KR102657328B1 - 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유성기어 감속기 구조를 활용하여 조향 및 복원반력을 생성하면서 스티어링휠의 회전각 제한이 가능한 기술에 관한 것으로, 회전력을 제공하는 제1모터 및 제2모터; 상기 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 그 회전력을 스티어링휠에 감속 출력하여 조향에 필요한 반력을 생성하는 제1유성기어세트; 상기 스티어링휠 및 제2모터로부터 회전력이 입력 가능하고, 그 회전력을 감속 출력하되, 상기 제2모터의 회전에 따라 상기 스티어링휠에 의한 입력에 대해 기어비를 가변하여 출력하는 제2유성기어세트; 및 상기 제2유성기어세트에서 출력되는 회전력을 기반으로 제1스토퍼부가 회전되고, 상기 제1스토퍼부의 회전경로 상에서 제2스토퍼부와 걸림 가능하게 마련되어 스티어링휠의 최대 회전각도를 제한하는 스토핑수단;을 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치가 소개된다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치{STEERING APPARATUS FOR STEER BY WIRE SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MDPS시스템과 AFS시스템을 통합하여 제품의 원가를 감소시키면서 차량의 조타감과 주행 안정성을 향상시키는 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어 시스템(STEER BY WIRE SYSTEM)은 스티어링휠과 차량의 구동바퀴의 기계적 연결을 분리한 조향시스템으로, 스티어링휠의 회전 신호를 전자제어유니트(ECU)를 통해 입력받고, 입력된 회전 신호를 바탕으로 구동바퀴에 연결된 조향모터를 작동시켜 차량을 조향할 수 있다.
이러한 스티어 바이 와이어 시스템은 기존의 조향시스템이 갖는 기계적 연결구조가 제거됨으로써, 조향계 구성에 따른 레이아웃 자유도를 증가시키고, 연비를 개선하며, 차륜에서 역입력되는 외란을 제거할 수 있는 등의 장점을 갖고 있다.
반면, 이 같은 기계적 연결구조의 단절로 인해 운전자가 필요로 하는 조향정보를 제대로 피드백 받을 수 없는 단점도 있다.
예컨대, 기존의 조향시스템의 경우 유니버셜조인트 등을 통한 기계적 연결구조로 인해 조향반력을 별도 생성할 필요가 없지만, 스티어 바이 와이어 시스템의 경우에는 기계적 연결구조가 없기 때문에 모터 등을 이용하여 조향반력 또는 복원반력을 생성할 필요가 있다.
또한, 타이어가 회전한계에 도달하여 더 이상 돌아갈 수 없는 경우라 하더라도, 스티어링휠은 계속해서 돌아가는 현상이 발생할 수 있는바, 스티어링휠의 회전범위를 제한할 필요도 있다.
이에, 스티어 바이 와이어 시스템 분야에서 스티어링휠의 회전각도를 일정하게 제한해주는 기술이 요구되고 있고, 최근 스티어링휠의 회전범위를 기계적으로 제한하는 메커니즘이 다양하게 제안되고 있는 실정에 있다.
다만, 이 같은 회전제한 메커니즘과, 조향 반력 생성을 위한 메커니즘이 개별 시스템으로 설치됨으로써, 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2004-0017349 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유성기어 감속기 구조를 활용하여 조향 반력 및 복원 반력을 생성하면서, 스티어링휠의 회전각도 제한이 가능한 메커니즘을 구현하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 회전력을 제공하는 제1모터 및 제2모터; 상기 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 그 회전력을 스티어링휠에 감속 출력하여 조향에 필요한 반력을 생성하는 제1유성기어세트; 상기 스티어링휠 및 제2모터로부터 회전력이 입력 가능하고, 그 회전력을 감속 출력하되, 상기 제2모터의 회전에 따라 상기 스티어링휠에 의한 입력에 대해 기어비를 가변하여 출력하는 제2유성기어세트; 및 상기 제2유성기어세트에서 출력되는 회전력을 기반으로 제1스토퍼부가 회전되고, 상기 제1스토퍼부의 회전경로 상에서 제2스토퍼부와 걸림 가능하게 마련되어 스티어링휠의 최대 회전각도를 제한하는 스토핑수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1모터와, 제1유성기어세트와, 제2유성기어세트 및 스토핑수단은 상기 스티어링휠과 연결된 스티어링샤프트에 순차적으로 삽입 설치될 수 있다.
