KR101098090B1 - 복귀 향상 부재가 구비된 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토션바의 복귀 향상 부재가 구비된 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 조향휠의 회전력을 바퀴로 전달하는 조향축, 상기 조향축의 내부에 구비되되 상단 및 하단이 고정되는 토션바 및 상기 토션바의 토크를 측정하여 전자 제어 장치에 전송하는 토크 센서를 포함하는 자동차의 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 토션바가 삽입되되 상기 토션바의 상부가 고정되며, 외주면에 제 1 장착홈이 형성된 입력축; 상기 입력축과 결합하되 상기 토션바의 하부가 고정되며, 외주면에 제 2 장착홈이 형성된 출력축; 및 상기 입력축 및 상기 출력축에 각각 소정의 간격만큼 이격되게 장착되되 서로 다른 자성이 발생하여 상기 토션바의 복원성을 향상시키는 복원 향상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 조향축의 입력축과 출력축 사이에 서로 반대되는 성질을 가지는 복귀 향상 부재를 구비하여 조향축의 내부에 구비되는 토션바의 복귀성을 향상시킴으로써, 자동차의 조향감이 향상되는 효과가 있다.
조향장치, 토션바, 자석, 마그네틱, 토크센서, ECU

Description

복귀 향상 부재가 구비된 동력 보조 조향장치{Power Steering Apparatus Having Return Improvement Device}
본 발명은 토션바의 복귀 향상 부재가 구비된 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 조향축의 입력축과 출력축 사이에 서로 반대되는 성질을 가지는 복귀 향상 부재를 구비하여 조향축의 내부에 구비되는 토션바의 복귀성을 향상시킴으로써, 자동차의 조향감을 향상시키는 토션바의 복귀 향상 부재가 구비된 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
토션바의 복귀 향상 부재가 구비된 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steer ing Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.
여기서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 조향장치이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)부터 양측 바퀴(107)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(106)에 연결되는 조향축(108)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(106)은 피니언 기어부(112)와 랙 바(114)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(116)가 서로 맞물려서 형성된 랙-피니언 기구부(110)를 통해 랙바(114)에 연결되고, 랙바(114)의 양단은 타이로드(103)와 너클암(105)을 통해 차량의 바퀴(107)에 연결된다.
보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(122), 자동차의 속도를 감지하여 전기 신호를 출력하는 차속 센서(124), 토크 센서(122) 및 차속 센서(124)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 126) 및 전자 제어 장치(126)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(128)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토 크가 랙-피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(114)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(128)에서 발생한 보조 동력이 랙바(114)에 전달되도록 형성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(128)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(114)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 토션바가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 토션바가 구비된 조향축(210)은 일측이 조향휠(220)과 연결되어 조향휠(220)의 회전력을 전달하는 입력축(230) 및 출력축(240), 조향축(210)의 내부에 구비되는 토션바(250), 토션바(250)의 비틀림 정도를 측정하여 전자 제어 장치(126)에 전송하는 토크 센서(260)를 포함하여 구성된다.
입력축(230)은 내주에 토션바(250)가 삽입되며, 일단이 조향휠(220)과 연결되어 있어서, 조향휠(220)의 회전에 따라 함께 회전하면서 조향휠(220)의 회전력을 출력축(240)으로 전달한다. 또한, 입력축(230)과 토션바(250)의 상단은 다월핀(270)에 의해서 서로 고정된다.
출력축(240)은 입력축(230)과 마찬가지로 내주에 토션바(250)가 삽입되되 토션바(250)의 하단과 다월핀(270)에 의해 고정되며, 하부가 모터(128)와 연결되어 있어서 모터(128)의 회전력을 통해 운전자의 조향력을 보조한다.
토션바(250)는 상단이 입력축(230)과 고정되고, 하단이 출력축(240)에 고정되어 있어서 입력축(230)과 출력축(240)의 회전차에 의해 비틀림이 발생하는 일종 의 비틀림 스프링이다.
한편, 조향축(210)에는 토션바(250)의 비틀림 정도를 측정하여 전자 제어 장치(126)에 전송하는 토크 센서(260)가 구비된다.
이러한 조향축(210)은 입력축(230)과 출력축(240)의 회전차에 의해서 발생하는 토션바(250)의 비틀림 정도를 토크 센서(260)가 측정하여 전자 제어 장치(126)에 전송하고, 토션바(250)의 비틀림 정도를 전송받은 전자 제어 장치(126)는 모터(128)를 구동시켜, 운전자의 조향력을 보조하는 것이다.
