KR102394545B1 - 자동차의 조향장치 - Google Patents

Abstract

자동차의 조향장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 조향장치는 조향 기어박스의 양측으로 인출되는 타이로드가 조향륜을 회전 가능하게 지지하는 조향 너클의 너클 아암에 연결되는 자동차의 조향장치에 있어서, 타이로드와 너클 아암의 양측 연결부에 타이로드와 너클 아암의 상하 연결 간격을 조향각에 따라 서로 반대로 가변시켜 줄 수 있는 연결 조인트를 배치하여 이루어진다.

Description

자동차의 조향장치 {STEERING SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직진 시 토우 변화를 최소화하고, 조향 시 선회 내,외측 조향륜의 자세를 토우 아웃 경향으로 유도하여 승차감과 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 조향장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서의 조향장치는 운전자가 조향 핸들에 가한 회전력에 근거하여 조향륜의 조향각을 변화시키는 장치로서, 조향륜인 전륜이 항상 바른 자세를 유지하고, 조향 핸들의 조작이나 외부 힘에 의해 주행 방향이 잘못 되었을 때는 즉시 직진 상태로 복귀하고, 조향 핸들 조작도 경쾌하게 이루어질 수 있도록 구성된다.

또한, 조향륜은 조종 안정성과 운동 성능을 포함하는 핸들링 성능을 안정되게 유지할 수 있도록 하기 위하여 앞바퀴 얼라인먼트라고 불리는 공지의 캠버각, 킹핀 경사각, 토우-인, 캐스터로 이루어지는 4개의 요소와, 선회 시 조향륜이 옆으로 미끄러지지 않도록 하는 요소로서의 조향각 편차 등의 조건을 충족할 수 있도록 현가장치에 의하여 기하학적인 구조로 차체에 연결된다.

상기에서 현가장치는 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 운전행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하며, 불규칙한 노면의 주행 시 타이어 접지면에서의 수직하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동, 구동 시 차량의 조종성 및 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조건을 만족시킬 수 있도록 조향륜을 차체에 연결한다.

상기 조건을 만족시키기 위해서는 지오메트리에 의한 조향륜의 자세가 매우 중요한 요소로 작용하게 되는데, 조향륜의 자세는 차체와의 상대 운동에 따라 크게 변하게 되며, 변하는 조향륜의 자세에 따라 차량의 전체적인 성능을 크게 좌우하게 된다.

이에 따라 최근의 현가장치는 본 발명이 관계하는 조향장치와 함께 상기 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 다양하게 개발되어 꾸준한 발전이 거듭되고 있다.

상기의 요구 조건을 고려하여 조향륜 현가장치의 작동을 살펴보면, 직진 시에는 노면의 요철에 의한 조향륜의 범프/리바운드와, 감가속에 따른 차체의 다이브/리프트 모션에 의한 조향륜의 범프/리바운드가 연속적으로 발생하며, 이때에는 조향륜의 토우 변화가 작을수록 승차감이 좋아지고, 선회 시에는 조향륜의 토우 변화를 만들어 언더스티어 특성에 의한 핸들링 안정성을 향상시킬 수 있다.

그러나 기존의 현가장치와 조향장치에서는 상기와 같이 승차감을 위하여 범프 시에 토우 변화를 줄이고, 핸들링 안정성을 위하여 범프 시에 토우 변화를 크게 하는 조건을 양립시킬 수 없으며, 어느 한쪽을 손해 볼 수 밖에 없는 상충관계이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 직진 시 토우 변화를 최소화하고, 조향 시 선회 내,외측 조향륜의 자세를 토우 아웃 경향으로 유도하여 승차감과 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 조향장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 조향 기어박스의 양측으로 인출되는 타이로드가 조향륜을 회전 가능하게 지지하는 조향 너클의 너클 아암에 연결되는 자동차의 조향장치에 있어서, 상기 타이로드와 너클 아암의 양측 연결부에 타이로드와 너클 아암의 상하 연결 간격을 조향각에 따라 서로 반대로 가변시켜 줄 수 있는 연결 조인트를 배치한 자동차의 조향장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 연결 조인트는 축방향 중심부에 상하측이 관통되는 사각 공간부가 형성되어 너클 아암에 고정되는 케이스; 상측으로부터 하측으로 볼, 사각 본체, 스크류 부분이 순차적으로 일체로 형성되어 상기 케이스의 사각 공간부 상측에서 삽입되어 스크류 부분만 하측으로 노출되는 스크류 스터드; 상기 케이스와 스크류 스터드 사이의 사각 공간부에 채워지는 탄성체인 부시; 상기 사각 공간부의 상단부를 밀폐하는 고정 플레이트; 상기 스크류 스터드의 스크류에 나사 결합되며, 타이로드에 고정되는 너트; 상기 케이스와 너트 사이의 공간부를 은폐 보호하는 더스트 부츠; 및 상기 너트의 하측으로 노출되는 스크류를 은폐 보호하는 더스트 캡을 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결 조인트는 스크류 부의 나사산을 오른 나사와 왼 나사로 형성하되, 오른 나사로 형성한 것은 운전석(자동차를 정면에서 보았을 때 오른쪽)측 연결부에 배치하고, 왼 나사로 형성한 것은 동반자석(자동차를 정면에서 보았을 때 왼쪽)측 연결부에 배치할 수 있다.