상기 제1유성기어세트는, 세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 스티어링휠에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 고정될 수 있다.
상기 제1유성기어세트는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성하되, 상기 제1회전요소는 제1모터에 직결된 제1선기어이고; 상기 제2회전요소는 스티어링휠 측에 연결되어 제1선기어에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제1유성기어이며; 상기 제3회전요소는 상시 고정요소로 작동하는 제1링기어일 수 있다.
상기 제2유성기어세트는, 세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 스티어링휠로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 상기 스토핑수단에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 제2모터와 연결되어 회전력이 입력되거나 선택적으로 고정 가능할 수 있다.
상기 제2유성기어세트는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성하되, 상기 제1회전요소는 스티어링휠 측에 연결된 제2선기어이고; 상기 제2회전요소는 제1스토퍼부와 연결되어 제2선기어에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제2유성기어이며; 상기 제3회전요소는 제2모터로부터 회전력을 제공받거나, 선택적인 고정요소로 작동하는 제2링기어일 수 있다.
상기 스토핑수단은, 상기 제2유성기어에 직결되고, 소정 반경 위치에 돌기가 형성된 제1스토퍼부; 상기 돌기가 삽입되고, 상기 돌기의 회전경로를 따라 일정 회전각도범위를 갖고 슬롯이 형성된 제2스토퍼부;를 포함할 수 있다.
상기 슬롯의 회전각도범위는, 조향각 중립을 기준으로 스티어링휠에서 요구되는 최대 조향각과, 제1유성기어세트 및 제2유성기어세트의 기어비의 관계로 결정하여 형성될 수 있다.
상기 스티어링휠의 조향각을 측정하는 조향각센서; 스티어링기어박스에 구비된 피니언의 피니언회전각을 연산하고, 상기 조향각과 피니언회전각의 차이가 설정값 초과인 경우, 제2모터를 작동하여 제2유성기어세트의 기어비를 증대시키는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, AFS시스템의 부가기능을 MDPS시스템에서 구현함으로써, 보다 컴팩트한 파워스티어링 시스템 구조를 갖는 것은 물론, 통합 ECU로 파워스티어링 시스템의 제어가 가능하여 제품의 원가를 감소시키는 효과가 있고, 또한 AFS시스템 및 MDPS시스템 고유의 기능을 그대로 구현하여 차량의 조타감과 주행 안정성을 향상시키는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 조향장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 일반 주행모드에서의 조향반력 생성 및 스티어링휠의 회전각 제한을 위한 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 3a, 3b는 도 2의 일반 주행모드에서 스티어링휠의 조향각 변화에 따른 스토핑수단의 작동 상태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 주차모드 및 비상모드에서의 조향반력 생성 및 스티어링휠의 회전각 제한을 위한 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 5a, 5b는 도 4의 주차모드 및 비상모드에서 스토핑수단의 작동 상태를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치는, 제1모터(1) 및 제2모터(7)와, 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)와, 스토핑수단을 포함하여 구성할 수 있다.
도 1을 참조하여, 구체적으로 살펴보면, 먼저 제1모터(1) 및 제2모터(7)는 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)에 연결되어 각각 회전력을 제공할 수 있다.
제1유성기어세트(PG1)는, 상기 제1모터(1)로부터 회전력이 입력되고, 그 회전력을 스티어링휠(3)에 감속 출력하여 조향에 필요한 반력을 생성할 수 있다.
