KR100356664B1 - 자동차용 조향 시스템의 기어비 변경 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 조향 시스템에 있어서, 고속 주행시의 안정성 및 주차시의 조작 편의성을 모두 충족시킬 수 있도록 조향 시스템의 조향 기어비를 변경시키는 장치에 관한 것이며, 입력축, 출력축, 입력 결합부, 출력 결합부, 전달축 및 제어부를 포함한다.

입력축은 상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 조향축을 통해 조향 핸들과 연결된다. 출력축은 상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 기어 기구를 통해 바퀴와 연결된다. 입력 결합부는 입력 기어들 중 어느 한 기어를 입력축에 선택적으로 결합시키며, 출력 결합부는 출력 기어들 중 어느 한 기어를 상기 출력축에 선택적으로 결합시킨다. 전달축은 입력 기어들 및 출력 기어들에 각각 맞물리는 다수의 전달 기어가 설치되며, 입력축의 회전을 출력축으로 전달한다. 제어부는 입력 결합부와 출력 결합부의 작동을 제어한다.

Description

자동차용 조향 시스템의 기어비 변경 장치{Apparatus for changing gear ratio in a steering system for a motor vehicle}

본 발명은 자동차의 주행 방향을 변경하기 위한 조향 시스템에 관한 것이고, 구체적으로는 고속 주행시의 안정성 및 주차시의 조작 편의성을 모두 충족시킬 수 있도록 조향 시스템의 조향 기어비를 변경시키는 장치에 관한 것이다.

자동차의 조향 시스템은 자동차의 진행 방향을 운전자의 의도대로 변경하기 위한 것이며, 도 1에 도시된 바와 같이, 조작 기구(1)와 기어 기구(2) 및 링크 기구(3)를 포함한다.

조작 기구(1)는 운전자가 직접 조작하여 그 조작력을 조향 기어(2)로 전달하는 부분으로, 조향 휠(streering wheel, 4), 조향 축(5)으로 이루어져 있다.

기어 기구(2)는 조향축(5)의 회전을 감속하여 조작력을 크게 함과 동시에 조작 기구(1)의 운동 방향을 변화시켜 링크 기구(3)로 전달하는 부분이며, 차체의 프레임에 고정되어 있다.

또한, 링크 기구(3)는 기어 기구(2)의 작동을 앞바퀴로 전달하고 좌우 바퀴가 올바르게 정렬되도록 지지하는 부분이며, 피트먼 암(6), 드래그 링크(7), 너클 암(9), 및 타이 로드(8) 등으로 이루어져 있다.

이러한, 자동차의 조향 시스템에 있어서, 조향 휠(4)과 타이어의 회전비는 기어 기구(2)의 기어비에 의해 결정된다.

그런데, 자동차의 고속 주행시에는 자동차의 안정성을 위하여 기어 기구의 기어비가 큰 것이 유리하다. 그러나, 이를 만족시키기 위하여 기어비를 크게 하면,주차시와 같이 조향 휠의 조작 범위를 크게 해야 될 경우 운전자가 가해야 할 조작력이 커지게 되어 운전자의 불편이 가중된다. 즉, 주차시와 같이 조향 휠의 조작 범위를 크게 해야 될 경우에는 기어 기구의 기어비가 작은 것이 바람직하다.

그러나, 상기와 같은 종래의 자동차의 조향 시스템에 있어서, 기어 기구의 기어비는 고정되어 있으며, 고속 주행시 바람직한 기어비와 주차시 바람직한 기어비의 중간 정도의 기어비로 설정되는 실정이다. 결과적으로, 종래의 조향 시스템은 고속 주행시의 안정성과 주차시의 조작 편의성을 모두 충분히 만족시키지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 고속 주행시의 안정성과 주차시의 조작 편의성을 모두 만족시킬 수 있도록 기어 기구의 기어비를 변경할 수 있는 자동차용 조향 시스템의 기어비 변경 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차용 조향 시스템을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어비 변경 장치가 설치된 자동차용 조향 시스템을 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어비 변경 장치를 도시한 평면도.

도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 기어비 변경 장치의 작동 상태를 각각 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12 ; 입력축 14 ; 제 1 입력 기어

16 ; 제 2 입력 기어 22 ; 출력축

24 ; 제 1 출력 기어 26 ; 제 2 출력 기어

32 ; 스크류 봉 34 ; 모터

36 ; 결합 부재 42 ; 전달축

44, 45, 46, 47 ; 전달 기어

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기어비 변경 장치는 입력축, 출력축, 입력 결합부, 출력 결합부, 전달축 및 제어부를 포함한다.

