KR100552729B1

KR100552729B1 - 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치

Info

Publication number: KR100552729B1
Application number: KR1020030033593A
Authority: KR
Inventors: 김정원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2006-02-20
Also published as: KR20040101796A

Abstract

본 발명은 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치에 관한 것으로, 평상시 최대 조향각을 갖으면서 동절기 체인의 사용 유무를 자동적으로 판단해 조향장치 기어부의 랙의 이동 스트로크를 가변시켜 필요시 선회되는 차량의 타이어 회전 반경을 줄여 편리성을 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠의 조작에 따라 직선 운동되어 차륜에 결합된 타이로드(4)를 이동시키는 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 조절하는 랙스트로크조절수단(10)과, 차량 외부 온도와 더불어 체인이 감아진 타이어의 진동 정도에 따라 상기 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 강제로 오프(Off)시켜 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 초기 설정된 최대 상태로 복귀시키는 타이어간섭차단수단(20)으로 이루어지게 된다.

Description

타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치{Variable rack stroke type steering system for preventing tire interference in vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치의 작동 순서도

도 3은 본 발명에 따른 차량의 선회반경이 축소되는 상태를 나타내는 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 랙어셈블리 2 : 랙바

3 : 조인트 4 : 타이로드

10 : 랙스트로크조절수단 11 : 모터

12 : 인터기어 13 : 스톱기어

14 : 스톱링 15 : 고정케이스

16 : 모터케이스

20 : 타이어간섭차단수단 21 : 센싱부

21a : 온도센서 21b : 진동센서

22 : ECU 23 : 스위칭부

30 : 조작스위치

F : 차체 S : 쇽업소버

V : 차량

본 발명은 차량의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평상시는 물론 체인의 사용 유무에 따라 차량의 선회 반경을 조절할 수 있도록 된 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 주행중인 차량의 진행방향을 운전자가 바꾸기 위해서 구동 차륜을 소정의 각도 내에서 좌우로 이동이 가능하도록 하는 조향장치가 구비되는데, 이 조향장치는 운전자가 직접 조향 조작을 하는 조작부와 조향측의 회전을 감속함으로써 그 조작력을 증대시키고 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어부와 기어부의 움직임을구동 휘일에 전달하고 좌우 휘일의 관계위치를 올바르게 유지하는 링크부로 구성되어 있다.

여기서, 상기 조작부는 통상 조향 휠과 초향축 및 칼럼 등으로 구비되어 있으며, 기어부는 프레임에 고정된 기어로 구성되고, 링크부는 피트먼과 암, 드래그 링크, 너클 암 및 로드등으로 구성된다.

또한, 상기 기어부는 그 형태에 따라 웜 섹터형과 웜 섹터 롤러헝, 랙·피니 언형, 볼 너트형이 있으며, 웜 섹터형은 웜과 부채꼴의 기어를 조합한 것으로 사용되는데, 상기 웜 섹터 롤러형은 섹터기어 대신에 롤러를 구비한 것이며, 랙·피니언형은 랙과 피니언을 조합시킨 것이며, 상기 볼 너트형은 웜과 너트사이에 마찰저항을 감소시키기 위한 것으로 그 내부에 볼을 구비한 것이다.

이와 같은, 차량의 조향장치는 조향시 조향륜이 조향각 크게 이루어지면 최소 회전반경을 줄일 수 있다는 장점이 있는 바, 자동차의 설계시에는 당해 차량의 최소 회전반경을 차량의 선회시 안정성에 큰 영향을 미치지 않는 한도내에서 조향각이 최대로 이루어지도록 설계하고 있다.

한편, 이와 같은 조향장치의 기어부 특히, 랙·피니언형 기어부는 운전자의 조향휠 조작에 따라 직선운동으로 변환해 차륜을 조작하게 될 때 그 이동 스트로크(Stroke)가 기 설정된 상태를 항상 유지하는 즉, 처음 설계시 랙의 좌우 스트로크가 결정되면 나중에 바꿀 수 없는 구조로 형성되어진다.

또한, 차량의 타이어가 갖는 최대 움직임(타이어와 이를 장착한 차체와의 간격) 정도는 초기 설계시 조향장치의 기어부가 갖는 스트로크에 의해 결정되는데 즉, 예를 들어 상기 조향장치의 기어부가 갖는 스트로크가 약 60mm 정도인 경우에는 타이어가 갖는 최대 움직임이 약 20mm 정도로 설계되어지게 된다.

