KR100986381B1

KR100986381B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR100986381B1
Application number: KR1020080053758A
Authority: KR
Inventors: 조영균
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2010-10-08
Also published as: KR20090127668A

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 전동식 파워 스티어링(MDPS)을 구성하는 베어링부시(20)가 웜샤프트(12)의 축방향 유동 및 웜휠(11)에 대한 웜샤프트(12)의 상하방향 유동을 충분히 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 고온의 열에 의한 상기 웜휠(11)의 팽창 변형시에는 웜샤프트베어링(14)과 하우징(16)과의 직접적인 접촉을 예방할 수 있게 되므로, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음과 래틀소음(rattle noise)의 발생을 없앨 수 있게 됨은 물론, 상기 웜샤프트베어링(14)의 마모로 인한 파손을 예방할 수 있도록 된 것이다.

MDPS, 웜샤프트, 웜샤프트베어링, 베어링부시

Description

전동식 파워 스티어링 시스템{Motor driven power steering system}

본 발명은 스티어링 휠의 조타후 릴리즈시 발생하는 소음 및 래틀소음의 발생을 예방할 수 있도록 하면서, 웜휠의 외형변화 발생시 웜샤프트베어링과 하우징과의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록 하여 상기 웜샤프트베어링의 마모로 인한 파손을 방지할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 기술이다.

일반적으로, 파워 스티어링은 오일의 유압을 이용하는 방식과 전기모터의 동력을 이용하는 방식이 있다.

상기 유압식은 유압펌프가 엔진의 힘으로 유체를 펌핑하여 유압을 형성하고 있다가 운전자가 핸들을 돌릴 때 조향하는 방향으로 유압을 보내어 핸들링이 가벼워지도록 하는 것이고, 전동식 파워 스티어링(motor driven power steering; 이하, MDPS라 한다)은 전기모터를 이용해 조타력을 향상시키도록 하는 것이다.

상기 MDPS는 주행 조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘하게 되며, 이에 따라 상기 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있게 된다.

한편, 상기 MDPS는 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(1)에 관통되 어 일체로 결합된 웜휠(11)과, 상기 웜휠(11)에 치합되어 결합된 웜샤프트(12)와, 상기 웜샤프트(12)의 양단에 일체로 결합된 틸트베어링(13) 및 웜샤트프베어링(14)과, 상기 틸트베어링(13)을 관통한 상기 웜샤프트(12)의 일단과 연결되면서 전자제어유니트(ECU)의 제어에 의해 구동하여 상기 웜샤프트(12)로 동력을 전달하는 모터(15)와, 일단은 상기 웜휠(11)을 감싸는 부위의 하우징(16)에 볼트(17)를 매개로 고정 결합되고 기역(ㄱ)자로 절곡된 타단은 상기 하우징(16)을 관통하여 그 끝이 상기 웜샤트프베어링(14)을 가압하도록 설치된 리프스프링(18)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 웜샤프트(12)의 일단은 플렉시블 커플링(19)을 매개로 상기 모터(15)의 축과 연결되어, 상기 모터(15)의 동력을 전달받도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 리프스프링(18)은 자체의 탄성력으로 상기 웜샤트프베어링(14)을 상기 웜휠(11)쪽으로 가압하게 되고, 이를 통해 상기 웜휠(11)에 대한 상기 웜샤프트(12)의 상하방향 유격을 없앨 수 있도록 하는 것인 바, 이를 위해 상기 웜샤프트(12)는 상기 리프스프링(18)의 가압력에 의해 축방향 중심선(C1)으로부터 상하방향으로 틸팅 동작(C2,C3)을 할 수 있어야 하며, 상기 웜샤프트(12)의 틸팅 동작을 가능하게 하는 것이 바로 상기 틸팅베어링(13)인 것이다.

즉, 상기 틸팅베어링(13)은 도시된 바와 같이, 상기 웜샤프트(12)의 외주면에 압입 결합되는 내륜(13a)과, 상기 하우징(16)에 고정 결합되는 외륜(13b) 및, 상기 내,외륜(13a,13b)의 베어링홈(13c,13d)속에 설치되어 상기 내,외륜(13a,13b)의 상대회전을 가능하게 하는 다수개의 볼베어링(13e)으로 구성되는데, 상기 내,외 륜(13a,13b)에 형성된 베어링홈(13c,13d)이 상기 볼베어링(13e)보다 큰 타원모양으로 형성되어 있음으로 인해, 상기 틸팅베어링(13)이 상기 웜샤프트(12)의 틸팅 동작을 가능하게 하는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 MDPS는 정차 상태에서 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음이 발생하고, 또한 차량이 험로나 또는 요철로를 주행함에 따라 노면으로부터 큰 반력이 스티어링 샤프트로 전달될 때에 상기 웜휠과 상기 웜샤프트사이의 유격발생으로 인해 래틀소음(rattle noise)이 발생하는 문제점이 있다.

