KR101774081B1 - 회전비 가변형 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전비 가변형 조향장치에 관한 것이다.
본발명은 조향입력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 구동풀리와, 조향출력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 종동풀리 및 상기 요홈에 체결되어 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하며, 상기 조향입력축의 회전시 상기 구동풀리와 종동풀리의 회전비가 변하도록 일정구간 폭이 다른 구간이 구비된 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 차량의 조향각에 따라 조향 회전비를 가변시켜 줌으로써, 조향각이 큰 경우에는 큰 조향회전비로 조향 조작의 편의성을 확보할 수 있도록 하며, 조향각이 작은 경우에는 작은 조향회전비로 차량의 조종안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

회전비 가변형 조향장치{Apparatus for Vehicle}
본 발명은 회전비 가변형 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량의 조향각에 따라 조향 회전비를 가변시켜 줌으로써, 조향각이 큰 경우에는 큰 조향회전비로 조향 조작의 편의성을 확보할 수 있도록 하며, 조향각이 작은 경우에는 작은 조향회전비로 차량의 조종안전성을 향상시킬 수 있는 회전비 가변형 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조향장치는, 운전자가 조향휠을 회전시킴에 따라 이에 연결된 랙바의 직선변위량이 일정하게 발생되도록 구성되어있고, 이러한 것은 회전비로 나타내는데, 이 회전비는 차량의 조향 특성에 큰 영향을 끼친다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 조향장치의 개략 구성도, 도 2는 종래 기술에 따른 기어하우징의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 조향장치(100)는 운전석에 배치되는 조향휠(102)과 이에 연결된 조향축(104), 그리고 조향축(104)이 차체에 고정될 수 있도록 하는 조향 컬럼(106), 조향축(104)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙기어(108)와 피니언기어(110)를 포함하는 기어하우징(120), 양단부에 이너 볼 조인트(130)를 구비한 랙바(140), 기어하우징(120)의 양측으로 연장되게 형성되되 랙바(140)의 외주면을 감싸도록 형성되는 작동 실린더(150), 이너 볼 조인트(130)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(160) 및 타이로드(160)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(170), 아우터 볼 조인트(170)는 타이어(180)의 너클(Knuckle, 190)과 연결되도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 랙 피니언 방식의 기어하우징(120)은 조향 축(104)과 연결된 입력축으로부터 회전력을 전달받아 피니언기어(110)를 통해서 랙바(140)에 전달하는 피니언 축(210), 피니언기어(110)와 이물림되는 랙기어(108)가 형성되어 피니언기어(110)를 통해 전달받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙바(140), 랙바(140)와 피니언 축(210)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 한 서포트 요크(220), 서포트 요크(220)의 후방에 구비되는 스프링(230) 및 스프링(230)을 지지하여 서포트 요크(220)에 압력을 가하는 요크 플러그(240)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 조향장치는 운전자가 조향휠(102)을 돌리면 조향축(104)이 회전하고, 차량의 설계시 결정된 회전비에 의해 랙바(140)가 직선운동하여 타이어(180)를 각변위시키게 된다.
그러나 이러한 종래의 조향장치(100)는 저속주행 및 고속주행에 상관없이 동일한 회전비를 발생시키므로, 입력축의 회전수에 대비하여 랙바(140)의 이동거리가 동일해진다.
이로써, 저속주행시 조향휠(102)을 조금 돌려 랙바(140)의 많은 이동거리를 발생시킨다거나, 고속주행시 조향휠(102)을 많이 돌려 랙바(140)의 적은 이동거리를 발생시키는 것이 불가능해진다.
즉, 종래의 조향장치(100)는 일정 회전비로 설계되어, 조향각이 많아야하는 저속주행시나 주차시에는 조향휠(102)을 많이 회전시켜야하므로 조향이 불편하고, 조향각이 적어야하는 고속주행시에는 고속주행에 적합하지 않은 큰 조향각이 발생되어 조향안정성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 차량의 조향각에 따라 조향 회전비를 가변시켜 줌으로써, 조향각이 큰 경우에는 큰 조향회전비로 조향 조작의 편의성을 확보할 수 있도록 하며, 조향각이 작은 경우에는 작은 조향회전비로 차량의 조종안전성을 향상시킬 수 있는 회전비 가변형 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 조향입력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 구동풀리와, 조향출력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 종동풀리 및 상기 요홈에 체결되어 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하며, 상기 조향입력축의 회전시 상기 구동풀리와 종동풀리의 회전비가 변하도록 일정구간 폭이 다른 구간이 구비된 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 회전비 가변형 조향장치에 있어서, 차량의 조향각에 따라 조향 회전비를 가변시켜 줌으로써, 조향각이 큰 경우에는 큰 조향회전비로 조향 조작의 편의성을 확보할 수 있도록 하며, 조향각이 작은 경우에는 작은 조향회전비로 차량의 조종안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 조향장치의 개략 구성도;
도 2는 종래 기술에 따른 기어하우징의 단면도;
도 3은 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치를 나타낸 부분 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 벨트를 나타낸 사시도;
도 5는 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 벨트를 나타낸 측면도와 평면도;
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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 3은 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치를 나타낸 부분 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 벨트를 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 벨트를 나타낸 측면도와 평면도, 도 6과 도 7은 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 특징적인 구조를 상세하게 설명하면, 이들 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치는, 조향입력축(310)에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈(316)이 형성되고, 상기 요홈(316)의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부(314)가 형성된 구동풀리(312)와, 조향출력축(320)에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈(326)이 형성되고, 상기 요홈(326)의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부(324)가 형성된 종동풀리(322) 및 상기 구동풀리(312)와 종동풀리(322)를 연결하며, 상기 조향입력축(310)의 회전시 상기 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 회전비가 변하도록 일정구간 폭이 다른 구간이 구비된 벨트(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 조향휠에서 발생되는 조향 회전력을 전달받을 수 있도록 조향입력축(310)이 마련된다.
