KR100619225B1 - 조향 휠의 회전수 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향장치에 관한 것으로서, 특히 조향 휠의 회전수를 가변적으로 조절할 수 있는 조향 휠의 회전수 조절장치에 관한 것이다.

조향 휠의 회전수, 조절장치

Description

조향 휠의 회전수 조절장치 { APPARATUS TO ADJUST TO REVOLUTION OF STEERING WHEEL }

도 1은 종래의 SBW 시스템을 도시한 개략도,

도 2는 종래의 SBW 시스템의 조향 휠의 회전수 제한장치를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향 휠의 회전수 조절장치를 도시한 사시도,

도 4는 도 3의 A-A선을 취하여 본 개략적인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 스티어링 샤프트, 200 : 회동부재,

250 : 회전돌기, 500 : 하우징,

550 : 슬릿, 600 : 조절부재,

650 : 수용홈, 700 : 이송너트,

750 : 슬라이더, 800 : 잠금너트.

본 발명은 조향장치에 관한 것으로서, 특히 조향 휠의 회전수를 가변적으로 조절할 수 있는 조향 휠의 회전수 조절장치에 관한 것이다.

조향 장치란 차의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조정하는 장치로서 자동차의 진행 방향을 운전자가 조향 휠(Steering wheel)을 돌려 자유로이 바꾸는 장치이며 운전자에게 있어서는 가장 중요한 정보원이며 제어 수단이 된다. 이러한 조향장치는 운전자가 조향 휠의 각도를 변화 시켜 바퀴에 동력을 전달하는 기구로 구성되어 있다.

한편, 조향 휠과 전륜 조향장치 사이의 기계적인 연결이 없고 그 밖의 수단으로 전륜을 조향하는 시스템으로써 스티어 바이 와이어(Steer by Wire,이하 SBW) 시스템이 있다.

도 1은 종래의 SBW 시스템을 도시한 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, SBW 시스템은 조향 시스템을 기계적 연결 (스티어링 컬럼, 유니버설 조인트, 피니언 샤프트 등)이 없이 전기적인 동력 (모터, 센서 등)을 이용하여 차량을 조타시킨다.

즉, 운전자가 조향 휠(10)을 조작하면 ECU(20)에서 제어하여 기어박스(30)를 작동시켜 전륜을 조향시키는 것이다.

이러한 SBW 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해 대폭 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 부품수 대폭 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 대폭 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍 에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.

그러나, 전술한 SBW 시스템에서는 다음과 같은 문제가 있다.

기존의 조향시스템에서는 조향 휠(10)과 기어박스(30) 사이에 기계적인 연결(스티어링 컬럼, 유니버설 조인트, 피니언 샤프트 등)이 있어서 별도의 조향 휠(10) 회전수(약 2.5 ~ 3.5 회전) 제한장치가 불필요했다. 그러나 상기에서 설명한 SBW 시스템에서는 기계적 연결이 없으므로 조향 휠(10)의 회전수를 제한할 장치가 없을 경우 센서의 파손, 시스템 오작동 등의 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 출원인은 스티어 바이 와이어 시스템의 스티어링 휠 회전수 제한장치(특허출원번호 10-2003-92605, 이하 '선출원'이라 함.)에 관하여 선출원한 바 있다.

도 2는 종래의 즉 본 출원인이 선출원한 SBW 시스템의 조향 휠 회전수 제한장치를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 선출원은 스티어 바이 와이어 시스템에 있어서, 스티어링 샤프트(100)와 연결되며 외주면에 나사산이 형성된 회동부재(200)와; 상기 회동부재(200)와 나사 결합되어 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 이동되는 이송너트(300)를 포함하여 이루어지되, 상기 이송너트(300)의 외주면에는 슬라이드 부재(315)가 장착되어 있고, 상기 슬라이드 부재(315)가 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 이동되는 것을 가이드하는 슬릿(410)이 설치된 프레임(400)이 장착된다.

그리고, 상기 이송너트(300)의 하면에는 고정플레이트(330)가 장착되고, 상기 프레임(400)에는 상기 고정플레이트(330)가 하방으로 밀려나지 않도록 지지해주는 지지부(430)가 형성된다.

회동부재(200)는 스티어링 샤프트(100)와 어댑터(150)로 연결되어 있다.

이송너트(300)의 내부에는 회동부재(200)와 결합되기 위한 나사산이 형성되어 있다.

