KR20110052859A - 독립형 ｓｂｗ 조향 시스템용 제어레버 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치에 관한 것으로, 프런트엑슬의 수직방향에서 배치된 엑추에이터의 피스톤 운동에 따라 로드휠을 조향하도록 타이로드를 이동시키는 제어레버 장치에 있어서, 일단은 상기 피스톤에 피벗(pivot)결합되고, 타단은 타이로드에 피벗결합된 구동바; 및 차체 고정된 회동점에서 일단이 피벗결합되고, 타단은 상기 구동바의 양단 사이의 한 지점에서 피벗결합된 지지바;를 포함하고, 상기 회동점은 피스톤의 연장 선상 및 타이로드의 연장 선상이 교차하는 구동바의 일측에서 형성되어, 상기 피스톤의 이동에 따라 구동바가 회동하여 타이로드를 이동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 종래의 회전운동을 직선운동으로 전달하여 설치면적을 축소할 수 있는 효과가 있으며, 가이드부재 및 가이드레일이 구비되어 타이로드와 구동바 간의 흔들림을 방지하는 효과가 있고, 구동바와 지지바의 피벗결합된 지점을 변경하여 차량의 사양에 맞게 작용하는 모멘트암(moment arm)을 조절할 수 있으므로 이에 따라 엑추에이터 용량의 축소가 가능하다.

타이로드, 엑추에이터, 구동바, 지지바

Description

독립형 ＳＢＷ 조향 시스템용 제어레버 장치{Control-lever apparatus for independent steer-by-wire steering system}

본 발명은 제어레버 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 좌우 독립형 SBW(Steer-by-wire) 조향 시스템에 있어, 제어레버 장치의 구조를 개선한 것을 특징으로 한다.

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.

도 1 은 종래의 (좌우) 독립형 SBW 조향 시스템의 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 스티어링휠(40)의 아래로 조향컬럼이 결합되고 조향컬럼의 일측으로는 ECU 등과 연결된 반력모터가 결합된다. 그리고, 좌우 양측에서 엑추에이터(10)가 프런트 엑슬에 수직 방향에서 양측 로드휠들에 연결되도록 각각 배치된다. 상기 엑 추에이터(10)의 피스톤(11) 끝단은 "L" 형상의 제어레버(50)의 일측끝단에 연결되며 제어레버(50)의 타측끝단은 로드휠에 연결되는 타이로드(20)의 일측과 결합된다.

상기 반력모터는 반력ECU의 제어에 의한 모터의 토크제어를 통하여 차량의 속도에 따라 종래의 유압식 조향장치와 유사한 조향 반력감을 생성하고, 엑추에이터(10)는 조향입력(스티어링휠이 회전)에 따라 조향ECU의 제어에 의해 피스톤을 상승하강시켜 제어레버(50)를 회전시킴으로서 타이로드(20)를 이동시키도록 구성된다.

참고적으로, SBW 조향 시스템은 전기자동차, 또는 수소자동차 등과 같이 전기를 구동원으로 사용하는 차량에 주로 탑재될 목적으로 개발된 것으로 상기 엑추에이터는 랙 & 피니언 방식으로 피스톤을 작동시키는 모터로 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 각 끝단이 원호 운동하므로 타이로드로 효과적으로 힘이 전달되지 못한 문제점이 있었다. 그리고, 로드휠에 작용하는 외력에 의한 역전을 방지하도록 별도의 장치가 더 필요하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하는 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프런트엑슬의 수직방향에 배치된 엑추에이터의 피스톤 운동에 따라 로드휠을 조향하도록 타이로드를 이동시키는 제어레버 장치에 있어서, 일단은 상기 피스톤에 피벗(pivot)결합되고, 타단은 타이로드에 피벗결합된 구동바; 및 차체 고정된 회동점에서 일단이 피벗결합되고, 타단은 상기 구동바의 양단 사이의 한 지점에서 피벗결합된 지지바;를 포함하고, 상기 회동점은 피스톤의 연장 선상 및 타이로드의 연장 선상이 교차하는 구동바의 일측으로 어느 특정의 위치에서 형성되어, 상기 피스톤의 이동에 따라 구동바가 회동하여 타이로드를 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 타이로드와 구동바의 결합지점에는 가이드부재가 결합되고, 상기 가이드부재는 서로 평행하게 배치된 두 개의 가이드레일 사이에서 활주하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동바와 지지바가 피벗결합된 지점은 구동바와 피스톤이 피벗결합된 지점보다 구동바와 타이로드가 피벗결합된 지점에 더 가깝게 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은, 종래의 회전운동을 직선운동으로 전달하여 설치면적을 축소할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 가이드부재 및 가이드레일이 구비되어 타이로드와 구동바 간의 흔들림을 방지하는 효과가 있다.

