KR100589155B1 - 조향력 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보조 동력장치인 구동모터에 의해 랙바의 이송을 돕도록 함으로써 운전자의 조향 조작력을 경감시킬 수 있는 조향력 보조장치에 관한 것으로서, 너트 형상의 이송부를 갖춘 구동모터와; 상기 이송부의 너트에 맞물리도록 볼트 형상으로 이루어지는 랙바와; 상기 구동모터에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전원공급장치와; 차량의 속도를 측정하기 위한 차속센서와; 앞차륜의 조향각을 측정하기 위한 조향각센서와; 상기 구동모터의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위해 설치되는 제어부로 구성된다.

본 발명에 의하면, 운전자의 조향 조작력이 경감되고, 구동모터의 이송부를 너트형상으로 함으로써 접지면적을 극대화시킬 수 있을 뿐 아니라 설치에 소요되는 공간을 가능한한 작게 할 수 있어 공간활용성이 향상되는 효과를 갖는다.

구동모터, 조향 조작력 경감, 랙바

Description

조향력 보조장치{Auxiliary apparatus for steering power}

도 1은 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 설치상태를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 이송부와 랙바의 연결상태를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 구성요소를 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 작동관계를 나타내는 동작흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 조향력 보조장치 12: 타이로드

16: 앞차륜 18: 크로스 멤버

20: 구동모터 22: 이송부

24: 브라켓트 26: 너트부

30: 랙바 32: 볼트부

40: 댐퍼 42: 차속센서

44: 조향각센서 50: 제어부

52: 전원공급장치

본 발명은 조향력 보조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 동력장치인 구동모터에 의해 랙바의 이송을 돕도록 함으로써 운전자의 조향 조작력을 경감시킬 수 있는 조향력 보조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 조향 장치는 운전자의 의도에 따라 자동차의 진행방향을 임의의 방향으로 바꾸어 주는 장치이다.

이러한 자동차의 조향장치는 운전자가 직접 조작하는 조작기구와, 상기 조작기구로부터 전달받은 조작력의 운동방향을 바꿈과 동시에 조작력을 증대시켜 링크기구로 전달하는 기어기구와, 상기 기어기구의 작동을 앞바퀴로 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계를 일정하게 유지시키는 링크기구로 구성된다.

특히, 상기 기어기구는 조향축 끝단에 피니언 기어를 설치하여 랙 기어에 맞물리도록 한 구조이다.

즉, 피니언 기어(pinion gear)가 회전하면 랙 기어(rack gear)가 형성된 랙바는 옆 방향으로 수평이동하면서 양 끝단에 연결된 타이로드(tie rod)를 통해 너클과 함께 조향바퀴가 움직이도록 되어 있다.

따라서, 운전자의 조향 조작력은 조향 핸들을 돌림으로써 기어기구의 피니언 기어를 회전시키고, 이에 따라 피니언 기어에 맞물린 랙 바가 수평이동하면서 타이로드를 통해 차륜에 전달된다.

그러나 대형 자동차나 저압 타이어를 사용한 경우에는 앞바퀴의 접지저항이 증대하므로 조향휠의 조작력이 커지므로 신속한 조향 조작을 할 수 없게 된다.

따라서, 가볍고 신속한 조향 조작을 위해 또는 운전자의 편의를 도모하고자 최근의 자동차에서는 운전자의 조향 조작력을 경감시키기 위해 유압식 조향장치가 사용되고 있다.

유압식 조향장치라함은 유압 실린더를 설치하여 조향휠의 조작력을 그 유압작용에 의해 경감시키는 것을 말하며, 일반적으로 엔진이 오일펌프를 구동하여 발생한 유압을 이용하는 것이다.

그러나 상기한 종래의 유압식 조향장치에서는 조향핸들의 회전각에 따라 조향력이 발생하지만 유압의 특성상 조향핸들의 회전각의 증가에 따른 조향력 크기의 증가폭은 점차 작아지므로, 앞차륜의 조향각을 5도 이상으로 좌,우회전시켜야 하는 경우 운전자는 조향핸들에 큰 조작력을 주어 최대한 회전시켜야 하는 문제점이 있다.

