KR101360483B1 - 가변 기어비 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 기어비 스티어링 시스템에 관한 것으로, 피니언(10)의 나사 산(13) 사이의 간격 조절을 통하여 스티어링 휠(1)의 조타에 따른 스티어링의 기어비를 가변시킬 수 있게 됨으로써, 비교적 저렴한 피니언(10)의 가공비로 인해 저가로 구성할 수 있도록 된 것이다.

가변 기어비, 스티어링, 피니언, 나사 산

Description

가변 기어비 스티어링 시스템{Variable gear ratio steering system}

본 발명은 가변 기어비 스티어링 시스템에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량의 스티어링 시스템은 주행중인 차량의 진행방향을 운전자의 의지대로 전환시키기 위한 장치로서 도 1에 도시된 바와 같이, 운전자에 의해 회전조작이 가능한 스티어링 휠(1)과, 상기 스티어링 휠(1)에 일단이 결합되어 상기 스티어링 휠(1)과 함께 회전하는 스티어링 샤프트(3)와, 상기 스티어링 샤프트(3)의 하단에 구비되면서 기어박스하우징에 위치하도록 설치되어 상기 스티어링 샤프트(3)와 함께 회전하는 피니언(5)과, 상기 피니언(5)과 치합을 이루도록 설치되면서 상기 피니언(5)의 회전운동에 따라 직선운동을 하는 랙(7)을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 스티어링 시스템은, 스티어링 휠(1)의 조타각이 커질수록 타이어의 마찰 및 차량의 지오메트리(geometry) 등에 의하여 피니언(5)에 걸리는 토크(torque)가 커지게 되는데, 상기 피니언(5)에 걸리는 토크를 줄이기 위한 방안으로 유압식 파워 스티어링 시스템인 경우에는 유압을 더욱 증가시키고, 전동식 파워 스티어링 시스템인 경우에는 모터의 동력을 더욱 증가시키게 된다.

하지만, 피니언(5)에 걸리는 토크를 줄이기 위하여 유압이나 또는 모터의 동력을 무한정 증가시키는 것은 한계가 있을 뿐만 아니라 비효율적인 문제가 있는 바, 이를 해결하기 위하여 가변 기어비 시스템(VGR; Variable Gear Ratio System)을 적용하게 되었다.

상기 가변 기어비 시스템은, 랙(7)에 구비된 나사 산사이의 간격이 랙(7)의 중앙부분에서 양단으로 갈수록 점차 넓어지는 간격을 갖도록 랙(7)의 형상을 변경한 시스템으로, 스티어링 휠(1)의 조타각이 커질수록 상기 랙(7)의 이동거리를 크게 함으로써 피니언(5)에 걸리는 토크를 줄이도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같이 랙(7)의 형상 변경을 이용한 가변 기어비 시스템은, 랙(7)의 가공비가 비싼 문제점이 있었다.

이에 본 발명은, 비교적 저가로 구성할 수 있는 새로운 가변 기어비 스티어링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 가변 기어비 스티어링 시스템은, 스티어링 샤프트와 함께 회전하고 상기 스티어링 샤프트의 길이방향을 따라 왕복 이동할 수 있도록 상기 스티어링 샤프트에 결합되는 한편 랙과 치합되도록 바깥 둘레면에 형성된 나사 산 사이의 간격이 중앙부분에서 양쪽 끝단을 향해 갈수록 점차 줄어드는 간격을 갖도록 구비된 피니언과; 상기 피니언에 일체로 결합된 어저스트 볼트와; 기어박스하우징에 고정 설치되면서 상기 어저스트 볼트와 나사 결합되는 고정너트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 가변 기어비 시스템은, 피니언의 나사 산 사이의 간격 조절을 통하여 스티어링 휠의 조타에 따른 스티어링의 기어비를 가변시킬 수 있게 됨으로써, 비교적 저렴한 피니언의 가공비로 인해 저가로 구성할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명 실시예에 따른 가변 기어비 시스템(VGR; Variable Gear Ratio System)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 스티어링 샤프트(3)의 하단에 결합된 피니언(10)과, 상기 피니언(10)에 일체로 결합된 어저스트 볼트(20)와, 상기 어저스트 볼트(20)가 관통하면서 상기 어저스트 볼트(20)와 나사 체결되어 결합되는 고정너트(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스티어링 샤프트(3)의 상단 끝에는 운전자에 의해 회전조작이 가능한 스티어링 휠(1)이 결합되고, 상기 피니언(10)에는 상기 피니언(10)의 회전운동에 따라 직선운동을 하는 랙(7)이 상기 피니언(10)과 치합을 이루도록 설치된다.

