KR100834598B1 - 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임 - Google Patents

스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임에 관한 것이다. 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은, 서로 마주보도록 배치되는 제1 및 제2 사이드 멤버, 상기 제1 사이드 멤버에 체결되며 피니언 기어 어셈블리가 장착될 수 있도록 형성되는 제1 마운팅 플레이트, 상기 제2 사이드 멤버에 체결되는 제2 마운팅 플레이트, 내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가지며 상기 제1 마운팅 플레이트와 상기 제2 마운팅 플레이트에 각각 체결되는 크로스 멤버, 그리고 상기 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 랙 바를 포함한다.
Figure R1020060096939
스티어링 기어 프레임, 현가 서브프레임, 피니언 기어 어셈블리, 랙 바, 타이 로드, 크로스 멤버, 사이드 멤버

Description

스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임{SUSPENSION SUBFRAME INTEGRATED WITH STEERING GEAR FRAME}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임의 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면을 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 제1 사이드 멤버 120: 제2 사이드 멤버
130: 제1 마운팅 플레이트 140: 제2 마운팅 플레이트
150: 제1 크로스 멤버 160: 제2 크로스 멤버
170: 랙 바 180, 190: 벨로우즈
210: 피니언 기어 어셈블리 220: 요크부
230, 240: 타이로드
본 발명은 차량의 현가 서브프레임 및 스티어링 기어 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티어링 기어 프레임과 현가 서브프레임이 일체형으로 모듈화된 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조향 장치는 자동차의 진행 방향을 임의로 바꾸기 위한 조향 기능을 담당하는 장치이며, 조작 기구, 스티어링 기어 프레임, 및 링크 기구를 포함한다. 조향 장치의 조작 기구는 운전자가 직접 조향 조작을 하여 그 조작력을 조향 기어 및 링크에 전달하는 스티어링 휠(steering wheel), 스티어링 샤프트(steering shaft), 및 컬럼(column)을 포함한다. 스티어링 기어 프레임은 스티어링 샤프트의 회전을 감속하여 조작력을 크게 함과 동시에 조작 기구의 운동 방향을 바꾸어 링크 기구에 전달한다. 조향 장치의 링크 기구는 기어 기구의 작동을 앞바퀴에 전달하고 또 좌우 바퀴의 관계 위치를 바르게 지지한다.
스티어링 기어 프레임은 조향 기어의 종류에 따라 세분되나 볼트 앤 너트(bolt and nut) 타입과 랙 앤드 피니언(rack and pinion) 타입으로 크게 대별된다. 랙 앤드 피니언 타입은 주로 소형 자동차에 사용되며 스티어링 샤프트의 끝에 피니언(pinion)을 설치하여 랙(rack)과 치합되도록 한 구조를 가진다. 피니언이 회전하면 랙은 옆 방향으로 움직이고 랙과 양끝에 연결된 타이로드(tie rod)를 통해 너클(knuckle)과 함께 조향 바퀴가 움직이도록 구성된다.
종래의 랙 앤드 피니언 타입의 기어 장치에서는, 스티어링 휠의 회전에 따라 스티어링 샤프트가 회전하게 되고, 이에 의해 피니언과 기어 치합된 랙은 좌우로 직선운동을 하게 된다. 랙의 좌우 직선 운동이 타이로드를 밀고 당김으로써 바퀴 의 축에 전달되면서 바퀴가 회전하고 이에 의해 차량의 진행 방향이 바뀌게 되는 것이다. 피니언은 원활한 회전을 위해 두 갱의 베어링에 의해 지지되면 랙의 직선 운동의 가이드 역할을 하기 위해 스토퍼 요크(stopper yoke)와 랙 부쉬(rack bush)가 구비된다. 치합을 항시 일정한 힘으로 밀어주기 위해 요크 스프링은 요크 플러그와 록 너트에 의해 지지된다. 타이로드는 랙과 타이어를 연결하는 매개체로서 한쪽 끝은 볼(ball) 형태로 볼 하우징(ball housing)에 조립되어 타이어의 범프(bump) 및 리바운드(rebound) 요동을 흡수하며, 토우 각도 조절시 타이로드를 회전시켜 타이어 각도를 조정하는 기능을 가지고 있다. 타이로드의 다른 한쪽 끝은 너클을 통해 타이어에 연결된다. 나아가, 스티어링 기어 프레임의 내부로 이물질이나 수분의 침투를 방지하기 위해 벨로우즈(bellows)가 스티어링 기어 프레임에 장착되며, 스티어링 기어 박스는 마운팅 부재에 의해 차체에 고정된다.
