KR20240000892A - Steering system for vehicles with multiple reaction force units - Google Patents

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김태식
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에이치엘만도 주식회사
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Abstract

본 발명은 조향 반력을 다중 방식으로 복합 제공하는 다중 반력 유닛을 구비한 차랑용 조향 시스템에 관한 것으로, 조향 휠 회전시 조향축에 구비되는 탄성부재의 압축을 통해 조향 반력을 생성하는 기계식 반력 유닛; 조향축과 연결되는 감속기와, 감속기에 연결되는 조향 모터를 포함하여 조향 반력을 생성하는 전자식 반력 유닛; 및 조향 모터의 작동을 제어하는 전자 제어 유닛;을 포함한다.The present invention relates to a steering system for a vehicle having multiple reaction force units that provide steering reaction force in multiple ways. The present invention relates to a steering system for a vehicle having multiple reaction force units that provide steering reaction force in multiple ways, including: a mechanical reaction force unit that generates a steering reaction force through compression of an elastic member provided on the steering shaft when the steering wheel rotates; An electronic reaction force unit that generates a steering reaction force including a reducer connected to the steering shaft and a steering motor connected to the reducer; and an electronic control unit that controls the operation of the steering motor.

Description

다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템{Steering system for vehicles with multiple reaction force units}Steering system for vehicles with multiple reaction force units}

본 발명은 차량용 조향 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조향 반력을 다중 방식으로 복합 제공하는 다중 반력 유닛을 구비한 차랑용 조향 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a steering system for a vehicle, and more specifically, to a steering system for a vehicle having a multiple reaction force unit that provides steering reaction force in multiple ways.

일반적으로, 차량의 조향시스템은 조향 휠(steering wheel)의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워 스티어링(power steering)이 개발되어 적용되고 있다. 파워 스티어링은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등 다양한 형태로 개발되어 있다.In general, power steering has been developed and applied to the steering system of a vehicle to provide convenience in driving by assisting the operating force of the steering wheel. Power steering has been developed in various forms, such as a hydraulic type using hydraulic pressure, an electro-hydraulic type using both hydraulic pressure and the electric power of a motor, and an electric type using only the electric power of a motor.

최근에는 조향 휠과 차륜사이의 스티어링 컬럼(steering column)이나 유니버설 조인트(universal joint) 혹은 피니언 샤프트(pinion shaft)와 같은 기계적인 연결장치를 제거하고, 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어(Steer by Wire; SbW)식 조향시스템이 개발되어 적용되고 있다. Recently, mechanical connection devices such as steering columns, universal joints, or pinion shafts between the steering wheel and wheels have been removed, and vehicles are steered using electric motors such as motors. A steer-by-wire (SbW) steering system has been developed and is being applied.

조향 시스템의 안전하고 확실한 동작을 위해서는 스티어링 피드백이 강력하고 직접적인 방식으로 제공되는 것이 유리한다. 특히, SbW식 조향시스템은 조향 휠과 차륜 사이에 기계적인 연결이 없기 때문에, 운전자가 기존 조향 시스템과 유사한 조향감을 느끼기 위해서는 적절한 조향 반력을 생성해야 할 필요가 있다.For safe and reliable operation of the steering system, it is advantageous for steering feedback to be provided in a strong and direct manner. In particular, since the SbW-type steering system has no mechanical connection between the steering wheel and the wheel, it is necessary to generate appropriate steering reaction force in order for the driver to feel a steering feeling similar to that of the existing steering system.

일반적으로 조향 시스템에서는 조향 반력을 생성하는 장치인 SFA(Steering Feedback Actuator)를 통해 조향 반력 토크를 생성하여 조향 휠을 잡고 있는 운전자가 조향 반력을 느낄 수 있도록 한다In general, in a steering system, a steering reaction force torque is generated through a steering feedback actuator (SFA), a device that generates a steering reaction force, so that the driver holding the steering wheel can feel the steering reaction force.

일반적으로 SFA 방식으로는 기계식과 전자식이 있다. 기계식은 스프링과 댐퍼 등을 이용해 조향 반력 토크를 생성하고, 전자식은 모터와 감속기를 이용해 조향 반력 토크를 생성한다.In general, there are two types of SFA methods: mechanical and electronic. The mechanical type uses springs and dampers to generate steering reaction torque, while the electronic type uses a motor and reducer to generate steering reaction torque.

기계식 SFA의 경우, 전자 시스템이 고장나더라도 조향 반력 토크 생성에 별다른 지장이 없다는 장점이 있다. 그러나, 기계식 SFA는 차속 등의 조건에 따라 적합한 조향감(Feel)을 구현하지 못하는 단점이 있다. 예컨대, 차량이 저속일 때는 가벼운 조향감을 구현하고 고속일 때는 무거운 조향감을 구현해야 하는데 기계식의 경우에는 그 느낌을 구현하기가 어렵다.In the case of a mechanical SFA, there is an advantage that there is no significant disruption in the generation of steering reaction force torque even if the electronic system fails. However, mechanical SFA has the disadvantage of not being able to provide an appropriate steering feel depending on conditions such as vehicle speed. For example, it is necessary to implement a light steering feel when the vehicle is at low speed, and a heavy steering feel when the vehicle is at high speed, but it is difficult to achieve that feeling in the case of a mechanical vehicle.

한편, 전자식 SFA의 경우, 차량의 저속 및 고속 상황 등 차속을 비롯하여 다양한 조건에 따라 적합한 조향감을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 전자식 SFA는 전자 시스템 고장시 정상적인 조향 반력 토크의 생성이 어려운 단점이 있다. 이러한 문제는 차량의 주행시 위험한 상황으로 이어질 수 있으며, 특히 주차 환경에서 입,출차시 조향 휠이 쉽게 헛도는 위험한 상황으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the electronic SFA has the advantage of being able to provide an appropriate steering feel according to various conditions, including vehicle speed, such as low and high speed situations. However, the electronic SFA has a disadvantage in that it is difficult to generate normal steering reaction force torque when the electronic system fails. This problem can lead to a dangerous situation when driving the vehicle, especially in a parking environment where the steering wheel easily spins when entering or exiting the vehicle.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 차속을 포함한 여러 조건에 맞는 적합한 조향감을 구현할 수 있고, 전자 시스템에 문제가 있더라도 안전한 차량 주행에 필요한 조향감을 제공할 수 있는 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above. It can implement a steering feeling suitable for various conditions, including vehicle speed, and provides multiple reaction forces that can provide a steering feeling necessary for safe vehicle driving even if there is a problem with the electronic system. The purpose is to provide a steering system for a vehicle equipped with a unit.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템은, 조향 휠 회전시 조향축에 구비되는 탄성부재의 압축을 통해 조향 반력을 생성하는 기계식 반력 유닛; 조향축과 연결되는 감속기와, 감속기에 연결되는 조향 모터를 포함하여 조향 반력을 생성하는 전자식 반력 유닛; 및 조향 모터의 작동을 제어하는 전자 제어 유닛;을 포함한다.A steering system for a vehicle equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a mechanical reaction force unit that generates a steering reaction force through compression of an elastic member provided on the steering shaft when the steering wheel rotates; An electronic reaction force unit that generates a steering reaction force including a reducer connected to the steering shaft and a steering motor connected to the reducer; and an electronic control unit that controls the operation of the steering motor.