상기와 같은 소음들은 상기 틸트베어링(13)에 구비된 베어링홈(13c,13d)이 상기 볼베어링(13e)보다 큰 타원모양으로 형성되고, 이로 인해 상기 틸트베어링(13)의 내륜(13a) 및 상기 웜샤프트(12)가 상기 웜샤프트(12)의 축방향으로 유동함에 따라 발생하는 것이다.

또한, 종래의 MDPS는 고온 다습한 지역에서 장기간 사용할 경우 플라스틱으로 제작된 상기 웜휠(11)은 외형에 변화가 발생하게 된다.

이때, 상기 웜휠(11)이 고온의 열에 의해 팽창 변형하면 상기 웜샤프트베어링(14)과 상기 하우징(16)사이에는 도 2와 같이 갭(gap)이 없어지게 되어 상기 웜샤프트베어링(14)의 전면이 상기 하우징(16)에 밀착하게 되고, 이와 같은 상태에서 상기 MDPS를 장기간 사용하게 되면 상기 웜샤프트베어링(14)은 마모로 인한 파손이 발생하고, 상기 웜샤프트베어링(14)의 파손시에는 운전자의 의지만큼 상기 웜휠(11)이 회전되지 않아 충분한 조타가 이루어지지 않게 됨으로써 주행 중 사고를 유발하는 중대한 문제가 발생한다.

이에 본 발명은, 웜샤프트의 축방향 유동 및 상하방향 유동을 효과적으로 흡수할 수 있도록 하여 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 발생하는 소음과 래틀소음의 발생을 예방할 수 있도록 하고, 웜휠의 외형변화 발생시 웜샤프트베어링과 하우징과의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록 하여 상기 웜샤프트베어링의 마모로 인한 파손 방지 및 이를 통한 조타 불량을 예방할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링 샤프트와 결합된 웜휠과 치합되면서 모터의 동력으로 회전하는 웜샤프트와, 상기 웜샤프트의 선단에 결합된 웜샤프트베어링을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 상기 웜샤프트베어링을 감싸도록 상기 웜샤프트베어링에 결합되면서 상기 웜휠과 상기 웜샤프트를 감싸는 하우징과 접촉하도록 설치되어 상기 웜샤프트의 축방향 유동 및 상기 웜휠에 대한 상기 웜샤프트의 상하방향 유동을 흡수하는 베어링부시;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전동식 파워 스티어링(MDPS)을 구성하는 베어링부시가 웜샤프트의 축방향 유동 및 웜휠에 대한 웜샤프트의 상하방향 유동을 충분히 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 고온의 열에 의한 상기 웜휠의 팽창 변형시에는 웜샤프트베어링과 하우징과의 직접적인 접촉을 예방할 수 있게 되므로, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음과 래틀소음(rattle noise)의 발생을 없앨 수 있게 됨은 물론, 상기 웜샤프트베어링의 마모로 인한 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링(MDPS)은 도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(1)에 관통되어 일체로 결합된 웜휠(11)과, 상기 웜휠(11)에 치합되어 결합된 웜샤프트(12)와, 상기 웜샤프트(12)의 양단에 일체로 결합된 틸트베어링(13) 및 웜샤트프베어링(14)과, 상기 틸트베어링(13)을 관통한 상기 웜샤프트(12)의 일단과 연결되면서 전자제어유니트(ECU)의 제어에 의해 구동하여 상기 웜샤프트(12)로 동력을 전달하는 모터(15)와, 상기 웜휠(11)과 상기 웜샤프트(12)를 감싸서 보호하는 하우징(16)과, 상기 웜샤프트(12)의 일단과 상기 모터(15)의 축을 연결하여 상기 모터(15)의 동력을 상기 웜샤프트(12)로 전달하는 플렉시블 커플링(19)을 포함하여 구성된다.

상기 웜샤프트(12)는 축방향 중심선(C1)으로부터 상하방향으로 틸팅 동작(C2,C3)을 할 수 있도록 구성되는데, 상기 웜샤프트(12)의 틸팅 동작을 가능하게 하는 것은 바로 상기 틸팅베어링(13)이다.

한편, 본 발명 실시예의 전동식 파워 스티어링(MDPS)은 상기 웜샤프트베어링(14)을 감싸도록 상기 웜샤프트베어링(14)에 결합되면서 상기 하우징(16)과 접촉하도록 설치된 베어링부시(20)를 더 포함하여 구성된다.

상기 베어링부시(20)는 상기 웜샤프트(12)의 축방향 유동(웜샤프트의 축의 길이방향을 따라 좌우로 움직이는 유동) 및 상기 웜휠(11)에 대한 상기 웜샤프트(12)의 상하방향 유동을 흡수하게 되며, 통상적으로 고무로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 베어링부시(20)는 도 4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 웜샤프트베어링(14)의 바깥 둘레면을 감싸는 원통부(21)와, 상기 원통부(21)와 일체로 형성되면서 상기 웜샤프트베어링(14)의 전면을 감싸는 원판부(22)로 구성된다.

