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KR100589197B1 - 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치 - Google Patents

스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치 Download PDF

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KR100589197B1
KR100589197B1 KR1020040108727A KR20040108727A KR100589197B1 KR 100589197 B1 KR100589197 B1 KR 100589197B1 KR 1020040108727 A KR1020040108727 A KR 1020040108727A KR 20040108727 A KR20040108727 A KR 20040108727A KR 100589197 B1 KR100589197 B1 KR 100589197B1
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Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템(Steer By Wire System) 시험장치의 노면 반력 생성장치에 관한 것으로, 양측 타이로드(21)에 노면 반력을 가하는 액츄에이터(330)가 베이스판(310)의 중앙에서 조향기구부(20) 즉, 기어박스(22)와 평행하게 장착됨으로써 장치의 크기가 줄어들어 설치공간이 감소된다.
또한, 액츄에이터(330)의 힘이 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360)을 직선 왕복이동하는 연결부재(390)를 매개로 타이로드(21)에 전달되므로 힘의 전달이 손실 없이 이루어져 정확한 노면 반력의 재현이 가능해짐으로써 시험장치로 많은 실차실험을 대체할 수 있게 되어 시험 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치{apparatus for generating a reaction force from road surface in a testing system for Steer By Wire System}
도 1은 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 노면 반력 생성장치가 적용된 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 조향기구부, 21 : 타이로드,
22 : 기어박스, 300 : 노면 반력 생성장치,
310 : 베이스판, 320 : 테이블,
330 : 액츄에이터, 331 : 로드,
340 : 가이드블록, 350,360 : 제 1,2 리니어 가이드레일,
370,380 : 제 1,2 슬라이더, 390 : 연결부재,
400 : 로드셀, 410 : LVDT센서.
본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 시험장치에 관한 것으로, 특히 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치 중 노면으로부터의 반력을 구현하는 노면 반력 생성장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어 시스템(steer by wire system)은 스티어링휠쪽 부분 즉, 조향조작부와 기어박스쪽 부분 즉, 조향기구부를 유니버설조인트를 매개로 기구적으로 직접 연결하는 대신, 이들을 독립적으로 분리하되, 센서를 통해 스티어링휠의 조작을 감지한 전자제어유니트가 모터를 구동하여 기어박스내 랙을 작동시켜 조향 작동이 이루어지도록 하고, 또한 상기 기어박스 구동 모터에 소요되는 전류와 상기 랙의 움직임을 통해 노면으로부터의 반력을 추정하여 상기 스티어링휠에 적당한 조향 반력을 형성시켜 주는 시스템으로서, 스티어링휠과 조향 기구부가 기구적으로 직접 연결되어 있지 않게 됨으로써 노면으로부터의 진동 및 충격이 스티어링휠로 전달되지 않도록 된 것이다.
이와 같은 스티어 바이 와이어 시스템을 시험하기 위한 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향조작부(10 ; C-EPS(column type-electric power steering))와 조향기구부(20 ; R-EPS(rack type-electric power steering)) 및 이들을 상호 유기적으로 제어하는 전자제어유니트(30)로 이루어진 스티어 바이 와이어 시스템(100)과, 상기 조향기구부(20)에 연결되어 노면 반력을 재현해주는 노면 반력 생성장치(200)와, 이들 스티어 바이 와이어 시스템(100)과 노면 반력 생성장치(200)에 의한 주행 상태를 시험자가 가상 도로상에서 시각적으로 확인할 수 있도록 해 주는 영상 시현부(500; 스크린을 이용한 디스플레이 장치이다.)로 구성된다.
그 중 상기 노면 반력 생성장치(200)는 액츄에이터(210)와, 이 액츄에이터(210)에 의해 작동되는 회동레버(220 ; 중심의 고정축(221)을 중심으로 회동된다.) 및 상기 액츄에이터(210)에 의해 회동레버(220)에 가해지는 작동력을 측정하는 로드셀(230)을 포함하여 구성된다.
