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KR100748350B1 - 자동차의 후륜 토우각 제어장치 - Google Patents

자동차의 후륜 토우각 제어장치 Download PDF

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KR100748350B1
KR100748350B1 KR1020060087860A KR20060087860A KR100748350B1 KR 100748350 B1 KR100748350 B1 KR 100748350B1 KR 1020060087860 A KR1020060087860 A KR 1020060087860A KR 20060087860 A KR20060087860 A KR 20060087860A KR 100748350 B1 KR100748350 B1 KR 100748350B1
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South Korea
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rack bar
toe angle
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rear wheel
pinion gear
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권병수
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 차량의 자세를 제어하여 주행 안정성을 향상시키는 차량의 자세제어장치에 관한 것으로서, 차량의 주행 상태에 따라 토우각이 가변하는 후륜의 양륜이 하나의 감속부에 의해 작동되도록 하여, 양륜의 토우각이 동기되어 항상 일정하게 가변되고, 제품의 크기 및 무게를 줄일 수 있는 차량의 후륜 토우각 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 자동차의 크로스 멤버에 의해 지지되는 좌, 우 후륜과, 상기 좌, 우 후륜에 각각 일단이 연결된 좌, 우의 링크부재와, 상기 좌, 우의 링크부재에 양단이 각각 연결된 래크바 및 상기 래크바를 수용하며 상기 크로스 멤버에 설치된 케이스와, 상기 래크바와 연동가능하게 설치되며 상기 좌, 우의 링크부재가 상기 좌, 우 후륜의 토우각을 동시에 가변하도록 상기 래크바를 이동시키는 액츄에이터를 포함하고, 상기 액츄에이터는 하우징의 내부에 설치된 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 회전하는 링기어와, 상기 링기어와 치합되는 제1피니언 기어와, 상기 제1피니언 기어의 회전축에 설치되며 상기 래크바와 치합되는 제2피니언 기어를 포함한다.
자동차, 후륜, 토우각, 크로스 멤버, 액츄에이터, 구동모터, 피니언 기어, 링기어

Description

자동차의 후륜 토우각 제어장치 {REAR WHEEL TOE ANGLE CONTROL SYSTEMS OF THE VEHICLES}
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치가 도시된 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 간략하게 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치의 요부를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
52 : 리어 크로스 멤버 54 : 좌 후륜
55 : 우 후륜 56 : 너클
57 : 컨트롤 아암 58 : 스프링
59 : 쇽업소버 60 : 후륜 토우각 제어장치
62 : 액츄에이터 621 : 하우징
622 : 구동모터 623a : 회전축
623b : 기어부 624 : 링기어
625 : 제1피니언 기어 626 : 회전축
626a : 마그네트 링 627 : 제2피니언 기어
628 : 베어링 629 : 자기센서
64, 65 : 링크부재 66 : 케이스
67 : 래크바 67a : 래크
본 발명은 차량의 자세를 제어하여 주행 안정성을 향상시키는 차량의 자세제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 주행 상태에 따라 토우각이 가변하는 후륜의 양륜이 하나의 감속부에 의해 작동되도록 하여, 양륜의 토우각이 동기되어 항상 일정하게 가변되고, 제품의 크기 및 무게를 줄일 수 있는 차량의 후륜 토우각 제어장치를 제공하는 것이다.
일반적으로 차량에 설치되는 현가장치는 차체와 휠 사이에 마련되어, 이 두 강체를 하나 혹은 다수의 링크를 이용하여 연결하는 장치로써, 트레일링 암과 너클, 컨트롤 암 등으로 구성된다.
상기 현가장치는 차량의 주행중에 발생하는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 주행 조작 또는 노면의 굴곡 등에 의해 발생한 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공한다. 또한, 상기 현가장치는 불규칙한 노면의 주행시 타이어 접지면에서의 수직 하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 구동시 차량의 안정성을 확보한다.
