KR101189846B1 - 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙의 롤링을 방지하는 것에 의해 킥백 및 래틀 노이즈를 저감할 수 있도록 하는 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템에 관한 것으로,

종래에 있어서는 같이 일측에 타이로드(310) 일단부의 체결볼(311)이 삽입 결합되는 볼 수용홈(231')이 마련되고, 타측에 랙(220)의 양단에 마련되는 체결홈(222)과 결합되는 랙 체결돌기(232')가 마련되는 일반적인 볼하우징(230')을 통해 타이로드(310)와 랙(220)을 결합하였기 때문에 타이어 거동 및 타이로드 이동에 따른 랙 축방향 토크작용에 대해 볼하우징(230)이 제대로 대응하지 못하게 되어 많은 랙 롤링이 발생하게 되고, 그에 따라 차량의 진동, 소음 및 승차감(NVH)에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제가 있었던 바,

랙(220)과 타이로드(310)를 연결하는 볼하우징(230)을 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)로 분리 형성하고, 분리 형성한 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)를 회전이 자유롭게 결합하여 타이로드에 회전 자유도를 제공함으로써 타이어 거동시 랙(220)에 작용하는 토크를 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 타이어 거동시의 랙 롤링 현상을 없앨 수 있게 되므로 운전자에게 보다 부드러운 조향감을 제공할 수 있게 되고, 킥백, 소음, 진동 등을 방지할 수 있게 되어 차량의 승차감을 좋게 할 수 있게 됨은 물론 차량의 상품성을 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

스티어링 시스템, 랙 롤링, 볼 하우징, 타이로드

Description

차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템 { a steering system for a vehicle }

도 1은 본 발명이 관계하는 스티어링 시스템의 구성도

도 2는 종래 스티어링 시스템의 랙과 타이로드 연결부위의 사시도

도 3은 종래 스티어링 시스템의 랙과 타이로드 연결부위의 종단면도

도 4은 본 발명의 한 실시예의 랙과 타이로드 연결부위의 종단면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

210 : 피니언 220 : 랙

222 : 체결홈 230 : 볼하우징

230a : 타이로드 연결부 230b : 랙 연결부

231 : 볼 수용홈 232 : 체결돌기

233 : 회전중심축 234 : 베어링

310 : 타이로드 311 : 체결볼

본 발명은 랙의 롤링을 방지하는 것에 의해 킥백 및 래틀 노이즈를 저감할 수 있도록 하는 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 랙과 타이어를 연결하는 타이로드에 회전 자유도를 제공하여 타이어 거동시 랙에 작용하는 토크를 제거할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 진행방향을 임의로 바꾸기 위해 조향을 하는 장치인 차량의 스티어링 시스템(Steering System;조향장치)의 작동을 살펴보면, 운전자가 스티어링휠을 돌리게 되면 기어 장치의 스티어링기어로 조작력이 전달되어 이 부분에서 감속됨과 동시에 운동방향이 바뀌어 링크기구인 피트면 아암, 드래그 링크 및 너클 아암을 거쳐 너클 스핀들로 전달되며, 너클 스핀들은 그 움직임에 의해 킹 핀을 중심으로 한 회전운동을 하기 때문에 앞바퀴의 움직임을 바꾸게 된다.

그리고 좌우의 너클은 너클 아암을 통해 타이로드와 연결되어 한쪽 바퀴의 움직임을 반대쪽 바퀴에 전달하도록 되어 있다.

한편 차량의 스티어링 시스템이 갖추어야 할 일반적인 조건은 다음과 같다.

① 조향조작이 주행중의 충격에 영향 받지 않을 것

② 조작하기 쉽고 방향전환이 원활할 것

③ 회전반경이 작아서 좁은 곳에서도 방향 전환이 용이할 것

④ 진행방향을 바꿀 때 샤시 및 보디 각 부분에 무리한 힘이 작용되지 않을 것

⑤ 고속 주행에서도 조향핸들이 안전할 것

⑥ 스티어링휠의 회전과 바퀴선회의 차가 크지 않을 것

한편 차량의 스티어링 시스템은 대개 도 1과 같이 조작기구(100)와 기어장치(200), 그리고 링크기구(300)의 세가지 기구로 구성되어 있다.

상기 스티어링 시스템에서 조작기구(100)는 운전자가 직접 조향 조작을 하여 그 조작력을 스티어링기어 및 링크 등에 전달하는 부분으로, 스티어링휠(350), 스티어링샤프트, 그리고 스티어링컬럼(360) 등으로 되어 있다.

