모터의 회전축에 결합되는 보스와, 상기 보스의 일 단부에서 외측으로 돌출되는 플랜지를 구비하는 결합부재와, 상기 보스의 회전에 간섭되어 연동 회전하는 회전판을 포함하며, 상기 플랜지와 회전판의 상면 중 하나에는 제1돌부가 마련되고, 다른 하나에는 상기 제1돌부가 삽입되는 제1요부가 마련되며, 상기 회전판의 하면과 베어링부의 상면 중 하나에는 제2돌부가 마련되고, 다른 하나에는 상기 제2돌부가 삽입되는 제2요부가 마련될 수 있다.
상기 전동식 독립 조향장치는 상기 하모닉 기어 상부에 구비되고, 상기 상측 지지부에 상기 하모닉 기어를 고정함과 동시에 회동 가능하도록 지지하는 상부 베어링; 및 상기 제2 너클 하부에 구비되고, 상기 하측 지지부에 상기 제2 너클을 고정함과 동시에 회동 가능하도록 지지하는 하부 베어링; 을 더 포함하고, 상기 상부 베어링의 내륜은 상기 상측 지지부를 관통하여 결합된 상부 회동축을 중심으로 상기 상측 지지부에 일 면이 고정되고, 상기 탄성 스플라인 커버를 관통한 패스너가 타 면에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치에 의하면,
첫째, 전동식 독립 조향장치를 통해 각 휠을 개별적으로 구동할 수 있어 차량에 적용되는 경우 다양한 주행모드를 구현할 수 있고,
둘째, 조향장치에 필수적으로 수반되어야만 했던 복잡한 링크절의 구조를 제거할 수 있어 조향장치에 따른 구조를 간소화 할 수 있으며,
셋째, 구조를 간소화 하면서 차량의 내부 공간을 증대시킴과 동시에 경량화를 실현할 수 있고,
넷째, 하모닉 기어를 적용함으로써 모터 출력 대비 강력하면서도 정교한 조향 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치가 장착된 일 측의 휠을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 일 측의 휠 내부에 전동식 독립 조향장치가 장착된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 일 측의 휠 내부 구성을 분리하여 도시하는 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 전동식 독립 조향장치를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 전동식 독립 조향장치를 분해하여 도시하는 분해사시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 전동식 독립 조향장치의 하모닉 기어를 분해하여 도시하는 분해사시도이다.
도 7은 도 4에 나타낸 I-I' 단면을 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 6에 나타낸 전동식 독립 조향장치의 II-II' 단면을 도시하는 단면도 이다.
도 9는 본 발명의 전동식 독립 조향장치가 작동하여 휠의 조향 각도를 변화시킨 상태를 실시예 별로 도시하는 참고도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
*도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치가 장착된 일 측의 휠을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 일 측의 휠 내부에 전동식 독립 조향장치가 장착된 상태를 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 일 측의 휠 내부 구성을 분리하여 도시하는 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치(1)는 제1 너클(100)과, 제2 너클(200) 및 하모닉 기어(300)를 포함한다. 제1 너클(100)은 차체의 내부방향에 배치되고, 제2 너클(200)은 제1 너클(100) 보다 외측에 배치된다.
차량의 일 측 휠(10) 내부를 살펴보면, 타이어(11)가 결합된 휠(10)은 휠 디스크(30)와 함께 허브 베어링(40)의 일 측에 회전 가능하도록 결합된다.
허브 베어링(40)의 타 측은 제2 너클(200) 측면 상에 결합되면서 고정되고, 휠 디스크(30)의 회전력을 선택적으로 제한하는 제동부(50)도 제2 너클(200)에 결합된다.
도면에 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치(1)가 구비된 각 휠(10)은 인휠 모터(in wheel motor) 구동방식이 적용될 수 있다. 즉, 휠(10) 내부에 모터가 구비되어 각 휠에 독립적으로 구동력이 제공되며, 또한 전동식 독립 조향장치(1)가 각 휠(10)마다 구비되어 독립적으로 휠의 조향 각도를 제어할 수 있다.
