KR101798686B1 - 자동차의 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈를 함께 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차의 조향장치{Steering apparatus for vehicle}
본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈를 함께 줄일 수 있는 자동차의 조향장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에서 조향휠(110)과 조향축(115)의 하측에는 측면에 랙하우징(137)과 연결된 기어박스(125)가 구비된다.
기어박스(125)에는 그 내부 상측에 조향축(115)과 연결되어 조향휠(110)에서 발생된 회전력을 전달받을 수 있도록 입력축(120)이 구비된다.
기어박스(125)의 내부 하측에는 입력축(120)을 통해 전달된 회전력에 의해 회전하며 끝단 외주부에 이가 형성된 피니언(미도시)이 구비되고, 기어박스(125)의 하부 외측에는 기어박스(125)와 일체로 형성되며 양측으로 연장되는 랙하우징(137)이 구비된다.
랙하우징(137)은 중공관으로서 양측이 개구되어 형성되며, 개구된 입구의 양측에는 랙부시(160) 및 랙스토퍼(165) 등이 설치되고, 그 외주측에는 벨로우즈(150)가 설치된다.
랙하우징(137)의 내부에는 기어박스(125)에 마련된 피니언과 치결합될 수 있도록 그 중간에 랙이 형성된 랙바(140)가 구비된다.
랙바(140)는 랙하우징(137)의 내부에서 축방향으로 직선 이동되며, 기어박스(125)의 피니언과 치결합될 수 있도록 그 중간에 랙이 형성되어 있고, 랙바(140)의 좌,우측은 볼하우징(175)에 볼이 삽입되어 결합되는 이너볼조인트(170)를 매개로 타이로드(155)와 연결되어 바퀴를 조향하게 된다.
한편, 개구되어 형성된 랙하우징(137)의 양측에는 랙바(140)를 지지하면서 랙바(140)의 이동을 안내할 수 있도록 랙부시(160)가 구비된다.
랙부시(160)는 중공으로 마련되어 외주면이 랙하우징(137)의 내주면과 단차부(135)에 밀착되어 고정되고, 랙부시(160)의 내주면은 삽입되는 랙바(140)의 외주면과 밀착되어 랙바(140)의 슬라이딩을 안내하게 되어 있고, 반대측 타단에는 랙스토퍼(165)가 랙하우징(137)에 결합되어 있다.
즉, 랙부시(160)의 끝단에는 랙하우징(137)을 밀폐할 수 있도록 중공으로 형성되어 랙부시(160)와 밀착되면서, 랙하우징(137)의 내주면에 밀착 고정되는 랙스토퍼(165)가 설치되어 랙부시(160)를 지지하게 되는 것이다.
한편, 랙부시(160)의 외주면에는 탄성링(미도시)이 더 결합되어서, 랙부시(160)와 랙하우징(137) 사이의 충격을 완충시킬 수 있다.
그런데 이러한 구조의 종래 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에서, 타이로드(155)를 통해 랙바(140)로 역입력 하중이 전달되는 경우, 랙부시(160)와 랙하우징(137) 사이에 래틀 노이즈(rattle noise)가 발생되는 바, 이러한 래틀 노이즈를 줄이기 위해서는 탄성링의 경도 또는 외경을 증가시켜야 하지만, 이처럼 탄성링의 경도 또는 외경을 증가시키면 랙부시(160)와 랙바(140) 사이의 밀착력이 과도히 증가하여 스틱-슬립 노이즈(stick-slip noise)가 발생되게 된다.
즉, 전술한 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈는 서로 반비례 관계여서 이 둘을 동시에 저감시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈를 함께 줄일 수 있는 자동차의 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 랙하우징의 양단 내주면에 지지되며 결합되고, 랙하우징의 내측에 구비되는 랙바의 외주면에 결합되는 랙부시; 및 랙부시의 외주면에 결합되고 환형으로 형성되되, 랙바의 양측에 이너볼조인트를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 랙하우징의 양단 내주면에 결합되고, 랙하우징의 내측에 구비되는 랙바의 외주면에 결합되되, 랙바의 양측에 이너볼조인트를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 랙부시; 및 랙부시의 외주면에 결합되는 환형의 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈를 함께 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 랙부시와 탄성부재의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2의 랙부시와 탄성부재가 랙하우징에 장착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랙부시와 탄성부재의 분해 사시도이다.