그러나, 이와 같이 조향장치의 스트로크와 타이어가 갖는 최대 움직임이 초기 설계시 대로 고정되어지면, 차량의 선회시 운전자가 습관적으로 핸들을 최대로 돌려 스트로크를 최대로 만들게 되므로 차량의 선회반경이 상대적으로 커지게 되는 단점이 있게 된다.

이에 따라, 차량의 선회 반경이 커지게 되면 선회시 필요 이상의 공간을 차지하게 되어 특히 초보 운전자에게는 불필요한 접촉 사고를 유발하는 일이 종종 있게 되므로, 차량의 모든 기능을 유지하면서 차량의 선회 반경을 최대한 줄일 수 있는 조향장치의 스트로크 설계가 요구되고 있는 실정임은 물론이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 평상시나 동절기 체인 사용 유무에 따라 자동적으로 판단해 조향장치의 랙 스트로크를 가변시켜 필요시 선회되는 차량의 타이어 회전 반경을 줄이거나 초기 설계값인 최대 조향각을 갖도록 해 편리성을 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠의 조작에 따라 직선 운동되어 차륜에 결합된 타이로드를 이동시키는 랙어셈블리의 랙 스트로크를 조절하는 랙스트로크조절수단과, 차량 외부 온도와 더불어 체인이 감아진 타이어의 진동 정도에 따라 상기 랙스트로크조절수단의 작동시 강제로 오프(Off)시켜 랙어셈블리의 랙 스트로크를 초기 설정된 최대 상태로 복귀시키는 타이어간섭차단수단으로 이루어지되, 상기 랙스트로크조절수단은 그 내부에서 축방향으로 위치되는 랙바의 끝단에 볼 죠인트를 매개로 차륜에 결합된 타이로드가 연결되는 랙어셈블리와, 이 랙어셈블리의 랙 스트로크를 가변시키도록 조작스위치를 매개로 동력을 발생시키는 모터와, 이 모터의 축에 치합되어 회전되도록 외주면에 기어를 형성한 인터기어, 이 인터기어에 치합되도록 외주면에 기어를 형성하면서 그 측면에는 서로 간격을 두고 돌출된 단차를 형성한 스톱기어, 상기 랙바의 최대 스트로크시 스톱기어쪽으로 이동되어 단차 부위에 구속되는 단차 부위를 형성하는 스톱링, 상기 기어와 스톱링부위를 감싸 보호하는 고정케이스 및 상기 모터를 감싸면서 랙어셈블리의 끝단부위로 고정케이스와 함께 볼트 체결되는 모터케이스로 이루어지는 한편, 상기 타이어간섭차단수단은 차량 외부온도를 감지하는 온도센서와 노면으로부터 차량에 가해지는 진동 정도를 감지하는 진동센서로 이루어진 센싱부와, 이 센싱부로부터 측정된 신호를 입력받아 설정 조건에 따라 랙스트로크조절수단의 온(On)·오프(Off)여부를 판단하는 ECU 및 이 ECU의 제어신호 출력에 의해 온(On)되어 작동중인 랙스트로크조절수단의 작동을 오프(Off)시키는 스위칭부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 조향휠의 조작에 따라 직선 운동되어 차륜에 결합된 타이로드(4)를 이동시키는 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 초기 설정된 최대 상태로부터 줄일 수 있도록 랙 스트로크를 조절하는 랙스트로크조절수단(10)과, 차량 외부 온도와 더불어 체인이 감아진 타이어의 진동 정도에 따라 상기 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 강제로 오프(Off)시켜 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 초기 설정된 최대 상태로 복귀시키는 타이어간섭차단수단(20)으로 이루어진다.

