KR101245093B1 - 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축에 관한 것이다.
본 발명은 일측은 조향휠과 연결되고 타측은 하부 조향축에 연결되는 상부 조향축과; 일측은 상부 조향축에 연결되고 타측은 입력축에 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하는 하부 조향축; 및 상기 상부 조향축의 외주면 일부를 감싸며 결합되는 상측 고정부와, 상기 상측 고정부의 단부로부터 하부 조향축 방향으로 길게 형성되는 좌굴 변형부와, 상기 좌굴 변형부를 상부 조향축 방향으로 절곡시킨 벤딩 변형부와, 상기 벤딩 변형부로부터 상부 조향축 방향으로 연장되어 형성되며 상기 하부 조향축의 외주면에 함몰되어 고정되는 하측 고정부가 형성되어 있는 충격 흡수 부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축을 제공한다.
본 발명에 의하면 상부 조향축과 하부 조향축의 결합 부위에, 상부 조향축이 하부 조향축으로 충돌 에너지를 흡수하면서 슬라이딩되도록 벤딩 및 좌굴 변형되는 충격 흡수 부재를 구비함으로써 자동차의 충돌시 운전자에게 전가되는 충격을 완화할 수 있는 효과가 있다.
조향장치, 충격 흡수, 조향축, 입력축, 출력축

Description

충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축{Steering Axis For Vehicle Equipped with Collapse Energy Absorber}
본 발명은 자동차의 조향축에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차의 조향축에 있어서 상부 조향축과 하부 조향축의 결합 부위에, 상부 조향축이 하부 조향축으로 충돌 에너지를 흡수하면서 슬라이딩되도록 벤딩 및 좌굴 변형되는 충격 흡수 부재를 구비함으로써 자동차의 충돌시 운전자에게 전가되는 충격을 완화할 수 있는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 운전자가 조향휠을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞 바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다.
이러한 조향장치에 있어서 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치가 있 다.
유압식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전기식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.
이하, 전기식 동력 보조 조향장치를 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치의 개략도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 종래의 자동차 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다.
또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
도 2는 종래 자동차 조향장치의 조향축을 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래 자동차 조향장치의 조향축은 입력축(215)과 핀(225)에 의해 결합되는 하부 조향축(210) 및 하부 조향축(210)과 결합되는 상부 조향축(205)으로 구성되며, 이들이 결합되어 동일한 중심축에 정렬되어 상부 조향축(205)은 조향휠(미도시)과 연결되고, 입력축(215)은 출력축(220)에 압입 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하게 되어 있다.
하부 조향축(210)의 하단부는 입력축(215)에 삽입되어 입력축(215) 및 토션바(230)와 핀(225)에 의해 결합되며, 상단부는 외주면에 형성된 세레이션(235)이 상부 조향축(205)의 내주면에 형성된 세레이션(235)에 삽입 치합되고 동시에 이들 세레이션(235)에 플라스틱 몰딩을 하여 결합함으로써 상부 조향축(205)과 결합되어 있다.
이러한 종래의 자동차 조향축은 단순히 상부 조향축(205)과 하부 조향 축(210)이 결합되어 있을 뿐, 자동차의 충돌시 조향축(210)의 길이가 수축되는 슬라이딩 운동을 가능하게 하는 구조가 구비되어 있지 않아서, 자동차의 충돌시 운전자의 상해치가 커지고 안전을 도모할 수 없는 문제점이 있었다.
특히, 충돌 하중이 큰 경우에는 상부 조향축(205)과 하부 조향축(210)의 세레이션(235) 부위가 이탈되면서 결합이 일시에 분리되어, 일정하게 충돌 하중을 지탱할 수 있는 구조의 필요성이 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상부 조향축과 하부 조향축의 결합 부위에, 상부 조향축이 하부 조향축으로 충돌 에너지를 흡수하면서 슬라이딩되도록 벤딩 및 좌굴 변형되는 충격 흡수 부재를 구비함으로써 자동차의 충돌시 운전자에게 전가되는 충격을 완화할 수 있는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일측은 조향휠과 연결되고 타측은 하부 조향축에 연결되는 상부 조향축과; 일측은 상부 조향축에 연결되고 타측은 입력축에 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하는 하부 조향축; 및 상기 상부 조향축의 외주면 일부를 감싸며 결합되는 상측 고정부와, 상기 상측 고정부의 단부로부터 하부 조향축 방향으로 길게 형성되는 좌굴 변형부와, 상기 좌굴 변형부를 상부 조향축 방향으로 절곡시킨 벤딩 변형부와, 상기 벤딩 변형부로부터 상부 조향축 방향으로 연장되어 형성되며 상기 하부 조향축의 외주면에 함몰되어 고정되는 하측 고정부가 형성되어 있는 충격 흡수 부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축을 제공한다.
