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KR20210069996A - 조향휠 수납장치 및 그 제어방법 - Google Patents

조향휠 수납장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR20210069996A
KR20210069996A KR1020190159936A KR20190159936A KR20210069996A KR 20210069996 A KR20210069996 A KR 20210069996A KR 1020190159936 A KR1020190159936 A KR 1020190159936A KR 20190159936 A KR20190159936 A KR 20190159936A KR 20210069996 A KR20210069996 A KR 20210069996A
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KR
South Korea
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steering wheel
reaction force
braking
steering
gear
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Application number
KR1020190159936A
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English (en)
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황상우
김재학
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 조향휠과 함께 수납공간 내부로 이동되는 조향휠모듈; 제1,2,3,4,5회전요소와 제1,2,3제동요소가 유기적으로 결합되어 구성된 복합유성기어세트; 제5회전요소에서 출력되는 회전력을 이용하여 상기 조향휠모듈을 수납공간 내부로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩수단; 및 상기 조향휠모듈이 수납공간에서 인출되어 이동되는 방향으로 탄성복원력을 제공하는 리턴스프링;을 포함하여 구성되는 조향휠 수납장치 및 그 제어방법이 소개된다.

Description

조향휠 수납장치 및 그 제어방법{DEVICE FOR STORING STEERING WHEEL AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 조향휠의 수납 및 인출속도를 확보하고, 장치의 원가 및 중량을 저감하는 조향휠 수납장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어(Steer-by-wire : SBW)시스템은 조향휠과 전륜 타이어 사이의 기계적 연결부를 삭제하고, 이를 전자적 신호로 연결하여 조향하는 시스템이다.
이러한, 스티어 바이 와이어시스템은 조향휠의 회전에 관계없이 타이어를 조타할 수 있는 장점이 있기 때문에, 고도의 자율주행 모드로 자율주행시, 조향휠을 이동하여 수납이 가능하고, 이로 인해 운전자의 공간을 증대시킬 수 있게 된다.
이에, 기존에 조향휠을 수납하는 방식으로, 회전형 수납방식, 직선형 수납방식 등의 기술이 제안된바 있지만, 이들 모두 조향휠만 소정 거리 이내에서 짧게 움직이는 기술로서 이동범위의 한계가 있는 문제가 있다.
그리고, 기존에 조향휠을 수납하는 다른 방식으로, 수납작동용 액추에이터를 설치하여 조향휠을 움직이는 기술이 제안된바 있으나, 이는 액추에이터가 추가적으로 설치됨에 따라 레이아웃 상으로 불리해져 SBW시스템의 주요 장점 중 하나인 공간 극대화 효과가 저해되는 문제가 있다.
또한, 자율주행 과정에서 시스템 요구에 의해 주행 제어권이 운전자에게 전환되는 경우, 일정 시간(ex : 4초) 이내에 운전자에 의한 조향이 가능해야 하는데, 수납된 조향휠을 빠르게 인출할 수 있는 시스템이 없어 운전자에 의한 조향이 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 있고, 이 같은 문제를 해소하기 위해 액추에이터의 크기를 키우는 경우 중량 및 원가 측면에서 불리해지는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 2019-0308662 A1
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 조향휠의 수납 및 인출속도를 확보하는 한편, 장치의 원가 및 중량을 저감하는 조향휠 수납장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 조향휠이 구비되고, 상기 조향휠과 함께 수납공간 내부로 이동되는 조향휠모듈; 제1회전요소가 조향휠에 상시 연결되면서 제1제동요소에 의해 제동 가능하고, 제2회전요소가 반력모터에 상시 연결되며, 제3회전요소가 제2제동요소에 의해 제동 가능하고, 제4회전요소가 제3제동요소에 의해 제동 가능하며, 제5회전요소가 출력요소로 작동되는 복합유성기어세트; 상기 제5회전요소에서 출력되는 회전력을 이용하여 상기 조향휠모듈을 수납공간 내부로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩수단; 및 상기 조향휠모듈이 수납공간에서 인출되어 이동되는 방향으로 탄성복원력을 제공하는 리턴스프링;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복합유성기어세트는 제1유성기어세트와 제2유성기어세트를 포함하고, 상기 제1회전요소는 제1유성기어세트의 제1선기어이고; 상기 제2회전요소는 제1유성기어세트의 제1캐리어이며; 상기 제3회전요소는 제1유성기어세트의 제1링기어 및 제2유성기어세트의 제2선기어이고; 상기 제4회전요소는 제2유성기어세트의 제2캐리어이며; 상기 제5회전요소는 제2유성기어세트의 제2링기어일 수 있다.
