KR100468492B1

KR100468492B1 - 차량용 조향 장치의 가변 랙 변위 장치

Info

Publication number: KR100468492B1
Application number: KR10-2000-0070191A
Authority: KR
Inventors: 송준규
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2005-01-27
Also published as: KR20020040216A

Abstract

본 발명은 차량용 조향 장치의 가변 랙 변위 장치에 관한 것이다.

본 발명은 랙 & 피니언 방식의 차량용 조향 장치에 있어서, 랙의 양단에 회전 가능하게 끼워져 고정되며, 단부 전면에는 원주상의 경로를 따라 단차를 갖는 면이 구비되고, 이와 인접하는 외측 동심원 상에는 치차면이 구비되는 스톱기어와, 랙 양측의 타이로드와 결합되며, 스톱기어와 대향되는 전면에는 스톱기어의 중앙을 관통하여 랙과 결합되는 돌출부가 구비되고, 돌출부를 중심으로 인접한 양측에는 스톱기어의 단차면에 대응하는 스톱핀이 각각 구비되는 볼 조인트와, 스톱기어의 치차면과 피니언 결합되어 스톱기어를 축방향으로 회전시킴으로써 스톱핀에 대한 단차면의 대응위치를 전환시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 랙의 단부에 설치된 스톱기어의 단차면과 볼 조인트의 스톱핀의 대응위치를 조절하여 랙의 이송량을 가변적으로 조절할 수 있다. 따라서, 스노우 체인을 장착하지 않은 경우 휠 하우스 내의 여유공간을 이용하여 전륜을 간섭이 발생하지 않는 범위에서 최대한 조향 할 수 있게 됨으로써, 차량의 회전반경을 감소시킬 수 있게 된다.

Description

차량용 조향 장치의 가변 랙 변위 장치{VARIABLE RACK POSITION CHANGING APPARATUS OF STEERING SYSTEM FOR USE IN A CAR}

본 발명은 자동차의 조향 장치(Steering system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 랙 & 피니언(Rack & Pinion) 방식의 조향 기어에서 조향 축을 통해 회전운동으로 전달되는 운전자의 조작력을 직선운동으로 변환시키는 랙과 조작력을 바퀴에 전달하는 타이로드의 결합 구조에 관한 것이다.

조향 장치는 자동차의 진행 방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 조향 휠 및 조향 축, 조작력의 변환이 이루어지는 조향 기어와 조작력을 바퀴에 전달하는 타이로드 등으로 구성되고, 조향 기어의 형식에 따라 일반적으로 볼너트형(Ball & nut type)과 랙 & 피니언형이 주로 쓰이고 있다.

도 1은 랙 & 피니언형 조향 기구를 나타낸 것으로, 조향 축(2)의 외주에 형성된 피니언(3)이 기어박스(1) 내부의 랙(4)과 맞물려 축(2)의 회전운동을 직선운동으로 변환시킨 뒤 타이로드(5)를 통해 바퀴(도시안됨)에 전달하는 구조로 되어 있다.

이러한 종래의 조향 장치는 조향 휠을 최대로 회전시켰을 경우 타이어가 휠 하우스(도시하지 않음) 내에서 간섭이 발생하지 않는 범위내에서 조향이 이루어지도록 되어 있다. 특히, 겨울철에 스노우 체인을 장착할 경우에 대비하여 바퀴의 최대 조타각을 제한하고 있어 휠 하우스 내부는 바퀴의 움직임을 최대로 하였을 경우에도 다소의 여유공간을 갖게 된다.

