KR100316918B1 - 자동차의 최소 회전반경 조절시스템 - Google Patents

Abstract

차량의 출발 직전의 하중조건에 따라 조향 스트로크가 가변되면서 U턴시 조향각이 최대로 이루어져 최소 회전반경을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공할 목적으로;

현재 차량의 하중 조건을 센싱할 수 있는 센싱수단과; 상기 센싱수단으로부터 입력되는 신호에 따른 컨트롤 유닛의 제어에 따라 구동되는 구동수단과; 상기 구동수단의 구동에 의하여 동작되면서 조향 기어박스의 조향 스트로크를 조절하는 조향 스트로크 조절수단을 포함하여 이루어지는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공한다.

Description

자동차의 최소 회전반경 조절시스템{CORNERING CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 최소 회전반경 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 하중조건에 따라 최적의 최소 회전반경이 이루어질 수 있도록 한 자동차의 최소 회전반경 조절장치에 관한 것이다.

예컨데, 차량을 운행함에 있어서는 빈번하게 'U'턴을 행하는 경우가 많은데, 최소 회전반경이 큰 차량의 경우 한번에 'U'턴이 이루어지지 않음으로써, 여러번 수정하여 'U' 턴을 행하여야 하는 불편함이 있음은 물론 이에 따른 통행 방해로 인하여 체통체증을 더욱 가중시킨다는 문제점을 내포하고 있다.

그리고 요즘에는 차량의 전장이 큰 화물 및 승합자동차 이외에도 전장이 5000㎜ 이상이 되는 대형 승용차가 출고되고 있는 바, 이러한 문제점은 더욱 심각하다.

또한, 상기와 같은 문제점은 프론트 엔진 프론트 휠 구동차량의 경우 더욱 심각하게 발생되는데, 이는 엔진이 횡치되는 바, 엔진룸의 점유공간이 크게 차지하게 됨으로써, 프론트 휠의 조향각 설정에 조향공간의 확보가 어렵기 때문이다.

그리고 조향을 위한 조향기어박스의 조향 스트로크 설정방법을 살펴보면, 프론트 휠(구동륜)에 체인을 장착한 상태를 타이어의 최대 단면으로 가정하여 최악의 주행조건에서 차체 사이드 멤버 및 기타 연관부품과의 최소 갭만을 유지할 수 있도록 설정하고 있다.

그러나 상기와 같이 조향 기어박스의 조향 스트로크를 설정하는 경우에는 제일 큰 타이어 및 적용타이어에 체인을 장착한 상태를 포함하여 오버 올 스페이스(OVERALL- SURFACE)로서 궤적을 만들어주게 되는바, 실제 일반 적용 타이어 장착과 체인 미장착시에는 실제 간섭 대상 포인트와의 갭이 과다하기 때문이다.

그리고 실제 일반 시내주행시 U 턴 할때에의 상황은 대부분 경우 조향 핸들을 더 회전시킬 수 있음에도 불구하고 최악의 상태로 조향 스트로크를 결정했기 때문에 상기와 같은 문제점이 발생되는 것이다.

특히, 최소 회전 반경은 대형 승용차 또는 프론트 구동차량에서 항상 상품성에 중대한 영향을 미치는 요소임에도 불구하고 현재는 상기에서 지적한 바와 같이 비효율적으로 구성되어 있다.

이에 따라 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 예의 연구한 결과, 구동륜의 바운싱 위치, 즉, 휠 스트로크에 따라 조향 랙의 스트로크가 가변되도록 하면, 상기의 문제점을 해결할 수 있다는 데에 착안하게 되었다.

따라서 본 발명은 차량의 출발 직전의 하중조건에 따라 조향 스트로크가 가변되면서 U턴시 조향각이 최대로 이루어져 최소 회전반경을 최소화할 수 있도록 한 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명의 적용부위를 설명하기 위한 타이로드를 포함하는 조향 기어박스 전체 평면도.

도 3은 도 2의 Ⅰ부분에 적용되는 조향 스트로크 조절수단의 제1 실시예의 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 적용되는 조향 스트로크 조절수단의 제1 실시예에 대한 작동 상태도.

