KR100738471B1

KR100738471B1 - 기어비 가변형 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR100738471B1
Application number: KR1020010085983A
Authority: KR
Inventors: 최병윤
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2007-07-11
Also published as: KR20030055864A

Abstract

본 발명은 기어비 가변형 스티어링 시스템에 관한 것으로서, 그 목적은 스티어링 휠과 기어박스 사이에 차속에 따라 기어비를 가변시킬 수 있도록 풀리와 벨트로 연결되는 기어비 가변부를 구비한 기어비 가변형 스티어링 시스템을 제공하는 것이며, 출력봉(30)을 축방향 동작시키도록 그 외부에 설치된 볼스크류(33)와, 볼스크류(33)와 평행한 위치에 배치되며 입력축(120)으로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 그 사이에 하이포이드기어(140)를 개재한 구동축(130)과, 구동축(130)과 연동되도록 그 외부에 한 쌍이 설치되되 일측은 고정되고 타측은 축방향 이동 가능하게 설치되는 구동풀리(150)와, 구동풀리(150)의 타측을 축방향 이동시킬 수 있도록 마련된 모터(160)와, 구동풀리(150)의 외부에 일단이 감겨져 설치되는 브이벨트(195)와, 브이벨트(195)의 타단에 감겨질 수 있도록 볼스크류(33)의 외부에 이와 연동되도록 한 쌍이 설치되되 축방향 이동 가능하게 마련된 종동풀리(180)와, 종동풀리(180)가 서로 밀착되도록 그 외부 양측을 지지하는 한 쌍의 스프링(190)이 구비되는 구성이다.

하이포이드기어, 구동풀리, 종동풀리, 모터, 브이벨트, 볼스크류, 스프링

Description

기어비 가변형 스티어링 시스템{GEAR RATIO VARIABLE TYPE STEERING SYSTEM}

도 1은 종래의 스티어링 시스템을 보인 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스티어링 시스템을 보인 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 기어비 가변부를 보인 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

20:기어박스 21:안내홈

30:출력봉 31:나선홈

32:볼 33:볼스크류

34:이동핀 100:기어비 가변부

110:하우징 120:입력축

130:구동축 140:하이포이드기어

141:워엄기어 142:베벨기어

150:구동풀리 151:고정구동풀리

152:가변구동풀리 155:구동세레이션

160:모터 170:조절관

180:종동풀리 185:종동세레이션

190:스프링 195:브이벨트

본 발명은 기어비 가변형 스티어링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차속에 따라 스티어링 휠의 회전수에 따른 랙의 직선변위량을 변화시킬 수 있는 기어비 가변형 스티어링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 스티어링 시스템은, 운전자가 스티어링 휠을 회전시킴에 따라 피니언을 통해 연결된 랙의 직선변위량이 일정하게 발생되도록 구성되어있고, 이러한 것은 "40mm/rev" 등으로 표현되는 기어비로 나타내는데, 이 기어비는 차량의 스티어링 특성에 큰 영향을 끼친다.

도 1은 이러한 종래 스티어링 시스템을 보인 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 조향력을 발생시키는 스티어링 휠(1)과, 그 하단부에 연결 설치된 스티어링 샤프트(2) 및 이 스티어링 샤프트(2)를 지지하는 스티어링 컬럼(3)과, 스티어링 샤프트(2)의 하단에 연결되는 유니버셜 조인트(4)가 마련된다.

그리고, 유니버셜 조인트(4)의 하측으로는 외주면에 피니언(6)이 형성된 입력축(5)이 설치되고, 이 피니언(6)의 외측으로는 이와 치합되도록 외주면에 랙(8)이 형성되어 회전력을 축방향 이동력을 전환하는 출력봉(7)이 설치된다.

또, 출력봉(7)의 외측으로는 이의 이동을 지지할 수 있도록 기어박스가 설치되고, 랙(8)의 양단에는 타이로드(9)가 설치되는데, 이 타이로드(9)는 차량의 타이어측과 연결되어 출력봉(7)과 함께 연동되어 이들을 동작시키게 된다.

