KR100921071B1 - 자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치에 관한 것으로, 스티어링휠 중립구간에서 랙서포트요크(11)에 맞닿는 랙(2)의 부분에 그 외 부분보다 마찰계수가 높은 고마찰부(C)를 형성하는 것에 특징이 있다.

따라서, 미소조타구간에서는 랙의 이동이 억제되어 시미(shimmy), 킥백(kick back), 토크스티어(torque steer), 쏠림 등의 현상이 개선되고, 선회 및 주차 조타구간에서는 상대적으로 랙의 이동이 원활해짐으로써 조향 답력과 선회 후 복원 성능이 개선되는 효과가 있다.

스티어링 랙, 랙서포트요크, 요크스프링, 시미, 복원성

Description

자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치{variable friction system for steering lack of a car}

본 발명은 자동차의 스티어링 기어박스에 관한 것으로, 특히 조향 정도에 따라 랙에 작용하는 마찰력의 크기가 적절히 가변됨으로써 직진주행시의 스티어링휠 조작 안정성 및 선회주행시의 조작 편의성을 동시에 향상시킬 수 있도록 된 자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치에 관한 것이다.

근래 자동차의 스티어링 시스템은 유압에 의해 보타력이 발생하도록 된 유압식 파워 스티어링 시스템이 주를 이루고 있다.

상기 유압식 파워 스티어링 시스템은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 파워실린더 역할을 하는 기어박스(1)의 내부에 랙(2)이 내장되고, 상기 랙(2)의 양단에 타이로드(3)가 연결되며, 상기 랙(2)에 스티어링샤프트(4)의 단부에 설치된 피니언기어(5)가 치합되는 한편, 상기 랙(2)에 설치된 피스톤(2a)에 의해 기어박스(1)의 내부 공간이 2분할되고, 그 각 분할 공간에 연결관(6)들을 매개로 오일펌프(7) 및 오일리저버(8)가 연결되어 있다.

따라서, 스티어링휠(9) 조작에 따라 상기 피니언기어(5) 상부의 로터리밸 브(10)에 의해 유로가 전환되면서 기어박스(1)내 일측 공간에 오일이 공급됨과 동시에 타측 공간의 오일이 리턴됨으로써 스티어링휠(9) 조작 방향으로 보타력이 발생하도록 되어 있었다.

또한, 상기 랙(2)의 기어 형성부 후면은 기어박스(1)의 외부로부터 삽입된 랙서포트요크(11)에 의해 지지되어 상기 랙(2)과 피니언기어(5)의 치합 상태가 안정적으로 유지되도록 되어 있다.

상기 랙서포트요크(11)는 요크스프링(12)에 의해 지지되고, 요크스프링(12)은 요크플러그(13)에 의해 지지되며, 이들의 고정은 록너트(14)에 의해 이루어진다.

또한, 상기 랙서포트요크(11)의 앞쪽 단부에는 랙(2)과의 마찰에 의한 마모 방지를 위해 원주면 형상의 부싱(11a)이 구비되어 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 스티어링 시스템에 있어서, 시미(shimmy), 킥백(kick back), 토크스티어(torque steer), 쏠림 등의 스티어링휠 특성과, 또한 스티어링휠(9)의 조작 성능 즉, 조향 답력과 선회 후 복원 성능은 상기 랙서포트요크(11)와 랙(2)의 마찰력에 크게 영향 받게 된다.(여기서, 상기 시미는 노면으로부터의 진동이 랙(2)을 좌우방향(화살표 A)으로 가진하여 스티어링휠(9)이 원주방향(화살표 B)으로 진동하는 것이고, 상기 킥백은 시미와 동일한 방향으로 충격이 전달되는 것이며, 상기 토크스티어는 양쪽 휠의 구동력 차이로 인해 차량 가속시 차량이 한쪽으로 조향되는 것이고, 상기 쏠림은 그 외 다양한 원인에 의해 차량이 주행 중 일측 방향으로 조향되는 것이다.)

한편, 상기 시미와 킥백, 토크스티어 및 쏠림 현상을 개선하기 위해서는 상기 마찰력이 큰 것이 유리하고, 이에 반해 스티어링휠의 조향 답력을 감소시키고 선회 후 복원성을 향상시키기 위해서는 상기 마찰력이 작은 것이 유리하다.