상기 슬라이딩수단은, 차량 내부에 형성된 수납공간의 내면에 상기 조향휠의 축방향을 따라 마련된 랙기어;를 포함하고, 상기 제5회전요소가 상기 조향휠모듈에 회전 가능하게 구비되고, 상기 제3회전요소와 랙기어 사이에서 제5회전요소가 기어 치합구조로 연결되어 랙기어를 따라 회전하면서 이동될 수 있다.
상기 제1링기어에 아이들기어가 치합되고; 상기 아이들기어와 동축을 이루어 웜기어가 구비되며; 상기 웜기어가 제2선기어에 치합되고; 상기 제2선기어가 제2캐리어를 매개로 제2링기어에 치합되며; 상기 제2링기어가 랙기어에 치합되어, 제1링기어와 랙기어 사이가 기어 치합구조로 연결될 수 있다.
상기 리턴스프링은, 일단이 조향휠모듈의 단부에 연결되고, 타단이 상기 조향휠모듈과 마주하는 차체에 연결될 수 있다.
상기 조향휠의 수납모드 요구시, 상기 제1제동요소를 제동하고 제2제동요소를 제동 해제하며 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동시켜 상기 반력모터의 작동력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 조향휠의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소를 제동 해제시켜 제2캐리어가 자유회전되도록 함으로써, 리턴스프링의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩 복원되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러가, 상기 조향휠의 인출모드 과정에서, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠의 조향각을 타이어 조타각과 동기시킬 수 있다.
상기 컨트롤러가, 운전자 조향모드시, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠에 반력을 제공할 수 있다.
본 발명에서, 조향휠 수납장치를 제어하는 방법으로, 컨트롤러가, 조향휠의 수납모드 요구시, 제1제동요소를 제동하고 제2제동요소를 제동 해제하며 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동시켜 상기 반력모터의 작동력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 조향휠의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소를 제동 해제시켜 제2유성기어세트의 회전요소들이 자유회전되도록 함으로써, 리턴스프링의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩 복원되도록 제어할 수 있다.
상기 조향휠의 인출모드 과정에서, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠의 조향각을 타이어 조타각과 동기시킬 수 있다.
운전자 조향모드시, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠에 반력을 제공할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 조향휠의 수납작동이 고토크로 작동되는 반력모터에 의해 신속하게 이루어지게 되고, 특히 조향휠의 긴급한 인출 작동이 필요한 경우 리턴스프링의 작동에 따라 조향휠모듈과 함께 조향휠을 고속으로 전개시키게 된다. 따라서, 자율주행 과정에서 운전자에게 전환되는 주행 제어권 전환작동이 신속하고 안전하게 이루어지는 효과가 있다.
더불어, 조향시스템에 기장착된 반력모터를 이용하여 조향휠의 수납작동이 수행됨으로써, 조향휠 수납작동을 위한 모터 또는 액추에이터를 추가하지 않아도 되는바, 특히 SBW시스템에 의해 구현되는 공간 극대화 효과를 그대로 유지하면서 원가 및 중량을 저감하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조향휠 수납장치의 전체 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 조향휠모듈의 수납작동을 위한 작동력 경로를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따라 조향휠모듈이 수납된 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 조향휠모듈의 인출작동을 위한 작동력 경로 및 조향휠의 동기화를 위한 작동력 경로를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 운전자 조향모드에서 조향휠에 조향반력이 제공되는 작동력 경로를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 조향휠 수납장치에 텔레스코픽모터가 장착된 실시예 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 조향휠 수납장치를 이용한 수납 및 인출 제어과정을 전체적으로 도시한 플로우차트.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 스티어 바이 와이어(SBW)시스템을 갖는 차량에 적용할 수 있는 것으로, 조향휠(12)의 수납작동 요구시 조향시스템에 기장착된 반력모터(30)를 이용하여 수납하도록 구성이 되고, 조향휠(12)의 인출작동 요구시 리턴스프링(40)의 탄성복원력을 이용하여 인출하도록 구성이 된다.
도 1은 본 발명에 따른 조향휠(12) 수납장치의 전체 구조를 개략적으로 도시한 도면으로, 크게 조향휠모듈(10)과, 복합유성기어세트와, 슬라이딩수단 및 리턴스프링(40)을 포함하여 구성이 된다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 조향휠모듈(10)은 조향휠(12)이 구비되고, 상기 조향휠(12)과 함께 수납공간(20) 내부로 이동된다. 여기서, 상기 수납공간(20)은 조향휠(12)의 축방향을 따라 차량 내부에 조성될 수 있다.