제1 너클(100)의 상부에는 스트럿부(60)가 결합되고, 하부에는 로워암(70)이 결합된다. 스트럿부(60) 상부에는 서스펜션(20)이 구비될 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 전동식 독립 조향장치를 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 전동식 독립 조향장치를 분해하여 도시하는 분해사시도이다.
도 4 및 도 5를 살펴보면, 제1 너클(100)은 휠(10)이 배치되는 방향을 향하여 상측 지지부(110)와 하측 지지부(120)가 마련된다. 상측 지지부(110)와 하측 지지부(120)는 서로 마주하도록 제1 너클(100)의 측면에서 일체로 연장 돌출되고, 상측 지지부(110)와 하측 지지부(120) 사이에 제2 너클(200)과 하모닉 기어(300)가 결합된다. 이하에서는 제2 너클(200)과 하모닉 기어(300)가 결합된 상태를 회전모듈(RM)로 지칭한다.
회전모듈(RM)은 제1 너클(100) 내부에서 회동 가능하도록 배치된다. 이때, 회전모듈(RM)은 하모닉 기어(300) 상부에 마련된 상부 베어링(130) 상면이 상측 지지부(110)에 고정되고, 제2 너클(200)의 하부에 마련된 하부 베어링(140)이 하측 지지부(120)에 고정된다.
상측 지지부(110)에는 상부 회동축(111)이 삽입되어 상부 베어링(130)의 회전 중심이 되고, 하측 지지부(120)에는 하부 회동축(121)이 삽입되어 하부 베어링(140)의 회전 중심이 된다. 또한, 상측 지지부(110)를 관통하여 상부 베어링(130)의 내륜(131) 상면에 고정되는 패스너(F1)가 체결된다.
상부 베어링(130)의 외륜(132)은 하우징(330)과 결합된다. 하우징(330)의 상세한 설명은 후기하기로 한다.
제2 너클(200)의 내부에는 모터(M)가 장착된다. 모터(M)는 서보모터(servomotor)가 적용될 수 있다. 모터(M)는 별도 제어부(미도시)에서 회전 방향과, 회전 속도를 제어할 수 있다.
제2 너클(200)은 일 측면에 허브 베어링(도 3 참조, 40)이 결합되는 허브 베어링 장착부(210)가 마련된다. 허브 베어링(40)은 제2 너클(200)과 소정의 경사각을 갖도록 배치되기 때문에 허브 베어링 장착부(210) 역시 제2 너클(200)에 대하여 하부 방향으로 경사가 지도록 경사면으로 마련된다.
제2 너클(200)은 허브 베어링 장착부(210)에 인접하여 제동부 장착부(220)가 마련된다. 제동부(도 3 참조, 50)는 회전하는 휠 디스크(도 3 참조, 30)와 선택적으로 가압 및 마찰할 수 있도록 제동부 장착부(220) 상에 고정된다.
도 6은 도 5에 나타낸 전동식 독립 조향장치의 하모닉 기어를 분해하여 도시하는 분해사시도이고, 도 7은 도 4에 나타낸 I-I' 단면을 도시하는 단면도이고, 도 8은 도 6에 나타낸 전동식 독립 조향장치의 II-II' 단면을 도시하는 단면도이다. 여기서, 도 8a와 도 8b는 고정된 탄성 스플라인 커버(320)를 중심으로 베어링부(310)와 하우징(330)이 회전하는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 하모닉 기어는 제2 너클(200)의 상부에 결합되고, 모터로부터 회전력을 전달 받아서 회전모듈(도 5 참조, RM)에 회동을 전달한다. 이에 의해서, 제1 너클(100)에 대한 제2 너클(200)의 상대 회전운동이 구현되면서 조향기능을 수행할 수 있다.
하모닉 기어(300)는 베어링부(310)와, 탄성 스플라인 커버(320) 및 하우징(330)을 포함한다.
베어링부(310)는 모터(M)의 회전축(MS)과 연결되며 타원으로 이루어진 내륜(311)과, 내륜(311) 외측에 복수개의 볼(312)을 매개로 하여 내륜(311)의 회전에 따라서 장축방향(MD)으로 돌출되도록 탄성 변형되는 외륜(313)을 포함한다.
