KR102142734B1 - 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조에 관한 것으로, 하측 튜브(101)와 상측 튜브(102)가 하우징(100) 속에서 콜랩스가능하게 결합된 스티어링 칼럼, 상기 하우징을 감싸도록 그 외측에 배치되고 하우징의 양측에 형성된 슬로트(110)를 관통하여 제공된 관통 볼트(107)에 의해 회동가능하게 장착된 틸팅 레버(108)가 제공된 틸트 브라켓(105)을 구비하며, 차량 충돌시 스티어링 칼럼의 콜랩스에 의해 충격을 흡수하도록 된 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조에 있어서, 상기 관통볼트(107)는 강자성체로 형성되며, 상기 하우징(100)의 양측면에 형성된 슬로트(110)들을 관통하여 하우징과 틸트브라켓을 체결하는 상기 관통볼트(107)에 의한 하우징과 틸트 브라켓 사이의 마찰력을 저감시키도록 상기 관통볼트에 인접하여 제공되어 차량 충돌시 인가되는 전류에 의한 관통볼트의 자기 변형으로 관통볼트의 길이가 팽창되도록 관통볼트에 자기장을 발생하는 수단이 제공된 것을 특징으로 하여 구성함으로써, 별도의 복잡한 구성이나 큰 비용 부담 없이도 기존의 스티어링 칼럼 구조에서 틸트 브라켓과 하우징을 체결하는 관통 볼트 주변 둘레에 자기장 형성 코일만 추가하여 간편하게 사고 발생시 운전자에 의해 가해지는 충격을 감쇠시켜 운전자의 상해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조{A SHOCK ABSORBING STEERING COLUMN STRUCTUE}
본 발명은 자동차용 충격흡수 가능한 스티어링 칼럼구조에 관한 것으로, 차량 충돌시 스티어링 휠에 대한 운전자 부상을 경감시키기 위하여 스티어링 칼럼에서 하우징과 브라켓을 체결하기 위한 볼트가 자기변형에 의해 하우징과 브라켓의 마찰을 감소시켜 스티어링 칼럼이 원활하게 콜랩스되어 충격흡수를 할 수 있도록 개선된 구조의 스티어링 칼럼 구조에 관한 것이다.
일반적으로 차량을 선회시키기 위해 구비되는 스티어링 장치는, 운전석에 마련되는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 회전토크를 전달받아 링크기구에 전달하도록 카울탑에 브라켓에 의해 장착되는 칼럼 샤프트와, 상기 칼럼 샤프트가 내설토록 되는 칼럼 튜브로 이루어지며, 상기 칼럼 튜브에는 틸트 브라켓이 구비되어 칼럼 샤프트가 내설된 상태의 칼럼 튜브를 차체에 고정토록 되어 있다.
또한, 상기 칼럼 튜브의 마운팅 브라켓 일측에는 틸팅(Tilting) 레버부가 마련되어 운전자의 신체조건에 따라 소정의 각도 범위 내에서 스티어링 장치를 회동 조작할 수 있게 된다.
차량 주행중 충돌사고가 발생될 경우, 관성에 의해 운전자는 상체가 스티어링 휠에 부딪혀 심한 부상을 입게 되는 것을 방지하도록 스티어링 휠이 장착된 스티어링 칼럼이 콜랩스되어 충격을 흡수하도록 구성된다.
이러한 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조의 한 예로서, 본 출원인의 한국 등록특허 제10-0805405(2008.02.13. 등록)호에는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 틸트 레버부(10)는 스티어링 칼럼(30)을 틸팅하여 스티어링휠(미도시)의 위치를 조정할 수 있도록 제어하는 틸트레버(11)와, 상기 스티어링 칼럼(30)을 지지하기 위한 틸트 브라켓(12)과, 상기 틸트 브라켓(12)을 구속하는 너트 구조체(13) 및 조절 볼트(14)를 포함하고 있다. 상기 틸트 브라켓(12)의 내측으로는 하우징(15)이 칼럼튜브를 감싸는 형태로 형성되어 있다.
상기 틸트 브라켓(12)과 조절 볼트(14)는 나사 체결되어 있으며, 상기 틸트레버(11)를 회동시 조절 볼트(14)가 회동하면서 틸트 브라켓(12)을 내측 또는 외측으로 그 간격을 조절할 수 있도록 되어 있다. 상기 조절 볼트(14)는 상기 하우징(15) 및 칼럼튜브(16)를 관통하여 있다.
