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KR101209722B1 - 모터구동식 조향장치 - Google Patents

모터구동식 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치는, 조향각을 변경시키기 위해서 랙을 움직이는 모터를 구비한 모터구동유닛, 상기 랙의 스트로크의 최대치를 가변시키기 위한 작동스위치, 및 조향휠의 움직임 방향을 감지하고, 그 움직임 방향에 따라서 상기 모터를 작동시키되, 상기 스위치의 온/오프 상태에 따라서 상기 랙의 최대 스트로크를 가변시키도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 휠의 스트로크에 따라서, 조향장치의 모터구동유닛의 모터를 제어하되, 제어구간 이내이면 랙의 스트로크를 설정수치로 증대시키고, 제어구간을 벗어나면 랙의 스트로크를 설정된 수치로 제한함으로써, 휠과 차체와의 갭을 능동적으로 제어할 수 있다. 아울러, 랙의 움직임을 제한하는 별도의 가변기구를 장착하지 않음으로써, 부품수를 감소시키고, 제조원가를 줄일 수 있다.
랙, 스트로크, 조향, 장치, 모터구동, 차고센서

Description

모터구동식 조향장치{MOTOR DRIVEN STEERING DEVICE}
본 발명은 모터구동식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전상태에 따라서 랙의 스트로크를 가변적으로 변경시키는 모터구동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향을 위한 파워스티어링 조향장치는 유압식 또는 모터구동식이 있으며, 최근 모터구동식(MDPS: Motor Driven Power Steering)이 유압식을 대체하고 있으며, 소형차에서 대형차로 그 적용범위를 넓혀가고 있다.
상기 모터구동식 조향장치와 더불어, 가변랙스트로크(VRS: various rack stroke) 장치도 장착되고 있는데, 상기 가변랙스트로크장치는 타이어 또는 휠과 기타 부품들 사이에 갭을 가변시키는 기능을 한다.
한편, 모터구동식 조향장치에서 상기 가변랙스트로크장치가 장착될 경우, 조향장치의 랙의 움직임 양을 제한하기 위한 작동기구부가 더 설치되어야 하면, 부품수가 증가하고 조립비용이 상승하는 문제점이 있다.
아울러, 가변랙스트로크장치가 가동되지 않는 상태에서, 차량의 풀범프(full bump: 차체가 지면에 가까워진 상태) 또는 풀리바운드(full rebound: 차체가 지면 에 멀어진 상태)에서 휠과 차체와의 갭이 과도하게 줄어드는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 부품수가 줄고 조립비용이 줄어들며, 랙스트로크를 가변시키는 모터구동식 조향장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터구동식 조향장치는, 조향각을 변경시키기 위해서 랙을 움직이는 모터를 구비한 모터구동유닛, 상기 랙의 스트로크의 최대치를 가변시키기 위한 작동스위치, 및 조향휠의 움직임 방향을 감지하고, 그 움직임 방향에 따라서 상기 모터를 작동시키되, 상기 스위치의 온/오프 상태에 따라서 상기 랙의 최대 스트로크를 가변시키도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 작동스위치가 온된 경우에, 상기 제어부는 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 양만큼 줄인다.
상기 작동스위치가 오프된 경우에, 휠의 스트로크에 따라서 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 값으로 가변시킨다.
상기 차고센서유닛는, 차체에 고정된 차고센서, 및 하단이 로어암에 고정되고 상단이 상기 차고센서에 연결된 링크를 포함하되, 상기 차고센서는 상기 로어암에 연결된 상기 링크의 움직임을 감지하여 상기 차체와 상기 로어암의 거리를 감지 하고, 상기 제어부는 상기 차체와 상기 로어암 사이의 거리를 기초로 상기 휠의 스트로크를 연산한다.
상기 휠의 스트로크가 설정된 제어구간 이내에 포함되는 경우, 상기 랙의 최대스트로크를 증대시킨다.
상기 휠의 스트로크가 설정된 제어구간을 벗어나는 경우, 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 양만큼 줄인다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 모터구동식 조향장치에 의하면, 휠의 스트로크에 따라서, 조향장치의 모터구동유닛의 모터를 제어하되, 제어구간 이내이면 랙의 스트로크를 설정수치로 증대시키고, 제어구간을 벗어나면 랙의 스트로크를 설정된 수치로 제한함으로써, 휠과 차체와의 갭을 능동적으로 제어할 수 있다.
아울러, 랙의 움직임을 제한하는 별도의 가변기구를 장착하지 않음으로써, 부품수를 감소시키고, 제조원가를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 개략적인 구성도이이다.
도 1을 참조하면, 모터구동식 조향장치는 조향휠(102), 조향컬럼(104), 모터구동유닛(100), 랙(120), 휠(106), 차고센서유닛(130), 작동스위치(110), 및 제어 부(140)를 포함한다.
차량의 이동방향을 조절하기 위해서, 운전자가 상기 조향휠(102)을 돌리면, 상기 조향컬럼(104)을 통해서 그 회전력이 상기 랙(120)으로 전달되고, 상기 랙(120)의 좌우 움직임에 따라서 상기 휠(106)의 조향각이 가변된다.
상기 모터구동유닛(100)은 상기 조향컬럼(104)에 설치되어 상기 조향휠(102)의 움직임에 따라서 상기 랙(120)을 움직인다. 상기 차고센서유닛(130)은 차량의 높이변화를 감지하고, 그 신호를 상기 제어부(140)로 송부한다.
상기 작동스위치(110)가 켜지면, 상기 랙(120)의 움직임량(랙스트로크)의 최대치를 설정된 양만큼 줄인다. 아울러, 상기 작동스위치(110)가 꺼지면, 상기 랙(120)은 상기 차체(도의 220)의 범프 또는 리바운드 상태에 따라서 상기 랙(120)의 최대 스트로크를 가변적으로 늘린다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(140)는 상기 차고센서유닛(130)으로부터 보내진 신호에 의해서 상기 차체(220)의 범프 또는 리바운드 상태를 감지하고, 상기 모터구동유닛(100)의 작동을 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 일부 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 차고센서유닛(130)은 센서(205), 및 링크(210)를 포함한다. 상기 링크(210)의 하단부는 로어암(200)에 연결되고, 상기 링크(210)의 상단부는 상기 센서(205)에 상기 힌지(215)를 통해서 연결된다.
