KR100440279B1 - 자동차의 랙바아 분리형 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 랙바아 분리형 조향장치에 관한 것으로, 조향시 조향휠에 가해진 회전력을 좌/우측의 차륜에 직선방향의 이동력으로 전달하는 랙바아를 좌/우측으로 양분시켜 조향기어박스의 내부에서 구동피니언기어와 치합되도록 함으로써, 차체에 대한 조향기어박스의 설치시 레이-아웃상의 자유도를 높임과 더불어 랙바아에 대한 축강성설계에 대한 부담을 덜 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향휠(1)에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 구동피니언기어(13)를 갖춘 조향기어박스(4)와, 상기 구동피니언기어(13)에 치합되는 랙바아(5a)를 갖춘 작동실린더(5)를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서, 상기 작동실린더(5)는 구동피니언기어(13)와 각각 개별적으로 치합되는 제1,제2랙바아(5a',5a")를 갖춘 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 이루어지고, 상기 제1,제2랙바아(5a',5a")는 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)와 상하로 이격되어 치합되는 제1,제2랙기어(5b',5b")를 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 랙바아 분리형 조향장치{rack bar separation type steering system for an automotive vehicle}

본 발명은 자동차의 랙바아 분리형 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조향기어박스의 내부에서 구동피니언기어와 치합되는 랙바아를 좌/우측으로 양분시켜 차체에 대한 조향기어박스의 설치시 레이-아웃상의 자유도를 높임과 더불어 랙바아에 대한 강성설계에 대한 부담을 덜 수 있도록 하는 자동차의 랙바아 분리형 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 주행중에 차체의 진행방향을 운전자의 임의대로 바꿀 수 있도록 된 조향장치를 구비하고 있는 바, 이 같은 조향장치의 일례로서 조향시 운전자에 의한 조향휠의 조향조작력을 배가시켜 조향의 신속함과 편의성을 부가시킬 수 있도록 하는 동력조향장치는 도 1에 도시된 바와 같다.

즉, 종래 동력조향장치는 운전자의 조향조작을 위한 조향휠(1)이 상측 단부에 장착된 조향축(2)과, 이 조향축(2)을 외부에서 감싸고서 차체에 고정되는 조향컬럼(3), 상기 조향축(2)의 하부에 장착되어 조향시 작동유의 흐름을 제어하도록 된 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4) 및, 상기 조향축(2)의 하측 단부에 마련된 구동피니언기어(도 2에 도시됨)와 치합되어 조향축(2)의 회전운동에 따라 좌우방향으로 직선운동을 하는 작동피스톤(도 2에 도시됨)을 갖춘 작동실린더(5), 그리고 엔진의 크랭크축과 벨트를 매개로 연결되어 이로부터 동력을 받아 작동되어 조향시 상기 조향기어박스(4)의 컨트롤밸브로 가압된 작동유를 공급하는 오일펌프(6), 이 오일펌프(6)로 작동유를 공급하도록 일정량의 작동유를 저장하고 있는 오일저장탱크(7)로 구성되어 이루어진다.

그리고, 상기 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4)와 오일펌프(6) 및 오일저장탱크(7) 사이에는 각기 작동유의 공급 및 회수를 위한 공급관로(8;실선도시)와 회수관로(9;점선도시)가 배설되어 있고, 상기 작동실린더(5)의 양쪽 단부에는 내부의 작동피스톤과 연결된 랙바아(5a)가 외부로 노출되며, 이 랙바아(5a)에는 각기 전륜측 너클아암에 연결되어 조향시 선회방향으로 너클아암을 밀거나 당겨 회동시키도록 하는 타이로드(10)가 연결되어 있다.