이로써, 운전자가 스티어링 휠(1)을 회전시켜 발생되는 조향력은 스티어링 컬럼(3)의 지지를 받는 스티어링 샤프트(2)를 통해 유니버셜 조인트(4)에 전달되고, 이 조향력은 다시 입력축(5)의 피니언(6)을 통해 랙(8)과 출력봉(7)에 전달된다.

아울러, 출력봉(7)과 함께 연동되는 타이로드(9)와 연결되는 차량의 타이어가 각변위됨으로 인해 차량의 진행방향이 변경되어 차량을 조향하게 되는 것이다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 스티어링 시스템은, 차량의 고속주행시나 저속운행시 모두 피니언과 랙의 기어비가 동일하므로, 입력축의 회전수에 대비하여 출력봉의 이동거리가 동일해진다.

이로써, 저속주행시 스티어링 휠을 조금 돌려 출력봉의 많은 이동거리를 발생시킨다거나, 고속주행시 스티어링 휠을 많이 돌려 출력봉의 적은 이동거리를 발생시키는 것이 불가능해진다.

즉, 종래의 스티어링 시스템은 일정 기어비로 설계되어, 조향각이 많아야하는 저속주행시나 주차시에는 스티어링 휠을 많이 회전시켜야하므로 조향이 불편하고, 조향각이 적어야하는 고속주행시에는 고속주행에 적합하지 않은 큰 조향각이 발생되어 조향안정성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 스티어링 휠과 기어박스 사이에 차속에 따라 기어비를 가변시킬 수 있도록 풀리와 벨트로 연결되는 기어비 가변부를 구비한 기어비 가변형 스티어링 시스템을 제공하 는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어비 가변형 스티어링 시스템은, 입력축을 통해 전달된 회전력에 의해 축방향으로 이동되도록 이와 교축되게 설치되는 출력봉과, 상기 출력봉의 이동을 안내하도록 그 외부에 설치된 기어박스를 구비한 스티어링 시스템에 있어서, 상기 출력봉을 축방향 동작시키도록 그 외부에 설치된 볼스크류와, 상기 볼스크류와 평행한 위치에 배치되며 상기 입력축으로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 그 사이에 하이포이드기어를 개재한 구동축과, 상기 구동축과 연동되도록 그 외부에 한 쌍이 설치되되 일측은 고정되고 타측은 축방향 이동 가능하게 설치되는 구동풀리와, 상기 구동풀리의 타측을 축방향 이동시킬 수 있도록 마련된 모터와, 상기 구동풀리의 외부에 일단이 감겨져 설치되는 브이벨트와, 상기 브이벨트의 타단에 감겨질 수 있도록 상기 볼스크류의 외부에 이와 연동되도록 한 쌍이 설치되되 축방향 이동 가능하게 마련된 종동풀리와, 상기 종동풀리가 서로 밀착되도록 그 외부 양측을 지지하는 한 쌍의 스프링이 구비된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스티어링 시스템을 개략적으로 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 조향력을 발생시키는 스티어링 휠(10)과, 그 하단부에 연결 설치된 스티어링 샤프트(11) 및 이 스티어링 샤프트(11)를 지지하는 스티어링 컬럼(12)과, 스티어링 샤프트(11)의 하단에 연결되는 유니버셜 조인트(13)가 마련된다.

그리고, 유니버셜 조인트(13)의 하측으로는 기어박스(20)가 설치되는데, 이 기어박스(20)는 좌,우방향으로 길게 형성되며 그 내부에는 축방향으로 이동 가능하도록 출력봉(30)이 삽입 설치되고, 이의 양단에는 타이로드(40)가 설치되는데, 이 타이로드(40)는 차량의 타이어측과 연결되어 출력봉(30)과 함께 연동되어 이들을 동작시키게 된다.

한편, 기어박스(20)의 중간 일측에는 스티어링 휠(10)에서 발생시킨 회전력을 전달받아 축방향으로 동작되는 출력봉(30) 사이의 기어비를 차량의 속도에 따라 가변되도록 기어비 가변부(100)가 마련되고, 이 기어비 가변부(100)의 상측으로는 유니버셜 조인트(13)와 연결되도록 입력축(120)이 설치된다.

