KR102613788B1 - 자동차 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대형 차량의 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 조향축의 회전 토크를 감지하는 토크센서로부터 입력된 제1입력신호와 위치센서, 카메라센서, 거리센서, 차속센서, 차고센서 중 어느 하나로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 조향 제어신호를 송출하는 제어부, 제어부로부터 입력된 조향 제어신호에 따라 전기력으로 조향축을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 조향축의 조향력을 보조하는 제1조향동력기, 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유로가 변경되며 작동유의 유압으로 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴를 조향하는 제2조향동력기를 포함한다.

Description

자동차 조향장치{Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전자가 직접 조향하지 않아도 유압식 조향동력기의 입력축을 회전시키는 전기식 조향동력기가 구비됨에 따라 승용차에 비하여 상대적으로 큰 조향력이 필요한 트럭이나 버스의 경우에도 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 트레일러 백업 보조, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 부가기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높이는 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.
한편, 동력 보조 조향장치는 운전자가 자동차의 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 배력 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 차량의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.
이와 같은 동력 보조 조향장치는 전동식 동력 보조 조향장치(EPS: Electronic Power Steering Apparatus)와 유압식 동력 보조 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering Apparatus)로 크게 구분된다.
유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 회전축에 연결된 유압펌프가 작동유를 랙바(Rack Bar)와 연결되어 있는 작동 실린더로 공급하면, 작동유를 공급받은 작동 실린더의 피스톤이 움직임으로써 조향 조작력을 보조하게 되어 운전자로 하여금 작은 힘으로 조향 조작을 할 수 있도록 하는 조향장치이다.
반면, 전동식 동력 보조 조향장치는 유압펌프와 작동 실린더 대신에 모터를 포함하고 있어 모터의 힘으로 조향휠의 조작력을 보조해 주는 조향장치이다.
도 1은 종래의 전동식 동력 보조 조향장치의 개략도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구는 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
도 2는 종래의 유압식 동력 보조 조향장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 2에서 각각 도시하는 바와 같이 종래의 유압식 동력 보조 조향장치(200)는 조향휠(도 1의 101 참조)이 장착되어 있는 조향축의 하단부에 설치되어 조향시 작동유의 유동 방향을 제어하는 피니언 밸브 어셈블리(220)와 피니언 밸브 어셈블리(220)의 작동에 따라 조향 차륜을 조향시키는 타이로드(106)에 작용력을 인가하는 작동 실린더(240)를 포함하여 구성된다.
유압펌프(230)로부터 공급되는 작동유가 압력 호스(235)를 통하여 피니언 밸브 어셈블리(220)에 공급되고, 조향시 조향축의 회전 방향에 따라 작동유를 작동 실린더(240)의 좌,우측 압력실에 선택적으로 공급하면, 랙바가 유압에 의해 좌,우로 슬라이딩되면서 조향 조작력을 보조하여 주고, 피니언 밸브 어셈블리(220)에서 동작을 완료한 작동유는 오일 저장 탱크(233)로 돌아와 다시 흡입 호스(237)를 통해 유압펌프(230)로 공급되는 유압 계통을 갖는다.
이와 같은 종래의 자동차 조향장치는, 승용차에 비하여 상대적으로 큰 조향력이 필요한 트럭이나 버스의 경우에는 전동식 조향동력기의 출력으로는 원하는 출력값을 낼 수 없어서 고출력 사양의 유압식 조향동력기를 이용하는데, 유압식 조향동력기에는 제어부가 구비되어 있지 않아 제어부를 이용한 자동 주차, 차선유지, 미래의 자동 주행 등의 기능을 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 운전자가 직접 조향하지 않아도 유압식 조향동력기의 입력축을 회전시키는 전기식 조향동력기가 구비됨에 따라 승용차에 비하여 상대적으로 큰 조향력이 필요한 트럭이나 버스의 경우에도 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 트레일러 백업 보조, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 부가기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높이는 자동차 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 전기식 조향동력기에 토션바가 구비되어 있어서 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하다가 운전자가 조향휠을 회전시키면 토크센서에서 이를 인식하여 운전자의 조향의지를 반영하여 조향력을 보조하거나 생성함에 따라 운전자의 안전성을 높이는 자동차 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 조향축의 회전 토크를 감지하는 토크센서로부터 입력된 제1입력신호와 위치센서, 카메라센서, 거리센서, 차속센서, 차고센서 중 어느 하나로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 조향 제어신호를 송출하는 제어부, 제어부로부터 입력된 조향 제어신호에 따라 전기력으로 조향축을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 조향축의 조향력을 보조하는 제1조향동력기, 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유로가 변경되며 작동유의 유압으로 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴를 조향하는 제2조향동력기를 포함하는 자동차 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 운전자가 직접 조향하지 않아도 유압식 조향동력기의 입력축을 회전시키는 전기식 조향동력기가 구비됨에 따라 승용차에 비하여 상대적으로 큰 조향력이 필요한 트럭이나 버스의 경우에도 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 트레일러 백업 보조, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 부가기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높이는 효과가 있다.