입력축은 상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 조향축을 통해 조향 핸들과 연결된다. 출력축은 상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 기어 기구를 통해 바퀴와 연결된다. 입력 결합부는 입력 기어들 중 어느 한 기어를 입력축에 선택적으로 결합시키며, 출력 결합부는 출력 기어들 중 어느 한 기어를 상기 출력축에 선택적으로 결합시킨다. 전달축은 입력 기어들 및 출력 기어들에 각각 맞물리는 다수의 전달 기어가 설치되며, 입력축의 회전을 출력축으로 전달한다. 제어부는 입력 결합부와 출력 결합부의 작동을 제어한다.

입력 및 출력 결합부는 각각, 두 개의 기어 사이에서 축에 결합되고, 그 양측면 중 어느 한 측면이 두 개의 기어 중 어느 한 기어와 선택적으로 맞물리도록 축을 따라 이동될 수 있는 결합 부재와, 축과 평행하게 설치되는 스크류 봉과, 일측은 스크류 봉에 나사 결합되고 타측은 결합 부재에 공전 가능하게 연결되는 연결 부재와, 스크류 봉을 구동시키며 그 작동은 제어부에 의해 제어되는 구동 모터를 가진다.

여기서, 결합 부재와 기어는 결합 부재의 양측면에 원주를 따라 형성된 결합홈 또는 결합 돌기와 기어의 대향면에 형성된 결합 돌기 또는 결합홈이 맞물리는 것에 의해 결합된다.

또한, 결합부들은 각각 연결 부재의 이동 범위를 제한하기 위한 다수의 스토퍼를 더 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기어비 변경 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 조작 기구(1)의 조향축(5)과 기어 기구(2) 사이에 설치되며, 그 상세한 구성은 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기어비 변경 장치는입력축(12), 출력축(22), 입력 결합부, 출력 결합부, 전달축(42) 및 제어부를 포함하며, 프레임(60)에 의해 지지되어 있다.

입력축(12)은 그 양측이 베어링(62)에 의해 프레임(60)에 회전 가능하게 지지되고, 그 중 일측은 조향축(미도시)을 통해 조향 핸들과 연결되어 있다. 따라서 입력축(12)은 조향축의 회전에 의해 회전된다. 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16)가 입력축(12)에 공전 가능하게 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16)는 서로 다른 기어 잇수를 가진다. 또한, 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16)는 서로 대향하는 면에 톱니 형상을 가지는 원형 결합 돌기(15, 17)가 형성되어 있다. 한편, 입력축(12)은 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16) 사이의 외주면에 스플라인 보스(13)가 형성되어 있다.

출력축(22) 또한, 입력축(12)와 동일한 구성으로 이루어져 있다. 즉, 출력축(22)은 그 양측이 베어링(62)에 의해 프레임(60)에 회전 가능하게 지지되고, 그중 일측은 기어 기구(미도시)를 통해 바퀴와 연결되어 있다. 제 1 및 제 2 출력 기어(24, 26)가 출력축(22)에 공전 가능하게 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 출력 기어(24, 26)는 서로 다른 기어 잇수를 가진다. 또한, 제 1 및 제 2 출력 기어(24, 26)는 서로 대향하는 면에 톱니 형상을 가지는 원형 결합 돌기(25, 27)가 형성되어 있다. 한편, 출력축(22)은 제 1 및 제 2 출력 기어(24, 26) 사이의 외주면에 스플라인 보스(23)가 형성되어 있다.

입력 결합부는 입력축(12)의 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16) 중 어느 한 기어를 입력축(12)에 선택적으로 결합시키며, 출력 결합부는 출력축(22)의 제 1 및제 2 출력 기어(24, 26) 중 어느 한 기어를 출력축(22)에 선택적으로 결합시킨다. 이 입력 결합부 및 출력 결합부의 구성은 동일하므로, 여기서는 입력 결합부의 구성에 대해서만 설명한다.

입력축(12) 상측(도면에서 볼 때)에 스크류 봉(32)이 입력축(12)과 평행하게 설치되어 있으며, 베어링(62)에 의해 프레임(60)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 스크류 봉(32)은 모터(34)에 의해 구동된다.

