KR100589277B1

KR100589277B1 - 비주얼 앵글 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR100589277B1
Application number: KR1020040068413A
Authority: KR
Inventors: 조관현
Original assignee: 조관현
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-06-19
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: KR20060019763A

Abstract

본 발명은 조향축단에 부착되고 핸들 림과 분리된 핸들 허부와; 핸들 허부에 자유회전 하도록 지지시키고, 동시에 핸들 허브와 변위기어로 연결되어 핸들 회전력을 허부에 전달하는 핸들 림과; 핸들 허부와 핸들 림을 기계적으로 연결하고, 제어모터의 구동에 따라 핸들 림의 회전량에 대한 핸들 허부의 회전량을 증감 시키는 변위기어와; 비주얼 앵글 스티어링을 위해 자동차 속도에 대응된 핸들 보정량을 산출하여 변위기어를 구동하는 제어부와; 제어부의 제어신호에 응답하여 핸들 회전량이 증감되게 변위기어를 구동하는 제어모터를 포함하여 구성한 비주얼 앵글 스티어링 시스템이다. 본 발명에 의하면 속도 변화가 있는 자동차에서 같은 비주얼 앵글에 대해 차이가 적은 스티어링 핸들량으로 운전 할 수 있고, 기존 차량에서 스티어링 휠 만을 교체하여 이용할 수 있고, 분리된 핸들 허브와 핸들 림을 워엄기어로 연결하여 구성하고, 워엄나사가 구동을 정지 했을 때 스티어링 림과 스티어링 허브가 기존 핸들과 같이 일체로 연결되고, 워엄 나사가 워엄 기어를 스티어링 림의 반대방향으로 이동시키는 플러스 스티어링 모드와, 워엄 나사가 워엄 기어를 스티어링 림과 같은 방향으로 이동시키는 마이너스 스티어링 모드로 동작되는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다.

Description

비주얼 앵글 스티어링 시스템 {Visual angle steering system}

도1은 기존 핸들의 기어비를 나타낸 그래프

도2는 비주얼 앵글 특성을 보인 개념도

도3은 본 발명 실시 예 핸들의 개략적인 측면도

도4는 본 발명 실시 예 요부 단면도

도5은 본 발명 실시 예 요부 평면도

도6는 본 발명 다른 핸들의 평면도

도7는 본 발명 실시 예 제어부 구성도

도8은 본 발명 실시 예 센서의 구성도

<도면 주요부호의 설명>

11은 핸들 허브; 21은 핸들 림; 31은 변위기어; 32는 워엄나사; 33은 워엄기어; 35은 홀; 41은 제어부; 42는 마이콤; 43은 센서; 51은 제어모터; 55는 출력축;

본 발명은 자동차의 비주얼 앵글 스티어링 시스템에 관한 것이다.

자동차의 조향장치(steering system)의 에커먼장토식(Ackerman Jantoud type) 타이로드로는 자동차가 진행 방향을 바꿀 때 두 조향 전륜의 선회 중심축이 뒷 차축의 선회중심축 위에서 만나도록 바퀴의 조향 너클아암을 연결 해 주므로 자동차가 진행 방향을 선회할 때 도로면과 바퀴의 접지 상태를 최적화 해 준다. 자동차 조향장치에서 핸들의 회전은 조향축, 조향기어의 웜을 통해 섹터기어를 회전시키고; 섹터기어의 회전이 섹터축 피먼트아암 및 링크를 통해 타이로드를 움직여 주므로 바퀴의 진로를 변경해 준다. 또한 조향축은 지지용 튜브나 베어링으로 차체에 지지시킨다. 동력조향장치(Power steering)는 핸들의 움직임에 연동되는 피먼트아암으로 조향 장치의 유압 제어 밸브를 조작 하도록 되어있다. 조향 기어비 (steering gear ratio)는 핸들의 회전량을 피먼트 아암 회전량으로 나눈 값이다. 조향 기어비는 소형차량이 10~15 : 1; 중형 차량이 15~20 : 1; 대형 차량이 20~30 : 1 로 차체 중량이 큰 차량의 조향기어비가 크다. 조향 기어비는 바퀴의 방향전환 회전량 보다 핸들의 회전량을 크게 해 주므로 핸들 조작의 용이성과 안정성을 부여한다.