또한, 전기식 조향동력기에 토션바가 구비되어 있어서 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하다가 운전자가 조향휠을 회전시키면 토크센서에서 이를 인식하여 운전자의 조향의지를 반영하여 조향력을 보조하거나 생성함에 따라 운전자의 안전성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래 자동차 조향장치 중 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도이다.
도 2는 종래 자동차 조향장치 중 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 의한 자동차 조향장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 제1조향동력기를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1조향동력기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 4의 기어박스를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제2조향동력기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는데 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 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 의한 자동차 조향장치를 나타내는 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 제1조향동력기를 나타내는 단면도이며, 도 6은 제1조향동력기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 4의 기어박스를 나타내는 단면도이며, 도 8은 제2조향동력기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 자동차 조향장치는 조향축(381)의 회전 토크를 감지하는 토크센서(302)로부터 입력된 제1입력신호와 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307) 중 어느 하나로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 조향 제어신호를 송출하는 제어부(308), 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라 전기력으로 조향축(381)을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 조향축(381)의 조향력을 보조하는 제1조향동력기(310), 조향축(381)의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유로가 변경되며 작동유의 유압으로 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴(309)를 조향하는 제2조향동력기(320)를 포함한다.
제어부(308)에는 토크센서(302)로부터 제1입력신호가 입력되며 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307) 중 어느 하나로부터 제2입력신호가 입력된다.
즉, 운전자가 조향휠(301)을 조작시 조향휠(301)과 연동되어 회전하는 조향축(381)의 회전방향과 토크값을 감지하는 토크센서(302)가 운전자가 좌회전을 하는지 또는 우회전을 하는지와, 조향휠(301)을 조작하는 토크를 감지하면, 이러한 운전자의 조향의지인 제1입력신호를 제어부(308)로 송출하게 된다.
또한, 자동차에 구비되는 위치센서(303)에서 자동차의 위치를 감지하거나, 카메라센서(304)에서 자동차가 주행중인 차선 또는 주변 상황을 감지하거나, 거리센서(305)에서 자동차의 주변에 장애물 또는 사람이 있는지를 감지하거나, 차속센서(306)에서 자동차의 속도를 감지하거나, 차고센서(307)에서 자동차의 노면으로부터의 높이를 감지하여 노면상태를 체크하면 이러한 제2입력신호를 제어부(308)로 송출하게 된다.
제1조향동력기(310)는 제1조향동력기(310)는 모터(311)의 구동력을 이용한 전기식 조향동력기이며, 조향휠과 연결된 조향축(381)이 회전하여 토크센서에서 제어부로 제1입력신호를 입력함으로 인해 모터가 구동되어 작동되거나, 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307) 중 어느 하나에서 제어부(308)로 제2입력신호를 입력함으로 인해 모터가 구동되어 작동될 수 있다.
제2조향동력기(320)는 입력축(329)의 회전방향에 따라 유로가 변경되는 유압을 이용한 유압식 조향동력기이며, 입력축(329)의 회전에 따라 유로가 변경됨으로 인해 작동유가 제1실린더(353)와 제2실린더(355)에 각각 유입되면서 유압이 조정되어 섹터샤프트(351)를 회전시키거나, 작동유가 랙바(362)의 피스톤(364)으로 나뉘는 양측 유압관에 각각 유입되면서 유압이 조정되어 랙바(362)를 슬라이딩시켜 바퀴(309)를 조향하게 된다.
이때, 운전자가 조향휠(301)을 회전시키지 않으면 조향축(381)과 연결되는 입력축(329)이 회전되지 않기 때문에 제2조향동력기(320)를 작동시킬 수 없어서, 운전자의 조향의지와 무관하게 제2조향동력기(320)를 작동시키도록 제1조향동력기(310)가 구비된다.
제1조향동력기(310)는 운전자의 조향의지와 무관하게 제어부(308)의 조향 제어신호에 따라 작동될 수 있으며, 제어부(308)에 제2입력신호가 입력되어 운전자의 조향의지와 무관하게 제1조향동력기(310)와 제2조향동력기(320)가 작동될 수 있다.
이러한 제1조향동력기(310)는 부가기능을 수행하기 위해 작동될 수 있으며, 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307)로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 작동될 수 있다.
또한, 제어부(308)가 제2입력신호에 따라 모터(311)에 조향 입력신호를 송출하여 제1조향동력기(310)가 작동되다가, 제어부(308)에 제1입력신호가 입력되면, 즉, 운전자의 조향의지가 입력되면, 제어부가 운전자의 조향의지를 우선하는 조향 제어신호를 모터(311)에 송출하며 제1조향동력기(310)는 운전자의 조향의지대로 작동된다.
