KR101042401B1 - 차량의 독립형 ｓｂｗ 조향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량의 독립형 SBW 조향 장치에 있어서, 로드휠의 내측면에서 결합되며 지면과 수평을 이루고 차체에 회전가능하도록 장착된 조향너클;과 일단은 상기 조향너클의 일측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제1로드;와 일단은 상기 조향너클의 타측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제2로드;와 상기 제1로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제1엑추에이터; 및 상기 제2로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제2엑추에이터;를 포함하고, 상기 제1로드와 제2로드가 서로의 반대방향으로 이동함에 따라 상기 조향너클이 선회하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 각 로드휠 마다 두 개의 엑추에이터가 서로를 보조하도록 구성되므로 더 작은 용량의 엑추에이터로 구성될 수 있으며, 설치면적을 축소할 수 있는 효과가 있다.

조향너클, 엑추에이터, 조향 장치

Description

차량의 독립형 ＳＢＷ 조향 장치{Independent steer-by-wire steering apparatus for automobile}

본 발명은 차량의 조향 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 좌우 독립형 SBW(Steer-by-wire) 조향 시스템에 있어, 종래의 링크 구조를 삭제하고 엑추에이터가 로드휠을 더욱 효율적으로 회전시키는 조향 장치에 관한 것이다.

SBW 조향 시스템은 스티어링휠과 로드휠이 기계적 연결없이 전기적인 동력에 의하여 조향하는 시스템이다.

상기 SBW 조향 시스템은 일체형과 좌우독립형으로 구분된다. 일체형은 하나의 기어박스를 이용하여 좌측과 우측의 로드휠을 동시에 조향시키며, 좌우독립형은 양측이 독립적으로 조향되는 것을 특징으로 한다.

종래의 (좌우) 독립형 SBW 조향 시스템에서, 차량의 스티어링휠은 운전자가 회전시 토크를 느낄 수 있도록 일측에 반력모터가 결합된 조향컬럼에 결합되고, 상기 조향컬럼의 회전각도는 ECU 에 의해 감지된다. 도 1 을 참조하면, 상기 ECU(6) 는 감지된 신호에 따라 좌측와 우측의 로드휠(1)에 연결된 엑추에이터(5)를 회전시 키며, 상기 엑추에이터(5)는 피스톤의 전진 후진에 따라 제어레버(4)를 회전시킨다. 상기 제어레버(4)는 "L" 자형상으로서 절곡된 지점에서 차량에 힌지결합된 상태로서 일단은 상기 엑추에이터(5)의 피스톤에 연결되고 타단은 로드휠(1)에 장착된 조향너클에(2)에 타이로드(3)를 통하여 연결된다.

따라서, 좌우의 로드휠(1)들 연결된 엑추에이터(5)의 피스톤 운동에 따라 개별적으로 조향된다.

한편, 조향컬럼에 결합된 반력모터는 반력ECU의 제어에 의한 모터의 토크제어를 통하여 차량의 속도에 따라 종래의 유압식 조향장치와 유사한 조향 반력감을 생성한다.

그리고, SBW 조향 시스템은 전기자동차, 또는 수소자동차 등과 같이 전기를 구동원으로 사용하는 차량에 주로 탑재될 목적으로 개발된 것으로 상기 엑추에이터는 감속기어가 포함된 전기모터로 구성되는 것이 일반적이다.

하지만, 상기와 같은 종래의 구성은 제어레버의 회전반경만큼 차량의 레이아웃과 간섭이 발생하는 문제점이 있었다. 또한 상기 제어레버는 힘의 방향만을 전환하는 기능을 하므로 엑추에이터 모터의 컴팩트화에 어려움이 있었다.

또한, 상기 제어레버는 엑추에이터의 힘을 1:1 로 전달하는 수준이며 각 끝단이 원호 운동하므로 타이로드로 효과적으로 힘이 전달되지 못한 문제점이 있었다. 그리고, 로드휠에 작용하는 외력에 의한 역전을 방지하도록 별도의 장치가 더 필요하였으며, 상기와 같은 외력에 의해 직진 안정성이 좋지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하며 엑추에이터의 동력 전달의 효율성을 더욱 향상시킨 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 독립형 SBW 조향 장치에 있어서, 로드휠의 내측면에서 결합되며 지면과 수평을 이루고 차체에 회전가능하도록 장착된 조향너클;과 일단은 상기 조향너클의 일측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제1로드;와 일단은 상기 조향너클의 타측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제2로드;와 상기 제1로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제1엑추에이터; 및 상기 제2로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제2엑추에이터;를 포함하고, 상기 제1로드와 제2로드가 서로의 반대방향으로 이동함에 따라 상기 조향너클이 회전하여 로드휠이 선회하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터는 각각 피니온기어(pinion gear)가 결합된 모터로 구성되고, 상기 제1로드와 제2로드는 각각 상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터의 피니온기어에 치합하여 활주하도록 외주면에 기어이(gear tooth)가 길이방향을 따라 형성된 랙(rack)으로 구성된다.

상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터를 구성하는 각각의 모터들은 차체에 고정된 브라켓에 안착되고, 모터의 회전자(rotor)가 아래를 향하도록 장착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1로드와 제2로드는 조향너클과 수직을 이루며 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 두 개의 엑추에이터가 서로를 보조하도록 구성되므로 더 작은 용량의 엑추에이터로 구성될 수 있으며, 설치면적을 축소할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 종래의 링크장치를 삭제하고 상대적으로 구성이 단순한 랙 ＆ 피니온 구조로 구성되므로 생산원가 절감의 효과가 있다.

