KR100599279B1 - 전동식 동력 조향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어가 차륜에 회전가능케 지지하는 휠과 상기 휠의 회전방향을 조정하는 조향 휠을 구비한 차량의 전동식 동력 조향 장치에 관한 것으로서, 상기 조향 휠과 연결되는 스티어링 컬럼과, 상기 조향 휠의 조향정보를 감지하는 감지부와, 상기 스티어링 컬럼에 연결되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 모터의 구동에 따라 연동하여 회전되는 감속기와, 상기 일측 휠의 상부와 타측 휠의 하부에 마련되는 고정부와, 상기 일측 휠의 고정부와 타측 휠의 고정부를 상기 감속기의 판상에 대칭되게 마련된 각 단부에 각각 연결하는 한 쌍의 링크부와, 상기 감지부에서 감지된 조향 휠의 조향정보에 기초하여 산출한 전류를 상기 모터로 공급하여 상기 감속기를 회전시킴으로써 상기 타이어의 회전방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 모터에서 발생하는 구동력이 직접 휠에 전달되므로 모터의 성능이 극대화되고 랙을 없애므로 차량의 중량이 감소되는 이점이 있다.

MDPS, 랙, 모터

Description

전동식 동력 조향 장치{Motor Driven Power Steering System}

도 1은 종래의 랙 구동식 MDPS 장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 구성도,

도 3 및 도 4는 휠 조향시 모터의 작동상태도,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

8 : ECU 9 : 전원공급부

10 : 타이어 11 : 고정부

12 : 링크부 13 : 모터

14 : 감속기

본 발명은 차량의 동력 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 의해 동력을 전달하는 전동식 동력 조향 장치에 관한 것이다.

동력을 이용한 조향장치는 오일을 이용한 유압식과 전기모터를 이용한 전자식이 있다. 유압식은 파워펌프라는 유압을 발생시키는 동력장치가 엔진의 힘으로 유체를 펌핑하며 유압을 형성하고 있다가 운전자가 핸들을 돌릴 때 조향하는 방향으로 유압을 보내어 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.

한편, 전동식 동력 조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 전기모터를 이용해 조타력(핸들조작능력)을 향상시킨 조향축 보조 전동 조향 배력장치이다. MDPS는 기존의 유압식 조향배력장치(자동차 방향전환시 엔진힘을 배분하는 장치)와는 달리 주행조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘토록 함으로써 조타성능과 조타감을 크게 향상시켰다. 각각 구동력을 주는 위치(모터 부착위치)에 따라 컬럼 구동식, 피니언 구동식, 랙 구동식으로 구분되며, 그 기본적인 작동원리는 동일하다.

도 1은 종래의 랙 구동식 MDPS 장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차속 센서와, 피니언 샤프트(103)에 장착되어 있는 토크센서(105)에 의해서 차속, 조타방향, 조타 토크를 각각 ECU(Electronic Control Unit)가 감지하여 스티어링 랙(rack)에 부착되어 있는 모터(106 부분에 내장되어 있음)를 회전시켜 직접 구동력을 주어서 스티어링 동작을 보조하며, 각종 페일세이프(Fail Safe)기능을 가지고 있다.

조향 휠(101)을 조작하면, 스티어링컬럼(102)을 매개로 피니언 샤프트(103)가 회전력을 받으면서 돌게 된다. 토크 센서(105)는 토크 신호(Torque signal)를 ECU로 제공하여 토크 정보를 주고, 차속 센서의 차속 정보를 받은 ECU에서는 최적의 구동 토크를 모터(106)를 통해서 발생하도록 전류를 발생시킨다. ECU는 저속에서 많은 양의 전류를 흘려서 조향력을 가볍게, 중속에서는 전류제어를 통하여 적당히 가볍게, 고속에서는 전류를 차단하여 모터에 의한 조향 보조력을 없게 한다. 엔진 회전수 감응 유압 파워 스티어링에 비해서 조타 상황에 따라서 훨씬 섬세한 조향력을 제어할 수 있는 장치이다.

이처럼 모터를 이용한 파워스티어링장치는 종래 유압식 파워스티어링장치에 비하여 엔진이 유압 형성용 펌프를 작동시키지 않으므로 연비가 좋아지고, 튜닝(Tuning)시에는 하드웨어(H/Ware)등의 변경 없이 ECU의 전류 테이블을 간단하게 변경하여 조향 성능을 변경할 수 있다. 그리고, 유압 스티어링의 구성 부품인 펌프, 호스류, 튜브류, 오일 등이 필요 없으므로 환경 친화적인 기술이다. 이 장치는 향후 모터 기술의 발전, 제어기술의 발전, 차량전원의 상승이 예상되므로 확대 적용이 될 것으로 예상된다.