복합유성기어세트는 다섯 개의 제1,2,3,4,5회전요소가 치합 결합되어 회전되는 것으로, 제1회전요소가 조향휠(12)에 상시 연결되면서 제1제동요소(B1)에 의해 제동 가능하고, 제2회전요소가 반력모터(30)에 상시 연결되며, 제3회전요소가 제2제동요소(B2)에 의해 제동 가능하고, 제4회전요소가 제3제동요소(B3)에 의해 제동 가능하며, 제5회전요소가 출력요소로 작동되는 구조가 된다.
예컨대, 상기 제1제동요소(B1)와, 제2제동요소(B2) 및 제3제동요소(B3)는 솔레노이드에 의해 작동하는 스토퍼일 수 있는 것으로, 상기 제1제동요소(B1)는 조향칼럼(11)의 회전을 제한하도록 구성이 되어 제1회전요소를 제동시킬 수 있고, 제2제동요소(B2)는 제3회전요소의 기어치에 걸려지는 형태로 구비되어 제3회전요소를 제동시킬 수 있다. 또한, 상기 제3제동요소(B3)는 상기 제4회전요소의 기어치에 걸려지는 형태로 구비되어 제4회전요소를 제동시킬 수 있다.
그리고, 슬라이딩수단은 상기 제5회전요소에서 출력되는 회전력을 이용하여 상기 조향휠모듈(10)을 수납공간(20) 내부로 슬라이딩 이동시키는 역할을 한다.
아울러, 리턴스프링(40)은 상기 조향휠모듈(10)이 수납공간(20)에서 인출되면서 이동되는 방향으로 탄성복원력을 제공하는 역할을 하게 된다.
즉, 조향휠(12)의 수납작동이 고토크로 작동되는 반력모터(30)에 의해 신속하게 이루어지게 되고, 특히 조향휠(12)의 긴급한 인출 작동이 필요한 경우 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)과 함께 조향휠(12)을 고속으로 전개시키게 된다. 따라서, 자율주행 과정에서 운전자에게 전환되는 주행 제어권 전환작동이 신속하고 안전하게 이루어질 수 있게 된다.
더불어, 조향시스템에 기장착된 반력모터(30)를 이용하여 조향휠(12)의 수납작동이 수행됨으로써, 조향휠(12) 수납작동을 위한 모터 또는 액추에이터를 추가하지 않아도 되는바, 특히 SBW시스템에 의해 구현되는 공간 극대화 효과를 그대로 유지하면서 원가 및 중량을 저감할 수 있게 된다.
한편, 상기 복합유성기어세트는 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)를 포함하여 구성이 된다.
여기서, 상기 제1유성기어세트(PG1) 및 제2유성기어세트(PG2)는 선기어, 캐리어, 링기어를 포함하여 구성되는 싱글피니언 유성기어세트일 수 있는 것으로, 제1유성기어세트(PG1)와 제2유성기어세트(PG2)가 기어 치합구조로 연결되는 구조가 된다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 상기 제1회전요소는 제1유성기어세트(PG1)의 제1선기어(S1)이고, 상기 제2회전요소는 제1유성기어세트(PG1)의 제1캐리어(CR1)이다.
그리고, 상기 제3회전요소는 제1유성기어세트(PG1)의 제1링기어(R1) 및 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)이고, 상기 제4회전요소는 제2유성기어세트(PG2)의 제2캐리어(CR2)이며, 상기 제5회전요소는 제2유성기어세트(PG2)의 제2링기어(R2)일 수 있다.
즉, 상기 제1선기어(S1)가 조향칼럼(11)에 직결되면서 조향휠(12)과 상시 연결되는 상태가 되고, 상기 제1캐리어(CR1)가 반력모터(30)에 상시 연결되는 상태가 되며, 제1링기어(R1)가 제2선기어(S2)와 기어 치합구조로 상시 연결되는 상태가 된다.
또한, 상기 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2) 사이에 제2캐리어(CR2)가 기어 치합구조로 연결되고, 상기 제2링기어(R2)가 후술하는 랙기어(22)에 상시 연결되는 상태가 됨으로써, 상기 조향휠모듈(10)의 수납작동을 위한 작동력을 제공하게 된다.
