KR20200009758A - 스티어 바이 와이어 장치 - Google Patents

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Abstract

스티어 바이 와이어 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 스티어 바이 와이어 장치는: 조향휠과 함께 회전되는 제1회전부와, 제1회전부와 이격된 상태로 설치되며 기어바의 측면에 구비된 제1랙기어에 맞물리는 제2회전부와, 제1회전부와 제2회전부에 각각 설치되며 제1회전부와 제2회전부의 회전각도와 토크값 중 적어도 어느 하나를 측정하는 센서부와, 센서부의 측정값을 전달받는 제어부 및 제어부의 제어신호로 동작되어 제1회전부와 제2회전부의 회전을 동기화시키는 클러치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스티어 바이 와이어 장치{APPARATUS OF STEER BY WIRE}
본 발명은 스티어 바이 와이어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페일 세이프 기능이 강화된 스티어 바이 와이어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 파워 핸들로 불리는 자동차의 동력 보조 조향장치는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 많이 사용되었다. 그러나, 최근에는 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus, EPS)의 사용이 증가하고 있다.
기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향 핸들부의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모한다. 하지만, 전기식 동력 보조 조향장치는 조향 핸들부의 회전에 의해 발생된 토크를 감지하며, 이 토크에 따라 모터를 구동하므로 모터의 회전력을 조향 보조 동력으로 사용한다. 따라서 전기식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 자동차의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
스티어 바이 와이어 장치(Steer-By-Wire Type)는 상술한 전기식 동력 보조 조향장치의 한 방식으로, 조향 시스템을 기계적 연결 없이 전기적인 동력만으로 조향한다.
종래의 스티어 바이 와이어 장치는 하단의 조향 기어 박스와 물리적으로 연결되지 않으므로, 시스템 이상이 발생할 경우 차량 제어가 불가능하여 사고의 위험성이 높아지는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요구된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1189627호(2012.10.04 등록, 발명의 명칭: 스티어 바이 와이어 조향장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 페일 세이프 기능이 강화된 스티어 바이 와이어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 장치는: 조향휠과 함께 회전되는 제1회전부와, 제1회전부와 이격된 상태로 설치되며 기어바의 측면에 구비된 제1랙기어에 맞물리는 제2회전부와, 제1회전부와 제2회전부에 각각 설치되며 제1회전부와 제2회전부의 회전각도와 토크값 중 적어도 어느 하나를 측정하는 센서부와, 센서부의 측정값을 전달받는 제어부 및 제어부의 제어신호로 동작되어 제1회전부와 제2회전부의 회전을 동기화시키는 클러치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제어부의 제어신호로 동작되며 제1회전부를 회전시키거나 조향반력을 제공하는 제1구동부 및 제어부의 제어신호로 동작되어 기어바를 이동시키는 제2구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제1구동부는, 제1회전부의 외측 둘레에 고정되며 제1회전부와 함께 회전되는 제1웜휠기어 및 제1웜휠기어에 맞물리는 출력축을 구비하며 제어부의 제어신호로 동작되는 제1모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제2구동부는, 기어바의 외측에 구비된 스크류기어에 맞물리는 회전너트부와, 제어부의 제어신호로 동작되는 제2모터 및 제2모터의 출력축과 회전너트부를 연결하는 벨트부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제2구동부는, 기어바의 외측에 구비된 제2랙기어에 맞물려 돌아가는 구동피니언기어와, 구동피니언기어의 외측 둘레에 고정되며 구동피니언기어와 함께 회전되는 제2웜휠기어 및 제2웜휠기어에 맞물리는 출력축을 구비하며 제어부의 제어신호로 동작되는 제2모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 구동피니언기어와 마주하는 위치에 설치되며 구동피니언기어의 회전각도를 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 회전감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 센서부는, 제1회전부의 회전각도와 토크값을 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 제1센서부 및 제2회전부의 회전각도를 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 제2센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제1센서부는, 제1회전부가 제1부재와 제2부재로 이격된 상태에서 제1부재와 제2부재에 양측이 연결되는 토션바 및 제1부재와 제2부재의 외측을 감싸는 형상으로 설치되며 토션바의 비틀림과 제1부재와 제2부재의 회전각도를 측정하는 측정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제어부는, 측정부재가 토크값을 측정하지 못하는 경우, 클러치부를 동작시켜 제1회전부와 제2회전부의 회전을 동기화 한 후, 측정부재와 제2센서부에서 각각 측정된 회전각도와, 기 입력된 토션바의 토크상수를 이용하여 토크값을 산출하여 제2구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 장치는, 제1센서부에서 토크값을 감지하는 기능이 고장난 경우에도, 제어부가 제1센서부와 제2센서부에서 측정된 회전각도와 기 입력된 토션바의 토크상수를 이용해 토크값을 계산하여 제2구동부를 동작시키므로 페일 세이프 기능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 기어바를 이동시키는 제2구동부가 고장된 경우에는 클러치부가 제1회전부와 제2회전부의 회전을 동기화시키며 MDPS 모드로 변경되어 기어바를 이동시키므로 페일 세이프 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1센서부가 제1회전부에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2구동부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전감지부의 설치상태를 도시한 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2센서부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2구동부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 회전각도와 토크값 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 토크값 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 회전각도 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1센서부가 제1회전부에 설치된 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2구동부의 다른 실시예를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전감지부의 설치상태를 도시한 도면이며, 도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치의 개략도이다.