기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력은 조향축을 통해 동시에 조향 휠로 전달되며, 전자식 반력 유닛의 정지시에도 기계식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력은 조향 휠로 전달된다.The steering reaction force generated by the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit is simultaneously transmitted to the steering wheel through the steering shaft, and even when the electronic reaction force unit is stopped, the steering reaction force generated by the mechanical reaction force unit is transmitted to the steering wheel.

전자식 반력 유닛에서는 조향 휠의 조향각에 대응하는 조향 반력이 생성된다.In the electronic reaction force unit, a steering reaction force corresponding to the steering angle of the steering wheel is generated.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템은, 전자 제어 유닛과 연결되어 조향 휠의 조향각을 측정하는 조향각 센서를 더 포함한다.The steering system for a vehicle equipped with a multiple reaction force unit according to a preferred embodiment of the present invention further includes a steering angle sensor that is connected to the electronic control unit and measures the steering angle of the steering wheel.

기계식 반력 유닛은, 조향축에 슬라이딩 가능하게 결합되되 조향 휠 회전시 전진 또는 후진하는 힘 전달부재; 및 조향축에 구비되어 힘 전달부재 슬라이딩시 인장 압축되면서 조향축을 통해 조향 휠로 조향 반력을 부여하는 탄성부재;를 포함한다.The mechanical reaction force unit includes a force transmission member that is slidably coupled to the steering shaft and moves forward or backward when the steering wheel rotates; and an elastic member provided on the steering shaft that is tensile and compressed when the force transmission member slides and provides a steering reaction force to the steering wheel through the steering shaft.

조향 휠이 좌측 또는 우측 방향으로 회전할 때 힘 전달부재는 조향축을 따라 전진하고, 조향 휠이 반대 방향으로 회전할 때 힘 전달부재는 조향축을 따라 후진하도록 이루어진다.When the steering wheel rotates to the left or right, the force transmission member moves forward along the steering axis, and when the steering wheel rotates in the opposite direction, the force transmission member moves backward along the steering axis.

탄성부재는 조향축 상에서 힘 전달부재를 중심으로 양쪽에 적어도 하나씩 구비되되, 양쪽에서 동일한 힘으로 대향 동작하는 스프링이다.The elastic members are springs that are provided at least one on each side of the steering axis around the force transmission member, and operate in opposing motions with the same force on both sides.

힘 전달부재 및 스프링은 조향축에 끼워지는 형태로 구비되며, 조향축에서 힘 전달부재 및 스프링이 위치되는 구간의 양쪽 바깥부분에는 스프링을 지지하는 제 1 지지부가 각각 형성된다.The force transmission member and spring are provided in a form that is inserted into the steering shaft, and first supports for supporting the springs are formed on both outer portions of the section where the force transmission member and spring are located on the steering shaft.

제 1 지지부는 조향축의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태이다.The first support portion is in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering axis.

조향축에서 상기 제 1 지지부 사이의 중심부에는 힘 전달부재가 나사 결합되면서 슬라이딩되도록 일방향의 나사산을 갖는 나선부가 형성되고, 나선부의 외측에는 힘 전달부재의 길이 방향 양단에 각각 일단이 지지되면서 대향 동작하는 제 1 스프링이 각각 끼워지며, 조향축의 외측에서 나선부와 제 1 지지부 사이에는 제 1 스프링의 타단을 지지하는 스토퍼 부재가 각각 슬라이딩 가능하게 끼워지고, 조향축에서 제 1 지지부와 상기 스토퍼 부재 사이에는 서로 대향 동작하는 제 2 스프링이 각각 끼워지며, 조향축에서 나선부의 양쪽 끝에는 스토퍼 부재가 나선부로 슬라이딩되는 것을 방지하는 제 2 지지부가 각각 형성된다.At the center between the steering shaft and the first support part, a spiral portion having a one-way thread is formed so that the force transmission member slides while being screwed together, and on the outside of the spiral portion, one end is supported at both ends in the longitudinal direction of the force transmission member and operates in opposition. The first springs are respectively fitted, and a stopper member supporting the other end of the first spring is slidably fitted between the spiral part and the first support part on the outside of the steering axis, and between the first support part and the stopper member on the steering axis. Second springs operating opposite to each other are respectively fitted, and second supports are formed at both ends of the spiral portion on the steering shaft to prevent the stopper member from sliding into the spiral portion.

제 2 지지부는 조향축의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태이다.The second support portion is in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering axis.

한 쌍의 제 1 스프링 및 한 쌍의 제 2 스프링은 조향축에 직렬로 배열되되, 힘 전달부재의 양쪽에 제 1 스프링이 각각 배치되고, 제 1 스프링의 바깥쪽으로 제 2 스프링이 각각 배치된다.A pair of first springs and a pair of second springs are arranged in series on the steering axis, with the first springs disposed on both sides of the force transmission member, and the second springs disposed outside the first springs.

한 쌍의 제 1 스프링의 작용힘은 서로 동일하고, 한 쌍의 제 2 스프링의 작용힘도 서로 동일하다.The acting force of the pair of first springs is the same, and the acting force of the pair of second springs is also the same.

조향 휠의 회전각도가 0도일 때, 힘 전달부재를 중심으로 양쪽에 위치된 스프링들로부터 힘 전달부재로 작용하는 작용힘은 동일하다.When the rotation angle of the steering wheel is 0 degrees, the acting force acting on the force transmission member from the springs located on both sides of the force transmission member is the same.

전자 제어 유닛의 제어에 의해 전자식 반력 유닛은 차량의 속도에 따라 조향 모터의 구동속도를 달리하여 속도에 따라 상이한 조향 반력을 생성한다.Under the control of the electronic control unit, the electronic reaction force unit varies the driving speed of the steering motor according to the speed of the vehicle to generate different steering reaction forces depending on the speed.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템은, 전자 제어 유닛과 연결되어 차량의 속도를 측정하는 속도 센서를 더 포함한다.The steering system for a vehicle with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention further includes a speed sensor that is connected to the electronic control unit and measures the speed of the vehicle.

조향 휠의 회전 구간은 기계식 반력 유닛의 작동 범위 내로 제한된다.The rotation range of the steering wheel is limited to the operating range of the mechanical reaction unit.

본 발명 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템에 따르면 다음과 같은 효과들을 기대할 수 있다.According to the vehicle steering system equipped with a multiple reaction force unit of the present invention, the following effects can be expected.