따라서 액츄에이터(210)에 의해 생성된 가상의 노면 반력이 회동레버(220)를 매개로 조향기구부(20)의 말단인 타이로드(21)에 전달되어, 실제 주행하는 상태에서와 같이 노면 반력이 작용하는 상태에서 스티어 바이 와이어 시스템을 시험할 수 있게 된다.
그런데, 상기 종래의 노면 반력 생성장치(200)는 도시된 바와 같이, 조향기구부(20)의 말단인 타이로드(21)의 외측에 설치되는 회동레버(220)에 액츄에이터(210)가 연결됨과 더불어 이 액츄에이터(210)가 양쪽 타이로드(21)에 모두 설치되므로 그 폭이 지나치게 넓어 시험장치의 크기가 커지므로 설치공간을 많이 차지하게 되는 단점이 있었다.(타측 노면 반력 생성장치의 도시는 생략하였다.)
또한, 횡방향으로 직선운동을 하는 타이로드(21)에 종방향으로 직선운동하는 액츄에이터(210)의 힘이 회전하는 회동레버(220)를 통해 전달되므로 액츄에이터(210)에서 발생된 힘을 그대로 타이로드(21)에 전달할 수 없다는 구조적인 문제점이 있었다.
그리고, 사용되는 액츄에이터(210)의 용량에 따라서 회동레버(220)의 설계를 다시 해야하는 단점이 있었다.(강한 노면 반력의 구현을 위해 대용량 액츄에이터를 사용할 경우 중간 부분이 소정 각도로 절곡되어 있는 회동레버의 구조상 액츄에이터로부터 가해지는 힘에 대응하기 불리하다.)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시험장치의 폭이 줄어들게 되어 설치공간을 많이 차지하지 않게 되고, 액츄에이터에서 발생된 힘이 타이로드로 거의 그대로 전달되며, 액츄에이터의 힘을 전달하는 부품이 액츄에이터의 용량 변화에 대응할 수 있는 강성의 범위가 넓어지도록 된 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스판의 중앙에 고정설치되고, 그 상면에 조향기구부가 장착된 테이블과; 상기 테이블의 하부에서 상기 베이스판에 장착되며, 상기 조향기구부와 평행하게 배치되되 상호 역방향으로 설치되는 한 쌍의 액츄에이터; 상기 베이스판의 테이블 양측에 각각 장착되는 가이드블록; 상기 가이드블록에서 상기 액츄에이터의 로드와 동일 선상에 설치되는 제 1 리니어 가이드레일; 상기 가이드블록에서 상기 조향기구부의 타이로드와 동일 선상에 설치되는 제 2 리니어 가이드레일; 상기 제 1,2 리니어 가이드레일에 각각 설치되는 제 1,2 슬라이더; 상기 제 1,2 슬라이더에 양단이 장착되고, 상기 액츄에이터의 로드와 상기 조향기구부의 타이로드가 각각 연결되는 연결부재를 포함하여 이루어진다.
상기 액츄에이터의 로드와 상기 연결부재의 사이에는 로드셀이 설치되어 액 츄에이터에서 연결부재로 전달되는 힘을 측정한다.
상기 테이블의 상면에는 상기 액츄에이터의 로드에 연결되어 액츄에이터의 작동량을 측정하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서가 설치된다.
상기와 같이 조향기구부의 양측 타이로드에 노면 반력을 가하는 각 액츄에이터들이 조향기구부와 동일한 위치에 평행하게 설치됨으로써 시험장치의 폭이 감소하여 설치공간이 줄어들게 된다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 노면 반력 생성장치가 적용된 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 사시도이다.
본 발명 노면 반력 생성장치(300)는 랙을 내장한 기어박스와, 상기 랙의 양측에 연결된 타이로드(21)와, 상기 랙을 구동하는 모터 등으로 이루어진 조향기구부(20)와 함께 베이스판(310)의 상면에 설치된다.