도 3은 이러한 기어비 가변부를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 기어박스(20)의 중간 일측에는 기어비 가변부(100)의 외형을 형성하도록 상향 돌출되는 하우징(110)이 마련되고, 이 하우징(110)의 일측에는 입력축(120)이 상,하측으로 설치되는데, 그 상단은 하우징(110)의 외측으로 돌출되어 유니버셜 조인트(13)와 연결된다.

그리고, 이 하우징(110)과 연통되는 기어박스(20)의 내부는 출력봉(30)이 설치되는데, 이 출력봉(30)의 외주면에는 나선으로 연장되는 나선홈(31)이 형성되고, 이 나선홈(31)의 외부측에는 내부에 볼(32)을 개재한 볼스크류(33)가 설치되어, 볼스크류(33)의 회전시 출력봉(30)이 좌,우방향으로 이동된다.

이때, 볼스크류(33)의 양단 외주측에는 후설할 스프링(190) 등을 지지할 수 있도록 양측 선단과 약간 이격되어 반경방향으로 확장되는 플랜지(33a)가 형성되고, 기어박스(20)의 내부 일측에는 이 볼스크류(33)의 회전을 지지할 수 있도록 베어링(22a)을 개재하여 플랜지(33a)에 밀착되는 걸림턱(22)이 형성된다.

또, 기어박스(20)의 타측은 볼스크류(33)가 기어박스(20)의 내부로 원활히 삽입되도록 이보다 큰 지름으로 마련되고, 기어박스(20)의 내부에 볼스크류(33)를 배치한 후 이를 회전지지할 수 있도록 베어링(23a)을 개재한 고정나사(23)가 설치되는데, 이 고정나사(23)는 기어박스(20)의 타측 내부면과 나사결합되어 볼스크류(33)의 회전을 지지하게 된다.

아울러, 출력봉(30)의 외주 일측에는 돌출 형성되는 이동핀(34)이 설치되고, 기어박스(20)에는 이동핀(34)의 이동을 안내할 수 있도록 축방향으로 길게 안내홈(21)이 형성되어 출력봉(30)이 회전되는 것을 방지한다.

또, 이 볼스크류(33)의 상측으로는 이와 평행한 위치에 배치되어, 입력축(120)과 직교하도록 구동축(130)이 설치되는데, 이 구동축(130)은 입력축(120)으로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 그 사이에 하이포이드기어(140)를 개재하여 설치된다.

즉, 구동축(130)은 베어링(130a)을 개재하여 하우징(110)의 내부에서 회전 가능하게 설치되는 것으로서, 그 일단측이 입력축(120)의 하단과 인접하도록 배치되며, 이에 하이포이드기어(140)의 일부분인 베벨기어(142)가 설치되고, 이와 치합되도록 입력축(120)의 하단에는 워엄기어(141)가 설치된다.

한편, 구동축(130)과 볼스크류(33)의 사이에는 동력을 전달함과 동시에 기어비를 가변시킬 수 있도록 가변형의 풀리가 설치되고, 이들의 사이에는 벨트가 설치되며, 풀리의 일측에는 이를 가변시켜 기어비를 변경시킬 수 있도록 모터(160)가 설치된다.

먼저, 구동축(130)의 외부에 설치되는 풀리는 구동축(130)과 함께 연동될 수 있도록 마련되는 구동풀리(150)로서, 이 구동풀리(150)는 테이퍼진 2개의 축을 지름이 작은측이 서로 마주하도록 상호 대칭되게 한 쌍을 배치하여 그 사이에 브이형의 홈이 형성되도록 마련된다.

또, 이 구동풀리(150)는 입력축(120)과 인접하는 일측에 배치되어 구동축(130)에 고정 설치되는 고정구동풀리(151)와, 이와 마주하는 타측에 배치되어 구동축(130)과 회전방향으로 연동됨과 동시에 축방향으로 슬라이딩 가능하도록 마련되는 가변구동풀리(152)로 구분되는데, 이를 위해 가변구동풀리(152)의 내부면과 이에 구동축(130)의 외부면에는 서로 치합되는 한 쌍의 구동세레이션(155)이 형성된다.