도 1과 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(1)는, 조향휠(10)과 함께 회전되는 제1회전부(30)와, 제1회전부(30)와 이격된 상태로 설치되며 기어바(20)의 측면에 구비된 제1랙기어(22)에 맞물리는 제2회전부(40)와, 제1회전부(30)와 제2회전부(40)에 각각 설치되며 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전각도와 토크값 중 적어도 어느 하나를 측정하는 센서부(50)와, 센서부(50)의 측정값을 전달받는 제어부(60) 및 제어부(60)의 제어신호로 동작되어 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화시키는 클러치부(70)를 포함한다.
운전자의 조작으로 회전되는 조향휠(10)은 제1회전부(30)에 연결된다. 따라서 조향휠(10)과 함께 제1회전부(30)가 회전한다. 제1회전부(30)의 상측에는 조향휠(10)이 연결되며, 조향휠(10)의 회전으로 제1회전부(30)는 회전된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1회전부(30)는 제1부재(32)와 제2부재(34)를 포함한다. 제1부재(32)와 제2부재(34)는 서로 이격된 상태로 설치되며, 제1부재(32)의 내측에는 토션바(54)의 일측이 연결되며 제2부재(34)의 내측에는 토션바(54)의 타측이 연결된다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 제2회전부(40)는 제1회전부(30)와 이격된 상태로 설치되며, 기어바(20)의 측면에 구비된 제1랙기어(22)에 맞물리며 회전 가능하게 설치된다. 제2회전부(40)는 단일바 형상일 수 있으며, 복수의 지점에서 회전 가능하게 설치된 다관절 구조일 수도 있다.
제2회전부(40)에 기어 연결되는 기어바(20)는 제2회전부(40)에 맞물리며 직선이동을 할 수 있으며, 제2구동부(90)의 동작에 의해 직선이동을 할 수 있다. 기어바(20)는 봉 형상이며, 제2회전부(40)와 마주하는 기어바(20)의 측면에는 제1랙기어(22)가 형성된다. 제1랙기어(22)에 맞물리는 제2회전부(40)의 외측에는 피니언기어가 형성되며, 제2회전부(40)와 제1랙기어(22)는 맞물리는 형상으로 설치된다. 따라서 제2회전부(40)가 회전되는 경우, 랙피니언 기어 연결된 제1랙기어(22)는 좌우 방향으로 이동된다.
또한 제2구동부(90)와 연결되기 위한 기어바(20)의 타측에는 스크류기어(26)가 구비된다. 기어바(20)는 별도의 하우측 내측에 중앙부가 위치하며 회전이 구속되므로, 스크류기어(26)에 기어 연결된 제2구동부(90)의 회전너트부(92)가 회전되는 경우, 좌우 방향으로 직선 이동을 하며 차륜의 방향을 회전시킨다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 센서부(50)는 제1회전부(30)와 제2회전부(40)에 각각 설치되며, 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전각도와 토크값 중 적어도 어느 하나를 측정하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 센서부(50)는, 제1회전부(30)의 회전각도와 토크값을 측정하여 제어부(60)로 측정값을 전달하는 제1센서부(52) 및 제2회전부(40)의 회전각도를 측정하여 제어부(60)로 측정값을 전달하는 제2센서부(58)를 포함한다.