그리고, 구동바와 지지바의 피벗결합된 지점을 변경하여 차량의 사양에 맞게 작용하는 모멘트암(moment arm)을 조절할 수 있으므로 이에 따라 엑추에이터 용량의 축소가 가능하다.

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

도 2 는 본 발명의 제어레버 장치를 개략적으로 평면상에서 도시한 것으로, 도면의 상측은 차량의 전방이며 도시된 제어레버 장치는 차량의 우측에 장착된 모 습을 나타낸 것이다. 그리고, 도면을 단순화하여 보다 명확하게 설명하기 위하여 로드휠과 결합되는 너클암, 킹핀, 뎀핑유닛 등과 같이 차량에 기본적으로 장착되는 부품들은 생략되고 본 발명을 실시하기 위한 필수요소만 도시 것이다.

도 2 를 참조하면, 로드휠(30)을 회전시키는 프런트엑슬(60)의 후방으로는 타이로드(20)가 로드휠(30)로 연결된다. 그리고, 엑추에이터(10)는 상기 프런트엑슬(60)과 수직방향으로 피스톤 운동하도록 배치된다.

따라서, 엑추에이터(10)는 타이로드(20)와 거의 직각을 이루며 배치되며, 각 끝단은 구동바(1)의 양끝단에 각각 연결된다. 상기 구동바(1)는 타이로드(20) 및 피스톤(11)의 연결지점에서 축회전이 가능하도록 피벗(pivot) 또는 힌지 방식에 의해 결합된다.

상기 구동바(1)는, 피스톤(11)의 연장 선상 및 타이로드의 연장 선상이 교차하는 일측으로 즉, 도 2 에서 점선의 교차점이 위치한 방향에서 지지바(2)를 통하여 차체에 링크된다. 다시 말해, 도시된 바와 같이 상기 지지바(1)는 일단이 구동바(1)의 소정의 위치에서 결합되며 타단은 차체에 고정된다. 상기 지지바(2)도 축회전이 가능하도록 양단에서 피벗결합되며, 전술한 바와 같이 차체에 고정되는 지점인 회동점(B)은 피스톤(11)의 연장 선상 및 타이로드(20)의 연장 선상이 교차하는 지점(점선의 교차점)에 형성된다.

따라서, 피벗결합하여 회전하는 네 개의 지점이 형성되며 각 지점은 도면에서 A, B, C, D 로 표기되었다.

한편, 구동바(1)와 타이로드(20)가 연결된 지점(A)에는 타이로드(20)와 함께 연동하여 가이드레일(4)을 따라 횡방향으로 활주가능하도록 가이드부재(3)가 설치된다. 상기 가이드레일(4)은 가이드부재(3)가 타이로드와 연동하여 이탈하지 않도록 결합되되, 가이드레일(4)이 구동바(1)의 회전을 간섭하지 않도록 부설된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어레버 장치의 동작상태를 더욱 상세히 설명한다.