이러한 제2입력신호를 송출하는 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307)에 대해 좀더 설명하면, 위치센서(303)는 일예로 GPS정보 등을 이용하여 자동차의 위치를 감지하며 자동차의 주행도로의 특징이나 주행경로 등을 전송받아 이를 제어부(308)로 송출하게 된다.
카메라센서(304)는 탑재된 차량의 주변을 촬영하고, 촬영결과 얻어진 영상데이터를 토대로 차선인식 등을 수행하여 차량이 차선을 유지하여 주행하거나 차량이 자동으로 주차될 수 있도록 이를 제어부(308)로 송출하게 된다.
거리센서(305)는 일예로 레이더나 초음파일 수 있으며, 레이더빔 또는 초음파빔을 발사한 후 반사되어 돌아오는 시간 또는 위치 등을 인식하여 주변 장애물 또는 사람이 있는지를 감지하며 이를 제어부(308)로 송출하게 된다.
차속센서(306)는 차량의 차속을 검출하여 이를 제어부(308)로 송출하게 되며, 차고센서(307)는 탑재된 차량의 위치로부터 노면까지의 거리를 감지하여 이를 제어부(308)로 송출하게 된다.
이어서 제어부(308)는 이들 제1입력신호에 따라 조향 제어신호를 발생하여 제1조향동력기(310)의 모터(311)로 송출하면 제1조향동력기(310)가 운전자의 조향휠(301)을 조작하는 방향으로 조작력을 보조하며, 제어부(308)가 운전자의 조향의지를 우선하는 조향 제어신호를 발생하여 제1조향동력기(310)의 모터(311)로 송출하면 제1조향동력기(310)가 운전자의 조향의지와 무관하게 차량을 제어하는 조향휠(301)의 조작력을 생성한다.
여기서 제2입력신호에 따른 조향 제어신호로는 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 이용하여 운전자를 보조하는 기능으로, 일예로, 자동 주차, 차선유지, 트레일러 백업 보조, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 부가기능일 수 있다.
이러한 부가기능에 대해 설명하면, 자동 주차의 부가기능은 운전자의 조작 없이 차량을 주차공간에 주차시키는 기능이며, 차선유지의 부가기능은 운전자가 조향하지 않아도 차선을 인식하여 차선을 유지하는 기능이고, 노면상태에 따른 주행보조의 부가기능은 노면이 경사지거나 횡방향으로 휘어있어도 차량이 어느한측으로 기울어지지 않게 하는 기능이다.
또한, 트레일러 백업 보조의 부가기능은 운전자가 조향휠(301)을 회전시켜 조향축(381)을 통해 회전력을 전달하는 직접적인 조향이 아닌, 보조수단(예를 들면, 별도의 조그, 버튼, 컨트롤 장치 등)을 이용하여 차량을 조향시키는 기능이다.
다시 말해서, 예를들어 보조수단이 별도의 조그인 경우 조그를 우측으로 돌리면 차량을 우측으로 조향시키는 조향정보인 제2입력신호가 제어부(308)에 입력되며, 제어부(308)는 우측으로 조향시키는 조향정보와 대응되는 조향 제어신호를 모터(311)에 송출하여 제1조향동력기(310)가 조향축(381)을 회전시키고, 이와 연결된 제2조향동력기(320)의 입력축(329)에 조향력이 전달되어 제2조향동력기(320)가 작동되면서 차량의 조향이 이루어지게 된다.
또한, 조향진동 감쇠의 부가기능은 노면으로부터 입력되는 진동을 감쇠하는 기능으로, 노면으로부터 입력되는 진동의 주파수를 감지한 후 이를 상쇄시키는 주파수를 발생시켜 조향축(381)을 통해 조향휠(301)에 노면으로부터 입력되는 진동이 전달되는 것을 방지하는 기능이다.
이러한 부가기능은 제어부(308)가 제2입력신호에 따른 조향 제어신호를 모터(311)로 송출하여 제1조향동력기(310)로 조향력을 생성하며, 생성된 조향력은 제2조향동력기(320)의 입력축(329)을 회전시켜 제2조향동력기(320)가 차량을 조향하게 되는 것이다.
이러한 제1조향동력기(310)는 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라서 운전자의 조향휠(301) 회전방향과 같은 방향으로 조향축(381)을 회전시킴으로써 운전자의 조향의지를 반영하여 조향력을 보조하거나 운전자의 조향의지와 무관하게 조향력을 생성하게 되어 있다.
이러한 제1조향동력기(310)는 운전자의 조향의지를 반영하는 경우 토크센서(302)에서 감지되는 제1입력신호에 따라 모터(311)에 조향 제어신호가 송출되어 모터(311)가 구동되며 운전자의 조향방향과 동일한 방향으로 조향축(381)을 회전시키며, 운전자의 조향력을 보조한다.