제2유성기어세트(PG2)는, 상기 스티어링휠(3) 및 제2모터(7)로부터 회전력이 입력 가능하고, 그 회전력을 감속 출력하되, 상기 제2모터(7)의 회전에 따라 상기 스티어링휠(3)에 의한 입력에 대해 기어비를 가변하여 출력할 수 있다.
스토핑수단은, 상기 제2유성기어세트(PG2)에서 출력되는 회전력을 기반으로 제1스토퍼부(11)가 회전되고, 상기 제1스토퍼부(11)의 회전경로 상에서 제2스토퍼부(13)와 걸림 가능하게 마련되어 스티어링휠(3)의 최대 회전각도를 제한하는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기한 구성에 따르면, 제1모터(1)에서 제공되는 회전력이 제1유성기어세트(PG1)를 통해 감속되어 스티어링휠(3)에 제공됨으로써, 스티어링휠(3)에 조향 반력 및 복원 반력을 생성하게 된다.
또한, 스티어링휠(3)의 조향력이 상기 제2유성기어세트(PG2)를 통해 스토핑수단에 전달되고, 스티어링휠(3)의 조향각 증대시, 상기 스토핑수단을 통해 스티어링휠(3)의 회전이 제한됨으로써, 스티어링휠(3)의 최대 회전각을 기구적으로 제한하게 되는바, 운전자에게 물리적인 조향각 끝단을 인식시켜 주게 된다.
더불어, 제2모터(7)에서 제공되는 회전력에 의해 제2유성기어세트(PG2)의 기어비를 증대시킬 수 있으므로, 스티어링휠(3)의 작은 조향각 변화에도 상기 스토핑수단에 의한 스토핑 작동이 신속하게 이루어지게 되는바, 주차시 또는 타이어가 연석 등에 걸려 돌아가지 않는 비상 상황시에 운전자에게 물리적인 조향각 끝단임을 보다 빠르게 인식시켜 주게 된다.
따라서, 유성기어 감속기를 활용하여 스티어링휠(3)에 조향 반력 및 복원 반력을 생성하면서, 스티어링휠(3)의 최대 조향각을 제한하는 기능의 구현이 가능하고, 더불어 차량 주행 상황에 따라 조향기어비를 능동적으로 제어하는 AFS(AFS : Active Front Steering System) 기능을 구현 가능함으로써, 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 확보하고, 원가 및 중량을 절감하여 차량의 상품성을 향상시키게 된다.
이 같은 구성의 조향장치에서 상기 제1모터(1)와, 제1유성기어세트(PG1)와, 제2유성기어세트(PG2) 및 스토핑수단은 상기 스티어링휠(3)과 연결된 스티어링샤프트(5)에 순차적으로 삽입 설치될 수 있다.
즉, 상기 제1모터(1)는 중단이 비어 있는 중공 형상으로 형성되어, 스티어링휠(3)의 하부에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 제1모터(1)의 하부에는 상기 제1유성기어세트(PG1)의 축이 동심축을 이루면서 설치될 수 있고, 상기 제1유성기어세트(PG1)의 하부에는 제2유성기어세트(PG2)의 축이 동심축을 이루어 설치될 수 있으며, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 하부에 스토핑수단이 설치될 수 있다.
이때에, 상기 제2모터(7)는 상기 제2유성기어세트(PG2)의 측면, 바람직하게는 제2유성기어세트(PG2)의 제2링기어(R2)에 치합 결합되는 구조로 설치될 수 있다.
아울러, 상기 제1유성기어세트(PG1)는, 세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 제1모터(1)로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 스티어링휠(3)에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 고정될 수 있다.
이때에, 상기 제1유성기어세트(PG1)와 제1모터(1)는 물론 제2유성기어세트(PG2)는 하우징 내부에 수용된 상태로 구비될 수 있는 것으로, 제1유성기어세트(PG1)의 고정요소로 작동되는 회전요소는 상기 하우징의 내면에 고정될 수 있다.