따라서, 휠 하우스 내부의 여유공간을 이용하여 바퀴의 조타각 범위를 크게 하면 차량의 회전반경을 줄일 수 있게 되는데, 종래의 랙 & 피니언 방식의 조향 장치는 전술한 바와 같이 스노우 체인이 장착될 경우를 감안하고 바퀴의 조향조작이 이루어지도록 랙의 운동범위가 고정됨으로써 이를 실현하기에 적합지 않은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 랙 & 피니언 방식의 차량용 조향 장치에 있어 체인의 장착여부에 따라 바퀴의 조향범위를 조절할 수 있게 함으로써, 휠 하우스 내의 여유공간을 이용하고 차량의 회전 반경을 줄일 수 있는 가변 랙 변위 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 랙의 양단에 회전 가능하게 끼워져 고정되며, 단부 전면에는 원주상의 경로를 따라 단차를 갖는 면이 구비되고, 이와 인접하는 외측 동심원 상에는 치차면이 구비되는 스톱기어와, 랙 양측의 타이로드와 결합되며, 스톱기어와 대향되는 전면에는 스톱기어의 중앙을 관통하여 랙과 결합되는 돌출부가 구비되고, 돌출부를 중심으로 인접한 양측에는 스톱기어의 단차면에 대응하는 스톱핀이 각각 구비되는 볼 조인트와, 스톱기어의 치차면과 피니언 결합되어 스톱기어를 축방향으로 회전시킴으로써 스톱핀에 대한 단차면의 대응위치를 전환시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 볼 조인트의 스톱핀과 접하는 스톱기어의 전면이 단차면에 의한 고저차를 지니고 있으므로, 스톱핀과 접하는 단차면의 고저도에 따라 볼 조인트와 스톱기어의 결합심도가 각각 달라지게 된다. 즉, 볼 조인트와 스톱기어가 깊게 결합될 경우, 랙의 이송 변위가 늘어나게 됨으로써 바퀴의 조타각도가 커지게 된다. 이는 스노우 체인을 장착하지 않는 평상시의 조타량이 되고, 차량의 회전반경은 그만큼 감소하게 된다.

반대로, 겨울철에 스노우 체인을 장착하는 경우에는 상대적으로 돌출된 단차면을 스톱핀의 대응위치에 위치시킴으로써, 랙의 이송 변위는 감소하게 되고, 바퀴의 조타각은 작아지게 된다.

도 1은 종래의 랙 & 피니언형 조향 기구를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치의 작동 단면도,

도 4a, 도 4b, 도 4c는 작동 모드에 따른 스톱기어의 회전 변위를 각각 나타낸 개략도,

도 5a, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 파워스티어링 기어(Power steering gear)

11 : 조향 축(Steering shaft) 20 : 랙(Rack)

30, 90 : 스톱기어(Stop gear) 31 : 저널부

32a, 32b, 32c, 92a, 92b : 단차면 33, 93 : 치차면

34 : 랙 하우징(Rack housing) 40 : 볼 조인트(Ball joint)

41 : 돌출부 42 : 스톱핀(Stop pin)

50 : 타이로드(Tie rod) 60, 80 : 모터(Motor)

61, 81 : 모터 피니언(Motor pinion) 70 : 모터 제어부

71 : 모드선택 스위치 72 : 전원공급장치

94 : 스톱퍼(Stopper)

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치를 나타낸 것으로, 전체적인 구성은 파워스티어링 기어(10)에서 조향 축(11)의 회전운동으로 전달되는 운전자의 조작력을 좌우 직선운동으로 변환시키는 랙(20)과, 볼 조인트(40)를 통해 랙(20)과 결합되어 조향력을 바퀴(도시안됨)에 전달하는 타이로드(50)와, 랙(20)의 양단에 설치되며 볼 조인트(40)와 단차면을 통해 대응하는 스톱기어(30)와, 스톱기어(30)를 축 방향을 중심으로 회전시키는 스텝모터(60)와, 스텝모터(60)의 회전량을 제어하며 운전자에 의해 조작되는 모드선택 스위치(71)를 구비하는 모터 제어부(70) 및 전원공급장치(72)로 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치에서 스톱기어(30)와 볼 조인트(40), 랙(20)과의 결합구조를 도시한 것이고, 도 4a 내지 도 4c는 구동모드에 따른 스톱기어(30)의 회전 변위를 나타낸 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 타이로드(50)의 일단에 결합된 볼 조인트(40)는 랙(20)과 대향하는 전면 중앙에 형성된 돌출부(41)가 랙(20)의 중공부 내측으로 끼워져 랙(20)과 결합되고, 돌출부(41)를 중심으로 인접한 상 하측에는 스톱핀(42)이 각각 돌출 형성된다.