도1 그래프에 기존 스티어링 시스템의 핸들 특성을 표시 하였다. 도1에서 기어비 a, b, c, d, e는 차종과 기어비 (Variable gear ratio, Input angle / Output angle)에 따라 상이하고, 자동차 속도(Speed)나 운전자의 눈으로 보이는 거리(Range)에 무관하게 일정하다.

도2에 비주얼 스티어링의 개념을 인용하였다. 도2 Vision 1과 Vision 2에서 주행 중의 자동차 Speed 1과 Speed 2의 Speed 비가 1 대 10 일 때 운전자의 시 야 v=1의 거리 Range 1과 Rane 2의 비는 Vision 1과 Vision2에서와 마찬가지로 1 대 10이다. Vision 1과 Vision 2에서 도1의 불변 기어비(gear ratio)를 적용하면 Vision 1의 steering angle 1은 작고 Vision 2의 steering angle 2는 이보다 10배가 되어 큰 차이를 보이게 된다. 이러한 기술적 한계는 자동차 운전에서 비주얼 앵글이 동일하더라도 속도 차에 따라 스티어링 핸들 량의 차가 심하게 나타나는 것으로 정으된다. 도2에 인용된 기존 핸들에서 Vision 1의 저속운전은 과잉 엑션을 수반하고, Vision 2의 고속 운전은 핸들의 민감성과 위험성을 높인다.

대한민국 특허10-0244935에서 속도변화가 있는 동일한 비주얼 앵글에서 스티어링 핸들량의 큰 변화를 완화하는 자동차 비례핸들 기술이 개시되었다. 이 기술은 기존 핸들 모드와 비례 핸들모드로 동작된다. 비례 핸들모드에서 클러치는 조향축을 1차조향축과 2차 조향축으로 분리한다. 제어부는 센서를 통해 1차 조향축의 회전량을 검출하고; 현재속도에 따른 속도비례 조향기어비를 산출하고; 산출된 비례조향기어비로 구동드라이버 및 구동기를 통해 2차 조향축을 구동 하고; 2차 조향축이 조향기어비 발생기를 통해 피먼트아암을 구동한다. 이러한 비례 핸들은 핸들의 회전량을 자동차 속도에 연동하여 변동시키므로 곡율이 크고 시야가 짧은 저속도로에서 적은 핸들 회전량으로 운전 할 수 있고, 곡율이 적고 시야가 긴 고속도로에서 많은 핸들 회전량으로 운전 할 수 있게 해 준다. 그러나 상기한 비례핸들 장치는 발전된 운전 환경을 부여하는 특성에도 불구하고 자동차 제조업체서 채택하지 아니하면 제품화될 수 없는 한계를 지니고 있다.

본 발명은 속도 변화가 있는 자동차에서 같은 비주얼 앵글에 대해 차이가 적은 스티어링 핸들량으로 운전 할 수 있게 하는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공하려는 것이다. 본 발명은 기존 차량의 스티어링 휠 만을 교체하여 이용할 수 있는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공하려는 것이다. 본 발명은 핸들 허브와 핸들 림으로 핸들을 분리하고 이 두 요소를 워엄기어로 연결함이 특징인 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공하려는 것이다. 본 발명은 워엄나사가 정지 했을 때 스티어링 림과 스티어링 허브가 기존 핸들과 같이 일체로 연결되는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공하려는 것이다. 본 발명은 워엄 나사가 워엄기어를 스티어링 림의 반대방향으로 이동시키는 플러스 스티어링 모드와, 워엄 나사가 워엄 기어를 스티어링 림과 같은 방향으로 이동시키는 마이너스 스티어링 모드로 동작되는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명은 조향기어비를 가지는 핸들에서 핸들의 회전량을 비주얼 앵글에 가깝게 보정하는 장치에 관한 것이다.

핸들 림(21)은 조향축(61) 단에 부착되어 있다. 더 자세히 조향축(61) 말단 연결축(62)을 림 허부의 중심에 결합하고 고정볼트(63)에 고정너트(64)를 채워 림 허브(11)를 조향축(61)에 고정한다. 조향축(61)의 회전력을 바퀴의 조향력으로 전달하는 스티어링 전달계의 구성과 동작은 기존의 차량과 같다.

