KR101503105B1 - 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼 - Google Patents

자동차의 충격 흡수식 조향컬럼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 거리를 확보하면서 컬랩스가 걸림감 없이 매끄럽게 이루어지게 되는 구조를 구비함으로써 조향컬럼의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시키고 운전자에게 전가되는 충격을 최소화하여 운전자의 상해치를 대폭 낮출 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

자동차의 충격 흡수식 조향컬럼{Collapse Energy Absorbable Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차의 조향컬럼에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 거리를 확보하면서 컬랩스가 걸림감 없이 매끄럽게 이루어지게 되는 구조를 구비함으로써 조향컬럼의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시키고 운전자에게 전가되는 충격을 최소화하여 운전자의 상해치를 대폭 낮출 수 있는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼에 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 있다.
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 컬럼 구동형(C-EPS)이 있다.
이하, 전기식 동력 보조 조향장치를 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도이다.
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 2에 도시된 바와 같이 종래의 자동차 조향컬럼의 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. (이와 같은 종래기술 외에 일본공개특허공보2004-237973, 일본공개특허공보2000-313340, 일본공개특허공보2008-247106 등 참조)
이러한 종래의 자동차 조향컬럼은 자동차의 충돌시 충돌 에너지를 흡수할 수 있도록 조향컬럼이 컬랩스되는 메카니즘을 구비하고 있는데, 조향컬럼의 구조상 컬랩스 거리가 충분히 확보되지 못하여 자동차의 충돌시 운전자의 상해치가 커지고 안전을 도모할 수 없는 문제점이 있었다.
특히, 조향컬럼에 결합되는 보조 동력기구나 마운팅 브라켓 등이 조향컬럼의 구조상 위치를 바꾸기 어렵고 그 부피도 줄이기 어려운 구조이어서 조향컬럼의 컬랩스시 간섭을 일으키게 되어 일정하게 충돌 하중을 흡수할 수 있는 구조의 필요성이 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 거리를 확보하면서 컬랩스가 걸림감 없이 매끄럽게 이루어지게 되어 조향컬럼의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시키고 운전자에게 전가되는 충격을 최소화하여 운전자의 상해치를 대폭 낮추는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동차의 충돌시 어퍼 튜브에 결합된 마운팅 브라켓과 보조 동력기구와의 컬랩스 거리를 확보하도록, 어퍼 튜브와 로워 튜브가 삽입 결합되고 로워 튜브의 하측에는 보조 동력기구가 결합되되, 상기 로워 튜브의 하측 단부와 조향축 사이에 구름 지지부재가 결합되고, 상기 로워 튜브의 하측 단부 외주측에 상기 보조 동력기구의 하우징 커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 제공한다.
본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 거리를 확보하면서 컬랩스가 걸림감 없이 매끄럽게 이루어지게 되는 구조를 구비함으로써 조향컬럼의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시키고 운전자에게 전가되는 충격을 최소화하여 운전자의 상해치를 대폭 낮출 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도;
도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도;
도 3은 본 발명에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 나타내는 사시도;
도 4는 본 발명에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도;
도 5는 도 4의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 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 3은 본 발명에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도, 도 5는 도 4의 부분 확대도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼은 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)에 결합된 마운팅 브라켓(311)과 보조 동력기구(120)와의 컬랩스 거리를 확보하도록, 어퍼 튜브(307)와 로워 튜브(309)가 삽입 결합되고 로워 튜브(309)의 하측에는 보조 동력기구(120)가 결합되되, 상기 로워 튜브(309)의 하측 단부와 조향축(305) 사이에 구름 지지부재(323)가 결합되고, 상기 로워 튜브(309)의 하측 단부 외주측에 상기 보조 동력기구(120)의 하우징 커버(320)가 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 보조 동력기구(120)는 운전자의 조향휠 조작 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(305)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
로워 튜브(309)는 운전자의 조향휠 조작시 조향력을 전달하는 조향축(305)을 감싸며 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)와 슬라이딩되는 컬랩스 작동이 될 수 있도록 어퍼 튜브(307)에 삽입되어 있고, 로워 튜브(309)가 내측에 삽입되는 어퍼 튜브(307)는 마운팅 브라켓(311)에 의해 자동차의 차체에 고정된다.