또, 조향입력축(310)의 측면에는 조향입력축(310)과 평행하게 이격 설치되며, 하단에 피니언기어(110)가 일체로 형성된 조향출력축(320)이 설치되고, 이 조향입력축(310)과 조향출력축(320)은 회전 가능하도록 베어링(342a,342b)을 개재하여 하우징(340)에 설치된다.
즉, 하우징(340)은 후술하는 벨트(330)가 감겨진 구동풀리(312)와 종동풀리(322)를 감싸며, 조향입력축(310)과 조향출력축(320)을 지지하되, 조향입력축(310)과 하우징(340) 그리고 조향출력축(320)과 하우징(340) 사이에는 베이링이 개재되어 조향입력축(310)과 조향출력축(320)의 회전을 원활하게 한다.
피니언기어(110)는 이와 교축되도록 배치된 랙바(140)의 랙기어(108)와 이물림될 수 있도록 설치된다.
한편, 조향입력축(310)과 조향출력축(320)의 사이에는 동력을 전달할 수 있도록 벨트(330)가 마련되는데, 이를 위해 조향입력축(310)과 조향출력축(320)에는 각각 구동풀리(312)와 종동풀리(322)가 설치된다.
구동풀리(312)는 조향입력축(310)의 일측에 구비되며, 외주면에 원주방향으로 요홈(316)이 형성되고, 요홈(316)의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부(314)가 형성된다.
종동풀리(322)는 일측에 피니언기어(110)가 형성된 조향출력축(320)의 타측에 구비되며, 외주면에 원주방향으로 요홈(326)이 형성되고, 요홈(326)의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부(324)가 형성된다.
이때, 가이드부(314,324)에는 슬립 방지를 위한 돌기 또는 폭방향 홈이 형성되며, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 가이드부(314,324)에 감긴 벨트(330)가 미끄러지는 것을 방지하게 된다.
벨트(330)는 구동풀리(312)와 종동풀리(322)를 연결하며, 조향입력축(310)의 회전시 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 회전비가 변하도록 일정구간 폭이 다른 구간이 구비된다.
즉, 벨트(330)는 어느 한 지점에서 양측으로 폭이 점점 넓어지도록 형성된 제1구간과, 제1구간의 양측 단부로부터 동일한 폭으로 형성된 제2구간 및 제2구간의 양측 단부로부터 폭이 점점 넓어지도록 형성되어 양측이 잇닿는 제3구간으로 이루어지며, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)가 회전할 때 벨트(330)폭에 따라 벨트(330)가 가이드부(314,324)를 타고 요홈(316,326)의 내측 또는 외측으로 이동하여 구동풀리(312)와 종동풀리(312)의 회전비가 변하는 것이다.
다시 말해, 조향휠이 정위치 일 때 구동풀리(312)는 벨트(330)의 제1구간중 폭이 가장 좁은 구간(L1)에 위치하고, 종동풀리(322)는 벨트(330)의 제3구간 중 폭이 가장 넓은 구간(L3)에 위치하게 된다.
이때, 조향휠이 정위치에서 일방향 540°회전시, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)에 감긴 벨트(330)는 2/3바퀴 회전하여 벨트(330)의 폭이 동일한 구간(L2)인 제2구간에 구동풀리(312)와 종동풀리(322)가 위치하게 되며, 이와는 반대로 조향휠이 정위치에서 반대방향 540°회전시, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)에 감긴 벨트(330)는 반대방향으로 2/3바퀴 회전하여 벨트(330)의 폭이 동일한 구간(L2)인 제2구간에 구동풀리(312)와 종동풀리(322)가 위치하게 된다.
이로써, 일방향 또는 반대방향 회전시 구동풀리(312)와 종동풀리(322)에 감긴 벨트(330)는 벨트(330)의 제2구간이 구동풀리(312) 요홈(316)의 외측과 종동풀리(322) 요홈(326)의 내측으로 이동하여 가이드부(314,324)에 밀착하게 된다.
여기서, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 요홈(316,326)폭은 구동풀리(312)의 요홈(316)폭보다 종동풀리(322)의 요홈(326)폭이 더 크게 형성되며, 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 사이에 설치되는 벨트(330)는 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 경사진 가이드부(314,324)에 밀착될 수 있도록 그 단면이 경사진 브이 벨트(V Belt)를 사용한다.
