KR101034034B1 - 좌우 독립형 전륜 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 일단에 조향핸들이 설치되고 타단에 피니언기어가 마련되는 조향칼럼과, 상기 조향칼럼의 피니언기어에 맞물려 결합되는 랙기어와, 차량의 좌우측 전륜에 회전 가능하게 결합되는 타이로드와, 상기 랙기어 및 좌우측 타이로드 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 VGR모듈은, 상기 랙기어 및 타이로드에 각각 힌지 결합되는 링크와, 상기 링크의 중단에 마련되어 링크를 직선방향으로 이동시킴과 동시에 회전의 중심이 되는 모터로 구성된다.
독립형 조향장치, VGR모듈, 모터, 링크

Description

좌우 독립형 전륜 조향장치{LEFT-RIGHT INDEPENDENT FRONT STEERING SYSTEM}
본 발명은 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것으로, 구체적으로는 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 동력조향장치(power steering)는 유압 또는 공기압을 이용하여 조향핸들의 조작이 용이하도록 하는 장치로, 유압을 이용한 동력조향장치가 많이 사용되고 있다.
유압식 동력조향장치는 조향핸들과 연결된 피니언 및 휠과 연결된 랙으로 구성된 기어박스를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 기어박스는 동력실린더의 역할을 할 수 있도록 오일 리저버와 연결되므로, 조향핸들의 조작 시 조작방향에 따라 오일펌프를 통해 압송된 오일이 기어박스 내의 양쪽 챔버 중 어느 하나로 공급되어 조향 보조력을 발생한다.
그러나 상술한 유압식 동력조향장치는 오일 리저버, 오일펌프, 기어박스 및 이들을 연결하는 다수의 호스 등을 포함하므로 유압라인의 구성이 매우 복잡하다. 또한, 배기량이 작은 소형 차량에서 엔진을 이용하여 오일펌프를 구동할 경우 연비 가 저하되므로 바람직하지 못하다.
이와 같은 문제점을 해소하고자 스티어 바이 와이어(Steer By Wire: SBW) 방식의 조향장치가 개발되었다.
도 5는 일반적인 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치를 도시하는 도면으로, 도 5를 참조하면 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 조향조작부(10)와 조향기구부(20)가 서로 독립된 구조를 갖는다. 그리고 상기 조향조작부(10)는 조향핸들(12)을 포함하며 상기 조향기구부(20)는 기어박스(22)를 포함한다.
상술한 구조로 이루어진 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 상기 조향조작부(10)에 장착된 토크센서(torque sensor,32)가 조향핸들(12)의 조작을 감지하고, 상기 토크센서(32)로부터 신호를 전달받은 전자제어유니트(ECU,34)가 상기 기어박스(22)에 장착된 모터(36)의 구동을 제어한다.
따라서 상기 모터(36)의 구동력은 기어박스(22) 내에 장착된 랙(rack,미도시)로 전달되고, 상기 랙의 직선이동에 의해 차륜과 연결된 타이로드(38)가 움직임에 따라 조향조작이 이루어지게 된다.
그런데 상술한 스티어 바이 와이어 방식의 조향장치는 조향핸들(12)과 기어박스(22)가 기구적으로 연결되므로 신뢰성을 확보할 수 없으며 양산이 어렵다는 단점이 있다.
이에 최근에는 운전자의 조향입력에 대한 출력각도를 가변시켜 주는 능동형 전륜 조향장치(Active Front Steering; AFS)가 적용되어 차량의 거동을 보다 안정화시키고 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 동력조향장치에 적용된 능동형 전륜 조향장치는 통상의 동력조향장치에 조향각 센서, 능동 제어기(Active Controller,50), 능동 조향 메카니즘(Active Steering Mecanism,60), 조향 액츄에이터(Steering Actuator,70), 조향 위치 센서(Steering Position Sensor) 등을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 능동형 전륜 조향장치는 능동 제어기(50)에서 조향각, 차속, 횡가속도, 요 레이트(Yaw Rate) 등 차량의 상태정보를 입력받아 능동 조향 메카니즘(60)을 작동시켜 최적의 전륜 조향각 제어를 수행한다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 능동 조향 메카니즘(60)은 조향핸들(12) 또는 조향칼럼(14)에 장착되어 차량의 상태정보에 따라 AFS 모터(미도시)를 구동하여 전륜 조향각 보상 제어를 수행함으로써 차량의 거동을 안정화시키도록 하고 있다.