본 발명은 비주얼 앵글 스티어링 시스템은 조향축(61)단에 부착되고 핸들 림(21)과 분리된 핸들 허부(11)와; 핸들 허부에 자유회전 하도록 지지시키고, 동 시에 변위기어로 핸들 허브와 연결되어 핸들 회전력을 허부에 전달하는 핸들 림(21)과; 핸들 허부와 핸들 림을 기계적으로 연결하고, 제어모터에 연결 구동되어 핸들 림의 회전량에 대해 핸들 허브의 회전량을 변동시키는 변위기어(31)와; 자동차 속도 변화에 따른 비주얼 앵글 데이터를 보유하고, 자동차 속도와 조향 기어비를 고려한 핸들 림의 회전량을 산출하여 변위기어를 구동하는 제어부(41)와; 제어부의 제어신호에 응답하여 핸들 림의 회전량이 증가 또는 감소 되게 변화 시키는 제어 모터(51)를 설치하여 구성한다. 또한 본 발명 핸들 림(21)과 슬라이드 링(22)은 포오크(21a) 양단에 접속 하였다.

실시 예에서 변위기어(31)는 핸들 림(21) 측에 설치한 워엄나사(32)와; 핸들 허부(11)측에 설치한 워엄기어(33)로 구성하였다. 상기 제어모터(51)는 제어신호에 응답하여 제어 구동량으로 출력축(55)을 구동하고, 출력축을 워엄 나사(32)에 접속하여 구동한다. 더 자세히 상기 워엄 나사(32)는 림 포오크를 연장한 림 베이스(22a)에 베어링(32a)으로 조립하였다. 림 베이스(22a)에 설치한 절취부(22b)는 림베이스(22a)가 워엄 나사(32)에 간섭되지 않게 한다. 림 베이스(22a)에 설치한 제어모터(51)와 워엄 나사(32)는 스플라인 커플러로 접속하였다. 스플라인 커플러는 제어모터(51)측의 스플라인 출력축(55)과 스플라인 출력축을 삽입할 수 있게 된 워엄나사(32) 측 스플라인 홀(35)로 구성 하였다.

본 발명 상기 핸들 림(21)은 세가지 상태로 동작된다. 첫째 상태는 기존 핸들모드이다. 기존 핸들모드는 제어모터(51)를 제어부(41)에서 구동 정지시키거나, 고장 기타 원인으로 동작되지 않을 때 워엄 나사(32)와 워엄 기어(33)로 되는 기어 세트는 역방향 차단 기능으로 핸들 림(21)과 핸들 허부(11)를 하나로 고정한다. 둘째 상태는 플러스 스티어링 모드이다. 플러스 스티어링 모드는 핸들 림(21)이 어느 방향으로 회전될 때 워엄 나사(32)가 워엄 기어(33)를 핸들 림(21)이 운동하는 방향의 반대 방향으로 이동시키는 때이다. 이때 핸들 림(21)의 회전량이 증가하면서 핸들 부하가 가벼워진다. 셋째 상태는 마이너스 스티어링 모드이다. 마이너스 스티어링 모드는 핸들 림(21)이 어느 방향으로 회전될 때 워엄 나사(32)가 워엄 기어(33)를 핸들 림(21)과 같은 운동 방향으로 이동시키는 때이다. 이때 핸들 림(21)의 회전량은 감소하면서 핸들 부하는 기존 핸들 부하가 무거워 진다.

상기 플러스 스티어링 모드나 마이너스 스티어링 모드는 핸들의 실 회전각을 운전자의 비주얼 앵글에 가깝게 보정하는 핸들 모드이다. 상기 플러스 스티어링 모드나 마이너스 스티어링 모드에서 워엄 휘일(33)의 이동 방향과 이동 량을 결정하는 보정 값은 제어부에서 설치한 비주얼 앵글 데이터베이스에 의존한다. 이러한 비주얼 앵글 데이터 베이스는 스티어링 기어비를 자동차 속도에 대입하여 변동할 수 있게 하는 산출 식으로 대체 될 수 있다. 상기 마이너스 스티어링과 플러스 스티어링의 전환 속도는 본 발명 실시 예에서 시속 80km/h이다. 이론 실시 예에서 상기 플러스 스티어링은 차량의 최대속도에서 핸들 량을 3~15배 증가 시켰다. 실시 예에서 상기 마이너스 스티어링은 차량의 최저 속도에서 핸들량을 3분지1 내지 15분지1로 감소 시켰다.