그리고, 상기 스티어링샤프트(5)가 하우징의 상단을 관통하여 설치될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하여 상기 제1유성기어세트(PG1)의 구성에 대해 조금 더 구체적으로 살펴보면, 상기 제1유성기어세트(PG1)는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성될 수 있는 것으로, 예컨대 3:1의 기어비를 갖도록 구성할 수 있다.
이 중, 상기 제1회전요소는 제1모터(1)에 직결된 제1선기어(S1)일 수 있다.
그리고, 상기 제2회전요소는 스티어링휠(3) 측에 연결되어 상기 제1선기어(S1)에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제1유성기어(P1)일 수 있다. 이때에, 상기 제1유성기어(P1)는 제1캐리어(CR1)와 직결될 수 있고, 상기 제1캐리어(CR1)는 스티어링샤프트(5)에 직결되어 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 제 제3회전요소는 상시 고정요소로 작동하는 제1링기어(R1)일 수 있다. 즉, 상기 제1링기어(R1)는 하우징의 내면에 고정되어 상시 고정요소로 작동될 수 있다.
이 같은 제1유성기어세트(PG1)의 구성에 따르면, 상기 제1유성기어세트(PG1)에서 구현되는 감속비에 따라 제1모터(1)의 회전력을 스티어링샤프트(5)에 감속하여 출력할 수 있고, 이에 스티어링휠(3)에 조향 반력과 복원 반력을 생성 및 제공할 수 있게 된다.
아울러, 상기 제2유성기어세트(PG2)는, 세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 스티어링휠(3)로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 상기 스토핑수단에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 제2모터(7)와 연결되어 회전력이 입력되거나 선택적으로 고정 가능할 수 있다.
상기 제2유성기어세트(PG2)의 구성에 대해 조금 더 구체적으로 살펴보면, 상기 제2유성기어세트(PG2)는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성될 수 있는 것으로, 예컨대 제2모터(7)의 회전력이 입력되지 않는 조건에서 2:1의 기어비를 갖도록 구성할 수 있다.
이 중, 상기 제1회전요소는 스티어링휠(3) 측에 연결된 제2선기어(S2)일 수 있는 것으로, 상기 제2선기어(S2)는 스티어링샤프트(5)에 직결 설치될 수 있다.
그리고, 상기 제2회전요소는 상기 제1스토퍼부(11)와 연결되어 제2선기어(S2)에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제2유성기어(P2)일 수 있다. 즉, 상기 제1유성기어(P1)가 제2스토퍼부(13)와 직결 설치되어 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 제3회전요소는 제2모터(7)로부터 회전력을 제공받거나, 선택적인 고정요소로 작동하는 제2링기어(R2)일 수 있다.
예컨대, 상기 제2모터(7)의 회전축에 웜기어가 구비되고, 상기 웜기어가 웜휠 형상으로 형성된 제2링기어(R2)에 치합 결합되어 제2모터(7)의 회전력을 제2링기어(R2)에 제공할 수 있다. 그리고, 솔레노이드밸브(9)를 이용하여 제2링기어(R2)의 회전을 제한 가능함으로써, 제2링기어(R2)가 고정요소로 작동 가능할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스토핑수단은, 다시 제1스토퍼부(11)와 제2스토퍼부(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3a,3b를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 상기 제1스토퍼부(11)는, 상기 제2유성기어(P2)에 직결되고, 소정 반경 위치에 돌기(11a)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2스토퍼부(13)는 상기 돌기(11a)가 삽입되고, 상기 돌기(11a)의 회전경로를 따라 일정 회전각도범위를 갖고 슬롯(13a)이 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1스토퍼부(11)와 제2스토퍼부(13)가 서로 마주하여 스티어링샤프트(5)의 하단에 구비되고, 상기 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)가 상기 제2스토퍼부(13)에 형성된 슬롯(13a)에 끼워진 상태에서 슬롯(13a) 내에서 가이드되면서 이동된다.