또한, 상기 조향기어박스(4)에는 작동실린더(5)의 내부에서 작동피스톤을 중심으로 좌/우측으로 형성된 압력실로 각각 연통되는 한 쌍의 유압관로(4a,4b)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 조향기어박스(4)와 작동실린더(5) 사이의 구체적인 구성관계는 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 조향기어박스(4)는 조향축(2)의 하단부와 연결된 토션바(11)와, 이 토션바(11)의 외주에 설치되어 상기 조향축(2)의회전에 따라 연동되어 유로의 변화를 도모하는 회전슬리브(12) 및, 상기 토션바(11)의 하단에서 상기 작동실린더(5)의 내부에 있는 랙바아(5a)의 일측에 형성된 랙기어(5b)와 치합되는 구동피니언기어(13)를 포함하여 이루어진다

그리고, 상기 작동실린더(5)는 좌/우측 선단에 타이로드(10)를 연결함과 더불어 일측에 랙기어(5b)를 형성한 랙바아(5a)와, 이 랙바아(5a)상에 장착되어 상기 작동실린더(5)의 내부를 좌/우측 압력실로 구획짓는 작동피스톤(5c)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4)는 오일펌프(6)와 공급관로(8)를 매개로 연결됨과 더불어 회수관로(9)를 매개로 오일저장탱크(7)와 연결되어 있음과 더불어, 상기 작동실린더(5)의 좌/우측 압력실과 유압관로(4a,4b)를 매개로 연결되어 있다.

한편, 상기 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4)의 내부에서 랙바아(5a)와 구동피니언기어(13) 사이의 치합부위는 도 3에 단면으로 도시된 바와 같이, 상기 조향기어박스(4)의 하우징(H)내에서 구동피니언기어(13)와 상기 작동실린더(5)의 랙바아(5a)의 일측에 형성된 랙기어(5b)가 서로 교차되도록 치합되어 있어, 상기 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)의 회전에 따른 조작력이 이에 치합된 상기 랙기어(5b)를 통해 랙바아(5a)에 전달되고, 이 랙바아(5a)의 이동에 따라 이에 연결된 타이로드(10)가 이동하여 조향이 이루어지게 되는 것이다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 조향장치에서는 조향기어박스(4)의 내부에서 구동피니언기어(13)와 치합되는 작동실린더(5)의 랙기어(5b)가 좌/우측이 일체로 형성된 것이므로, 차체에 상기 조향기어박스(4)의 설치시에 조향기어박스(4)는 물론 랙바아(5a)의 선단부위에 결합되는 타이로드(10)에 대한 레이-아웃까지도 동시에 고려해야 한다.

즉, 통상의 승용차에서 상기 구동피니언기어(13)가 위치하는 쪽에 변속기의 디퍼렌셜기어박스가 돌출되어 있기 때문에 이와 일정한 유격을 유지한 상태로 조향기어박스(4)를 위치하게 되면, 상기 랙기어(5b)를 형성하고 있는 랙바아(5a)가 전체적으로 이동해야 하므로, 상기 랙바아(5a)를 포함하는 작동실린더(5)에 대한 레이-아웃의 선정은 조향기어박스(4)의 레이-아웃에 종속될 수 밖에 없어 공간의 효과적인 활용의 측면에서 볼 때 설계의 자유도가 떨어지게 된다.

그리고, 상기 작동실린더(5)의 랙바아(5a)는 상기 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)를 중심으로 좌/우측이 일체로 형성된 구조이므로, 조향시 상기 랙바아(5a)는 구동피니언기어(13)와의 치합부위를 중심으로 한쪽에는 압축력을 받게 됨과 동시에 다른 쪽에는 인장력을 받게 되는 데, 이와 같이 동작시 인장력과 압축력을 동시에 작용받는 부재의 경우에는 인장력 내지 압축력중에서 어느 하나의 하중만을 작용받는 부재 보다 축설계시 축강성을 향상시켜야 하므로, 부재의 중량 내지 기타 축강성의 향상을 위한 사후 처리가 필요로 하게 된다.