제1센서부(52)는 제1회전부(30)에 설치되며, 조향휠(10)과 함께 회전되는 제1회전부(30)의 토크값과 회전각도를 측정한다. 일 실시예에 따른 제1센서부(52)는 토션바(54)와 측정부재(56)를 포함한다.
토션바(54)는 설정된 토크상수를 갖는 재질로 성형되는 막대 형상이며, 제1회전부(30)가 제1부재(32)와 제2부재(34)로 이격된 상태에서 제1부재(32)와 제2부재(34)에 양측이 연결된다.
측정부재(56)는 제1부재(32)와 제2부재(34)의 외측을 감싸는 형상으로 설치되며, 토션바(54)의 비틀림과 제1부재(32)와 제2부재(34)의 회전각도를 측정하며 제어부(60)로 측정값을 전달한다. 측정부재(56)는 마주하는 제1부재(32)와 제2부재(34)의 단부 외측을 감싸는 형상으로 설치된다.
제어부(60)는 센서부(50)의 측정값을 전달받으며, 제1구동부(80)와 제2구동부(90)와 클러치부(70)의 동작을 제어한다. 일 실시예에 따른 제어부(60)는 메인제어(62)와 서브제어(64)를 포함한다.
메인제어(62)는 제1센서부(52)와 제1구동부(80)와 제2구동부(90)와 클러치부(70)와 연결되며, 서브제어(64)는 메인제어(62) 및 제2센서부(58)와 연결된다.
이러한 제어부(60)는, 제1센서부(52)의 측정부재(56)가 토크값을 측정하지 못하는 경우, 클러치부(70)를 동작시켜 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화 한 후, 측정부재(56)와 제2센서부(58)에서 각각 측정된 회전각도와, 기 입력된 토션바(54)의 토크상수를 이용하여 토크값을 산출하여 제2구동부(90)의 동작을 제어한다.
클러치부(70)는 제어부(60)의 제어신호로 동작되어 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화시키는 기술사상 안에서 다양한 종류의 클러치가 사용된다. 일 실시예에 따른 클러치부(70)는 제1회전부(30)의 하측에 연결된 제1클러치(72)와, 제2회전부(40)의 상측에 연결되며 제1클러치(72)와 마주하는 위치에 설치되는 제2클러치(74)를 포함한다. 제어부(60)의 제어신호에 의해 제1클러치(72)와 제2클러치(74)는 서로 결합되어 회전이 동기화되거나, 서로 이격되어 제1회전부(30)의 회전이 제2회전부(40)로 전달됨을 차단한다.
제1구동부(80)는 제어부(60)의 제어신호로 동작되며 제1회전부(30)를 회전시키거나 조향반력을 제공하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 제1구동부(80)는, 제1회전부(30)의 외측 둘레에 고정되며 제1회전부(30)와 함께 회전되는 제1웜휠기어(82) 및 제1웜휠기어(82)에 맞물리는 출력축을 구비하며 제어부(60)의 제어신호로 동작되는 제1모터(84)를 포함한다. 제1웜휠기어(82)의 테두리에는 웜휠기어가 형성되며, 웜휠기어에 맞물리는 제1모터(84)의 출력축에는 웜기어가 형성된다. 따라서 제1모터(84)의 동작으로 제1웜휠기어(82)가 회전하며 제1회전부(30)를 회전시킨다. 이러한 제1구동부(80)는 제1웜휠기어(82)와 제1모터(84)가 조합되어 운전자에게 조향 반력감을 전달할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제2구동부(90)는 제어부(60)의 제어신호로 동작되어 기어바(20)를 이동시킨다. 일 실시예에 따른 제2구동부(90)는, 기어바(20)의 외측에 구비된 스크류기어(26)에 맞물리는 회전너트부(92)와, 제어부(60)의 제어신호로 동작되는 제2모터(94) 및 제2모터(94)의 출력축과 회전너트부(92)를 연결하는 벨트부재(96)를 포함한다.
