KR100841668B1

KR100841668B1 - 스티어-바이-와이어용 조향 장치

Info

Publication number: KR100841668B1
Application number: KR1020047001046A
Authority: KR
Inventors: 듀이츠요하네스아드리아누스마리아; 반데햄안드레아스클레멘스; 반데캄프요하네스하예; 슈미트클레멘스
Original assignee: 아크티에볼라겟 에스케이에프
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2008-06-27
Also published as: JP2004535975A; US20040262071A1; EP1409326B1; CN1543409A; NL1018627C2; WO2003010040A1; US7207411B2; JP4064919B2; DE60202074T2; KR20040017349A; DE60202074D1; EP1409326A1; CN1326736C

Abstract

스티어-바이-와이어용 조향 장치는 조향 휠(11)의 각도 위치를 탐지하는 각도 감지(12) 수단, 상기 각도 감지 수단(12)에 연결되고 차량의 피조향 바퀴(20)의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 배치되는 바퀴 위치 센서(22)에 연결가능한 처리 수단(10)을 포함한다. 상기 처리 수단(10)은 상기 피조향 바퀴(11)에 기계적으로 결합된 조향 액추에이터(21)에 연결가능하고, 상기 조향 휠(11)의 각도 위치에 따라 상기 조향 액추에이터(21)를 구동하도록 구성된다. 상기 조향 장치는 상기 조향 휠(11) 상의 마찰력을 제공하기 위한 마찰 수단(14)을 더욱 포함하는데, 이 마찰 수단(14)은 상기 처리 수단(10)에 연결되며, 이 처리 수단(10)은 상기 바퀴 위치 센서 출력 신호에 따라 상기 마찰 수단(14)을 구동하도록 구성된다.

Description

스티어-바이-와이어용 조향 장치{STEER UNIT FOR STEER-BY-WIRE}

본 발명은 지게차와 같은 차량에 있어서의 스티어-바이-와이어(steer-by-wire) 적용을 위한 조향 장치에 관한 것이다. 스티어-바이-와이어 시스템에 있어서, 조향 휠(운전자에 의해 작동됨)과 (피조향) 바퀴의 액추에이터 사이의 직접적인 기계적 연결은 없다. 더 구체적으로 말하자면, 본 발명은 조향 휠의 각도 위치(angular position)를 탐지하는 각도 감지 수단과, 상기 각도 감지 수단에 연결되는 처리 수단으로서 차량의 피조향 바퀴의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 구성된 바퀴 위치 센서에 연결가능한 처리 수단을 포함하고, 상기 처리 수단은 상기 피조향 바퀴에 기계적으로 연결되는 조향 액추에이터에 연결가능하고 상기 조향 휠의 각도 위치에 따라 상기 조향 액추에이터를 구동하도록 배치되어 있는 조향 장치로서, 상기 조향 장치는 상기 조향 휠 상에 마찰력을 제공하기 위한 마찰 수단을 더 포함하고, 이 마찰 수단은 상기 처리 수단에 연결되며, 이 처리 수단은 상기 바퀴 위치 센서 출력 신호에 따라 상기 마찰 수단을 구동하도록 구성되고, 상기 조향 휠 상에 마찰력을 제공하고, 처리 수단에 연결되는 마찰 수단을 더 포함하고, 상기 처리 수단은 바퀴 위치 센서의 출력 신호에 따라 마찰 수단을 구동하도록 구성되는 것인 조향 장치에 관한 것이다.
상기 조향 장치는 특히 지게차에서 사용되는 경우, 차량의 조향 휠을 조작하는 운전자에게 인공적인 감각을 제공하기 위한 매우 비용 효율적인 해결책을 제공한다. 통상의 전륜 조향 차량에 있어서, 전기 브레이크는 운전자에게 인공적인 감각을 제공하는 비용 효율적인 해결책이다. 지게차에서, 피조향 바퀴는 조향 후에 중립 위치로 돌아가지 않게 되는데(이것은 원하지 않았던 작용일 수도 있음), 본 발명은 이러한 용례에 특히 적합하다.

독일 특허 DE-A-198 34 868호는 차량에 있어서의 스티어-바이-와이어 적용을 위한 조향 휠 조절 장치를 개시하고 있다. 상기 조향 휠 조절 장치는 조향 휠의 회전 운동을 감지하는 각도 감지 수단을 포함한다. 2개의 리던던시형 전기 모터(redundant electric motor)에 의해 운전자에 대한 피드백이 이루어진다. 상기 조향 휠 조절 장치는 상기 차량의 피조향 바퀴 구동용 액추에이터에 연결될 수도 있다.