한편, 차량의 선회시 차량의 속도 및 노면과의 마찰 등에 의해 차량에 오버 스티어 또는 언더 스티어가 발생할 수 있어 차량의 주행 안정성이 저하된다. 이를 해결하기 위해 차량의 선회시 리어 컨트롤 아암의 길이를 신축시켜 후륜의 토우각(Toe Angle)을 조정함으로써 차량의 자세제어 및 주행 안정성을 향상시키는 차량의 후륜 토우각 제어장치(AGCS : Active Geometry Controlled System)가 본 출원인에 의해 국내특허 제511742호(2005.08.25)로 등록되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 도시한 구성도로써, 후륜 토우각 제어장치(20)는 리어 크로스 멤버(12)의 좌, 우 일단에 각각 설치된 한 쌍의 액츄에이터(22, 23)와, 좌, 우 후륜(14, 15)과 상기 액츄에이터(22, 23)를 연결하며 상기 액츄에이터(22, 23)에 설치되어 직선 운동하는 로드(24, 25)에 의해 상기 좌, 우 후륜(14, 15)의 토우각을 가변시키는 링크 기구(26, 27)를 포함한다.
상기 액츄에이터(22, 23)는 유압식이 사용되며, 상기 액츄에이터(22, 23)의 로드(24, 25)가 직선운동함에 따라 상기 링크 기구(26, 27)가 상기 좌, 우 후륜(14, 15)의 토우각을 조절한다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치(20)는 특히, 자동차의 선회 주행시 상기 액츄에이터(22, 23)의 작동에 의해 자동차의 오버 스티어 또는 언더 스티어가 방지된다.
한편, 최근에는 유압식 액츄에이터의 느린 응답성을 개선하여 후륜(14, 15)의 토우각을 신속하게 제어할 수 있도록 전동식 액츄에이터를 적용한 자동차의 후 륜 토우각 제어장치가 본 출원인에 의해 개발되었다.
상기 전동식 액츄에이터는 하우징의 상부에 상기 로드의 위치 제어를 안정적으로 구현할 수 있도록 홀소자와 영구자석으로 이루어지는 홀 센서 타입의 리미트 센서가 장착되며, 상기 영구자석의 자속밀도를 집중시켜 상기 홀 소자의 감지 능력을 향상시킬 수 있도록 영구자석 둘레에 비자성 재질의 가이드가 설치되며, 상기 가이드가 상기 로드의 직선운동을 유도할 수 있도록 하우징 내면과 슬라이딩 결합되는 구조를 갖는다.
전술된 자동차의 후륜 토우각 제어장치는 자동차가 선회 중에 오버스티어(Oversteer)되는 현상을 제어하기 위해 후륜 크로스 멤버의 좌, 우에 각각의 액츄에이터를 장착하여 선회하는 자동차 외륜의 토우각(Toe Angle)을 제어하며 타이어와 노면의 마찰력을 증대시켜 차량의 요(Yaw) 현상을 제어한다.
그러나, 종래 기술에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치는 좌, 우 후륜(14, 15)의 제어를 위해서는 2개의 액츄에이터(22, 23)가 설치되고 있는바, 장착공간이 협소하여 설치에 제한이 있고, 2개의 액츄에이터(22, 23)로 인해 차량의 무게 및 제조비용이 증가하는 요인이 되고 있다. 또한, 종래에는 2개의 액츄에이터(22, 23)가 사용됨에 따라 좌, 우 후륜(14, 15)의 토우각이 서로 다르게 제어될 수 있어 자동차의 자세를 안정적으로 제어하지 못하는 요인이 되고 있다.
본 발명은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차의 후륜을 제어하기 위한 액츄에이터를 전동식으로 사용하여 신속하게 작동할 수 있도 록 하여 주행 안정성을 확보할 수 있고, 좌, 우 후륜이 하나의 액츄에이터에 의해 작동되도록 하여 차량의 무게 및 제조비용을 절감할 뿐만 아니라, 좌, 우 후륜의 토우각이 동일하게 제어되므로 주행 안정성이 향상되도록 한 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치는 자동차의 크로스 멤버에 의해 지지되는 좌, 우 후륜과, 상기 좌, 우 후륜에 각각 일단이 연결된 좌, 우의 링크부재와, 상기 좌, 우의 링크부재에 양단이 각각 연결된 래크바 및 상기 래크바를 수용하며 상기 크로스 멤버에 설치된 케이스와, 상기 래크바와 연동가능하게 설치되며 상기 좌, 우의 링크부재가 상기 좌, 우 후륜의 토우각을 동시에 가변하도록 상기 래크바를 이동시키는 액츄에이터를 포함하고, 상기 액츄에이터는 하우징의 내부에 설치된 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 회전하는 링기어와, 상기 링기어와 치합되는 제1피니언 기어와, 상기 제1피니언 기어의 회전축에 설치되며 상기 래크바와 치합되는 제2피니언 기어를 포함한다.