이러한 스톱핀(42)에 대응하는 스톱기어(30)는 랙(20)의 외주에 끼워져 회전 가능하게 지지되고, 랙 하우징(34)에 내접한 저널부(31)의 외주면과 랙 하우징(34)의 내주면은 서로 치차 결합된다. 그리고, 볼 조인트(40)와 대향하는 스톱기어(30)의 전면에는 스톱핀(42)에 대응하여 단차를 갖는 단차면(32)이 형성되고, 이 단차면(32)은 도 4a 내지 도 4c를 통해 나타낸 바와 같이 원주상의 경로를 따라 3단계의 고저차를 지니도록 구성된다. 이때, 각각의 단차면(32a, 32b, 32c)은 스톱기어(30)의 회전 변위에 따라 볼 조인트(40)의 스톱핀(42)과 선택적으로 대응하게 되는데, 이와 같이 스톱핀(42)에 대한 단차면(32)의 대응위치가 전환되기 위해서는 스톱기어(30)가 축 방향을 중심으로 회전되어야 한다. 따라서, 스톱기어(30)를 구동시키는 수단으로서 스텝모터(60)가 구비되고, 양측은 스텝모터(60)의 회전축상에 일체로 형성된 모터 피니언(61)과 스톱기어(30) 전면에 형성되는 치차면(33)을 통해 서로 치차 결합된다. 이때, 스톱기어(30)에 형성되는 치차면(33)은 단차면(32)의 바깥측에 위치되는 것이 바람직하다.

스텝모터(60)의 제어는 모터 제어부(70)에 의해 이루어지며, 펄스신호가 발생하면 일정량만큼 회전하여 모터 피니언(61)과 치차 결합된 스톱기어(30)를 일정각도로 회전시키게 된다. 모터 제어부(70)의 작동전원은 자동차의 배터리를 전원공급장치(72)로서 이용하며, 운전자에 의해 조작되는 모드선택 스위치(71)를 구비함으로써 구동모드에 따른 스톱기어(30)의 회전 변위를 운전자가 제어할 수 있다.

도 5a, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예로서, 여기서는 스텝모터 대신 과전류 차단 기능을 가진 DC모터(80)가 사용되고, 스톱기어(90)의 전면에는 2단계의 고저차로 이루어진 단차면(92a, 92b)이 구비된다. DC모터(80)와 스톱기어(90)는 앞서 설명한 것과 동일하게 모터 피니언(81)과 치차면(93)에 의해 결합되고, DC모터(80)의 회전량을 제한하는 스톱퍼(94)를 구비하여, 스톱핀(도 3참조)에 대한 단차면(92a, 92b)의 대응위치를 전환한다.

즉, 도 5a에서 DC모터(80)에 전원이 인가되면 모터(80)가 회전하면서 모터 피니언(81)과 치차면(93)을 통해 결합된 스톱기어(90)를 회전시키게 된다. 스톱기어(90)가 회전하면 도 5b에 나타낸 바와 같이, 모터 피니언(81)에 스톱퍼(94)가 닿게 됨으로써 더 이상 회전하지 못하게 되고, DC모터(80)는 과전류 차단 기능에 의해 구동이 정지된다. 이에 따라, 스톱기어(90)의 회전이 정지되므로, 볼 조인트(40)의 스톱핀(42)에 대해 단차면(92a, 92b)의 위치가 선택적으로 대응하게 된다. 예를 들어, 낮은 높이의 단차면(92a)에 스톱핀(42)이 대응될 때, 랙(20)의 이송량은 최대이며, 이때가 바퀴의 조타량이 최대로서 차량의 회전반경은 그 만큼 감소하는 되는 것임에 반하여, 스노우 체인을 장착하는 겨울철의 경우, 휠 하우스내에서 바퀴의 간섭이 발생하므로, 운전자는 랙(20)의 이송량이 적어지는 위치로 스위치 조작을 행하게 되고, 이에 DC 모터(80)이 회전량을 제한하는 스톱퍼(94)에 의해 볼 조인트(40)의 전면에 대해 보다 가깝게 위치한 단차면(92b)에 볼 조인트(40)의 스톱핀(42)이 대응하게 됨에 따라 랙의 이송량이 최소가 된다.