상기 조향 휠 조절 장치의 단점은 운전자에게 인공적인 감각(피드백)을 제공하기 위해서 전기 모터를 필요로 한다는 점이다. 이것은 전륜이 조향되는 차량의 자기 정렬 효과에 의해서 야기되고, 따라서 상기 조향 휠을 구동하기 위한 전기 모터를 필요로 한다.
미국 특허 제4,771,846호는 서두에서 정의한 조향 장치를 설명하는 바, 처리 수단은 바퀴 위치 센서 출력 신호에 따라 마찰 수단을 구동하도록 구성된다. 상기 장치는 조향 휠과 피조향 바퀴 사이에 기계적인 연결이 없는 조향 시스템에서 운전자에 대한 인공적인 조향 감각을 제공한다. 상기 장치는 기계적인 엔드 스톱을 더 제공하여, 각각의 조향 방향에 있어서 조향 휠의 최대 회전을 정의한다.

본 발명은 구현하기가 더 용이하고 보다 비용 효율적인 조향 시스템에 대한 엔드 스톱을 제공하는 스티어-바이-와이어 용례에 사용되는 조향 장치를 제공하고자 한다.

본 발명에 따르면, 서두에서 설명한 타입의 조향 장치가 제공되는 바, 처리 수단은 엔드 스톱에서 마찰 수단을 작동시키도록 구성된다.

상기 엔드 스톱은 조향 액추에이터의 기계적인 한도에 해당하거나, 상기 처리 수단은 하나 이상의 차량 파라메터를 기초로 하여 엔드 스톱을 결정하도록 구성될 수도 있다. 상기 하나 이상의 파라메터는 차량 속도, 적재량, 적재 높이 등으로 이루어지는 그룹 중 1종 이상이다. 이에 따라, 조향 휠에 다양한 파라메터를 기반으로 한 가변적인 엔드 스톱을 제공할 수 있다. 이로써, 수많은 상황을 고려할 수 있는 융통성 있는 실질적인 엔드 스톱 시스템(virtual end stop system)이 가능해진다. 특히 지게차의 경우, 적재량이나 적재 높이를 포함하면, 엔드 스톱이 운전자의 조향 동작을 더욱 제한하게 됨에 따라 운전자가 지나치게 급하게 선회하는 것을 방지하기 때문에 차량의 훨씬 더 안전한 운전을 유도한다. 이러한 방법으로, 운전자에게 피조향 바퀴 위치가 피드백된다. 이는 조향 제어의 응답성을 개선하고 안전도를 향상시키게 된다.

다른 실시예에 있어서, 상기 처리 수단은 엔드 스톱에 접근할 때, 조향 휠 상의 마찰을 점점 증가시키도록 구성된다. 이것은 운전자가 어쩌면 위험한 상황에 접근하고 있다는 것이나 또는 적어도 그의 차량의 현재의 조향 한계에 접근하고 있다는 것을 운전자에게 경고하게 된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 조향 휠이 제1 방향의 반대 방향으로 회전할 때에 비하여, 제1 방향으로 회전할 때 보다 높은 마찰력을 인가하도록 마찰 수단을 구동하도록 구성된다. 이 실시예에서, 운전자는 커브를 돌 때는 조향 휠에서 보다 큰 마찰력을 느낄 수 있고, 커브에서 벗어날 때는 조향 휠에서 보다 낮은 마찰력을 느낄 것이다.

상기 처리 수단은 각도 감지 수단으로부터 결정된 상기 조향 휠의 회전비가 상기 조향 액추에이터의 대응하는 최대 회전비보다 클 때, 조향 휠 상의 마찰을 증가시키도록 구성될 수도 있다. 이는 운전자가 스티어-바이-와이어 시스템에 너무 큰 입력을 가하는 것을 방지하게 되고 조향 휠 회전 후에 피조향 바퀴의 작동이 지연되는 문제를 방지할 것이다. 조향 휠과 피조향 바퀴 사이의 각도 에러를 기반으로 하여 전술한 방식으로 조향 휠 상의 마찰을 제어하는 것 또한 가능하다.

또 다른 실시예에서, 처리 수단은 조향 휠 회전과 피조향 바퀴 회전 사이의 비율을 조절하도록 구성된다. 이것은 조향 휠의 절대 각도 위치와 피조향 바퀴의 절대 각도 위치 사이의 관계를 변동시킬 수 있다. 이 실시예는 또한 피조향 바퀴의 중립 위치에 대응하여 조향 휠이 중립 위치로 되돌아오는 것을 허용한다(차량은 직선 운동을 함).