여기서, 상기 랙스트로크조절수단(10)은 그 내부에서 축방향으로 위치되는 랙바(2)의 끝단에 볼 죠인트(3)를 매개로 차륜에 결합된 타이로드(4)가 연결되는 랙어셈블리(1)와, 이 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 가변시키도록 조작스위치(30)를 매개로 동력을 발생시키는 모터(11)와, 이 모터(11)의 축에 치합되어 회전되도록 외주면에 기어를 형성한 인터기어(12), 이 인터기어(12)에 치합되도록 외주면에 기어를 형성하면서 그 측면에는 서로 간격을 두고 돌출된 단차를 형성한 스톱기어(13), 상기 랙바(2)의 최대 스트로크시 스톱기어(13)쪽으로 이동되어 단차 부위에 구속되는 단차 부위를 형성하는 스톱링(14), 상기 기어(12,13)와 스톱링(14)부위를 감싸 보호하는 고정케이스(15) 및 상기 모터(11)를 감싸면서 랙어셈블리(1)의 끝단부위로 고정케이스(15)와 함께 볼트 체결되는 모터케이스(16)로 이루어진다.

이때, 상기 스톱기어(13)의 돌출된 단차 부위는 약 180°위치로 형성됨과 더불어 상기 스톱링(14)의 단차 부위는 약 90°의 폭을 갖도록 형성되는데 이때, 상기 스톱기어(13)와 스톱링(14)의 단차부위는 랙 스트로크량을 고려하여 결정하게 됨은 물론이다.

또한, 상기 랙스트로크조절수단(10)은 랙어셈블리(1)의 양쪽에 각각 구비되고 랙어셈블리(1)의 작동이 서로 반대로 이루어지므로 상기 랙스트로크조절수단(10)의 구성 요소들은 동일한 구조를 이루되 이와 같은 작용이 이루어지도록 형성됨은 물론이다.

한편, 상기 타이어간섭차단수단(20)은 차량 외부온도를 감지하는 온도센서(21a)와 노면으로부터 차량에 가해지는 진동 정도를 감지하는 진동센서(21b)로 이루어진 센싱부(21)와, 이 센싱부(21)로부터 측정된 신호를 입력받아 설정 조건에 따라 랙스트로크조절수단(10)의 온(On)·오프(Off)여부를 판단하는 ECU(22) 및 이 ECU(22)의 제어신호 출력에 의해 온(On)되어 작동중인 랙스트로크조절수단(10)의 작동을 오프(Off)시키는 스위칭부(23)로 이루어진다.

여기서, 상기 스위칭부(23)는 통전중인 전원을 온(On)·오프(Off)시키기 위해 여러 가지를 사용할 수 있지만 바람직하게는 릴레이를 사용하게 된다.

또한, 상기 ECU(22)에는 실험을 통해 얻어진 체인이 감겨진 상태에서 타이어에서 발생하는 진동 데이터가 맵핑(Mapping)되어 내장되어 있음은 물론이다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 조향장치는 초기 설계된 랙스트로크를 갖는 정상 조향과, 랙스트로크조절수단(10)에 따라 랙스트로크를 줄여주는 가변조향 및 타이어간섭차단수단(20)을 통해 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 강제적으로 오프(Off)해 초기 설계된 랙스트로크로 복귀시키는 복귀조향으로 이루어지게 된다.

즉, 정상 조향은 운전자가 조향을 위하여 조향휠을 조작해 그 회전운동이 조향컬럼을 통해 상기 기어부의 랙어셈블리(1)로 전달되어 피니언과 랙의 직선 운동에 의하여 타이로드(4)를 조작하게 되고, 상기 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크는 처음 설계시 결정된 랙의 좌·우 랙스트로크(설계시 적용값 약 60mm 정도)에 의해 차 륜을 조향하게 된다.

이때, 상기 랙어셈블리(1)에 구비된 랙 스트로크조절수단(10)은 조작스위치(30)가 온(On)되지 않으므로 작동하지 않고 이에 따라, 상기 랙어셈블리(1)의 랙바(2)가 이동되어 스톱기어(13)와 스톱링(14)이 서로 근접되더라도 랙바(2)의 직선 왕복운동에 전혀 영향을 주지 않게 됨은 물론이다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 차량(V)의 회전 반경(R)은 처음 설계시 결정된 조향장치의 최대 좌·우 랙스트로크에 따른 타이어(T)의 선회 범위도 타이어(T)와 차체사이의 간격(설계시 적용값 약 20mm 정도)의 최대 범위내로 움직이게 된다.