다만, 상기 복합유성기어세트의 각 회전요소는 위의 연결구조에 한정이 되는 것은 아닌 것으로, 반력모터(30)의 작동에 따라 조향휠모듈(10)을 수납작동할 수 있는 다른 연결구조로 구성할 수도 있다.
한편, 상기 슬라이딩수단은, 상기 조향휠모듈(10)을 조향휠(12)의 축방향으로 슬라이딩 이동시키기 위한 것으로, 도 1을 참조하면 차량 내부에 형성된 수납공간(20)의 내면에 상기 조향휠(12)의 축방향을 따라 랙기어(22)가 설치된다.
그리고, 상기 제5회전요소가 상기 조향휠모듈(10)에 회전 가능하게 구비되고, 상기 제3회전요소와 랙기어(22) 사이에서 제5회전요소가 기어 치합구조로 연결되어 랙기어(22)를 따라 회전하면서 이동되는 구조가 된다.
여기서, 상기 기어치합구조는 웜기어(16) 및 랙 앤 피니언이 포함된 기어치합구조일 수 있다.
예컨대, 제3회전요소인 제1링기어(R1)에 아이들기어(14)가 외접 치합된다.
그리고, 상기 아이들기어(14)와 동축을 이루어 웜기어(16)가 구비되고, 상기 웜기어(16)가 제2선기어(S2)에 치합된다.
또한, 제2선기어(S2)가 제2캐리어(CR2)를 매개로 제2링기어(R2)에 치합되고, 상기 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 치합됨으로써, 상기 제1링기어(R1)와 랙기어(22) 사이가 기어 치합구조로 연결될 수 있게 된다. 이때에, 상기 제2선기어(S2)는 웜휠기어의 역할을 하는 것으로, 웜기어(16)의 회전력을 전달받아 회전이 된다.
즉, 제1링기어(R1)가 아이들기어(14)와 치합되고, 아이들기어(14)와 함께 회전하는 웜기어(16)가 제2유성기어세트(PG2)의 제2선기어(S2)와 치합되며, 상기 제2유성기어세트(PG2)의 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 치합된다.
이 같은 구조에 따라, 조향휠모듈(10)의 인출작동이 요구되어 반력모터(30)의 회전력이 제1링기어(R1)에서 제2선기어(S2)에 전달되면, 제2캐리어(CR2)가 제3제동요소(B3)에 의해 고정요소로 작용하고 있어 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 치합된 상태에서 회전하게 됨으로써, 조향휠모듈(10)이 랙기어(22)를 따라 이동하게 되고, 이에 조향휠(12)을 수납작동시킬 수 있게 된다.
참고로, 본 발명에서는 상기 복합유성기어세트는 물론, 반력모터(30)가 조향휠모듈(10)에 포함될 수 있고, 이에 조향휠모듈(10)의 이동시 복합유성기어세트와 반력모터(30)가 함께 이동되도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 조향휠모듈(10)의 외측면과, 이와 마주하는 수납공간(20)의 내측면 사이에는 롤러(24)를 이용한 가이드구조가 마련되어, 상기 조향휠모듈(10)이 원활하게 슬라이딩 이동될 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 리턴스프링(40)은, 일단이 조향휠모듈(10)의 단부에 연결되고, 타단이 상기 조향휠모듈(10)과 마주하는 차체에 연결되어 구성이 된다.
예컨대, 상기 리턴스프링(40)은 코일스프링일 수 있는 것으로, 상기 조향휠모듈(10)이 수납 이동됨에 따라 점진적으로 압축되고, 상기 압축력이 해제되는 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)을 인출 이동시킬 수 있게 된다.
더불어, 도 6을 참조하면, 본 발명은 상기 조향휠(12)을 축방향으로 이동시키는 텔레스코픽모터(50)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 텔레스코픽모터(50)는 조향칼럼(11)에 설치될 수 있는 것으로, 텔레스코픽모터(50)의 작동에 따라 조향휠모듈(10)을 수납 및 인출하는 방향으로 조향휠(12) 역시 수납 및 인출할 수 있게 된다.
즉, 반력모터(30)의 작동에 따라 조향휠모듈(10)을 수납하는 작동 외에, 텔레스코픽모터(50)의 작동에 따라 조향휠(12)을 수납하는 것은, 수납된 조향휠(12)을 인출하는 작동이 가능함으로써, 조향휠(12)을 2단계로 수납 및 인출할 수 있게 된다.