다른 실시예에 따르면, 마찰 수단은 조향 휠의 제1 부분과 맞물리고, 조향 휠은 제1 부분과 연결되는 플렉시블 커플링(flexible coupling)을 포함한다. 처리 수단은 조향 휠의 방향 변화가 상기 각도 감지 수단 신호로부터 탐지될 때, 마찰 수단을 해제시키도록 구성된다. 마찰 수단이 맞물릴 때(조향 휠 상의 높은 마찰력), 플렉시블 커플링은 운전자가 엔드 스톱으로부터 멀어지게 조향 휠을 회전시키는 것을 허용하는데, 이것은 각도 감지 수단에 의해 탐지될 수 있다. 이러한 사건을 탐지하는 즉시, 그 후 처리 수단은 마찰 수단을 해제시킬 수 있다. 플렉시블 커플링은, 예컨대 탄성재로 형성된 길고 얇은 조향 휠 샤프트 또는 조향 휠 샤프트나 마찰 수단에 부착된 푸퍼(puffer)와 같은 탄성 요소를 사용한 다른 도구를 마련함으로써 제공될 수 있다. 그러나, 또한 단순히 이동을 위한 어느 정도의 클리어런스(clearnace) 또는 공간을 마련함으로써 동일한 효과를 달성할 수도 있다. 다른 실시예에서, 조향 장치는 조향 휠 샤프트 상의 토크를 탐지하는 탐지 요소를 더욱 포함하고, 이 탐지 요소는 처리 수단에 연결된다. 이러한 경우, 처리 수단은 상기 조향 휠 상의 토크의 방향이 변할 때, 조향 휠 샤프트 상의 마찰을 줄이도록 구성될 수 있다. 이것은 운전자가 피조향 바퀴를 반대 방향으로 회전시키고자 할 때 조향 휠 상의 마찰력을 빨리 해제하는 것을 가능하게 한다.

다른 실시예에서, 조향 장치는 차량 휠 상의 외부 토크를 탐지하는 하나 이상의 휠 토크 센서을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 휠 토크 센서는 처리 수단에 연결된다. 이러한 경우, 처리 수단은 또한 휠 토크 센서 출력에 따라 상기 마찰 수단을 구동하도록 배치될 수 있다. 이것은, 예컨대 피조향 바퀴가 경계석과 충돌할 때, 피조향 바퀴 상의 외력의 실제 피드백을 운전자에게 제공하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예에서 마찰 수단은, 예컨대 전자기 브레이크, 전기유동학적(electroheological) 또는 자기유동학적(magnetoreological) 유체 브레이크와 같은 전기적으로 제어되는 브레이크를 포함할 수 있다. 전기유동학적 또는 자기유동학적 유체 브레이크는 전기 신호 및 자기 신호를 각각 사용하여 점도가 제어되는 유체를 포함한다. 상기 전자기식 브레이크는, 예컨대 상기 조향 휠의 샤프트에 부착된 디스크를 포함하고, 상기 디스크에 실질적으로 평행하게 위치한 하나 이상의 전자기 코일을 포함하는데, 이 전자기 코일은 처리 수단에 연결된다. 이것은 매우 비용 효율적인 마찰 수단을 구현한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 디스크는 플렉시블 커플링에 의해 조향 휠의 샤프트에 부착된다. 이것은 조향 휠을 갑작스럽게 방해하는 것을 방지하고, 운전자가 보다 편안하게 조향 휠을 약간씩 이동시킬 수 있게 한다. 이것은 또한 조향 휠 상의 토크 센서의 작동을 향상시킬 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 마찰 수단은 기계식 봉쇄 수단을 포함한다. 이들 기계식 봉쇄 수단은 비용 효율적인 방식으로 구현되고, 스티어-바이-와이어 시스템을 위한 가변적인 엔드 스톱의 기능성을 제공한다. 기계식 봉쇄 수단은 실시예에서 조향 휠 샤프트에 부착된 디스크와 봉쇄 부재를 포함할 수 있는데, 상기 디스크는 그 둘레에 하나 이상의 톱니형 프로파일이 마련되어 있고, 상기 봉쇄 부재는 봉쇄 위치와 아이들(idle) 위치 사이에서 액추에이터에 의해 제어가능하다. 디스크 상에 이중 배향 톱니형 프로파일을 마련함으로써, 마찰 수단은 양쪽의 조향 방향으로 작동가능하다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 봉쇄 부재의 운동 감지용 센서를 포함할 수 있다. 이것은 운전자의 역조향 행위를 매우 단순하고 비용 효율적으로 탐지하는 것을 가능하게 한다. 봉쇄 수단이 엔드 스톱에 접근할 때 맞물리면, 톱니형 프로파일은 조향 휠이 반대 방향으로 움직이는 것을 허용하고, 이는 다양한 수단을 사용하여 탐지될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 기계식 봉쇄 수단은 조향 휠 샤프트에 부착된 디스크와 봉쇄 부재를 포함하는데, 상기 디스크는 그 둘레에 반구형 오목부가 마련되어 있고, 상기 봉쇄 부재는 이것이 상기 반구형 오목부와 맞물리는 제1 위치 사이와 상기 디스크가 자유롭게 회전할 수 있는 제2 위치 사이에서 이동가능하다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 여러 개의 예시적인 실시예를 이용하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어-바이-와이어 용례에 사용하기 위한 조향 구성의 개요 다이어그램을 보여준다.

