KR101034074B1 - 조향핸들의 시미저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차륜의 전후 가진력에 의한 스티어 변화를 억제하여 타이로드의 좌우 왕복 운동을 감소시켜 조향핸들의 시미를 효과적으로 저감시키도록 한 조향핸들의 시미저감장치를 제공하기 위해, 일단이 차륜에 결합된 너클에 연결됨과 더불어 타단은 차체에 소정 경사각도로 체결된 현가아암을 기준으로 일단이 상기 너클에 연결됨과 더불어 타단은 조향기어에 연결된 타이로드의 경사각도와 길이가 조절되도록 구성된다.

시미, 조향기어박스, 구동모터, 타이로드

Description

조향핸들의 시미저감장치{Device for reducing shimmy of steering handle}

본 발명은 차량의 조향핸들에 관한 것으로, 특히 조향기어박스를 차량의 전방으로 이동시켜 타이로드의 길이 및 꺾임각의 축소로 조향핸들의 시미 현상을 효과적으로 저감시키도록 한 조향핸들의 시미저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차량의 진행방향을 조종하는 조향핸들과, 이 조향핸들의 회전운동을 전달하는 스티어링 칼럼 및 샤프트, 이 스티어링 칼럼 및 샤프트를 통해 상기 조향핸들의 회전운동을 전달받아 차량의 좌우방향으로 이동하는 조향기어를 구비한 조향기어박스, 상기 조향기어에 연동되게 연결된 타이로드, 이 타이로드의 운동을 전달받아 차륜을 조향시키도록 차륜에 결합된 너클 등을 구비한다.

상기와 같은 구조의 조향장치를 구비한 차량이 주행할 경우에 차륜의 타이어의 불평형 질량이나 제동력 등의 전후 가진력에 의해 킹핀 축 중심의 모멘트가 발생하고, 타이로드가 좌우 왕복운동을 하게 되며, 타이로드의 좌우 왕복운동은 조향기어박스를 통해 조향핸들에 전달되어, 조향핸들이 회전방향으로 진동하는 시미 현상이 발생하게 된다.

상기와 같은 조향핸들의 시미 현상을 저감하기 위해 종래에는 타이로드나 조향기어박스, 스티어링 칼럼 혹은 조향핸들에 댐퍼를 부착하거나, 혹은 조향기어박스에 클러치를 장착하여 조향핸들의 조작 입력이 없을 때에 상기 클러치를 해방시켜 진동 전달을 차단하거나, 차속에 따라 조향핸들의 회전 관성 모멘트를 변화시켜 조향장치의 진동 모드 주파수를 변경하여 시미를 저감시키는 등의 다양한 기술이 제안되어 있다.

상기와 같은 종래의 시미저감장치들은 구조가 복잡하거나 시미저감 효과가 만족스럽지 못한 등의 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차륜의 전후 가진력에 의한 스티어 변화를 억제하여 타이로드의 좌우 왕복 운동을 감소시켜 조향핸들의 시미를 효과적으로 저감시키도록 한 조향핸들의 시미저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일단이 차륜에 결합된 너클에 연결됨과 더불어 타단은 차체에 소정 경사각도로 체결된 현가아암을 기준으로 일단이 상기 너클에 연결됨과 더불어 타단은 조향기어에 연결된 타이로드의 경사각도와 길이가 조절되도록 구성된다.

바람직하기로는 상기 타이로드의 길이와 경사각도는 상기 조향기어를 수용한 조향기어박스의 이동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 조향기어박스는 상기 차체에 전방 및 후방으로 이동가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 조향기어박스는 상기 차체를 구성하는 크로스멤버에 장착된 가이드레일을 따라 안내이동되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 조향기어박스의 하부에는 상기 가이드레일에 끼워져서 안내이동되는 휠이 장착되고, 상기 크로스멤버에는 랙기어가 고정되게 설치되며, 상기 랙기어에 치합되는 피니언기어는 상기 조향기어박스의 하부에 회전가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 피니언기어는 상기 조향기어박스의 하부에 고정되게 설치된 구동모터의 구동축에 연결되고, 상기 구동모터는 전자제어유니트의 제어전류를 인가받아 작동되게 전자제어유니트에 접속된 특징으로 한다.