또한, 상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 래크바의 이동선상을 감지하며, 감지된 래크바의 끝단부가 초기위치 또는 과이동위치에 위치하면 상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 리미트 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1, 2피니언 기어의 회전축에 설치된 마그네트 링과, 상기 링기어를 둘러싸는 하우징에 설치되어 상기 마그네트 링의 자력을 감지하는 자기센서를 포함하고, 상기 마그네트링의 회전량을 상기 제1피니언 기어와 상기 링기어의 기어비 및 상기 제2피니언 기어와 상기 래크바의 래크 피치의 비율에 따른 감속비로 변환하여 상기 래크바의 직선 변위를 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 간략하게 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치의 요부를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 자동차의 좌, 우 후륜(54, 55)은 리어 크로스 멤버(52)에 의해 현가 지지된다. 이때, 상기 후륜(54, 55)은 너클(56)에 결합되고, 상기 너클(56)은 차폭방향으로는 컨트롤 아암(57)에 지지되며, 차체의 길이방향으로는 (도시되지 않은) 트레일링 아암에 의해 지지된다. 또한, 상하방향으로는 스프링(58)과 쇽업소버(59)에 의해 지지된다.
한편, 상기 좌, 우 후륜(54, 55)에는 자동차의 선회 주행시 후륜(54, 55)의 토우각을 가변하기 위한 후륜 토우각 제어장치(60)가 설치된다.
상기 후륜 토우각 제어장치(60)는 상기 크로스 멤버(52)와 나란하게 설치되는 케이스(66) 내부에 래크바(67)가 수용된다. 상기 래크바(67)는 상기 케이스(66) 내에 이동 가능하게 지지되며, 표면에 다수의 래크(67a)가 형성된다.
또한, 상기 래크바(67)의 양단에는 좌, 우 후륜(54, 55)과 각각 연결되는 한 쌍의 링크부재(64, 65)가 연결된다. 상기 링크부재(64, 65)는 이동가능하게 설치되며, 하나의 부재로 이루어지거나 복수의 부재로 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기 링크부재(64, 65)는 상기 래크바(67)의 직선 운동에 의해 상기 좌, 우 후륜(54, 55)의 토우각을 조절하며, 이를 위해 상기 래크바(67)를 직선 운동하기 위한 액츄에이터(62)가 설치된다.
이와 같이, 상기 액츄에이터(62)가 작동함에 따라 상기 래크바(67)가 이동하며 상기 링크부재(64, 65)를 이동시키고, 상기 좌, 우 후륜(54, 55)의 토우각이 동시에 가변된다. 즉, 자동차의 선회 주행시 회전 방향에 따라 상기 좌, 우 후륜(54, 55)의 어느 한쪽은 토우 인(Toe in)되고, 다른 한쪽은 토우 아웃(Toe out)되며 자동차의 회전시 자세를 제어한다.
상기 액츄에이터(62)는 하우징(621)을 포함하고, 상기 하우징(621)의 내부에는 구동모터(622)가 설치된다. 또한, 상기 구동모터(622)의 회전축(623a)에는 소정 길이의 기어부(623b)가 형성되고, 상기 기어부(623b)에는 링기어(624)가 결합된다. 그리고, 상기 링기어(624)의 기어치에는 제1피니언 기어(625)가 결합된다. 이때, 상기 링기어(624)와 제1피니언 기어(625)의 기어치는 소정형태의 헬리컬 기어로 구성되며, 그 형태는 표준규격에 준한다. 또한, 상기 제1피니언 기어(625)의 회전축(626)의 타단에는 제2피니언 기어(627)가 결합된다. 상기 제2피니언 기어(627)는 상기 래크바(67)의 래크(67a)와 치합된다. 여기서, 상기 제1, 2피니언 기어(625, 627)의 회전축(626)은 상기 하우징(621)에 설치된 베어링(628)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
또한, 상기 구동모터(622)는 전동식으로 작동되며, 바람직하게는 DC 모터로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 상기 구동모터(622)는 DC 10~16V의 입력전압으로 구동되며, 13.5V의 정격입력 전압으로 작동된다.