또한, 상기 작동실린더(5)의 랙바아(5a)는 주행중 한쪽 타이어로부터 입력되는 충격력을 그대로 반대쪽으로 전달할 수 밖에 없으므로 이에 연결된 각종 링크부재(현가아암계통의 부재임)에 대한 충격력의 전달 및 진동의 측면에서 불리한 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 조향시 조향휠에 가해진 회전력을 좌/우측의 차륜에 직선방향의 이동력으로 전달하는 랙바아를 좌/우측으로 양분시켜 조향기어박스의 내부에서 구동피니언기어와 치합되도록 함으로써, 차체에 대한 조향기어박스의 설치시 레이-아웃상의 자유도를 높임과 더불어 랙바아에 대한 축강성설계에 대한 부담을 덜 수 있도록 하는 자동차의 랙바아 분리형 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 구동피니언기어를 갖춘 조향기어박스와, 상기 구동피니언기어에 치합되는 랙바아를 갖춘 작동실린더를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서, 상기 작동실린더는 구동피니언기어와 각각 개별적으로 치합되는 제1,제2랙바아를 갖춘 제1작동실린더와 제2작동실린더로 이루어지고, 상기 제1,제2랙바아는 조향기어박스의 구동피니언기어와 상하로 이격되어 치합되는 제1,제2랙기어를 형성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 형태의 조향장치의 구성을 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 조향장치에서 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스와 작동실린더 사이의 구성관계를 도시한 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 조향기어박스내에서 랙바아와 구동피니언기어 사이의 치합부위를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 랙바아 분리형 조향장치의 구성을 도시한 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 조향기어박스에서 랙바아와 구동피니언기어 사이의 치합부위를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 랙바아 분리형 조향장치가 차체에 설치가능한 상태를 예시하기 위한 개략도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-조향휠 2-조향축

3-조향컬럼 4-조향기어박스

5-작동실린더 5'-제1작동실린더

5"-제2작동실린더 5a',5a"-제1,제2랙바아

5b',5b"-제1,제2랙기어 10-타이로드

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 랙바아 분리형 조향장치의 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 조향기어박스에서 랙바아와 구동피니언기어 사이의 치합부위를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 랙바아 분리형 조향장치가 차체에 설치가능한 상태를 예시하기 위한 개략도인 바, 본 발명의 상세한 기술을 위해 종래 조향장치의 구성을 도시한 도 1 내지 도 3에서와 동일한 참조부위에는 동일한 참조부호를 병기하기로 한다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 운전자의 조향조작을 위한 조향휠(1)을 장착하고 있는 조향축(2)과, 이 조향축(2)을 감싸고서 차체에 고정되는 조향컬럼(3), 상기 조향축(2)의 하부에 장착되어 조향시 작동유의 흐름을 제어하도록 된 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4) 및, 상기 조향축(2)의 하측 단부에 마련된 구동피니언기어(13)와 치합되어 조향축(2)의 회전운동에 따라 좌우방향으로 직선운동을 하는 작동피스톤을 갖춘 작동실린더(5), 그리고 엔진으로부터 동력을 전달받아 조향시 조타력의 경감을 위해 상기 조향기어박스(4)의 컨트롤밸브로 가압된 작동유를 공급하는 오일펌프(6)와, 이 오일펌프(6)로 작동유를 공급하도록 일정량의 작동유를 저장하고 있는 오일저장탱크(7)로 구성되어 이루어진다.

그리고, 상기 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4)와, 상기 오일펌프(6) 및 상기 오일저장탱크(7) 사이에는 각기 작동유의 공급 및 회수를 위한 공급관로(8)와 회수관로(9)가 배설되어 있고, 상기 작동실린더(5)의 양쪽 단부에는 내부의 작동피스톤과 연결된 랙바아(5a)가 외부로 노출되며, 이 랙바아(5a)에는 각기 전륜측 너클아암에 연결되어 조향시 선회방향으로 너클아암을 밀거나 당겨 회동시키도록 하는 타이로드(10)가 연결되어 있다.

여기서, 상기 작동실린더(5)는 조향기어박스(4)를 중심으로 좌/우측으로 독립적으로 분리된 형태의 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 구성되는 바, 일측의 제1작동실린더(5')와 타측의 제2작동실린더(5")는 각각 상기 조향기어박스(4)내 구동피니언기어(13)와 개별적으로 치합되는 구조로 이루어져 있다. 또한, 상기 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")는 각각 좌/우측 조향차륜(도시안됨)에 조향조작력을 개별적으로 전달하는 구조로 이루어진다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1작동실린더(5')내 제1랙바아(5a')에 형성된 제1랙기어(5b")와, 상기 제2작동실린더(5")내 제2랙바아(5a")에 형성된 제2랙기어(5b")는 각각 상기 조향기어박스(4)의 하우징(H)내에 위치한 상기 구동피니언기어(13)상에 상하로 이격되어 개별적으로 치합되어 있다.이 결과, 상기 구동피니언기어(13)의 회전에 따라 상기 제1작동실린더(5')의 제1랙바아(5a')와 상기 제2작동실린더(5")의 제2랙바아(5a")는 각각 동일한 방향으로 직선운동을 하여 각각에 연결된 타이로드(10)를 이동시켜 조향이 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 조향기어박스(4)에는 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")의 내부에서 각각 작동피스톤(도시안됨)을 중심으로 좌/우측으로 개별적으로 형성된 압력실로 각각 연통되는 두 쌍의 유압관로(4a,4b)가 구비되어 있다.