첫째, 본 발명에 따르면 조향 모터의 제어를 통해 조향 반력을 생성하는 전자식 반력 유닛을 구비함으로써, 차량의 속도 변화 등 다양한 주행 조건하에서도 운전자가 안전한 차량 주행을 할 수 있도록 적합한 조향감을 제공할 수 있다. 예컨대, 저속 주행시에는 가벼운 조향감을 제공하고, 고속 주행시에는 무거운 조향감을 제공하는 등, 다양한 주행 조건에 맞추어 다양하고 정밀한 조향감을 제공할 수 있다.First, according to the present invention, by providing an electronic reaction force unit that generates a steering reaction force through control of the steering motor, an appropriate steering feeling can be provided so that the driver can safely drive the vehicle even under various driving conditions such as changes in vehicle speed. . For example, it is possible to provide a diverse and precise steering feel according to various driving conditions, such as providing a light steering feeling when driving at low speeds and providing a heavy steering feeling when driving at high speeds.

둘째, 본 발명에 따르면 전자 제어가 아닌 기구적인 구성에 의해 조향 반력을 구현하는 기계식 반력 유닛을 구비함으로써, 전자 시스템의 오류로 전자식 반력 유닛이 동작하지 않더라도 안전 주행에 필요한 조향감을 계속해서 제공할 수 있다. 예컨대, 차량의 계속 주행시뿐만 아니라 차량의 주차 또는 출차를 위해 차량을 입출차시키는 과정에서 전자식 반력 유닛의 동작이 멈추더라도 기계식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력에 의해 조향 휠이 쉽게 헛도는 등의 위험한 상황을 방지할 수 있다.Second, according to the present invention, by providing a mechanical reaction force unit that implements the steering reaction force through a mechanical configuration rather than electronic control, it is possible to continue to provide the steering feeling necessary for safe driving even if the electronic reaction force unit does not operate due to an error in the electronic system. there is. For example, even if the operation of the electronic reaction unit is stopped not only when the vehicle continues to drive, but also during the process of parking or exiting the vehicle, the steering reaction force generated by the mechanical reaction unit may cause the steering wheel to easily spin, causing dangerous situations. The situation can be prevented.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템이 적용된 SbW 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개통도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템의 구성을 상세하게 나타낸 상세도이다.
도 4는 도 3에 도시된 조향 휠을 우측으로 회전시킬 때의 모습이다.
도 5는 도 3에 도시된 조향 휠을 좌측으로 회전시킬 때의 모습이다.
도 6은 차량의 저속 주행시 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력 토크의 변화를 보인 그래프이다.
도 7은 차량의 고속 주행시 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력 토크의 변화를 보인 그래프이다.Figure 1 is a diagram schematically showing an SbW system to which a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
Figure 2 is an opening diagram schematically showing the configuration of a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a detailed diagram showing in detail the configuration of a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view when the steering wheel shown in Figure 3 is rotated to the right.
Figure 5 is a view when the steering wheel shown in Figure 3 is rotated to the left.
Figure 6 is a graph showing changes in steering reaction force torque generated from the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit when the vehicle is driven at low speed.
Figure 7 is a graph showing the change in steering reaction force torque generated from the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit when the vehicle is traveling at high speed.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a vehicle steering system equipped with a multiple reaction force unit according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템이 적용된 SbW 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing an SbW system to which a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

SbW 시스템은 조향 휠과 차륜 사이에 기계적인 연결이 존재하지 않는다. 조향 휠(10)에 연결된 조향축(20)에는 조향 휠(10)에 조향 반력을 가할 수 있는 SFA(30)가 연결되고, 차륜(40)의 방향을 조절하는 랙(50)에는 운전자의 조향 의도에 따라 차륜의 방향을 제어하는 RWA(60, Road Wheel Actuator)가 결합된다.In the SbW system, there is no mechanical connection between the steering wheel and the wheels. The steering shaft 20 connected to the steering wheel 10 is connected to the SFA 30, which can apply a steering reaction force to the steering wheel 10, and the rack 50, which controls the direction of the wheel 40, is connected to the driver's steering. RWA (60, Road Wheel Actuator), which controls the direction of the wheels according to intention, is combined.

이러한 구성을 갖는 SbW 시스템은 몇 가지 장점들을 갖는다.An SbW system with this configuration has several advantages.

첫째, SbW 시스템은 운전자에 의한 조향 휠(10) 입력각에 상응하도록 차륜(40)의 조향각을 직접 제어하므로 보다 직접적이고 정확한 조향 제어가 가능하다. 즉, 조타 정확성과 응답성이 향상될 수 있다.First, the SbW system directly controls the steering angle of the wheel 40 to correspond to the input angle of the steering wheel 10 by the driver, enabling more direct and accurate steering control. In other words, steering accuracy and responsiveness can be improved.

둘째, SbW 시스템은 SFA(30)와 RWA(60)간 기구적 연결이 없어 불필요한 진동이 기본적으로 차단된다. 이 때 필요한 노면 입력 정보는 RWA(60)에서 센싱 후 SFA(30)에 전달되어 노면 입력에 상응하는 로드 피드백을 운전자에게 제공한다. Second, the SbW system has no mechanical connection between the SFA (30) and RWA (60), so unnecessary vibration is basically blocked. At this time, the necessary road surface input information is sensed by the RWA (60) and then transmitted to the SFA (30) to provide road feedback corresponding to the road surface input to the driver.

셋째, SbW 시스템은 SFA(30)와 RWA(60)의 독립적인 제어가 가능하여 조향감과 조향 성능을 동시에 만족하는 최적화된 성능을 제공할 수 있고, 별도의 추가 장치 없이 차속에 따라 조향 기어비를 넓은 범위로 쉽게 변경할 수 있다.Third, the SbW system can independently control the SFA (30) and RWA (60), providing optimized performance that satisfies both steering feel and steering performance, and can adjust the steering gear ratio to a wide range according to vehicle speed without any additional devices. It can be easily changed by range.

상기와 같이 SbW 시스템의 경우 조향 휠(10)과 차륜(40) 사이의 기구적 연결이 없기 때문에 운전자에게 조향감을 주기 위해 조향 휠(10)에 반력을 제공하는 SFA(30)가 필수적으로 구비되어야 하며, 그 역할이 매우 중요한다.As described above, in the case of the SbW system, since there is no mechanical connection between the steering wheel 10 and the wheel 40, the SFA 30 that provides a reaction force to the steering wheel 10 must be provided to give the driver a feeling of steering. And its role is very important.

특히, SFA(30)에서 조향 휠(10)에 조향 반력을 제공할 때 차량의 속도 및 기타 여건(예컨대, 주행시 노면으로부터 차체로 전달되는 진동)에 맞는 정밀한 조향 반력을 제공하는 것이 무엇보다 중요하다. 또한, 정밀한 조향 반력을 위해 전자식 반력 유닛을 채택하게 되는데, 전자식 시스템의 특성상 전력 공급이 멈추는 등 비상 상황에서는 그 작동이 어렵기 때문에 비상 상황시에도 운전자가 운전에 지장을 받지 않고 안전 운행을 할 수 있도록 적절한 조향 반력을 제공하는 것도 매우 중요하다.In particular, when providing a steering reaction force to the steering wheel 10 from the SFA 30, it is most important to provide a precise steering reaction force suitable for the vehicle speed and other conditions (e.g., vibration transmitted from the road surface to the vehicle body during driving). . In addition, an electronic reaction force unit is adopted for precise steering reaction force, but due to the nature of the electronic system, it is difficult to operate in emergency situations such as power supply interruption, so even in emergency situations, the driver can drive safely without any disruption to driving. It is also very important to provide adequate steering reaction force.