도 5와 도 6은 타이로드를 통해 역입력 하중이 전달되었을 때 각 위치에서 발생되는 진동의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 랙부시와 탄성부재의 결합 사시도이다. 도 3은 도 2의 랙부시와 탄성부재가 랙하우징에 장착된 상태를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랙부시와 탄성부재의 분해 사시도이다. 도 5와 도 6은 타이로드를 통해 역입력 하중이 전달되었을 때 각 위치에서 발생되는 진동의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면들과 도 1을 함께 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향장치는, 랙하우징(137)의 양단 내주면에 지지되며 결합되고, 랙하우징(137)의 내측에 구비되는 랙바(140)의 외주면에 결합되는 랙부시(210); 및 랙부시(210)의 외주면에 결합되고 환형으로 형성되되, 랙바(140)의 양측에 이너볼조인트(170)를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드(155)를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부(231)가 형성되어 있는 탄성부재(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
랙바(140)는 랙하우징(137)의 내측에 구비되어 직선운동하게 되는데, 이러한 랙바(140)의 양단에는 이너볼조인트(170)를 매개로 타이로드(155)가 결합되며, 타이로드(155)는 차량에 장착시 또는 바퀴의 선회시 랙바(140)에 대해 소정 각도 꺾인 상태가 된다.
랙부시(210)는 랙하우징(137)의 양단 내주면에 지지되면서 랙바(140)의 외주면에 결합되는데, 도시된 바와 같이 랙부시(210)는 대경부(211)와 소경부(213)로 이뤄질 수 있다.
한편, 이러한 랙부시(210)에는, 일측 단부가 개구되며 축방향으로 제1슬릿(215)이 형성될 수 있으며, 추가적으로 타측 단부가 개구되며 제1슬릿(215)과 이격되고 대응되게 엇갈려 제2슬릿(217)이 형성될 수 있다.
이와 같이 랙부시(210)에 슬릿들(215)(217)을 형성함으로써, 후술하는 탄성부재(230)가 랙부시(210)의 외주면에 결합되어 경방향 내측으로 랙부시(210)를 조일 때, 랙부시(210)가 원활히 조여질 수 있게 되며, 더불어 슬릿들(215)(217)을 통해 랙부시(210)의 좌우로 통기가 될 수 있게 된다.
탄성부재(230)는 랙부시(210)의 외주면에 결합되고 환형으로 형성되는데, 도면들에서는 탄성부재(230)가 랙부시(210)의 소경부(213) 외주면에 결합된 예를 도시하였다.
또한, 탄성부재(230)에는 돌출부(231)가 형성되는데, 이러한 돌출부(231)는 랙바(140)의 양측에 이너볼조인트(170)를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드(155)를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록, 탄성부재(230)의 외주면에 전술한 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출되게 형성된다.
여기서, 역입력 하중은 진동 형태로 전달되며, 역입력 하중의 방향은 타이로드(155)가 꺾이는 방향에 따라 결정되는 바, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 돌출부(231)는 탄성부재(230)의 중심축을 기준으로 서로 대칭되게 형성되는데, 이처럼 돌출부(231)를 대칭되게 형성함으로써, 역입력 하중을 효과적으로 완충시킬 수 있게 된다.
또한, 돌출부(231)는 탄성부재(230)의 축방향으로 두개 이상 형성될 수 있는데, 이와 같이 돌출부(231)를 두개 이상 복수개로 형성함으로써, 역입력 하중을 분산시켜 탄성부재(230)의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
더불어, 탄성부재(230)에는, 돌출부(231)의 원주방향 양측으로 돌출부(231)의 경방향 높이보다 낮은 돌출지지부(233)가 더 형성될 수 있는데, 이와 같이 탄성부재(230)에 돌출지지부(233)를 더 형성함으로써, 돌출부(231)가 형성되어 있는 방향 이외의 방향으로 랙부시(210)가 유동하더라도 랙부시(210)와 랙하우징(137) 사이의 충격을 완충할 수 있게 된다.