본 발명에 의하면 상부 조향축과 하부 조향축의 결합 부위에, 상부 조향축이 하부 조향축으로 충돌 에너지를 흡수하면서 슬라이딩되도록 벤딩 및 좌굴 변형되는 충격 흡수 부재를 구비함으로써 자동차의 충돌시 운전자에게 전가되는 충격을 완화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 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 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축 일부를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 나타내는 사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축을 나타내는 일부 단면도이다.
도 3a 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축은 일측은 조향휠(도 1의 101 참조)과 연결되고 타측은 하부 조향축(210)에 연결되는 상부 조향축(205)과; 일측은 상부 조향축(205)에 연결되고 타측은 입력축(215)에 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하는 하부 조향축(210); 및 상기 상부 조향축(205)의 외주면 일부를 감싸며 결합되는 상측 고정부(310)와, 상 기 상측 고정부(310)의 단부로부터 하부 조향축(210) 방향으로 길게 형성되는 좌굴 변형부(320)와, 상기 좌굴 변형부(320)를 상부 조향축(205) 방향으로 절곡시킨 벤딩 변형부(330)와, 상기 벤딩 변형부(330)로부터 상부 조향축(205) 방향으로 연장되어 형성되며 상기 하부 조향축(210)의 외주면에 함몰되어 고정되는 하측 고정부(340)가 형성되어 있는 충격 흡수 부재(300);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 충격 흡수 부재(300)를 구비한 자동차의 조향축은 종래와 달리 상부 조향축(205)과 하부 조향축(210)의 결합 부위에 충격 흡수 부재(300)가 결합되어 있어서, 자동차의 충돌시 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)으로 슬라이딩되면서 충격 에너지를 흡수할 수 있는 구조를 구비한 특징이 있다.
즉, 자동차의 충돌이 발생되면 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)으로 슬라이딩되면서 충격 에너지를 흡수하게 되는데, 이 때 충격 흡수 부재(300)가 벤딩(Bending) 및 좌굴(Buckling)되는 변형을 일으키면서 충격 에너지를 흡수하게 된다.
조향축은 중공 형상의 상부 조향축(205)과 하부 조향축(210)이 결합되어 운전자의 조향휠 조작시 조향력을 전달할도록, 상부 조향축(205)의 일측은 조향휠과 연결되고 타측은 하부 조향축(210)에 연결되어 있다.
하부 조향축(210)은 일측이 상부 조향축(205)에 연결되고 타측은 입력축에 연결되어 조향휠의 조향력을 출력축으로 전달하게 되는데, 도 3a와 도 3b 및 도 4에서는 상부 조향축(205)의 내부로 하부 조향축(210)이 삽입되어 결합된 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라서는 반대로 상부 조향 축(205)이 하부 조향축(210)의 내부로 삽입 결합될 수 있을 것이다.
이렇게 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)의 내부로 삽입 결합되는 경우에는 충격 흡수 부재(300)도 반대로 상측 고정부(310)가 하부 조향축(210)에 결합되고, 하측 고정부(340)가 상부 조향축(205)에 결합되어 충격을 흡수하게 되며, 이하 설명의 편의상 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
충격 흡수 부재(300)는 자동차의 충돌시 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)으로 슬라이딩되면서 충격을 흡수할 수 있도록 상측 고정부(310)는 상부 조향축(205)에 결합되고 하측 고정부(340)는 하부 조향축(210)에 결합되어 있다.
즉, 충격 흡수 부재(300)는 상부 조향축(205)에 결합되는 상측 고정부(310), 충돌시 좌굴되면서 변형을 유도하는 좌굴 변형부(320), 충돌시 벤딩되면서 변형되는 벤딩 변형부(330), 하부 조향축(210)에 결합되는 하측 고정부(340)를 포함해서 구성된다.
상측 고정부(310)는 상부 조향축(205)의 외주면 일부를 감싸며 용접 등의 방법으로 결합되며 충돌시 상부 조향축(205)과 함께 하부 조향축(210)으로 슬라이딩되면서 좌굴 변형부(320)를 변형시키게 된다.
좌굴 변형부(320)는 상측 고정부(310)의 단부로부터 하부 조향축(210) 방향으로 길게 형성되어 충돌시 조향축의 경방향으로 변형이 일어나게 되며, 이렇게 변형이 발생되면서 충격 에너지를 흡수하게 된다.
벤딩 변형부(330)는 좌굴 변형부(320)를 상부 조향축(205) 방향으로 절곡시켜 형성되며, 충돌시 벤딩부가 펴지면서 충격 에너지를 흡수하게 되어 있다.
