KR101189306B1

KR101189306B1 - 차량의 스티어링 장치

Info

Publication number: KR101189306B1
Application number: KR1020100095161A
Authority: KR
Inventors: 박기성; 김세일; 오영호; 박수보
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-10-15
Also published as: DE102010061099A1; KR20120033572A; US20120080861A1; CN102442339A; US8376379B2; CN102442339B; DE102010061099A8

Abstract

본 발명은 스티어링휠(1)에 연동되어 회전되도록 구비된 조향피니언(3)과, 상기 조향피니언(3)에 치합되는 랙(5)이 형성되어 좌우로 직선운동 가능하게 설치되는 조향랙바(7)를 포함하여 구성되되, 상기 조향피니언(3)의 회전에 대한 상기 조향랙바(7)의 직선변위인 조향기어비가 상기 랙(5)의 중앙부로부터 양단부까지의 양 구간에서 각각 증가했다가 감소하도록, 상기 랙(5)을 이루는 기어의 치간격이 변화하도록 형성되도록 함으로써, 차량의 고속 주행시에는 고속안정성을 확보하고, 저속 및 중속 주행시에는 다이렉트 필과 응답성 및 응답 선형성 등을 확보할 수 있도록 하며, 주차시에는 조타바쁘기를 감소시킴과 아울러 조향 조작력을 감소시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 스티어링 장치{Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명은 차량의 스티어링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향특성을 개선하도록 한 랙 & 피니언 방식의 스티어링 장치의 구조에 관한 기술이다.

차량의 스티어링 장치는 운전자의 조향 의지에 따라 적절한 조향이 이루어질 수 있도록 함과 아울러, 고속 주행시에는 안정성이 확보되어야 하고, 저속 주행시나 주차시에는 조향 조작에 지나치게 많은 조작이 이루어지지 않도록 해야 함은 물론, 과도한 조작력이 요구되지 않도록 해야 한다.

또한, 차량의 운전에 있어서, 가장 직접적이고 많은 조작이 이루어지며 운전자에게 차량 조작감이 바로 전달되는 것이 스티어링휠 이므로, 조향 조작시 느껴지는 조작감 및 다이렉트 필(direct feel) 등이 스티어링 장치에 있어서 매우 중요한 사항이다.

한편, 최근에는 운전자의 조향 조작력을 보조하기 위해 종래의 유압식 파워스티어링 장치를 대신하여, 모터의 회전력으로 운전자의 조향 조작력을 보조하는 MDPS(Motor Driven Power Steering)이 개발되고 있으며, 상기한 바와 같은 MDPS에서도 상기한 바와 같이 일반적인 스티어링 장치에서 요구되는 사항들이 충족되어야 함은 물론이다.

본 발명은 차량의 고속 주행시에는 고속안정성을 확보하고, 저속 및 중속 주행시에는 다이렉트 필과 응답성 및 응답 선형성 등을 확보할 수 있도록 하며, 주차시에는 조타바쁘기를 감소시킴과 아울러 조향 조작력을 감소시킬 수 있도록 한 차량의 스티어링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 스티어링 장치는

스티어링휠에 연동되어 회전되도록 구비된 조향피니언과;

상기 조향피니언에 치합되는 랙이 형성되어 좌우로 직선운동 가능하게 설치되는 조향랙바;

를 포함하여 구성되고;

상기 조향피니언의 회전에 대한 상기 조향랙바의 직선변위인 조향기어비가 상기 랙의 중앙부로부터 양단부까지의 양 구간에서 각각 증가했다가 감소하도록, 상기 랙을 이루는 기어의 치간격이 변화하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 고속 주행시에는 고속안정성을 확보하고, 저속 및 중속 주행시에는 다이렉트 필과 응답성 및 응답 선형성 등을 확보할 수 있도록 하며, 주차시에는 조타바쁘기를 감소시킴과 아울러 조향 조작력을 감소시킬 수 있도록 한 차량의 스티어링 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 MDPS의 구성시에 전기모터의 용량을 가급적 작게 구성하면서도, 다이렉트 필 및 응답성이 향상된 MDPS의 구현이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 스티어링 장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 조향랙바의 주요부를 상세히 도시한 도면으로, 랙을 이루는 기어의 치간격이 변화하는 것을 예시한 도면,
도 3은 도 2의 랙이 형성하는 조향기어비의 변화를 스티어링휠의 회전각도에 따라 도시한 그래프 및 조향륜을 1도 돌리는데 필요한 스티어링휠의 각도를 표현하는 토탈기어비를 스티어링휠의 회전각도에 따라 도시한 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 스티어링휠(1)에 연동되어 회전되도록 구비된 조향피니언(3)과, 상기 조향피니언(3)에 치합되는 랙(5)이 형성되어 좌우로 직선운동 가능하게 설치되는 조향랙바(7)를 포함하여 구성되되, 상기 조향피니언(3)의 회전에 대한 상기 조향랙바(7)의 직선변위인 조향기어비가 상기 랙(5)의 중앙부로부터 양단부까지의 양 구간에서 각각 증가했다가 감소하도록, 상기 랙(5)을 이루는 기어의 치간격이 변화하도록 형성된 것이다.

