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KR100511737B1 - 자동차의 후륜 토우각 제어장치 - Google Patents

자동차의 후륜 토우각 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변하여 주행중인 자동차의 안정성을 확보하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치에 관한 것으로, 리어 크로스 멤버 일단에 설치되어 DC 모터의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 전동식 액츄에이터와, 전동식 액츄에이터의 구동에 따라 후륜의 토우 각을 조절하는 링크 기구를 포함하며, 전동식 액츄에이터는 하우징의 후단부에 결합되는 DC 모터와, 하우징의 중공 홀 내부에 회전가능하게 결합되는 ACME 리드 스크류와, 하우징의 전단부 방향으로 리드 스크류와 나사결합되어 직선운동 가능하도록 결합된 너트 로드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 종래의 복잡한 유압 제어 기구를 대신하여 ACME 타입의전동식 액츄에이터를 채용함으로써 응답성 향상 및 구성 부품수를 대폭적으로 감소하여 차량 장착 공간이 협소하더라도 용이하게 장착할 수 있는 잇점이 있다.

Description

자동차의 후륜 토우각 제어장치{REAR WHEEL TOE ANGLE CONTROL SYSTEMS OF THE VEHICLES}
본 발명은 차량의 후륜에 적용되는 토우각 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행 상태에 따라 능동적으로 전동식 액츄에이터를 이용하여 자동차 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변하여 주행중인 자동차의 안정성을 확보하는 토우각 제어장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 현가장치(Suspension)는, 차체와 휠 사이에 존재하며, 이 두 강체를 하나 혹은 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 스프링과 유압 쇽 업소버 및 트레일링 암과 너클, 컨트롤 암 등으로 구성되어 있다.
이러한 현가장치는 첫째, 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자의 안락한 승차감을 제공하고, 둘째, 운전자의 운전 행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하여야 하며, 셋째, 불규칙한 노면의 주행시 타이어 접지면에서의 수직 하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 구동시 차량의 안정성을 확보하여야 하다는 기본 조건을 만족시켜야만 한다.
한편, 차량 선회 시 토우 아웃(Toe Out) 경향이 나타나 조정성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해 최근에 리어 컨트롤 아암의 길이를 신축시켜 선회 시 후륜을 토우 인(Toe In)으로 유도하여 조종 안정성을 향상하고자 하는 후륜 토우각 제어장치(AGCS System ; Active Geometry Controlled System)가 개발되어 있다.
도 1은 종래기술의 AGCS 시스템이 장착된 후륜 현가장치의 구성 사시도이며, 도 2는 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어장치의 주요 구성부분을 도시한 단면 구성도이다.
도 1에서, 후륜(1)을 지지하는 너클(2)에 차폭방향으로 제 1, 2 컨트롤 아암(4)(6)에 의하여 차체의 리어 크로스 멤버(미도시됨)과 연결되고, 차체의 길이 방향으로는 트레일링 아암(8)에 의하여 연결된다.
스프링(3)과 쇽 업소버(5)는 일체로 조립되어 너클(2)과 차체에 현가 지지되어 자체의 상하진동을 감쇠시킨다.
특히, 뒤쪽에 있는 제 2 컨트롤 아암(6)의 길이를 유압 제어 기구를 이용하여 신축시킬 수 있는 구조를 이루고 있다.
유압 액츄에이터(7)는 외측 아암(10)에 일체로 형성되는 실린더(11)와, 실린더(11)의 캡(12)을 관통하는 외측 아암(13)의 선단부에 배치되는 피스톤(14)으로 이루어진다.
실린더(11)의 양 측단에 유압 포트(15)(16)가 형성되며, 피스톤(14)에 의하여 양측으로 구분되는 쳄버(17)(18)에는 피스톤(14)이 실린더(11)의 중앙부에 위치할 수 있도록 탄성력을 발휘하는 탄성부재(19)(20)가 탄지되어 있다.
유압 포트(15)(16)에 공급되는 유압은 방향 절환 밸브(21)에 의해 조절되며, 방향 절환 밸브(21)는 차속 센서(22) 및 조향각 센서(23)의 입력 신호에 따른 전자 제어 유닛(ECU)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다.
즉, 차량 주행 조건에 따라 전자 제어 유닛에서 설정된 로직에 따라 방향 절환 밸브(21)를 제어하여 컨트롤 아암(6)의 길이를 신축시켜 범프 시 후륜(1)을 토우 인 상태를 유지하도록 제어함으로써, 능동적으로 주행 안정성을 이루어지도록 하는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 후륜 토우 각 제어장치는 복잡한 유압 제어 기구를 이용함으로써 응답성이 느리고 차량에 장착할 수 있는 여유공간이 협소하여 차량 적용에 제한을 받는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, ACME 리드 스크류를 이용한 전동식 액츄에이터 제어기구를 이용하여 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변시켜 주행중인 자동차의 안정성을 확보할 수 있는 후륜 토우 각 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변하여 주행중인 자동차의 안정성을 확보하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치에 있어서, 리어 크로스 멤버 일단에 설치되어 DC 모터의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 전동식 액츄에이터와, 전동식 액츄에이터의 구동에 따라 후륜의 토우 각을 조절하는 링크 기구를 포함하며, 전동식 액츄에이터는 하우징의 후단부에 결합되는 DC 모터와, 하우징의 중공 홀 내부에 회전가능하게 결합되는 ACME 리드 스크류와, 하우징의 전단부 방향으로 ACME 리드 스크류와 나사결합되어 직선운동 가능하도록 결합된 너트 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 후륜 토우 각 제어장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 후륜(30)은 리어 크로스 멤버(31)에 현가 지지되며, 후륜(30)을 지지하는 너클(32)은 차폭방향으로는 컨트롤 아암(33)에 지지되고, 차체의 길이 방향으로는 미도시된 트레일링 아암에 의하여 지지되며, 상하방향으로는 스프링(34)과 쇽 업소버(35)에 의해 지지된다.
본 발명에 따른 후륜 토우 각 제어장치는 리어 크로스 멤버(31) 일단에 설치되어 DC 모터의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 전동식 액츄에이터(36)와, 전동식 액츄에이터(36)의 구동에 따라 후륜(30)의 토우 각을 조절하는 링크 기구(37)로 구성된다.
