KR102550146B1 - 초소형 차량용 조향 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들에 의하면, 조향컬럼, 중간축 및 조향기어를 포함하는 조향 시스템으로서, 조향기어는, 중간축과 연결되는 피니언축, 피니언축과 맞물리는 랙바, 랙바의 양단에 각각 구비되어, 일단은 랙바와 이너볼조인트로 결합되고 타단은 너클과 아우터볼조인트로 결합되는 타이로드, 피니언축 및 랙바를 수용하는 랙하우징를 포함하는 초소형 차량용 조향 시스템이 제공될 수 있다.

Description

초소형 차량용 조향 시스템{STEERING SYSTEM FOR MICRO VEHICLE}
본 실시예들은 초소형 차량용 조향 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초소형 차량에 적합한 부피 및 무게를 가지도록 소형화되고 경량화되며, 소형화 및 경량화됨에도 운전자의 안전을 보증할 수 있는 강성과 내구도를 가지도록 최적화 설계되어 표준화된 조향장치를 제공할 수 있는 조향시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래 일반적인 조향장치에 대한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 일반적인 조향장치(100)는 운전자가 조작하는 조향휠(101), 조향휠(101)과 연결되고 랙바(104)의 랙기어(105)와 맞물리는 피니언기어(103)와 연결되는 조향축(102), 조향축(102)의 회전에 의해 축방향으로 슬라이딩되는 랙바(104), 랙바(104)의 양단과 연결되어 랙바(104)의 슬라이딩 시 바퀴(108)를 조타시키는 타이로드(106) 및 너클(107)을 포함한다.
한편, 자동차관리법 시행규칙에 의하면, 초소형(또는 초경량) 차량은 승용차의 경우 배기량이 250cc 이하(전기차는 최고정격출력 15kW 이하)로서 길이 3.6m, 너비 1.5m, 높이 2.0m 이하이고 중량 600kg(배터리 포함) 이하이고 최고속도 시속 80km 이하이며, 상용차의 경우 배기량이 250cc 이하(전기차는 최고정격출력 15kW 이하)로서 길이 3.6m, 너비 1.5m, 높이 2.0m 이하이고 중량 750kg(배터리 포함)이하이고 최대적재량 100kg이하이고 최고속도 시속 80km 이하인 차량으로 분류된다.
즉, 종래의 조향장치(100)는 일반적인 승용차 및 상용차에 적합하도록 설계된 시스템으로서, 상기와 같이 상대적으로 크기가 작고 출력이 낮은 소형차에 적용되기 위해서는 소형화 및 경량화된 조향시스템이 필요하다.
최근에는 환경오염을 저감하기 위해 전기차에 대한 기술개발이 급증하고 있는데, 그 중 초소형 전기차의 경우 배달용 내지는 개인용 운송수단으로서의 수요가 크게 늘어날 것으로 예상되는 실정임에도 그에 적합한 조향시스템에 관하여는 기술개발이 마땅히 이루어지고 있지 않는 문제가 있다.
본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로서, 초소형 차량에 적합한 부피 및 무게를 가지도록 소형화되고 경량화되며, 소형화 및 경량화됨에도 운전자의 안전을 보증할 수 있는 강성과 내구도를 가지도록 최적화 설계되어 표준화된 조향장치를 제공할 수 있는 조향 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예들에 의하면, 조향컬럼, 중간축 및 조향기어를 포함하는 조향 시스템으로서, 조향기어는, 중간축과 연결되는 피니언축, 피니언축와 맞물리는 랙바, 랙바의 양단에 각각 구비되어, 일단은 랙바와 이너볼조인트로 결합되고 타단은 너클과 아우터볼조인트로 결합되는 타이로드, 피니언축 및 랙바를 수용하는 랙하우징를 포함하는 초소형 차량용 조향 시스템이 제공될 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 초소형 차량에 적합한 부피 및 무게를 가지도록 소형화되고 경량화되며, 소형화 및 경량화됨에도 운전자의 안전을 보증할 수 있는 강성과 내구도를 가지도록 최적화 설계되어 표준화된 조향장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 조향장치의 개략도이다.
도 2는 본 실시예들에 의한 조향시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 의한 조향시스템의 조향기어의 단면도이다.