이에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템에 의하면, 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛을 함께 적용하여 전자 시스템이 멈추는 등의 비상 상황에서도 여전히 동작하는 기계식 반력 유닛을 통해 운전자에게 만족스러운 조향 반력을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상세히 설명하기로 한다.Accordingly, according to the vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention, the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit are applied together, and the mechanical reaction force unit still operates even in an emergency situation such as the electronic system stopping. It can provide a satisfactory steering reaction force to the driver. This will be described in detail in embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개통도이다.Figure 2 is an opening diagram schematically showing the configuration of a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템은, 기계식 반력 유닛(70), 전자식 반력 유닛(80), 전자 제어 유닛(90) 및 센서(100)(110)를 포함하여 이루어진다. 이러한 구성요소들이 조향 시스템의 일부인 SFA(30)를 구성한다.A vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention includes a mechanical reaction force unit 70, an electronic reaction force unit 80, an electronic control unit 90, and sensors 100 and 110. It comes true. These components make up the SFA 30, which is part of the steering system.

기계식 반력 유닛(70)은 조향 휠(10) 회전시 조향축(20)에 구비되는 후술할 스프링의 인장/압축으로 조향 반력을 생성하는 것으로, 전자식 반력 유닛(80)의 작동과 상관없이 조향 휠(10)을 회전시키는 과정에서 항상 작동하게 된다. 즉, 조향 휠(10)을 회전시키는 동안에는 조향 휠(10)의 회전 각도 즉, 조향 각도에 대응한 조향 반력을 계속해서 생성하게 된다. 이러한 기계식 반력 유닛(70)은 차량의 전자 시스템과 무관하기 때문에 전자 시스템의 작동 여부와 상관없이 작동한다.The mechanical reaction force unit 70 generates a steering reaction force by tensioning/compressing a spring, which will be described later, provided on the steering shaft 20 when the steering wheel 10 rotates, regardless of the operation of the electronic reaction force unit 80. It always operates in the process of rotating (10). That is, while rotating the steering wheel 10, a steering reaction force corresponding to the rotation angle of the steering wheel 10, that is, the steering angle, is continuously generated. Since this mechanical reaction unit 70 is independent of the vehicle's electronic system, it operates regardless of whether the electronic system is operating.

전자식 반력 유닛(80)은, 전자 제어 유닛(90)의 제어에 의해 구동하는 조향 모터(81)와, 조향 모터(81)와 연결되며 조향축(20)과 연결되는 감속기(82)를 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 갖는 전자식 반력 유닛(80)은 조향 모터(81)의 구동 제어를 통해 차량의 주행 속도 등 다양한 조건을 맞게 조향 반력의 세기를 다양하게 구현해낼 수 있다. 예컨대, 차량의 저속 주행시에는 가벼운 조향 반력을 생성할 수 있고, 고속 주행시에는 무거운 조향 반력을 생성할 수 있다.The electronic reaction force unit 80 includes a steering motor 81 driven by control of the electronic control unit 90, and a reducer 82 connected to the steering motor 81 and connected to the steering shaft 20. It comes true. The electronic reaction force unit 80 having this configuration can implement various strengths of the steering reaction force to suit various conditions such as the driving speed of the vehicle through drive control of the steering motor 81. For example, a light steering reaction force may be generated when the vehicle is driven at low speed, and a heavy steering reaction force may be generated when the vehicle is driven at high speed.

전자 제어 유닛(90)은 센서(100)(110)들에서 주어지는 차량의 주행조건에 따라 조향 모터(81) 작동을 자동으로 제어하는 것으로, 상술한 바와 같이 SFA(30)의 작동 뿐만 아니라 RWA(60)의 작동도 동시에 제어한다.The electronic control unit 90 automatically controls the operation of the steering motor 81 according to the driving conditions of the vehicle given by the sensors 100 and 110. As described above, not only the operation of the SFA 30 but also the RWA ( 60) operation is also controlled at the same time.

센서(100)(110)는, 조향 휠의 회전 각도 즉, 조향 각도를 측정하는 조향각 센서(100)와, 차량의 주행 속도를 측정하는 속도 센서(110)를 포함한다. 이러한 센서(100)(110)들 외에 차량의 주행 조건과 관련된 센서들 예컨대, 노면으로부터 차체로 전달되는 진동을 측정하는 진동 센서(미도시) 등을 추가로 구비하여 운전자의 조향감(Feel)을 더욱 향상시킬 수 있다.The sensors 100 and 110 include a steering angle sensor 100 that measures the rotation angle of the steering wheel, that is, a steering angle, and a speed sensor 110 that measures the driving speed of the vehicle. In addition to these sensors 100 and 110, sensors related to the driving conditions of the vehicle, such as a vibration sensor (not shown) that measures vibration transmitted from the road surface to the vehicle body, are additionally provided to improve the driver's steering feel. It can be improved further.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템의 구성을 상세하게 나타낸 상세도이다. 도 3은 조향 휠의 조향각이 0도일 때 즉, 조향 휠이 중앙에 위치될 때를 위에서 바라본 개략도이다.Figure 3 is a detailed diagram showing in detail the configuration of a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention. Figure 3 is a schematic diagram viewed from above when the steering angle of the steering wheel is 0 degrees, that is, when the steering wheel is located in the center.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템은, 조향 휠(10), 조향축(20), 기계식 반력 유닛(70), 전자식 반력 유닛(80) 및 전자 제어 유닛(90)을 포함한다. 여기서, 전자식 반력 유닛(80)과 전자 제어 유닛(90)은 도 2에서 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 한다.As shown in FIG. 3, a vehicle steering system equipped with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention includes a steering wheel 10, a steering shaft 20, a mechanical reaction force unit 70, and an electronic reaction force unit ( 80) and an electronic control unit 90. Here, since the electronic reaction force unit 80 and the electronic control unit 90 have been described in FIG. 2, their description will be omitted.

조향 휠(10)은 운전석에 설치되어 운전자가 손으로 제어하도록 이루어진 것으로, 좌우 방향으로 회전시킬 수 있다.The steering wheel 10 is installed in the driver's seat and controlled by the driver's hands, and can be rotated left and right.

조향축(20)은 조향 휠(10)의 회전축을 형성하는 것으로, 기계식 반력 유닛(70), 그리고 전자식 반력 유닛(80)의 감속기(82)에 연결된다. 또한, 조향축(20)은 베어링(21)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 조향축(20)에는 조향각 측정을 위한 조향각 센서(100)가 인접 설치된다.The steering shaft 20 forms the rotation axis of the steering wheel 10 and is connected to the mechanical reaction force unit 70 and the reducer 82 of the electronic reaction force unit 80. Additionally, the steering shaft 20 is rotatably supported by a bearing 21. A steering angle sensor 100 for measuring the steering angle is installed adjacent to the steering shaft 20.