이와 같은 종래의 스티어링 기어 프레임을 차체에 고정하는 다양한 방법이 소개된 바 있으며, 스티어링 기어 프레임을 차체에 고정하는 종래의 대표적인 방법들은 다음과 같다.
우선, 스티어링 기어 프레임이 마운팅 브라켓(mounting bracket) 및 볼트에 의해 서브 프레임의 상부에 고정되는 방법이 소개된 바 있다. 이때, 서브프레임은 프레스 가공에 의해 형성된 상부 및 하부 판재를 상호 용접을 통해 결합하여 형성됨으로써 튜브 형태를 가지며, 서브프레임의 양단부에 차체와의 고정을 위한 마운트부가 형성된다.
그러나 이와 같은 구조에 있어서는 서브프레임의 양단부가 차체와 고정되는 구조를 가짐으로써, 서브프레임을 형성하기 위한 프레임 장치의 대형화가 필요하기 때문에 대량 생산 시 제품의 균일한 품질을 담보하기 어렵다.
또한 현가장치에 속하는 서브프레임과 조향장치에 속하는 스티어링 기어 프레임이 별도의 제품이기 때문에 양자에 대한 별도의 물류 관리가 필요하고, 양자의 조립 공정 시 서브프레임과 스티어링 기어 프레임을 1차로 볼트를 이용하여 조립한 후 2차로 차체에 조립하여야 하므로 생산성이 저하된다.
스티어링 기어 프레임을 차체에 장착하는 다른 방법으로는, 튜브 형태의 서브프레임에 스티어링 기어 프레임을 안착시킨 후 스티어링 기어 프레임을 덮을 수 있는 형태를 가지는 별도의 플레이트를 스티어링 기어 프레임 위에 위치시킨 후 이 플레이트를 서브프레임에 용접을 통해 결합시킴으로써 스티어링 기어 프레임을 서브프레임에 고정하고, 서브프레임을 차체에 결합시키는 방법이 있다.
이와 같은 방법은 별도의 플레이트에 의해 스티어링 기어 프레임과 서브프레임의 결합체의 중량이 증가하는 문제를 가지며, 또한 용접을 하는 부위가 상대적으로 커서 용접에 의한 열 변형의 문제 및 용접한 부위에 응력이 집중되는 문제 등이 있다.
스티어링 기어 프레임을 차체에 장착하는 또 다른 방법으로는, 파이프 벤딩(pipe bending) 또는 파이프 하이드로포밍(pipe hydroforming) 가공물을 용접하여 파이프 구조의 서브프레임을 형성하고 서브프레임의 전방 파이프 및 후방 파이프 사이에 스티어링 기어 프레임을 차량의 폭 방향으로 배치한 후 결합 플레이트를 이용하여 스티어링 기어 프레임을 서브프레임에 고정한 후, 서브프레임을 차체에 장착하는 방법이 있다.
그러나 이와 같은 방법에 따르는 경우에도 스티어링 기어 프레임과 서브프레임의 결합체의 총 중량 감소가 미미하며 이에 따라 제조 원가의 절감도 미미하다. 또한 스티어링 기어 프레임과 서브프레임의 결합체의 부피가 커서 엔진룸(engine room) 내부의 큰 공간을 차지함으로써 다른 부품들의 설계 자유도를 제약하고, 스티어링 기어박스의 취부점이 차량 입력하중에서 원거리에 설치됨에 따라 서브프레임의 강성을 보완하는 효과가 작아진다.
스티어링 기어 프레임을 차체에 장착하는 또 다른 방법으로는, 알루미늄 주조물을 가공하여 형성된 서브프레임에 스티어링 기어 프레임을 일체화시킨 후 이를 차체에 고정하는 방법이 있다. 서브프레임에 랙 바(rack bar)가 삽입되는 홈과 피니언이 삽입되는 피니언 하우징(pinion housing)이 형성되고, 이 홈 및 피니언 하우징에 스티어링 기어 프레임의 랙 바 및 피니언 하우징이 배치되도록 스티어링 기어 프레임이 서브프레임에 체결된다. 즉, 이 방법에 따르면, 스티어링 기어 프레임의 기어 박스가 폐지되며 스티어링 기어 프레임의 부품들이 서브프레임에 직접 장착되는 구조를 가진다.