즉, 종래의 일반적인 랙 & 피니언 방식의 조향장치에서는 조향랙바의 랙이 전체 구간에 걸쳐서 일정한 치간격의 기어가 배열되어 조향기어비가 고정된 방식이었으나, 본 발명에서는 상기 스티어링휠(1)에 연동되어 회전되는 조향피니언(3)이 상기 조향랙바(7)의 랙(5)에 치합된 위치에 따라서, 즉 스티어링휠(1)의 회전 각도에 따라서, 다른 조향기어비가 구현되도록 하는 가변 조향기어비 스티어링 장치를 구성하는 것이다.

본 실시예에서, 상기 조향기어비는 스티어링휠(1)의 회전각도가 중앙으로부터 ±10도 내지 ±25도인 중립구간(A) 이후 조향기어비가 선형적으로 증가하는 선형증가구간(B)과, 상기 선형증가구간(B) 이후 상기 증가된 조향기어비가 일정하게 유지되는 상한유지구간(C)과, 상기 상한유지구간(C) 이후 조향기어비가 선형적으로 감소하는 선형감소구간(D)을 포함하여 구성된다.

상기 선형감소구간(D)은 상기 중립구간(A)의 조향기어비 이하의 조향기어비까지 연장되고, 본 실시예에서는 상기 선형감소구간(D) 이후 최하의 조향기어비가 일정하게 유지되는 하한유지구간(E)도 구비되어 있다.

상기 선형증가구간(B)은 상기 중립구간(A) 이후 상기 스티어링휠(1)의 회전각도가 170도 내지 190도에 이르는 구간에 형성되는 것이 바람직한 바, 도면에서는 180도로 설정되어 있으며, 상기 상한유지구간(C)은 상기 선형증가구간(B) 이후 상기 스티어링휠(1)의 회전각도가 260도 내지 280도에 이르는 구간에 형성되는 것이 바람직한 바, 본 실시예를 도시하고 있는 도면에는 270도로 설정되어 있으며, 상기 선형감소구간(D)은 상기 선형증가구간(B)과 동일한 수준의 기울기로 감소되는 구성이다.

참고로, 상기 스티어링휠(1)의 회전각도는 실질적으로는 중립구간(A)을 중심으로 좌우로 대칭되므로 우측을 +로 좌측을 -로 도면에 표시하고 있으나, 본 설명에서는 상기 중립구간(A)만 ±로 언급하고, 나머지는 우측을 기준으로 +값만으로 대표하여 표시하고 있다.

상기 중립구간(A)은 상기 조향기어비가 48~52mm/rev 이고, 상기 선형증가구간(B)에서 상기 조향기어비가 증가하는 증가치는 10~13mm/rev 이며, 상기 상한유지구간(C)은 상기 조향기어비가 62~66mm/rev 이다.

상기 중립구간(A)의 조향기어비는 실질적으로는 일반적인 조향장치의 기어비와 동일한 수준으로 정해진 것으로서, 이는 차량의 고속 주행시 고속안정성을 확보하기 위한 것으로서, 일반적인 종래의 조향장치가 고속안정성 확보를 위해 설정하고 있는 조향기어비를 그대로 유지하도록 한 것이다.