즉, 좁은 공간에 주차하는 경우 잦고 급격한 좌우회전으로 인해 운전자의 손목에 무리한 힘이 가해지게 되고, 이에 따라 운전자가 여성이나 노약자인 경우 손목에 부상을 입게 되는 경우도 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 조향각이 5도 이상인 경우에는 보조 동력장치인 구동모터에 의해 랙바의 이송을 돕도록 함으로써 조향 조작력을 경감시킬 수 있는 조향력 보조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 구동모터의 이송부를 너트형상으로 함으로 써 랙바와의 접지면적을 넓혀 조향력 전달효율을 크게 하고 상기 구동모터의 설치에 따른 공간상 제약을 최대한 작게 할 수 있는 조향력 보조장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향축의 피니언 기어에 맞물린 랙바를 통해 차륜의 타이로드로 조향 조작력이 전달되는 유압식 조향장치에 있어서,원통형태의 내주면에 나사선이 가공된 너트 형상의 이송부를 갖추고, 차체의 크로스 멤버에 고정되어 설치된 구동모터와; 상기 구동모터의 작동에 의해 수평이동이 가능하도록 일단부가 상기 이송부의 너트에 맞물리도록 외주면에 나사선이 가공된 볼트 형상을 갖고, 상기 이송부를 관통하여 설치되는 랙바와; 상기 구동모터에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전원공급장치와; 상기 구동모터의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위해 설치되는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이하이고 앞차륜의 조향각이 5도 이상에서만 구동모터를 작동시키기 위해 차속센서 및 조향각센서 추가적으로 구비되고, 구동모터에 의한 급격한 조향력을 완화시켜 상기 타이로드에 전달할 수 있도록 댐퍼가 설치된다.

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

도 1은 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 설치상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이송부와 랙바의 연결상태를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 구성요소를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 조향력 보조장치의 작동관계를 나타내는 동작흐름도이다.

본 발명에 따른 조향력 보조장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 너트형태의 이송부(22)를 구비한 구동모터(20)와, 일단부가 상기 이송부(22)에 관통되어 맞물리도록 볼트형태로 이루어진 랙바(30)와, 상기 구동모터(20)에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치(52)와, 차량속도를 측정하기 위한 차속센서(42)와, 앞차륜(16)의 조향각도를 측정하기 위한 조향각센서(44)와, 상기 차속센서(42) 및 조향각센서(44)로부터 측정값을 입력받아 상기 구동모터(20)를 제어하기 위해 설치된 제어부(50)로 구성된 것이다.

더욱 상세히 설명하면, 상기 랙바(30)는 종래의 랙바와 동일한 형상과 기능을 가지며, 다만 타이로드(12)에 연결되는 종단부의 형상이 외주면에 나사선이 형성된 볼트부(32)로 이루어져 있다.

한편, 상기 구동모터(20)는 조향축의 피니언 기어에 맞물린 랙바(30)를 통해 차륜의 타이로드(12)로 조향력이 전달되는 과정에서 상기 랙바(30)의 조향력을 증대시키기 위해 설치되는 것으로서, 원통형태의 내주면에 나사선이 가공된 너트 형상의 이송부(22)를 갖추고, 차체의 크로스 멤버(18)에 브라켓트(24)에 의해 고정되어진다.

또한, 상기 랙바(30)의 볼트부(32)는 상기 구동모터(20)의 이송부(22)에 관통되어 내주면의 너트부(26)에 맞물리도록 설치된다.

따라서, 상기 구동모터(20)의 이송부(22)의 너트부(26)가 회전운동을 하면, 상기 너트부(26)에 볼트부(32)가 맞물려있는 랙바(30)가 전,후 방향으로 직선운동하면서 좌,우 차륜의 타이로드(12)에 전달되는 조향력을 증대시킨다.

즉, 상기 랙바(30)의 조향력이 증대되면 운전자의 조향 조작력은 경감되므로 운전자의 조향 편의성은 향상된다.