도 5는 본 발명에 적용되는 조향 스트로크 조절수단의 제2 실시예도.

도 6은 본 발명 제2 실시예의 조향 스트로크 조절수단에 적용되는 회전체와 지지체의 정면도.

도 7은 도 6의 회전체와 지지체의 전개도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 현재 차량의 하중 조건을 센싱할 수 있는 센싱수단과; 상기 센싱수단으로부터 입력되는 신호에 따른 컨트롤 유닛의 제어에 따라 구동되는 구동수단과; 상기 구동수단의 구동에 의하여 동작되면서 조향 기어박스의 조향 스트로크를 조절하는 조향 스트로크 조절수단을 포함하여 이루어지는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공한다.

그리고, 현재 차고를 측정하여 이의 전기적 신호에 따라 컨트롤 유닛에서 현재 차고에 따른 차량의 하중조건을 산출할 수 있도록 하는 레벨링 센서로 이루어지는 센싱수단과; 상기 컨트롤 유닛의 제어에 따라 회전 작동되는 모터로 이루어지는 구동수단과; 동력 실린더 양단의 내경부에 볼 스크류로 결합되어 구동수단의 구동에 의해 선택적으로 무단 진퇴동작이 이루어지는 랙 스톱퍼와, 상기 랙 스톱퍼와 접촉되면서 랙의 이동을 제한할 수 있도록 조향 기어박스의 랙과 타이로드 사이에 개재되는 볼 죠인트로 이루어지는 조향 스트로크 조절수단을 포함하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공한다.

또한, 현재 차고를 측정하여 이의 전기적 신호에 따라 컨트롤 유닛에서 현재 차고에 따른 차량의 하중조건을 산출할 수 있도록 하는 레벨링 센서로 이루어지는 센싱수단과; 상기 컨트롤 유닛의 제어에 따라 회전 작동되는 모터로 이루어지는 구동수단과; 상기 구동수단에 의해 회전 동작만 이루어지면서 다단으로 볼 죠인트와 접촉되면서 다단 조절이 이루어지도록 하는 랙 스톱퍼와, 상기 랙 스톱퍼와 접촉되면서 랙의 이동의 제한하는 볼 죠인트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 보다 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 시스템의 블록 구성도로서, 부호 2는 센싱수단을 지칭하는데, 그 일예로서 레벨링 센서(2)를 들 수가 있다.

이 레벨링 센서(2)는 공지에서와 같이 현재 차고를 측정하여 그에 따른 전기적인 신호를 컨트롤 유닛(4)으로 보내면, 이의 현재 차고에 따른 차량의 적재하중을 산출함으로써, 이에 따른 하중 조건에 따라 휠이 어느 정도 바운싱할 것인가는산출하여 조향 기어박스에 소정 위치에 배치된 구동수단인 좌우 액튜에이터(6)(8)를 제어하여 조향 스트로크를 조절할 수 있게 된다.

상기에서 센싱수단을 레벨링 센서(2)로 한정하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 현재 차량의 하중 조건을 감지할 수 있는 센싱수단이면 모두 적용 가능하고, 필요에 따라서는 운전자의 판단에 따라 본 장치의 작동을 수동으로 조절할 수 있는 작동 스위치를 적용할 수도 있음은 물론이다.

상기에서 작동 스위치라고 함은 운전자가 필요에 따라 차고를 설정할 수 있도록 전기적인 신호를 컨트롤 유닛(4)에 입력시킬 수 있는 것이면, 어느 것이나 만족한다.

그리고 상기 컨트롤 유닛(4)의 전기적인 신호를 받아 작동하는 구동수단의 좌우 액튜에이터(6)(8)는 도 2에서와 같이, 조향 기어박스(20)의 좌,우측단에 배치되는 조향 스트로크 조절수단을 제어하게 된다.