기어바(20)는 별도의 하우징 내측에 회전이 구속된 상태로 설치되며, 좌우 방향 이동만 허용된다. 그리고 하우징의 외측에 설치된 제2모터(94)는 제어부(60)의 제어신호에 의해 동작되어 회전동력을 공급한다.
제2모터(94)의 출력축은 스크류기어(26)에 맞물려 있는 회전너트부(92)와 벨트부재(96)로 연결되므로, 제2모터(94)의 동작으로 회전너트부(92)가 회전되며 기어바(20)를 좌우 방향으로 이동시킨다.
도 2와 도 3에는 제2구동부(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 제2구동부(100)는 구동피니언기어(102)와 제2웜휠기어(104)와 제2모터(106)를 포함한다.
구동피니언기어(102)는 기어바(20)의 외측에 구비된 제2랙기어(24)에 맞물려 돌아가는 막대 형상의 기어로 회전 가능하게 설치된다. 제2웜휠기어(104)는 구동피니언기어(102)의 외측 둘레에 고정되며, 구동피니언기어(102)와 함께 회전된다. 제2웜휠기어(104)는 원판 형상이며, 제2웜휠기어(104)의 둘레에는 기어가 형성된다. 제2모터(106)는 제2웜휠기어(104)에 맞물리는 출력축을 구비하며, 제어부(60)의 제어신호로 동작된다.
제2웜휠기어(104)의 테두리에는 웜휠기어가 형성되며, 웜휠기어에 맞물리는 제2모터(106)의 출력축에는 웜기어가 형성된다. 따라서 제2모터(106)의 동작으로 제2웜휠기어(104)가 회전하며 기어바(20)를 이동시킨다.
또한 스티어 바이 와이어 장치(1)는 회전감지부(110)를 더 포함한다. 회전감지부(110)는 구동피니언기어(102)와 마주하는 위치에 설치되며, 구동피니언기어(102)의 회전을 측정하여 제어부(60)로 측정값을 전달한다. 일 실시예에 따른 회전감지부(110)는 구동피니언기어(102)의 둘레를 감싸는 링 형상으로 설치되며, 구동피니언기어(102)의 회전을 측정한다.
제2센서부(58)는 제2회전부(40)의 회전각도를 측정하며, 회전감지부(110)는 구동피니언기어(102)의 회전각도를 측정하여 제어부(60)로 측정값을 전달하므로 페일 세이프 기능을 보다 강화할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
도 1과 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조향휠(10)의 회전으로 제1회전부(30)가 회전되면, 제1센서부(52)는 제1회전부(30)를 통해 전달된 토크값과 회전각도를 측정하여 제어부(60)로 측정값을 전달한다.
제어부(60)는 제1구동부(80)를 동작시켜 운전자에게 조향 반력감을 전달한다. 그리고 제어부(60)는 제2구동부(90)를 동작시켜 기어바(20)를 좌우 방향으로 이동시키므로 차륜의 방향을 조절한다. 이때 제1클러치(72)와 제2클러치(74)는 이격된 상태로, 제1회전부(30)를 회전시키는 동력이 제2회전부(40)로는 전달되지 않는다.
한편 제2구동부(90)에 사용되는 제2모터(94)는 시스템 안정성 확보를 위하여 듀얼 스테이터(Dual Stator) 및 듀얼 와인딩 타입(Dual Winding Type)으로 이중 구성하는 경우도 있다.
스티어 바이 와이어 장치(1)는 클러치부(70)를 구비하므로, 시스템 정상 작동시에는 클러치부(70)를 해제 상태에 두고, 시스템 이상 발생 시에는 클러치부(70)를 연결하여 MDPS 방식으로 동작시킨다.
이러한 스티어 바이 와이어 장치(1)는 정상모드와 비상조향모드와 매뉴얼모드로 동작될 수 있다.
정상모드는 조향휠(10)의 핸들링시 반력장치인 제1구동부(80)는 운전자에게 조향 반력감을 생성한다. 그리고 제1센서부(52)에서 측정된 값을 이용하여 제어부(60)는 제2구동부(90)를 동작시키므로 기어바(20)를 이동시킨다.
비상조향모드는 시스템 이상 발생으로 정상모드로 작동이 불가능 할 경우, 클러치부(70)를 연결하여 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화하여 제어한다. 클러치부(70)를 연결하고 토크센서 값을 이용할 수 있을 경우, 제1구동부(80)와 제2구동부(90)를 동작시켜 MDPS 모드로 제어가 가능하다.