상기와 같이 구동모터(20)의 이송부(22)를 너트형태로 하는 이유는, 상기 이송부(22)와 상기 랙바(30)의 접지면적을 크게 하여 조향력 전달효율을 높이고, 다른 한편 상기 구동모터(20)가 차지하는 부피를 최대한 적게 함으로써 공간활용성을 높이기 위함이다.

상기 전원공급장치(52)는 상기 구동모터(20)에 전원을 공급하기 위해 설치한다.

상기 차속센서(42)는 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이하에서만 상기 제어부(50)가 상기 구동모터(20)를 작동시킬 수 있도록 차량의 속도를 측정한 후 전기적 신호로 바꾸어 상기 제어부(50)로 전달하기 위해 설치되는 것이다.

이와 같이 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이하에서만 상기 구동모터(20)를 작동시켜 상기 랙바(30)의 조향력을 증대시키는 이유는, 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이상인 중,고속에서 조향력을 증대시킬 경우 급격한 선회로 사고의 위험이 있기 때문이다.

또한, 차량의 중,고속에서는 작은 조향력에 의해서도 쉽게 조향조작이 가능하므로 굳이 상기 구동모터(20)에 의해 상기 랙바(30)의 조향력을 보조하여 증대시킬 이유가 없기 때문이기도 하다.

한편, 상기 조향각센서(44)는 앞차륜(16)의 조향각이 5도 이상에서만 상기 구동모터(20)를 작동시킬 수 있도록 앞차륜(16)의 조향각을 측정하여 전기적 신호로 바꾸어 상기 제어부(50)로 전달하기 위해 설치되는 것이다.

이와 같이 앞차륜(16)의 조향각이 5도 이상에서만 상기 구동모터(20)를 작동시키는 이유는, 조향각이 약 5도 미만인 경우에는 종래의 유압장치에 의해서도 충분한 조향력을 확보할 수 있어서 조향력을 보조할 필요성이 적을 뿐 아니라 오히려 상기 구동모터(20)의 과부하로 엔진의 출력저하만 발생할 우려가 있기 때문이다.

상기 제어부(50)는 상기 차속센서(42) 및 상기 조향각센서(44)로부터 차량 속도 및 앞차륜(16)의 조향각을 입력받아 상기 구동모터(20)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위해 설치된다.

한편, 상기 댐퍼(40)는 상기 구동모터(20)에 의한 보조 조향력이 매우 급격히 변하므로 이를 완화시켜 타이로드(12)에 전달하기 위해 설치되는 것으로서, 상기 랙바(30)의 종단부와 상기 타이로드(12) 사이에 연결 설치되고, 탄성력을 갖는 고무부재로 이루어져 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

운전자가 좁은 공간에 주차하려면 전,후진은 물론 좌,우로 조향핸들을 최대한 꺽어 앞차륜을 회전시켜야 하므로 매우 큰 조향 조작력이 요구된다.

본 발명에 따른 조향력 보조장치에 의하면 차량시동 후 먼저 차속센서(42)와 조향각센서(44)에 의해 차량의 속도와 앞차륜(16)의 조향각을 측정한다.(S10)

이어서, 상기 차속센서(42)에 의해 측정된 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이하이고 상기 조향각센서(44)에 의해 측정된 앞차륜(16)의 조향각이 5도 이상인지 여부를 상기 제어부(50)에서 판단한 후(S20), 상기 조건을 만족하면 상기 제어부(50)는 구동모터(20)를 온(on) 시킨후 너트형상의 이송부(22)를 회전시키면서 볼트형상의 랙바(30)를 전진 또는 후진 이동시킨다.(S30)

예컨대, 조향핸들의 좌,우 회전에 따라 상기 랙바(30)가 우측으로 이동할 때에는 상기 구동모터(20)의 이송부(22)는 정방향으로 회전하면서 상기 랙바(30)를 전진 이동하도록 보조 조향력을 상기 랙바(30)에 제공하고, 반대로 상기 랙바(30)가 좌측으로 이동할 때에는 상기 구동모터(20)는 반대방향으로 회전하면서 상기 랙바(30)가 후진 이동하도록 보조 조향력을 상기 랙바(30)에 제공한다.