다음, 모터(160)는 축방향으로 슬라이딩되는 타측의 구동풀리(150)와 인접하게 마련되는 것으로서, 모터(160)의 구동풀리(150)와 인접하는 일측으로는 회전력을 외부로 전달할 수 있도록 회전축(161)이 돌출 형성되고, 이 회전축(161)의 선단 외주면에는 스크류가 형성되는데, 이 모터(160)의 외측으로는 미도시 되었지만, 이를 제어할 수 있도록 제어부가 연결 설치된다.

그리고, 구동풀리(150)의 타측에는 내부에 스크류가 형성된 중공의 조절관(170)이 고정 설치되는데, 이 조절관(170)의 내부로 모터(160)의 회전축(161)이 삽입되어 그 외주면에 형성된 스크류가 조절관(170)의 스크류와 치합되어 모터(160)의 회전력을 축방향 이동력으로 전환시키게 된다.

아울러, 볼스크류(33)의 외부에는 종동풀리(180)가 설치되는데, 이 종동풀리(180)는 구동풀리(150)와 같이 테이퍼진 두 개의 축을 서로 마주하여 한 쌍을 배치한 것으로서, 볼스크류(33)와는 회전방향으로 연동되며, 축방향으로 각각 슬라이딩 가능하게 마련되는데, 이를 위해 볼스크류(33)의 외부면과 종동풀리(180)의 내부면 사이에는 서로 치합되는 한 쌍의 종동세레이션(185)이 형성된다.

또, 이러한 종동풀리(180)를 축방향으로 지지해줄 수 있도록 종동풀리(180)의 양측면에는 한 쌍의 스프링(190)이 설치되는데, 이 스프링(190)은 볼스크류(33)를 감쌀 수 있도록 마련되는 코일형의 스프링(190)이며, 볼스크류(33)의 양단측에 형성된 플랜지에 의해 지지된다.

즉, 볼스크류(33)의 양단측에 비해 중간측은 지름이 작게 마련되고, 그 외주면에는 종동세레이션(185)이 형성되며, 다시 그 외측으로는 종동풀리(180) 및 스프링(190)이 설치되는 것으로서, 종동세레이션(185)이 형성된 구간내에서 종동풀리(180)가 축방향 양측으로 이동되는 것이다.

또한, 구동풀리(150)와 종동풀리(180)의 사이에는 브이벨트(195)가 설치되는데, 이 브이벨트(195)는 구동풀리(150)와 종동풀리(180)가 이동구간의 중간에 배치된 상태에서 동력전달 가능한 장력을 가지도록 설치되어 구동풀리(150)와 종동풀리(180)의 가변에 따라 이들 사이로 동력을 전달한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 기어비 가변형 스티어링 시스템은, 고속시와 저속시의 구동풀리(150)와 종동풀리(180) 사이의 기어비가 달라지게 된다.

먼저, 저속주행시나 주차시에는 스티어링 휠(10)을 많이 회전시키게되므로, 스티어링 휠(10)의 회전수 대비 랙의 이동거리가 상대적으로 큰 것이 조향에 유리하게 작용된다. (입력축의 회전수 〈 출력축의 회전수)

이때, 차속을 입력받은 제어부에서 튜닝된 전류값을 모터(160)에 인가하게 되면 모터(160)는 적절한 회전을 하게되어, 가변구동풀리(152)를 고정구동풀리(151)측으로 이동시켜 이들을 밀착시키게 되고, 이에 따라 일정한 길이로 마련된 브이벨트(195)가 구동풀리(150)측으로 당겨지면서, 스프링(190)에 의해 탄성지지되는 종동풀리(180)의 사이를 이격시키게 된다.

이로 인해, 구동풀리(150)측의 지름은 커지고, 종동풀리(180)측의 지름이 작아져, 구동풀리(150)의 회전수에 비해 종동풀리(180)의 회전수가 커지게되고, 결과적으로는 스티어링 휠(10)의 회전수 대비 출력봉(30)의 이동거리가 상대적으로 커지게 된다.