이어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차의 조향장치는, 랙하우징(137)의 양단 내주면에 결합되고, 랙하우징(137)의 내측에 구비되는 랙바(140)의 외주면에 결합되되, 랙바(140)의 양측에 이너볼조인트(170)를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드(155)를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부(412)가 형성되어 있는 랙부시(410); 및 랙부시(410)의 외주면에 결합되는 환형의 탄성부재(430);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
랙부시(410)는 랙하우징(137)의 양단 내주면에 결합되고, 랙바(140)의 외주면에 결합되는데, 랙부시(410)에는 랙바(140)의 양측에 이너볼조인트(170)를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드(155)를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부(412)가 형성되어 있다.
이러한 돌출부(412)는 후술할 탄성부재(430)가 랙부시(410)의 외주면에 결합되었을 때, 돌출부(412)의 위치에 대응되는 탄성부재(430) 부분을 경방향 외측으로 밀어주어서, 앞서 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향장치의 탄성부재(230)의 돌출부(231)가 수행하는 기능을 발휘할 수 있게 한다.
또한, 이러한 돌출부(412)는 랙부시(410)의 중심축을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다.
그리고 랙부시(410)에는 일측 단부가 개구되며 축방향으로 제1슬릿(415)이 형성될 수 있고, 추가적으로 타측 단부가 개구되며 제1슬릿(415)과 이격되고 대응되게 엇갈려 제2슬릿(417)이 형성될 수 있는데, 이러한 슬릿들(415)(417)은 앞서 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향장치의 랙부시(210)에 형성되는 슬릿들(215)(217)과 동일한 기능을 수행하게 된다.
한편, 탄성부재(430)는 랙부시(410)의 외주면에 결합되는데, 좀 더 구체적으로 탄성부재(430)는 랙부시(410)의 대경부(411)와 소경부(413) 중 소경부(413)의 외주면에 결합되며, 탄성부재(430)는 환형으로 형성되고, 탄성부재(430)에는 경방향으로 돌출된 돌출지지부(431)가 축방향으로 두개 이상 형성될 수 있다.
이하에서는, 도면들을 참조하여, 소정 각도 꺾여진 타이로드(155)를 통해 역입력 하중이 전달되었을 때 각 위치에서 발생되는 진동의 크기에 대해 설명한다.
먼저 차량의 길이 방향을 x방향, x방향과 수직되며 랙하우징(137)의 축방향을 y방향, x방향과 y방향에 모두 수직되며 차량의 높이 방향을 z방향, 랙바(140)의 양단 중 기어박스(125)와 가까운 위치, 이와 반대되는 위치, 기어박스(125) 위치, 랙하우징(137)의 일측 단부 위치를 편의상 각각 A, D, B, C라 한다.
도 5의 (a)를 참고할 때, 일측 바퀴(기어박스(125)로부터 멀리 떨어진 타이로드(155)에 연결되는 바퀴)에 하중이 부가되어 역입력 하중이 타이로드(155)를 통해 랙바(140)로 전달될 때, 상대적으로 C와 D에서 x방향으로 진동이 많이 발생됨을 알 수 있으며, 이러한 진동으로 인해 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈 등이 많이 발생되게 된다.
여기서 그래프의 가로방향 축은 시간을 나타내고, 세로방향 축은 진동의 크기를 나타내기 위한 가속도를 나타낸다.
그리고 도 5의 (b)를 참고할 때, 타측 바퀴(기어박스(125)에 가까운 타이로드(155)에 연결되는 바퀴)에 하중이 부가되어 역입력 하중이 타이로드(155)를 통해 랙바(140)로 전달될 때, 상대적으로 A, C, D에서 x방향으로 진동이 많이 발생됨을 알 수 있으며, 이러한 진동으로 인해 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈 등이 많이 발생되게 된다.