하지만, 상술한 능동형 전륜 조향장치의 경우 좌우측 전륜을 개별적으로 제어할 수 없으므로 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 기대할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포 함하는 외부환경조건에 따라 차량의 주행특성을 향상시킬 수 있는 좌우 독립형 전륜 조향장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 일단에 조향핸들이 설치되고 타단에 피니언기어가 마련되는 조향칼럼과, 상기 조향칼럼의 피니언기어에 맞물려 결합되는 랙기어와, 차량의 좌우측 전륜에 회전 가능하게 결합되는 타이로드와, 상기 랙기어 및 좌우측 타이로드 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 VGR모듈은, 상기 랙기어 및 타이로드에 각각 힌지 결합되는 링크와, 상기 링크의 중단에 마련되어 링크를 직선방향으로 이동시킴과 동시에 회전의 중심이 되는 모터로 구성되며, 상기 모터 구동 시 링크가 이동하며 랙기어와 모터 사이의 이격거리 및 모터와 타이로드 사이의 이격거리가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 VGR모듈을 이용하여 좌우측 전륜을 개별적으로 제어함으로써 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 차량의 주행특성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였음을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는, 일단에 조향핸들(112)이 설치되고 타단에 피니언기어(114)가 마련되는 조향칼럼(110)과, 상기 조향칼럼(110)의 피니언기어(114)에 맞물려 결합되는 랙기어(120)와, 상기 피니언기어(114) 및 랙기어(120)가 내장되는 기어박스(130)와, 차량의 좌우측 전륜(140L,140R)에 회전 가능하게 결합되는 타이로드(150)와, 상기 랙기어(120) 및 좌우측 타이로드(150) 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈(160)을 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치는 상기 VGR모듈(160)을 이용하여 랙기어(120)와 타이로드(150) 사이의 이격거리를 조절함으로써 좌우측 전륜(140L,140R)의 조향각을 조절한다. 특히, 조향핸들(112)의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 상기 좌우측 전륜(140L,140R)에 각각 설치되는 VGR모듈(160)을 개별적으로 제어할 경우 차량의 주행특성, 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 일부를 확대 도시한 도 면로, 도 2를 참조하여 좌우측 전륜(도 1의 140L,140R)의 조향각을 개별적으로 제어하기 위한 VGR모듈(160)을 포함하는 주요부를 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 좌측 또는 우측 전륜(140L,140R)의 조향각을 제어하기 위한 VGR모듈(160)은 랙기어(120) 및 타이로드(150)에 각각 힌지 결합되는 링크(170)와, 상기 링크(170)의 중단에 마련되는 모터(180)로 구성된다.
상기 링크(170)는 소정 길이를 갖는 사각부재로 그 일면에는 상기 모터(186)와의 결합을 위한 기어(172)가 형성된다. 또한, 상기 링크(170)의 양단에는 랙기어(120) 및 타이로드(150)와의 힌지 결합을 위한 힌지공(174,176)이 각각 형성된다.
이때, 상기 랙기어(120) 및 타이로드(150)의 일단, 즉 상기 링크(170)와 힌지 결합되는 일단에는 상기 힌지공(174,176)에 삽입 가능한 힌지축(122,152)이 돌출된다. 또한, 상기 링크(170)의 양단에 형성된 한 쌍의 힌지공(174,176) 중 타이로드(170)의 힌지축(152)이 삽입되는 힌지공(176)은 링크(170)의 길이방향으로 길게 연장된 장공으로 형성된다.
상기 모터(180)는 상기 링크(170)를 직선방향, 즉 링크(170)의 길이방향으로 이동시키기 위한 수단으로 그 회전축(182)에는 링크의 일면에 형성된 기어(172)와 맞물림 가능한 기어(184)가 형성된다.
상술한 바와 같이 구성된 VGR모듈(160)은 상기 모터(180)를 구동할 경우 상기 링크(170)가 그 길이방향(도 2의 화살표방향)으로 이동하며 랙기어(120)와 모 터(180) 사이의 이격거리(도 3의 D1) 및 모터(180)와 타이로드(150) 사이의 이격거리(도 3의 D2)를 조절함으로써 조향각을 제어한다.