도 2은 본 발명의 실시예에 사용되는 조향 장치의 단면도를 보여준다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향 휠 장치의 분해도를 보여준다.

도 4a는 기계식 봉쇄 수단의 제1 실시예의 부분 측면도를 보여준다.

도 4b는 도 4a의 실시예의 평면도를 보여준다.

도 5는 기계식 봉쇄 수단의 제2 실시예의 부분 측면도를 보여준다.

도 1은 스티어-바이-와이어 용례에 사용하기 위한 조향 구성의 개요 다이어그램을 보여준다. 처리 수단 또는 제어기(10)는 조향 구성의 주요 유닛으로, 다양한 입력 신호를 수신하고 복수의 다른 장치를 제어한다. 차량의 운전자는 조향 휠(11)을 사용하여 차량의 피조향 바퀴(20)의 위치를 제어한다. 상기 피조향 바퀴(20)의 각도 위치는 액추에이터(21)에 의해 제어되는데, 이 액추에이터는 유압식 액추에이터이거나 전기식 또는 기계식으로 구동되는 액추에이터이다.

상기 조향 휠(11)[조향 휠의 샤프트(17)]의 각도 위치는 각도 센서(12)와 같은 각도 감지 수단에 의해 탐지되는데, 이 각도 감지 수단은 상기 제어기(10)에 연결된다. 어떤 용례에서는, 상기 각도 센서(12)가 증분식(incremental type)일 수 있으며, 즉 출력 신호가 각도 변위에 비례한다. 그러나, 보다 정교한 기능을 위하여, 후술되는 바와 같이, 상기 각도 센서(12)는 1회 회전(2 파이)을 하거나 또는 복수 회 회전(+/-3 회전)애 대해서 상기 조향 휠(11)의 절대 위치와 관련된 신호를 출력해야 한다. 절대 각도 센서(12)에 관련하여, 상기 조향 휠(11)의 조향 각도는 구동 방향(피조향 바퀴의 조향 각도)에 직접적으로 관련된다. 중복성이 필요한 경우, 상기 각도 센서(12)는 2개의 센서를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 조향 휠(11) 상에 인가되는 토크는 선택적인 토크 센서(13)에 의해 측정되어 상기 제어기(10)에 입력된다. 상기 제어기(10)은 또한 휠 각도 센서(22)로부터 입력 신호를 수신하는데, 이 휠 각도 센서는 상기 차량의 피조향 바퀴(20)의 실제 각도 위치를 측정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이것은 액추에이터(액추에이터 요소)(21)의 위치를 감지함으로써 간접적으로 완수될 수도 있다. 별법으로서, 상기 휠 각도 센서(22)는, 예컨대 킹 핀 조립체(king pin assembly)와 일체화되어 상기 피조향 바퀴(20)에 장착될 수 있다.

또한, 상기 제어기(10)는 차량의 속도를 나타내는 속도 신호(24)를 수신할 수 있다. 또한, 상기 제어기(10)는, 예컨대 전자기 브레이크 시스템과 같은 긴급 브레이크(25)에 연결되어, 긴급 정지를 가능하게 할 수도 있다.

다른 실시예에서 전술한 조향 구성에는 휠 토크 센서(23)가 더 마련되고, 이 휠 토크 센서는 상기 피조향 바퀴(20)에 의해 상기 액추에이터(21)에 인가되는 토크를 나타내는 신호, 즉 상기 피조향 바퀴(20) 상에 외부적으로 인가되는 토크에 비례하는 신호를 상기 제어기(10)에 제공할 수도 있다. 이것은, 예컨대 차량의 소정의 회전 반경에 대한 지나치게 높은 속도에 의해 야기될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 조향 구성은 마찰 수단(14)을 더 포함하여, 운전자가 상기 조향 휠(11)을 작동시킬 때 운전자에게 인공적인 조향 감각을 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 마찰 수단(14)은 전자기 브레이크를 포함한다. 상기 전자기 브레이크는 디스크(15)를 포함할 수 있는데, 이 디스크는 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17)에 고정식으로 부착되고 바람직하게는 투자율이 높은 자성체로 형성된다. 다수의 전자기 코일을 포함하는 고정자(16)가 상기 금속 디스크(15)와 평행하게 위치한다. 상기 고정자(16) 상의 전자기 코일에 전압을 인가함으로써, 상기 조향 휠(11)에 마찰력이 발생되는데, 즉 차량의 운전자가 조향 휠을 회전시키기 위하여 조향 휠에 더 많은 작용력을 가해야 한다. 상기 고정자(16) 상의 코일에 대한 구동 신호의 강도를 변화시킴으로써, 마찰력이 변할 수 있다.

전술한 조향 구성은 상기 고정자(16) 상의 코일에 어떤 역치보다 높은 전압을 인가함으로써, 상기 조향 휠(11)을 위한 (실질적인) 엔드 스톱을 제공하는 데에 효율적으로 사용될 수 있다. 이것은 여러 가지 방법으로 실시될 수 있다.