종래의 회전운동을 직선운동으로 전달하는 구조이므로 엑추에이터의 동력 전 달 효율을 더욱 증가시키며 두 개의 엑추에이터 작동에 의해 차량의 직진 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 SBW 조향 장치의 구성모습을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 2 를 참조하면, 로드휠(1)의 내측면에는 지면과 수평을 이루도록 조향너클(2)이 장착된다. 상기 조향너클(2)은 로드휠(1)과 함께 선회하여 차량의 조타(steering)가 가능하도록 차체에 장착되며, 도시된 바와 같이 서스펜션(suspension) 시스템의 일부인 스트럿(strut)(60) 등과 체결된다.

상기 조향너클(2)은 일측과 타측에서 제1로드(30)와 제2로드(40)가 차량의 내측(다른측의 로드휠을 향하는 방향)을 향하도록 결합된다. 상기 제1로드(30)와 제2로드(40)는 각각 외주면의 일측으로는 기어이(gear tooth)가 길이방향을 따라 형성된다.

도 2 와 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 제1로드(30)와 제2로드(40)는 차량의 설계요건에 따라 기어이가 서로 마주하도록 안쪽을 향하거나 바깥쪽을 향하여 형성될 수 있으나, 브라켓(50)에 안착되어 상측에 배치된 제1엑추에이터(10)와 제2엑추에이터(20)의 각 끝단에 결합된 각각의 피니온기어(11, 21)들에 맞물릴 수 있도록 구성된다. 상기 제1엑추에이터(10)와 제2엑추에이터(20)는 전기를 동력으로 하는 모터로 구성되며, 조향너클(2)의 측면에서 서로 평행하게 지면에 수직으로 배 치된다. 따라서, 상기 제1로드(30)와 제2로드(40)는 제1엑추에이터(10) 및 제2엑추에이터(20)와는 각각 랙 ＆ 피니온 방식으로 결합된다. 물론, 모터의 특성 및 속도에 따라 웜(worm)과 웜휠(worm wheel)을 사용한 결합도 가능하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 조향장치의 동작상태를 더욱 상세히 설명한다.

운전자에 의해 스티어링휠의 조작이 발생하면, ECU 는 이를 감지하고 도 4a 와 도 4b 에 도시된 바와 같이, 상기 제1엑추에이터(10)와 제2엑추에이터(20)를 동작시킨다. 상기 제1엑추에이터(10)와 제2엑추에이터(20)는 서로 반대 방향으로 회전하여(즉, 한쪽이 시계방향회전이면 다른 한쪽은 반시계방향회전 하여) 각각 제1로드(30)와 제2로드(40)를 평행 이동시키며 로드휠(1)과 조향너클(2)을 선회시킨다. 참고적으로, 제1로드(30)와 제2로드(40)는 도시된 바와 같이 평행 이동이 가능하도록 조향너클(2)에 볼 조인트(ball joint) 등과 같은 공지된 부품들을 통해 피벗(pivot) 결합된 것이다.

그리고, 치합된 각각의 피니온기어(11, 21)들에서 이탈하지 않도록 별도의 가이드레일 등을 제1로드(30)와 제2로드(40)에 추가적으로 구성할 수 있다.

따라서, 상기 제1엑추에이터(10)와 제2엑추에이터(20)는 서로를 보조하도록 제1로드(20)와 제2로드(40)를 동시에 밀고 당김으로서 종래의 엑추에이터보다 더 작은 출력으로 작동될 수 있다. 그리고, 외력에 의한 부하 또한 양측으로 나누어지고 피니온기어와 랙기어의 기어비(gear ratio) 변경이 가능하므로 역전현상(외력에 의해 엑추에이터가 밀리는 현상)을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1 은 종래의 좌우 독립형 SBW 조향 시스템의 사시도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 SBW 조향 장치가 차량에 장착된 모습을 나타내는 모식도,

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 SBW 조향 장치의 저면도,

도 4a 와 도 4b 는 본 발명의 독립형 SBW 조향 장치가 작동할 때 로드휠과 조향너클이 각각 다른 방향으로 선회하는 모습을 도시한 저면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1: 로드휠 2:조향너클

10: 제1엑추에이터 20:제2엑추에이터

30: 제1로드 40:제2로드

50: 브라켓

Claims (4)

1. 차량의 독립형 SBW 조향 장치에 있어서,

   로드휠의 내측면에서 결합되며 지면과 수평을 이루고 차체에 회전가능하도록 장착된 조향너클;과

   일단은 상기 조향너클의 일측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제1로드;와

   일단은 상기 조향너클의 타측에서 결합되고 타단은 차량의 내측을 향하도록 결합된 제2로드;와

   상기 제1로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제1엑추에이터; 및

   상기 제2로드를 길이방향을 따라 이동시키는 제2엑추에이터;를 포함하고,

   상기 제1로드와 제2로드가 서로의 반대방향으로 이동함에 따라 상기 조향너클이 선회하는 것을 특징으로 하는 차량의 독립형 SBW 조향 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터는 각각 피니온기어(pinion gear)가 결합된 모터로 구성되고, 상기 제1로드와 제2로드는 각각 상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터의 피니온기어에 치합하여 활주하도록 외주면에 기어이(gear tooth)가 길이방향을 따라 형성된 랙(rack)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 독립형 SBW 조향 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1엑추에이터와 제2엑추에이터를 구성하는 각각의 모터들은 차체에 고정된 브라켓에 안착되고, 모터의 회전자(rotor)가 아래를 향하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 차량의 독립형 SBW 조향 장치.
4. 제 2 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1로드와 제2로드는 조향너클과 수직을 이루며 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 독립형 SBW 조향 장치.

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