기계식 반력 유닛(70)은, 힘 전달부재(71), 탄성부재(72)(73), 제 1 지지부(74), 나선부(75), 스토퍼 부재(76) 및 제 2 지지부(77)를 포함한다.The mechanical reaction force unit 70 includes a force transmission member 71, elastic members 72 and 73, a first support portion 74, a spiral portion 75, a stopper member 76, and a second support portion 77. Includes.

힘 전달부재(71)는 조향축(20)에 슬라이딩 가능하게 결합되되, 조향축(20) 회전시 전진 또는 후진하여 탄성부재(72)(73)를 인장/압축시킨다. 이러한 힘 전달부재(71)는 조향축(20)에 형성된 나선부(75)의 외측에 나사 결합 방식으로 끼워지며, 조향축(20) 회전 방향으로의 회전은 방지된 상태에서 조향축(20)의 길이방향으로만 슬라이딩되도록 이루어진다. 도면에 도시되지는 않았으나, 조향축(20) 주변에는 힘 전달부재(71)의 회전을 방지하는 구조가 구비된다. 힘 전달부재(71)의 길이방향 중심부에는 조향축(20)의 나선부(75)가 관통되는 관통홀(미도시)이 형성되고, 관통홀 내에는 나선부(75)와 나사 결합되는 나사부(미도시)가 형성된다.The force transmission member 71 is slidably coupled to the steering shaft 20, and moves forward or backward when the steering shaft 20 rotates to tension/compress the elastic members 72 and 73. This force transmission member 71 is screw-coupled to the outside of the spiral portion 75 formed on the steering shaft 20, and rotation in the direction of rotation of the steering shaft 20 is prevented. It is made to slide only in the longitudinal direction. Although not shown in the drawing, a structure for preventing rotation of the force transmission member 71 is provided around the steering shaft 20. A through hole (not shown) through which the spiral portion 75 of the steering shaft 20 penetrates is formed in the longitudinal center of the force transmission member 71, and within the through hole is a threaded portion screwed to the spiral portion 75 ( (not shown) is formed.

이러한 힘 전달부재(71)는, 조향 휠(10)이 우측 방향으로 회전할 때 조향 휠(10)에서 멀어지는 방향으로 전진하게 되고, 조향 휠(10)이 좌측 방향으로 회전할 때 조향 휠(10)에 가까워지는 방향으로 후진하게 된다. 이러한 실시형태는 하나의 예시로, 나선부(75)의 나사산 형성 방향을 변경함으로써 조향 휠(10)의 회전 방향과 힘 전달부재(71)의 전후진 방향을 달리 실시할 수 있다.This force transmission member 71 advances in a direction away from the steering wheel 10 when the steering wheel 10 rotates to the right, and when the steering wheel 10 rotates to the left, the steering wheel 10 ) will move backwards in a direction approaching. This embodiment is an example, and the rotation direction of the steering wheel 10 and the forward/backward direction of the force transmission member 71 can be implemented differently by changing the direction of thread formation of the helical portion 75.

탄성부재(72)(73)는 조향축(20)에 끼워져 힘 전달부재(71)의 전후진 슬라이딩시 인장/압축되면서 조향 반력을 생성하고, 생성된 조향 반력을 조향축(20)을 통해 조향 휠(10)로 제공한다. The elastic members 72 and 73 are inserted into the steering shaft 20 and are tensioned/compressed when the force transmission member 71 slides forward and backward, generating a steering reaction force, and steering the generated steering reaction force through the steering shaft 20. Provided as a wheel (10).

이러한 탄성부재(72)(73)는, 일단이 힘 전달부재(71)의 길이 방향 양단에 각각 접촉되면서 지지되는 한 쌍의 제 1 스프링(72), 힘 전달부재(71)를 중심으로 제 1 스프링(72)의 바깥쪽에 각각 위치되는 한 쌍의 제 2 스프링(73)을 포함한다. 힘 전달부재(71)를 중심으로 양쪽에 각각 위치되는 스프링(72)(73)들은 조향축(20) 상에 직렬로 배치되며, 양쪽에서 동일한 힘으로 대향 동작된다. 즉, 조향 휠(10)이 정 중앙에 위치될 때, 힘 전달부재(71)의 양쪽 스프링(72)(73)들의 작용힘은 동일하며, 조향 반력은 0이 된다. 만일, 조향 휠(10)을 좌측으로 90도 회전시킬 때 조향 반력이 10Nm이라고 가정하면 조향 휠(10)을 우측으로 90도 회전시킬 때의 조향 반력도 10Nm으로 동일하게 생성된다.These elastic members 72 and 73 are a pair of first springs 72, one end of which is supported while being in contact with both ends in the longitudinal direction of the force transmission member 71, and a first spring 72 centered on the force transmission member 71. It includes a pair of second springs 73, each located outside the spring 72. Springs 72 and 73 located on both sides of the force transmission member 71 are arranged in series on the steering shaft 20 and operate oppositely with the same force on both sides. That is, when the steering wheel 10 is located at the exact center, the acting forces of the springs 72 and 73 on both sides of the force transmission member 71 are the same, and the steering reaction force becomes 0. If we assume that the steering reaction force is 10Nm when the steering wheel 10 is rotated 90 degrees to the left, the steering reaction force when the steering wheel 10 is rotated 90 degrees to the right is also generated at the same rate of 10Nm.

제 1 지지부(74)는 조향축(20) 상에서 힘 전달부재(71) 및 스프링(72)(73)이 위치되는 구간의 양쪽 바깥부분에 각각 형성되어 제 2 스프링(73)의 일단을 지지한다. 제 1 지지부(74)는 조향축(20)의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태로 형성된다.The first support portion 74 is formed on both outer portions of the section where the force transmission member 71 and springs 72 and 73 are located on the steering shaft 20 and supports one end of the second spring 73. . The first support portion 74 is formed in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering shaft 20.

나선부(75)는 조향축(20) 상에서 이격 형성된 두 개의 제 1 지지부(74) 사이 중심부에 형성되며, 힘 전달부재(71)가 나사 결합되면서 슬라이딩되도록 조향축(20)의 외측면에 일방향으로 나사산이 형성된 부분이다.The spiral portion 75 is formed at the center between the two first supports 74 spaced apart on the steering shaft 20, and is provided in one direction on the outer surface of the steering shaft 20 so that the force transmission member 71 slides while being screwed together. This is the part where the screw thread is formed.

스토퍼 부재(76)는 조향축(20) 상에서 제 1 지지부(74)와 나선부(75) 사이에 슬라이딩 가능하게 끼워져 제 2 스프링(73)의 타단을 지지한다. 즉, 제 2 스프링(73)은 제 1 지지부(74)와 스토퍼 부재(76) 사이에 위치된다. 또한, 스토퍼 부재(76)는 제 1 스프링(72)의 타단을 지지한다. 즉, 제 1 스프링(72)은 힘 전달부재(71)와 스토퍼 부재(76) 사이에 위치된다.The stopper member 76 is slidably inserted between the first support portion 74 and the spiral portion 75 on the steering shaft 20 and supports the other end of the second spring 73. That is, the second spring 73 is located between the first support portion 74 and the stopper member 76. Additionally, the stopper member 76 supports the other end of the first spring 72. That is, the first spring 72 is located between the force transmission member 71 and the stopper member 76.