즉, x방향과 y방향이 이루는 평면에서 타이로드(155)가 y방향과 소정 각도 꺾인 방향(이는 타이로드(155)를 통해 전달되는 역입력 하중의 방향에 대응됨)으로 위치하는 경우, 타방향에 비해 상대적으로 x방향으로 진동이 많이 발생되며, 이에 따라 노이즈가 많이 발생되게 되는 바, 본 발명의 실시예들인 자동차의 조향장치와 같이 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 랙부시(210)의 외주면에 결합되는 탄성부재(230)에 돌출부(231)를 형성하거나, 랙부시(410) 자체에 돌출부(412)를 형성하고 탄성부재(430)를 결합함으로써, 스틱-슬립 노이즈를 줄이기 위해 탄성부재(230)(430)의 전체 사이즈를 줄이더라도 x방향의 진동을 완충할 수 있게 되고, 이에 따라 래틀 노이즈 역시 줄일 수 있게 되어서, 결과적으로 전체 노이즈를 줄일 수 있게 되는 것이다.
물론, 전술한 내용과 같이 타이로드(155)가 꺾이는 방향이 결정되면, 이에 따라 발생되는 진동의 방향도 예측할 수 있으므로, 이에 대응되도록 작업자는 본 발명의 실시예들인 랙부시(210)(410)와 탄성부재(230)(430)를 랙바(140)와 랙하우징(137) 사이에 장착하면 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면, 래틀 노이즈와 스틱-슬립 노이즈를 함께 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
137 : 랙하우징
140 : 랙바
155 : 타이로드
170 : 이너볼조인트
210 : 랙부시
230 : 탄성부재
231 : 돌출부
410 : 랙부시
430 : 탄성부재

Claims (11)

  1. 랙하우징의 양단 내주면에 지지되며 결합되고, 상기 랙하우징의 내측에 구비되는 랙바의 외주면에 결합되는 랙부시; 및
    상기 랙부시의 외주면에 결합되고 환형으로 형성되되, 상기 랙바의 양측에 이너볼조인트를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 상기 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 탄성부재를 포함하되,
    차량의 길이 방향을 x방향, 상기 x방향과 수직되며 상기 랙하우징의 축방향을 y방향, 상기 x방향과 y방향에 수직이며 상기 차량의 높이 방향을 z방향으로 정의되는 상기 x방향과 y방향이 이루는 평면에서, 상기 타이로드가 상기 y방향과 소정 각도 꺾인 방향으로 위치하고, 상기 돌출부는 상기 타이로드가 꺾인 방향에 위치하며 상기 탄성부재의 양측에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 탄성부재의 중심축을 기준으로 서로 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 탄성부재의 축방향으로 두개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성부재에는, 상기 돌출부의 원주방향 양측으로 상기 돌출부의 경방향 높이보다 낮은 돌출지지부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 랙하우징의 양단 내주면에 결합되고, 상기 랙하우징의 내측에 구비되는 랙바의 외주면에 결합되되, 상기 랙바의 양측에 이너볼조인트를 매개로 소정 각도 꺾여 결합되는 타이로드를 통해 전달되는 역입력 하중을 완충하도록 외주면에 상기 역입력 하중의 방향에 대응되는 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 랙부시; 및
    상기 랙부시의 외주면에 결합되는 환형의 탄성부재를 포함하되,
    차량의 길이 방향을 x방향, 상기 x방향과 수직되며 상기 랙하우징의 축방향을 y방향, 상기 x방향과 y방향에 수직이며 상기 차량의 높이 방향을 z방향으로 정의되는 상기 x방향과 y방향이 이루는 평면에서, 상기 타이로드가 상기 y방향과 소정 각도 꺾인 방향으로 위치하고, 상기 돌출부는 상기 타이로드가 꺾인 방향에 위치하며 상기 랙부시의 양측에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 랙부시의 중심축을 기준으로 서로 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성부재에는, 경방향으로 돌출된 돌출지지부가 축방향으로 두개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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