이와 같은 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 조향축(210)은 자동차의 주행에 있어서, 조향휠(220)이 어느 한 방향으로만 회전을 하는 것이 아니라 양방향 즉, 좌측 및 우측 방향으로 반복전인 작업이 이루어지게 되므로, 토션바(250) 역시 좌측 및 우측으로 반복적인 비틀림이 발생하게 된다. 그리고 자동차의 직선 주행시에는 토션바(250)가 중립 상태를 유지해야 하나, 어느 한 방향(좌측 또는 우측 방향)으로 비틀린 토션바(250)는 최초의 중립 상태로 복원되기까지 소정의 시간이 필요하고, 이에 따라 운전자는 미처 복원되지 못한 토션바(250)의 비틀림에 의해 좋지 않은 조향감을 느끼면서 주행을 해야만 하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 조향축의 입력축과 출력축 사이에 서로 반대되는 성질을 가지는 복귀 향상 부재를 구비하여 조향축의 내부에 구비되는 토션바의 복귀성을 향상시킴으로써, 자동차의 조향감을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조향휠의 회전력을 바퀴로 전달하는 조향축, 상기 조향축의 내부에 구비되되 상단 및 하단이 고정되는 토션바 및 상기 토션바의 토크를 측정하여 전자 제어 장치에 전송하는 토크 센서를 포함하는 자동차의 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 토션바가 삽입되되 상기 토션바의 상부가 고정되며, 외주면에 제 1 장착홈이 형성된 입력축; 상기 입력축과 결합하되 상기 토션바의 하부가 고정되며, 외주면에 제 2 장착홈이 형성된 출력축; 및 상기 입력축 및 상기 출력축에 각각 소정의 간격만큼 이격되게 장착되되 서로 다른 자성이 발생하여 상기 토션바의 복원성을 향상시키는 복원 향상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 조향축의 입력축과 출력축 사이에 서로 반대되는 성질을 가지는 복귀 향상 부재를 구비하여 조향축의 내부에 구비되는 토션바의 복귀성을 향상시킴으로써, 자동차의 조향감이 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 복귀 향상 부재가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복귀 향상 부재가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 복귀 향상 부재가 구비된 조향축(310)은 일측이 조향휠(320)과 연결되어 조향휠(320)의 회전력을 전달하는 입력축(330) 및 출력축(340), 조향축(310)의 내부에 구비되는 토션바(350), 토션바(350)의 비틀림 정도를 측정하여 전자 제어 장치(126)에 전송하는 토크 센서(360) 및 토션바(350)의 복원성을 향상시키는 복원 향상 부재(370)를 포함하여 구성된다.
입력축(330)은 내주에 토션바(350)가 삽입되는 상부 삽입홈(332)이 형성되며, 상단이 유니버설 조인트(미도시)를 통해서 조향휠(320)과 연결되어 있어서, 조향휠(320)의 회전에 따라 함께 회전하면서 조향휠(320)의 회전력을 출력축(340)으로 전달하는 것으로 입력축(330)과 토션바(350)의 상단은 다월핀(352)에 의해서 서로 고정된다.
이와 같은 입력축(330)의 하부 외주면에는 복원 향상 부재(370)가 장착되는 제 1 장착홈(334)이 외주면을 따라 형성된다.
출력축(340)은 하부 외주면에 통상적으로 전동식 동력 보조 조향장치에 설치되는 모터(128)의 모터축과 연결되는 웜 및 웜과 이물림되는 웜휠로 구성되는 감속 기구부(345)가 구비되어 있어서 모터(128)의 회전에 의해 운전자의 조향을 보조한다.
이러한 출력축(340)은 내주에 토션바(350)가 삽입되는 하부 삽입홈(342)이 형성되며, 토션바(350)의 하단과 다월핀(352)에 의해 고정되고, 출력축(340)의 상부 외주면에는 입력축(330)에 형성된 제 1 장착홈(334)과 대향하도록 제 2 장착홈(344)이 형성되어 있어서 이 제 2 장착홈(344)에 복원 향상 부재(370)가 장착된다.
토션바(350)는 상단이 입력축(330)과 다월핀(352)에 의해 고정되고, 하단이 출력축(340)과 다월핀(352)에 의해 고정되어 있어서 입력축(330)과 출력축(340)의 회전차에 의해 비틀림이 발생하는 일종의 비틀림 스프링이다.