이러한 스토퍼 부재(76)의 양면중 제 1 스프링(72)의 타단을 지지하는 면에는 제 1 스프링(72)을 삽입 지지하는 스프링 삽입홈이 제 1 스프링(72) 방향으로 개방되게 형성된다. 스토퍼 부재(76)의 중심부에는 조향축(20)이 관통되는 관통홀이 형성된다.On both sides of the stopper member 76, a spring insertion groove for inserting and supporting the first spring 72 is formed to be open in the direction of the first spring 72, on the side supporting the other end of the first spring 72. A through hole through which the steering shaft 20 passes is formed in the center of the stopper member 76.

제 2 지지부(77)는 조향축(20) 상에서 나선부(75)의 양쪽 끝에 형성되어 스토퍼 부재(76)가 나선부(75)로 슬라이딩되는 것을 방지한다. 제 2 지지부(77)는 조향축(20)의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태로 형성된다.The second support portion 77 is formed at both ends of the spiral portion 75 on the steering shaft 20 to prevent the stopper member 76 from sliding toward the spiral portion 75. The second support portion 77 is formed in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering shaft 20.

한편, 조향 휠(10)의 회전 구간은 기계식 반력 유닛(70)의 작동 범위 내로 제한된다. 즉, 조향 휠(10)을 일방향으로 회전시키는 과정에서 힘 전달부재(71)가 더 이상 슬라이딩될 수 없는 지점이 발생하게 되고, 이 지점까지만 조향 휠(10)의 회전이 가능하게 된다.Meanwhile, the rotation section of the steering wheel 10 is limited to the operating range of the mechanical reaction force unit 70. That is, in the process of rotating the steering wheel 10 in one direction, a point occurs where the force transmission member 71 can no longer slide, and rotation of the steering wheel 10 is possible only up to this point.

도 4는 도 3에 도시된 조향 휠을 우측으로 회전시킬 때의 모습이고, 도 5는 도 3에 도시된 조향 휠을 좌측으로 회전시킬 때의 모습이다.FIG. 4 is a view when the steering wheel shown in FIG. 3 is rotated to the right, and FIG. 5 is a view when the steering wheel shown in FIG. 3 is rotated to the left.

상술한 바와 같이 조향 휠(10)을 회전시키지 않고 정중앙에 위치된다면 즉, 조향 휠(10)의 조향각도가 0도라면, 힘 전달부재(71)의 양쪽에 각각 위치되는 제1,2 스프링(72)(73)의 작용힘의 합은 좌우가 동일하다. 따라서, 조향 반력의 합이 0이다. As described above, if the steering wheel 10 is located in the exact center without rotating, that is, if the steering angle of the steering wheel 10 is 0 degrees, the first and second springs (located on both sides of the force transmission member 71, respectively) The sum of the acting forces in 72)(73) is the same on the left and right. Therefore, the sum of the steering reaction forces is 0.

도 4에 도시된 것처럼 조향 휠(10)을 우측으로 회전시키면 힘 전달부재(71)는 조향 휠(10)로부터 멀어지는 방향으로 전진하게 된다. 힘 전달부재(71)가 전진하는 동안, 힘 전달부재(71)를 기준으로 조향 휠(10)의 반대쪽에 위치되는 제 1 스프링(72)은 스토퍼 부재(76)에 지지되면서 힘 전달부재(71)에 의해 압축되고, 제 2 스프링(73)은 제 1 지지부(74)에 지지되면서 스토퍼 부재(76)에 의해 압축된다. 힘 전달부재(71)를 기준으로 조향 휠(10) 쪽에 위치되는 제 1, 2 스프링(72)(73)은 인장된다. As shown in FIG. 4, when the steering wheel 10 is rotated to the right, the force transmission member 71 moves forward in a direction away from the steering wheel 10. While the force transmission member 71 moves forward, the first spring 72 located on the opposite side of the steering wheel 10 with respect to the force transmission member 71 is supported by the stopper member 76 and the force transmission member 71 ), and the second spring 73 is compressed by the stopper member 76 while being supported by the first support portion 74. The first and second springs 72 and 73 located on the steering wheel 10 side with respect to the force transmission member 71 are tensioned.

이 때, 힘 전달부재(71)가 조향각도가 0도인 위치로부터 조향 휠(10)로부터 멀어지는 방향으로 전진할수록 압축되는 제 1,2 스프링(72)(73)의 작용힘은 커지게 되고, 조향 토크가 강해지면서 조향 반력 또한 강해진다.At this time, as the force transmission member 71 advances in the direction away from the steering wheel 10 from the position where the steering angle is 0 degrees, the acting force of the compressed first and second springs 72 and 73 increases, and the steering As the torque becomes stronger, the steering reaction force also becomes stronger.

도 5에 도시된 것처럼 조향 휠(10)을 좌측으로 회전시키면 힘 전달부재(71)는 조향 휠(10)을 향해 점점 후진하게 된다. 힘 전달부재(71)가 후진하는 동안, 힘 전달부재(71)를 기준으로 조향 휠(10) 쪽에 위치되는 제 1 스프링은 스토퍼 부재(76)에 지지되면서 힘 전달부재(71)에 의해 압축되고, 제 2 스프링(73)은 제 1 지지부(74)에 지지되면서 스토퍼 부재(76)에 의해 압축된다. 힘 전달부재(71)를 기준으로 조향 휠(10)의 반대쪽에 위치되는 제 1, 2 스프링(72)(73)은 인장된다. As shown in FIG. 5, when the steering wheel 10 is rotated to the left, the force transmission member 71 gradually moves backward toward the steering wheel 10. While the force transmission member 71 moves backward, the first spring located on the steering wheel 10 side with respect to the force transmission member 71 is supported by the stopper member 76 and compressed by the force transmission member 71. , the second spring 73 is compressed by the stopper member 76 while being supported by the first support portion 74. The first and second springs 72 and 73 located on opposite sides of the steering wheel 10 with respect to the force transmission member 71 are tensioned.

이 때, 힘 전달부재(71)가 조향각도가 0도인 위치로부터 조향 휠(10)에 가까워질수록 압축되는 제 1,2 스프링(72)(73)의 작용힘은 커지게 되고, 조향 토크가 강해지면서 조향 반력 또한 강해진다.At this time, as the force transmission member 71 approaches the steering wheel 10 from the position where the steering angle is 0 degrees, the applied force of the compressed first and second springs 72 and 73 increases, and the steering torque increases. As it becomes stronger, the steering reaction force also becomes stronger.

도 6은 차량의 저속 주행시 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력 토크의 변화를 보인 그래프이고, 도 7은 차량의 고속 주행시 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력 토크의 변화를 보인 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the change in the steering reaction force torque generated from the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit when the vehicle is traveling at low speed, and Figure 7 is a graph showing the change in the steering reaction force torque generated from the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit when the vehicle is traveling at high speed. This is the graph shown.