이송너트(300)의 하면에는 슬라이드 부재(315)가 고정되어 있는 장착플레이트(미도시)가 장착된다.

여기에, 슬라이드 부재(315)가 회동부재(200)의 길이방향으로 이동되는 것을 가이드하는 슬릿(410)이 설치된 프레임(400)이 장착된다.

프레임(400)은 차체에 볼트로 고정된다.

이하, 전술한 구성을 갖는 선출원의 작용을 알아본다.

운전자가 조향 휠을 회전시키면 조향 휠과 연결된 스티어링 샤프트(100)도 함께 회전하게 된다.

이때, 스티어링 샤프트(100)와 어댑터(150)로 연결된 회동부재(200)가 회전하여 회동부재(200)와 결합되어 있는 이송너트(300)가 상ㆍ하로 이동하게 된다.

여기서, 회동부재(200)와 스티어링 샤프트(100)는 어댑터(150) 없이 연결될 수도 있고, 스티어링 샤프트(100)의 끝단에 회동부재(200)와 같은 나사산이 직접 형성될 수도 있음은 물론이다.

또한, 나사산이 형성된 회동부재(200)는 홈에 강구를 넣은 일반적인 볼나사로 대체될 수도 있다. 볼나사로 대체되면 마찰이 감소한다.

이송너트(300)의 측면에 장착된 슬라이드 부재(315)는 프레임(400)에 설치된 슬릿(410)을 따라 이동하므로 슬릿(410)의 끝단에 부딪치게 되면 더 이상 이동하지 못하게 된다.

이때, 슬라이드 부재(315)는 장착플레이트에 고정되어 이송너트(300)에 장착될 수도 있다.

이에 따라, 이송너트(300)는 더 이상 상ㆍ하로 이동하지 못하게 되어 스티어링 샤프트(100)가 회전되지 않으므로 조향 휠의 회전수를 제한 할 수 있고 조향 휠이 과도하게 회전하려는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 슬릿(410)의 길이를 적절하게 조절하여 조향 휠의 회전수를 3회전 이내로 제한할 수 있는 것이다.

이렇게, 조향 휠의 회전수를 제한하는 장치가 장착됨으로써, 조향 휠의 회전수를 적절하게 조정하여 센서의 파손이나 시스템의 오작동 등을 방지할 수 있다.

나아가, 슬라이드 부재(315)가는 이송너트(300) 외주면의 양측에 각각 장착될 수도 있으며, 이때 슬릿(410) 또한 프레임(400)의 양측에 각각 설치된다.

이렇게, 회동부재(200)의 양측에 슬라이드 부재(315)가 장착되면, 더 확실하게 조향 휠의 회전수를 제한할 수 있다.

한편, 이송너트(300)의 하면에 고정플레이트(330)가 장착되고, 프레임(400)의 하단에는 고정플레이트(330)가 하방으로 밀려나지 않도록 지지해주는 지지부(430)가 절곡 형성된다.

이렇게, 프레임(400)에 지지부(430)가 절곡 형성되어 고정플레이트(330)를 지지해줌으로써, 슬라이드 부재(315)가 슬릿(410)을 따라 과도하게 이동할 때 슬라이드 부재(315)의 파손을 방지할 수 있다.

그러나, 이러한 구조로 이루어진 선출원 발명은, 상기 이송너트(300)의 이동거리가 처음부터 일정하게 제한되어 있어서 초기 설정 값 이외에는 변경할 수 없어 가변조향기어비의 구현을 불가능하게 하는 문제점이 있다.

또한, 슬라이드 부재(315)가 장착되는 상기 프레임(400)이 양측면만으로 이루어져 상기 이송너트(300) 등에 과도한 하중이 인가될 경우 상기 프레임(400) 및 그 내부 부품들이 쉽게 비틀어지거나 파손될 우려가 있다.

또한, 상기 프레임(400)이 개방구조로 되어 있어 이물질 유입에 의한 상기 회동부재(200) 및 이송너트(300)의 작동성을 저해할 우려가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 조향 휠의 회전수를 가변적으로 조절할 수 있는 즉, 이송너트의 이동거리를 가변적으로 조절할 수 있는 조향 휠의 회전수 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 장치의 파손 및 변형을 방지하고, 프레임 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 조향 휠의 회전수 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 조향 휠의 회전수 조절장치는 스티어링 샤프트와 연결되며 외주면에 나사산이 형성된 회동부재와; 상기 회동부재와 나사 결합되어 상기 회동부재의 길이방향으로 이동되는 이송너트와; 상기 이송너트 가 상기 회동부재의 길이방향으로 이동되는 것을 가이드 하는 하우징을 포함하여 이루어지되, 상기 하우징의 상단에는 상기 스티어링 샤프트가 장착되고, 하단에는 상기 이송너트의 이동거리를 조절하는 조절부재가 장착된다.