상기 틸트레버(11)를 회동시키게 될 경우, 상기 틸트 브라켓(12) 및 하우징(15) 그리고 상기 클램프 록(17)에 대한 상기 너트 구조체(13) 및 조절 볼트(14)의 조임력이 증대되거나 해제되어 상기 칼럼 튜브(16)에 대한 틸트 레버부(10)의 구속력이 조절되므로 칼럼 샤프트를 내설한 스티어링 칼럼(30)의 틸팅 작동을 가능하게 한다.
차량 충돌사고 발생시, 충격을 흡수하기 위해, 상기 하우징(15)의 측면부에는 축방향으로 슬롯홀(15a)이 형성되어 있고, 상기 조절볼트(14)가 슬롯홀을 관통하여 배치되어서, 충돌사고 발생시 틸트브라켓(12)이 조절볼트(14)와 함께 상기 슬롯홀(15a)에서 후방으로 이동할 수 있게 되어 칼럼 튜브(16)가 콜랩스, 즉 수축작동이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 운전자에게 전달되는 충격력을 최소화할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술의 충격흡수가능한 스티어링 칼럼에서 조절볼트(14)에 의해 조여진 하우징(15)과 틸트 브라켓(12) 사이의 마찰력에 의해 차량 충돌사고 발생시 칼럼 튜브와 결합된 하우징이 원활하게 이동할 수 없게 되고 따라서 칼럼튜브의 수축작용 또한 원활하게 이루어지지 않아 충격을 충분히 흡수하지 못하는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-0805405호 (2008.02.13. 등록)
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하여 차량 충돌사고 발생시 하우징과 틸트 브라켓을 체결하는 볼트가 자기변형에 의해 길이가 증대되어 하우징과 틸트 브라켓이 헐거워지도록 하여 칼럼 튜브가 원활하게 수축되어 충격을 흡수하도록 개선된 구조의 충격흡수가능한 스티어링 칼럼 구조를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조는, 하측 튜브와 상측 튜브가 하우징 속에서 콜랩스가능하게 결합된 스티어링 칼럼, 상기 하우징을 감싸도록 그 외측에 배치되고 하우징의 양측에 형성된 슬로트를 관통하여 제공된 관통 볼트에 의해 회동가능하게 장착된 틸팅 레버가 제공된 틸트 브라켓을 구비하며, 차량 충돌시 스티어링 칼럼의 콜랩스에 의해 충격을 흡수하도록 된 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조에 있어서,
상기 관통볼트는 강자성체로 형성되며,
상기 하우징의 양측면에 형성된 슬로트들을 관통하여 하우징과 틸트브라켓을 체결하는 상기 관통볼트에 의한 하우징과 틸트 브라켓 사이의 마찰력을 저감시키도록 상기 관통볼트 외측 둘레에 제공되어 차량 충돌시 인가되는 전류에 의한 자기 변형으로 관통볼트의 길이가 팽창되도록 코일이 제공되어 구성된다.
상기 자기장을 발생하는 수단은 관통볼트 외측 둘레에 배치되어 차량 충돌시 전류가 공급되는 코일인 것이 바람직하다.
상기 코일로의 전류 인가는, 차량 충돌 신호에 응답하여 에어백 전개와 연동하여 이루어질 수 있다.
또한, 차량 충돌 신호에 따라 상기 에어백 전개를 위한 전류가 공급될 때, 상기 코일로도 미리 설정한 세기의 전류가 인가되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조는, 자기 변형 현상을 이용하여 틸트 브라켓과 하우징을 체결하는 관통볼트의 길이를 신장시켜 체결력이 감소되게 하여 기존의 스티어링 칼럼 구조의 변경 없이도 사고 발생시 운전자에 의해 가해지는 충격을 감쇠시켜 운전자의 상해를 최소화할 수 있도록 간편하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조는 기존의 스티어링 칼럼 구조에서 틸트 브라켓과 하우징을 체결하는 관통 볼트 주변 둘레에 자기장 형성 코일만 추가함으로써, 별도의 복잡한 구성이나 큰 비용 부담 없이 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 자동차의 충격흡수가능한 스티어링 칼럼 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 개선된 구조의 충격흡수가능한 스티어링 칼럼 구조의 개략적인 측면도.
도 3은 도 2의 스티어링 칼럼 구조의 저면 사시도.
도 4는 도 3의 스티어링 칼럼 구조에서 하우징과 틸트 브라켓을 결합하는 볼트가 틸트 브라켓과 함께 하우징에서 이동가능하게 슬로트가 형성된 구조를 보여주도록 틸트브라켓과 틸트레버가 제거된 상태의 개략적인 사시도.