따라서, 상기 랙서포트요크(11)와 랙(2) 사이의 마찰력을 조절하기 위해서 상기 요크스프링(12)의 스프링력을 조절할 수 있는데, 이 경우 스프링력을 감소시키면 랙(2)에 작용하는 마찰력이 감소하여 랙(2)의 이동 저항이 감소하므로 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상이 악화되고, 반대로 스프링력을 증대시키면 랙(2)에 작용하는 마찰력이 증가하여 랙(2)의 이동이 억제됨으로써 스티어링휠의 복원성과 조향 답력이 악화되는 상반되는 특성이 나타나므로 최적의 마찰 조건을 형성하기가 매우 곤란하다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상 또한 스티어링휠의 선회 후 복원성과 조향 답력 등 서로 상반되는 조건에서 최적화되는 특성들을 간단한 구성으로써 모두 개선하여 스티어링휠의 조작 안정성과 편의성을 동시에 향상시킬 수 있도록 된 자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

기어박스와,

상기 기어박스에 내장되고 스티어링샤프트에 연동되는 피니언기어에 치합된 랙과,

상기 기어박스의 외부로부터 삽입되고 요크스프링에 지지되어 상기 랙의 기어 형성부 후면을 지지하고 랙과의 접촉면에 부싱을 구비한 랙서포트요크 및,

상기 스티어링휠이 중립위치에 있을 때 상기 랙서포트요크에 맞닿는 랙의 부분에 형성된 고마찰부

를 포함하여 이루어진다.

상기 고마찰부는 스티어링휠이 중립 위치에 있을 때 상기 랙서포트요크가 맞닿는 부분을 중심으로 그 좌우 양측으로 차량의 차선변경시 행해지는 스티어링휠 조작에 의한 상기 랙의 좌우 이동거리만큼 형성된다.

상기 고마찰부는 랙의 표면보다 마찰계수가 큰 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 고마찰부는 상기 랙에 안착홈이 형성되고, 그 안착홈에 마찰부재가 접착되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 고마찰부는 상기 랙의 표면가공을 통하여 형성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 스티어링휠이 중립구간에 있을 때 랙과 랙서포트요크 사이의 마찰력이 크게 작용하므로 랙의 좌우 이동이 억제되어 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상이 개선됨으로써 미소 조타 구간에서의 스티어링휠 조작 안정성이 향상된다.

또한, 스티어링휠이 중립구간 이외의 구간에 있을 때 상기 마찰력이 감소되어 랙의 좌우 이동이 상대적으로 원활히 이루어짐으로써 스티어링휠의 조향 답력이 감소하고 선회 후 복원성이 향상되어 선회 주행 및 주차시에 스티어링휠 조작 편의성이 향상되는 효과가 있다.

상기와 같이 본 발명은 미소 조타 구간에서의 안정성과 선회 및 주차 조타 구간에서의 편의성을 동시에 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이와 같은 효과를 창출하는 발명의 구성이 매우 단순하고 전자제어장치가 필요 없으므로 장치 구성 비용이 적게 들고, 오작동이나 고장의 우려가 없는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유압식 파워스티어링 시스템은 실린더형 기어박 스(1)의 내부에 랙(2)이 내장되고, 상기 랙(2)의 양단에 너클에 연결되는 타이로드(3)가 연결되며, 상기 랙(2)에는 스티어링샤프트에 연동되는 피니언기어(5)가 치합되고, 상기 랙(2)의 기어 형성부 후면은 기어박스(1)의 외부로부터 삽입된 랙서포트요크(11)에 의해 지지되는 구성을 포함한다.

상기 랙서포트요크(11)의 단부에는 내마모성 향상을 위한 부싱(11a)이 구비되며, 요크스프링에 의한 지지구조 및 요크플러그와 록너트에 의한 고정구조는 종래와 동일하다.

상기와 같은 구성에 있어서, 본 발명은 스티어링휠 중립시 상기 랙서포트요크(11)의 부싱(11a)에 맞닿는 랙(2)의 부분에 그 외 부분보다 마찰계수가 큰 고마찰부(C)가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 고마찰부(C)는 그 외 부분의 랙(2) 표면보다 큰 마찰계수를 갖는 별도의 마찰부재(15)를 랙(2)의 표면에 부착하거나, 표면가공을 통하여 형성된다.

마찰부재(15)를 사용하는 경우에는 랙(2)의 표면에 안착홈을 형성하여 그 안착홈에 마찰부재(15)를 접착하는 방식으로 고마찰부(C)를 형성할 수 있다.

또한, 표면가공방법으로서는 랙(2)의 표면에 미세한 스크래치를 형성하거나, 약품을 사용하여 표면을 부식시키거나, 내마모성이 우수한 재질의 미세 분말을 용제에 섞어 표면에 코팅하는 등의 방법을 통해 조도(표면 거칠기)를 증가시켜 고마찰부(C)를 형성할 수 있다.

한편, 상기 고마찰부(C)는 스티어링휠이 중립 위치에 있을 때 상기 랙서포트요크(11)의 부싱(11a)에 맞닿는 부분뿐만 아니라 그 부분을 중심으로 하여 좌우 양 측으로 소정의 추가구간을 포함한 범위로 확장 성형될 수 있다.

여기서, 상기 추가구간은 차량이 직진로 주행 중 차선 변경을 위한 스티어링휠 조작시 상기 랙(2)이 좌우 이동하는 거리를 의미한다.