스티어링휠(40)의 회전에 따라 차량이 우회전하게 될 때, 제어유닛인 ECU(미도시)에 응답하여 엑추에이터(10)는 피스톤(11)을 내부로 후퇴시키면, 구동바(1)와 지지바(2)는 도 3 의 우측에 도시된 바와 같이 회동하게 된다. 구동바(1)의 회전에 따라 타이로드(20)는 좌측으로 이동하게 된다. 이때, 로드휠(30)은 프런트엑슬에 결합된 상태이므로 타이로드(20)의 이동에 따라 도시된 바와 같이 우측으로 회전하게 된다.

물론, 피스톤(11)을 전진시키면 반대의 동작으로 로드휠(30)은 좌측으로 회전하게 된다. 이와 같은 움직임을 갖는 직선운동기구는 스코트 러셀(Scott Russell)기구로 알려져 있다.

한편, 본 발명의 제어레버 장치는, 도 2 에서 A에서 D까지의 거리, B에서 D까지의 거리, C에서 D까지의 거리가 모두 동일하게 구성되면, 피스톤(11)의 운동방향과 타이로드(20)의 운동방향은 서로 정확한 직각을 이루며 힘의 손실이나 이득은 발생하지 않는다.

하지만, 도 4 에 도시된 바와 같이 D 의 위치를 A 지점에 가깝도록 D'로 이동시키면, C 지점에서 작용하게 되는 토크(Torque: Moment of force)가 달라지게 된다. 즉, 피스톤이 상승하도록 작동한다면, 힘은 C 지점에서 D 지점 방향으로 작용하므로 도 4 의 좌측 그림에서 모멘트암(moment arm)은 r1이 된다. 그러나, D 지점을 D'로 이동시키면 r1 은 도 4 의 우측 그림과 같이 모멘트암은 r1'로 증가한다. 즉, 모멘트암의 값과 작용하는 방향으로의 힘의 값을 곱한 값이 그 지점에서의 토크가 되므로, D'의 위치를 A 지점에 더 가깝도록 이동시킬수록 더 작은 힘으로 타이로드를 이동시킬 수 있으며, 이에 따라 엑추에이터는 더 낮은 출력으로도 작동이 가능하다.

반대의 경우, 가령 차량이 요철을 지남에 따라 로드휠에 외력이 발생하여 타이로드가 피스톤에 힘을 가하게 되는 경우에는, 모멘트암이 r2 에서 r2' 로 축소하였으므로 동일한 크기의 외력이라도 엑추에이터에는 더 작은 부하로 작용한다.

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 분해사시도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치가 장착된 모습을 나타내는 평면도,

도 3 은 차량이 우회전할 때 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치가 동작하는 모습을 나타내는 평면도,

도 4 는 각각 본 발명의 바람직한 실시예 및 다른 실시예에 따른 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치들을 비교하여 나타낸 평면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1: 구동바 2:지지바

10: 엑추에이터 20:타이로드

30: 로드휠

Claims (3)

1. 프런트엑슬의 수직으로 배치된 엑추에이터의 피스톤 운동에 따라 로드휠을 조향하도록 타이로드를 이동시키는 제어레버 장치에 있어서,

   일단은 상기 피스톤에 피벗(pivot)결합되고, 타단은 타이로드에 피벗결합된 구동바; 및

   차체 고정된 회동점에서 일단이 피벗결합되고, 타단은 상기 구동바의 양단 사이의 한 지점에서 피벗결합된 지지바;를 포함하고,

   상기 회동점은 피스톤의 연장 선상 및 타이로드의 연장 선상이 교차하는 구동바의 일측에서 형성되어, 상기 피스톤의 이동에 따라 구동바가 회동하여 타이로드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 타이로드는 가이드부재가 결합되고, 상기 가이드부재는 서로 평행하게 배치된 두 개의 가이드레일 사이에서 활주하는 것을 특징으로 하는 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치.
3. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구동바와 지지바가 피벗결합된 지점은 구동바와 피스톤이 피벗결합된 지점보다 구동바와 타이로드가 피벗결합된 지점에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 독립형 SBW 조향 시스템용 제어레버 장치.

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