또한, 상기 베어링부시(20)는, 상기 원통부(21)의 안쪽 둘레면과 바깥 둘레면을 따라 일체로 돌출 형성된 다수개의 내부돌기(21a) 및 외부돌기(21b)와, 상기 원판부(22)의 전면에 일체로 돌출 형성된 다수개의 전면돌기(22a)를 더 포함하여 구성된다.

상기 내부돌기(21a)는 상기 웜샤프트베어링(14)의 바깥 둘레면과 접촉하는 돌기이고, 상기 외부돌기(21b)는 상기 베어링부시(20)의 전면에 수직한 위치의 상기 하우징(16)과 접촉하는 돌기로서, 상기 내부돌기(21a)와 상기 외부돌기(21b)는 상기 웜휠(11)에 대한 상기 웜샤프트(12)의 상하방향 유동을 자체적인 탄성력을 통해 충분히 흡수하게 된다.

상기 전면돌기(22a)는 상기 베어링부시(20)의 전면에 위치한 상기 하우 징(16)과 접촉하는 돌기로서, 상기 웜샤프트(12)의 축방향 유동을 자체적인 탄성력을 통해 충분히 흡수하게 된다.

따라서, 본 발명 실시예의 전동식 파워 스티어링(MDPS)은 상기 웜샤프트(12)의 축방향 유동 및 상기 웜휠(11)에 대한 상기 웜샤프트(12)의 상하방향 유동을 상기 베어링부시(20)가 충분히 흡수할 수 있게 됨으로써, 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 탁탁거리는 둔탁한 소음과 래틀소음(rattle noise)의 발생을 없앨 수 있는 장점이 있다.

이 결과, 본 발명 실시예의 전동식 파워 스티어링(MDPS)은 실내 정숙성을 보다 향상시킬 수 있게 되고, 아울러 상품에 대한 소비자의 신뢰를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 전동식 파워 스티어링(MDPS)을 고온 다습한 지역에서 장기간 사용함으로 인해 웜휠(11)이 팽창 변형하는 경우가 발생하더라도, 상기 베어링부시(20)가 웜샤프트베어링(14)과 하우징(16)과의 직접적인 접촉을 예방할 수 있게 되므로, 상기 웜샤프트베어링(14)의 마모로 인한 파손을 예방할 수 있게 된다.

이와 같이, 웜샤프트베어링(14)의 마모로 인한 파손을 예방할 수 있게 되면 운전자의 의지만큼 웜휠(11)이 충분히 회전하게 됨으로써 충분한 조타와 안전운행에 큰 도움을 줄 수 있게 된다.

도 1과 도 2는 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따라 베어링부시를 구비한 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 베어링부시의 사시도와 우측면도 및 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 - 웜휠 12 - 웜샤프트

14 - 웜샤프트베어링 16 - 하우징

20 - 베어링부시 21 - 원통부

22 - 원판부

Claims

스티어링 샤프트와 결합된 웜휠과 치합되면서 모터의 동력으로 회전하는 웜샤프트와, 상기 웜샤프트의 선단에 결합된 웜샤프트베어링을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서,

상기 웜샤프트베어링을 감싸도록 상기 웜샤프트베어링에 결합되면서 상기 웜휠과 상기 웜샤프트를 감싸는 하우징과 접촉하도록 설치된 베어링부시를 더 포함하여 구성되는데;

상기 베어링부시는 상기 웜샤프트베어링의 바깥 둘레면을 감싸는 원통부와, 상기 원통부와 일체로 형성되면서 상기 웜샤프트베어링의 전면을 감싸는 원판부로 구성되고;

상기 원통부의 안쪽 둘레면에는 상기 웜샤프트베어링의 바깥 둘레면과 접촉하는 다수개의 내부돌기가 형성되며;

상기 원통부의 바깥 둘레면에는 상기 하우징과 접촉하는 다수개의 외부돌기가 형성되되;

상기 내부돌기와 상기 외부돌기는 상기 웜휠에 대한 상기 웜샤프트의 상하방향 유동시에 상기 웜샤프트베어링 및 상기 하우징과의 접촉으로 형상이 탄력적으로 변형되면서 상기 웜샤프트의 상하방향 유동을 흡수하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
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청구항 1에 있어서, 상기 원판부의 전면에는 상기 하우징과 접촉하는 다수개의 전면돌기가 형성되는데;

상기 전면돌기는 상기 웜샤프트의 축방향 유동시에 상기 하우징과의 접촉으로 형상이 탄력적으로 변형되면서 상기 웜샤프트의 축방향 유동을 흡수하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.