차량 직진 주행중 차선 변경시, 스티어링휠 조작은 대부분의 경우 중립위치로부터 좌우 30°이내에서 이루어지게 되므로 상기 고마찰부(C)는 스티어링휠이 중립위치에 있을 때 랙서포트요크(11)의 부싱(11a)이 맞닿는 부분을 중심으로 스티어링휠이 좌우로 30°조작되었을 때 상기 랙서포트요크(11)의 부싱(11a)이 맞닿는 부분까지의 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 스티어링휠 중립 위치 근방(=중립구간)에 있을 때, 랙(2)에 랙서포트요크(11)의 부싱(11a)이 맞닿는 고마찰부(C)가 형성됨으로써 요크스프링에 의해 탄지되는 랙서포트요크(11)에 의한 마찰력(정확히는 전술한 바와 같이 부싱(11a)과의 마찰에 의한 것이나, 이하 편의상 랙서포트요크(11)와의 마찰에 의한 것으로 기재한다.)은 상기 고마찰부(C)와 그 외 구간에서 상이하게 나타나게 된다.

즉, 도 4의 (a)와 같이 스티어링휠 중립구간에서는 랙서포트요크(11)가 상기 고마찰부(C)내에 위치하므로 랙(2)에 작용하는 마찰력이 크고, (b)와 같이 선회 및 주차 등과 같이 스티어링휠이 중립구간을 벗어난 위치에서는 랙서포트요크(11)가 고마찰부(C)를 벗어나게 되므로 마찰력의 크기가 감소하게 된다.(마찰력(F_마찰)은 마찰계수(μ)×수직력(N), 고마찰부(C)의 마찰계수(μ1) ＞ 랙(2)의 마찰계수(μ2), 수직력(N) ＝ 스프링탄성계수(k)×스프링변위(Δx))

따라서, 직진 유지 및 직진 주행 중 차선 변경과 같은 미소 조타시에는 상기 도 4(a)와 같이 랙서포트요크(11)가 고마찰부(C)내에서 정지 및 이동하게 되므로 랙(2)에 큰 마찰력이 작용하여 랙(2)의 이동이 억제됨으로써 시미, 킥백, 토크스티어 및 쏠림 현상이 개선되어 스티어링휠의 조작 안정성이 향상된다.

또한, 선회 주행 및 주차시와 같이 스티어링휠 조작량이 큰 경우에는 도 4(b)와 같이 랙서포트요크(11)가 고마찰부(C)를 벗어나 그 외측의 랙(2) 표면에 접촉하므로 랙(2)에 작용하는 마찰력이 감소하여 랙(2)의 이동이 원활해짐으로써 조향 답력이 감소하고 선회 주행 후 복원성이 향상되어 스티어링휠의 조작 편의성이 향상된다.

한편, 본 발명은 상기와 같이 간단한 구성으로 이루어지고, 일반적인 가변장치나 조절장치와 같이 별도의 전자제어장치가 필요 없으므로 장치의 구성에 비용이 적게 들고, 오작동이나 고장의 우려가 없는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 파워 스티어링 시스템의 외부 구성도,

도 2는 기어박스의 내부 단면도 및 랙 지지구조를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명이 적용된 기어박스의 단면도,

도 4는 본 발명의 작동 상태도로서, (a)는 스티어링휠 중립 구간(미소 조타구간)에서의 작동상태이고, (b)는 그 외 구간(선회 및 주차 조타구간)에서의 작동상태를 도시한 것이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 기어박스 2 : 랙

3 : 타이로드 4 : 스티어링샤프트

5 : 피니언기어 6 : 연결관

7 : 오일펌프 8 : 오일리저버

9 : 스티어링휠 10 : 로터리밸브

11 : 랙서포트요크 12 : 요크스프링

13 : 요크플러그 14 : 록너트

15 : 마찰부재 C : 고마찰부

Claims (5)

1. 기어박스와,

   상기 기어박스에 내장되고 스티어링샤프트에 연동되는 피니언기어에 치합된 랙과,

   상기 기어박스의 외부로부터 삽입되고 요크스프링에 지지되어 상기 랙의 기어 형성부 후면을 지지하고 랙과의 접촉면에 부싱을 구비한 랙서포트요크 및,

   상기 스티어링휠이 중립위치에 있을 때 상기 랙서포트요크에 맞닿는 랙의 부분에 형성된 고마찰부

   를 포함하는 자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 고마찰부는 스티어링휠이 중립 위치에 있을 때 상기 랙서포트요크가 맞닿는 부분을 중심으로 그 좌우 양측으로 차량의 차선변경시 행해지는 스티어링휠 조작에 의한 상기 랙의 좌우 이동거리만큼 형성된 것을 특징으로 하는

   자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 고마찰부는 랙의 표면보다 마찰계수가 큰 것을 특징으로 하는

   자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 고마찰부는 상기 랙에 안착홈이 형성되고, 그 안착홈에 마찰부재가 접착되어 형성된 것을 특징으로 하는

   자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 고마찰부는 상기 랙의 표면가공을 통하여 형성된 것을 특징으로 하는

   자동차의 스티어링 랙 마찰력 가변장치.

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