즉, 충돌시 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)으로 슬라이딩될 때, 좌굴 변형부(320)의 좌굴이 발생되기 전이나 좌굴 발생과 동시에 벤딩 변형부(330)와 맞닿은 좌굴 변형부(320)가 하부 조향축(210) 방향으로 밀려와 계속 벤딩이 이루어지면서 충격 에너지를 흡수할 수 있게 되어 있다.
또한, 좌굴 변형부(320)에는 상부 조향축(205)의 슬라이딩시 좌굴 변형을 유도하도록 좌굴 변형부(320)의 하측을 벤딩 변형부(330)쪽으로 절곡시킨 변형 유도부(325)가 형성될 수 있는데, 좌굴 변형부(320)가 조향축의 경방향으로 쉽게 변형될 수 있게 도와준다.
한편, 하측 고정부(340)는 벤딩 변형부(330)로부터 상부 조향축(205) 방향으로 연장되어 형성되는 하측 고정부(340)는 하부 조향축(210)의 외주면에 함몰되어 용접 등의 방법으로 고정된다.
또한, 상측 고정부(310)에는 좌굴 변형부(320)의 양측면과 연결되어 조향축 방향으로 형성되는 노치(315)를 추가로 구비할 수 있는데, 좌굴 변형부(320)가 변형되면서 상측 고정부(310)의 노치(315)를 찢으면서 상부 조향축(205)이 슬라이딩되어 충격 에너지를 흡수하게 할 수 있다.
또한, 하측 고정부(340)의 단부에는 양측 경방향으로 폭이 확대되어 상부 조향축(205)의 내주면과 하부 조향축(210)의 외주면 사이에 밀착 결합되는 하중 조절부(350)가 구비될 수 있고, 하중 조절부(350)에는 자동차의 충돌시 상부 조향축(205)의 슬라이딩 하중을 조정하는 엠보 형상의 돌기부(355)가 구비될 수 있다.
하중 조절부(350)는 상부 조향축(205)의 내주면과 하부 조향축(210)의 외주 면 사이에 밀착되어 있어서 상부 조향축(205)이 하부 조향축(210)으로 슬라이딩되는 힘이 일정 이상이 되도록 하는데, 돌기부(355)의 갯수와 크기를 조정하여 형성함으로써 다양한 차종의 충돌 특성에 맞추어 충돌 에너지 흡수를 가능하게 할 수 있다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 상부 조향축과 하부 조향축의 결합 부위에, 상부 조향축이 하부 조향축으로 충돌 에너지를 흡수하면서 슬라이딩되도록 벤딩 및 좌굴 변형되는 충격 흡수 부재를 구비함으로써 자동차의 충돌시 운전자에게 전가되는 충격을 완화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
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 아 니라 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 종래의 자동차 조향장치의 개략도;
도 2는 종래 자동차 조향장치의 조향축을 나타내는 단면도;
도 3a는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축 일부를 나타내는 사시도;
도 3b는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 나타내는 사시도;
도 4는 본 발명에 의한 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축을 나타내는 일부 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
205: 상부 조향축 210: 하부 조향축
300: 충격 흡수 부재 310: 상측 고정부
315: 노치 320: 좌굴 변형부
325: 변형 유도부 330: 벤딩 변형부
340: 하측 고정부 350: 하중 조절부
355: 돌기부

Claims (5)

  1. 일측은 조향휠과 연결되고 타측은 하부 조향축에 연결되는 상부 조향축;
    일측은 상부 조향축에 연결되고 타측은 입력축에 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하는 하부 조향축; 및
    상기 상부 조향축의 외주면 일부를 감싸며 결합되는 상측 고정부와, 상기 상측 고정부의 단부로부터 하부 조향축 방향으로 길게 형성되는 좌굴 변형부와, 상기 좌굴 변형부를 상부 조향축 방향으로 절곡시킨 벤딩 변형부와, 상기 벤딩 변형부로부터 상부 조향축 방향으로 연장되어 형성되며 상기 하부 조향축의 외주면에 함몰되어 고정되는 하측 고정부가 형성되어 있는 충격 흡수 부재를 포함하며,
    상기 하측 고정부의 단부에는 양측 경방향으로 폭이 확대되어 상기 상부 조향축의 내주면과 하부 조향축의 외주면 사이에 밀착 결합되는 하중 조절부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상측 고정부에는 상기 좌굴 변형부의 양측면과 연결되어 조향축 방향으로 형성되는 노치가 구비된 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌굴 변형부에는 상기 상부 조향축의 슬라이딩시 좌굴 변형을 유도하도 록 좌굴 변형부의 하측을 상기 벤딩 변형부쪽으로 절곡시킨 변형 유도부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 충겨 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하중 조절부에는 자동차의 충돌시 상기 상부 조향축의 슬라이딩 하중을 조정하는 엠보 형상의 돌기부가 구비된 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재를 구비한 자동차의 조향축.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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