이와는 반대로, 고속주행시에는 스티어링 휠(10)의 회전수 대비 랙의 이동거리가 상대적으로 작은 것이 조향에 유리하다. (입력축의 회전수 〉출력축의 회전수)

즉, 모터(160)의 회전력으로 인해 조절관(170)과 이에 연결된 가변구동풀리(152)가 고정구동풀리(151)와 이격됨으로써, 구동풀리(150)의 지름이 작아지게되고, 이에 따라 브이벨트(195)와 연결된 종동풀리(180)가 스프링(190)에 의해 서로 밀착되어 그 지름이 커지게 된다.

이로써, 구동풀리(150)의 회전수에 비해 종동풀리(180)의 회전수가 작아지게 되어 결과적으로는 스티어링 휠(10)의 회전수 대비 출력봉(30)의 이동거리가 상대적으로 작아지므로, 고속주행시 조향각이 작아져 보다 안전한 운행이 가능해진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 기어비 가변형 스티어링 시스템은, 기어비 가변부를 구비함으로써 차속에 따라 스티어링 휠의 회전수에 따른 출력봉의 직선변위량을 변화시킬 수 있게된다.

즉, 고속주행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여할 수 있고, 저속주행시에는 조향각이 커지게 되므로 운전자에게 가볍고 편안한 조향감을 부여하여 차량의 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.

Claims

입력축을 통해 전달된 회전력에 의해 축방향으로 이동되도록 이와 교축되게 설치되는 출력봉과, 상기 출력봉의 이동을 안내하도록 그 외부에 설치된 기어박스를 구비한 스티어링 시스템에 있어서,

상기 출력봉(30)을 축방향 동작시키도록 그 외부에 설치된 볼스크류(33)와, 상기 볼스크류(33)와 평행한 위치에 배치되며 상기 입력축(120)으로부터 회전력을 전달받을 수 있도록 그 사이에 하이포이드기어(140)를 개재한 구동축(130)과, 상기 구동축(130)과 연동되도록 그 외부에 한 쌍이 설치되되 일측은 고정되고 타측은 축방향 이동 가능하게 설치되는 구동풀리(150)와, 상기 구동풀리(150)의 타측을 축방향 이동시킬 수 있도록 마련된 모터(160)와, 상기 구동풀리(150)의 외부에 일단이 감겨져 설치되는 브이벨트(195)와, 상기 브이벨트(195)의 타단에 감겨질 수 있도록 상기 볼스크류(33)의 외부에 이와 연동되도록 한 쌍이 설치되되 축방향 이동 가능하게 마련된 종동풀리(180)와, 상기 종동풀리(180)가 서로 밀착되도록 그 외부 양측을 지지하는 한 쌍의 스프링(190)이 구비된 것을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 출력봉(30)의 외주면에는 나선으로 연장되는 나선홈(31)이 형성되고, 상기 볼스크류(33)의 내부에는 상기 나선홈(31)에 삽입되도록 볼(32)이 설치된 것 을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 하이포이드기어(140)는 상기 입력축(120)의 선단에 설치되는 워엄기어(141)와, 상기 워엄기어(141)와 치합되도록 상기 구동축(130)의 선단에 설치된 베벨기어(142)인 것을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 구동풀리(150)의 타측에는 내부에 스크류가 형성된 중공의 조절관(170)이 고정 설치되고, 상기 모터(160)에는 상기 조절관(170) 내부의 스크류와 치합되도록 외주면에 스크류가 형성된 회전축(161)이 마련된 것을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 구동풀리(150)와 종동풀리(180)는 테이퍼진 2개의 축을 지름이 작은측이 서로 마주하도록 상호 대칭되게 배치하여 그 사이에 브이형의 홈이 형성되도록 마련된 것을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 스프링(190)은 일단이 상기 볼스크류(33)의 외부면에 고정되고 타단이 상기 종동풀리(180)의 양측면을 탄성지지하는 것을 특징으로 하는 기어비 가변형 스티어링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 출력봉(30)의 외주 일측에는 돌출 형성되는 이동핀(34)이 설치되고, 상기 기어박스(20)에는 상기 이동핀(34)의 이동을 안내할 수 있도록 축방향으로 길게 안내홈(21)이 마련된 것을 특징으로 기어비 가변형 스티어링 시스템.