도 6 및 7의 그래프에서 세로축은 조향 반력 토크를 나타낸 것이고, 가로축은 조향각을 나타낸 것이다. 세로축의 경우 세로축과 가로축의 교차점에서 상하로 갈수록 조향 반력 토크가 커지게 되며, 가로축의 경우 교차점에서 좌우로 갈수록 조향각이 커진다. 도면상 화살표가 우로 향하는 경우 우회전시를 나타낸 것이고, 화살표가 좌로 향하는 경우 좌회전시를 나타낸 것이다. 또한, 화살표가 위로 향하거나 아래로 향하는 경우 조향 휠의 회전이 제한되는 부분에서 조향 반력 토크가 급격하게 증하는 것을 보여준다.In the graphs of FIGS. 6 and 7, the vertical axis represents the steering reaction force torque, and the horizontal axis represents the steering angle. In the case of the vertical axis, the steering reaction force torque increases as it moves up and down from the intersection of the vertical and horizontal axes, and in the case of the horizontal axis, the steering angle increases as it goes left and right from the intersection. In the drawing, if the arrow points to the right, it indicates a right turn, and if the arrow points to the left, it indicates a left turn. Additionally, when the arrow points upward or downward, the steering reaction force torque increases rapidly in the area where the rotation of the steering wheel is limited.

기계식 반력 유닛(70)에 의한 조향 반력 토크(굵은 실선)의 경우, 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 차량이 저속으로 주행할 때나 고속으로 주행할 때 변화 형태가 동일함을 알 수 있다. 즉, 기계식 반력 유닛(70)의 경우에는 차량의 주행 속도 등 외부 요인에 따른 변화가 이루어지지 않고 오로지 스프링(72)(73)의 작용힘에만 영향을 받기 때문에, 조향각도에 따른 조향 반력 토크는 항상 일정하며, 그 변화 형태도 일정하다.In the case of the steering reaction force torque (thick solid line) generated by the mechanical reaction force unit 70, as shown in FIGS. 6 and 7, it can be seen that the change form is the same when the vehicle is driven at low speed or when the vehicle is driven at high speed. That is, in the case of the mechanical reaction unit 70, there is no change due to external factors such as the vehicle's driving speed and is only affected by the acting force of the springs 72 and 73, so the steering reaction torque according to the steering angle is It is always constant, and the form of change is also constant.

반면, 전자식 반력 유닛(80)에 의한 조향 반력 토크(점선)의 경우, 도 6에서 보는 바와 같이 차량이 저속으로 주행할 때는 그 변화가 완만하지만, 도 7에서 보는 바와 같이 차량이 고속으로 주행할 때는 그 변화가 급격하게 이루어진다.On the other hand, in the case of the steering reaction force torque (dotted line) by the electronic reaction force unit 80, the change is gradual when the vehicle is driven at low speed as shown in FIG. 6, but when the vehicle is driven at high speed as shown in FIG. 7, the change is gradual. At times, the change occurs rapidly.

즉, 전자식 반력 유닛(80)의 경우 전자 제어 유닛(90)의 제어에 의해 조향 모터(81)의 구동 속도가 변하기 때문에, 차량의 속도와 연계하여 조향 모터(81)의 구동 속도를 제어하게 되면, 도 6에서와 같이 차량이 저속으로 주행할 때는 조향 반력 토크를 완만하게 변화시킴으로써 조향 휠(10)에 가벼운 조향감을 부여할 수 있고, 도 7에서와 같이 차량이 고속으로 주행할 때는 조향 반력 토크를 급격하게 변화시킴으로써 조향 휠(10)에 무거운 조향감을 부여할 수 있다.That is, in the case of the electronic reaction unit 80, the driving speed of the steering motor 81 changes under the control of the electronic control unit 90, so when the driving speed of the steering motor 81 is controlled in conjunction with the speed of the vehicle, , when the vehicle is traveling at low speed, as shown in FIG. 6, a light steering feeling can be provided to the steering wheel 10 by gently changing the steering reaction torque, and when the vehicle is traveling at high speed, as shown in FIG. 7, the steering reaction torque is By suddenly changing , a heavy steering feeling can be provided to the steering wheel 10.

한편, 전자식 반력 유닛(80)의 동작과 상관없이 기계식 반력 유닛(70)은 항상 일정 범위 내에서만 동작하기 때문에 조향 휠(10)의 조향각도는 기계식 반력 유닛(70)의 동작 범위 내로 제한된다. 따라서, 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 조향 휠(10)의 조향 한계각에서는 저속 주행 및 조속 주행시 모두 조향 반력 토크가 급격하게 증가하게 된다.Meanwhile, regardless of the operation of the electronic reaction force unit 80, the mechanical reaction force unit 70 always operates within a certain range, so the steering angle of the steering wheel 10 is limited to the operating range of the mechanical reaction force unit 70. Accordingly, as shown in FIGS. 6 and 7, at the steering limit angle of the steering wheel 10, the steering reaction force torque rapidly increases during both low-speed and moderate-speed driving.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템을 첨부된 도면들을 참조로 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.As described above, the vehicle steering system with multiple reaction force units according to a preferred embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and may vary within the scope of the patent claims. It can be modified and implemented.

10 : 조향 휠 20 : 조향축
21 : 베어링 30 : SFA
40 : 차륜 50 : 랙
60 : RWA 70 : 기계식 반력 유닛
71 : 힘 전달부재 72 : 제 1 스프링
73 : 제 2 스프링 74 : 제 1 지지부
75 : 나선부 76 : 스토퍼 부재
77 : 제 2 지지부 80 : 전자식 반력 유닛
81 : 조향 모터 82 : 감속기
90 : 전자 제어 유닛 100 : 조향각 센서
110 : 속도 센서10: steering wheel 20: steering shaft
21: Bearing 30: SFA
40: wheel 50: rack
60: RWA 70: Mechanical reaction force unit
71: force transmission member 72: first spring
73: second spring 74: first support
75: spiral portion 76: stopper member
77: second support 80: electronic reaction unit
81: steering motor 82: reducer
90: Electronic control unit 100: Steering angle sensor
110: speed sensor

Claims (10)