그런데, 전동 파워 스티어링은 중형차 이상의 차종에서 필요로 하는 충분한 랙 추진력을 얻기 위한 모터 개발과 제어가 용이하지 않다는 단점이 있다. 그리고 기존의 랙 앤드 피니언 방식에서는 유압력 대신에 모터의 구동력으로 조향이 이루어지므로 에너지 손실이 크다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 모터의 구동력이 직접 휠에 전달되는 구조를 갖는 전동식 동력 조향 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타이어가 차륜에 회전가능케 지지하는 휠과 상기 휠의 회전방향을 조정하는 조향 휠을 구비한 차량의 전동식 동력 조향 장치에 있어서, 상기 조향 휠과 연결되는 스티어링 컬럼과, 상기 조향 휠의 조향정보를 감지하는 감지부와, 상기 스티어링 컬럼에 연결되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 모터의 구동에 따라 연동하여 회전되는 감속기와, 상기 일측 휠의 상부와 타측 휠의 하부에 마련되는 고정부와, 상기 일측 휠의 고정부와 타측 휠의 고정부를 상기 감속기의 판상에 대칭되게 마련된 각 단부에 각각 연결하는 한 쌍의 링크부와, 상기 감지부에서 감지된 조향 휠의 조향정보에 기초하여 산출한 전류를 상기 모터로 공급하여 상기 감속기를 회전시킴으로써 상기 타이어의 회전방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 타이어가 차량의 정면을 향해 일직선으로 배치된 상태일 때, 상기 감속기와 상기 링크부의 접점들을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점을 연결한 선에 대해 기울어지게 함으로써, 상기 모터의 회전시 상기 타이어를 당기거나 밀어 조향이 이루어지게 된다.

상기 감지부는 상기 조향휠의 차속과 조타방향 및 조타토크를 감지하는 센서를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 타이어의 회전방향을 조정하는 조향 휠과 연결되는 스티어링 컬럼과, 스티어링 컬럼에 연결되는 모터(13)와, 모터(13)에 연결되는 감속기(14)와, 타이어(10)의 회동지점(10a)을 기준으로 휠의 전방부 또는 후방부에 마련되는 고정 부(11)와, 각 고정부(11)에 일단부가 연결된 한 쌍의 링크부(12)와, 모터(13)의 회전속도 및 회전각을 제어하는 제어부로 구성된다.

여기서, 제어부는 자동차에 마련된 각종 센서의 감지신호에 기초하여 자동차의 동작을 제어하는 기능을 하는 ECU(Electronic Control Unit)로 구현하는 것이 바람직하며, 이하에서 ECU(8)라 칭하기로 한다.

감속기(14)의 일단부는 모터(13)에 접속되고, 타단부의 판면에 양측 링크부(12)가 연결된다. 감속기(14)는 속도 즉 회전수를 감소시켜 큰 토크를 발생시키는 장치로서, 구체적인 구조에 대한 설명은 생략한다. 링크부(12)가 연결되는 감속기(14)의 단부는 원형판 형상을 가지며, 본 발명에 따라 원형판면의 지름상에서 대칭되는 위치에 양측 링크부(12)가 연결된다.

본 실시예에서, 고정부(11)는 좌측 타이어의 회동지점(10a)을 기준으로 휠 후방부와, 우측 타이어의 회동지점(10a)을 기준으로 휠 전방부에 각각 마련된다. 그리고, 좌측 타이어의 휠 후방부에 마련된 고정부와 우측 타이어의 휠 전방부에 마련된 고정부(11)에 각각 링크부(12)가 연결된다. 이때, 타이어(10)가 정면을 향하는 정상위치일 때 감속기(14)의 원형판면에서 한 쌍의 링크부(12)와 접속되는 접속점을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점(10a)을 연결한 선을 기준으로 소정 각도를 이루도록 감속기(14)와 링크부(12)를 연결하면, 모터의 회전시 상기 양측 고정부(11)를 밀거나 당겨서 타이어(10)를 회동시켜 조향할 수 있게 된다.

조향 휠을 좌회전시 또는 우회전시에, 중앙에 설치된 모터(13)를 축으로 하여 모터(13)의 구동력이 타이어(10)의 휠로 전달된다. 모터(13)에서 발생되는 구동력은 다음의 과정에 의해 발생된다. 조향 휠의 회전시 ECU(8)는 클러치 내의 속도계에 부착된 차속센서(6), 조타센서(7), 전원에 의한 입력값들에 대하여 제어신호를 발생하고, ECU(8)의 제어신호에 의해 모터(13)의 회전속도가 제어되며 모터(13)에 연결된 감속기(14)의 구동력이 제어된다.