상기 선형증가구간(B)의 조향기어비는 차량의 저속 및 중속 구간에서 다이렉트 필과 응답성 및 응답 선형성을 고려하여 설정된 것으로서, 스티어링휠(1)의 조작시 중립구간(A) 이후 상기 선형증가구간(B)에 이르면, 점차 조향기어비가 증가함에 따라 운전자는 보다 향상된 다일렉트 필과 응답성을 느낄 수 있게 된다.

상기 선형증가구간(B)을 중립구간(A) 후 180도 정도로 한 것은 응답 선형성을 확보하기 위한 것으로서, 상기 선형증가구간(B)을 중립구간(A) 후 90도 정도로 더 빠르게 증가시키는 경우에는 응답 선형성이 저하되어 조향감에 악영향을 주게 된다.

한편, 상기 상한유지구간(C)은 주차시 조타바쁘기 감소, 즉 스티어링휠(1)을 지나치게 많이 회전시켜야 하는 것을 줄이기 위한 것으로서, 최대의 조향기어비가 유지되면서 스티어링휠(1)의 회전에 대해 보다 많은 조향랙바(7)의 직선운동을 구현하여 조향륜의 신속한 회동조작이 이루어지게 하기 위한 것이다.

상기 상한유지구간(C) 후 상기 선형감소구간(D)은 조향기어비를 상기 중립수준과 동등 또는 그 이하로 감소시키도록 함으로써, 주차시에 스티어링휠(1)의 회전 조작에 소요되는 조향 조작력을 저감시켜서 운전자의 편의성을 향상시키도록 한다.

상기한 바와 같은 구조의 랙(5)을 구비한 조향랙바(7)는 일반적인 랙 & 피니언 방식의 조향장치에 적용이 가능함은 물론, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 조향피니언(3)에 스티어링휠(1)의 조작에 따라 보조 조향력을 제공하는 전기모터가 연결된 MDPS를 구성하는 데에도 사용될 수 있다.

1; 스티어링휠
3; 조향피니언
5; 랙
7; 조향랙바
A; 중립구간
B; 선형증가구간
C; 상한유지구간
D; 선형감소구간
E; 하한유지구간

Claims

스티어링휠에 연동되어 회전되도록 구비된 조향피니언과;
상기 조향피니언에 치합되는 랙이 형성되어 좌우로 직선운동 가능하게 설치되는 조향랙바를 포함하여 구성되고,
상기 조향피니언의 회전에 대한 상기 조향랙바의 직선변위인 조향기어비가 상기 랙의 중앙부로부터 양단부까지의 양 구간에서 각각 증가했다가 감소하도록, 상기 랙을 이루는 기어의 치간격이 변화하도록 형성하되,
상기 조향기어비는 스티어링휠의 회전각도가 중앙의 중립구간 이후 조향기어비가 선형적으로 증가하는 선형증가구간과, 상기 선형증가구간 이후 상기 증가된 조향기어비가 일정하게 유지되는 상한유지구간과, 상기 중립구간의 조향기어비 이하의 조향기어비까지 연장되고, 상기 상한유지구간 이후 조향기어비가 상기 중립구간의 조향기어비 이하로 선형적으로 감소하는 선형감소구간과, 상기 선형감소구간 이후 최하의 조향기어비가 일정하게 유지되는 하한유지구간이 포함된 것을 특징으로 하는 차량의 스티어링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중립구간은 중앙으로부터 ±10도 내지 ±25도인 것을 특징으로 하는 차량의 스티어링 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 선형증가구간은 상기 중립구간 이후 상기 스티어링휠의 회전각도가 170도 내지 190도에 이르는 구간에 형성되고;
상기 상한유지구간은 상기 선형증가구간 이후 상기 스티어링휠의 회전각도가 260도 내지 280도에 이르는 구간에 형성되며;
상기 선형감소구간은 상기 선형증가구간과 동일한 수준의 기울기로 감소되는 것
을 특징으로 하는 차량의 스티어링 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 중립구간은 상기 조향기어비가 48~52mm/rev 이고;
상기 선형증가구간에서 상기 조향기어비가 증가하는 증가치는 10~13mm/rev 이며;
상기 상한유지구간은 상기 조향기어비가 62~66mm/rev 인 것
을 특징으로 하는 차량의 스티어링 장치.
청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 또는 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조향피니언에는 상기 스티어링휠의 조작에 따라 보조 조향력을 제공하는 전기모터가 연결된 것
을 특징으로 하는 차량의 스티어링 장치.