MDPS(Motor Driven Power Steering)는 차량의 전동식 파워 스티어링 시스템이며, 차량 조향시 운전자가 조향휠(10)에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로서 조향을 용이하게 하는 장치이다.
매뉴얼모드는 비상조향모드 조차도 불가능한 시스템 고장이나, 밧데리 방전등의 상황에서는 클러치부(70)를 이용하여 제1회전부(30)와 제2회전부(40)를 연결하고, 순전히 운전자의 힘을 이용하여 조향이 이루어 비상모드이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2센서부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2구동부가 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 회전각도와 토크값 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 토크값 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부의 회전각도 측정이 고장난 상태에서 클러치부가 동작된 상태를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 제2센서부(58)가 고장난 경우, 스티어 바이 와이어 장치(1)의 제어가 불가능하므로 시스템을 비상조향모드로 전환한다. 따라서 클러치부(70)는 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화하여 MDPS모드로 전환하여 비상시 조향이 가능하도록 한다. 제어부(60)는 제1센서부(52)의 측정값을 전달받으며, 제1구동부(80)와 제2구동부(90)를 동작시켜 MDPS모드로 동작시킨다.
도 8에 도시된 바와 같이 제1구동부(80)가 고장난 경우 제1구동부(80)를 통한 반력 발생이 불가능하므로 시스템을 비상조향모드로 전환한다. 따라서 클러치부(70)는 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화하여 MDPS모드로 전환하므로 비상시 조향이 가능하도록 한다. 이때 센서로 제1센서부(52)를 사용하며, 제2구동부(90)를 사용하여 기어바(20)를 이동시키므로 MDPS모드로 동작된다.
도 9에 도시된 바와 같이 제2구동부(90)가 고장난 경우 차량 바퀴의 조향이 불가하므로 시스템을 비상조향모드로 전환한다. 따라서 클러치부(70)는 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화하여 MDPS모드로 전환하므로 비상시 조향이 가능하도록 한다. 이때 센서로 제1센서부(52)를 사용하며, 제1구동부(80)를 사용하여 제1회전부(30)를 회전시키므로 기어바(20)를 이동시키는 MDPS모드로 동작된다. 제1구동부(80)만 동작되므로 출력이 다소 부족할 수 있으나, 주행 중에는 조향 출력이 많이 필요하지 않으므로 비상 조향용으로는 충분히 사용할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 제1센서부(52)의 회전각도 측정과 토크값 측정이 고장난 경우, 운전자의 조향각 의지와 조향 토크 의지를 계측할 수 없으므로 시스템을 매뉴얼 모드로 전환한다. 차량 저전압으로 인한 시스템 다운 및 시동꺼짐 드으이 상황에서도 동일하게 매뉴얼 모드로 전환한다.
도 1과 도 2 및 도 11에 도시된 바와 같이 제1센서부(52)의 측정부재(56)가 토크값을 측정하지 못하는 경우, 스티어 바이 와이어 장치(1)를 MDPS 모드로 비상전환시 토크신호가 필요하다. 따라서 제어부(60)는 먼저 클러치부(70)를 동작시켜 입력축인 제1회전부(30)와 출력축인 제2회전부(40)를 연결시켜 회전을 동기화시킨다.
핸들링이 없는 상태에서는 클러치부(70) 연결후 제1회전부(30)의 회전각도와 제2회전부(40)의 회전각도가 동일하다. 그러나 조향휠(10)을 통해 핸들 토크가 인가되면, 제1회전부(30)의 내측에 설치된 토션바(54)에 의해 제1회전부(30)의 회전각도와 제2회전부(40)의 회전각도는 서로 다른 값을 갖는다.