이에 따라, 조향 휠의 좌회전 또는 우회전에 따라 감속기(14)가 회전하면 링크부(12)가 회전방향으로 이동하게 되고 그에 따라 링크부(12)에 연결된 좌/우측 타이어(10)의 고정부(11)가 당겨지거나 밀려져서 타이어(10)가 좌측 또는 우측으로 회동되므로 조향이 이루어지게 된다.

도 3 및 도 4는 휠 조향시 모터의 작동상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 조향 휠을 왼쪽방향으로 회전시키면, 차속 센서(6), 스티어링 컬럼(Column)에 내장되어 있는 조타 센서(7)에 의해서 차속, 조타방향, 조타 토크를 ECU(8)가 감지하고, ECU(8)는 감지된 정보에 기초하여 전류값을 산출한 후 전원공급부(9)를 제어하여 산출된 값의 전류를 인가한다. 모터(13)가 동작하여 오른쪽으로 회전함에 따라 모터(13)에 연결된 감속기(14)도 오른쪽으로 회전하고, 그에 따라 링크부(12)에 의하여 양쪽 티이어(10)들이 조향 휠 조작방향과 같은 왼쪽으로 회동된다.

이와 반대로, 도 4에 도시된 바와 같이, 조향 휠을 오른쪽으로 회전시키면 ECU(8)가 이를 감지하여 모터(13)를 상기의 경우와 반대방향 즉, 왼쪽으로 회동시킨다.
따라서, 상기 모터(13)에 연결된 감속기(14)가 왼쪽으로 회전하고 그에 따라 링크부(12)에 의하여 양쪽 타이어(10)들이 조향 휠 조작방향과 같은 오른쪽으로 회동된다.

차량의 타이어(10)가 차량의 정면을 향해 일직선으로 배치된 상태일 때는, 감속기(14)와 링크부(12)의 접속점과 모터(13)의 중심축을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점(10a)을 연결한 선에 대해 기울어진 상태이다. 그러나, 조향 휠을 왼쪽으로 회전시키면, 도 3에 도시된 바와 같이, 감속기(14)와 링크부(12)의 접속점과 모터(13)의 중심축을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점(10a)을 연결한 선과 거의 수직인 상태가 된다.
이와 반대로, 조향 휠을 오른쪽으로 회전시키면, 도 4에 도시된 바와 같이, 감속기(14)와 링크부(12)의 접속점과 모터(13)의 중심축을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점(10a)을 연결한 선과 거의 평행한 상태가 된다.

이러한 구성에 의하여, 차량의 조향 휠의 회전방향에 따라 모터와 감속기에 의해 생성된 회전력을 타이어의 휠에 직접 전달하는 구조에 의해, 랙을 장착하지 않고도 차량의 조향이 이루어지므로, 조향장치의 구성이 간단해진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전동식 동력 조향 장치에서 모터에서 발생하는 구동력이 직접 휠에 전달되므로 모터의 성능을 극대화시키고 랙을 없애므로 중량이 감소되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 타이어가 차륜에 회전가능케 지지하는 휠과 상기 휠의 회전방향을 조정하는 조향 휠을 구비한 차량의 전동식 동력 조향 장치에 있어서,

   상기 조향 휠과 연결되는 스티어링 컬럼과,

   상기 조향 휠의 조향정보를 감지하는 감지부와,

   상기 스티어링 컬럼에 연결되는 모터와,

   상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 모터의 구동에 따라 연동하여 회전되는 감속기와,

   상기 타이어의 회동지점을 기준으로 상기 일측 휠의 전방부와 타측 휠의 후방부에 마련되는 고정부와,

   상기 일측 휠의 고정부와 타측 휠의 고정부를 상기 감속기의 판상에 대칭되게 마련된 각 단부에 각각 연결하는 한 쌍의 링크부와,

   상기 감지부에서 감지된 조향 휠의 조향정보에 기초하여 산출한 전류를 상기 모터로 공급하여 상기 감속기를 회전시킴으로써 상기 타이어의 회전방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전동식 동력 조향 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 타이어가 차량의 정면을 향해 일직선으로 배치된 상태일 때, 상기 감속기와 상기 링크부의 접점들을 연결한 선은 좌측 및 우측 타이어의 회동지점을 연결한 선에 대해 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전동식 동력 조향 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 감지부는 상기 조향휠의 차속과 조타방향 및 조타토크를 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전동식 동력 조향 장치.

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