즉, 내륜(311)은 대략 얇은 타원기둥 형상을 가지며, 회전 중심에 동력전달부(340)가 결합되어 모터(M)의 회전력을 전달받아 회전하게 되는데, 내륜(311) 외측의 볼(312)은 내륜(311)의 회전에 따라서 외륜(313) 내부에서 구름 접촉운동을 수행한다. 이때, 외륜(313)은 내륜(311)의 장축방향(MD)으로 돌출되고, 단축 방향으로 오므려지도록 탄성을 가지는 링 형상으로 이루어진다. 도면에 도시하지는 않았지만, 베어링부(310) 내부에는 내륜(311)과 외륜(313) 사이에 볼(312)을 잡아주는 리테이너가 마련될 수 있다.
또한, 내륜(311)은 동력전달부(340)와 결합되면서 모터(M)의 동력을 제공받는데, 동력전달부(340)는 결합부재(341)와 회전판(342)을 포함한다.
결합부재(341)는 모터(M)의 회전축(MS)에 결합되는 보스(343)와, 보스(343)의 일 단부에서 외측으로 돌출되는 플랜지(344)를 포함한다. 보스(343)는 모터의 회전축(MS)과 키 체결구조로 결합될 수 있다. 모터의 회전축(MS)은 상부 회동축(111)과 하부 회동축(121) 사이에 마련되어 이들 사이에서 형성되는 회전 중심축(CS) 선상에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 회전 모듈(RM)은 회전 중심축(CS)을 기준으로 회전 중심을 이룬다. 모터 회전축(MS)의 회전력은 1차적으로 보스(343)에 전달된다. 보스(343)와 일체로 형성된 플랜지(344)는 적어도 하나 이상의 홈 형상으로 이루어진 제1요부(345)가 마련되며, 제1요부(345)는 회전판(342)의 상면에 마련된 제1돌부(346)와 간섭되도록 배치된다. 따라서, 회전판(342)은 결합부재(341)와 연동하여 회전이 이루어진다. 회전판(342)의 하면에는 제2돌부(347)가 마련되고, 제2돌부(347)는 베어링부(310)의 내륜(311) 상면에 형성된 제2요부(315)에 삽입되어 베어링부(310)에 회전력을 전달한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 제1돌부(346)와 제1요부(345) 및 제2돌부(347)와 제2요부(315)는 그 위치가 서로 반대방향으로 배치될 수도 있다.
그리고, 탄성 스플라인 커버(320)는 중공의 원통 형상을 가지며, 일 측은 개구되고, 타 측은 폐쇄된 예컨대 용기와 같은 형상을 가진다.
탄성 스플라인 커버(320)의 일 측 내주면에는 베어링부(310)가 결합되며, 베어링부(310)의 외륜(313)이 탄력적으로 변형되는 것에 대응하여 일 측 단부의 영역이 탄성 변형된다. 또한, 탄성 스플라인 커버(320)의 내부에 동력전달부(340)가 베어링부(310)와 결합되면서 수납된다. 탄성 스플라인 커버(320)의 일 측 외주면에는 내측치형(321)이 마련된다. 탄성 스플라인 커버(320)의 타 측은 상부 베어링(130)의 내륜(131) 하면에 패스너(F2)를 통해 고정된다. 따라서, 탄성 스플라인 커버(320)은 상부 베어링(130)의 내륜(131)과 함께 상측 지지부(110)에 고정된다.
그리고, 하우징(330)은 탄성 스플라인 커버(320)의 내측치형(321)에 대응하는 위치에 외측치형(331)이 일 측 내주면에 형성된다. 하우징(330)의 일 측은 제2 너클(200) 상에 고정되고, 타 측에는 상부 베어링(130)의 외륜(132)이 결합된다.
따라서, 탄성 스플라인 커버(320)의 내측치형(321)이 장축방향(MD)으로 외측치형(331)과 치합하면서 고정된 탄성 스플라인 커버(320)에 대해서 하우징(330)에 상대적으로 회전력이 전달된다. 하우징(330)은 상부에 상부 베어링(130)의 외륜(132)이 결합되고, 함께 제2 너클(200)이 결합되기 때문에 이들과 함께 회동이 이루어진다.