즉, 벨트(330)는 가이드부(314,324)와 맞닿도록 경사면(332)이 형성되며, 경사면(332)에는 슬립 방지를 위한 돌기 또는 폭방향 홈이 형성되어 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 가이드부(314,324)에 형성된 돌기 또는 폭방향 홈과 맞물려 미끄러지는 것을 방지하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
고속주행시와 저속주행시 조향휠의 회전각에 따라 구동풀리(312)와 종동풀리(322)의 회전비가 달라진다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 저속주행시나 주차시에는 조향휠을 많이 회전시키게되므로, 조향휠의 회전수 대비 랙바(140)의 이동거리가 상대적으로 큰 것이 조향에 유리하게 작용된다.
다시 말해, 조향입력축(310)의 회전수 보다 조향출력축(320)의 회전수가 많아야 된다.
따라서, 벨트(330)의 제2구간은 구동풀리(312) 요홈(316)의 외측으로 이동하여 가이드부(314)에 밀착되며, 벨트(330)의 마주하는 제2구간은 종동풀리(322) 요홈(326)의 내측으로 이동하여 가이드부(324)에 밀착하게 된다.
이로 인해, 조향입력축(310)의 구동풀리(312) 회전수에 비해 조향출력축(320) 종동풀리(322) 회전수가 커져 결과적으로는 조향휠의 회전수 대비 랙바(140)의 이동거리가 상대적으로 커지게 된다.
이로 인해, 운전자는 주차 등과 같은 경우에 작은 조향휠의 회전조작만으로도 차량을 용이하게 제어할 수 있게 된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 고속주행시에는 조향휠의 회전수 대비 랙바(140)의 이동거리가 상대적으로 작은 것이 조향에 유리하다.
다시 말해, 조향입력축(310)의 회전수 보다 조향출력축(320)의 회전수가 작아야 된다.
따라서, 벨트(330)의 제1구간은 구동풀리(312) 요홈(326)의 내측으로 이동하여 가이드부(324)에 밀착되며, 벨트(330)의 제3구간은 종동풀리(322) 요홈(316)의 외측으로 이동하여 가이드부(314)에 밀착하게 된다.
이로 인해, 조향입력축(310)의 구동풀리(312) 회전수에 비해 조향출력축(320)의 종동풀리(322) 회전수가 작아져 결과적으로는 조향휠의 회전수 대비 랙바(140)의 이동거리가 상대적으로 작아지게 된다.
이와 같은 상태에서는, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전각도에 비하여 바퀴의 회동각도가 상대적으로 작아져서, 급격한 조향조작을 피할 수 있도록 함으로써, 차량의 직진 안정성 및 조종 안전성을 향상시킨다.
이와 더불어, 벨트(330)는 제1구간 중간측에 구동풀리(312)가 감기고 제3구간 중간측에 종동풀리(322)가 감기도록 설명하였으나, 이와는 반대로, 벨트(330)의 제3구간에 구동풀리(312)가 감기고, 제1구간에 종동풀리(322)가 감기도록 구성될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 회전비 가변형 조향장치는, 차량의 조향각에 따라 조향 회전비를 가변시켜 줌으로써, 조향각이 큰 경우에는 큰 조향회전비로 조향 조작의 편의성을 확보할 수 있도록 하며, 조향각이 작은 경우에는 작은 조향회전비로 차량의 조종안전성을 향상시킬 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 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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.
310 : 조향입력축 312 : 구동풀리
314,324 : 가이드부 320 : 조향출력축
322 : 종동풀리 330 : 벨트
332 : 경사부 340 : 하우징
342a,342b : 베어링

Claims (6)

  1. 조향입력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 구동풀리;
    조향출력축에 결합되며, 외주면에 원주방향으로 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 내측폭보다 외측폭이 넓도록 양측면에 경사진 가이드부가 형성된 종동풀리; 및
    상기 요홈에 체결되어 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하며, 상기 조향입력축의 회전시 상기 구동풀리와 종동풀리의 회전비가 변하도록 일정구간 폭이 다른 구간이 구비된 벨트를 를 포함하되,
    상기 구동풀리와 종동풀리가 회전할 때 벨트폭에 따라 상기 벨트가 상기 가이드부를 타고 상기 요홈의 내측 또는 외측으로 이동하여 상기 구동풀리와 종동풀리의 회전비가 변하는 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨트는 어느 한 지점에서 양측으로 폭이 점점 넓어지도록 형성된 제1구간과, 상기 제1구간의 양측 단부로부터 동일한 폭으로 형성된 제2구간 및 상기 제2구간의 양측 단부로부터 폭이 점점 넓어지도록 형성되어 양측이 잇닿는 제3구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨트는 상기 가이드부와 맞닿도록 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 경사면에는 슬립 방지를 위한 돌기 또는 폭방향 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부에는 슬립 방지를 위한 돌기 또는 폭방향 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동풀리와 종동풀리를 감싸며, 상기 조향입력축과 상기 조향출력축을 지지하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전비 가변형 조향장치.
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