우선, 상기 제어기(10)는 상기 액추에이터(21)[그리고 피조향 바퀴(20)]가 기계적 한도에 의해 결정되는 극단 위치 중 하나에 위치할 때 상기 액추에이터(21)로부터 각도 위치 신호를 수신하고 감지한다. 상기 극단 위치에서, 상기 제어기(10)는 상기 고정자(16) 상의 코일에 어떤 역치보다 높은 전압을 인가하여 상기 조향 휠(11)이 더 회전하는 것을 효율적으로 봉쇄한다(효율적으로 엔드 스톱을 제공함).

또한, 상기 제어기(10)는 상기 피조향 바퀴(20)의 임의의 다른 각도 위치로 실질적인 엔드 스톱을 결정할 수 있는데, 이 위치에서 상기 조향 휠(11)은 동일한 방향으로 더 이상 회전될 수 없다. 상기 실질적인 엔드 스톱은, 예컨대 차량 속도 신호(24)에 따라 제어되어, 차량 속도에 따른 최대 회전 반경을 효율적으로 설정한다. 상기 속도 신호(24)와는 별도로, 다른 신호들도 지게차의 적재량 중량 또는 적재 높이와 같은 실질적인 엔드 스톱을 설정하기 위해 제어기에 입력될 수도 있다. 상기 제어기(10)는, 예컨대 여러 개의 입력 파라메터(속도, 적재량, 적재 높이 등)를 기반으로 하여 실질적인 엔드 스톱을 설정하기 위해서 차량(또는 지게차) 모델을 사용한다.

(실질적인) 엔드 스톱을 제공하는 것 이외에, 상기 제어기(10)는 또한 (실질적인) 엔드 스톱에 접근할 때 상기 마찰 수단(14)의 마찰을 점점 증가시키도록 구성될 수도 있다. (실질적인) 엔드 스톱으로의 접근은 상기 휠 각도 센서(22)로부터의 신호로부터 결정될 수 있다. 그 후, 운전자는 차량의 회전 용량 한도에 접근하고 있다는 것을 감지 하게 된다. 동일한 방식으로, 커브를 돌 때 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17) 상에 보다 높은 마찰력을 가하거나 커브에서 벗어날 때 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17) 상에 더 낮은 마찰력을 가함으로써 운전자에게 인공적인 감각이 부여된다.

상기 제어기(10)가 상기 조향 휠(11)의 회전 속도가 상기 액추에이터(21)의 (물리적으로 제한되는) 최대 각속도보다 큰 것을 감지할 때, 상기 마찰 수단(14)에 의해 가해지는 마찰력은 증가될 수도 있다. 상기 조향 휠(11)의 회전 속도는 상기 각도 센서(12)로부터의 신호로부터 상기 제어기(10)에 의해 결정될 수 있다.

상기 토크 센서(13)는 상기 조향 휠(11) 상에 운전자에 의해 가해지는 토크를 나타내는 신호를 제공한다. 운전자가 커브를 돌기 시작하고 상기 마찰 수단(14)이 상기 조향 휠(11)에 마찰력을 가할 때, 토크 센서(13)에 의해 제1 방향으로의 토크가 감지될 것이다. 운전자가 역방향으로 조향하고자 할 때, 상기 마찰 수단(14)은 여전히 마찰력을 가할 것이다. 상기 토크 센서(13)가 반대 방향의 토크를 나타내는 신호를 상기 제어기(10)에 제공하면(운전자가 역방향으로 조향하고자 하는 것을 나타냄), 상기 제어기는 마찰 수단(14)를 해제하거나 보다 낮은 마찰력을 인가할 것이다.

본 발명은 또한 상기 조향 휠(11)의 중립 위치로 방향을 바꾸는 것을 허용한다. 상기 조향 휠(11)과 피조향 바퀴(20) 사이에 직접적인 기계적 결합부가 없기 때문에, 상기 조향 휠(11)이 중립 위치에 있을 때 상기 피조향 바퀴(2)는 중립 각도 위치(차량이 전방으로 직진 주행)에 놓이지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이것은 차량 운전자에게 있어서 불편한 상황일 것이다. 본 발명은, 즉 상기 제어기(10)에서의 민감도를 조절함으로써 상기 조향 휠(11)의 중립 위치로 방향을 바꾸는 것을 허용한다.