또한, 제1조향동력기(310)는 운전자의 조향의지와 무관하게 조향력을 생성하는 경우 위치센서(303), 카메라센서(304), 거리센서(305), 차속센서(306), 차고센서(307) 중 어느 하나로부터 감지되는 제2입력신호에 따라 모터(311)에 조향 제어신호가 송출되어 모터(311)가 구동되며 조향축(381)을 회전시키며, 조향축(381)이 회전되어 조향력을 생성한다.
또한, 운전자의 조향의지와 무관하게 상기 제1조향동력기(310)와 제2조향동력기(320)가 작동되다가 제어부(308)에 상기 제1입력신호가 입력되는 경우, 제어부(308)는 운전자의 조향의지를 우선하는 조향 제어신호를 모터(311)로 송출한다.
다시말해서, 운전자의 조향의지와 무관하게 제1조향동력기(310)가 조향력을 생성하여 제2조향동력기(320)를 작동시키다가, 운전자의 조향에 따라 제1입력신호가 입력되면 제어부(308)에서는 운전자의 조향의지를 우선하는 조향 제어신호를 모터(311)에 송출하여 제1조향동력기(310)와 제2조향동력기(320)가 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
여기서, 제1조향동력기(310)는 모터(311)의 구동력을 이용한 전기식 조향동력기로서, 제어부(308)로부터 입력되는 조향 제어신호에 따라 전기력으로 조향축(381)을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 조향축(381)의 조향력을 보조한다.
이러한 제1조향동력기(310)는 조향축(381) 중에서 컬럼부(380)와 제2조향동력기(320) 사이에 위치되는 중간축(318)에 구비되어 제2조향동력기(320)에 조향력을 제공한다.
중간축(318)은 컬럼부(380)에 연결되는 조향입력축(316)과 제2조향동력기(320)에 연결되는 조향출력축(317)이 토션바(319)를 매개로 연결되며, 조향입력축(316)과 조향출력축(317)의 외측에 토크센서(302)가 구비되어 조향입력축(316)과 조향출력축(317)의 토크를 감지하여 제어부(308)로 송출한다.
이와 같이 제1조향동력기(310)의 조향입력축(316)과 조향출력축(317)이 토션바(319)로 연결되어 결합되며 토크센서(302)가 구비됨에 따라 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하다가 운전자가 조향휠(301)을 회전시키면 토크센서(302)에서 이를 인식하여 운전자의 조향의지를 반영하여 조향력을 보조하거나 생성함에 따라 운전자의 안전성을 높인다.
일예로, 도 5를 참조하면, 제1조향동력기(310)는 조향출력축(317)과 연결되어 회전하는 종동풀리(314)와, 종동풀리(314)와 연결되는 벨트(315)와, 벨트(315)와 연결되어 종동풀리(314)를 회전시키는 구동풀리(312)를 포함하는 감속기(313), 및 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라 구동풀리(312)를 정방향 또는 역방향으로 구동하는 모터(311)를 포함하여 구성된다.
제1조향동력기(310)는 모터(311)의 구동력으로 중간축(318)에 조향력을 제공하도록, 조향축(381)에 모터(311)의 회전수를 적당한 조향축(381)의 회전으로 조정하는 감속기(313)가 결합된다.
감속기(313)는, 모터(311)의 구동력에 의해 벨트(315)로 연결되는 종동풀리(314)와 조향출력축(317)이 연동되어 기어비에 따라 감속되면서 중간축(318)을 회전시키며, 크게 모터축(311a)에 결합되는 구동풀리(312), 조향출력축(317)에 결합되는 종동풀리(314), 구동풀리(312)와 종동풀리(314)를 연결하는 벨트(315)로 구성된다.
종동풀리(314)는 중심에 조향출력축(317)을 연결하여 같이 연동되어 회전하게 하고, 종동풀리(314)와 벨트(315)로 연결되는 구동풀리(312)가 모터(311)의 구동력으로 회전하면서 종동풀리(314)와 조향출력축(317)을 회전시켜 조향력을 보조하거나 조향력을 생성한다.
이때 모터(311)는 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라서 구동풀리(312)를 회전시켜 종동풀리(314)와 조향출력축(317)을 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써, 운전자의 조향휠(301) 조작력을 보조하거나 운전자의 조향휠(301) 조작력을 대신하여 입력축(329)을 회전시키며 제2조향동력기(320)를 작동시킨다.
이러한 구동풀리(312)는 외주면에 기어가 형성되어 벨트(315)와 치합되며, 중공형상으로 형성되어 모터축(311a)에 압입되어 결합되거나, 모터축(311a)에 일체로 형성될 수도 있다.