상기 로어암(200)의 상하 움직임에 따라서 상기 링크(210)가 상기 센서(205)에 부착된 상기 힌지(215)를 회전시키고, 상기 센서(205)는 상기 힌지(215)의 회전 량을 감지하여 상기 로어암(200)과 상기 차체(220) 사이의 거리를 감지한다.
상기 제어부(140)는 상기 로어암(200)과 상기 차체(220)의 거리를 기초로, 상기 휠(106)의 스트로크를 연산한다.
본 발명의 실시예에서, 차량에 탑승한 탑승자 또는 짐의 무게에 따라서 상기 로어암(200)과 상기 차체(220) 사이에 거리가 가변된다. 아울러, 도로의 상태에 따라서 상기 로어암(200)이 상부 하부로 움직이는 구조이다.
여기서, 상기 로어암(200)과 상기 차체(220)의 바닥 사이에 거리가 가까워진 상태를 범프(bump)라고 하고, 상기 로어암(200)과 상기 차체의 바닥 사이에 거리가 멀어진 상태를 리바운드(rebound)라고 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 로어암(200)과 상기 차체(220)가 가까워지거나 멀어지는 풀범프 또는 풀리바운드 상태에서, 상기 휠(106)을 움직이기 위해서 상기 랙(120)이 움직일 수 있는 최대치는 가변된다.
상기 랙(120)이 움직일 수 있는 랙스트로크의 최대치는 상기 휠(106)과 상기 차체를 구성하는 부품들 사이의 갭이 최소화되는 수치로써, 설계단계에서 미리 설정되거나 조립단계에서 새롭게 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 제어 플로우차트이다.
도 3을 참조하면, 제0단계(S300), 제1단계(S310), 제2단계(S320), 제3단계(S330), 제4단계(S340), 제5단계(S350), 제6단계(S360), 제7단계(S370), 제8단계, 및 (S380)를 포함한다.
상기 제0단계(S300)에서, 제어가 시작되고, 상기 제1단계(S310)에서, 상기 작동스위치(110)가 온 또는 오프된다.
상기 작동스위치(110)가 온되면, 상기 제2단계(S320)에서, 상기 모터구동유닛(100)의 모터를 구동할 때 풀턴시 상기 랙(120)의 스트로크의 최대치를 축소하도록 제어한다. 이러한 경우 상기 휠(106)에 체인을 감은 경우를 포함한다.
상기 제4단계(S340)에서, 상기 차고센서유닛(130)으로부터 상기 차체(220)와 상기 로어암(200) 사이의 거리신호를 측정한다. 상기 제5단계(S350)에서, 상기 차고센서유닛(130)으로부터 보내진 신호에 의해서 상기 휠(106)의 움직임양(휠의 스트로크)이 연산된다.
상기 제6단계(S360)에서, 상기 휠(106)의 스트로크가 설정된 제어구간이면, 상기 제7단계(S370)에서, 상기 모터구동유닛(100)의 모터를 제어하여 상기 랙(120)의 최대스트로크값을 설정된 만큼 증대시킨다.
상기 제6단계(S360)에서, 상기 휠(106)의 스트로크가 설정된 제어구간을 벗어나는 것으로 판단되면, 상기 제8단계(S380)에서, 상기 모터구동유닛(100)의 상기 모터를 제어하여 상기 랙(120)의 스트로크의 최대값을 설정된 값으로 축소하는 제어를 실시한다. 여기서, 상기 휠(106)의 스트로크의 제어구간은 미리 설정된다.
상기 제3단계에서, 엔진의 가동이 멈추면 상기 제어플로우는 끝난다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 작동 상태에 따른 기능을 보여주는 표이다.
도 4를 참조하면, 상기 작동스위치(110)의 상태가 오프인 경우, 상기 랙(120)의 스트로크가 상기 휠(106)의 스트로크에 따라서 능동적으로 가변되는데, 상기 휠(106)의 스트로크가 제어구간 이내이면 상기 랙(120)의 스트로크를 설정된 값까지 증대시키고, 상기 휠(106)의 스트로크가 제어구간을 벗어나면, 상기 랙(120)의 스트로크는 설정된 값으로 축소한다.
상기 작동스위치(110)의 상태가 오프인 경우, 운전상태에 관계없이 상기 랙(120)의 스트로크는 설정된 값으로 축소한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치에서 차고의 높이와 랙스트로크 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 가로축은 상기 휠(106)의 스트로크이다. 즉, 상기 휠(106)의 높이를 나타내는 것으로 마이너스인 경우 리바운드 상태로, 상기 로어암과 상기 차체 사이의 거리가 기준치보다 줄어드는 것이고, 플러스인 경우 범프 상태로서, 상기 로어암(200)과 상기 차체(220) 사이의 거리가 기준치보다 늘어나는 것이다.
아울러, 세로축은 상기 차체(220)의 부품과 상기 휠(106) 사이의 갭(gap)을 나타내는 것으로 최소값은 설정된 값으로 a(예를 들어, 20mm)로 설정된다.
제1라인(500)은 상기 랙(120)의 스트로크의 최대치가 축소된 경우, 상기 차체(220)의 범프 또는 리바운드 상태에 따른 상기 휠(106)과 상기 차체(220)와의 갭을 나타내는 선이다.
상기 작동스위치가 오프된 상태에서, 상기 휠(106)의 스트로크가 제어구간 즉, 약 e에서 d사이에 해당하는 경우, 상기 제1라인(500)에서 제2라인(505)으로 상기 랙(120)의 최대 스트로크를 증대시키고, 그 나머지 구간에서는 정상적으로 축소 상태를 유지한다.
상기 작동스위치(110)가 온된 상태에서, 상기 휠(106)의 스트로크와 관계없이 상기 랙(120)의 최대 스트로크는 축소된 상태를 유지한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(140)는 상기 모터구동유닛(100)에 장착된 모터의 회전수를 감지하여 상기 랙(120)의 스트로크를 간접적으로 감지할 수 있고, 상기 랙(120)의 움직임을 직접적으로 감지하는 센서(미도시)로부터 상기 랙(120)의 스트로크를 직접적으로 감지할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 개략적인 구성도이이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 제어 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치의 작동 상태에 따른 기능을 보여주는 표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동식 조향장치에서 차고의 높이와 랙스트로크 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 모터구동유닛
102: 조향휠
104: 조향컬럼
106: 휠
110: 작동스위치
120: 랙
130: 차고센서
140: 제어부
200: 로어암
205: 센서
210: 링크
215: 힌지
220: 차체