상기 전자제어유니트는 미리 입력된 프로그램에 따라 차속을 감지하여 상기 차속에 대응하는 조향기어박스의 위치를 상기 구동모터를 매개로 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조향핸들의 시미저감장치에 의하면, 차륜의 스티어 변화가 가능한 한 최소한으로 억제되어, 타이로드의 좌우 방향 진동을 효과적으로 저감시켜 조향핸들의 시미 현상을 확실하게 방지함으로써, 운전자의 조향핸들의 조작 편의성을 제공하고, 운전피로도 경감시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 조향핸들의 시미저감장치를 구현하기 위한 기본 개념을 설명하는 설명도인 바, 즉 차륜(1)에는 너클(2)이 조향시킬 수 있도록 결합되고, 상기 너클(2)에는 연장된 아암을 통해 타이로드(3)와 현가아암(4)의 일단이 각각 연결되며, 상기 타이로드(3)의 타단은 조향기어박스의 조향기어에 연결되는 반면에 상기 현가아암(4)의 타단은 차체에 연결된다.

상기 타이로드(3)는 L1의 길이를 갖고서 조향기어박스의 조향기어에 ａ의 각도로 경사지게 연결되고, 상기 현가아암(4)은 L2의 길이를 갖고서 차체에 b의 각도로 연결된다.

이러한 상태에서 차륜에 제동력이 화살표 방향으로 가해지거나 상기와는 반대방향으로 구동력이 작용할 때에 차륜의 스티어(차륜의 토우 인 및 토우 아웃)가 변화되고, 차륜의 스티어 변화는 타이로드의 좌우 왕복운동을 야기시켜 조향핸들에 시미 현상을 일으키게 된다.

따라서 차륜의 스티어 변화를 가능한 한 억제하면 타이로드의 왕복운동이 감소해서 조향핸들의 시미가 저감되는 바, 현가아암의 길이(L2)에 대한 타이로드의 길이(L1)의 차이를 줄이고, 현가아암의 경사각도(b)에 대한 타이로드의 경사각도(a)의 차이를 작게 하면 차륜의 스티어 변화가 줄어들어 시미 현상이 저감된다.

현재 대부분의 차량에서는 타이로드의 길이(L1)가 현가아암의 길이(L2)에 비해 길게 설정되고, 타이로드의 경사각도(a)는 현가아암의 경사각도(b)도 보다 크게 설정되어 있다.

상기 타이로드의 경사각도와 길이를 현가아암의 경사각도 및 길이와 가능한 유사하도록 조절하여 시미 현상을 저감시키기 위해 본 발명에서는 타이로드가 연결된 조향기어박스를 차량의 전방으로 이동시키는 데에 착안된다.

도 2에는 본 발명에 따라 조향기어박스를 차량의 전방으로 이동시켜 타이로드의 경사각도 및 길이를 조절하는 장치의 구성이 도시되어 있는 바, 즉 차체를 구성하는 크로스멤버(5)에 차량의 폭 방향을 따라 소정 간격을 두고 2개의 가이드레일(5a)이 고정되게 장착되고, 상기 각 가이드레일(5a)에 휠(6)이 삽입되어 가이드레일(5a)을 따라 안내이동되게 설치되며, 상기 휠(6)은 조향기어박스(7)의 하부에 장착되어, 조향기어박스(7)가 크로스멤버(5) 위에서 가이드레일과 휠을 매개로 차량의 전방 및 후방으로 이동가능하게 지지된다.

상기 크로스멤버(5)의 상기 2개의 가이드레일(5a) 사이에는 랙기어(5b)가 고정되게 장착되고, 상기 랙기어(5b)와 치합하는 피니언기어(8)는 상기 조향기어박스(7)의 하부에 장착되며, 상기 피니언기어(8)를 회전시키는 구동모터(9)가 조향기어박스(7)의 하부에 일체로 고정되게 설치된다.

이에 따라 상기 구동모터(9)가 작동하면, 상기 피니언기어(8)는 구동모터(9)의 구동력을 전달받아 회전하고, 상기 피니언기어(8)의 회전력으로 조향기어박스가 가이드레일을 따라 휠을 매개로 안내이동된다.

상기 구동모터(9)를 제어하기 위해 구동모터(9)는 전자제어유니트(ECU)의 출력단에 접속되어, 전자제어유니트에 의해 인가되는 제어신호에 따라 시계방향 혹은 반시계 방향으로 회전하여 상기 조향기어박스를 차량의 전방 혹은 후방으로 이동시키게 된다.

한편 상기 조향기어박스에 내장된 조향기어에는 상기 타이로드(3)의 일단이 연동되게 연결되고, 상기 타이로드(3)의 타단은 차륜에 결합된 너클(2)에 연결된다.

상기 타이로드(3)는 상기 조향기어에 일단이 연결된 조향기어측 타이로드(3a)와, 상기 너클(2)에 일단이 연결된 너클측 타이로드(3b)로 각각 분할해서 형성되고, 상기 2개의 타이로드(3a,3b)의 각 타단은 도 3에서 자세히 도시된 바와 같이 축방향으로 신축이 가능하게 결합된다.