그러나, 운전자가 가변조향을 선택하게 되면 랙스트로크조절수단(10)이 작동되어 랙어셈블리(1)의 최 외측단으로 랙바의 스트로크를 제어해 초기 설계시 갖는 것보다 작은 범위로 선회를 할 수 있게 되는데 즉, 상기 랙스트로크조절수단(10)의 조작스위치(30)를 온(On)시켜 모터(11)를 구동시키게 되면 이에 따라, 상기 모터(11)의 회전력이 인터기어(12)를 통해 스톱기어(13)가 전달받아 최대 90°정도로 회전하면서 조향장치의 조향에 의해 이동되는 랙바(2)에 의해 스톱링(14)의 단차 부위가 스톱기어(13)쪽으로 이동되어진다.

이때, 상기 스톱링(14)은 랙어셈블리(1)의 랙바(2)가 최대 스트로크로 이동되기 전에 스톱기어(13)의 단차부위에 서로 결합되면, 상기 랙바(2)가 모터(11)와 스톱기어(13) 및 스톱링(14)의 작용에 의해 늘어나 초기 설계값에 따른 최대 스트로크(예를 들어 60mm)를 넘어서게 되고 이로 인해, 운전자가 조향장치를 조향하면 랙바(2)의 증가된 스트로크에 의해 타이어(T)의 움직임도 정상 조향일때에 비해 더 욱 많이 움직여 도 3에 도시된 바와 같이, 선회되는 차량의 회전반경이 조향장치의 최대 좌·우 랙스트로크에 따른 회전 반경(R)에 비해 상대적으로 줄어든 회전반경(r)을 갖게 되어 차량의 선회가 보다 신속하면서 좁은 공간에서도 차체의 손상없이 이루어지게 됨은 물론이다.

이때, 상기 타이어(T)와 차체사이의 간격은 설계시 적용된 범위인 약 20mm 간격은 정상 조향시 최대한 타이어 방향을 꺾더라도 서로 접촉되지 않는 즉, 타이어에 감겨진 체인에 의한 증가 두께를 고려한 상태이므로 가변조향에 따라 랙바 스트로크가 증가되더라도 타이어(T)의 움직임은 상기 간격(20mm)에 대해 정상 조향에 비해 커질뿐 이 간격(20mm)을 넘어서지 않음은 물론이다.

한편, 타이어간섭차단수단(20)을 통해 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 강제적으로 오프(Off)해 초기 설계된 랙스트로크로 복귀시키는 복귀조향은 동절기시 장착된 타이어(T)를 감싼 체인의 유·무를 자동으로 감지해 이루어지는데 즉, 상기 복귀조향시에는 ECU(22)가 도 2에 도시된 바와 같이 타이어간섭차단수단(20)을 이루는 ECU(22)가 랙스트로크조절수단(10)의 조작스위치(30)가 온(On)되었다고 판단될 때 센싱부(21)의 온도센서(21a)를 통해 외부온도가 영하인지 여부를 판단하게 된다.

이어, 상기 ECU(22)가 랙스트로크조절수단(10)이 작동중이고 외부온도가 영하이라고 판단될 때에는 센싱부(21)의 진동센서(21b)를 통해 전송되는 차량 진동 정도를 기 맵핑(Mapping)된 진동 데이터와 비교·분석해 차량진동(진동센서(21b)에 의해 측정된 진동)과 체인진동(실험에 의해 기 맵핑(Mapping)된 진동)이 서로 동일 한지 여부를 판단하게 된다.

이후, 상기 ECU(22)가 차량진동과 체인진동이 서로 동일하다고 판단되면 조작스위치(30)와 모터(11)로 연결된 전기회로에 구비된 스위칭부(23)에 제어 신호를 보내 조작스위치(30)와 모터(11)사이의 통전을 끊어 랙스트로크조절수단(10)의 작동을 강제로 오프(Off)시키게 된다.

이때, 상기 ECU(22)로 입력되는 센싱부(21)의 신호 중 어느 하나라도 기 설정된 기준 값에 미달하거나 또는 입력되지 않는 경우에는 스위칭부(23)에 다시 제어 신호를 보내 조작스위치(30)와 모터(11)사이를 통전시켜 랙스트로크조절수단(10)의 작동시키게 된다.