Claims (6)

  1. 조향각을 변경시키기 위해서 랙을 움직이는 모터를 구비한 모터구동유닛; 및
    조향휠의 움직임 방향을 감지하고, 그 움직임 방향에 따라서 상기 모터를 작동시키되, 상기 랙의 최대 스트로크를 가변시키도록 상기 모터를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는, 작동스위치가 온된 경우에, 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 양만큼 줄이고, 작동스위치가 오프된 경우에, 휠의 스트로크에 따라서 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 값으로 가변시키되,
    차체에 고정된 차고센서; 및 하단이 로어암에 고정되고 상단이 상기 차고센서에 연결된 링크; 를 포함하되,
    상기 차고센서는 상기 로어암에 연결된 상기 링크의 움직임을 감지하여 상기 차체와 상기 로어암의 거리를 감지하고, 상기 제어부는 상기 차체와 상기 로어암 사이의 거리를 기초로 상기 휠의 스트로크를 연산하는 것을 특징으로 하는 모터구동식 조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 휠의 스트로크가 설정된 제어구간 이내에 포함되는 경우, 상기 랙의 최대스트로크를 증대시키는 것을 특징으로 하는 모터구동식 조향장치.
  6. 제1항에서,
    상기 휠의 스트로크가 설정된 제어구간을 벗어나는 경우, 상기 랙의 최대스트로크를 설정된 양만큼 줄이는 것을 특징으로 하는 모터구동식 조향장치.
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