상기 베이스판(310)의 중앙에는 상호 소정 간격 이격된 2개의 마운팅브라켓(321) 상면에 평판(322)이 장착되어 이루어진 테이블(320)이 고정설치된다.
이 테이블(320)의 상면 중앙에 횡방향으로 상기 조향기구부(20)가 장착된다. 즉, 조향기구부(20)의 기어박스(22) 양단이 마운팅블록을 매개로 테이블(320)의 중앙 양단에 고정된다.
상기 테이블(320) 하부의 상기 베이스판(310) 상면에는 양측 차륜에 발생하는 노면 반력을 재현하는 한 쌍의 액츄에이터(330)들이 장착된다. 이들은 당연히 상호 반대 방향을 향하여 장착되며, 상기 조향기구부(20) 즉, 상기 기어박스(22)와 평행한 상태로 고정된다.
상기 테이블(320) 양측의 베이스판(310) 상면에는 각각 가이드블록(340)이 설치되는데, 정확히 말하면, 각 가이들블록(340)들은 조향기구부(20)의 대응되는 타이로드(21)와 대응되는 액츄에이터(330)의 로드(331) 사이의 범위에 해당되는 위치에 각각 장착된다.
상기 가이드블록(340)은 수평판(341)과 이 수평판(341)에서 상기 조향기구부(20)의 타이로드(21)와 동일선상에 형성된 수직판(342)으로 이루어지는데, 상기 수평판(341)에서 액츄에이터(330)의 로드(331)와 동일선상의 위치에는 제 1 리니어 가이드레일(350)이 설치되고, 상기 수직판(342)의 상단면에는 제 2 리니어 가이드레일(360)이 설치된다.
상기 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360) 각각에는 이들을 따라 직선으로 슬라이딩 이동하는 제 1,2 슬라이더(370,380)가 설치된다.
상기 제 1,2 슬라이더(370,380)들은 이들에 양단이 각각 고정되는 연결부재(390)에 의해 상호 일체로 연결되며, 이 연결부재(390)는 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360) 간의 높이차를 수용하기 위해 소정 형상으로 절곡된 몸체로 이루어진다.
그리고, 상기 연결부재(390)에는 조향기구부(20)의 타이로드(21)와 액츄에이터(330)의 로드(331)가 각각 연결된다.
한편, 각 액츄에이터(330)의 로드(331)와 연결부재(390)의 사이에는 로드셀 (400)이 설치되어, 액츄에이터(330)로부터 연결부재(390)에 전달되는 힘을 측정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 액츄에이터(330)에서 발생되는 노면 반력의 크기를 알 수 있게 된다.
또한, 상기 테이블(320)의 상면 중 각 액츄에이터(330)의 상부에 해당되는 위치에는 이동로드가 브라켓을 매개로 액츄에이터(330)의 로드(331)에 연결된 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서(410)가 설치되어 액츄에이터(330)의 작동량(=로드(331)의 이동거리)을 측정할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 측정 정보들은 전술한 전자제어유니트(30)로 전달되어 조향기구부(20) 및 조향조작부(10)의 모터 작동을 제어하는데 사용됨으로써 정확한 조향 작동 및 노면 반력에 따른 적절한 스티어링휠 조작 반력감 생성이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 로드셀(400)과 LVDT센서(410)등의 장착부위는 절연을 위하여 엔지니어링 플라스틱으로 제작될 수 있다.
한편, 전자제어유니트(30)에 의해 상기 액츄에이터(310)가 작동되면 로드(331)가 전후진되고, 이에 연결된 연결부재(390)가 전후진되며, 결과적으로 연결부재(390)의 상부에 연결된 타이로드(21)가 밀려지거나 당겨지게 되며, 이 힘은 조향기구부(20) 즉, 기어박스(22)의 작동에 반력으로 작용하게 된다. 즉, 실제 차량에서 노면으로부터 타이어, 너클, 타이로드를 통해 기어박스(22)로 전달되는 노면 반력과 같은 작용을 하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 노면 반력 생성장치(300)는 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 한 구성요소로서 그 역할을 충실히 수행할 수 있다.