하모닉 기어(300)는 베어링부(310)와 하우징(330)의 회전 방향이 동일하게 이루어질 수 있다.
탄성 스플라인 커버(320)과 하우징(330)의 감속비는 20:1~200:1 범위로 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 100:1의 감속비로 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 전동식 독립 조향장치가 작동하여 휠의 조향 각도를 변화시킨 상태를 실시예 별로 도시하는 참고도이다.
도 9a는 차량(V)이 직진방향으로 진행할 때 휠의 상태를 나타내고, 도 9b는 차량(V)이 우회전할 때의 상태(약 45도 회전한 상태)를 나타낸다. 이러한 휠(10)의 상태는 전동식 독립 조향장치(1)ㄹ르 이용하여 일반적인 차량과 동일한 기능과 효과를 제공할 수 있다.
도 9c는 차량(V)이 우측 차선으로 차선을 변경할 때의 상태를 나타낸다. 즉, 모든 휠이 우측의 동일 방향으로 회전하여 수평 이동모드로 조향이 가능해진다.
일반적인 차량(V)의 경우 네 개의 휠(10)을 이용하여 일부는 구동력을 제공(사륜구동 제외)하고, 또는 일부는 조향에 관여하는데, 본 발명의 전동식 독립 조향장치(1)를 적용한 차량에서는 네 개의 휠이 모두 이동할 방향을 향하여 회전하면서 수평 이동모드의 조향을 구현할 수 있다. 이러한 수평 이동모드는 일반 차량이 선회 주행을 통해서 차선을 변경하는 구조와는 차이점이 있으며, 급차선 변경과 같은 상황에서도 보다 안전하게 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 9d는 차량을 제자리에서 360도 회전할 수 있는 제자리 회전모드의 조향 상태를 나타낸다.
예컨대, 좌측 전방의 휠(10a)과 우측 후방의 휠(10b)이 서로 마주하도록 회동하고, 우측 전방의 휠(10c)과 좌측 후방의 휠(10d)이 서로 마주하도록 회동하되, 이들이 서로 마주하는 가상의 연장선이 서로 직교하는 경우 제자리 회전모드를 적용할 수 있다.
다시 말해, 각 전동식 독립 조향장치(1)가 차량(V)의 회전 중심(C)을 향하도록 약 45°회동하고, 좌측 휠(10a, 10d)이 후방으로 구동하고, 우측 휠(10c, 10b)이 전방을 향해 구동하는 경우 제자리에서 좌측방향(반시계방향)으로 회동이 이루어질 수 있다.
도 9e는 차량이 수평 이동할 때의 상태(약 90도 회전한 상태)인 완전 수평 이동모드를 나타낸다.
즉, 차량(V)은 보통 운전자가 바라보는 정면 방향을 향해서 이동하는데, 도 8e의 경우는 운전자의 측면방향으로 이동할 수 있다.