한편, 도 2는 본 발명의 조향휠모듈(10)의 수납작동을 위한 작동력 경로를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따라 조향휠모듈(10)이 수납된 상태를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 컨트롤러(100)가, 상기 제1제동요소(B1)를 제동하고 제2제동요소(B2)를 제동 해제하며 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동시켜 상기 반력모터(30)의 작동력에 의해 조향휠모듈(10)이 슬라이딩되도록 제어할 수 있다.
즉, 조향휠(12)의 수납시, 제1제동요소(B1)를 제동하게 되면 제1선기어(S1)가 고정요소로 작동하게 된다. 그러면, 반력모터(30)를 통해 제1캐리어(CR1)에 제공되는 일방향 회전이 제1캐리어(CR1)를 거쳐 제1링기어(R1)와 제2선기어(S2)에 전달된다.
이때에, 제2캐리어(CR2)가 제3제동요소(B3)에 의해 고정요소로 작동됨으로써, 상기 제2선기어(S2)에 전달되는 회전력이 제2링기어(R2)에 전달됨으로써, 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 치합된 상태에서 일방향으로 회전하게 되고, 이에 조향휠모듈(10)을 수납공간(20)을 향하는 조향휠(12)의 축방향으로 슬라이딩 이동시킬 수 있게 된다.
참고로, 조향휠모듈(10)이 수납공간(20) 내부로 이동됨에 따라 리턴스프링(40)이 압축되면서 탄성복원력이 증대된다.
이처럼, 본 발명은 조향휠(12)의 수납 작동이 요구되는 경우, 반력모터(30)를 비롯한 텔레스코픽모터(50)와, 제1제동요소(B1) 내지 제3제동요소(B3)의 작동을 컨트롤러(100)를 통해 제어하여 조향휠(12)의 수납 및 인출 작동을 구현할 수 있다.
여기서, 상기 컨트롤러(100)는 모터제어부(110)와 제동제어부(120)를 포함하여 구성이 될 수 있는 것으로, 이 경우 반력모터(30) 및 텔레스코픽모터(50)는 모터제어부(110)에서 제어가 가능하고, 제1제동요소(B1) 내지 제3제동요소(B3)는 제동제어부(120)에서 제어가 가능할 수 있다.
즉, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 컨트롤러(100)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
한편, 도 4에서는 본 발명에 따른 조향휠모듈(10)의 인출작동을 위한 작동력 경로를 도시하고 있다.
도면을 참조하면, 컨트롤러(100)가 상기 조향휠(12)의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소(B3)를 제동 해제하도록 제어함으로써, 제24회전요소들가 자유회전되어 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)이 슬라이딩 복원될 수 있다.
그리고, 상기 조향휠(12)의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소(B3)를 제동 해제함으로써, 제4회전요소가 자유회전되어 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)이 슬라이딩 복원될 수 있다.
즉, 조향휠(12)의 인출시, 제3제동요소(B3)를 제동 해제시키게 되면, 제2캐리어(CR2)가 자유 회전됨으로써, 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 구속된 상태를 유지할 수 없게 되어, 조향휠모듈(10)을 구속하지 못하게 된다.
이때에, 리턴스프링(40)은 압축된 상태를 유지하고 있으므로, 리턴스프링(40)의 탄성복원력이 조향휠모듈(10)에 가해지게 되면서, 조향휠모듈(10)을 수납공간(20)에서 이탈되는 조향휠(12)의 축방향으로 슬라이딩 이동시킬 수 있게 된다.
더불어, 도 4에서는 조향휠(12)의 동기화를 위한 작동력 경로도 도시하고 있다.
도면을 참조하면, 상기 컨트롤러(100)가 상기 조향휠(12)의 인출과정에서, 상기 제1제동요소(B1)를 제동 해제하고 제2제동요소(B2)와 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동하여 조향휠(12)의 조향각을 타이어 조타각과 동기시킬 수 있게 된다.
예컨대, 차량의 자율주행 중 운전자 조향모드로 전환할 경우 타이어 조타각과 조향휠(12)의 조향각을 동기화하는 작업이 필요하다. 이 같은 조향휠(12)과 타이어의 조향 각도를 일치시키는 작업은, 운전자가 조향휠(12)을 파지하기 전에 실시하는 것이 바람직하다.
즉, 조향휠(12)이 인출되는 과정에서, 제2제동요소(B2)를 제동하게 되면 제1링기어(R1)가 고정요소로 작동하게 된다. 그러면, 반력모터(30)를 통해 제1캐리어(CR1)에 제공되는 회전력이 제1캐리어(CR1)를 거쳐 제1선기어(S1)에 전달됨으로써, 제1선기어(S1)에 상시 연결된 조향휠(12)의 조향각을 조절할 수 있게 된다.