상기 제어기(10)는 또한 상기 휠 토크 센서(23)로부터의 신호를 이용함으로써 상기 조향 휠(11)을 매개로 운전자에게 보다 현실적인 인공적 감각을 제공하도록 구성될 수 있다. 외력이 상기 차량의 피조향 바퀴(20)에 가해질 때, 감지된 신호가 상기 제어기(10)에 입력되고, 그 후 이 감지 신호는 상기 마찰 수단(14)의 마찰력을 조절할 수 있다. 이것은, 예컨대 차량이 경계석에 충돌할 때 상기 조향 휠(11)의 반응을 통해 운전자에게 감각적인 표시를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제어기(10)는 안전도 확인 기능을 제공할 수 있다. 상기 제어기(10)는 모든 구성 요소(센서, 액추에이터)가 적절히 작동하고 있는지 확인할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제어기(10)는 CAN 버스 인터페이스(bus interface)와 같은, 이용가능한 차량 제어 시스템에 결합하기 위한 인터페이스를 마련할 수 있다. 캔 버스 인터페이스를 통해 여러 개의 파라메터(실제 조향 각도, 알람, 상태 등)가 차량의 상기 차량 제어 시스템 또는 다른 구성 요소에 전달될 수 있다.

일실시예에 있어서, 상기 휠 각도 센서(22)는 정확한 조향 각도 신호를 상기 제어기(10)에 제공하기 위해서 킹 핀 조립체와 일체화될 수 있다. 그 후, 상기 제어기(10)는, 예컨대 차량 모델을 사용하여 탐지된 조향 각도에 관련된 최대 속도를 결정하도록 구성될 수 있다. 차량이 지게차인 경우, 모델은 차량의 중량뿐만 아니라 적재량 중량 및 적재 위치도 통합할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 최대 산출(허용가능한) 속도는 상기 차량의 실제 속도를 제어하는 데에 사용된다(실제 회전비가 너무 높은 경우, 차량의 속도를 효율적으로 줄임).

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 마찰 수단은 디스크(15)를 포함하는데, 이 디스크는 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17)에 고정식으로 부착된다. 이 실시예의 상기 조향 휠 부분은 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 하우징(30)을 구비한 조향 휠 장치를 보여주는데, 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17)는 2개의 베어링(31, 32)를 사용하여 하우징 내에 장착된다. 상기 하우징의 전방부에는 상기 각도 센서(12)뿐만 아니라 상기 각도 센서 신호를 (사전)처리하기 위한 선택적 전기 회로 기판(33)도 위치한다. 상기 마찰 수단(14)의 고정자(16)는 상기 하우징(30)에 고정식으로 장착된다. 이 실시예에서, 상기 디스크(15)(전술한 내용 참조)는 고무 주형과 같은 플렉시블 커플링에 의해 상기 조향 휠 샤프트(17)에 연결된다. 이것은 운전자가 상기 조향 휠(11)을 조작하는 동안 보다 자연스러운 감각을 느끼게 하는데, 그 이유는 조향 휠(11)을 갑작스럽게 방해하는 것을 방지하기 때문이다. 상기 플렉시블 커플링은 상기 마찰 수단(14)이 상기 디스크(15)에 매우 큰 힘을 인가하는 경우에도 상기 조향 휠이 약간씩 이동되게 한다. 이 실시예는 또한 보다 단순한 타입의 토크 센서(13)를 사용하는 보다 양호한 가능성을 제공한다.

선택적으로, 상기 제어기(10)는 또한 상기 조향 휠 장치와 일체화된다. 상기 제어기(10)는 메모리를 포함하는 마이크로프로세서형 한 제어 장치로서 구현될 수 있으며, 예컨대 상기 전기 회로 기판(33)에 포함될 수 있다. 이것은 고도로 일체화된 조향 휠 장치가, 예컨대 지게차가 용이하게 조립되는 것을 가능하게 한다.

상기 액추에이터(21)는 전기유압식 비례 밸브일 수 있는데, 이것은 상기 제어기(10)의 제어하에서 작동 실린더로의 유압 액체의 유동을 비례적으로 제어하는 것을 가능하게 한다. 이러한 경우, 상기 제어기(10)는 상기 액추에이터(21)를 효율적으로 제어하기 위해서 PWM 드라이버를 포함할 수 있다.

도 3에서, 분해도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향 장치의 구성 요소를 보여준다. 이 도면에 있어서, 전술한 실시예와 같은 기능을 갖는 구성 요소는 참조 번호가 같다. 도 3에 도시된 실시예는 조향 휠(11)을 포함하는데, 조립된 상태에서 이 조향 휠은 조향판(44)에 의해 상기 조향 휠 샤프트(17)에 부착된다. 상기 조향 휠 샤프트(17)는 잠금링(43)이 제공되는 전면 베어링(31) 및 후면 베어링(32)을 사용하여 회전가능하게 장착된다. 상기 각도 센서(12)는 센서판(45)에 장착된다.