그에 더하여, 본 발명에서는 상기 액츄에이터(330)들이 장치의 양 측부가 아닌 중앙에 조향기구부(20)와 평행하게 배치되어 장치의 크기가 줄어듦으로써 실내에서 장치가 차지하는 공간이 줄어들게 되었다.
또한, 종래 회동레버(220)가 종방향의 힘을 횡방향으로 전환하여 전달함으로써 힘 전달의 손실(타이로드(21)에 가해지는 회동레버(220)의 힘에는 항상 종방향 성분이 존재하게 된다.)이 있는 것에 비하여 본 발명에서는 액츄에이터(330)의 로드(331) 작동방향과 타이로드(21)의 작동방향이 동일하여 힘을 전달함에 있어 구조적인 손실이 존재하지 않는다. 액츄에이터(330)의 로드(331)와 타이로드(21)를 연결하여 힘 전달 매개체 역할을 하는 상기 연결부재(390)는 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360)을 따라 슬라이딩 이동하므로 마찰에 따른 손실이 미미하여 무시할 만한 수준이며 또한 고려할 경우에도 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360)에서 발생되는 마찰 손실은 항상 일정하므로 제어가 용이하다.
또한, 종래의 회동레버(220)와 같이 절곡된 몸체가 회동되면서 액츄에이터의 힘을 전달하는 것이 아니라, 액츄에이터(330)의 로드(331), 연결부재(390) 및 타이로드(21)가 모두 같은 방향으로 직선 전후진하면서 힘이 전달되고, 각 부재에 있어서도 힘이 축방향으로 가해져 각 부재에 하중의 부담이 덜하여 액츄에이터의 용량이 대형으로 변경되어도 힘을 전달하는 부분의 설계를 다시할 필요가 없게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 액츄에이터가 중앙에 횡방향으로 배치됨으로써 장치의 크기가 줄어들어 설치공간이 감소되고, 액츄에이터의 힘이 손실없이 타이로드로 전달되므로 노면 반력을 실차와 거의 유사하게 재현할 수 있게 되는 효과가 있다.
따라서, 시험장치의 신뢰도가 향상되어 실차실험을 대신할 수 있게 됨으로써 스티어 바이 와이어 시스템 시험 비용이 대폭 절감되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 베이스판(310)의 중앙에 고정설치되고, 그 상면에 조향기구부(20)가 장착된 테이블(320)과;
    상기 테이블(320)의 하부에서 상기 베이스판(310)에 장착되며, 상기 조향기구부(20)와 평행하게 배치되되 상호 역방향으로 설치되는 한 쌍의 액츄에이터(330);
    상기 베이스판(310)의 테이블(320) 양측에 각각 장착되는 가이드블록(340);
    상기 가이드블록(340)에서 상기 액츄에이터(330)의 로드(331)와 동일 선상에 설치되는 제 1 리니어 가이드레일(350);
    상기 가이드블록(340)에서 상기 조향기구부(20)의 타이로드(21)와 동일 선상에 설치되는 제 2 리니어 가이드레일(360);
    상기 제 1,2 리니어 가이드레일(350,360)에 각각 설치되는 제 1,2 슬라이더(370,380);
    상기 제 1,2 슬라이더(370,380)에 양단이 장착되고, 상기 액츄에이터(330)의 로드(331)와 상기 조향기구부(20)의 타이로드(21)가 각각 연결되는 연결부재(390)를 포함하여 이루어지는 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터(330)의 로드(331)와 상기 연결부재(390) 의 사이에 로드셀(400)이 설치된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 테이블(320)의 상면에 상기 액츄에이터(330)의 로드(331)에 연결되는 LVDT센서(410)가 설치된 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템 시험장치의 노면 반력 생성장치.
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