이러한 완전 수평 이동모드는 간격이 좁은 평행주차를 보다 용이하게 수행할 수 있도록 도와준다. 반대로, 앞뒤 간격이 좁은 틈에서 빠져 나오는 경우에도 완전 수평 이동모드를 이용하면 용이하게 빠져 나올 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 조향장치에 의하면 전동식 독립 조향장치를 통해 각 휠을 개별적으로 구동할 수 있어 차량에 적용되는 경우 다양한 주행모드를 구현할 수 있고, 조향장치에 필수적으로 수반되어야만 했던 복잡한 링크절의 구조를 제거할 수 있어 조향장치에 따른 구조를 간소화 할 수 있으며, 구조를 간소화 하면서 차량의 내부 공간을 증대시킴과 동시에 경량화를 실현할 수 있고, 하모닉 기어를 적용함으로써 모터 출력 대비 강력하면서도 정교한 조향 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 전동식 독립 조향장치
100 : 제1 너클
200 : 제2 너클
300 : 하모닉 기어
310 : 베어링부
320 : 탄성 스플라인 커버
330 : 하우징
340 : 동력전달부
10 : 휠

Claims (7)

  1. 스트럿부에 결합 가능하게 마련되고, 일 단부에서 외측방향으로 연장 돌출되는 상측 지지부와, 타 단부에서 상기 상측 지지부와 마주하도록 연장 돌출되는 하측 지지부를 포함하는 제1 너클;
    상기 제1 너클에 대해서 회전 가능하도록 배치되고, 내부에 모터가 설치되며, 외측에 구동 휠이 연결되는 제2 너클; 및
    상기 제1 너클과 제2 너클 사이에 마련되고, 모터와 연결되어 상기 제1 너클에 대한 제2 너클의 감속회전을 유발하는 하모닉 기어;를 포함하되,
    상기 제2너클과, 상기 모터와, 상기 하모닉 기어는 조향기능을 수행하는 회전모듈을 구성하고,
    상측 지지부에 상부 회동축이 배치되고, 하측 지지부에 하부 회동축이 배치되어 회전 모듈의 회전 중심을 구성하며,
    상기 모터의 회전축은 상부 회동축과 하부 회동축 사이에 마련되어 이들 사이에서 형성되는 회전 중심축 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 너클과 구동 휠 사이에 구비되는 허브 베어링;
    상기 허브 베어링 상에 결합되는 휠 디스크 및
    상기 제2 너클에 결합되어 상기 휠 디스크의 회전력을 제한하는 제동부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하모닉 기어는,
    상기 모터의 회전축과 연결되고 타원형으로 이루어지는 내륜과, 상기 내륜 외측에 복수개 구비된 볼을 매개로 상기 내륜의 타원 형상을 따라서 탄성 변형되는 외륜을 구비하는 베어링부와,
    상기 베어링부가 개방된 내주면 일 측에 끼워지면서 타원으로 탄력적으로 변형되고, 일 측의 외주면에는 내측치형이 마련되며, 타 측이 상기 상측 지지부와 고정되도록 연결되는 탄성 스플라인 커버와,
    내부에 상기 탄성 스플라인 커버가 삽입되고, 상기 내측치형의 장축방향 양측에 치합하는 외측치형이 내주면에 형성되며, 상기 베어링부의 회전에 따라서 고정된 상기 탄성 스플라인 커버를 중심으로 상대 회동하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하모닉 기어는,
    상기 베어링부와 하우징의 회전방향이 동일하고, 상기 탄성 스플라인 커버의 회전방향이 상기 베어링부와 하우징에 대하여 상대적으로 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성 스플라인 커버와 하우징의 감속비는 20:1~200:1 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 하모닉 기어는 상기 모터의 회전축과 베어링부 사이에 동력을 전달하는 동력전달부를 포함하고,
    상기 동력전달부는,
    상기 모터의 회전축에 결합되는 보스와, 상기 보스의 일 단부에서 외측으로 돌출되는 플랜지를 구비하는 결합부재와,
    상기 보스의 회전에 간섭되어 연동 회전하는 회전판을 포함하고,
    상기 플랜지와 회전판의 상면 중 하나에는 제1돌부가 마련되고, 다른 하나에는 상기 제1돌부가 삽입되는 제1요부가 마련되며,
    상기 회전판의 하면과 베어링부의 상면 중 하나에는 제2돌부가 마련되고, 다른 하나에는 상기 제2돌부가 삽입되는 제2요부가 마련되는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 하모닉 기어 상부에 구비되고, 상기 상측 지지부에 상기 하모닉 기어를 고정함과 동시에 회동 가능하도록 지지하는 상부 베어링;
    상기 제2 너클 하부에 구비되고, 상기 하측 지지부에 상기 제2 너클을 고정함과 동시에 회동 가능하도록 지지하는 하부 베어링; 을 더 포함하고,
    상기 상부 베어링의 내륜은,
    상기 상측 지지부를 관통하여 결합된 상부 회동축을 중심으로 상기 상측 지지부에 일 면이 고정되고, 상기 탄성 스플라인 커버를 관통한 패스너가 타 면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전동식 독립 조향장치.
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