KR100764229B1 - 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조에 관한 것으로서, 그 목적은, 차량 충돌 사고시에 스티어링 칼럼의 컬랩싱에 따른 충격에너지 흡수를 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

위의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 확관부가 구비된 이너 튜브와 상하단으로 컬링이 형성된 아우터 튜브의 컬랩싱에 의해 차량 충돌시의 충격에너지를 흡수하는 스티어링 칼럼에 있어서, 제 1 직경을 갖는 제 1 본체, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖고 상기 제 1 본체로부터 확장 형성된 확관부, 상기 본체에 형성된 상단 컬링, 및 상기 확관부에 형성된 하단 컬링을 갖는 아우터 튜브; 및 상기 제 1 직경보다 작은 제 3 직경을 갖는 제 2 본체, 상기 제 1 직경보다 작고 상기 제 3 직경보다 큰 제 4 직경을 갖도록 상기 제 2 본체로부터 확장 형성된 1차 확관부, 및 상기 제 1 본체의 내경과 동일한 외경을 갖도록 상기 1차 확관부로부터 확장 형성된 2차 확관부를 갖는 이너튜브를 포함하여 구성되고, 상기 아우터 튜브내에 상기 이너 튜브를 삽입하여 결합하면, 상기 1차 확관부는 일단부가 상기 상단 컬링에 인접 위치하여 그 상단 컬링과 소정갭을 이루고 있고, 상기 2차 확관부는 일단부가 상기 하단 컬링에 인접 위치하여 그 하단 컬링과 소정갭을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

스티어링 칼럼, 컬랩싱, 충격에너지, 흡수, 확관, 컬링, 갭, 정지마찰력, 운동마찰력

Description

자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조{Impact-Energy Absorbing Structure of Steering Column for Automobile}

도 1은 종래의 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조를 나타낸 평면도,

도 2는 종래 스티어링 칼럼의 충돌 특성 데이터를 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조를 나타낸 평면도로서, (a)는 이너 튜브와 아우터 튜브의 분리상태, (b)는 이들 튜브의 결합상태를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 스티어링 칼럼의 충돌 특성 데이터를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 이너 튜브 1a : 1차 확관부

1b : 2차 확관부 2 : 아우터 튜브

2a : 상단 컬링 2a' : 하단 컬링

2b : 확관부

본 발명은 자동차의 스티어링 칼럼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 충돌 사고시에 운전자측으로 충격에너지가 전달되는 것을 완화하기 위하여 스티어링 칼럼의 붕괴시 충격에너지를 흡수하는 자동차용 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조에 관한 것이다.

자동차의 진행방향을 운전자의 의도대로 변경할 수 있도록 하기 위해 구비되는 스티어링장치는, 운전석에 구비되는 스티어링 휠과, 그 하측에 설치되는 스티어링 샤프트를 포함한 칼럼, 그리고 스티어링 샤프트에 연결되어 동력전달방향을 전환시키는 스티어링 기어 등으로 이루어져 있다.

특히, 상기 스티어링 칼럼은, 차량의 충돌 사고시 차체 파손에 의해 스티어링장치가 운전자측으로 돌출하여 운전자에게 위해를 주는 것을 방지함과 아울러 관성에 의해 운전자가 스티어링장치에 부딪혔을 때의 충격을 완화할 목적으로 충격에너지 흡수구조로 제조되고 있다.

이와 같은 충격에너지 흡수를 위한 구조는, 스티어링 칼럼이 축방향으로 압축 변형되도록 하는 것을 기본적인 메카니즘으로 하고 있으며, 그 예로서, 첨부도면 도 1과 같은 구조가 사용되고 있다.

즉, 통상적인 스티어링 칼럼은, 스티어링 샤프트(미도시)를 둘러싸고 있는 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)가 차량 충돌사고시 컬랩싱을 일으켜 충격에너지를 흡수하게 되는데, 이너 튜브(1)는 마운팅 브래킷(3)에 의해 차체측에 고정되면서 일단부가 아우터 튜브(2)의 내주면에 결합되며, 아우터 튜브(2)의 내주면에는 그 원주면을 따라 상하단으로 각각 컬링(curling;2a,2a')이 형성되어 있다.

특히, 상기 컬링(2a,2a')의 성형은, 아우터 튜브(2)에 여러 개의 피어싱을 한 후에 남아 있는 부분을 아우터 튜브(2)의 내측으로 말아 넣은 형태로 이루어지게 되며, 이 컬링(2a,2a')이 이너 튜브(1)의 단부와 조립된다.

또한, 도면에는 나타나 있지 않으나, 이너 튜브(1)의 단부에는 직경이 확장된 1개소의 확관부가 형성되어 있는데, 이 확관부는 아우터 튜브(2)의 컬링(2a,2a') 하측에 위치하게 된다.

이에 따라, 스티어링 샤프트를 통해 차량 충돌시의 충격에너지가 전달되면, 이너 튜브(1)의 확관부가 아우터 튜브(2)로 압입되어 컬링(2a,2a')과 마찰을 일으키면서 컬랩싱이 진행됨으로써 충격에너지가 완화되는 것이다.