일예로 도면에 도시된 것처럼, 구동풀리(312)가 모터축(311a)에 일체로 형성되는 경우 모터축(311a)의 끝단에 벨트(315)와 치합되는 기어가 형성되며, 모터축(311a)의 기어가 형성되는 부분에 벨트(315)가 치합되어 연결된다.
이러한 종동풀리(314)는 외주면에 풀리기어(314a)가 형성되어 벨트(315)와 치합되며, 내주면에는 조향출력축(317)이 압입 결합되어 회전된다.
또한, 종동풀리(314)에는 경방향 내측으로 돌출 형성되어 조향출력축(317)에 결합되는 연결부(314b)가 형성되어 종동풀리(314)가 조향출력축(317)에 결합되면서 풀리기어(314a)의 직경이 크게 형성될 수 있으며, 구동풀리(312)와 종동풀리(314)의 감속비가 커져 조향출력축(317)이 출력하는 토크가 커지게 된다.
즉, 종동풀리(314)의 직경이 구동풀리(312)의 직경보다 크게 형성되되 원하는 기어비를 맞추기 위해 종동풀리(314)의 내주면에 경방향으로 돌출 형성되는 연결부(314b)가 구비된다.
또한, 조향출력축(317)에는 외주면 일측에서 단턱지며 돌출되는 걸림턱부(317a)가 형성되며, 연결부(314b)에는 내주면 일측에서 단턱지며 함몰되는 삽입홈(314c)이 형성되어 삽입홈(314c)에 걸림턱부(317a)가 삽입되어 결합된다.
즉, 조향출력축(317)에는 걸림턱부(317a)가 형성되며 종동풀리(314)에는 삽입홈(314c)이 형성되어 걸림턱부(317a)에 삽입홈(314c)이 결합되면서 조향출력축(317)에 종동풀리(314)가 결합되어 종동풀리(314)가 조향출력축(317)을 회전시킨다.
이러한 조향출력축(317)과 종동풀리(314)는 일예로 압입되어 결합될 수 있으며, 압입된 후에도 삽입홈(314c)에 걸림턱부(317a)가 삽입되어 있어서 조향출력축(317)과 종동풀리(314) 사이가 안정적으로 결합될 수 있게 된다.
또한, 조향출력축(317)과 종동풀리(314)는 조향출력축(317)과 일체로 형성될 수도 있으며, 조향출력축(317)의 일측에서 연결부(314b)가 경방향 외측으로 돌출 형성되고 연결부(314b)의 돌출된 끝단에 풀리기어(314a)가 형성되어 벨트(315)가 연결될 수도 있다.
또한, 이러한 벨트(315), 조향출력축(317), 토크센서(302)를 감싸는 벨트하우징(345)이 더 구비될 수 있으며, 벨트하우징(345)은 내측에 벨트(315), 조향출력축(317), 토크센서(302)가 구비되되 조향출력축(317)이 제1베어링(341)과 제2베어링(342)을 매개로 결합되어 구비된다.
이러한 벨트하우징(345)은 벨트(315), 조향출력축(317), 토크센서(302)를 감싸 외부로부터 보호하며 내측으로 먼지 등이 유입되는 것을 방지한다.
여기서 제1베어링(341)은 일예로 볼베어링으로 구비되어 조향출력축(317)의 축방향 및 경방향 하중을 지지해준다.
또한, 제1베어링(341)의 내륜은 일측이 조향출력축(317)에서 경방향 외측으로 돌출 형성되는 제1단턱부(317b)에 지지되며 타측이 조향출력축(317)에 나사결합되어 구비되는 락너트(371)에 지지된다.
또한, 제1베어링(341)의 외륜은 일측이 벨트하우징(345)에서 경방향 내측으로 돌출 형성되는 제2단턱부(345a)에 지지되며 타측이 벨트하우징(345)의 개구되는 단부에 나사결합되어 구비되는 락스크류(372)에 지지된다.
또한, 락스크류(372)는 벨트하우징(345)의 내측에 나사결합되어 일측에 제1베어링(341)의 외륜의 타측이 지지되며, 타측에 제1수밀부재(373)가 압입되어 결합되어 벨트하우징(345) 내측으로 먼지 또는 수분이 유입되는 것을 방지한다.
이러한 제1수밀부재(373)는 락스크류(372)의 타측 내주면과 조향출력축(317) 사이에 구비되어 벨트하우징(345) 내측으로 먼지 또는 수분이 유입되는 것을 방지한다.
제2베어링(342)은 일예로 니들베어링으로 구비되어 조향출력축(317)의 경방향 하중을 지지해주어 조향출력축(317)이 벨트하우징(345) 내에 안정적으로 결합된다.
또한, 벨트하우징(345)의 일측에 모터(311)가 결합되는 커버하우징(347)이 더 구비될 수도 있으며, 커버하우징(347)은 벨트하우징(345)에 체결부재(349)로 결합된다.