링크 기구(37)는 리어 크로스 멤버(31)의 일단에 힌지결합되며 그 일단은 전동식 액츄에이터(36)와 링크 결합되고 그 타단은 보조 링크(38)에 링크 결합되는 컨트롤 레버(39)와, 컨트롤 레버(39)의 타단과 후륜 너클(32) 사이에 연결되어 전동식 액츄에이터(36)의 구동력을 후륜에 전달하는 보조 링크로 구성된다.
본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)는 정역 회전하는 DC 모터를 이용하여 직선 변위를 제어하기 위해 도 4는 도시된 바와 같이 DC 모터(40), 너트 로드(41), ACME 리드 스크류(42), 리미트 스위치(43), 엔코더(44), 하우징(45) 등으로 구성된다.
전동식 액츄에이터(36)는 DC 10-16V의 전압을 입력으로 구동이 가능하며, 13.5V의 정격입력 전압에서 액츄에이터(36)의 너트 로드(41) 방향으로 20kgf 및 60kgf의 부하가 가해진 경우 각각 105mm/s, 65mm/s 이상의 속도로 구동이 가능하다.
한편, 작동 범위는 모터(40) 회전에 의해 작동되는 선형 구간의 길이이지만, 제어 가능한 범위는 리미트 스위치(43) 양단 간의 거리로서 결정된다.
또한, 부하에 대한 기구의 구동력과는 달리 외부의 하중에 대한 강도로서 260kgf 의 축방향 하중에 견딜 수 있도록 되어 있다.
본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)의 너트 로드(41) 작동 방향은 도 3에서 우측의 방향, 즉 액츄에이터(36) 몸체 방향으로 작동하는 경우를 정방향으로 정의하였고, 그 반대 방향을 역방향으로 정의하였다.
본 발명에 따른 너트 로드(41) 및 리드 스크류(42)는 도 4에 도시된 바와 같이, ACME 타입으로 너트 로드(41)의 암나사부에 리드 스크류(42)의 숫나사부가 맞물려 ACME 나사 결합된 것으로, DC 모터(40)의 출력 축과 직접 연결되어 1:1의 회전 속도비를 갖는다. 너트 로드(41)는 리드 스크류(42)에 의해 직선 운동을 하게 된다. 리드 스크류(42)의 리드가 2mm인 경우 리드 스크류(42)의 1 회전 당 너트 로드(41)는 2mm 이동한다. 리드 스크류(42)는 베어링(46)에 압입되어 고정된 상태로 회전운동을 하며, 베어링(46)은 베어링 스토퍼(47)에 의해 하우징(45)에 고정되며, 리드 스크류(42)와 함께 회전운동을 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 하우징(45)을 도시한 도면들이다. 본 발명에 따른 전동식 액츄에이터(36)의 결합구조를 앞서 설명한 도 3과 함께 설명하면 다음과 같다.
하우징(45)의 후단부에는 DC 모터(40)가 결합되며, DC 모터(40)의 모터 축(51)은 하우징(45)의 중심부에 위치한다. 리드 스크류(42)는 하우징(45)의 중공 홀 내부에 회전가능하게 결합되며, 리드 스크류(42)의 일단은 DC 모터(40)의 모터 축(51)과 커플링(52)에 의해 결합되어 DC 모터(40)의 회전운동이 리드 스크류(42)에 전달된다. 한편, 하우징(45)의 전단부 방향으로 리드 스크류(42)와 나사결합된 너트 로드(41)가 돌출되어 직선운동 가능하도록 결합된다. 앞서 설명한 바와 같이, 리드 스크류(42)의 회전운동이 너트 로드(41)의 직선운동으로 전달된다.
하우징(45)의 상단부에는 포토 인터럽터(48) 설치를 위한 제 1 개구부(53)가 형성되며, 포토 인터럽터는 엔코더 디스크(49)의 톱니형 슬릿을 감지하여 전기적 펄스를 출력한다. 엔코더 디스크(49)는 DC 모터(40)의 모터 축(51) 상에 설치되어 회전된다.
또한, 하우징(45) 상단부에는 리미트 스위치(43)를 설치하기 위한 제 2 개구부(54)가 형성되며, 리미트 스위치(43)는 너트 로드(41)의 초기 위치와 최대 이송 위치를 제한하기 위해 각각 1개씩 설치된다.
한편, 하우징(45)의 중공 홀(58) 내부에 너트 로드 스토퍼(59)가 리드 스크류(42)의 나사산 형성부 시작 위치에 회전 직각 방향으로 설치되어 너트 로드(41)가 더 이상 정방향으로 이동하는 것을 강제로 제한한다.
하우징(45) 하부에는 설치 브라켓(60)이 결합되어 전동식 액츄에이터(36)를 리어 크로스 멤버(31)의 일단에 고정 설치하기에 용이하도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 전동식 액츄에이터(36)는 DC 모터(40)의 구동에 의해 모터 축(51)이 정역 회전하며, 모터 축(51)과 연결된 커플링(52)과 엔코더 디스크(49)가 회전을 하며, 커플링(52)과 연결된 리드 스크류(42)의 회전운동에 의해 너트 로드(41)가 직선운동한다. 너트 로드(41)의 직선 변위 측정은 엔코더 디스크(49)의 회전량과 너트 로드(41)에 형성된 피치 크기의 비율에 의해 측정된다. 이때 리미트 스위치(43)는 직선운동을 하는 너트 로드(41)의 작동 범위를 규제한다.
따라서, 전동식 액츄에이터(36)는 보조 링크(38)와 연결 고정되어 자동차의 선회 시 발생되는 토우 아웃에 의한 불안정한 자세를 전동식 액츄에이터(36)의 구동에 의한 토우 인으로 제어하여 자동차의 안정된 자세제어 및 주행 안정성을 얻을 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
따라서, 본 발명에 따르면 종래의 복잡한 유압 제어 기구를 대신하여 전동식 액츄에이터를 채용함으로써 응답성 향상 및 구성 부품수를 대폭적으로 감소하여 차량 장착 공간이 협소하더라도 용이하게 장착할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 종래기술의 AGCS 시스템이 장착된 따른 후륜 현가장치의 구성 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 후륜 토우 각 제어장치의 주요 구성부분을 도시한 단면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 후륜 토우 각 제어장치를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전동식 액츄에이터를 도시한 부분 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 하우징을 도시한 정 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 하우징을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 하우징을 도시한 우측면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30 : 후륜 31 : 크로스 멤버
32 : 너클 33 : 컨트롤 아암
34 : 스프링 35 : 쇽 업소버
36 : 전동식 액츄에이터 37 : 링크 기구
38 : 보조 링크 39 : 컨트롤 레버
40 : DC 모터 41 : 너트 로드
42 : 리드 스크류 43 : 리미트 스위치
45 : 하우징 46 : 베어링
47 : 베어링 스토퍼 48 : 포토 인터럽터
49 : 엔코더 디스크
51 : 모터 축 52 : 커플링
53 : 제 1 개구부 54 : 제 2 개구부
58 : 중공 홀(하우징) 59 : 로드 스토퍼
60 : 설치 브라켓