이에 따라 상기 랙바(30)에 좌,우측 방향으로 작용하는 힘은 종래의 유압조향장치에 의한 유압과 상기 구동모터(20)의 이송력이 합해지므로 조향력이 증대되고, 그 만큼 운전자의 조향 조작력은 경감된다.

한편, 운전자가 조향핸들을 풀어 앞차륜(16)의 조향각이 5도 이하가 되거나 가속페달을 밟아 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이상이 되면, 상기 제어부(50)는 상기 구동모터(20)를 오프(off)시킨다.(S40)

따라서, 차량이 작은 각도로 좌,우 회전하거나 중,고속으로 주행중인 경우에는 상기 구동모터(20)에 의한 보조 조향력이 제공되지 않는다.

이는 중,고속으로 주행중인 경우에 급격한 조향운동으로 사고가 일어나는 것을 방지하고자 함이며, 또한 작은 각도로 회전하는 경우에는 운전자가 작은 조향 조작력만으로도 차량의 선회운동을 제어할 수 있으므로 보조 조향력이 필요없기 때 문이다.

결과적으로, 운전자는 작은 각도로 선회하거나 큰 각도로 선회하는가에 관계없이 일정한 조향 조작력만으로 차량의 선회운동을 조작할 수 있으므로 운전자의 조향 편의성이 향상된다.

다만, 상기 구동모터(20)의 의한 보조 조향력은 모터의 특성상 온 또는 오프에 따라 급격하게 작용하므로 이를 완화시키기 위해 상기 랙바(30)와 타이로드(12) 사이에 댐퍼(40)가 설치되어 있다.

따라서, 랙바(30)를 통해 타이로드(12)에 전달되는 조향력은 상기 댐퍼(40)를 통해 완화되어 전달되므로 한층 더 부드러운 조향이 가능해진다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.

상술한 본 발명에 따른 조향력 보조장치에 의하면, 좁은 공간에서 주차시 좌,우로 5도 이상의 조향각으로 앞차륜을 회전시켜야 하는 경우 랙바에 설치된 구동모터에 의해 보조 조향력을 제공함으로써 운전자의 조향 조작력이 경감되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 구동모터의 이송부를 너트형상으로 함으로써 접지면적을 극대화시켜 보조 조향력의 전달효율을 높이고 구동모터의 설치에 소요되는 공간을 가 능한한 작게 할 수 있으며, 랙바와 타이로드 사이에 댐퍼를 설치하여 상기 구동모터에 의한 보조 조향력을 완화시켜 차륜에 전달함으로써 부드러운 조향 조작이 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 조향축의 피니언 기어에 맞물린 랙바를 통해 차륜의 타이로드로 조향 조작력이 전달되는 유압식 조향장치에 있어서,

   원통형태의 내주면에 나사선이 가공된 너트 형상의 이송부를 갖추고, 차체의 크로스 멤버에 고정되어 설치된 구동모터와, 상기 구동모터의 작동에 의해 수평이동이 가능하도록 일단부가 상기 이송부의 너트에 맞물리도록 외주면에 나사선이 가공된 볼트 형상을 갖고, 상기 이송부를 관통하여 설치되는 랙바와, 상기 구동모터에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전원공급장치와, 상기 구동모터의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위해 설치되는 제어부를 구비하고;

   상기 제어부에는 차량의 속도가 30 ㎞/hr 이하에서만 상기 구동모터를 작동시키기 위해 차량의 속도를 측정한 후 전기적 신호로 바꾸어 상기 제어부로 전달할 수 있는 차속센서가 추가로 구비되며;

   상기 제어부에는 앞차륜의 조향각이 5도 이상에서만 상기 구동모터를 작동시키기 위해 차륜의 조향각을 측정한 후 전기적 신호로 바꾸어 상기 제어부로 전달할 수 있는 조향각센서가 추가로 구비되고;

   상기 랙바와 상기 타이로드 사이에는 상기 구동모터에 의한 급격한 조향 조작력을 완화시켜 상기 타이로드에 전달할 수 있도록 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 조향력 보조장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 댐퍼는 탄성력이 있는 고무재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조향력 보조장치.

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