그러나 이와 같은 방법에 따르면, 서브프레임이 알루미늄 주조물로 형성되어 중량 감소가 가능하고 스티어링 기어 프레임과 서브프레임의 일체화가 가능하지만, 원자재가 고가이며 대물 가공에 의한 다축 설비 및 큰 베드(bed)를 가지는 제조 설비가 필요하므로 제조 단가가 상승하는 문제가 있다. 또한 알루미늄의 특성에 의해 가공부의 표면 경도가 저하되므로 별도로 알루미늄 열처리를 해야 하는 문제가 있다.
스티어링 기어 프레임을 차체에 장착하는 또 다른 방법으로는, 중공의 크로스 멤버(cross member)와 이의 양단에 각각 결합되는 사이드 멤버(side member)를 포함하는 서브프레임에 스티어링 기어 프레임을 체결한 후, 서브프레임을 차체에 장착하는 방법이 있다. 크로스 멤버에는 스티어링 기어 프레임이 삽입될 수 있는 중공이 형성되며 크로스 멤버의 소정 위치에는 스티어링 기어 프레임의 피니언 어셈블리가 삽입될 수 있는 포켓(pocket)이 형성되고, 사이드 멤버에는 랙 바가 삽입될 수 있는 관통공이 형성된다. 또한 사이드 멤버 측에 랙 바 관통공, 피니언 삽입공, 요크부 삽입공이 통합된 하우징이 설치된다. 스티어링 기어 프레임이 크로스 멤버의 중공에 삽입된 상태에서 크로스 멤버의 양측에 사이드 멤버가 결합됨으로써, 스티어링 기어 프레임과 서브프레임의 결합체가 형성된다.
그러나 이러한 구조에 있어서는, 스티어링 기어 프레임의 피니언 어셈블리를 수용하기 위해 서브프레임의 크로스 멤버에 형성된 포켓을 통하여 이물질 및 수분이 유입될 수 있고 이에 따라 스티어링 기어 프레임의 기능 저하의 문제를 야기할 수 있다. 또한 서브프레임의 사이드 멤버는 프레스 가공물에 피니언 삽입공과 요크부 삽입공이 형성된 하우징이 파이프 용접되는 구조를 가지며 랙 바 관통부가 파이프 용접되는 구조를 가지기 때문에, 이러한 구조는 용접에 의한 열 변형 및 응력 집중을 유발할 수 있는 문제를 야기한다.
나아가, 서브프레임의 사이드 멤버가 차량 전후 방향의 하중에 의해 변형될 수 있으며, 이러한 사이드 멤버의 변형은 피니언 삽입공 등이 형성된 하우징의 변 형을 일으킬 수 있고 이에 따라 타이로드의 볼 조인트의 위치 변경 및 기구학적 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 따라 차량의 운동 성능이 영향을 받을 수 있다.
더 나아가, 크로스 멤버와 사이드 멤버를 별도로 제조한 후 이를 결합하는 방식을 채택함으로써 프레스 가공이 용이해지는 장점이 있으나, 랙 앤드 피니언 어셈블리가 사이드 멤버에 편향되어 위치하게 되어 대칭 구조를 가지지 못하며 이에 따라 공구 및 설비의 유용이 불가하며 불가피한 추가 공정이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 제조 공정이 간단하고 차량에 용이하게 장착될 수 있는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은, 서로 마주보도록 배치되는 제1 및 제2 사이드 멤버, 상기 제1 사이드 멤버에 체결되며 피니언 기어 어셈블리가 장착될 수 있도록 형성되는 제1 마운팅 플레이트, 상기 제2 사이드 멤버에 체결되는 제2 마운팅 플레이트, 내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가지며 상기 제1 마운팅 플레이트와 상기 제2 마운팅 플레이트에 각각 체결되는 크로스 멤버, 그리고 상기 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 랙 바를 포함한다. 그리고 상기 크로스 멤버는 중공 형상을 가지며 직경이 상이한 복수의 부재를 포함하고, 상기 복수의 부재는 동축을 이루도록 서로 삽입되어 배열된다.