상기 좌우 조향 스트로크 조절수단은 조향 기어박스(20)의 좌우측에 동일구조로 배치되는데, 우선 조향 기어박스(20)는 차폭 방향으로 형성되는 동력실린더(22)의 내측에 배치되는 랙(24)이 배치되고, 이 랙(24)의 양단부가 볼 죠인트(26)(28)를 개재시켜 타이로드(30)(32)와 연결된다.

미도시한 조향 핸들을 조향 방향으로 회전시키면, 이에 연동되는 피니언(34)이 회전하면서 이에 치합된 랙(24)을 포함하는 타이로드(30)(32)를 좌우로 이동시킴으로써, 조향너클(36)(38)이 좌우 회동하여 조향이 이루어지게 된다.

이러한 조향 기어박스 어셈블리의 구성에 있어서, 상기 동력실린더(22)의 양측단에 배치되는 바, 그 구성의 설명 편의상 도면에서 좌측에 배치된 좌우 조향 스트로크 조절수단을 발췌하여 설명하기로 한다.

상기 조향 스트로크 조절수단은 도 3에서와 같이, 동력 실린더(22)의 선단부 내경부에 볼 스크류(40)로 체결되는 랙 스톱퍼(42)와, 상기 랙 스톱퍼(42)를 구동시켜 주는 액튜에이터(6)로 이루어진다.상기에서 랙 스톱퍼(42)와, 모터로 이루어지는 액튜에이터(6)는 상기 랙 스톱퍼(42)의 외주면에 형성되는 외륜 기어와 액튜에이터(6)의 피니언이 치합되어 액튜에이터(60)의 회전 구동력에 의하여 랙 스톱퍼(42)가 회전하게 되는 것이다.

그리고 상기에서 동력 실린더(22)와 랙 스톱퍼(42)를 연결함에 있어서, 볼 스크류(4)을 적용한 것은 랙 스톱퍼(42)의 회전에 따라 랙 스톱퍼(42)가 진퇴동작을 실시할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 이 볼 스크류 연결 구조는 공지인 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 구성에 의해 컨트롤 유닛(4)의 제어에 따라 모터로 이루어지는 액튜에이터(6)가 좌우 회전 구동되면, 이 액튜에이터(6)의 피니언에 치합되어 있는 랙 스톱퍼(42)가 회전하게 된다.

그러면, 상기 랙 스톱퍼(42)는 동력 실린더(22)와 볼 스크류(40)로 연결되어 있는 바, 나선 방향에 따라 도 4에서와 같이, 진퇴동작을 실시하게 되는데, 이들 양 랙 스톱퍼(42)는 동력 실린더(22)으로 동시에 근접되거나 멀어지는 동작으로 실시하게 된다.

이와 같이 랙 스톱퍼(42)의 위치가 가변되면, 최대 조향시 볼 죠인트(26)(28)의 내측 부분이 상기 랙 스톱퍼(42)와 접촉되면서 더 이상의 조향이 이루어지지 않게 되는 바, 상기 랙 스톱퍼(42)의 위치에 따라 조향각을 조절할 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 랙(24)과 랙 스톱퍼(42) 사이에는 부시(44)가 개재되어 이들 상호 마찰을 줄일 수 있도록 하고 있다.

상기에서 부시(44)는 그 재질에 제한은 없으며, 윤활성과 내마모성이 우수한 재질이면, 어느 것이나 좋다.

또한, 상기 랙 스톱퍼(42)의 이동거리(L)는 적용차량의 조건에 알맞게 설정하면 되며, 이 랙 스톱퍼(42)의 이동은 컨트롤 유닛(4)의 제어에 의한 액튜에이터(6)의 회전에 의해 결정되므로 어떠한 단계를 두지 않고 무단 가변이 이루어지게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 조향 스트로크 조절수단의 제2 실시예를 도시한 것으로서, 상기 제1 실시예에서는 무단 이동이 이루어지는 랙 스톱퍼(42)를 적용하고 있으나, 제 2실시예에서는 랙 스톱퍼(42)가 이동하지 않고 회전만 하면서 다단으로 볼 죠인트(26)와 접촉되면서 조향 스트로크를 조절할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여, 제 2실시예에서는 도5 내지 도7 에서와 같이, 랙 스톱퍼(42)의 외측면을 반분하여 이들 반분면을 원주방향 등간격으로 다수 구획하고, 이의 구획부에 교번적으로 상호 깊이를 달리하는 제1,2,3,4,5 조절홈(50)(52)(54)(56)(58)을 순차적으로 형성하였다.