또한, 상기 조향 장치는 브레이크 패드(15)와 전자기 브레이크 코일(16)을 포함한다. 상기 센서판(45)과 브레이크 판(40)은 4개의 핀(42)을 사용하여 고정식으로 서로 결합되고, 예컨대 조향 장치 하우징(30)에도 부착될 수 있다(도 2 참조). 상기 브레이크 패드(15)는 상기 조향 휠 샤프트(17)에 고정식으로 부착되고 상기 전자기 브레이크 코일(16)은 플렉시블 커플링을 사용하여 상기 브레이크 판(40)(나아가 고정계)에 부착되는데, 도시된 실시예에 있어서 이 브레이크 판은 네 개의 베어링 댐프너(dampener)(41)를 포함한다. 당업계의 숙련자에게 있어서 상기 조향 휠(11)과 상기 마찰 수단(14) 사이의 플렉시블 커플링은 (부분적으로) 가요성을 갖는 조향 휠 샤프트(17)를 제공하는 것과 같은 여러 개의 다른 방법으로 제공될 수도 있다는 것은 명확할 것이다. 플렉시블 커플링은 얇고 긴 스프링강 세그먼트를 상기 조향 휠 샤프트(17)의 일부로 사용하거나 상기 조향 휠 샤프트(17)에 푸퍼를 제공하거나 상기 전자기 브레이크 코일(16)을 장착함으로써 달성될 수 있다.

도 3의 조향 장치는 도 1에 도시된 구성에서도 사용될 수 있다. 상기 액추에이터(21)가 말단 위치에 도달할 때, 이것은 상기 각도 센서(12)(예컨대, 1개 또는 2개의 피조향 바퀴의 킹 핀에 있는 센서)에 의해 감지될 것이다. 상기 제어기(10)는 이것을 감지하고 상기 마찰 수단을 최대값으로 충전하여, 따라서 조향 휠(11)이 더 움직이는 것을 봉쇄할 것이다. 운전자가 다른 방향으로 휠을 회전시킬 때[이것은 플렉시블 커플링부(41)에 의해 가능함], 상기 제어기(10)는 절대 엔코더인 상기 각도 센서(12)로부터의 신호가 사인을 바꾸는 것을 감지하게 된다. 이러한 사건이 탐지되면, 상기 제어기(10)는 상기 마찰 수단(14)을 구동하여 상기 전자기 브레이크 코일(16)을 해제한다.

이러한 조향 장치의 전술한 실시예의 마찰 수단(14)은 기계식 봉쇄 수단을 포함할 수도 있다. 도 4a 및 도 4b는 상기 기계식 봉쇄 수단의 제1 실시예의 부분 측면도와 평면도를 보여준다. 디스크(50)가 상기 조향 휠 샤프트(17)에 부착되어 있고, 이 디스크는 그 둘레에 톱니형 프로파일이 마련된다. 상기 디스크(50)의 톱니형 프로파일에 맞물리는 봉쇄 부재(51)가 제공되어, 화살표 방향으로 상기 디스크가 회전하는 것을 효율적으로 봉쇄한다. 상기 봉쇄 부재는, 예컨대 액추에이터(52)에 의해서 봉쇄 위치(도시됨)와 아이들 위치로 회전될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 2개의 톱니형 프로파일(50', 51')이 디스크(50)의 둘레에 마련되는 경우, 상기 기계적 봉쇄 수단은 그들 사이에 고정각이 있는 2개의 봉쇄 부재를 구비함으로써 상기 디스크(50)가 2 방향으로 회전하는 것을 봉쇄하는 데에 사용될 수 있다. 그 후, 상기 액추에이터(52)는 제1 봉쇄 위치 및 아이들 위치와 제2 봉쇄 위치 사이에서 작동할 수 있다.

도 4a로 돌아가서, 상기 봉쇄 부재(51)가 상기 톱니형 프로파일과 맞물리면 상기 디스크(50)는 상기 화살표에 의해 지시되는 방향과 반대 방향으로 회전할 것이다. 상기 봉쇄 부재(51)의 이동은 센서에 의해 감지될 수 있는데, 이 센서는 상기 액추에이터(52)와 일체화되고 상기 제어기(10)에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제어기(10)가 조향 운동의 방향이 반대인 것을 감지하며, 상기 액추에이터(52)를 구동하여 상기 봉쇄 부재(51)을 다시 아이들 위치에 놓을 수 있다.

도 5는 상기 기계식 봉쇄 수단의 별법의 실시예를 보여주는데, 이 도면에서는 상기 디스크(50)에 복수 개의 반구형 오목부가 마련된다. 그 후, 봉쇄 부재(53)는 반구형 회전 부재로 구현되는데, 이 봉쇄 부재는 봉쇄 위치에서는 상기 오목부와 맞물릴 수 있고, 아이들 위치에서는 디스크를 자유롭게 회전하도록 방치한다. 이것은 상기 조향 휠 샤프트(17)의 양 방향으로의 회전을 봉쇄하게 한다.

상기 기계식 봉쇄 수단은 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 전자기 브레이크에도 사용될 수 있다. 이러한 경우, 조향 휠 상의 마찰을 제어함으로써 조향 감각을 제공하는 기능성이 제공될 수 있다. 이러한 경우, 엔드 스톱에서의 봉쇄 기능이 상기 기계식 봉쇄 수단에 의해 제공되기 때문에, 상기 전자기 브레이크는 경량형 타입일 수 있다.