한편, 상기 피니언(10)은 상기 스티어링 샤프트(3)의 회전시 함께 회전하고, 또한 상기 스티어링 샤프트(3)의 길이방향을 따라 왕복 이동할 수 있도록 상기 스 티어링 샤프트(3)의 하단에 결합되는 구조이다.

이를 위해, 상기 스티어링 샤프트(3)의 하단쪽 바깥 둘레면에는 다수개의 스플라인 돌기(3a)가 상기 스티어링 샤프트(3)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되면서 동시에 상기 스티어링 샤프트(3)의 길이방향을 따라 형성된다.

그리고, 상기 피니언(10)은 원통모양으로 형성되면서 그 안쪽의 둘레면에는 상기 스플라인 돌기(3a)와 암수 결합을 이루는 다수개의 스플라인 홈(11)이 형성된다.

따라서, 상기 피니언(10)이 상기 스티어링 샤프트(3)의 하단에 스플라인 돌기(3a)와 스플라인 홈(11)을 이용해 끼워져서 결합되면, 상기 피니언(10)은 상기 스티어링 샤프트(3)의 회전시 함께 회전하게 되고, 또한 상기 스티어링 샤프트(3)의 길이방향을 따라 왕복 이동할 수 있게 된다.

상기 피니언(10)의 바깥 둘레면에는 상기 랙(7)과 치합을 이루기 위한 나사 산(13)이 형성되는데, 상기 나사 산(13) 사이의 간격(L1)은 상기 피니언(10)의 중앙부분에서 상기 피니언(10)의 양쪽 끝단을 향해 갈수록 점차 줄어드는 간격을 갖도록 형성된다.

다시 말해서, 상기 피니언(10)의 양쪽 끝단에 형성된 나사 산(13) 사이의 간격은 상기 피니언(10)의 중앙부분에 형성된 나사산(13) 사이의 간격보다 20퍼센트(％) 내지 30퍼센트(％) 줄어든 간격으로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 가변 기어비 시스템에서 상기 랙(7)에 형성된 나사 산(도시않됨) 사이의 간격은 상기 랙(7)의 전체 길이에 걸쳐 균일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 어저스트 볼트(20)는 상기 피니언(10)의 길이방향을 따라 상기 피니언(10)의 하단에 일체로 결합되는 구조이다.

그리고, 상기 고정너트(30)는 상기 어저스트 볼트(20)의 회전시 함께 회전하지 못하도록 상기 어저스트 볼트(20)와 결합된 상태에서 기어박스하우징(도시않됨)에 고정 설치되는 구조이다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

스티어링 휠(1)의 조타가 없는 중립상태 시랙(7)은 도 5와 같이 나사 산(13) 사이의 간격(L1)이 가장 넓게 형성된 피니언(10)의 중앙부분에 위치하고 있게 된다.

이때, 피니언(10)과 랙(7)의 기어비는 최대인 상태가 된다.

중립 상태에 있던 스티어링 휠(1)이 일 방향으로 회전하면 스티어링 샤프트(3)와 피니언(10) 및 어저스트 볼트(20)도 함께 동일 방향으로 도 6과 같이 회전하게 된다.

이때, 고정너트(30)는 기어박스하우징에 고정된 상태이므로, 어저스트 볼트(20)의 회전에 의해 피니언(10)은 스플라인 돌기(3a)와 스플라인 홈(11)을 매개로 스티어링 샤프트(3)의 길이방향을 따라 직선 이동하게 된다.