한편, 상기 케이스(66)의 내부에는 상기 래크바(67)의 행정 범위를 제어하기 위한 리미트 스위치가 설치된다. 상기 리미트 스위치는 상기 케이스(66)의 내부에 설치되어 상기 래크바(67)의 이동선상을 감지한다.
그리고, 상기 리미트 스위치는 상기 래크바(67)의 끝단부를 감지하여 초기위치에 위치되면 상기 래크바(67)의 기준 위치를 설정하고, 상기 래크바(67)의 끝단부가 과이동위치에 위치하면 상기 액츄에이터(62)의 작동을 정지하도록 제어한다.
전술된 바와 같이 구성된 자동차의 후륜 토우각 제어장치(60)는 하나의 액츄에이터(62)에 의해 좌, 우 후륜(54, 55)이 동시에 가변되므로 자세제어의 신뢰성이 향상된다. 또한, 상기 리미트 스위치에 의해 초기의 기준위치 및 과이동위치를 알 수 있어 안정성 및 자세제어의 신뢰성이 더욱 향상된다.
삭제
또한, 상기 구동모터(622)의 회전시 회전량의 측정을 위하여 상기 제1, 2피니언 기어(625, 627)의 회전축(626)에는 마그네트 링(626a)이 설치된다. 그리고 상기 링기어(624)를 둘러싸는 하우징(621)에는 상기 마그네트 링(626a)과 근접하는 위치에 상기 마그네트 링(626a)의 자력을 감지하기 위한 자기센서(629)가 설치된다. 그리고 상기 자기센서(629)에서 검출된 자기신호는 자동차의 중앙처리장치로 송신되고, 상기 중앙처리장치에서 상기 구동모터(622)에 의한 상기 회전축(623a)의 회전량을 측정할 수 있다.
한편, 상기 래크바(67)의 직선 변위는 상기 마그네트 링(626a)의 회전량을 측정하고, 이를 상기 제1피니언 기어(625)와 상기 링기어(624)의 기어비 및 상기 제2피니언 기어(627)와 상기 래크바의 래크 피치의 비율에 따른 감속비로 변환하여 상기 래크바(67)의 직선 변위를 측정할 수 있다. 그리고 상기 래크바(67)의 측정된 직선변위에 따라 상기 좌, 우 후륜(54, 55)의 토우각이 조절된다.
전술된 바와 같이 구성된 자동차의 후륜 토우각 제어장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
자동차의 주행시, 특히 선회 주행시 자동차의 자체가 중력 또는 노면과의 마찰 등의 요인에 의해 언더 스티어 또는 오버 스티어가 발생할 수 있다. 이때, 후륜 토우각 제어장치(60)의 액츄에이터(62)가 작동하여 자동차의 언더 스티어 또는 오버 스티어를 방지한다. 더욱 상세하게는, 상기 액츄에이터(62)의 구동모터(622)에 전원이 공급되면, 상기 구동모터(622)가 회전하며 그 회전력을 링기어(624)로 전달한다. 그리고 상기 링기어(624)가 회전하며, 이와 치합된 제1피니언 기어(625)를 회전시키고 상기 제1피니언 기어(625)와 회전축(626)으로 연결된 제2피니언 기어(627)가 회전한다. 상기 제2피니언 기어(627)는 래크바(67)의 래크(67a)와 치합되어 회전하며 상기 래크바(67)를 이동하게 된다. 이때, 상기 액츄에이터(62)는 상기 링기어(624)와 제1, 2피니언 기어(625, 627)의 감속비에 따라 회전속도가 조절될 수 있다.