따라서, 운전자 조향모드로 복귀하기 전에, 조향휠(12)의 조향각을 타이어 조타각과 일치시키게 됨으로써, 주행 제어권 전환에 따라 운전자 조향모드로 복귀된 시점에서 운전자의 조향조작이 안전하게 이루어질 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 운전자 조향모드에서 조향휠(12)에 조향반력이 제공되는 작동력 경로를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 컨트롤러(100)가, 운전자 조향모드시, 상기 제1제동요소(B1)를 제동 해제하고 제2제동요소(B2)와 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동하여 조향휠(12)에 반력을 제공할 수 있다.
즉, 운전자 조향모드시, 제2제동요소(B2)가 제동된 상태에 있어 제1링기어(R1)가 고정요소로 작용하게 된다.
이에, 반력모터(30)를 통해 제1캐리어(CR1)에 제공되는 회전력이 제1캐리어(CR1)를 거쳐 제1선기어(S1)에 전달됨으로써, 제1선기어(S1)에 상시 연결된 조향휠(12)의 조향반력을 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 조향휠 수납장치를 제어하는 방법으로, 컨트롤러(100)가 조향휠(12)의 수납모드 요구시, 제1제동요소(B1)를 제동하고 제2제동요소(B2)를 제동 해제하며 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동시켜 상기 반력모터(30)의 작동력에 의해 조향휠모듈(10)이 슬라이딩되도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 조향휠(12)의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소(B3)를 제동 해제함으로써, 제4회전요소가 자유회전되어 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)이 슬라이딩 복원될 수 있다.
또한, 상기 조향휠(12)의 인출모드 과정에서, 상기 제1제동요소(B1)를 제동 해제하고 제2제동요소(B2)와 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동하여 조향휠(12)의 조향각을 타이어 조타각과 동기시킬 수 있다.
또, 운전자 조향모드시에는, 상기 제1제동요소(B1)를 제동 해제하고 제2제동요소(B2)와 제3제동요소(B3)를 제동시킨 상태에서 반력모터(30)를 작동하여 조향휠(12)에 반력을 제공하도록 제어할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 조향휠(12) 수납장치를 이용한 수납 및 인출 제어과정을 전체적으로 나타낸 플로우차트이다.
도 7을 참조하여, 조향휠(12)의 수납 및 인출과정을 설명하면, 먼저 운전자 조향모드로 차량을 주행하는 경우(S1), 도 5와 같이 제2제동요소(B2)가 제동되어 제1링기어(R1)가 고정되고, 제1제동요소(B1)가 제동 해제되어 제1선기어(S1)는 고정 해제된 상태에 있게 된다.
이에, 반력모터(30)에서 제공되는 회전력이 제1캐리어(CR1)와 제1선기어(S1)를 통해 조향칼럼(11)에 전달됨으로써, 운전자의 조향입력에 대한 조향반력을 조향휠(12)에 제공하게 된다(S2).
이때에, 제3제동요소(B3)가 제동 작동되어 제2캐리어(CR2)가 고정된다. 그리고, 제1선기어(S1)가 웜기어(16)와 치합되는 것은 물론, 제2제동요소(B2)에 의해 제2링기어(R2)가 고정되어 있기 때문에 제1선기어(S1) 역시 고정된다. 즉, 제1선기어(S1)와 함께 제2캐리어(CR2)의 회전이 제한됨으로써, 제2유성기어세트(PG2)의 회전이 제한되고, 이에 조향휠모듈(10)의 움직임을 구속시킬 수 있게 된다.
이 같은 주행상황에서, 조향휠(12) 수납모드로의 전환요청이 있는지 판단한다(S3).
S3에서의 판단 결과, 조향휠(12) 수납모드 요청 판단시, 도 2와 같이 제1제동요소(B1)를 제동하여 제1선기어(S1)를 고정시키고, 제2제동요소(B2)를 제동 해제시키게 된다(S4).
이에, 반력모터(30)에서 제공되는 회전력이 제1캐리어(CR1)와 제1링기어(R1)를 통해 아이들기어(14)에 전달되어 웜기어(16)가 함께 회전되고, 웜기어(16)의 회전에 의해 제2선기어(S2)가 회전된다.