Claims (7)

  1. 자동차 후륜의 토우 각(Toe Angle)을 가변하여 주행중인 자동차의 안정성을 확보하는 자동차의 후륜 토우 각 제어장치에 있어서,
    리어 크로스 멤버 일단에 설치되며, 하우징, 하우징의 후단부에 결합되는 D.C 모터, 상기 하우징의 중공 홀 내부에 회전가능하게 결합되는 리드 스크류, 그리고, 상기 하우징의 전단부 방향으로 리드 스크류와 나사 결합되는 너트 로드를 갖추어, D.C 모터의 회전운동을 너트 로드의 직선운동으로 변환시키는 전동식 액츄에이터와;
    상기 전동식 액츄에이터의 구동 및 이에 따른 너트 로드의 직선 왕복운동에 따라 구동되어 후륜의 토우 각을 조절하는 링크 기구를; 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우 각 제어장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 링크 기구는 전동식 액츄에이터와 링크 결합된 컨트롤 레버와, 상기 컨트롤 레버의 타단과 후륜 너클 사이에 연결되어 전동식 액츄에이터의 구동력을 후륜에 전달하는 보조 링크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드 스크류는 베어링에 압입되어 고정된 상태로 회전운동을 하며, 상기 베어링은 베어링 스토퍼에 의해 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 중공 홀 내부에 상기 리드 스크류의 나사산 형성부 시작 위치에 회전 직각 방향으로 너트 로드 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징 하부에 상기 전동식 액츄에이터를 리어 크로스 멤버의 일단에 고정 설치하기 위한 설치 브라켓이 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드 스크류는 ACME 타입인 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 토우각 제어장치.
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