이때에, 상기 제1스토퍼부(11)와 제2스토퍼부(13) 모두는 스티어링샤프트(5)가 상대 회전이 허용되는 상태로 구비되나, 상기 제1스토퍼부(11)는 제2유성기어(P2)와 함께 회전되고, 상기 제2스토퍼부(13)는 회전이 제한되는 구조로 이루어지게 된다.
더불어, 상기 제2스토퍼부(13)에 형성된 슬롯(13a)의 회전각도범위는, 조향각 중립을 기준으로 스티어링휠(3)에서 요구되는 최대 조향각과, 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)의 기어비의 관계로 결정하여 형성될 수 있다.
예컨대, 조향각 중립에서 일방 및 타방으로의 풀턴시 요구되는 최대 조향각이 540°이고, 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)의 조합에 의한 기어비가 6 : 1인 경우, 슬롯(13a)의 회전각도범위를 180°로 결정 및 형성할 수 있다.
이에, 조향각 중립에서 돌기(11a)가 슬롯(13a)의 중앙에 위치하도록 구성하는 경우, 스티어링휠(3)을 일방 또는 타방으로 540°풀턴 조작시, 돌기(11a)가 90°회전하여 슬롯(13a)의 끝부분에 걸리게 되는바, 운전자에게 물리적인 조향각 끝단을 인식시켜 주게 된다.
한편, 본 발명은 타이어의 회전이 외부 요인에 의해 방해를 받고 있는 경우, 예컨대 타이어가 연석 또는 보도블록에 걸려 조향되지 않는 경우에는, 스티어링휠(3)의 회전에도 불구하고 타이어가 회전되지 않고 있음을 운전자에게 인식시켜 줄 필요가 있다.
이에 대한 운전자의 인식이 없는 경우, 타이어는 회전되지 않는 상태에서 조향입력이 지속적으로 제공됨으로써, 모터 과부하 등과 같은 문제가 발생할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명은 상기 스티어링휠(3)의 조향각을 측정하는 조향각센서와, 스티어링기어박스에 구비된 피니언의 피니언회전각을 연산하고, 상기 조향각과 피니언회전각의 차이가 설정값 초과인 경우, 제2모터(7)를 작동하여 제2유성기어세트(PG2)의 기어비를 증대시키도록 제어하는 제어기를 포함하여 구성할 수 있다.
이때에, 상기 피니언은 스티어링기어박스에 설치되어 랙추력을 제공하는 조향모터에 연결될 수 있는 것으로, 상기 조향모터의 회전각을 기반으로 피니언회전각을 연산할 수 있다.
즉, 조향각과 피니언회전각의 차이가 설정값 초과인 경우, 솔레노이드밸브(9)에 의한 제2링기어(R2)의 록킹작용을 해제하고, 제2모터(7)의 작동을 통해 제2링기어(R2)를 회전시켜 제2유성기어세트(PG2)의 기어비를 증대시키게 된다. 따라서, 스티어링휠(3)을 풀턴까지 회전시키지 않고 조금만 회전시켜도 돌기(11a)가 빠르게 회전하여 슬롯(13a)의 끝부분에 걸려지게 되는바, 운전자에게 타이어의 회전이 불가능한 상태임을 빠르게 인식시켜 줄 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 작용 및 효과에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, 도 2 및 도 3a를 참조하여, 현재 차속이 소정 차속 이상의 기준차속 이상으로 주행하는 일반적인 주행모드의 경우를 살펴보면, 제1모터(1)로부터 제공되는 회전력이 제1선기어(S1)와 제1유성기어(P1)를 거쳐 감속되어 제1캐리어(CR1)에 전달된다. 이때에, 상기 제1캐리어(CR1)는 스티어링샤프트(5)에 직결되어 있는바, 제1모터(1)의 회전력으로 스티어링휠(3)에 조향 반력 및 복원 반력을 생성 및 제공할 수 있게 된다. 이 같은 반력 생성작용은 상시 작동이 이루어진다.