삭제
상기 랙 바는 상기 크로스 멤버와 동축을 이루도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은, 서로 마주보도록 배치되는 제1 및 제2 사이드 멤버, 상기 제1 사이드 멤버에 체결되며 피니언 기어 어셈블리가 장착될 수 있도록 형성되는 제1 마운팅 플레이트, 상기 제2 사이드 멤버에 체결되는 제2 마운팅 플레이트, 내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가지며 상기 제1 마운팅 플레이트와 상기 제2 마운팅 플레이트에 각각 체결되는 크로스 멤버, 그리고 상기 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 랙 바를 포함하며, 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에는 상기 랙 바의 길이방향을 따라 관통공이 각각 형성되고, 상기 랙 바는 상기 관통공에 삽입되어 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에 장착된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은 상기 크로스 멤버와 상기 랙 바의 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에 설치되는 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 사이드 멤버는 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임의 평면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면을 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은 제1 사이드 멤버(first side member)(110), 제2 사이드 멤버(second side member)(120), 제1 마운팅 플레이트(first mounting plate)(130), 제2 마운팅 플레이트(second mounting plate)(140), 적어도 하나의 크로스 멤버(cross member)(150, 160), 그리고 랙 바(rack bar)(170)를 포함한다.
도면을 참조하면, 제1 사이드 멤버(110)와 제2 사이드 멤버(120)가 차량의 폭 방향으로 소정 거리만큼 이격된 상태로 서로 마주보도록 배치된다. 제1 및 제2 사이드 멤버(110, 120)는 차체 또는 현가장치와 체결되는 부분이며, 차체 또는 현가장치와의 체결을 위한 체결부(111, 121)가 제1 및 제2 사이드 멤버(110, 120)에 각각 구비된다. 이러한 체결부(111, 121)의 위치 및 개수는 차량의 설계 특성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
제1 마운팅 플레이트(130)는 제1 사이드 멤버(110)에 체결된다. 예를 들어, 제1 마운팅 플레이트(130)는 제1 사이드 멤버(110)와의 체결을 위해 플레이트 형상으로 형성되는 판형 부분(131)을 구비하며, 제1 사이드 멤버(110)의 측면에는 제1 마운팅 플레이트(130)의 판형 부분(131)과의 접촉을 위한 결합면(112)이 구비된다. 제1 마운팅 플레이트(130)의 판형 부분(131)이 제1 사이드 멤버(110)의 결합면(112)에 접촉된 상태에서 제1 마운팅 플레이트(130)가 제1 사이드 멤버(110)에 고정된다. 제1 마운팅 플레이트(130)는 임의의 결합 수단에 의해 제1 사이드 멤버(110)에 고정될 수 있으며, 예를 들어, 제1 마운팅 플레이트(130)는 볼트(132) 등의 결합 부재에 의해 제1 사이드 멤버(110)에 고정될 수 있다.
유사하게, 제2 마운팅 플레이트(140)는 제2 사이드 멤버(120)에 체결된다. 예를 들어, 제2 마운팅 플레이트(140)는 제2 사이드 멤버(120)와의 체결을 위해 플레이트 형상으로 형성되는 판형 부분(141)을 구비하고, 제2 사이드 멤버(120)의 측면부에는 제2 마운팅 플레이트(140)의 판형 부분(141)과의 접촉을 위한 결합 면(122)이 구비된다. 제2 마운팅 플레이트(140)의 판형 부분(141)이 제2 사이드 멤버(120)의 결합면(122)에 접촉된 상태에서 볼트(도시되지 아니함) 등의 부재에 의해 제2 마운팅 플레이트(140)가 제2 사이드 멤버(120)에 고정됨으로써, 제2 마운팅 플레이트(140)가 제2 사이드 멤버(120)에 체결된다.
제1 마운팅 플레이트(130)와 제2 마운팅 플레이트(140)에는 차량의 폭 방향을 따라 형성되는 관통공이 각각 구비되며, 이 관통공에 랙 바(170)가 삽입된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 제1 마운팅 플레이트(130)는 피니언 기어 어셈블리(pinion gear assembly)(210)가 장착될 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 제1 마운팅 플레이트(130)의 판형 부분(131)에는 관통공(133)이 형성된 관 부재(134)가 일체로 형성되며, 관 부재(134)는 판형 부분(131)의 내측면으로부터 차량의 폭 방향 내측으로 연장되어 형성된다. 피니언 기어 어셈블리(210)가 삽입되어 장착되는 피니언 기어 어셈블리 장착관(135)이 관 부재(134)에 형성된다. 제1 마운팅 플레이트(130)의 관통공(133)은 차량의 폭 방향(즉, 랙 바의 길이 방향)을 따라 형성되며, 랙 바(170)가 이 관통공(133)에 삽입된다.