따라서 제어부(60)는 제1회전부(30)의 회전각도와 제2회전부(40)의 회전각도 및 토션바(54)의 토크상수를 이용하여 토크값을 계산할 수 있다. 위와 같은 방식을 사용하여 제1센서부(52)를 통해 토크값 측정을 못하는 경우에도 메뉴얼(Manual) 모드로 진입하지 않고 정상모드를 유지할 수 있으므로 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제1센서부(52)에서 토크값을 감지하는 기능이 고장난 경우에도, 제어부(60)가 제1센서부(52)와 제2센서부(58)에서 측정된 회전각도와 기 입력된 토션바(54)의 토크상수를 이용해 토크값을 계산하여 제2구동부(90)를 동작시키므로 페일 세이프 기능을 향상시킬 수 있다. 또한 기어바(20)를 이동시키는 제2구동부(90)가 고장된 경우에는 클러치부(70)가 제1회전부(30)와 제2회전부(40)의 회전을 동기화시키며 MDPS 모드로 변경되어 기어바(20)를 이동시키므로 페일 세이프 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 스티어 바이 와이어 장치
10: 조향휠 20: 기어바
22: 제1랙기어 24: 제2랙기어
26: 스크류기어 30: 제1회전부
32: 제1부재 34: 제2부재
40: 제2회전부 50: 센서부
52: 제1센서부 54: 토션바
56: 측정부재 58: 제2센서부
60: 제어부 62: 메인제어
64: 서브제어 70: 클러치부
72: 제1클러치 74: 제2클러치
80: 제1구동부 82: 제1웜휠기어
84: 제1모터 90: 제2구동부
92: 회전너트부 94: 제2모터
96: 벨트부재 100: 제2구동부
102: 구동피니언기어 104: 제2웜휠기어
106: 제2모터 110: 회전감지부

Claims (9)

  1. 조향휠과 함께 회전되는 제1회전부;
    상기 제1회전부와 이격된 상태로 설치되며, 기어바의 측면에 구비된 제1랙기어에 맞물리는 제2회전부;
    상기 제1회전부와 상기 제2회전부에 각각 설치되며, 상기 제1회전부와 상기 제2회전부의 회전각도와 토크값 중 적어도 어느 하나를 측정하는 센서부;
    상기 센서부의 측정값을 전달받는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어신호로 동작되어 상기 제1회전부와 상기 제2회전부의 회전을 동기화시키는 클러치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어신호로 동작되며, 상기 제1회전부를 회전시키거나 조향반력을 제공하는 제1구동부; 및
    상기 제어부의 제어신호로 동작되어 상기 기어바를 이동시키는 제2구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1구동부는,
    상기 제1회전부의 외측 둘레에 고정되며, 상기 제1회전부와 함께 회전되는 제1웜휠기어; 및
    상기 제1웜휠기어에 맞물리는 출력축을 구비하며, 상기 제어부의 제어신호로 동작되는 제1모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제2구동부는,
    상기 기어바의 외측에 구비된 스크류기어에 맞물리는 회전너트부;
    상기 제어부의 제어신호로 동작되는 제2모터; 및
    상기 제2모터의 출력축과 상기 회전너트부를 연결하는 벨트부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제2구동부는,
    상기 기어바의 외측에 구비된 제2랙기어에 맞물려 돌아가는 구동피니언기어;
    상기 구동피니언기어의 외측 둘레에 고정되며, 상기 구동피니언기어와 함께 회전되는 제2웜휠기어; 및
    상기 제2웜휠기어에 맞물리는 출력축을 구비하며, 상기 제어부의 제어신호로 동작되는 제2모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동피니언기어와 마주하는 위치에 설치되며, 상기 구동피니언기어의 회전각도를 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 회전감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 제1회전부의 회전각도와 토크값을 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 제1센서부; 및
    상기 제2회전부의 회전각도를 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 제2센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1센서부는,
    상기 제1회전부가 제1부재와 제2부재로 이격된 상태에서 상기 제1부재와 상기 제2부재에 양측이 연결되는 토션바; 및
    상기 제1부재와 상기 제2부재의 외측을 감싸는 형상으로 설치되며, 상기 토션바의 비틀림과 상기 제1부재와 상기 제2부재의 회전각도를 측정하는 측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측정부재가 토크값을 측정하지 못하는 경우, 상기 클러치부를 동작시켜 상기 제1회전부와 상기 제2회전부의 회전을 동기화 한 후,
    상기 측정부재와 상기 제2센서부에서 각각 측정된 회전각도와, 기 입력된 상기 토션바의 토크상수를 이용하여 토크값을 산출하여 상기 제2구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 장치.
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