이러한 커버하우징(347)이 구비되어 모터(311)가 벨트하우징(345)에 결합될 수 있으며 벨트하우징(345)의 조향입력축(316)이 결합되는 개구부위를 밀폐시킨다.
또한, 커버하우징(347)의 벨트하우징(345)과 결합되는 부위의 반대쪽에는 제2수밀부재(374)가 구비되어 커버하우징(347)의 내측으로 먼지 또는 수분 등이 유입되는 것을 방지한다.
또한, 조향입력축(316)과 조향출력축(317) 사이에도 제3베어링(343)이 결합되어 구비됨에 따라 조향입력축(316)과 조향출력축(317) 사이의 경방향 하중을 지지해주며, 일예로 제3베어링(343)은 니들베어링으로 구비될 수도 있다.
이러한 제3베어링(343)은 조향입력축(316)과 조향출력축(317) 사이에 토크가 발생되면서 토션바(319)가 비틀릴 때 조향입력축(316)과 조향출력축(317) 사이의 회전방향 유동을 지지하며, 조향입력축(316)과 조향출력축(317) 사이의 경방향 하중을 지지해준다.
또한, 제1조향동력기(310)는 다른 예로, 도 6에 도시된 것처럼, 조향출력축(317)과 연결되어 회전하는 웜휠(368)과, 웜휠(368)과 치합되어 조향출력축(317)과 연결된 웜휠(368)을 회전시키는 웜축(369)을 포함하는 감속기(313), 및 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라 웜축(369)을 정방향 또는 역방향으로 구동하는 모터(311)를 포함하여 구성된다.
제1조향동력기(310)는 모터(311)의 구동력으로 조향출력축(317)을 회전시키도록, 조향출력축(317)에 모터(311)의 회전수를 적당한 조향출력축(317)의 회전으로 조정하는 감속기(313)가 결합된다.
감속기(313)는, 모터(311)의 구동력에 의해 웜축(369)과 웜휠(368)이 연동되어 기어비에 따라 감속되면서 조향출력축(317)을 회전시킨다.
이러한 웜휠(368)은 중심에 조향출력축(317)을 연결하여 같이 연동되어 회전하게 하고, 이 웜휠(368)과 치합되는 웜축(369)이 모터(311)의 구동력으로 회전하면서 웜휠(368)을 회전시켜 조향축(381)의 조향력을 보조하거나 조향력을 생성한다.
이때 모터(311)는 제어부(308)로부터 입력된 조향 제어신호에 따라서 웜축(369)을 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써, 운전자의 조향휠(301) 조작력을 보조하거나 운전자의 조향휠(301) 조작력을 대신하여 입력축(329)을 회전시키며 제2조향동력기(320)를 작동시킨다.
그리고, 제2조향동력기(320)는 입력축(329)의 회전방향에 따라 유로가 변경되는 유압을 이용한 유압식 조향동력기로서, 작동유의 유압에 따라 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
이러한 제2조향동력기(320)는 일예로 도 7을 참조하면, 입력축(329)의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유압으로 기어박스(325)의 섹터샤프트(351)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키며 조향력을 보조한다.
제2조향동력기(320)는 오일펌프(323)의 유압을 이용한 유압식 조향동력기로서, 작동유의 유압에 따라 스크류너트(337)가 일측방향 또는 타측방향으로 슬라이딩되면서 섹터샤프트(351)를 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 된다.
이러한 제2조향동력기(320)는 조향출력축(317)과 결합되는 입력축(329)이 회전하면, 볼스크류 토션바(331)를 매개로 입력축(329)과 결합된 볼스크류(335)가 회전하고, 볼스크류(335)와 볼을 매개로 결합된 스크류너트(337)가 회전하면서 섹터샤프트(351)를 회전하게 된다.
볼스크류(335)는 외주면에 스크류홈이 형성되어 있고, 볼스크류(335)가 삽입되는 스크류너트(337)는 내주면에 볼스크류(335)의 스크류홈과 대응되는 스크류홈이 형성되어 이들 스크류홈에 수개의 볼이 결합된다.
스크류너트(337)는 외주면에 기어치(337a)가 형성되어 이와 맞물리는 기어치(351a)가 형성된 섹터샤프트(351)를 구동하게 되어 있다.
그리고, 섹터샤프트(351)는 피트먼암(360)과 결합되어 있어서, 섹터샤프트(351)의 회전시 피트먼암(360)의 타단에 결합된 링크에 의해 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴(309)를 조향시키게 된다.