상기 하우징은 원통형상으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

상기 조절부재는 외주면에 나사산을 갖는 스크루 형상으로 이루어지고, 상기 하우징의 하단 내주면에는 상기 조절부재의 외주면과 치합되는 나사산이 형성되도록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 조절부재의 외주면에는 잠금너트가 장착되되, 상기 잠금너트는 상기 하우징의 하단에 접하여 상기 조절부재를 고정시키도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 조절부재와 인접한 상기 회동부재의 끝단에는 회전돌기가 형성되고, 상기 조절부재에는 상기 회전돌기가 삽입되는 수용홈이 형성되도록 함이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향 휠의 회전수 조절장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선을 취하여 본 개략적인 단면도이다.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

또한, 종래의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용 한다.

도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 스티어링 샤프트(100), 하우징(500), 회동부재(200), 이송너트(700), 조절부재(600), 잠금너트(800) 등으로 이루어진다.

도 3은 하우징(500) 내부의 부품들을 나타내기 위해서 투시도 형식으로 사시도를 표현하였다.

상기 스티어링 샤프트(100)와 회동부재(200)는 종래기술(본 출원인의 선출원발명)과 동일한바 자세한 설명은 이하 생략한다.

상기 하우징(500)은 중공 원통형상으로써, 상단과 하단이 개방되어 있으며, 상단에는 상기 스티어링 샤프트(100)가 장착되고, 하단에는 상기 조절부재(600)가 장착된다.

이때, 상기 하우징(500)은 전체적으로 원통형이 아닌 다각형상을 취하고, 상기 조절부재(600)와 체결되는 하단부분만 원통형상으로 형성되도록 할 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 전체적으로 원통형상을 이루도록 함이 가공이나 비용 면에서 바람직하다.

상기 이송너트(700)는 상기 하우징(500) 내부에서 상기 회동부재(200)와 나사 결합되는데, 상기 하우징(500)에 의해 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 이동되도록 가이드 된다.

이를 위해서 상기 이송너트(700)의 외주면과 하우징(500)의 내주면에는 상기 이송너트(700)가 슬라이딩 가능한 구조로 이루어진다.

예를 들어, 상기 이송너트(700)의 외주면에는 돌기를 형성되고, 상기 하우징(500)의 내주면에는 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 홈을 형성하여 상기 돌기가 홈에 배치되어 상기 이송너트가(700) 슬라이딩되도록 하는 구조로 이루어진다.

물론, 상기 이송너트(700)의 외주면에 홈을 형성하고 상기 하우징(500)의 내주면에 돌기를 형성하여 상기와 동일한 효과를 얻을 수도 있다.

바람직하게는, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 이송너트(700)의 외주면에는 슬라이더(750)를 장착하고, 상기 하우징(500)에 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 슬릿(550)을 형성하여 상기 슬라이더(750)가 상기 슬릿(550)에 배치되어 슬라이딩되도록 한다.

이때, 상기 슬라이더(750)는 상기 이송너트(700)에 일체로 형성될 수 있으나, 체결부재를 사용하여 상기 슬라이더(750)의 외주면에 장착되도록 함이 바람직하다.

이렇게 함으로써, 상기 이송너트(700)를 상기 하우징(500) 내부에 용이하게 장착할 수 있으며, 그 후에 상기 슬라이더(750)도 용이하게 상기 이송너트(700)에 장착할 수 있다.

상기 슬라이더(750)는 상기 슬릿(550)에 장착·배치되어 상기 이송너트(700)가 상기 회동부재(200)의 길이방향으로 이동되도록 한다.

상기 조절부재(600)는 상기 하우징(500)의 하단에 장착되는데, 이는 상기 하우징(500)의 내부공간 즉 상기 이송너트(700)의 이동공간을 축소시키거나 확장시킬 수 있는 구조로 이루어지면 충분하고, 바람직하게는 원통형으로써 외주면에 나사산 을 갖는 스크루 형상으로 이루어지도록 한다.