이들 홈은 제1 조절홈(50)으로부터 제5 조절홈(58)까지 순차적으로 깊이가 깊어지도록 형성하여, 제1 조절홈(50)은 깊이가 가장 작고, 이의 상태에서 제2,3,4,5의 조절홈(52)(54)(56)(58)로 갈수록 깊이가 깊어지도록 형성하였다.

이에 따라 도 6에서와 같이, 제1 조절홈(50)의 180°위치에는 동일 깊이를갖는 또 다른 제1 조절홈(50)이 배치되는 형태를 취하게 된다.

그리고 상기 랙 스톱퍼(42)와 접촉되는 볼 죠인트(26)의 내측면에는 상기 조절홈들에 대응 삽입될 수 있는 돌기(60)를 형성하되, 이 돌기(60)는 랙 스톱퍼(42)에서 가장 깊이가 깊은 제5 조절홈(58)에 대응되는 위치와 높이로 형성하였다.

이에 따라 액튜에이터(6)가 상기 컨트롤 유닛(4)의 제어에 따라 랙 스톱퍼(42)을 일정각 회전시킨 상태에서 최대 조향으로 볼 죠인트(26)의 내측면이 랙 스톱퍼(42)와 접촉되는 경우, 이의 돌기(60)가 대응 삽입되는 조절홈의 깊이에 따라 랙(24)의 스트로크가 결정되는 것이다.

즉, 차량의 하중 조건에 따라 랙 스톱퍼(42)의 조절홈 위치를 결정하여 이의 조절홈을 돌기(60)와 동일축선상으로 조절하면 돌기(60)가 삽입될 때, 조절홈의 깊이 정도에 따라 그 이동거리가 설정되므로 조향 스트로크를 조절할 수 있게 되는 것이다.

상기 제2 실시예에서는 조절홈의 깊이를 5개로 선정하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 그 이상으로 형성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 도 2에서와 같이, 랙 스톱퍼(42)의 이동거리(L) 또는 랙 스톱퍼(42)에 형성된 조절홈의 깊이에 따라 휠의 조향각(θ)을 조절할 수 있는 것이며, 이의 조향각을 차량의 하중조건에 따라 조향각을 최대로 조절하여 최소회전 반경을 줄일 수 있게 되는 것이다.

상기 실시예에서는 랙과 피니언 타입 조향장치를 일예로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 볼- 너트 타입등의 다른 종류의 조향장치에도 적용됨은 물론이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의하면, 차량의 출발 직전 현재 차량의 하중조건을 산출하여 최대 조향시 휠의 바운싱 정도를 산출하여 이에 알맞은 조향 스트로크를 설정하여 최대 조향이 이루어지게 한다.

이와 같은 조향이 이루어지도록 하면, 종래와 같이, 체인을 장착한 상태에서 최대 바운싱을 고려한 랙 스트로크의 설정으로 인한 문제점을 근본적으로 해결하여 차량의 최소 회전반경을 최소화함으로써, 차량의 상품성 향상에 크게 기여할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (10)

1. 현재 차량의 하중 조건을 센싱할 수 있는 센싱수단과;

   상기 센싱수단으로부터 입력되는 신호에 따른 컨트롤 유닛의 제어에 따라 구동되는 구동수단과;

   상기 구동수단의 구동에 의하여 동작되면서 조향 기어박스의 조향 스트로크를 조절하는 조향 스트로크 조절수단을 포함하여 이루어지되,

   상기 조향 스트로크 조절수단은 동력 실린더 양단의 내경부에 볼 스크류로 결합되고, 그 외경부에 형성된 외륜 기어가 상기 구동수단의 액튜에이터 피니언과 치합되어 상기 구동수단의 구동에 의해 선택적으로 무단 진퇴동작이 이루어지는 랙 스톱퍼와;