이와 같이, 상기 타이어간섭차단수단(20)을 통해 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 이의 작동을 강제적으로 오프(Off)해 초기 설계된 랙스트로크로 복귀시키게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 차량(V)의 회전 반경(R)은 처음 설계시 결정된 좌·우 랙스트로크(설계시 적용값 약 60mm 정도)에 따라 타이어(T)와 차체사이의 간격(설계시 적용값 약 20mm 정도)의 최대 범위내에서 가변조향시보다 체인 두께 많큼 상대적으로 적은 정상조향시와 같이 타이어(T)의 꺾임이 작아져 차양(V)의 선회 반경이 가변조향시 반경(r)보다 정상조향시 반경(R)으로 증가되어진다.

즉, 차량의 선회시 랙스트로크가 초기 설계 값보다 줄어드는 랙스트로크조절수단(10)을 통한 가변조향시 상대적으로 줄어든 타이어(T)와 차체사이의 간격이 초기 값으로 복귀되므로 타이어(T)에 감긴 체인의 폭을 고려하더라도 체인이 차체와 부딪치는 것이 완전히 차단(이는 초기 설계 값인 20mm 는 이와 같은 현상을 완전히 방지하는 간격이기 때문임)할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 필요시 조향장치의 랙 스트로크가 줄어드는 가변 랙 스트로크 장치를 사용해 초기 설정된 랙스트로크를 줄여 차량의 선회 반경을 줄여 주고, 이에 따라 선회시 필요 이상의 선회 공간을 차지하지 않고 넓은 선회 반경에 의한 초보 운전자의 불필요한 접촉 사고 유발을 방지할 수 있는 효과가 있다

또한, 본 발명은 조향장치의 랙 스트로크가 줄어드는 가변 랙 스트로크 장치가 작동된 상태에서 동절기시 장착되는 체인을 자동적으로 감지해 줄어든 선회 반경을 초기 설정된 상태로 증가시켜 주게 되어, 운전자가 일일이 체인의 착용상태를 감지하지 못 한 채로 줄어든 랙 스트로크에 의한 선회시 타이어와 차체사이의 간섭을 완전히 차단시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims

조향휠의 조작에 따라 직선 운동되어 차륜에 결합된 타이로드(4)를 이동시키는 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 조절하는 랙스트로크조절수단(10)과, 차량 외부 온도와 더불어 체인이 감아진 타이어의 진동 정도에 따라 상기 랙스트로크조절수단(10)의 작동시 강제로 오프(Off)시켜 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 초기 설정된 최대 상태로 복귀시키는 타이어간섭차단수단(20)으로 이루어지되,

상기 랙스트로크조절수단(10)은 그 내부에서 축방향으로 위치되는 랙바(2)의 끝단에 볼 죠인트(3)를 매개로 차륜에 결합된 타이로드(4)가 연결되는 랙어셈블리(1)와, 이 랙어셈블리(1)의 랙 스트로크를 가변시키도록 조작스위치(30)를 매개로 동력을 발생시키는 모터(11)와, 이 모터(11)의 축에 치합되어 회전되도록 외주면에 기어를 형성한 인터기어(12), 이 인터기어(12)에 치합되도록 외주면에 기어를 형성하면서 그 측면에는 서로 간격을 두고 돌출된 단차를 형성한 스톱기어(13), 상기 랙바(2)의 최대 스트로크시 스톱기어(13)쪽으로 이동되어 단차 부위에 구속되는 단차 부위를 형성하는 스톱링(14), 상기 기어(12,13)와 스톱링(14)부위를 감싸 보호하는 고정케이스(15) 및 상기 모터(11)를 감싸면서 랙어셈블리(1)의 끝단부위로 고정케이스(15)와 함께 볼트 체결되는 모터케이스(16)로 이루어지는 한편,

상기 타이어간섭차단수단(20)은 차량 외부온도를 감지하는 온도센서(21a)와 노면으로부터 차량에 가해지는 진동 정도를 감지하는 진동센서(21b)로 이루어진 센싱부(21)와, 이 센싱부(21)로부터 측정된 신호를 입력받아 설정 조건에 따라 랙스트로크조절수단(10)의 온(On)·오프(Off)여부를 판단하는 ECU(22) 및 이 ECU(22)의 제어신호 출력에 의해 온(On)되어 작동중인 랙스트로크조절수단(10)의 작동을 오프(Off)시키는 스위칭부(23)로 이루어진 타이어 간섭 차단용 차량의 가변 랙 스트로크 조향장치.