이때, 상기 하우징(500)의 하단 내주면에는 상기 조절부재(600)의 외주면에 형성된 나사산과 치합되는 나사산이 형성된다.

그리고, 상기 조절부재(600)의 외주면에는 잠금너트(800)가 장착되는데, 상기 잠금너트(800)는 상기 하우징(500)의 하단에 접하여 상기 조절부재(600)를 고정시킨다.

이때, 상기 잠금너트(800)의 외주면은 다각형상을 갖도록 함이 바람직하다.

이는 상기 잠금너트(800)를 용이하게 회전 즉, 잠그거나 풀 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 회동부재(200)의 끝단 즉, 상기 조절부재(600)와 인접한 단면에는 회전돌기(250) 형성되는데, 상기 회전돌기(250)는 원통형으로써 상기 회동부재(200)와 동일한 지름을 갖도록 할 수 있으나, 약간 작은 지름을 갖도록 함이 바람직하다.

상기 회전돌기(250)가 안착되도록 하기 위해, 상기 조절부재(600)에는 수용홈(650)이 형성되는데, 상기 수용홈(650)의 깊이는 최소한 상기 조절부재(600)가 이동할 수 있는 거리보다 같거나 더 길도록 함이 바람직하다.

이는 상기 조절부재(600)가 회전하여 이동할 경우 상기 회전돌기(250)가 상기 수용홈(650)의 저면과 맞닿지 않도록 하기 위함이다.

이때, 상기 수용홈(650)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 조절부재(600)를 관통하는 관통공 형상으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 회전돌기(250) 또는 상기 수용홈(650)에는 베어링을 장착하여 상기 회동부재(200)가 용이하게 회전되도록 할 수도 있다.

한편, 상기 스티어링 샤프트(100)와 상기 회동부재(200)는 직접적으로 상호 연결될 수도 있고, 어댑터를 사용하여 연결될 수도 있다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 실시예의 작동에 대하여 알아본다.

운전자가 조향 휠(미도시)을 회전시키면 조향 휠과 연결된 스티어링 샤프트(100)도 함께 회전하게 된다.

이때, 스티어링 샤프트(100)와 연결된 회동부재(200)도 회전하게 되는데, 상기 회동부재(200)의 끝단에는 회전돌기(250) 형성되어 있고 이는 상기 조절부재(600)에 형성된 수용홈(650)에 삽입·배치되므로 상기 회동부재(200)에 가해지는 하중을 분산시키며 상기 회동부재(200)가 회전할 때 흔들리거나 회전축이 변형되는 것을 방지할 수 있어 상기 회동부재(200)가 일정하게 회전되도록 할 수 있다.

상기 회동부재(200)의 회전에 의해 나사 결합되어 있는 이송너트(700)에 회전력이 가해진다.

상기 이송너트(700)에는 슬라이더(750)가 장착되어 있고, 상기 슬라이더(750)는 하우징(500)에 형성된 슬릿(550)에 장착·배치되어 있는바, 상기 이송너트(700)는 상기 슬라이더(750)와 슬릿(550)에 의해 회전하지 않고 회동부재(200)의 길이방향으로 이동하게 된다.

이때, 나사산이 형성된 회동부재(200)는 홈에 강구를 넣은 일반적인 볼나사로 대체될 수도 있으며, 이로 인해 마찰을 감소시킬 수 있다.

이송너트(700)에 장착된 슬라이더(750)는 하우징(500)에 형성된 슬릿(550)을 따라 이동하므로 슬릿(550)의 끝단에 부딪치게 되면 더 이상 이동하지 못하게 된다.

이에 따라 이송너트(700)가 더 이상 이동하지 못하게 되어 스티어링 샤프트(100)가 회전되지 않으므로 조향 휠의 회전수를 제한 할 수 있고 조향 휠이 과도하게 회전하는 것을 방지할 수 있다.

상기 슬라이더(750)와 슬릿(550)은 하나만 형성될 수 있으나, 복수로 형성되도록 할 수 있음은 물론이다.

이렇게 슬라이더(750)와 슬릿(550)을 복수로 형성함으로써, 더 확실하게 조향 휠의 회전수를 제한할 수 있다.

한편, 사용자가 조향 휠의 회전수를 조절할 필요가 있는 경우에는 상기 조절부재(600)를 회전시키면 되는데, 이를 위해 먼저 상기 잠금너트(800)를 푼다.

상기 잠금너트(800)를 푼 후에는 사용자가 원하는 만큼 상기 조절부재(600)를 회전시킨다.