그런데, 이와 같은 종래의 스티어링 컬럼에서는, 이너 튜브(1)의 확관부가 아우터 튜브(2)의 하단 컬링(2a') 아랫쪽에 위치하기 때문에, 스티어링 칼럼이 컬랩싱될 때에 이너 튜브(2)의 확관부가 아우터 튜브(2)의 상단 컬링(2a)과 접촉하기 전까지는 컬랩싱량의 반정도를 컬링과의 마찰없이 전진하게 되므로 그 만큼의 충격에너지를 흡수하지 못하고 마는 단점이 있다.

또한, 이너 튜브(1)의 확관부가 1개소에 불과하기 때문에, 컬랩싱의 초기에 이너 튜브(1)의 확관부와 아우터 튜브(2)의 하단 컬링부(2a')만이 마찰접촉하여 충격에너지를 흡수하게 되므로, 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)간에 충격에너지 흡수를 지속하기 위한 초기 정지마찰력이 높아지게 될 뿐만 아니라, 충격에너지 흡수를 지속하면서 컬랩싱이 이루어질 수 없고, 이에 따라 충격흡수효율이 저하되는 단점이 있다.

도 2는 이와 같은 종래 스티어링 칼럼에서의 충돌 특성 데이터를 나타낸 그래프로서, 컬랩싱 초기에 칼럼 튜브간의 높은 정지마찰력으로 인한 과다 하중의 발생, 유니버설 조인트의 밀림으로 인한 스티어링 샤프트의 몰딩 파손, 컬랩싱 진행중 칼럼 튜브간의 작은 운동마찰력으로 인한 미미한 에너지 흡수 및 그로 인한 컬랩싱후 잔여 에너지의 순간적인 인체 가해 등과 같은 현상이 일어나는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 차량 충돌 사고시에 스티어링 칼럼의 컬랩싱에 따른 충격에너지 흡수를 보다 효과적으로 수행할 수 있는 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조를 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조는, 확관부가 구비된 이너 튜브와 상하단으로 컬링이 형성된 아우터 튜브의 컬랩싱에 의해 차량 충돌시의 충격에너지를 흡수하는 스티어링 칼럼에 있어서, 제 1 직경을 갖는 제 1 본체, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖고 상기 제 1 본체로부터 확장 형성된 확관부, 상기 본체에 형성된 상단 컬링, 및 상기 확관부에 형성된 하단 컬링을 갖는 아우터 튜브; 및 상기 제 1 직경보다 작은 제 3 직경을 갖는 제 2 본체, 상기 제 1 직경보다 작고 상기 제 3 직경보다 큰 제 4 직경을 갖도록 상기 제 2 본체로부터 확장 형성된 1차 확관부, 및 상기 제 1 본체의 내경과 동일한 외경을 갖도록 상기 1차 확관부로부터 확장 형성된 2차 확관부를 갖는 이너튜브를 포함하여 구성되고, 상기 아우터 튜브내에 상기 이너 튜브를 삽입하여 결합하면 상기 1차 확관부는 일단부가 상기 상단 컬링에 인접 위치하여 그 상단 컬링과 소정갭을 이루고 있고, 상기 2차 확관부는 일단부가 상기 하단 컬링에 인접 위치하여 그 하단 컬링과 소정갭을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조를 나타낸 평면도로서, (a)는 이너 튜브와 아우터 튜브의 분리상태, (b)는 이들 튜브의 결합상태를 나타내고 있다.

도면에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 스티어링 칼럼은 이너 튜브(1), 그리고 이 이너 튜브(1)보다 큰 직경으로 이루어져 이너 튜브(1)와 결합되는 아우터 튜브(2)로 이루어져 있다.

특히, 아우터 튜브(2)의 내부로 삽입 결합되는 이너 튜브(1)의 말단부위는 직경이 확장된 확관부(1a,1b)로 이루어지고, 이에 대응하여 아우터 튜브(2)의 말단부위에는 상하 2단으로 컬링(2a,2a')이 형성되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 이너 튜브(1)의 확관부(1a,1b)는 1차 확관부(1a)와 이보다 큰 직경을 갖는 2차 확관부(1b)로 이루어지되, 1차 확관부(1a)는 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)가 결합되었을 때 아우터 튜브(2)의 상단 컬링(2a)의 하 측에 대략 2mm정도의 갭(g)을 가지게 되는 위치로부터 형성되고, 2차 확관부(1b)도 하단 컬링(2a')의 하측에 이와 동일한 정도의 갭(g)을 가지게 되는 위치로부터 형성된다.