이하에서는 도 3내지 도 4c를 참조하여 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치의 작용효과를 설명한다.

먼저, 초기에 전원을 인가하면 모터 제어부(70)에서 펄스신호가 발생되고, 스텝모터(60)는 일정량만큼 회전하여 모터 피니언(61)과 치차 결합된 스톱기어(30)를 일정각도로 회전시키게 된다. 이때의 단차면은 고저차를 갖는 3단계의 단차면(32a, 32b, 32c) 중 볼 조인트(40)의 전면에 대해 보다 멀게 위치한 쪽, 즉 가장 낮은 단차면(32a)에 스톱핀(42)이 대응하게 되고, 랙(20)의 이송량은 최대가 되는 위치가 된다. 이때는 스노우 체인을 장착하지 않는 상태로서 바퀴의 조타량은 최대가 되고, 차량의 회전반경은 그만큼 감소하게 된다.

반대로, 겨울철에 스노우 체인을 장착하는 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 휠 하우스 내에서 바퀴의 간섭이 발생하므로, 운전자는 랙(20)의 이송량이 적어지는 위치로 스위치 조작을 하게 되고, 모터 제어부(70)에서는 미리 설정된 펄스 신호를 스텝모터(60)에 보내서 모터(60)를 일정한 각도로 회전시켜 모터 피니언(61)과 치차 결합된 스톱기어(30)를 랙(20)의 이송량이 적어지는 위치, 즉 볼 조인트(40)의 전면 대해 보다 가깝게 위치한 단차면(32b 또는 32c)이 볼 조인트(40)의 스톱핀(42)에 대응하도록 스톱기어(30)를 회전시키게 된다. 따라서, 랙(20)의 이송 변위가 감소하게됨으로써, 바퀴의 조타각은 작아지게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 랙 변위 장치는 랙의 단부에 설치된 스톱기어의 단차면과 볼 조인트의 스톱핀의 대응위치를 조절하여 랙의 이송량을 가변적으로 조절할 수 있다. 따라서, 스노우 체인을 장착하지 않은 경우 전륜의 조타각을 간섭이 발생하지 않는 범위에서 최대한 조향 할 수 있게 됨으로써, 결과적으로 스노우 체인을 장착하지 않은 상태에서 차량의 회전반경을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

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조향 축의 회전운동으로 전달되는 운전자의 조작력을 랙에서 직선운동으로 변환시켜 타이로드를 통해 바퀴에 전달하는 랙 & 피니언 방식의 차량용 조향 장치에 있어서,

단부 전면에는 상기 랙(20)의 이송량을 가변하도록 원주상의 경로를 따라 고저의 높이로 형성된 단차 면(92a,92b)과 이 단차면(92a,92b)의 위치를 결정하도록 형성된 스톱퍼(94)를 구비하여 상기 랙(20)의 양단에 회전가능하게 끼워져 고정되는 스톱기어(90)와,

상기 랙(20) 양측의 타이로드(50)와 결합되며, 상기 스톱기어(90)와 대향되는 전면에는 상기 스톱기어(90)의 중앙을 관통하여 상기 랙(20)과 결합되는 돌출부(41)가 구비되고, 상기 돌출부(41)를 중심으로 인접한 양측에는 상기 스톱기어(90)의 단차면(92a,92b)에 대응하는 스톱핀(42)이 각각 구비되는 볼 조인트(40)와,

상기 스톱기어(90)의 치차면(93)과 피니언 결합되는 모터 피니언(81)을 구비하여, 상기 스톱기어(90)를 축 방향으로 회전시킴으로써 상기 스톱핀(42)에 대한 상기 단차면(92a,92b)의 대응위치를 전환시키도록 과전류 차단기능을 가지는 DC모터(80)를 포함하고,

상기 모터(80)의 작동에 의해 상기 스톱기어(90)를 회전시키고, 상기 모터 피니언(81)이 상기 스톱퍼(94)에 닿으면, 상기 DC모터(80)는 과전류 차단기능에 의해 구동이 정지됨에 따라 상기 스톱핀(42)에 대한 단차면(92a, 92b)이 대응위치를 전환하여 상기 랙(20)의 이송량을 적게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 조향 장치의 가변 랙 변위 장치.