피니언 기어 어셈블리(210)는 스티어링 휠(steering wheel)(도시되지 아니함)의 조작에 따라 회전하는 피니언 기어(pinion gear)를 포함한다. 피니언 기어와 랙 바(170)의 랙 기어가 서로 치합되도록 피니언 기어 어셈블리(210)가 피니언 기어 어셈블리 장착관(135)에 삽입되며, 이에 따라 피니언 기어의 회전에 의해 랙 바(170)가 차량의 폭 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이러한 피니언 기어 및 랙 바와의 연결 관계 및 작동은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자 에게 자명하므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
제2 마운팅 플레이트(140)의 판형 부분(141)에는 차량의 폭 방향(즉, 랙 바의 길이 방향)을 따라 형성되는 관통홀(143)을 형성하는 관 부재(144)가 일체로 형성된다. 이 관통홀(143)에 랙 바(170)가 삽입된다.
랙 바(170)가 제1 마운팅 플레이트(130)의 관통공(133)과 제2 마운팅 플레이트(140)의 관통공(143)에 삽입됨으로써 제1 마운팅 플레이트(130) 및 제2 마운팅 플레이트(140)에 이동 가능하게 장착된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 제1 마운팅 플레이트(130)는 랙 바(170)를 탄성적으로 지지하기 위한 요크부(220)가 장착될 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 제1 마운팅 플레이트(130)의 관 부재(134)에는 요크부(220)가 삽입되어 설치되는 요크부 설치관(136)이 형성된다. 요크부(220)는 서포트 요크(support yoke), 스프링(spring), 및 요크 플러그(yoke plug)를 포함할 수 있으며 랙 바(170)의 후방을 탄성적으로 지지한다. 이러한 요크부(220)의 구성 및 작용은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명하므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 제1 및 제2 사이드 멤버(110, 120)는 서로 대칭을 이루도록 형성된다. 즉, 이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면 피니언 기어 어셈블리(210)와 요크부(220)가 제1 마운팅 플레이트(130)에 장착되고 제1 마운팅 플레이트(130)가 제1 사이드 멤버(110)에 부착됨으로써, 제1 사이드 멤버(110)와 제2 사이드 멤버(120)가 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 사이드 멤버(110, 120)가 서로 대칭을 이루도록 형성됨으로써, 설 비 및 공구의 공용이 가능하고 제조 공정이 단순해질 수 있으며, 좌우의 마운팅 플레이트를 교체함으로써 차량의 조립 지역이나 국가에 따라 상이한 조향 위치에 대응할 수 있게 된다.
크로스 멤버(150, 160)는 내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가진다. 크로스 멤버(150, 160)는 하나일 수도 있고 복수개로 구비될 수도 있다. 본 실시예에서는 크로스 멤버(150, 160)가 두 개인 경우이나 크로스 멤버의 개수는 이에 한정되지 아니한다. 이하에서는, 두 개의 크로스 멤버(150, 160)가 구비되는 경우에 대해서 설명한다.
이하에서, 도 3을 참조하여 크로스 멤버(150, 160)와 제1 및 제2 마운팅 플레이트(130, 140)의 체결에 대해 구체적으로 설명한다. 이하에서는 도면부호 150의 크로스 멤버를 제1 크로스 멤버로 칭하고 도면부호 160의 크로스 멤버를 제2 크로스 멤버로 칭하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1 크로스 멤버(150)와 제2 크로스 멤버(160) 각각은 그 내부에 관통공(151, 161)이 구비되는 중공 형상을 가진다. 즉, 제1 크로스 멤버(150)와 제2 크로스 멤버(160) 각각은 그 길이 방향(즉, 차량의 폭 방향)을 따라 형성된 관통공(151, 161)을 구비하는 관의 형태를 가진다. 이때, 제1 크로스 멤버(150)와 제2 크로스 멤버(160)는 서로 상이한 직경을 가지며 동일한 중심축 상에 놓이도록 제2 크로스 멤버(160)가 제1 크로스 멤버(150)의 내부에 삽입되어 설치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 크로스 멤버(150)와 제2 크로스 멤버(160) 각 각은 제1 마운팅 플레이트(130)와 제2 마운팅 플레이트(140)에 각각 체결된다.