도 5는 도 3의 스티어링 칼럼 구조에서 하우징과 틸트 브라켓을 결합하는 볼트의 길이가 신장되는 자기변형을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 본 발명의 일 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 4에 있어서, 본 발명에 따른 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조는 하측 튜브(101)가 그 상부 외측에 배치된 관형의 하우징(100)속에서 연장되고, 상기 하측 튜브 속에서 로어 칼럼(102)과 스티어링 휠이 장착되는 어퍼 칼럼(103) 하단부가 통상의 구조로 콜랩스가능하게 결합되며, 상기 하우징 외측에는 틸트브라켓(105)이 상기 하우징을 감싸도록 배치되고, 상기 틸트브라켓(105)에는 관통 볼트(107)에 의해 틸팅 레버(108)가 틸팅 위치로 회동가능하게 장착되어 운전자가 자신의 신체 조건에 따라 도면에 도시되지 않은 스티어링 휠의 높이를 조정하도록 되어 있다.
상기 관통볼트(107)에 의해 틸트브라켓(105)이 하우징(100)에 유동되지 않게 고정되어 있으며, 하우징(100)의 양측면에는 슬로트(110)가 형성되어 있다.
자동차의 충돌사고 발생시에, 운전자는 차량이 주행중일 때에는 관성에 의해 또는 상체가 앞으로 기울어져 스티어링 휠에 부딪히며, 차량이 정지된 상태에도 운전자는 시트백에 먼저 부딪히고 그 반동으로 앞으로 기울어져 스티어링 휠에 부딪히게 되어 운전자의 가슴쪽에 심한 상해를 입게 된다.
이와 같이 운전자의 신체가 스티어링 휠에 부딪힐 때 그 충격력이 스티어링 칼럼에서 흡수되어 운전자의 상해를 최소화하기 위해 일반적으로 상측 칼럼이 하우징내에서 콜랩스되도록 되어 있으며, 이 경우 상측 칼럼이 하우징속에서 도면에서 좌측으로 밀려들어 올 수 있도록 하우징 양측면에 형성된 슬로트(110)에서 하우징과 틸팅브라켓을 결합하는 관통볼트(107)가 이동가능하게 되어 틸팅브라켓이 관통볼트와 함께 후퇴하여야 한다.
그러나, 차량의 주행에 따른 진동 등에 의해서도 틸트 브라켓(105)이 하우징(100)에 대하여 견고하게 유지되도록 관통볼트(107)를 조여야 하므로, 비록 하우징 측면에 관통볼트(107)가 이동할 수 있게 슬로트(110)가 형성되어 있어도 실제로는 관통볼트(107)에 의해 결합된 하우징과 틸트 브라켓 사이의 마찰에 의해 틸트브라켓이 하우징에 대해 원활하게 후퇴하지 못하여 사실상 충격흡수기능을 발휘하지 못하고 운전자가 심하게 상해를 입는 경우가 잦았다.
따라서, 차량 충돌사고 발생시 즉각적으로 관통볼트에 의한 틸트 브라켓과 하우징 사이의 결합이 헐거워지도록 하거나 체결이 풀려져서 틸트브라켓과 하우징 사이에 마찰력이 작용하지 않게 되어 틸트 브라켓이 하우징에 대해 원활하게 후퇴될 수 있어야 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 상기 관통볼트(107)를 강자성체로 형성하고, 그 관통볼트에 자화시키도록 자기장을 발생하는 수단이 제공되어 전류가 인가될 때 발생되는 자기장에 의해 관통볼트(107)에서 자기변형(magnetostriction), 즉 관통볼트의 길이가 신장되도록 구성한다. 상기 자기장을 발생하는 수단은 관통볼트 외측 주변 둘레에 배치되는 코일(115)로 구성될 수 있다.
상기한 자기변형은 일반적으로 철이나 니켈과 같은 강자성체가 자기화될 때에 자성체의 자기 구역내에서 자극의 분포 및 자극 배열의 변화로 인하여 부피 및 방향이 변하기 때문에 발생되는 현상으로 알려져 있다. 길이방향으로 향하는 자기장에 놓여진 철막대는 약한 자기장에서는 약간 늘어나며 강한 자기장에서는 약간 줄어든다. 이러한 현상을 이용한 예로서, 자기화시킨 철막대를 역학적으로 늘이고 줄이는 것은 막대의 자기화에 영향을 주는 효과는 고주파의 소리진동을 송신하고 수신하는 니켈 자기변형 변환기에 이용된다.