그리고, 이 경우에는 솔레노이드밸브(9)에 의해 제2링기어(R2)가 고정되어 있기 때문에 스티어링휠(3)에서 제공되는 회전력이 제2선기어(S2)와 제2유성기어(P2)를 거쳐 감속되어 제1스토퍼부(11)에 전달되고, 이에 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)가 제2스토퍼부(13)에 형성된 슬롯(13a)을 따라 회전하게 된다.
예컨대, 스티어링휠(3)의 조향각을 ±180°조향하는 경우, 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)가 ±30°회전할 수 있다.
더불어, 도 3b를 참조하면, 유턴 상황 등의 경우, 보통 스티어링휠(3)을 한 쪽방향으로 풀턴하게 된다.
예컨대, 스티어링휠(3)의 조향각을 ±540°조향하는 경우, 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)가 ±90°회전하여, 돌기(11a)가 슬롯(13a)의 끝단에 걸리게 되고, 이에 스티어링휠(3)의 조향회전을 물리적으로 제한할 수 있게 된다.
한편, 도 4 및 도 5a를 참조하여 주차모드의 경우를 살펴보면, 솔레노이드밸브(9)의 록킹작용을 해제하고, 제2모터(7)를 작동한다.
그러면, 제2모터(7)의 작동을 통해 제2링기어(R2)를 회전시키게 되고, 이에 제2선기어(S2)와 제2유성기어(P2)를 거쳐 감속되는 제2유성기어세트(PG2)의 기어비를 증대시키게 된다.
따라서, 일반적인 주행모드보다 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)의 회전이 빠르게 이루어지게 됨으로써, 주차시 스티어링휠(3)의 조향 조작이 더욱 편리하게 이루어질 수 있다.
예컨대, 스티어링휠(3)의 조향각을 ±360°만 조향하더라도, 제1스토퍼부(11)에 형성된 돌기(11a)가 ±90°회전하여, 돌기(11a)가 슬롯(13a)의 끝단에 걸리게 되고, 이에 스티어링휠(3)의 조향회전을 물리적으로 제한할 수 있게 된다.
더불어, 도 5b를 참조하여 타이어의 회전이 외부 요인에 의해 방해를 받아 조향되지 않는 이상 상황의 경우를 살펴보면, 조향각과 피니언회전각의 차이가 설정값 초과인 경우, 솔레노이드밸브(9)에 의한 제2링기어(R2)의 록킹작용을 해제하고, 제2모터(7)의 작동을 통해 제2링기어(R2)를 더욱 빠르게 회전시켜 제2유성기어세트(PG2)의 기어비를 더욱 증대시키게 된다.