더우기, 이너 튜브(1)의 2차 확관부(1b)는, 아우터 튜브(2)의 확관부(2b) 내경보다 작으면서 아우터 튜브(2)의 본체 내경과 동일한 외경으로 이루어짐으로써, 이들 칼럼 튜브(1,2)가 컬랩싱될 때 이너 튜브(1)의 2차 확관부(1b)가 아우터 튜브(2)의 확관부(2b)를 통과한 이후에 아우터 튜브(2)의 본체 내주면과 마찰 접촉할 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 스티어링 칼럼에서, 도 3(b)에 나타난 바와 같이 이너 튜브(1)가 아우터 튜브(2)의 내부로 삽입되는 구조로 결합이 이루어지는데, 이너 튜브(1)의 1차 확관부(1a)의 시작 부위가 아우터 튜브(2)의 상단 컬링(2a)과 2mm정도의 갭(g)을 유지하게 되고, 이너 튜브(1)의 2차 확관부(1b)의 시작 부위는 아우터 튜브(2)의 하단 컬링(2a')과 2mm정도의 갭(g)을 유지하게 된다. 이와 아울러, 아우터 튜브(2)의 하단부에 형성된 확관부(2b)에는 이너 튜브(1)의 2차 확관부(1b)가 삽입된 상태를 유지하게 된다.

이후, 차량 충돌로 인해 충격에너지가 스티어링 샤프트를 통해 칼럼 튜브로 전달이 되면, 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)가 컬랩싱을 일으켜 충격에너지를 흡수하게 되는데, 구체적인 과정은 다음과 같이 이루어지게 된다.

즉, 이너 튜브(1)의 확관부(1a,1b)가 아우터 튜브(2)의 내부에서 컬링(2a,2a')과 마찰을 일으키면서 상향 이동하는데, 컬랩싱 초기에는 1차 확관부(1a)와 2차 확관부(1b)의 상단부가 각각 상단 컬링(2a)과 하단 컬링(2a')의 하단부와 이루고 있는 2mm정도의 갭(g)에 의해 이들 컬링(2a,2a')들과 접촉 없이 지나게 되므로 매우 작은 하중으로 충격에너지를 흡수한다.

이어서, 이너 튜브(1)의 1차 및 2차 확관부(1a,1b)가 각각 상하단 컬링(2a,2a')과 만나는 시점부터는 상기 확관부(1a,1b)들과 컬링(2a,2a')간의 마찰접촉에 의해 최대한 큰 하중으로 충격에너지를 흡수하게 된다. 더우기, 이너 튜브(1)의 2차 확관부(1b)가 아우터 튜브(2)의 확관부(2b)를 통과한 후에는 아우터 튜브(2) 본체의 내주면과 접촉하게 됨으로써 마찰 접촉에 의한 충격에너지 흡수효율은 한층 더 향상된다고 할 수 있다.

이와 같은 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)간의 컬랩싱에 따른 충격에너지 흡수구조하에서의 스티어링 칼럼의 충돌 특성 데이터를 종래의 경우와 비교하여 도 4에 그래프로 나타내었다.

도 4를 도 3과 비교하여 보면, 본 발명에 있어서는 칼럼 튜브의 컬랩싱 초기에 이너 튜브(1)와 아우터 튜브(2)간의 정지마찰력이 작기 때문에 종래의 경우보다도 매우 작은 하중으로 충격에너지를 흡수(즉, 칼럼 튜브의 변위가 종래에 비해 매우 작게 나타남)하다가, 이너 튜브(1)의 1·2차 확관부(1a,1b)가 상·하단 컬링(2a,2a')을 통과하는 지점에서는 종래의 경우보다 증가된 운동마찰력에 의해 큰 하중으로 충격에너지를 흡수(즉, 칼럼 튜브의 변위가 점증)하게 됨으로써, 전술한 바와 같은 종래의 문제점들이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조는, 칼럼 튜브의 컬랩싱 초기에는 칼럼 튜브간의 정지마찰력을 저감하고 컬랩싱 진행중에는 운동마찰력을 증가시킴으로써, 차량 충돌 사고시의 충격에너지 흡수를 보다 효과적으로 수행하여 운전자의 안전에 기여하게 된다.

Claims (1)

1. 확관부가 구비된 이너 튜브와 상하단으로 컬링이 형성된 아우터 튜브의 컬랩싱에 의해 차량 충돌시의 충격에너지를 흡수하는 스티어링 칼럼에 있어서,

   제 1 직경을 갖는 제 1 본체, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖고 상기 제 1 본체로부터 확장 형성된 확관부, 상기 본체에 형성된 상단 컬링, 및 상기 확관부에 형성된 하단 컬링을 갖는 아우터 튜브; 및

   상기 제 1 직경보다 작은 제 3 직경을 갖는 제 2 본체, 상기 제 1 직경보다 작고 상기 제 3 직경보다 큰 제 4 직경을 갖도록 상기 제 2 본체로부터 확장 형성된 1차 확관부, 및 상기 제 1 본체의 내경과 동일한 외경을 갖도록 상기 1차 확관부로부터 확장 형성된 2차 확관부를 갖는 이너튜브를 포함하여 구성되고,

   상기 이너 튜브가 상기 아우터 튜브내에 삽입되어 결합된 상태에서, 상기 1차 확관부는 일단부가 상기 상단 컬링에 인접 위치하여 그 상단 컬링과 소정갭을 이루고 있고, 상기 2차 확관부는 일단부가 상기 하단 컬링에 인접 위치하여 그 하단 컬링과 소정갭을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 스티어링 칼럼의 충격에너지 흡수구조.

Images