실시 예에서 채용한 상기 핸들 허부(11)와 핸들 림(21)을 접속하는 장치는, 핸들 허부(11)에 핸들 림 접속을 위해 설치한 휠 디스크(12)와; 핸들 림(21)에 핸 들 허부 접속을 위해 설치한 슬라이드 링(22)과; 워엄 기어(33)를 휠 디스크(12)에 부착하기 위한 조립볼트(23)와; 휠 디스크(12)와 슬라이드 워엄 기어(33) 사이에 핸들 림(21)을 자유회전 할 수 있게 슬라이드 링(33)을 수용하여 지지하는 지지 수용부(24)를 조합하는 구성이다.

상기 핸들 허부(11)와 핸들 림(21)의 접속 장치는, 슬라이드 링(22)이 지지 수용부(24)에 지지되어 핸들 림(21)을 핸들 허부(11)와 동심 회전운동 하도록 지지한다. 상기 핸들 허부(11)와 핸들 림(21)의 접속 장치는 조립볼트(23)에 의한 조립이다. 이 구성은 조립볼트(23)로 차례로 분해할 수 있고, 제작, 조립, 분해가 용이하고, 자동차 핸들 드라이빙 장치로서 안정성이 있다.

실시 예 제어부(41)는 제어 마이콤(42)에 자동차 속도를 검출 하는 속도 검출부(40)와; 핸들 허부(11)의 회전량과 회전 방향을 검출하는 센서(43)와; 제어모터(51) 구동 드라이버(50)를 접속하여 구성하고; 마이콤(42)은 노멀 모드 제어, 감기제어, 풀기제어, 원점 클리어 제어를 하도록 프로그램 하였다.

노멀 모드제어는 제어 포인트를 원점으로 복귀시키고 속도 감응 제어를 중단한다.

감기 제어는 운전자가 핸들 림(21)을 일 방향으로 감기 시작한 위치부터 감기 종료 위치까지의 제어이다. 마이콤(42)은 감기 제어시 핸들 림의 감기 시작 좌표를 검출하고, 핸들의 회전 방향을 검출하고, 차량 속도를 검출하고, 비주얼 앵글 스티어링 단계 변위량을 산출하고, 드라이버(50) 및 제어모터(51)를 통해 단계 변위량과 감기 보정 방향으로 워엄 나사(32)를 구동하고, 감기보정 변위량을 누적하 면서 진행한다. 핸들 림의 감기 동작이 중지되었을 감기 보정 누적 변위량을 메모리하고 감기 제어를 종료한다. 감기 제어 종료 후 핸들 림의 풀기 동작이 이어지면 풀기제어를 하고, 감기제어 종료 후 다시 감기 동작으로 이어지면 누적 단계 감기 제어를 시작한다. 누적 감기제어는 전 단계 감기 제어시 누적 변위량에 추가 변위량을 더하여 갱신하는 제어이다.

풀기 제어는 핸들 림(21)의 풀기 동작이 시작된 좌표로부터 메모리된 감기 시작 좌표 까지의 제어이다.

풀기 제어 시작 후 감기 시작 좌표에 이르게 전에 핸들 램의 풀기 제어가 종료되면 메모리된 당해 단계의 감기 제어 변위량을 잔량 변위량으로 갱신하고, 차 순위 풀기 제어시에 참조한다.

풀기 제어는 메모리된 누적 변위량 또는 갱신된 잔량 변위량을 감기제어 종료 위치에서부터 시작 좌표에 이르기 까지 감기 제어시의 역 방향으로 웜 나사(32)를 구동하여 핸들 감기 변위량을 복원 시키는 제어이다.

원점 클리어 제어는 마이콤(42)에 센서에서 핸들의 동작 원점을 검출 했을 때 감기제어 및 풀기제어의 보존 값을 모두 클리어 하는 제어이다.