Claims

조향 휠(11)의 각도 위치를 탐지하는 각도 감지 수단(12)과, 이 각도 감지 수단(12)에 연결되고, 차량의 피조향 바퀴(20)의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 구성된 바퀴 위치 센서(22)에 연결가능한 처리 수단(10)

을 포함하며, 상기 처리 수단(10)은 피조향 바퀴(20)에 기계적으로 결합된 조향 액추에이터(21)에 연결가능하며, 상기 조향 휠(11)의 각도 위치에 따라서 조향 액추에이터(21)를 구동하도록 구성되며,

상기 조향 휠(11) 상에 마찰력을 제공하기 위한 마찰 수단(14)을 더 포함하고, 이 마찰 수단(14)은 상기 처리 수단(10)에 연결되며, 상기 처리 수단(10)은 바퀴 위치 센서의 출력 신호에 따라 마찰 수단(14)을 구동하도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어(steer-by-wire)용 조향 장치에 있어서,

상기 처리 수단(10)은 가변적인 엔드 스톱(end-stop)에서 마찰 수단(14)을 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 엔드 스톱은 조향 액추에이터(21)의 기계적인 한도에 해당하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 하나 이상의 차량 파라메터를 기초로 하여 엔드 스톱을 결정하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라메터는 차량 속도, 적재량, 적재 높이로 이루어진 그룹 중 1종 이상인 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은, 엔드 스톱에 접근할 때 조향 휠(11) 상의 마찰을 점차적으로 증가시키도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 조향 휠(1)이 제1 방향으로 회전하는 경우 조향 휠(11)이 제1 방향의 반대 방향으로 회전할 때에 비하여, 보다 높은 마찰력을 가하도록 상기 마찰 수단(14)을 구동하도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 각도 감지 수단(12)으로부터 결정된 조향 휠(11)의 회전비가 조향 액추에이터(21)의 대응하는 최대 회전비보다 클 때, 조향 휠(11) 상의 마찰을 증가시키도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 조향 휠 회전과 피조향 바퀴 회전 사이의 비율을 조절하도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 마찰 수단(14)은 조향 휠(11)의 제1 부분(17)과 맞물리고, 상기 조향 휠은 제1 부분에 대한 플렉시블 커플링(41)을 포함하며, 상기 처리 수단(10)은 각도 감지 수단의 신호로부터 조향 휠의 방향 변화가 탐지될 때, 마찰 수단(14)을 해제시키도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조향 장치는 조향 휠 샤프트(17) 상의 토크를 탐지하는 탐지 요소(13)를 더 포함하고, 이 탐지 요소(13)는 상기 처리 수단(10)에 연결되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제10항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 조향 휠(11) 상의 탐지되는 토크의 방향이 변할 때, 상기 조향 휠 샤프트(17) 상의 마찰을 감소시키도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조향 장치는 차량 휠(20) 상의 외부 토크를 탐지하는 하나 이상의 휠 토크 센서(23)을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 휠 토크 센서(23)는 처리 수단(10)에 연결되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 처리 수단(10)은 휠 토크 센서의 출력에 따라 마찰 수단(14)을 구동하도록 구성되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 마찰 수단(14)은 전기적으로 제어되는 브레이크(15, 16)를 포함하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제14항에 있어서, 전자기식 브레이크(15)가 상기 조향 휠(11)의 샤프트(17)에 부착된 디스크(15)와, 이 디스크와 실질적으로 평행하게 위치하는 하나 이상의 전자기 코일(16)을 포함하며, 이 전자기 코일은 상기 처리 수단(10)에 연결되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제15항에 있어서, 상기 디스크(15)는 플렉시블 커플링에 의해 조향 휠(11)의 샤프트(17)에 부착되는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 마찰 수단(14)은 기계식 봉쇄 수단(50, 51, 53)을 포함하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제17항에 있어서, 상기 기계식 봉쇄 수단은 조향 휠 샤프트(17)에 부착되고 그 둘레에 하나 이상의 톱니형 프로파일이 마련되어 있는 디스크(50)와, 액추에이터(52)에 의해 봉쇄 위치와 아이들(idle) 위치 사이에서 제어가능한 봉쇄 부재(51)를 포함하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제18항에 있어서, 상기 액추에이터(52)는 봉쇄 부재(51)의 운동 감지용 센서를 포함하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
제19항에 있어서, 상기 기계식 봉쇄 수단은 조향 휠 샤프트(17)에 부착되고 그 둘레에 반구형 오목부가 마련되어 있는 디스크(50)와, 상기 반구형 오목부와 맞물리는 제1 위치와 상기 디스크(5)가 자유롭게 회전할 수 있는 제2 위치 사이에서 이동가능한 봉쇄 부재(53)를 포함하는 것인 스티어-바이-와이어용 조향 장치.
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