이때 입력축(329)의 회전시 이를 감싸며 결합된 밸브바디(333)의 수개의 작동유 유출입홀을 통해 작동유가 기어박스 하우징(339)의 제1실린더(355) 또는 제2실린더(353)로 유입되면서 작동유의 유압에 의해 스크류너트(337)를 일측방향 또는 타측방향으로 슬라이딩시키게 되어 입력축(329)과 볼스크류(335)의 회전력 즉, 조향력을 보조하게 된다.
또한, 밸브바디(333)의 수개의 작동유 유출입홀은 입력축(329)의 회전방향에 따라 작동유의 유로가 변경되며, 입력축(329)의 회전방향과 대응되게 섹터샤프트(351)를 회전시키도록 작동유가 제1실린더(353)와 제2실린더(355)에 각각 유입되면서 작동유의 유압으로 인해 볼스크류(335)가 회전하며 스크류너트(337)를 구동시킨다.
또한, 제2조향동력기(320)는 다른 예로 도 8을 참조하면, 조향축(381)의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유압으로 랙바(362)를 정방향 또는 역방향으로 슬라이딩시키며 조향력을 보조한다.
이러한 제2조향동력기(320)는 크게 입력축(329)과 연결되는 피니언 밸브 어셈블리(361), 그리고 피니언 밸브 어셈블리(361)의 동작에 따라 바퀴(309)를 직접 동작시킬 수 있도록 좌, 우 양측으로 연장되어 바퀴(309)에 연결되는 랙바(362)를 포함한다.
입력축(329)에는 측면에 오일펌프(323)가 연결된 피니언 밸브 어셈블리(361)가 마련되며, 피니언 밸브 어셈블리(361)는 오일펌프(323)를 통해 공급되는 오일을 조절한다.
피니언 밸브 어셈블리(361)의 내부에는 입력축(329)을 통해 전달된 회전력에 의해 회전하며 끝단 외주부에 이가 형성된 피니언(미도시)이 구비되고 피니언 밸브 어셈블리(361)의 하부 외측에는 피니언 밸브 어셈블리(361)와 일체로 형성되며 양측으로 연장되는 랙하우징(363)이 구비된다.
랙하우징(363)의 일측에는 실린더 튜브(365)가 압입되어 연결되는데 실린더 튜브(365)는 피니언 밸브 어셈블리(361)를 통해 공급되는 오일이 유동되는 공간을 형성할 수 있도록 마련되는 중공관으로서 양측이 개구되어 형성되며, 개구된 양측에는 오일씰(367) 등이 설치된다.
또한, 랙하우징(363)의 내부에는 일측에 피니언과 치합되는 랙기어가 형성된 랙바(362)가 구비된다.
랙바(362)는 랙하우징(363)의 내부에서 축방향으로 이동되며, 피니언과 치합되는 랙기어가 형성되고, 랙바(362)의 좌,우측은 볼 하우징에 볼이 삽입되어 결합되는 이너 볼 조인트를 매개로 타이로드와 연결되어 바퀴(309)를 조향한다.
또한, 랙바(362)의 일측에는 실린더 튜브(365)의 내부면과 밀착되어 그 안에서 슬라이딩 될 수 있도록 피스톤(364)이 구비되는데, 이 피스톤(364)은 피니언 밸브 어셈블리(361)와 연결된 두 개의 유압관 사이에 설치되어 피니언 밸브 어셈블리(361)를 통해 공급되는 유압에 의해 작동된다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면 운전자가 직접 조향하지 않아도 유압식 조향동력기의 입력축을 회전시키는 전기식 조향동력기가 구비됨에 따라 승용차에 비하여 상대적으로 큰 조향력이 필요한 트럭이나 버스의 경우에도 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하는 자동 주차, 차선유지, 트레일러 백업 보조, 노면상태에 따른 주행보조. 조향진동 감쇠, 자율주행제어 등의 부가기능을 사용할 수 있어 운전자의 편의성을 높이는 효과가 있다.