이와 같이, 피니언(10)이 직선 이동하면 랙(7)은 도 6과 같이 피니언(10)의 한쪽 끝단과 근접한 위치에서 치합된 상태를 유지하게 되는 바, 즉 상기 랙(7)은 나사 산(13) 사이의 간격(L1)이 중앙부분보다 좁게 형성된 피니언(10)의 나사 산(13)과 치합된 상태가 되는 것이다.

이때, 피니언(10)과 랙(7)의 기어비는 스티어링 휠(1)의 중립상태 시보다 감소된 상태가 됨으로써, 본 발명 실시예는 스티어링 휠(1)의 조타에 따라 스티어링의 기어비를 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

스티어링 휠(1)의 조타각이 커질수록 랙(7)은 피니언(10)의 한쪽 끝단과 치합된 상태를 유지하게 되며, 이때 피니언(10)과 랙(7)의 기어비는 최소인 상태가 된다.

이와 같이, 피니언(10)과 랙(7)의 기어비가 스티어링 휠(1)의 중립상태 시보다 감소하게 되면, 운전자가 적은 힘을 사용하더라도 원활히 조향 조작을 할 수 있게 되며, 아울러 피니언(10)에 걸리는 토크도 줄일 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명 실시예의 가변 기어비 시스템은 피니언(10)의 나사 산(13) 사이의 간격 조절을 통하여 스티어링 휠(1)의 조타에 따른 스티어링의 기어비를 가변시킬 수 있는 구성이므로, 랙(7)의 형상 변경을 이용한 종래의 가변 기어비 시스템과 비교하여 볼 때, 피니언(10)의 가공비가 랙(7)의 가공비보다 저렴하고, 이로 인해 저가로 구성할 수 있는 장점이 있게 된다.

한편, 도 6은 스티어링 휠(1)의 일 방향 회전에 의해 피니언(10)이 하강 이동한 상태인 바, 스티어링 휠(1)의 타 방향 회전에 의해 피니언(10)이 상승 이동한 상태일 때에도 도 6과 동일한 작용을 하게 되므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일반적인 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면,

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 가변 기어비 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 가변 기어비 스티어링 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 - 스티어링 휠 3 - 스티어링 샤프트

3a - 스플라인 돌기 7 - 랙

10 - 피니언 11 - 스플라인 홈

13 - 나사 산 20 - 어저스트 볼트

30 - 고정너트

Claims (4)

1. 스티어링 샤프트와 함께 회전하고 상기 스티어링 샤프트의 길이방향을 따라 왕복 이동할 수 있도록 상기 스티어링 샤프트에 결합되는 한편 랙과 치합되도록 바깥 둘레면에 형성된 나사 산 사이의 간격이 중앙부분에서 양쪽 끝단을 향해 갈수록 점차 줄어드는 간격을 갖도록 구비된 피니언과;

   상기 피니언에 일체로 결합된 어저스트 볼트와;

   기어박스하우징에 고정 설치되면서 상기 어저스트 볼트와 나사 결합되는 고정너트;

   를 포함하는 가변 기어비 스티어링 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 피니언은 원통모양으로 형성되어 상기 스티어링 샤프트의 하단에 끼워지면서 상기 스티어링 샤프트와 스플라인 결합된 것;

   을 특징으로 하는 가변 기어비 스티어링 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 피니언의 양쪽 끝단에 형성된 나사 산 사이의 간격은 중앙부분에 형성된 나사산 사이의 간격보다 20퍼센트(％) 내지 30퍼센트(％) 줄어든 간격으로 형성된 것;

   을 특징으로 하는 가변 기어비 스티어링 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 어저스트 볼트는,

   상기 피니언의 길이방향을 따라 상기 피니언의 하단에 일체로 결합된 것;

   을 특징으로 하는 가변 기어비 스티어링 시스템.

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