또한, 상기 연결 조인트는 스크류 부의 나사산을 사각 나사산으로 형성할 수 있다.

또한, 케이스는 너클 아암과 일체로 형성되고, 너트는 타이로드와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 조향장치는 직진 시 너클 아암과 타이로드가 설계 기준 간격을 유지하면서 연결되어 직진 시 범프 토우 변화를 최소화함으로써, 험로 승차감 및 감가속 시 차량 쏠림 등을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치는 선회 시 선회 외측 조향륜의 너클 아암과 타이로드가 직진 시 보다 근접되도록 하고, 선회 내측 조향륜의 너클 아암과 타이로드가 직진 시 보다 멀어진 상태로 연결함으로써, 조향륜의 토우를 토우 아웃 경향으로 유도하여 언더스티어 특성에 의한 핸들링 안정성을 향상시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 자동차 조향장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치의 너클 아암과 타이로드를 연결하는 연결 조인트의 발췌 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치에 있어서, 직진 시 연결 조인트의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치에 있어서, 우측으로의 선회 시 연결 조인트의 작동도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명이 적용되는 자동차 조향장치의 개략적인 평면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 자동차 조향장치의 기어박스와 조향륜의 일반적인 연결 구성은 기어박스(2)의 양측으로 인출되는 좌, 우 타이로드(4)(6)가 조향륜(8)(10)을 회전 가능하게 지지하는 조향 너클(12)(14)의 후측으로 일정 길이로 돌출되는 너클 아암(16)(18)에 연결된다.

상기에서 좌, 우 타이로드(4)(6)는 기어박스(2)에 내장된 랙 바의 양단에 연결되며, 상기 좌,우 타이로드(4)(6)는 회전이 가능한 연결부재를 통해 너클 아암(16)(18)과 연결된다.

이에 따라 조향 핸들을 필요에 따라 회전시키면 로터리 밸브로부터 공급되는 유압에 의하여 랙 바가 좌,우 이동하면서 조향 너클(12)(14)의 방향을 변화시켜 조향이 이루어지게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차 조향장치의 너클 아암과 타이로드를 연결하는 연결 조인트의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연결 조인트(20)는 케이스(22), 스크류 스터드(24), 부시(26), 고정 플레이트(28), 너트(30), 더스트 부츠(32), 더스트 캡(34)을 포함하여 이루어진다.

상기 케이스(22)는 축 방향 중심부에 사각 공간부(221)가 형성된 부재로서, 너클 아암(16)(18)과 일체로 형성되거나, 독립적으로 형성되어 너클 아암(16)(18)의 후단부에 고정될 수 있다.

또한, 상기 사각 공간부(221)는 상측의 단면적이 넓고, 하측의 단면적이 작게 형성되어 후술하는 스크류 스터드(24)와 부시(26)가 하측으로 빠지는 것을 방지할 수 있다.

상기 스크류 스터드(24)는 사각 본체(241)의 상측에 볼(242) 부분이 일체로 형성되고, 하측에 일정 길이를 갖는 스크류(243)가 일체로 형성되어 케이스(22)의 사각 공간부(221) 상측에서 삽입되어 스크류(243) 부분이 케이스(22)의 하측으로 노출된다.

상기에서 사각 본체(241)의 상측부에 케이스(22)의 사각 공간부(221) 하단의 폭 보다 큰 볼(242)을 일체로 형성한 것은 스크류 스터드(24)와 부시(26)가 여러 이유로 이격되더라도 스크류 스터드(24)가 하측으로 빠지는 것을 방지하기 위함이다.

상기 부시(26)는 탄성체인 고무부재로 이루어지며, 케이스(22)의 사각 공간부(221)에서 스크류 스터드(24)의 사각 본체(241) 부분과 볼(242) 부분의 외측과 케이스(22) 사이에 채워지는 형태로 구성된다.

상기 고정 플레이트(28)는 케이스(22)의 사각 공간부(221)의 상단 고정턱에 고정되어 부시(26)를 포함하는 스크류 스터드(24)가 상측으로 빠지는 것을 방지한다.