다시 말해, 입력축(330)의 하부와 출력축(340)의 상부는 소정의 공차를 가지도록 결합되어 있기 때문에, 조향휠(320)의 회전으로 인해 입력축(330)이 먼저 회전을 하고, 이후 출력축(340)이 회전을 하게 된다. 여기서, 토션바(350)의 상단 및 하단은 각각 입력축(330)과 출력축(340)에 고정되어 있으므로 입력축(330)과 출력축(340)의 회전차에 의해서 비틀림이 발생하게 되는 것이다.
토크 센서(360)는 토션바(350)의 비틀림 정도를 측정하여 이 비틀림 정도를 전자 제어 장치(126)에 전송하는 역할을 한다. 이러한 토크 센서(360)는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분되나 본 발명에서는 이에 한정하지 않고, 접촉식 또는 비접촉식 방식의 토크 센서(360) 모두 사용하여도 무방하다.
복원 향상 부재(370)는 입력축(330)에 장착되는 제 1 복원 부재(380)와 제 1 복원 부재(380)와 서로 마주하도록 장착되되 출력축(340)에 장착되는 제 2 복원 부재(390)를 포함하여 구성된다.
제 1 복원 부재(380)는 입력축(330)에 장착되어 제 2 복원 부재(390)와 함께 토션바(350)의 복원성을 향상시키는 것으로서, 입력축(330)의 제 1 장착홈(334)에 장착되는 제 1 하우징(382)과, 제 1 하우징(382)의 단부에 구비되는 제 1 자성 발생부(384)를 포함하여 구성된다.
제 1 하우징(382)은 입력축(330)의 제 1 장착홈(334)에 장착되어 고정되는 고정홀(386)이 형성되어 있으며, 단부에 제 1 자성 발생부(384)가 결합되도록 제 1 결합부(388)가 형성된다.
제 1 자성 발생부(384)는 제 1 하우징(382)의 단부에 형성된 제 1 결합부(388)에 결합되어 출력축(340)의 방향으로 소정의 자성을 방출한다.
제 2 복원 부재(390)는 제 1 복원 부재(380)와 대응하도록 출력축(340)에 장착되어 제 1 복원 부재(380)와 함께 토션바(350)의 복원성을 향상시키는 것으로서, 출력축(340)의 제 2 장착홈(344)에 장착되는 제 2 하우징(392)과, 제 2 하우징(392)의 단부에 구비되는 제 2 자성 발생부(394)를 포함하여 구성된다.
제 2 하우징(392)은 제 1 하우징(382)과 대응하도록 구비되고, 출력축(340) 의 장착홈(344)에 장착되어 고정되는 장착홀(396)이 형성되어 있으며, 단부에 제 2 자성 발생부(394)가 결합되도록 제 2 결합부(398)가 형성된다.
제 2 자성 발생부(394)는 제 2 하우징(392)의 단부에 형성된 제 2 결합부(398)에 결합되어 입력축(330)의 방향으로 소정의 자성을 방출한다.
여기서, 제 1 자성 발생부(384) 및 제 2 자성 발생부(394)는 서로 마주하도록 구비되되, 소정의 간격만큼 이격되게 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 자성 발생부(384) 및 제 2 자성 발생부(394)는 각각 방출하는 자성이 서로 다른 성질의 자성을 발생하도록 각각 N극과 S극을 가지는 영구 자석을 사용하도록 한다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 복원 향상 부재(370) 전체가 영구 자석으로 이루질 수도 있을 것이다.
또한, 각각 방출하는 자성이 서로 다른 성질의 자성을 발생하는 것이라면 어떠한 구성 요소를 사용하여도 무방할 것이다.
그리고, 본 발명에 있어서, 복원 향상 부재(370)가 입력축(330)의 제 1 장착홈(334) 및 출력축(340)의 제 2 장착홈(344)에 각각 장착되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 용접 등과 같은 방법으로 입력축(330) 및 출력축(340)에 각각 결합할 수도 있을 것이다.
한편, 제 1 하우징(382) 및 제 2 하우징(392)은 제 1 자성 발생부(384) 및 제 2 자성 발생부(394)를 입력축(330)과 출력축(340)에 각각 고정하기 위한 수단으로만 설명하였으나, 제 1 하우징(382) 및 제 2 하우징(392) 역시 제 1 자성 발생부(384) 및 제 2 자성 발생부(394)와 마찬가지로 서로 다른 자성을 방출하도록 구 성할 수도 있을 것이다. 즉, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)가 전체적으로 서로 다른 자성이 발생되는 것이다.