본 발명 제어부(41)에 설치된 실시 예 센서(43)는 핸들 지지튜브(65)에 허브(43f)를 부착 설치한 좌표 디스크(43e)와; 좌표 디스크(43e)의 둘레에 라디안 좌표에 따라 배열된 라디안 좌표 슬릿(43b)과; 좌표 슬릿(43b)의 일변을 일치시켜 설치한 핸들 운동 방향 표지 슬릿(43c)과; 핸들의 출발원점 검출을 위해 좌표 디스크에 설치한 원점 슬릿(43d)과; 상기 슬릿(43, 43c, 43d)들을 마이콤(42)이 검출 하기 위한 포터 커플러(43a)로 구성하였다. 포터 커플러는 복수 슬릿에 대응된 고아 검출 소자를 보유한다. 좌표 디스크(43e)는 핸들이 동작전 정 위치에 있을 때 마이콤(42)이 포토커플러(43a)에서 원점 슬릿(43d)을 검출 하도록 설치된다. 마이콤(42)은 원점 슬릿 검출 후 라디안 좌표 슬릿(43b)을 검출 할 때마다 카운트 하여 핸들의 회전량을 라디안 좌표로 해석 한다. 마이콤(42)은 라디안 좌표슬릿(43e)과 방향 표지 슬릿(43c)의 검출 시차를 비교하여 핸들의 회전방향을 인식 한다.

상기와 같이 본 발명은 속도 변화가 있는 자동차에서 같은 비주얼 앵글에 대해 차이가 적은 스티어링 핸들량으로 운전 할 수 있는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다. 본 발명은 기존 차량의 스티어링 휠 만을 교체하여 이용할 수 있는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다. 본 발명은 핸들 허브와 핸들 림으로 핸들을 분리하고 워엄기어로 연결하여 된 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다. 본 발명은 워엄나사가 정지 했을 때 스티어링 림과 스티어링 허브가 기존 핸들과 같이 일체로 연결된 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다. 본 발명은 워엄 나사가 워엄기어를 스티어링 림의 반대방향으로 이동시키는 플러스 스티어링 모드와, 워엄 나사가 워엄기어를 스티어링 림과 같은 방향으로 이동시키는 마이너스 스티어링 모드로 동작되는 비주얼 앵글 스티어링 시스템을 제공한다.

Claims

조향기어비를 가지는 핸들에서 핸들의 회전량을 비주얼 앵글에 가깝게 보정하는 핸들 장치에 있어서,

조향축단에 부착되고 핸들 림과 분리된 핸들 허부와;

핸들 허부에 자유회전 하도록 지지시키고, 동시에 핸들 허브와 변위기어로 연결되어 핸들 회전력을 허부에 전달하는 핸들 림과;

핸들 허부와 핸들 림을 기계적으로 연결하고, 제어모터의 구동에 따라 핸들 림의 회전량에 대한 핸들 허부의 회전량을 증감 시키는 변위기어(31)와;

비주얼 앵글 스티어링을 위해 자동차 속도에 대응된 핸들 보정량을 산출하여 변위기어를 구동하는 제어부와;

제어부의 제어신호에 응답하여 핸들 회전량이 증감되게 변위기어를 구동하는 제어모터를 포함하여 구성한 비주얼 앵글 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 변위기어는 핸들 림측에 설치한 워엄나사와; 핸들 허부측에 설치한 워엄기어로 구성하고; 제어모터는 제어신호에 응답하여 제어 량으로 출력축을 구동하고, 출력축을 워엄나사에 접속하여 구성한 비주얼 앵글 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 핸들 허부에 핸들 림 접속을 위해 설치한 휠 디스크와; 핸들 림에 핸들 허부 접속을 위해 설치한 슬라이드 링과; 워엄기어를 휠 디스크에 부착하기 위한 조립볼트와; 휠 디스크와 슬라이드 워엄기어 사이에 핸들 림을 자유회전 할 수 있게 슬라이드 링을 수용하여 지지하는 지지 수용부을 포함하여 구성한 비주얼 앵글 스티어링 시스템.
제1항에 있어서, 제어부는 핸들허부의 회전량 및 회전 방향을 검출하기 위한 센서를 구비하고; 핸들 림의 감기 회전시에 핸들 허부의 회전량을 검출하고; 제어부는 핸들 림의 감기 회전시 단계 원점과, 비주얼 앵글 단계 감기 변위량을 산출하여 메모리하고; 핸들 림의 풀기 회전시 메모리 된 감기 변위량을 단계 풀기 변위량으로 워엄나사를 구동 제어하는 것이 특징인 비주얼 앵글 스티어링 시스템.