기어장치(200)는 스티어링샤프트의 회전을 약 20:1로 감속하여 조작력을 크게 함과 동시에 조작기구(100)의 운동방향을 바꾸어 링크기구(300)에 전달하는 부분으로, 볼 너트형(Ball nut type)과 랙 피니언형(Rack Pinion type)으로 크게 대별되는 바, 본 발명은 특히 승용자동차에 주로 사용되는 랙 피니언형에 관계하는 것이다.

본 발명이 관계하는 랙 피니언형 기어장치는 스티어링샤프트의 끝에 피니언(210)을 설치하여 랙(220)과 물리도록 한 구조로 되어 있으며, 피니언(210)이 회전하면 랙(220)은 옆 방향으로 움직이고 랙(220)의 양쪽 끝에 연결된 타이로드(tie rod;310)를 통해 너클(330)과 함께 조향바퀴(340)가 움직이도록 되어 있다.

이 형식은 링크 기구와 볼 조인트 수가 적으므로 마찰이 적고 소형 경량화할 수 있는 장점이 있다.

마지막으로 링크기구(300)는 기어장치의 작동을 앞바퀴에 전달하고, 좌우 바퀴의 관계 위치를 바르게 지지하는 부분으로, 피니언(210)과 물려있는 랙(Rack;220)), 타이로드(310) 및 너클 암(Knockle Arm;320) 등으로 구성되어 있다.

최근 대부분의 차량에는 핸들의 조작력을 가볍게 하고, 신속한 조향 조작을 하기 위해 파워 스티어링(Power steering)을 많이 사용하는 추세이며, 이러한 파워 스티어링 장치는 엔진에 부착된 스티어링 오일펌프(410)로부터의 오일 압력을 스티어링 시스템 중간에 설치된 배력장치(420;동력실린더)로 보내서 배력장치(420)의 작동으로 핸들의 조작력을 가볍게 하는 구조로 되어 있다.

본 발명이 관계하는 랙 피니언형 스티어링 시스템에 있어서 피니언(210)에 결합되어 그의 회전에 따라 좌우방향으로 이동되는 랙(220)은 볼하우징을 통해 타이로드(tie rod)와 연결되는데, 종래에 있어서는 도 2 및 도 3과 같이 일측에 타이로드(310) 일단부의 체결볼(311)이 삽입 결합되는 볼 수용홈(231')이 마련되고, 타측에 랙(220)의 양단에 마련되는 체결홈(222)과 결합되는 랙 체결돌기(232')가 마련되는 일반적인 볼하우징(230')을 통해 타이로드(310)와 랙(220)을 결합하였기 때문에 타이어 거동 및 타이로드 이동에 따른 랙 축방향 토크작용에 대해 볼하우징(230)이 제대로 대응하지 못하게 되어 많은 랙 롤링이 발생하게 되고, 그에 따라 차량의 진동, 소음 및 승차감(NVH)에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제가 있었다.

즉, 차량의 조향 조작과정에서 타이어 거동에 반응하여 타이로드(310)가 이동하게 되고, 그에 따라 랙이 축방향 토크작용을 하게 됨으로써 랙 롤링이 발생하게 되면 랙(220)은 요크 및 피니언(210)과 충돌하여 조향력의 부드러운 전달을 방해하게 되고, 래틀 노이즈와 같은 소음 및 진동을 유발하게 된다.

이렇듯 타이어 거동에 기인하여 발생되는 랙 롤링은 소음, 진동에 악영향을 미치게 되므로 최근 차량 상품성 평가에 있어 그 중요도가 매우 높아지고 있는 실정이지만 그 원인의 제거에는 많은 어려움이 따르고 있다.

상기 랙 롤링의 폐해를 저감하기 위해서는 차륜에 의한 입력 충격을 제거하는 것이 좋은 방법이므로 서스펜션 특성 설정이 중요하지만 도로 여건 및 운전자 특성 등 다양한 주행 환경에서 입력 충격의 근원전 제거 방법은 존재하지 않으며, 스티어링 기어박스 요크 하중 증대, 요크 편심 방지 및 각종 고무 댐퍼 등의 장착을 통해 운전자가 느끼는 정도를 감소시킬 수 있다.