조향 휠 회전시 조향축에 구비되는 탄성부재의 압축을 통해 조향 반력을 생성하는 기계식 반력 유닛;
상기 조향축과 연결되는 감속기와, 상기 감속기에 연결되는 조향 모터를 포함하여 조향 반력을 생성하는 전자식 반력 유닛; 및
상기 조향 모터의 작동을 제어하는 전자 제어 유닛;을 포함하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.A mechanical reaction force unit that generates a steering reaction force through compression of an elastic member provided on the steering shaft when the steering wheel rotates;
An electronic reaction force unit that generates a steering reaction force including a reducer connected to the steering shaft and a steering motor connected to the reducer; and
An electronic control unit that controls the operation of the steering motor. A steering system for a vehicle including a multiple reaction force unit. 제 1 항에 있어서,
상기 기계식 반력 유닛과 전자식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력은 조향축을 통해 동시에 상기 조향 휠로 전달되며, 상기 전자식 반력 유닛의 정지시에도 상기 기계식 반력 유닛에서 생성되는 조향 반력은 상기 조향 휠로 전달되는 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 1,
The steering reaction force generated by the mechanical reaction force unit and the electronic reaction force unit is simultaneously transmitted to the steering wheel through the steering shaft, and even when the electronic reaction force unit is stopped, the steering reaction force generated by the mechanical reaction force unit is transmitted to the steering wheel. A steering system for a vehicle having multiple reaction force units. 제 1 항에 있어서,
상기 전자식 반력 유닛에서는 상기 조향 휠의 조향각에 대응하는 조향 반력이 생성되며, 상기 전자식 제어 유닛에는 상기 조향 휠의 조향각 측정을 위한 조향각 센서가 연결되는 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 1,
Steering reaction force corresponding to the steering angle of the steering wheel is generated in the electronic reaction force unit, and a steering angle sensor for measuring the steering angle of the steering wheel is connected to the electronic control unit. system. 제 1 항에 있어서.
상기 기계식 반력 유닛은,
상기 조향축에 슬라이딩 가능하게 결합되되, 상기 조향 휠 회전시 전진 또는 후진하는 힘 전달부재; 및
상기 조향축에 구비되어 상기 힘 전달부재 슬라이딩시 인장 압축되면서, 상기 조향축을 통해 조향 휠로 조향 반력을 부여하는 상기 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to clause 1.
The mechanical reaction unit,
A force transmission member that is slidably coupled to the steering shaft and moves forward or backward when the steering wheel rotates; and
The elastic member is provided on the steering shaft and is tensile and compressed when the force transmission member slides, while applying a steering reaction force to the steering wheel through the steering shaft. A steering system for a vehicle including a multiple reaction force unit. 제 4 항에 있어서,
상기 탄성부재는 상기 조향축 상에서 상기 힘 전달부재를 중심으로 양쪽에 적어도 하나씩 구비되되, 양쪽에서 동일한 힘으로 대향 동작하는 스프링인 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 4,
A steering system for a vehicle with multiple reaction force units, wherein the elastic members are provided at least one on each side of the steering axis around the force transmission member, and are springs that operate opposingly with the same force on both sides. 제 5 항에 있어서,
상기 힘 전달부재 및 스프링은 상기 조향축에 끼워지는 형태로 구비되며, 상기 조향축에서 상기 힘 전달부재 및 스프링이 위치되는 구간의 양쪽 바깥부분에는 상기 스프링을 지지하는 제 1 지지부가 각각 형성되고, 상기 제 1 지지부는 상기 조향축의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태인 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 5,
The force transmission member and spring are provided in a form fitted to the steering shaft, and first supports for supporting the spring are formed on both outer portions of the section where the force transmission member and spring are located on the steering shaft, respectively, A steering system for a vehicle having a multiple reaction force unit, characterized in that the first support portion is in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering shaft. 제 6 항에 있어서,
상기 조향축에서 상기 제 1 지지부 사이의 중심부에는 상기 힘 전달부재가 나사 결합되면서 슬라이딩되도록 일방향의 나사산을 갖는 나선부가 형성되고,
상기 나선부에서 상기 힘 전달부재의 길이 방향 양쪽으로는 상기 힘 전달부재에 각각 일단이 지지되면서 대향 동작하는 제 1 스프링이 각각 끼워지며,
상기 조향축의 외측에서 상기 나선부와 제 1 지지부 사이에는 상기 제 1 스프링의 타단을 지지하는 스토퍼 부재가 각각 슬라이딩 가능하게 끼워지고;
상기 조향축에서 상기 제 1 지지부와 상기 스토퍼 부재 사이에는 서로 대향 동작하는 제 2 스프링이 각각 끼워지며,
상기 조향축에서 상기 나선부의 양쪽 끝에는 상기 스토퍼 부재가 나선부로 슬라이딩되는 것을 방지하는 제 2 지지부가 각각 형성되고,
상기 제 2 지지부는 상기 조향축의 원주로부터 방사상으로 연장되는 플랜지 형태인 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템According to claim 6,
A spiral portion having a one-way thread is formed at the center between the steering shaft and the first support portion so that the force transmission member slides while being screwed together,
On both sides of the spiral portion in the longitudinal direction of the force transmission member, first springs are fitted with one end supported by the force transmission member and operating in opposition, respectively,
A stopper member supporting the other end of the first spring is slidably fitted between the spiral portion and the first support portion on the outside of the steering shaft;
Second springs operating in opposition to each other are fitted between the first support portion and the stopper member on the steering shaft, respectively,
Second supports are formed at both ends of the spiral portion of the steering shaft to prevent the stopper member from sliding into the spiral portion,
A vehicle steering system with a multiple reaction force unit, wherein the second support portion is in the form of a flange extending radially from the circumference of the steering shaft. 제 7 항에 있어서,
상기 한 쌍의 제 1 스프링 및 한 쌍의 제 2 스프링은 상기 조향축에 직렬로 배열되되, 상기 힘 전달부재의 양쪽에 상기 제 1 스프링이 각각 배치되고, 상기 제 1 스프링의 바깥쪽으로 상기 제 2 스프링이 각각 배치되며, 상기 조향 휠의 회전각도가 0도일 때 상기 힘 전달부재를 중심으로 양쪽에 위치된 스프링들로부터 상기 힘 전달부재로 작용하는 작용힘은 동일한 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 7,
The pair of first springs and the pair of second springs are arranged in series on the steering axis, with the first springs disposed on both sides of the force transmission member, and the second springs extending to the outside of the first springs. Springs are respectively disposed, and when the rotation angle of the steering wheel is 0 degrees, the acting force acting on the force transmission member from the springs located on both sides of the force transmission member is the same. Equipped with a vehicle steering system. 제 1 항에 있어서,
상기 전자 제어 유닛의 제어에 의해 상기 전자식 반력 유닛은 차량의 속도에 따라 상기 조향 모터의 구동속도를 달리하여 속도에 따라 상이한 조향 반력을 생성하며, 상기 전자 제어 유닛에는 차량의 속도를 측정하는 속도 센서가 연결되는 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 1,
Under the control of the electronic control unit, the electronic reaction force unit varies the driving speed of the steering motor according to the speed of the vehicle to generate different steering reaction force depending on the speed, and the electronic control unit includes a speed sensor that measures the speed of the vehicle. A steering system for a vehicle having multiple reaction force units, characterized in that is connected. 제 1 항에 있어서,
상기 조향 휠의 회전 구간은 상기 기계식 반력 유닛의 작동 범위 내로 제한되는 것을 특징으로 하는, 다중 반력 유닛을 구비한 차량용 조향 시스템.According to claim 1,
A steering system for a vehicle with multiple reaction force units, characterized in that the rotation section of the steering wheel is limited within the operating range of the mechanical reaction force unit.
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