이에 따라 상기 스크류 스터드(24)는 케이스(22) 내부에서 볼(242) 부분에 의하여 약간의 요동은 가능하지만 축방향 회전은 사각 본체(241)에 의하여 구속된다.

상기에서 스크류 스터드(24)의 약간의 요동은 고무부재인 부시(26)의 탄성에 의하여 허용된다.

상기 너트(30)는 타이로드(4)(6)와 일체로 형성되거나, 독립적으로 형성되어 타이로드(4)(6)의 양단에 고정될 수 있으며, 스크류 스터드(24)의 스크류(243) 부분에 체결되어 회전각의 정도에 따라 스크류(243) 부분에서 승강할 수 있다.

도면에서는 스크류(243)의 나사산은 사각 또는 사다리꼴 나사산으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 삼각 나사산으로 형성할 수 있다.

다만, 본 발명에서는 스크류 스터드(24)와 너트(30)의 결합이 체결이 아니고, 회전각 정도에 스크류 스터드(24) 또는 너트(30)의 이동을 위한 것이기 때문에 사각 또는 사다리꼴 나사산으로 도시한 것이다.

또한, 도 2에서는 스크류(243) 부분의 나사산을 오른나사로 도시하고 있으나, 이는 운전석 측(자동차를 정면에서 보았을 때 오른쪽)에 배치되는 연결 조인트(20)의 경우이며, 동반자석 측(자동차를 정면에서 보았을 때 왼쪽)에 배치되는 연결 조인트(20)의 경우에는 도시하지는 않았으나 왼나사로 형성된다.

상기 더스트 부츠(32)는 케이스(22) 하단부와 너트(30)의 상단부 사이에 형성되는 공간부에 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 신축 가능하게 배치되며, 상하단부의 고정 방법은 도면에 한정되지 않고 효과적으로 견고하게 고정할 수 있으면 어떤 방법이라도 적용할 수 있다.

상기 더스트 캡(34)은 너트(30)의 하단부로 노출되는 스크류(243)의 하단부에 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위하여 배치되며, 상단부의 고정 방법은 도면에 한정되지 않고 효과적으로 견고하게 고정할 수 있으면 어떤 방법이라도 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치에 있어서, 직진 시 연결 조인트의 작동도이다.

도 4를 참조하면, 자동차가 직진할 때에는 타이로드{4, 6; 너트(30)}가 설계 시 이상적인 위치 기준으로 설정된 스크류 스터드(24)의 스크류(243)의 중간부에 위치하면서 너클 아암{16; 케이스(22)}과 연결되어 범프 토우 변화가 최소화되면서 험로 승차감 향상 및 감가속 시 차량의 쏠림을 방지 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치에 있어서, 우측으로 선회 할 때의 연결 조인트의 작동도이다.

도 5를 참조하면, 자동차가 우측으로 선회하고자 조향 핸들의 조작에 의하여 타이로드(4)가 도면에서 좌측으로 이동하게 되면, 선회 외측 조향륜(8)은 그 이동 정도에 따라 타이로드(4)와 너클 아암(16)과 연결 각이 작아지게 된다.

상기와 같이 타이로드(4)와 너클 아암(16)의 연결 각이 작아진다는 것은 직선부재인 타이로드(4)는 수평으로 이동하고, 너클 아암(16)의 단부는 이동하면서 시계 방향으로 회전하는 결과가 되므로 연결 조인트(20)의 스크류 스터드(24)가 조향 방향을 따라 이동하면서 회전한다는 것을 의미하며, 스크류 스터드(24)가 시계 방향으로 회전하면 타이로드{4; 너트(30)}는 회전각 정도에 따라 가상선으로부터 실선과 같이 상승한다.

상기와 같이 스크류 스터드(24)가 시계 방향으로 회전할 때, 타이로드{4; 너트(30)}가 상승하는 것은 스크류(243)의 나사산이 오른 나사로 형성되어 있기 때문이다.

상기와 같이 타이로드{4; 너트)}가 상승한다는 것은 너클 아암{16; 케이스(22)}의 후단부를 하강시키는 결과가 되며, 조향 시 선회 외측 너클 아암(16)의 후단부가 하강하면 선회 외측 조향륜(8)의 자세가 기존 토우 상태에서 토우 아웃으로 유도된다.

또한, 선회 내측 조향륜(10)은 타이로드(6)가 도면에서 좌측으로 이동하게 되면 그 이동 정도에 따라 타이로드(6)와 너클 아암(18)과 연결 각이 커지게 된다.