   상기 랙 스톱퍼와 접촉되면서 랙의 이동을 제한할 수 있도록 조향 기어박스의 랙과 타이로드 사이에 개재되는 볼 죠인트와;

   로 이루어짐을 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 랙 스톱퍼와 랙 사이에는 윤활부재인 부시가 배치됨을 특징으로 하는 최소 회전 반경 조절시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 조향 스트로크 조절수단은 구동수단에 의해 회전 동작만 이루어지면서 다단으로 볼 죠인트와 접촉되면서 다단 조절이 이루어지도록 하는 랙 스톱퍼를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
4. 청구항 7에 있어서, 랙 스톱퍼와 랙 사이에는 윤활부재인 부시가 배치됨을 특징으로 하는 최소 회전 반경 조절시스템.
5. 청구항 1 또는 7 에 있어서, 조향 스트로크 조절수단의 랙 스톱퍼는 그 외측면을 반분하여 이들 반분면을 원주방향 등간격으로 다수 구획하고, 이의 구획부에 교번적으로 상호 깊이를 달리하는 다수의 조절홈을 순차적으로 형성하되, 순차적으로 깊이가 깊어지도록 형성하여, 각각 동일 깊이를 갖는 조절홈이 180°간격을 배치하며, 이의 랙 스톱퍼와 접촉되는 볼 죠인트의 내면에는 상기 조절홈 중 가장 깊은 홈과 대응되는 높이와 형상을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
6. 청구항 9에 있어서, 조절홈은 5단계의 깊이로 형성함을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
7. 현재 차고를 측정하여 이의 전기적 신호에 따라 컨트롤 유닛에서 현재 차고에 따른 차량의 하중조건을 산출할 수 있도록 하는 레벨링 센서로 이루어지는 센싱수단과;

   상기 컨트롤 유닛의 제어에 따라 회전 작동되는 모터로 이루어지는 구동수단과;

   동력 실린더 양단의 내경부에 볼 스크류로 결합되고, 그 외경부에 형성된 외륜 기어가 상기 구동수단의 액튜에이터 피니언과 치합되어 구동수단의 구동에 의해 선택적으로 무단 진퇴동작이 이루어지는 랙 스톱퍼와, 상기 랙 스톱퍼와 접촉되면서 랙의 이동을 제한할 수 있도록 조향 기어박스의 랙과 타이로드 사이에 개재되는 볼 죠인트로 이루어지는 조향 스트로크 조절수단을 포함하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
8. 현재 차고를 측정하여 이의 전기적 신호에 따라 컨트롤 유닛에서 현재 차고에 따른 차량의 하중조건을 산출할 수 있도록 하는 레벨링 센서로 이루어지는 센싱수단과;

   상기 컨트롤 유닛의 제어에 따라 회전 작동되는 모터로 이루어지는 구동수단과;

   외경부에 형성된 외륜 기어부가 상기 구동수단인 모터의 피니언과 치합되어 모터의 구동력에 의해 회전 동작만 이루어지면서 다단 조절이 이루어지도록 하는 랙 스톱퍼와, 상기 랙 스톱퍼와 다단으로 접촉되면서 랙의 이동의 제한하는 볼 죠인트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
9. 청구항 12에 있어서, 조향 스트로크 조절수단의 랙 스톱퍼는 그 외측면을 반분하여 이들 반분면을 원주방향 등간격으로 다수 구획하고, 이의 구획부에 교번적으로 상호 깊이를 달리하는 다수의 조절홈을 순차적으로 형성하되, 순차적으로 깊이가 깊어지도록 형성하여, 각각 동일 깊이를 갖는 조절홈이 180°간격을 배치하며, 이의 랙 스톱퍼와 접촉되는 볼 죠인트의 내면에는 상기 조절홈 중 가장 깊은 홈과 대응되는 높이와 형상을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.
10. 청구항 13에 있어서, 조절홈은 5단계의 깊이로 형성함을 특징으로 하는 자동차의 최소 회전반경 조절시스템.