도 3과 도 4는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 조향각 조절과정을 도시하는 도면으로, 좀 더 상세하게는 VGR모듈(160)을 포함하는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 3은 상기 VGR모듈(160)에 의한 개별 제어가 적용되지 않은 평상시 상태를 도시하는 도면으로, 랙기어(120)와 모터(180) 사이의 이격거리(D1)는 타이로드(150)와 모터(180) 사이의 이격거리(D2)와 동일하다(즉, D1 = D2). 이와 같이 상기 모터(180)를 중심으로 랙기어(120)와 타이로드(150)가 동일하게 이격된 경우 조향핸들(도 1의 112)에 의해 상기 랙기어(120)가 이동한 거리는 링크(170)의 회전에 의해 상기 타이로드(150)가 이동한 거리와 동일하다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 외부환경조건에 적합하도록 상기 VGR모듈(160)의 모터(180)를 제1화살표방향(192)으로 구동시키면 상기 링크(170)가 제2화살표방향(194)으로 이동한다. 따라서 상기 타이로드(150)와 모터(180) 사이의 이격거리(D2)는 랙기어(120)와 모터(180) 사이의 이격거리(D1)보다 길어진다(즉, D1 < D2). 그리고 이 상태에서 조향핸들(112)을 조작하면 상기 랙기어(120)를 조금만 이동시켜도 상기 타이로드(150)의 이동거리는 늘어나게 된다.
반면, 상기 모터(180)를 제1화살표방향(192)의 역방향으로 구동시키면 상기 링크(170)는 제2화살표방향(194)의 역방향으로 이동하고, 랙기어(120)와 모터(180) 사이의 이격거리(D1)가 모터(180)와 타이로드(150) 사이의 이격거리(D2)보다 길어져(즉, D1 > D2), 상기 랙기어(120)를 많이 이동시켜도 타이로드(150)의 이동거리는 짧아지게 된다.
본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 VGR모듈(160)은 상술한 원리를 이용하여 좌우측 전륜(도 1의 140L,140R)의 조향각을 개별적으로 조절할 수 있다. 이때, 상기 VGR모듈(160)은 조향핸들(112)의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 제어된다. 일례로, 차량의 회전 시 VGR모듈(160)을 이용하여 좌우측 전륜(140L,140R)의 조향각을 달리할 경우 차량의 최소 회전 반경을 감소시키고 원심력에 의한 차량의 쏠림 현상을 방지할 수 있으므로, 차량의 주행특성, 조작의 편의성 및 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 일부를 확대 도시한 도면.
도 3과 도 4는 본 발명에 의한 좌우 독립형 전륜 조향장치의 조향각 조절과정을 도시하는 도면.
도 5와 도6은 종래기술에 의한 조향장치를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110: 조향칼럼 120: 랙기어
130: 기어박스 140L,140R: 좌우측 전륜
150: 타이로드 160: VGR모듈
170: 링크 180: 모터

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 일단에 조향핸들이 설치되고 타단에 피니언기어가 마련되는 조향칼럼;
    상기 조향칼럼의 피니언기어에 맞물려 결합되는 랙기어;
    차량의 좌우측 전륜에 회전 가능하게 결합되는 타이로드; 및
    상기 랙기어와 좌우측 타이로드 사이에 마련되는 VGR(Variable Gear Ratio)모듈을 포함하며,
    상기 VGR모듈은,
    상기 랙기어와 타이로드에 각각 힌지 결합되는 링크; 및
    상기 링크의 중단에 마련되어 링크를 직선방향으로 이동시킴과 동시에 회전의 중심이 되는 모터로 구성되며, 상기 모터 구동 시 링크가 이동하며 랙기어와 모터 사이의 이격거리 및 모터와 타이로드 사이의 이격거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 랙기어 및 타이로드는 링크와 결합되는 일단에 힌지축이 마련되고, 상 기 링크의 양단에는 힌지공이 각각 형성되되, 상기 한 쌍의 힌지공 중 타이로드의 힌지축이 삽입되는 힌지공은 링크의 길이방향으로 길게 연장된 장공인 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 VGR모듈은 조향핸들의 회전, 주행속도 및 노면 상태를 포함하는 외부환경조건에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 좌우 독립형 전륜 조향장치.
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