상기와 같이 타이로드(6)와 너클 아암(18)의 연결 각이 작아진다는 것은 직선부재인 타이로드(6)는 수평으로 이동하고, 너클 아암(18)의 단부는 이동하면서 시계 방향으로 회전하는 결과가 되므로 연결 조인트(20)의 스크류 스터드(24)가 조향 방향을 따라 이동하면서 회전한다는 것을 의미하며, 스크류 스터드(24)가 시계 방향으로 회전하면 타이로드{6; 너트(30)}는 회전각 정도에 따라 가상선으로부터 실선과 같이 하강한다.

상기와 같이 스크류 스터드(24)가 시계 방향으로 회전할 때, 타이로드{6; 너트(30)}가 하강하는 것은 스크류(243)의 나사산이 왼 나사로 형성되어 있기 때문이다.

상기와 같이 타이로드{6; 너트)}가 하강 한다는 것은 너클 아암{18; 케이스(22)}의 후단부를 상승시키는 결과가 되며, 조향 시 선회 외측 너클 아암(16)의 후단부가 상승하면 선회 내측 조향륜(10)의 자세가 기준 토우 상태에서 토우 아웃으로 유도된다.

상기에서와 같이, 자동차의 선회 시 선회 내,외륜 모두가 기준의 상태에서 토우 아웃으로 유도됨으로써, 조향 특성이 언더스티어 경향으로 유도되면서 핸들링 안정성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 자동차의 우회전 경우를 설명하고 있으나, 좌회전 경우에는 상기와는 반대 작동이 이루어지면서 조향 특성이 언더스티어 경향으로 유도되는 것은 동일하다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치는 직진 시 너클 아암과 타이로드가 설계 기준 간격을 유지하면서 연결되어 직진 시 범프 토우 변화를 최소화함으로써, 험로 승차감 및 감가속 시 차량 쏠림 등을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 조향장치는 선회 시 선회 외측 조향륜의 너클 아암과 타이로드가 직진 시 보다 근접되도록 하고, 선회 내측 조향륜의 너클 아암과 타이로드가 직진 시 보다 멀어진 상태로 연결함으로써, 조향륜의 토우를 토우 아웃 경향으로 유도하여 언더스티어 특성에 의한 핸들링 안정성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

4, 6... 타이로드
16, 18... 너클 아암
20... 연결 조인트
22... 케이스
24... 스크류 스터드
26... 부시
28... 고정 플레이트
30... 너트
32... 더스트 부츠
34... 더스트 캡

Claims (7)

1. 조향 기어박스의 양측으로 인출되는 타이로드가 조향륜을 회전 가능하게 지지하는 조향 너클의 너클 아암에 연결되는 자동차의 조향장치에 있어서,
   상기 타이로드와 너클 아암의 양측 연결부에 타이로드와 너클 아암의 상하 연결 간격을 조향각에 따라 서로 반대로 가변시켜 줄 수 있는 연결 조인트를 배치하되,
   상기 연결 조인트는, 축방향 중심부에 상하측이 관통되는 사각 공간부가 형성되어 너클 아암에 고정되는 케이스와, 상측으로부터 하측으로 볼, 사각 본체, 스크류 부분이 순차적으로 일체로 형성되어 상기 케이스의 사각 공간부 상측에서 삽입되어 스크류 부분만 하측으로 노출되는 스크류 스터드를 포함하는 자동차의 조향장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결 조인트는,
   상기 케이스와 스크류 스터드 사이의 사각 공간부에 채워지는 탄성체인 부시와,
   상기 사각 공간부의 상단부를 밀폐하는 고정 플레이트와,
   상기 스크류 스터드의 스크류에 나사 결합되며, 타이로드에 고정되는 너트와,
   상기 케이스와 너트 사이의 공간부를 은폐 보호하는 더스트 부츠와,
   상기 너트의 하측으로 노출되는 스크류를 은폐 보호하는 더스트 캡
   을 더 포함하는 자동차의 조향장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 케이스의 사각 공간부는
   상측의 단면적을 넓고, 하측의 단면적을 작게 형성한 자동차의 조향장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 연결 조인트는
   스크류 스터드의 볼을 적어도 상기 케이스의 사각 공간부 하단의 폭 보다 크게 형성한 자동차의 조향장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 연결 조인트는
   스크류 부의 나사산을 오른 나사와 왼 나사로 형성하되,
   오른 나사로 형성한 것은 운전석(자동차를 정면에서 보았을 때 오른쪽)측 연결부에 배치하고,
   왼 나사로 형성한 것은 동반자석(자동차를 정면에서 보았을 때 왼쪽)측 연결부에 배치한 자동차의 조향장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 연결 조인트는
   스크류 부의 나사산을 사각 나사산으로 형성한 자동차의 조향장치.
7. 제2항에 있어서,
   케이스는 너클 아암과 일체로 형성되고,
   너트는 타이로드와 일체로 형성되는 자동차의 조향장치.

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