또한, 전기식 조향동력기에 토션바가 구비되어 있어서 운전자의 조향의지와 무관하게 자동차를 제어하다가 운전자가 조향휠을 회전시키면 토크센서에서 이를 인식하여 운전자의 조향의지를 반영하여 조향력을 보조하거나 생성함에 따라 운전자의 안전성을 높이는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
301: 조향휠 302: 토크센서
303: 위치센서 304: 카메라센서
305: 거리센서 306: 차속센서
307: 차고센서 308: 제어부
309: 바퀴 310: 제1조향동력기
311: 모터 312: 구동풀리
313: 감속기 314: 종동풀리
315: 벨트 316: 조향입력축
317: 조향출력축 318: 중간축
319: 토션바 313: 감속기
320: 제2조향동력기 329: 입력축

Claims (16)

  1. 조향축의 회전 토크를 감지하는 토크센서로부터 입력된 제1입력신호와 위치센서, 카메라센서, 거리센서, 차속센서, 차고센서 중 어느 하나로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 조향 제어신호를 송출하는 제어부;
    상기 제어부로부터 입력된 상기 조향 제어신호에 따라 전기력으로 상기 조향축을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 상기 조향축의 조향력을 보조하는 제1조향동력기; 및
    상기 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유로가 변경되며 상기 작동유의 유압으로 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴를 조향하는 제2조향동력기;
    를 포함하고,
    상기 제1조향동력기는,
    상기 조향축과 연결되어 회전하는 종동풀리와, 상기 종동풀리와 연결되는 벨트와, 상기 벨트와 연결되어 상기 종동풀리를 회전시키는 구동풀리를 포함하는 감속기; 및
    상기 제어부로부터 입력된 상기 조향 제어신호에 따라 상기 구동풀리를 정방향 또는 역방향으로 구동하는 모터;
    를 포함하며,
    운전자의 조향의지와 무관하게 상기 제1조향동력기와 제2조향동력기가 작동되다가 상기 제어부에 상기 제1입력신호가 입력되는 경우, 상기 제어부는 운전자의 조향의지를 우선하는 상기 조향 제어신호를 상기 모터로 송출하여 상기 제1조향동력기와 제2조향동력기가 작동되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1조향동력기는 컬럼부에 연결되는 조향입력축과 상기 제2조향동력기에 연결되는 조향출력축이 토션바를 매개로 연결되며, 상기 토크센서가 상기 조향입력축과 조향출력축의 외측에 구비되어 상기 조향입력축과 조향출력축의 토크를 감지하여 상기 제어부로 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 종동풀리는 외주면에 풀리기어가 형성되어 상기 벨트와 치합되며, 내주면에는 상기 조향출력축이 결합되어 회전되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 종동풀리에는 경방향 내측으로 돌출 형성되어 상기 조향출력축에 결합되는 연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조향출력축에는 외주면 일측에서 단턱지며 돌출되는 걸림턱부가 형성되며, 상기 연결부에는 내주면 일측에서 단턱지며 함몰되어 상기 걸림턱부가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 종동풀리는 상기 조향출력축과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    내측에 상기 벨트, 조향출력축, 토크센서가 구비되되 상기 조향출력축이 제1베어링과 제2베어링을 매개로 결합되어 구비되는 벨트하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 벨트하우징에 체결부재로 결합되며, 일측에 상기 모터가 결합되는 커버하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 조향입력축과 조향출력축 사이에 제3베어링이 결합되어 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  12. 조향축의 회전 토크를 감지하는 토크센서로부터 입력된 제1입력신호와 위치센서, 카메라센서, 거리센서, 차속센서, 차고센서 중 어느 하나로부터 입력되는 제2입력신호에 따라 조향 제어신호를 송출하는 제어부;
    상기 제어부로부터 입력된 상기 조향 제어신호에 따라 전기력으로 상기 조향축을 회전시켜 조향력을 생성하거나 정방향 또는 역방향으로 회전하는 상기 조향축의 조향력을 보조하는 제1조향동력기; 및
    상기 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유로가 변경되며 상기 작동유의 유압으로 타이로드 또는 너클을 작동시켜 바퀴를 조향하는 제2조향동력기;
    를 포함하고,
    상기 제1조향동력기는,
    상기 조향축과 연결되어 회전하는 웜휠과, 상기 웜휠과 치합되어 상기 조향축과 연결된 웜휠을 회전시키는 웜축을 포함하는 감속기; 및
    상기 제어부로부터 입력된 상기 조향 제어신호에 따라 상기 웜축을 정방향 또는 역방향으로 구동하는 모터;
    를 포함하며,
    운전자의 조향의지와 무관하게 상기 제1조향동력기와 제2조향동력기가 작동되다가 상기 제어부에 상기 제1입력신호가 입력되는 경우, 상기 제어부는 운전자의 조향의지를 우선하는 상기 조향 제어신호를 상기 모터로 송출하여 상기 제1조향동력기와 제2조향동력기가 작동되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1조향동력기는 컬럼부에 연결되는 조향입력축과 상기 제2조향동력기에 연결되는 조향출력축이 토션바를 매개로 연결되며, 상기 토크센서가 상기 조향입력축과 조향출력축의 외측에 구비되어 상기 조향입력축과 조향출력축의 토크를 감지하여 상기 제어부로 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부에 상기 제1입력신호와 제2입력신호가 동시에 입력되는 경우 상기 제1입력신호에 따라 상기 조향 제어신호를 상기 모터에 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  15. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2조향동력기는 상기 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유압으로 기어박스의 섹터샤프트를 정방향 또는 역방향으로 회전시키며 조향력을 보조하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  16. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2조향동력기는 상기 조향축의 정방향 또는 역방향의 회전에 따라 작동유의 유압으로 랙바를 정방향 또는 역방향으로 슬라이딩시키며 조향력을 보조하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
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