그 후 다시 상기 잠금너트(800)를 이용하여 상기 조절부재(600)가 풀리지 않도록 고정시킨다.

상기 조절부재(600)가 이동되었음에도 상기 수용홈(650)은 충분한 깊이를 가지고 있는바 상기 회전돌기(250)가 상기 수용홈(650)과 맞닿지 않게 된다.

그리고, 상기 슬릿(550)의 길이는 상기 이송너트(700)가 상기 하우징(500) 내부에서 충분히 이동할 수 있을 만큼 즉, 조향 휠의 회전(약 2.5 ~ 3.5 회전)에 따라 상기 슬라이더(750)가 상기 하우징(500)의 내부공간의 변경에 따라 상기 슬릿(550)을 따라 충분히 이동할 수 있을 만큼의 길이를 가지도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 슬릿(550)의 길이를 가변적으로 조절하도록 하여 상기 이송너트(700)의 이동거리를 조절 할 수도 있다.

본 발명은 일반적인 조향장치에 사용될 수 있으나, 스티어 바이 와이어 시스템에 적용됨이 더욱 바람직하다.

이때, 본 발명이 일반적인 조향장치에 사용되기 위해서는 상기 회동부재(200)의 끝단에 형성된 회전돌기(250) 상기 조절부재(600)를 관통하여 종래의 일반적인 기어박스(예를 들어 랙·피니언식 또는 볼너트식 등)에 연결되도록 한다.

본 발명인 조향 휠의 회전수 조절장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 조향 휠의 회전수 조절장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 하우징의 하단에 조절부재를 장착함으로써, 상기 조절부재를 이용하여 상기 이송너트의 이동거리를 조절할 수 있으며, 이로 인해 조향 휠의 회전수를 가변적으로 조절 가능하게 하여 가변조향기어비의 구현이 가능하다.

둘째, 상기 조절부재를 스크루 형상으로 하고 상기 하우징의 하단 내주면에 나사산을 형성함으로써, 상기 이송너트의 이동거리를 용이하게 조절할 수 있다.

셋째, 상기 조절부재의 외주면에 잠금너트가 장착함으로써, 상기 조절부재가 쉽게 풀리지 않도록 할 수 있고, 사용자의 조절 하에서만 움직이는 구조로 할 수 있다.

넷째, 부품들을 지지하는 하우징을 원통형상으로 함으로써, 전체 하중을 분산시켜 지지하게 되며 전체 지지 가능한 하중이 상승하게 된다.

이는 과도한 하중이 인가되어도 장치의 변형을 방지할 수 있어 장치의 파손이나 작동 불량의 원인을 제거할 수 있다.

또한, 상기 하우징과 조절부재에 의해 하우징 내부에 이물질 유입을 방지할 수 있으며, 이로 인해 장치의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 상기 회동부재의 끝단에 회전돌기를 형성되고 상기 조절부재에 상기 회전돌기가 삽입되는 수용홈을 형성함으로써, 상기 회동부재에 가해지는 하중을 분사시킬 수 있고, 회전부재의 회전에 따른 흔들림이나 회전축의 변형 등을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 스티어링 샤프트와 연결되며 외주면에 나사산이 형성된 회동부재와;

   상기 회동부재와 나사 결합되어 상기 회동부재의 길이방향으로 이동되는 이송너트와;

   상기 이송너트가 상기 회동부재의 길이방향으로 이동되는 것을 가이드 하는 하우징을 포함하여 이루어지되,

   상기 하우징의 상단에는 상기 스티어링 샤프트가 장착되고, 하단에는 상기 이송너트의 이동거리를 조절하는 조절부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 조향 휠의 회전수 조절장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조절부재는 외주면에 나사산을 갖는 스크루 형상으로 이루어지고,

   상기 하우징의 하단 내주면에는 상기 조절부재의 외주면과 치합되는 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 조향 휠의 회전수 조절장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 조절부재의 외주면에는 잠금너트가 장착되되,

   상기 잠금너트는 상기 하우징의 하단에 접하여 상기 조절부재를 고정시키는 것을 특징으로 하는 조향 휠의 회전수 조절장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징은 원통형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조향 휠의 회전수 조절장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 조절부재와 인접한 상기 회동부재의 끝단에는 회전돌기가 형성되고,

   상기 조절부재에는 상기 회전돌기가 삽입되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 조향 휠의 회전수 조절장치.

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