이와 같은 복원 향상 부재(370)는 서로 대응하도록 각각 입력축(330) 및 출력축(340)에 고정되어 있는 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)가 입력축(330) 및 출력축(340)의 회전차로 인해 비틀어지고, 입력축(330)과 출력축(340)이 다시 원 상태로 복구되면 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)의 서로 다른 자성에 의해서 신속하게 복원되는 것이다.
다시말해, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)는 각각 다른 자성이 발생하기 때문에 서로 반대측면으로 밀어내려는 힘이 발생하게 된다. 즉, 제 1 복원 부재(380)는 제 2 복원 부재(390)측으로 밀어내려는 힘이 발생하고, 제 2 복원 부재(390)는 제 1 복원 부재(380)에서 발생하는 자성과 동일함 힘의 크기를 가지는 자성이 발생하면서 제 1 복원 부재(380)측으로 밀어내려는 힘이 발생하는 것이다.
이때, 조향축(310)이 회전을 하면, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)가 서로 엇갈리면서 원 상태로 복원하려는 힘이 발생하게 된다. 이때, 조향축(310)이 다시 원 상태로 복원되면 토션바(350)의 복원성과 더불어 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)의 힘이 더해져서 더욱 신속하게 복원될 수가 있는 것이다.
여기서, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)는 입력축(330)과 출력축(340)의 서로 대응하는 위치에 구비되어 서로 다른 자성에 의해서 복원성을 향상시키는 것이다. 하지만 제 1 복원 부재(380)와 제 2 복원 부재(390)가 회전하는 정 도에 따라 서로 다른 자성에 의해서 원 상태로 복원하려는 힘보다 원 상태에서 더욱 벗어나려는 힘이 발생할 수도 있을 것이다.
그러나, 본 발명에 있어서, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)는 입력축(330)과 출력축(340)의 회전차만큼만 그 위치가 변하게 되는 것으로, 입력축(330)과 출력축(340)의 회전차가 미세한 만큼 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)는 다시 원 상태로 복원하려는 힘이 발생하여 토션바의 복원성을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 조향축(310)은 입력축(330)과 출력축(340)이 다시 원 상태로 복구될 때, 토션바(350)의 비틀림이 풀리면서 중립의 위치로 가게 되는데, 이때, 제 1 복원 부재(380) 및 제 2 복원 부재(390)의 서로 다른 자성에 의해서 토션바(350)는 더욱 신속하게 복원될 수 있으므로, 토션바(350)의 복귀성을 향상되어 운전자는 더욱 편안한 조향감을 통해서 운전을 할 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 토션바가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 복귀 향상 부재가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복귀 향상 부재가 구비된 조향축을 나타낸 개략적인 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310: 조향축 320: 조향휠
330: 입력축 332: 상부 삽입홈
334: 제 1 장착홈 340: 출력축
342: 하부 삽입홈 344: 제 2 장착홈
350: 토션바 352: 다월핀
360: 토크 센서 370: 복원 향상 부재
380: 제 1 복원 부재 382: 제 1 하우징
384: 제 1 자성 발생부 386: 고정홀
388: 제 1 결합부 390: 제 2 복원 부재
392: 제 2 하우징 394: 제 2 자성 발생부
386: 장착홀 396: 제 2 결합부

Claims (4)

  1. 조향휠의 회전력을 바퀴로 전달하는 조향축, 상기 조향축의 내부에 구비되되 상단 및 하단이 고정되는 토션바 및 상기 토션바의 토크를 측정하여 전자 제어 장치에 전송하는 토크 센서를 포함하는 자동차의 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 토션바가 삽입되되 상기 토션바의 상부가 고정되며, 외주면에 제 1 장착홈이 형성된 입력축;
    상기 입력축과 결합하되 상기 토션바의 하부가 고정되며, 외주면에 제 2 장착홈이 형성된 출력축; 및
    상기 입력축 및 상기 출력축에 각각 소정의 간격만큼 이격되게 장착되되 서로 다른 자성이 발생하여 상기 토션바의 복원성을 향상시키는 복원 향상 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복원 향상 부재는
    상기 입력축의 상기 제 1 장착홈에 장착되며 소정의 자성이 발생되는 제 1 자성 발생부가 형성된 제 1 복원 부재; 및
    상기 제 2 장착홈에 장착되며 상기 자성과 대응하는 자성이 발생되는 제 2 자성 발생부가 형성된 제 2 복원 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 자성 발생부는 N극의 영구 자석이고, 상기 제 2 자성 발생부는 S극의 영구 자석인 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복원 향상 부재는 영구 자석인 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 보조 조향장치.
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