이때에, 제2캐리어(CR2)가 제3제동요소(B3)에 의해 제동됨으로써, 제2선기어(S2)에 전달되는 회전력이 제2링기어(R2)에 전달되어, 상기 제2링기어(R2)가 랙기어(22)에 치합된 상태에서 일방향으로 회전됨으로써, 조향휠모듈(10)을 수납공간(20)을 향하여 슬라이딩 이동시킬 수 있게 된다(S5).
그리고, 이와 함께 도 6과 같이 텔레스코픽모터(50)를 작동시켜 조향휠(12)을 수납공간(20)을 향하는 방향으로 이동시키게 됨으로써, 조향휠(12)의 수납작동을 실시할 수도 있다.
이 후, 조향휠모듈(10)이 수납공간(20) 내에서 목표하는 위치에 수납 완료되었는지 판단한다(S6). 이는, 반력모터(30)의 위치 제어를 통해 판단할 수 있다.
한편, 조향휠모듈(10)의 수납이 완료된 후, 조향휠(12) 수납모드의 주행 중에, 조향휠(12) 인출모드로의 전환요청이 있는지 판단한다(S7).
S7에서의 판단 결과, 조향휠(12) 인출모드 요청 판단시, 도 4와 같이 제3제동요소(B3)를 제동 해제하여 제2캐리어(CR2)를 자유 회전시킨다(S8).
이에, 제2링기어(R2)가 랙기어(22)를 따라 회전될 수 있는 상태가 되는바, 조향휠모듈(10)의 구속상태가 해제되고, 이에 압축된 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)을 수납공간(20)에서 이탈되는 방향으로 슬라이딩 이동시켜 인출시킬 수 있게 된다(S9).
이때에, 제1제동요소(B1)는 제동 해제하여 제1선기어(S1)를 고정 해제시키고, 제2제동요소(B2)를 제동하여 제1캐리어(CR1)를 고정시키게 된다.
이에, 조향휠모듈(10)의 인출모드 과정에서, 반력모터(30)를 작동시킴에 따라 반력모터(30)에서 제공되는 회전력이 제1캐리어(CR1)와 제1선기어(S1)를 통해 조향휠(12)에 전달됨으로써, 조향휠(12)의 조향각을 타이어 조타각과 동기시키게 된다(S10).
참고로, 이 과정에서 도 6과 같이 텔레스코픽모터(50)를 작동시켜 조향휠(12)을 수납공간(20)에서 멀어지는 축방향으로 이동시키게 됨으로써, 조향휠(12)을 수납전 상태로 인출할 수 있게 된다.
이어서, 조향휠모듈(10)이 수납공간(20) 밖으로 목표하는 위치에 인출 완료되었는지 판단한다(S11).
S11에서 조향휠모듈(10)의 인출이 완료된 것으로 판단시, 도 5와 같이 제1제동요소(B1)를 제동 해제상태로 유지하고, 제2제동요소(B2)를 제동상태로 유지하면서, 제3제동요소(B3)를 제동시켜 제2캐리어(CR2)를 고정시키게 된다(S12).
이 후, 운전자 조향모드 조건을 만족하는지 판단한다(S13). 이는, 조향휠모듈(10) 및 조향휠(12)의 인출완료 여부, 조향휠(12)의 핸즈온/오프 여부 등을 통해 판단이 가능할 수 있고, 운전자 조향모드 조건 불만족시 운전자에 이를 경고하도록 제어할 수 있다.
이에, S13에서 운전자 조향모드 조건 만족시, 도 5와 같이 반력모터(30)에서 제공되는 회전력이 캐리어(CR)와 선기어(S)를 통해 조향칼럼(11)에 전달됨으로써, 운전자의 조향입력에 대한 조향반력을 조향휠(12)에 제공하게 된다(S14).
상술한 바와 같이, 본 발명은 조향휠(12)의 수납작동이 고토크로 작동되는 반력모터(30)에 의해 신속하게 이루어지게 되고, 특히 조향휠(12)의 긴급한 인출 작동이 필요한 경우 리턴스프링(40)의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈(10)과 함께 조향휠(12)을 고속으로 전개시키게 된다. 따라서, 자율주행 과정에서 운전자에게 전환되는 주행 제어권 전환작동이 신속하고 안전하게 이루어지게 된다.