그리고, 결합 부재(36)가 입력축(12)의 스플라인 보스(13)에 스플라인 결합되어 있다. 결합 부재(36)는 입력축(12)의 축선 방향을 따라 이동 가능하다. 또한, 결합 부재(36)는 그 외주면 중앙에 원주를 따라 오목홈(37)이 형성되어 있다. 결합 부재(36)의 양측면에는 제 1 및 제 2 입력 기어(14, 16)의 결합 돌기(15, 17)가 삽입되는 톱니 형상의 결합홈(38)이 형성되어 있다.

연결 부재(39)는 그 일측이 스크류 봉(32)에 나사 결합되어 있고 타측이 결합 부재(36)의 오목홈(37)에 공전 가능하게 연결되어 있다.

또한, 스크류 봉(32)과 인접한 프레임의 일측에 한 쌍의 스토퍼(64)가 설치되어 있다. 이 스토퍼(64)들은 연결 부재(39)의 측면에 걸림으로써, 연결 부재(39)의 이동 범위를 제한한다.

전달축(42)은 프레임(60)의 스크류 봉(32) 반대측에 입력축(12) 및 출력축(22)과 평행하게 설치되어 있다. 전달축(42)은 입력축(12)과 출력축(22)의 길이를 합한 길이와 동일한 길이를 가진다. 4개의 전달 기어(44, 45, 46, 47)는 각각 입력축(12)의 제 1, 제 2 입력 기어(14, 16), 그리고 출력축(22)의 제 1, 제 2출력 기어(24, 26)에 대응되는 위치에, 각 기어들(14, 16, 24, 26)과 맞물리도록 설치되어 있다. 이 전달 기어들(44, 45, 46, 47)은 전달축(42)에 일체로 형성되어 있다.

도시되지는 않았으나 제어부는 결합부의 모터(34)들의 구동을 제어함으로써 기어비를 변화시킨다. 이 제어부는 사용자가 기어비 선택 스위치를 조작하는 것에 의해 수동으로 또는 차속 센서로부터 검출되는 자동차의 주행 속도에 따라 자동으로 모터의 구동을 제어한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 제어부를 용이하게 구성할 수 있을 것이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 조향 시스템의 기어비 변속 장치는 한 쌍의 결합 부재(36)가 각각 입력 기어들(14, 16) 중 어느 한 기어 및 출력 기어들(24, 26) 중 어느 한 기어에 결합되는 것에 의해 도 4 내지 도 7에 도시된 4가지 경로 중 어느 한 경우를 통해 조향 핸들의 회전을 바퀴로 전달한다. 그리고, 이러한 경로의 선택은 제어부에 의해 제어된다.

도 4의 경우에 있어서, 제어부로부터 작동 신호가 인가되면, 모터(34)가 구동되어 스크류 봉(32)이 회전된다. 이에 따라, 연결 부재(39)가 스크류 봉(32)의 축선 방향을 따라 이동되고, 연결 부재(39)에 결합된 결합 부재(36)도 입력축(12)의 스플라인 보스(13)를 따라 이동된다.

결합 부재(36)가 제 1 입력 기어(14)에 밀착되면 제 1 입력 기어(14)의 결합 돌기(15)가 결합 부재(36)의 결합홈(38)에 삽입된다. 이때, 연결 부재(39)의 일측면이 스토퍼(64)에 걸리는 것에 의해 연결 부재(39)는 더 이상 이동되지 않는다.바람직하게는, 제어부는 연결 부재(39)가 스토퍼(64)에 걸리는 것을 검출하여 모터(34)의 구동을 정지시킨다.

결합 부재(36)가 제 1 입력 기어(14)와 결합되면, 제 1 입력 기어(14)는 결합 부재(36)와 함께 회전된다.

상술된 입력축(12)에서의 경우와 동일하게 출력축(22)에 있어서도, 제어부에 의해 제어되는 모터(34)의 구동에 의해 결합 부재(36)가 제 1 출력 기어(24)에 결합된다.

이와 같이, 입력 결합부의 결합 부재(36)가 제 1 입력 기어(14)에 결합되고 출력 결합부의 결합 부재(36)가 제 1 출력 기어(24)에 결합된 상태에서, 조향 핸들에 의한 조향축의 회전은 제 1 입력 기어(14)와 제 1 전달 기어(44)를 통해 전달축(42)으로 전달되고, 다시 제 3 전달 기어(46)와 제 1 출력 기어(24)를 통해 출력축(22)으로 전달된다. 출력축(22)으로 전달된 회전은 출력축(22)에 연결된 기어 기구를 통해 바퀴로 전달된다. 그리고, 기어비는 제 1 입력 기어(14)와 제 1 출력 기어(24)의 기어 잇수에 의해 결정된다.