따라서, 스티어링휠(3)을 조금만 회전시켜도 돌기(11a)가 빠르게 회전하여 슬롯(13a)의 끝부분에 걸려지게 되는바, 운전자에게 타이어의 회전이 불가능한 상태임을 빠르게 인식시켜 줄 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 유성기어 감속기를 활용하여 스티어링휠(3)에 조향 반력 및 복원 반력을 생성하면서, 스티어링휠(3)의 최대 조향각을 제한하는 기능의 구현이 가능하고, 더불어 차량 주행 상황에 따라 조향기어비를 능동적으로 제어하는 AFS(AFS : Active Front Steering System) 기능을 구현 가능함으로써, 스티어 바이 와이어 시스템 고유의 공간 효율성을 확보하고, 차량의 상품성을 향상시키게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 제1모터 3 : 스티어링휠
5 : 스티어링샤프트 7 : 제2모터
9 : 솔레노이드밸브 11 : 제1스토퍼부
11a : 돌기 13 : 제2스토퍼부
13a : 슬롯
PG1 : 제1유성기어세트 PG2 : 제2유성기어세트

Claims (9)

  1. 회전력을 제공하는 제1모터 및 제2모터;
    상기 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 그 회전력을 스티어링휠에 감속 출력하여 조향에 필요한 반력을 생성하는 제1유성기어세트;
    상기 스티어링휠 및 제2모터로부터 회전력이 입력 가능하고, 그 회전력을 감속 출력하되, 상기 제2모터의 회전에 따라 상기 스티어링휠에 의한 입력에 대해 기어비를 가변하여 출력하는 제2유성기어세트; 및
    상기 제2유성기어세트에서 출력되는 회전력을 기반으로 제1스토퍼부가 회전되고, 상기 제1스토퍼부의 회전경로 상에서 제2스토퍼부와 걸림 가능하게 마련되어 스티어링휠의 최대 회전각도를 제한하는 스토핑수단;을 포함하고,
    상기 제2유성기어세트는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성하되,
    상기 제1회전요소는 스티어링휠 측에 연결된 제2선기어이고;
    상기 제2회전요소는 제1스토퍼부와 연결되어 제2선기어에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제2유성기어이며;
    상기 제3회전요소는 제2모터로부터 회전력을 제공받거나, 선택적인 고정요소로 작동하는 제2링기어이며,
    상기 스토핑수단은,
    상기 제2유성기어에 직결되고, 소정 반경 위치에 돌기가 형성된 제1스토퍼부;
    상기 돌기가 삽입되고, 상기 돌기의 회전경로를 따라 일정 회전각도범위를 갖고 슬롯이 형성된 제2스토퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1모터와, 제1유성기어세트와, 제2유성기어세트 및 스토핑수단은 상기 스티어링휠과 연결된 스티어링샤프트에 순차적으로 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  3. 회전력을 제공하는 제1모터 및 제2모터;
    상기 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 그 회전력을 스티어링휠에 감속 출력하여 조향에 필요한 반력을 생성하는 제1유성기어세트;
    상기 스티어링휠 및 제2모터로부터 회전력이 입력 가능하고, 그 회전력을 감속 출력하되, 상기 제2모터의 회전에 따라 상기 스티어링휠에 의한 입력에 대해 기어비를 가변하여 출력하는 제2유성기어세트; 및
    상기 제2유성기어세트에서 출력되는 회전력을 기반으로 제1스토퍼부가 회전되고, 상기 제1스토퍼부의 회전경로 상에서 제2스토퍼부와 걸림 가능하게 마련되어 스티어링휠의 최대 회전각도를 제한하는 스토핑수단;을 포함하고,
    상기 제1유성기어세트는,
    세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 제1모터로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 스티어링휠에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 고정된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1유성기어세트는 제1,2,3회전요소를 포함하여 구성하되,
    상기 제1회전요소는 제1모터에 직결된 제1선기어이고;
    상기 제2회전요소는 스티어링휠 측에 연결되어 제1선기어에서 전달되는 회전력을 감속하여 출력하는 제1유성기어이며;
    상기 제3회전요소는 상시 고정요소로 작동하는 제1링기어인 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2유성기어세트는,
    세 개 이상의 회전요소가 마련되고, 이들 중 한 회전요소가 스티어링휠로부터 회전력이 입력되고, 다른 한 회전요소는 상기 스토핑수단에 회전력을 감속하여 출력하며, 나머지 회전요소는 제2모터와 연결되어 회전력이 입력되거나 선택적으로 고정 가능한 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯의 회전각도범위는, 조향각 중립을 기준으로 스티어링휠에서 요구되는 최대 조향각과, 제1유성기어세트 및 제2유성기어세트의 기어비의 관계로 결정하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스티어링휠의 조향각을 측정하는 조향각센서;
    스티어링기어박스에 구비된 피니언의 피니언회전각을 연산하고, 상기 조향각과 피니언회전각의 차이가 설정값 초과인 경우, 제2모터를 작동하여 제2유성기어세트의 기어비를 증대시키는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템용 조향장치.
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