더불어, 조향시스템에 기장착된 반력모터(30)를 이용하여 조향휠(12)의 수납 작동이 수행됨으로써, 조향휠(12) 수납작동을 위한 모터 또는 액추에이터를 추가하지 않아도 되는바, 특히 SBW시스템에 의해 구현되는 공간 극대화 효과를 그대로 유지하면서 원가 및 중량을 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 조향휠모듈
11 : 조향칼럼
12 : 조향휠
14 : 아이들기어
16 : 웜기어
20 : 수납공간
22 : 랙기어
30 : 반력모터
40 : 리턴스프링
50 : 텔레스코픽모터
PG1 : 제1유성기어세트
S1 : 제1선기어
CR1 : 제1캐리어
R1 : 제1링기어
PG2 : 제2유성기어세트
S2 : 제2선기어
CR2 : 제2캐리어
R2 : 제2링기어
B1 : 제1제동요소
B2 : 제2제동요소
B3 : 제3제동요소
100 : 컨트롤러
110 : 모터제어부
120 : 제동제어부

Claims (13)

  1. 조향휠이 구비되고, 상기 조향휠과 함께 수납공간 내부로 이동되는 조향휠모듈;
    제1회전요소가 조향휠에 상시 연결되면서 제1제동요소에 의해 제동 가능하고, 제2회전요소가 반력모터에 상시 연결되며, 제3회전요소가 제2제동요소에 의해 제동 가능하고, 제4회전요소가 제3제동요소에 의해 제동 가능하며, 제5회전요소가 출력요소로 작동되는 복합유성기어세트;
    상기 제5회전요소에서 출력되는 회전력을 이용하여 상기 조향휠모듈을 수납공간 내부로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩수단; 및
    상기 조향휠모듈이 수납공간에서 인출되어 이동되는 방향으로 탄성복원력을 제공하는 리턴스프링;을 포함하는 조향휠 수납장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합유성기어세트는 제1유성기어세트와 제2유성기어세트를 포함하고,
    상기 제1회전요소는 제1유성기어세트의 제1선기어이고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어세트의 제1캐리어이며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어세트의 제1링기어 및 제2유성기어세트의 제2선기어이고;
    상기 제4회전요소는 제2유성기어세트의 제2캐리어이며;
    상기 제5회전요소는 제2유성기어세트의 제2링기어인 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬라이딩수단은,
    차량 내부에 형성된 수납공간의 내면에 상기 조향휠의 축방향을 따라 마련된 랙기어;를 포함하고,
    상기 제5회전요소가 상기 조향휠모듈에 회전 가능하게 구비되고, 상기 제3회전요소와 랙기어 사이에서 제5회전요소가 기어 치합구조로 연결되어 랙기어를 따라 회전하면서 이동되는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1링기어에 아이들기어가 치합되고;
    상기 아이들기어와 동축을 이루어 웜기어가 구비되며;
    상기 웜기어가 제2선기어에 치합되고;
    상기 제2선기어가 제2캐리어를 매개로 제2링기어에 치합되며;
    상기 제2링기어가 랙기어에 치합되어, 제1링기어와 랙기어 사이가 기어 치합구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 리턴스프링은, 일단이 조향휠모듈의 단부에 연결되고, 타단이 상기 조향휠모듈과 마주하는 차체에 연결된 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 조향휠의 수납모드 요구시, 상기 제1제동요소를 제동하고 제2제동요소를 제동 해제하며 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동시켜 상기 반력모터의 작동력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 조향휠의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소를 제동 해제시켜 제2캐리어가 자유회전되도록 함으로써, 리턴스프링의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩 복원되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러가,
    상기 조향휠의 인출모드 과정에서, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠의 조향각을 타이어 조타각과 동기시키는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러가,
    운전자 조향모드시, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠에 반력을 제공하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치.
  10. 청구항 2의 조향휠 수납장치를 제어하는 방법으로,
    컨트롤러가, 조향휠의 수납모드 요구시, 제1제동요소를 제동하고 제2제동요소를 제동 해제하며 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동시켜 상기 반력모터의 작동력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치의 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 조향휠의 인출모드 요구시, 상기 제3제동요소를 제동 해제시켜 제2유성기어세트의 회전요소들이 자유회전되도록 함으로써, 리턴스프링의 탄성복원력에 의해 조향휠모듈이 슬라이딩 복원되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치의 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 조향휠의 인출모드 과정에서, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠의 조향각을 타이어 조타각과 동기시키는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치의 제어방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    운전자 조향모드시, 상기 제1제동요소를 제동 해제하고 제2제동요소와 제3제동요소를 제동시킨 상태에서 반력모터를 작동하여 조향휠에 반력을 제공하는 것을 특징으로 하는 조향휠 수납장치의 제어방법.
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