이러한 요크 및 고무 댐퍼를 이용한 기존의 기술들은 운전자 느낌의 개선에 공헌하고 있으나 그 개선에 한계가 있으며 조향 컴플라이언스 등의 발생으로 조향 반응성의 저감 등 상대적 차량 성능 저하를 수반하게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 타이어 거동에 따른 타이로드의 이동으로 랙에 작용하는 축방향 토크를 제거하는 것에 의해 랙 롤링을 방지할 수 있도록 함으로써 운전자에게 부드러운 조향감을 제공할 수 있도록 함은 물론 킥백과 소음, 진동을 방지하여 차량의 승차감 개선과 상품성 향상에 기여할 수 있도록 하는 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 랙과 타이로드를 연결하는 볼하우징을 타이로드 연결부와 랙 연결부로 분리하고, 분리한 타이로드 연결부와 랙 연결 부를 회전이 자유롭게 결합하는 것에 의해 랙과 타이어를 연결하는 타이로드에 회전 자유도를 제공하여 타이어 거동시 랙에 작용하는 토크를 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 4에는 본 발명의 한 실시예의 랙과 타이로드 연결부위의 종단면도가 도시되어 있는 바, 본 발명은 스티어링샤프트의 끝에 설치된 피니언(210)의 회전에 따라 좌우방향으로 이동되는 랙(220)이 볼하우징(230)을 통해 타이로드(310)와 연결되는 차량의 스티어링 시스템을 구성함에 있어서, 상기 볼하우징(230)을 타이로드(310) 일단부의 체결볼(311)이 삽입 결합되는 볼 수용홈(231)을 구비하는 타이로드 연결부(230a)와, 랙(220)의 양단에 형성된 체결홈(222)과 결합되는 랙 체결돌기(232)가 마련되는 랙 연결부(230b)로 분리 형성하고, 분리 형성한 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)를 회전이 자유롭게 결합하여서 되는 것이다.

도시된 실시예는 랙 연결부(230b)의 일단에 고정 설치한 회전중심축(233)을 베어링(234)을 개재하여 타이로드 연결부(230a)의 일단에 결합한 형태를 갖으며, 도면부호중 미설명부호 211은 피니언하우징이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 있어서는 타이어 거동에 따른 타이로드(310)의 이동으로 랙 축방향으로 토크가 작용하게 되는 경우 타이로드(310)의 체결볼(311)과 볼하우징 타이로드 연결부(230a)의 볼 수용홈(231)의 결합부위에서 1차적으로 토크를 제거하게 되고, 볼 하우징 랙 연결부(230b)의 회전중심축(233)을 중심으로 볼하우징 타이로드 연결부(230a)가 회전하면서 2차적으로 토크를 제거하게 됨 으로써 랙 축방향 토크를 완전히 제거할 수 있게 되며, 그에 따라 랙(220)에 토크가 전달되지 않게 되므로 랙 롤링이 발생하지 않게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 랙(220)과 타이로드(310)를 연결하는 볼하우징(230)을 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)로 분리 형성하고, 분리 형성한 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)를 회전이 자유롭게 결합하여 타이로드에 회전 자유도를 제공함으로써 타이어 거동시 랙(220)에 작용하는 토크를 제거할 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 의하면 다른 부품 진동 저감 기술과 트레이드오프(trade-off)가 필요없는 독립적인 스티어링 시스템 진동 저감기술로써 타이어 거동시의 랙 롤링 현상을 없앨 수 있게 되므로 운전자에게 보다 부드러운 조향감을 제공할 수 있게 되고, 킥백, 소음, 진동 등을 방지할 수 있게 되어 차량의 승차감을 좋게 할 수 있게 됨은 물론 차량의 상품성을 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 스티어링샤프트의 끝에 설치된 피니언(210)의 회전에 따라 좌우방향으로 이동되는 랙(220)이 볼하우징(230)을 통해 타이로드(310)와 연결되는 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템에 있어서,

   상기 볼하우징(230)을 타이로드(310) 일단부의 체결볼(311)이 삽입 결합되는 볼 수용홈(231)을 구비하는 타이로드 연결부(230a)와, 랙(220)의 양단에 형성된 체결홈(222)과 결합되는 랙 체결돌기(232)가 마련되는 랙 연결부(230b)로 분리 형성하고, 분리 형성한 타이로드 연결부(230a)와 랙 연결부(230b)를 회전이 자유롭게 결합하되,

   상기 랙 연결부(230b)의 일단에 고정 설치한 회전중심축(233)을 베어링(234)을 개재하여 타이로드 연결부(230a)의 일단에 결합한 것을 특징으로 하는 차량의 랙 롤링 방지 스티어링 시스템.

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