즉 상기 너클측 타이로드(3b)의 타단에는 피스톤(3ba)이 일체로 형성되어, 상기 조향기어측 타이로드(3a)의 타단에 형성된 챔버 속에 삽입되어 축방향으로 이동가능하게 결합된 상태에서 스프링(3c)을 매개로 탄력적으로 지지되게 설치되고, 상기 챔버에서 상기 피스톤에 의해 구획된 일측에는 오일(3d)이 채워지며, 상기 조향기어측 타이로드(3b)의 외주에 장착된 리저버탱크(3e)로 상기 오일(3d)이 유출입되게 상기 챔버와 리저버탱크가 연결된다.

이에 따라 상기 오일챔버는 유압 댐퍼 역할을 하게 되고, 타이로드에 유압댐퍼를 형성시킨 상기 구성은 기히 공지되어 있다.

상기 전자제어유니트(ECU)에는 해석이나 실험을 통해 차륜에 전후 가진력이 작용할 때에 차속에 따라 차륜의 스티어 변화를 최소화시키는 조향기어박스의 위치가 미리 프로그램되어 기억되고, 상기 전자제어유니트(ECU)의 입력단에는 차속센서 가 접속되어 전자제어유니트가 차량의 주행중에 차속을 항상 감지하게 된다.

그러므로 차량의 주행중에 차속이 통상적인 시미 현상을 발생시키는 예컨대 100km/h 이상의 속도로 주행할 경우에 상기 전자제어유니트(ECU)는 상기 구동모터에 제어전류를 인가하여 구동모터를 작동시키고, 구동모터의 작동에 따라 조향기어박스는 차량의 전방으로 이동하게 되며, 조향기어박스의 전방 이동으로 상기 너클측 타이로드의 피스톤(3ba)이 유압 챔버의 내부로 이동하면서 타이로드의 전체 길이가 수축됨과 더불어 타이로드(3)의 경사각도(a)도 감소해서 조향핸들의 시미 현상을 효과적으로 저감시키게 되며, 상기 타이로드를 통해 진동이 전달될 때에 상기 유압 댐퍼가 적절히 흡수해서 효과적으로 저감시키게 된다.

상기 전자제어유니트는 각 차속에 따라 시미 현상을 최소한으로 저감시킬 수 있는 조향기어박스의 최적의 위치를 실험이나 해석을 통해 기히 설정하여 두고, 차량의 주행중에 차속이 가변될 때마다 상기 구동모터를 작동시켜 조향기어박스의 위치를 최적으로 조절하여 시미 현상을 실시간으로 최소화되게 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조향핸들의 시미저감장치의 기본 개념을 설명하는 설명도,

도 2는 본 발명에 따른 조향기어박스 이동장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 타이로드의 결합 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-차륜 2-너클

3-타이로드 4-현가아암

5-크로스멤버 6-휠

7-조향기어박스 8-피니언기어

9-구동모터

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 차륜의 너클에 일단이 연결되고 조향기어박스에 구비된 조향기어에 타단이 연결되면서 소정 경사각도로 설치된 타이로드를 포함하여 구성되는데;

   상기 타이로드는 상기 조향기어박스의 전후방향 이동시에 경사각도 및 길이가 가변되도록 구성되고;

   상기 조향기어박스의 전후방향 이동을 가능하게 하는 것은 차체를 구성하는 크로스멤버에 전후방향을 따라 고정 설치된 가이드레일과, 상기 조향기어박스에 장착되고 상기 가이드레일에 끼워져서 상기 가이드레일을 따라 이동하는 휠과, 상기 크로스멤버에 전후방향을 따라 고정 설치된 랙기어와, 상기 조향기어박스에 회전가능하게 장착되고 상기 랙기어를 따라 이동가능하도록 상기 랙기어와 치합되어 설치된 피니언기어;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 조향핸들의 시미저감장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 피니언기어는 상기 조향기어박스의 하부에 고정되게 설치된 구동모터의 구동축에 연결되고, 상기 구동모터는 전자제어유니트의 제어전류를 인가받아 작동되게 전자제어유니트에 접속된 특징으로 하는 조향핸들의 시미저감장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 전자제어유니트는 미리 입력된 프로그램에 따라 차속을 감지하여 상기 차속에 대응하는 조향기어박스의 위치를 상기 구동모터를 매개로 조절하는 것을 특징으로 하는 조향핸들의 시미저감장치.

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