따라서, 상기와 같이 컨트롤밸브를 포함하는 조향기어박스(4)와 치합되어 조향시 조향휠(1)에 가해진 회전력을 직선방향의 이동력을 전환시켜 주는 작동실린더(5)가 좌/우측으로 각각 분리된 형태의 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 이루어지면, 차체에 상기 조향기어박스(4)의 설치시에 도 6에 도시된 바와 같이 제1,제2랙바아(5a',5a")의 선단부위에 각각 결합되는 타이로드(10)의 위치가 고정됨에도 불구하고 상기 조향기어박스(4)의 설치위치를 차체의 전후방향으로 자유롭게 설정이 가능하므로 상기 조향기어박스(4)에 대한 설계의 자유도가 증가될 수 있게 된다.

즉, 상기 작동실린더(5)가 좌/우측의 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 이루어짐과 더불어 이들이 각각 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)와 각각 개별적으로 치합된 구조이므로 상기와 같이 조향기어박스(4)에 대한 배치의 자유도가 증가되는 것이다.

한편, 상기와 같이 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)에 각각 독립적으로 좌/우측의 제1작동실린더(5')의 제1랙바아(5a')와 제2작동실린더(5")의 제2랙바아(5a")가 치합되면, 조향시 상기 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)를 중심으로 좌/우측의 상기 제1작동실린더(5')의 제1랙바아(5a')와 상기 제2작동실린더(5")의 제2랙바아(5a")는 각각 조향방향에 따라 압축력 내지 인장력 중 어느 하나의 축방향 하중만을 받게 되므로, 종래와 같이 조향시 랙바아(5a)에 압축력과 인장력이 동시에 작용하지 않음에 따른 축강성에 대한 부담이 덜 수 있게 된다.

그리고, 상기 작동실린더(5)의 제1,제2랙바아(5a',5a")가 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)를 중심으로 좌/우측이 분리된 구조임에 따라, 주행중 한쪽 타이어(T)로부터 입력되는 충격력을 그대로 반대쪽으로 전달하는 것이 아니라 차단되므로, 반대편쪽에 설치된 타이어(T)와 연결된 각종 링크부재(현가아암계통의 부재임)에 대한 충격력의 전달및 진동의 측면에서 유리하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 랙바아 분리형 조향장치에 의하면, 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)와 치합되어 조향시 타이로드(10)에 이동력을 부여하는 작동실린더(5)가 좌/우측의 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 분리됨과 더불어 이들의 제1,제2랙바아(5a',5a")에 각각 형성된 제1,제2랙기어(5b',5b")가 개별적으로 구동피니언기어(13)에 치합됨으로써, 상기 조향기어박스(4)의 설치에 대한 설계의 자유도가 증가됨은 물론 조향시 제1,제2랙바아(5a',5a")에 전달되는 조작력이 각각 인장력과 압축력 중 어느 하나로 택일되므로 제1,제2랙바아(5a',5a")에 대한 설계시 축강성 고려에 대한 부담을 덜 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 조향휠(1)에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 구동피니언기어(13)를 갖춘 조향기어박스(4)와, 상기 구동피니언기어(13)에 치합되는 랙바아(5a)를 갖춘 작동실린더(5)를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서,

   상기 작동실린더(5)는 구동피니언기어(13)와 각각 개별적으로 치합되어 좌/우측 조향차륜에 조향조작력을 전달하는 제1,제2랙바아(5a',5a")를 갖춘 제1작동실린더(5')와 제2작동실린더(5")로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙바아 분리형 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1,제2랙바아(5a',5a")는 조향기어박스(4)의 구동피니언기어(13)와 상하로 이격되어 치합되는 제1,제2랙기어(5b',5b")를 형성한 것을 특징으로 하는 자동차의 랙바아 분리형 조향장치.