구체적으로, 제1 마운팅 플레이트(130)의 관 부재(134)의 일단이 제1 크로스 멤버(150)의 관통공(151)의 일단에 끼워짐으로써 제1 크로스 멤버(150)가 제1 마운팅 플레이트(130)에 체결되고, 제2 마운팅 플레이트(140)의 관 부재(144)의 일단이 제1 크로스 멤버(150)의 관통공(151)의 다른 일단에 끼워짐으로써 제1 크로스 멤버(150)가 제2 마운팅 플레이트(140)에 체결된다.
한편, 제2 크로스 멤버(160)의 일단이 제1 마운팅 플레이트(130)의 관통공(133)에 끼워짐으로써 제2 크로스 멤버(160)가 제1 마운팅 플레이트(130)에 체결되고, 제2 크로스 멤버(160)의 다른 일단이 제2 마운팅 플레이트(140)의 관통공(143)에 끼워짐으로써 제2 크로스 멤버(160)가 제2 마운팅 플레이트(140)에 체결된다. 크로스 멤버가 세 개 이상인 경우에, 제1 및 제2 마운팅 플레이트(130, 140)에 단차를 형성함으로써, 크로스 멤버와 제1 및 제2 마운팅 플레이트(130, 140) 유사한 방식으로 체결될 수 있으며 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
랙 바(170)는 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 제1 및 제2 마운팅 플레이트(130, 140) 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착된다. 구체적으로, 랙 바(170)는 제2 크로스 멤버(160)의 관통공(161)에 차량의 폭 방향을 따라 이동 가능하도록 삽입된다. 보다 구체적으로, 랙 바(170)는 제1 마운팅 플레이트(130)의 관 부재(134)의 관통공(133), 제2 크로스 멤버(160)의 관통공(161), 그리고 제2 마운팅 플레이트(140)의 관 부재(144)의 관통공(143)을 통과하도록 배치된다. 이때, 랙 바(170)는 제1 마운팅 플레이트(130) 측에서는 피니언 기어 어셈블리(210)의 피니 언 기어와 치합되는 동시에 요크부(220)에 의해 탄성적으로 지지되고, 제2 마운팅 플레이트(140) 측에서는 제2 마운팅 플레이트(140)의 관통공(143)의 내부에 안착되어 있는 부싱(bushing)(165)의 내면에 접촉된다. 이에 따라 랙 바(170)는 피니언 기어의 회전 동작에 대응하여 차량의 폭 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 되는 것이다.
이때, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 랙 바(170)는 제1 및 제2 크로스 멤버(150, 160)와 동축을 이루도록 배치된다.
랙 바(170)의 양단에는 좌측 및 우측 타이로드(tie rod)(230, 240)가 각각 연결된다. 좌측 타이로드(230)의 볼 조인트(231)가 랙 바(170)의 일단에 고정되는 볼 조인트 하우징(171)에 복수 방향의 운동 자유도를 가지도록 체결되며, 우측 타이로드(240)의 볼 조인트(241)가 랙 바(170)의 다른 일단에 고정되는 볼 조인트 하우징(172)에 복수 방향의 운동 자유도를 가지도록 체결된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임은 벨로우즈(bellows)(180, 190)를 더 포함할 수 있다. 벨로우즈(180, 190)는 제1 마운팅 플레이트(130) 및 제2 마운팅 플레이트(140)의 바깥쪽 면에 각각 체결되며, 랙 바(170)는 벨로우즈(180, 190)의 내부 통로를 관통하도록 설치된다. 예를 들어, 벨로우즈(180, 190)는 가요성(flexible)의 재질로 형성될 수 있다. 벨로우즈(180, 190)는 랙 바(170)와 크로스 멤버(150, 160)의 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
한편, 롤 마운트 브라켓(roll mount bracket)(250)이 크로스 멤버(150)의 전 면에 부착될 수 있다. 롤 마운트 브라켓(250)은 차량의 엔진(도시되지 아니함)을 고정하기 위한 부재이다.