한편, 도 5는 조향축의 회전이 제 1 입력 기어(14), 제 1 전달 기어(44), 전달축(42), 제 4 전달 기어(47), 제 2 출력 기어(26), 및 출력축(22)을 거쳐 기어 기구로 전달되는 경로를 도시한다.

도 6는 조향축의 회전이 제 2 입력 기어(16), 제 2 전달 기어(45), 전달축(42), 제 3 전달 기어(46), 제 1 출력 기어(24), 및 출력축(22)을 거쳐 기어 기구로 전달되는 경로를 도시한다.

마지막으로 도 7은 조향축의 회전이 제 2 입력 기어(16), 제 2 전달 기어(45), 전달축(42), 제 4 전달 기어(47), 제 2 출력 기어(26), 및 출력축(22)을 거쳐 기어 기구로 전달되는 경로를 도시한다.

각 경로에서의 기어비를 비교하기 위하여, 예를 들어 표 1과 같이 기어들의 잇수를 설정한다.

제 1 입력 기어	6	제 1 전달 기어	8
제 2 입력 기어	8	제 2 전달 기어	6
제 1 출력 기어	6	제 3 전달 기어	8
제 2 출력 기어	8	제 4 전달 기어	6

이러한 예에 있어서, 도 4에 도시된 제 1 경로 및 도 7에 도시된 제 4 경로의 경우, 기어비는 1:1이 되며, 기어 기구의 기어비가 그대로 바퀴로 출력된다. 이는 일반적인 주행 상태에 적합하다.

도 5에 도시된 제 2 경로의 경우, 기어비는 0.64로 작아진다. 이는 주차시와 같이 큰 조작력이 필요할 때 적합하다.

도 6에 도시된 제 3 경로의 경우, 기어비는 1.56으로 커진다. 이는 고속 주행시와 같이 주행의 안정성이 크게 필요할 때 적합하다.

상기된 바와 같은 본 발명은 조향 시스템의 조향축과 기어 기구 사이에 설치되어 주행 상태에 따라 적절하게 기어비를 변경한다. 따라서, 고속 주행시의 안정성이 보장되면서도 주차시와 같이 큰 조작력이 필요한 경우에도 운전자의 조작 편의성이 충족되는 장점이 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 조향축을 통해 조향 핸들과 연결되는 입력축;

   상이한 잇수를 가지는 둘 이상의 입력 기어가 공전될 수 있도록 설치되고, 기어 기구를 통해 바퀴와 연결되는 출력축;

   상기 입력 기어들 중 어느 한 기어를 상기 입력축에 선택적으로 결합시키기 위한 입력 결합 수단;

   상기 출력 기어들 중 어느 한 기어를 상기 출력축에 선택적으로 결합시키기 위한 출력 결합 수단;

   상기 입력 기어들 및 출력 기어들에 각각 맞물리는 다수의 전달 기어가 설치되며, 상기 입력축의 회전을 상기 출력축으로 전달하기 위한 전달축; 및

   상기 입력 결합 수단과 출력 결합 수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 자동차용 조향 시스템의 기어비 변경 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 및 출력 결합 수단은 각각

   두 개의 기어 사이에서 축에 결합되고, 그 양측면 중 어느 한 측면이 상기 두 개의 기어 중 어느 한 기어와 선택적으로 맞물리도록 상기 축을 따라 이동될 수 있는 결합 부재;

   상기 축과 평행하게 설치되는 스크류 봉;

   일측은 상기 스크류 봉에 나사 결합되고 타측은 상기 결합 부재에 공전 가능하게 연결되는 연결 부재;

   상기 스크류 봉을 구동시키며, 그 작동은 상기 제어부에 의해 제어되는 구동 모터를 가지는 기어비 변경 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 결합 부재와 기어는 결합 부재의 양측면에 원주를 따라 형성된 결합홈 또는 결합 돌기와 상기 기어의 대향면에 형성된 결합 돌기 또는 결합홈이 맞물리는 것에 의해 결합되는 기어비 변경 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 연결 부재의 이동 범위를 제한하기 위한 다수의 스토퍼를 더 가지는 기어비 변경 장치.