도 4는 본 실시예들에 의한 조향시스템의 조향기어의 단면도이다.
도 5 내지 도 6은 도 4의 일부에 대한 확대도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 실시예들에 의한 조향시스템을 나타내는 도면, 도 3은 본 실시예들에 의한 조향시스템의 조향기어의 단면도, 도 4는 본 실시예들에 의한 조향시스템의 조향기어의 단면도, 도 5 내지 도 6은 도 4의 일부에 대한 확대도이다.
본 실시예들에 의한 조향 시스템(200)은, 조향컬럼(210), 중간축(220) 및 조향기어(230)를 포함하는 조향 시스템으로서, 조향기어(230)는, 중간축(220)과 연결되는 피니언축(235), 피니언축(235)과 맞물리는 랙바(310), 랙바(310)의 양단에 각각 구비되어, 일단은 랙바(310)와 이너볼조인트(321)로 결합되고 타단은 너클과 아우터볼조인트(322)로 결합되는 타이로드(237), 피니언축(235) 및 랙바(310)를 수용하는 랙하우징(231)을 포함한다.
우선 도 2 내지 도 3을 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 조향 시스템(200)은, 조향컬럼(210), 중간축(220) 및 조향기어(230)를 포함한다.
조향컬럼(210)은 조향휠과 연결되는 조향축(211)을 포함하며 차체에 고정되고, 조향기어(230)에 의하여 운전자의 조향휠 조작이 바퀴(미도시)의 조타로 변환된다. 중간축(220)은 조향컬럼(210)과 조향기어(230)를 연결하며, 보다 구체적으로 조향축(211)과 피니언축(235)을 연결한다. 중간축(220)은 유니버셜 조인트를 포함하여 차량 내 공간에 적합하게 조향컬럼(210) 및 조향기어(230)가 배치되면서 조향축(211)의 회전이 피니언축(235)으로 전달될 수 있다.
조향기어(230)는 피니언축(235), 랙바(310), 타이로드(237) 및 랙하우징(231)을 포함한다.
피니언축(235)에는 피니언기어가 형성되고 랙바(310)에는 랙기어가 형성되어, 피니언기어와 랙기어가 서로 맞물림에 따라 피니언축(235)이 회전될 때 랙바(310)가 축방향으로 슬라이딩된다.
랙하우징(231)은 후술할 바와 같이 랙바(310)를 수용하는 제 1 수용부(232) 및 피니언축(235)을 포함하는데, 제 1 수용부(232)는 랙바(310)의 축방향을 따라 길게 형성되는 중공원통형으로 형성되어 랙바(310)는 제 1 수용부(232)의 내부에서 축방향으로 슬라이딩된다. 제 1 수용부(232)와 랙바(310)의 사이에는 랙바(310)의 슬라이딩을 지지하기 위한 부쉬가 구비되어 랙바(310)의 슬라이딩 시 마찰을 저감할 수 있다.
타이로드(237)는 랙바(310) 및 너클과 연결되며, 따라서 랙바(310)의 슬라이딩 시 타이로드(237) 및 너클에 의해 너클과 연결된 바퀴가 조타된다. 타이로드(237)는 각각 이너볼조인트(321) 및 아우터볼조인트(322)에 의하여 랙바(310) 및 너클과 연결된다.
랙하우징(231)의 양단에는, 랙바(310)의 랙하우징(231)에서 돌출된 부위 및 타이로드(237)의 일단을 커버하는 벨로우즈(236)가 결합된다. 즉, 이너볼조인트(321)는 벨로우즈(236)의 내부에 위치한다. 벨로우즈(236)는 축방향으로 신축이 가능하도록 도면에 도시된 바와 같이 자바라 형태로 형성될 수 있으며, 벨로우즈(236)의 양단은 금속밴드에 의해 랙하우징(231) 및 타이로드(237)에 결합될 수 있다.