또한, 행거 로드(hanger rod)(260)가 크로스 멤버(150)의 후면에 부착될 수 있다. 행거 로드(260)는 차량의 머플러(muffler)(도시되지 아니함)를 고정하기 위한 부재이다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경 및/또는 수정을 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 한 실시예에 따르면, 크로스 멤버, 마운팅 플레이트, 및 사이드 멤버를 체결하여 일체형의 프레임 구조를 구현하며 스티어링 부품이 밀폐 구조에 의해 보호될 수 있다. 나아가, 크로스 멤버, 마운팅 플레이트, 사이드 멤버, 및 랙 바가 하나의 부품으로 모듈화 되므로, 차체에 장착이 용이하고 별도의 조립 공정이 불필요하여 제조공정의 단순화가 가능하고 조립성이 크게 향상될 수 있다. 이에 따라 부품 개수 감소에 따른 제조 단가 절감 및 차량의 총 중량이 감소되어 차량의 연비 개선을 도모할 수 있다.
또한, 종래의 스티어링 운동축인 랙 바의 중심축과 장착구조를 일치시킴으로써 조향 강성이 향상되고, 하나의 부품으로 모듈화됨에 따라 조기 품질 육성 및 설계 자유도가 높아지며 일관된 품질 관리가 가능하다.
나아가 서브프레임의 구조를 사이드 멤버와 크로스 멤버의 조립 구조로 변경시킴으로써 프레스 가공물이 소형화되고, 이에 따라 대형 부품의 프레스 가공상의 품질 관리의 어려움이 해소될 수 있다.
한편, 피니언 기어를 장착하기 위한 부분 및 요크부를 장착하기 위한 부분이 마운팅 플레이트에 구비됨으로써, 양측의 사이드 멤버가 대칭구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 설비 및 공구의 공용이 가능하고 제조 공정이 단순해질 수 있으며, 좌우의 마운팅 플레이트를 교체함으로써 차량의 조립 지역이나 국가에 따라 상이한 조향 위치에 대응할 수 있게 된다.
그리고 크로스 멤버의 내부에 랙 바를 설치하여 기어 박스를 폐지함으로써 엔진룸 내부 공간의 추가 확보가 가능하여 엔진룸의 다른 부품들의 설계 자유도가 커지며, 크로스 멤버 자체에 홀이나 블랭킹 등의 추가적인 가공이 없으므로 최대한의 강성 확보가 가능하다.
또한 크로스 멤버의 추가 강성의 확보 및 차량 주행 조건에 따른 크로스 멤버의 겹층 구성이 가능하므로, 조기 품질 육성 및 강성 확보 자유도가 커진다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 서로 마주보도록 배치되는 제1 및 제2 사이드 멤버,
    상기 제1 사이드 멤버에 체결되며 피니언 기어 어셈블리가 장착될 수 있도록 형성되는 제1 마운팅 플레이트,
    상기 제2 사이드 멤버에 체결되는 제2 마운팅 플레이트,
    내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가지며 상기 제1 마운팅 플레이트와 상기 제2 마운팅 플레이트에 각각 체결되는 크로스 멤버, 그리고
    상기 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 랙 바
    를 포함하고,
    상기 크로스 멤버는 중공 형상을 가지며 직경이 상이한 복수의 부재를 포함하고,
    상기 복수의 부재는 동축을 이루도록 서로 삽입되어 배열되는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임.
  3. 제2항에서,
    상기 랙 바는 상기 크로스 멤버와 동축을 이루도록 배치되는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임.
  4. 서로 마주보도록 배치되는 제1 및 제2 사이드 멤버,
    상기 제1 사이드 멤버에 체결되며 피니언 기어 어셈블리가 장착될 수 있도록 형성되는 제1 마운팅 플레이트,
    상기 제2 사이드 멤버에 체결되는 제2 마운팅 플레이트,
    내부에 관통공이 구비되도록 중공 형상을 가지며 상기 제1 마운팅 플레이트와 상기 제2 마운팅 플레이트에 각각 체결되는 크로스 멤버, 그리고
    상기 크로스 멤버의 관통공에 삽입된 상태로 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트 각각에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 랙 바
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에는 상기 랙 바의 길이방향을 따라 관통공이 각각 형성되고,
    상기 랙 바는 상기 관통공에 삽입되어 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에 장착되는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임.
  5. 제4항에서,
    상기 크로스 멤버와 상기 랙 바의 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 및 제2 마운팅 플레이트에 설치되는 벨로우즈를 더 포함하는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 및 제2 사이드 멤버는 서로 대칭을 이루도록 형성되는 스티어링 기어 프레임 일체형의 현가 서브프레임.
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