이와 같이, 상기 액츄에이터(62)의 구동에 의해 상기 래크바(67)는 좌, 우측 중 어느 한쪽으로 이동하며 좌, 우 후륜(54, 55)과 연결된 링크부재(64, 65)를 이동시킨다. 이에 따라 상기 링크부재(64, 65)는 좌, 우 후륜(54, 55)의 토우각을 동시에 조절하며 어느 한쪽은 토우 인, 그리고 다른 한쪽은 토우 아웃시키며 자동차의 언더 스티어 또는 오버 스티어를 방지한다.
즉, 상기 후륜 토우각 제어장치(60)는 자동차의 선회시 또는 주행시 발생되는 서스펜션의 토우 아웃에 의한 불안정한 자세를 액츄에이터(62)의 구동에 의해 선회 외륜은 토우 인으로 제어하고, 선회 내륜은 토우 아웃으로 제어하여 타이어와 노면의 마찰력을 통한 자동차의 안정된 자세제어 및 주행 안정성을 얻을 수 있다.
이때, 상기 후륜(54, 55)의 토우각은 상기 래크바(67)의 직선변위에 따라 조절할 수 있다. 이를 위해 상기 제1, 2피니언 기어(625, 627)의 회전축(626)에 설치된 마그네트링의 자력을 자기센서(629)로 측정하여, 상기 마그네트 링(626a)의 회전량을 통해 상기 구동모터(622)의 회전량을 판단하고, 상기 제1피니언 기어(625)와 상기 링기어(624)의 기어비 및 상기 제2피니언 기어(627)와 상기 래크바의 래크 피치의 비율에 따른 감속비로 변환하여 상기 래크바(67)의 직선 변위를 측정할 수 있다.
한편, 상기 래크바(67)는 리미트 스위치에 의해 초기시작위치가 설정되고, 이에 따라 상기 래크바(67)의 행정범위를 정확하게 조절한다. 또한, 상기 리미트 스위치는 상기 래크바(67)의 끝단을 감지하여 상기 래크바(67)가 과이동하지 않도록 액츄에이터(62)의 작동을 제어한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차의 후륜 토우각 제어장치는 후륜의 토우각이 전동식 액츄에이터에 의해 작동되므로 응답성이 좋고 신속하게 작동할 수 있어 주행 안정성이 향상되고, 하나의 액츄에이터에 의해 좌, 우 후륜이 동시에 작동되도록 하여 좌, 우 후륜의 토우각 제어에 의한 주행 안정성이 더욱 향상되며, 그 차지하는 부피가 작아 장착이 용이하고 차량의 무게 및 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims (3)

  1. 자동차의 크로스 멤버에 의해 지지되는 좌, 우 후륜과,
    상기 좌, 우 후륜에 각각 일단이 연결된 좌, 우의 링크부재와,
    상기 좌, 우의 링크부재에 양단이 각각 연결된 래크바 및 상기 래크바를 수용하며 상기 크로스 멤버에 설치된 케이스와,
    상기 래크바와 연동가능하게 설치되며 상기 좌, 우의 링크부재가 상기 좌, 우 후륜의 토우각을 동시에 가변하도록 상기 래크바를 이동시키는 액츄에이터를 포함하고,
    상기 액츄에이터는 하우징의 내부에 설치된 구동모터와,
    상기 구동모터에 의해 회전하는 링기어와,
    상기 링기어와 치합되는 제1피니언 기어와,
    상기 제1피니언 기어의 회전축에 설치되며 상기 래크바와 치합되는 제2피니언 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 래크바의 이동선상을 감지하며, 감지된 래크바의 끝단부가 초기위치 또는 과이동위치에 위치하면 상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 리미트 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1, 2피니언 기어의 회전축에 설치된 마그네트 링과, 상기 링기어를 둘러싸는 하우징에 설치되어 상기 마그네트 링의 자력을 감지하는 자기센서를 포함하고,
    상기 마그네트링의 회전량을 상기 제1피니언 기어와 상기 링기어의 기어비 및 상기 제2피니언 기어와 상기 래크바의 래크 피치의 비율에 따른 감속비로 변환하여 상기 래크바의 직선 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
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