하측에 보조 동력기구(120)가 결합되어 있는 로워 튜브(309)는 중공 형상으로 형성되며 어퍼 튜브(307)의 내측에 삽입되어 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)가 로워 튜브(309)를 따라서 축방향으로 슬라이딩하게 되어 있다.
중공 형상으로 형성되는 어퍼 튜브(307)는 자동차의 충돌시에 로워 튜브(309)를 따라서 축방향으로 슬라이딩되는 컬랩스 운동을 하면서 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 로워 튜브(309)와 함께 충돌에너지 흡수 구조를 구비하고 있다.
로워 튜브(309)가 삽입된 어퍼 튜브(307)는 조향컬럼의 상측 즉, 조향휠(도 1의 101 참조)이 결합되는 쪽에 위치되며 자동차의 차체에 결합될 수 있도록 마운팅 브라켓(311)이 결합되어 있는데, 자동차의 충돌시에는 차체에 결합된 캡슐(317)이 파손되면서 조향휠 및 어퍼 튜브(307) 전체가 조향축 방향의 하측으로 컬랩스되면서 충격을 흡수할 수 있게 되어 있다.
이때 어퍼 튜브(307)의 컬랩스 거리는 대략적으로 마운팅 브라켓(311)의 하측 끝단과 보조 동력기구(120)의 상측 끝단과의 거리에 의해 제한되는데, 자동차 구조 및 조향컬럼의 결합 구조상 어퍼 튜브(307)의 컬랩스 거리를 확보하기가 매우 어렵게 되어 있다.
특히, 조향컬럼의 컬랩스 거리가 충분히 확보되지 않으면 충격 에너지 흡수가 제대로 이루어지지 않게 되어 운전자에게 전달되는 충격량이 커지게 되고 당연히 운전자의 상해치도 높아지는 치명적인 안전상의 문제가 야기된다.
따라서, 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)에 결합된 마운팅 브라켓(311)과 보조 동력기구(120)와의 컬랩스 거리를 충분히 확보하면서 컬랩스가 걸림감없이 매끄럽게 이루어지도록, 로워 튜브(309)의 하측 단부와 조향축(305) 사이에 구름 지지부재(323)가 결합되고, 로워 튜브(309)의 하측 단부 외주측에 보조 동력기구(120)의 하우징 커버(320)가 결합되게 되어 있다.
즉, 운전자의 조향휠 조작시 연동되어 회전하는 조향축(305)의 회전을 지지하는 구름 지지부재(323)가 하우징 커버(320)가 아닌 로워 튜브(309)의 내측에 결합되도록 로워 튜브(309)의 하측 단부 직경을 확대 형성하고, 확대된 하측 단부의 내주면과 조향축(305)의 사이에 구름 지지부재(323)가 결합되게 되어 있다.
따라서, 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)가 컬랩스되면서 충격을 흡수할 때 로워 튜브(309)의 직경이 확대된 하측 단부를 어퍼 튜브(307)가 밀고 내려가면서 로워 튜브(309)의 변형을 통해 충격을 흡수할 수 있게 되어 있다.
또한, 로워 튜브(309) 하측 단부의 내주면에는 안착부(309a)가 형성되어 있어서 구름 지지부재(323)의 모서리가 안착부(309a)에 고정되며 결합되어 구름 지지부재(323)의 이탈을 방지하게 되어 있다.
그리고, 로워 튜브(309)의 하측 단부 외주측에 결합되는 하우징 커버(320)는 그 끝단이 "ㄱ" 형상으로 외주면에서 내측으로 절곡 형성되어, 절곡된 단부(320a)가 이루는 내주면으로 로워 튜브(309)의 하측 단부가 삽입되게 형성되어 있다.
따라서, 종래(도 2 참조)에 비해 하우징 커버(320)의 끝단이 절곡된 길이만큼 만큼 컬랩스 거리를 확보할 수 있게 되어 있다.
또한, 로워 튜브(309)의 하측 단부 외주면에는 판 형상의 체결 플랜지(315)가 결합되거나 또는 일체로 형성되어 있어서 하우징 커버(320)와 체결부재(313)로 결합되게 되어 있다.
따라서, 자동차의 충돌시 어퍼 튜브(307)가 컬랩스되면서 마운팅 브라켓(311)이 체결 플랜지(315)나 하우징 커버(320)와 부딪치게 되더라도, 하우징 커버(320)만 하측으로 밀리거나 변형되면서 충격을 흡수하게 되고, 조향축(305)에 압입된 구름 지지부재(323)에 의한 걸림감과 같은 영향 없이 매끄러운 컬랩스가 이루어지게 되어 있다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 거리를 확보하면서 컬랩스가 걸림감 없이 매끄럽게 이루어지게 되는 구조를 구비함으로써 조향컬럼의 충격 에너지 흡수 성능을 향상시키고 운전자에게 전가되는 충격을 최소화하여 운전자의 상해치를 대폭 낮출 수 있는 효과가 있게 된다.
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. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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.
120: 보조 동력기구 305: 조향축
307: 어퍼 튜브 309: 로워 튜브
311: 마운팅 브라켓 315: 체결 플랜지
320: 하우징 커버

Claims (5)

  1. 자동차의 충돌시 어퍼 튜브에 결합된 마운팅 브라켓과 보조 동력기구와의 컬랩스 거리를 확보하도록,
    어퍼 튜브와 로워 튜브가 삽입 결합되고 로워 튜브의 하측에는 보조 동력기구가 결합되되,
    상기 로워 튜브의 하측 단부와 조향축 사이에 구름 지지부재가 결합되고,
    상기 보조 동력기구를 둘러싸는 하우징 커버의 끝단 외주면에서 내측으로 절곡되어 형성되는 절곡된 단부의 내주면에, 상기 로워 튜브의 하측 단부 외주면이 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로워 튜브는 하측 단부의 직경을 확대 형성하고, 확대된 하측 단부의 내주면과 조향축의 사이에 구름 지지부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하측 단부의 내주면에는 구름 지지부재의 이탈을 방지하는 안착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 로워 튜브의 하측 단부 외주면에는 체결 플랜지가 결합되거나 또는 일체로 형성되어, 상기 하우징 커버와 체결부재로 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼.
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