본 발명에서는, 이러한 강자성체의 자기 변형 현상을 이용하여, 도 3에 개념적으로 도시된 바와 같이 차량 충돌사고 발생시 강자성체의 관통볼트(107)에 전류가 인가되도록 하여, 자기변형 현상으로 강자성체의 관통볼트의 길이가 팽창되게 함으로써 결국 틸트 브라켓과 하우징 사이의 체결력이 감소됨에 따라 관통볼트가 체결된 상태에서도 충격에 의해 하우징이 틸트브라켓에 대하여 원활하게 후퇴할 수 있게 되며, 따라서 상측 칼럼 튜브가 콜랩스되어 충격이 감소됨으로써 운전자의 상해를 최소화할 수 있게 된다.
상기 전류의 세기는 관통볼트를 구성하는 자성체의 성분 구성, 통상적으로 틸트 브라켓과 하우징 사이에 요구되는 관통볼트의 체결력과, 운전자 상해를 최소화하기 위한 충격에 대응하여 틸트브라켓이 하우징에서 원활하게 후퇴할 수 있기 위해 요구되는 관통볼트의 신장된 길이 증가 등을 감안하여 실험에 의해 미리 설정될 수 있다.
상기 코일로의 전류 인가는, 통상적으로 차량 충돌시 그에 대한 신호에 응답하여 전류가 공급되어 에어백이 전개되는 구성에 연동하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 에어백 전개를 위한 전류가 발생될 때 상기 코일(115)로도 미리 설정한 세기의 전류가 인가되게 함으로써 차량 충돌시 에어백 전개와 함께, 관통볼트의 길이가 신장되어 결국 틸트 브라켓과 하우징 사이의 마찰력이 감소됨으로써 틸트 브라켓이 관통 볼트와 함께 하우징에 대해 후퇴할 수 있게 되어 스티어링 칼럼이 원활하게 콜랩스되게 구성할 수 있다.
또한, 변형적으로, 관통볼트 주변에 배치된 코일로의 전류 공급은 에어백 전개와 연동하지 않고, 충돌 감지 센서들의 감지 신호에 응답하여 이루어질 수 있도록 구성할 수 있음은 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따라 자기 변형 현상을 이용하여 틸트 브라켓과 하우징을 체결하는 관통볼트의 길이를 신장시켜 체결력이 감소되게 함으로써, 별도의 복잡한 구성이나 큰 비용 부담 없이도 기존의 스티어링 칼럼 구조에서 틸트 브라켓과 하우징을 체결하는 관통 볼트 주변 둘레에 자기장 형성 코일만 추가하여 간편하게 사고 발생시 운전자에 의해 가해지는 충격을 감쇠시켜 운전자의 상해를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명의 충격흡수가능한 스티어링 칼럼 구조는 기존의 차량 스티어링 칼럼에 간편하게 적용하여 운전자 상해를 최소화하도록 이용할 수 있다.
100 : 하우징 101 : 하측 튜브
102 : 상측 튜브 105 : 틸트브라켓
107 : 관통 볼트 108 : 틸팅 레버
110 : 슬로트 115 : 코일

Claims (5)

  1. 하측 튜브(101)와 상측 튜브(102)가 하우징(100) 속에서 콜랩스가능하게 결합된 스티어링 칼럼, 상기 하우징을 감싸도록 그 외측에 배치되고 하우징의 양측에 형성된 슬로트(110)를 관통하여 제공된 관통 볼트(107)에 의해 회동가능하게 장착된 틸팅 레버(108)가 제공된 틸트 브라켓(105)을 구비하며, 차량 충돌시 스티어링 칼럼의 콜랩스에 의해 충격을 흡수하도록 된 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조에 있어서,
    상기 관통볼트(107)는 강자성체로 형성되며,
    상기 하우징(100)의 양측면에 형성된 슬로트(110)들을 관통하여 하우징과 틸트브라켓을 체결하는 상기 관통볼트(107)에 의한 하우징과 틸트 브라켓 사이의 마찰력을 저감시키도록 상기 관통볼트에 인접하여 제공되어 차량 충돌시 인가되는 전류에 의한 관통볼트의 자기 변형으로 관통볼트의 길이가 팽창되도록 관통볼트에 자기장을 발생하는 수단이 제공된 것을 특징으로 하는 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자기장을 발생하는 수단은 관통볼트 외측 둘레에 배치되어 차량 충돌시 전류가 공급되는 코일(115)인 것을 특징으로 하는 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 코일(115)로의 전류 인가는, 차량 충돌 신호에 응답하여 에어백 전개와 연동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조.
  4. 제 3항에 있어서, 차량 충돌 신호에 따라 상기 에어백 전개를 위한 전류가 공급될 때, 상기 코일(115)로도 미리 설정한 세기의 전류가 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 관통볼트 주변 둘레에 배치된 코일로의 전류 공급은 충돌 감지 센서들의 감지 신호에 응답하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격흡수가능한 스티어링 칼럼구조.
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