초소형 차량에 적합하도록, 랙바(310)의 양측에 위치하는 양 이너볼조인트(321) 간의 거리는 580-620 mm인 것이 바람직하다. 또한, 랙바(310)의 양측에 위치하는 양 아우터볼조인트(322) 간의 거리는 1000-1100 mm인 것이 바람직하다. 즉, 종래 소형차의 조향 시스템에서 이너볼조인트 간의 거리가 600-800 mm으로 설계되고 아우터볼조인트 간의 거리가 1050-1250 mm으로 설계되었던 것과 비교할 때 볼조인트 간의 거리가 감소된다. 이너볼조인트(321) 간의 거리가 580 mm보다 작거나 620 mm보다 큰 경우 또는 아우터볼조인트(322) 간의 거리가 1000 mm보다 작거나 1100 mm보다 큰 경우에는, 운전자의 안전을 보증하기 위한 강성 및 내구도를 만족시키기 어렵다.
이너볼조인트(321) 간의 거리 및 아우터볼조인트(322) 간의 거리가 소정 거리 이하로 제한됨에 따라, 랙바(310)의 스트로크는 120-140 mm인 것이 바람직하다. 또한, 랙바(310)의 스트로크가 제한됨에도 운전자의 조향휠 조작감을 저하시키지 않도록, 피니언축(235)과 랙바(310) 간의 기어비는 30-40 mm/rev인 것이 바람직하다. 즉, 종래 소형차의 조향 시스템에서 랙바의 스트로크가 120-180 mm으로 설계되고 피니언축과 랙바 간의 기어비가 30-50 mm/rev으로 설계되었던 것과 비교할 때 랙바의 스트로크 및 랙바와 피니언축 간의 기어비가 감소된다.
도 4를 참고하여 살펴보면, 랙하우징(231)은 랙바(310)를 수용하는 제 1 수용부(232) 및 피니언축(235)을 수용하는 제 2 수용부(233)를 포함한다. 제 1 수용부(232) 및 제 2 수용부(233)는 랙하우징(231) 내부에서 각각 랙바(310) 및 피니언축(235)을 수용하기 위한 공간을 형성하며, 피니언축(235)과 랙바(310)가 맞물릴 수 있도록 제 1 수용부(232)와 제 2 수용부(233)는 서로 연통된다.
제 1 수용부(232)에는 랙바(310)의 피니언축(235)과 맞물리는 부위, 즉 랙기어가 형성된 부위를 피니언축(235)을 향하는 방향으로 지지하는 서포트부(430)가 구비된다. 서포트부(430)에 의해 랙기어와 피니언기어의 치합이 안정적으로 유지되어 운전자의 안전을 보증할 수 있게 된다.
제 1 수용부(232)에는 서포트부(430)를 수용하는 제 3 수용부(234)가 형성되는데, 제 3 수용부(234)는 제 1 수용부(232)와 수직한 방향으로 형성된다.
도 5를 참고하여 살펴보면, 서포트부(430)는 랙바(310)의 배면에 지지되는 요크(431), 요크(431)와의 사이에 스프링(432)을 구비하며 제 1 수용부(232)에 결합되는 플러그(433), 플러그(433)를 제 3 수용부(234)에 고정하기 위한 락너트(434)를 포함한다.
요크(431)에는 랙바(310)의 배면과 상보적인 형상의 오목면이 형성되어 랙바(310)에 지지된다. 플러그(433)는 예를 들어 나사결합에 의해 제 3 수용부(234)에 결합된다. 요크(431)와 플러그(433)의 사이에는 스프링(432)이 구비되어 플러그(433)에 대해 요크(431)를 가압함에 따라 랙바(310)가 피니언축(235)을 향하는 방향으로 지지되는데, 플러그(433)가 제 3 수용부(234)의 내부에서 전진 또는 후퇴함에 따라 스프링(432)이 압축 또는 인장되어 랙바(310)에 가해지는 지지력을 조절할 수 있게 된다. 랙바(310)에 가해지는 지지력을 설정한 후에는, 락너트(434)에 의해 플러그(433)를 제 3 수용부(234)에 고정한다.
피니언축(235)의 회전은 부쉬(411) 및 베어링(412)에 의해 지지된다.
도 6을 참고하여 살펴보면, 제 2 수용부(233)에는 피니언축(235)의 중간축(220)과 연결되는 일단(도면 상 상단)을 지지하기 위한 베어링(412)이 결합된다. 또한, 피니언축(235)의 타단(도 4 참조, 도면 상 하단)의 외주면과 제 2 수용부(233)의 사이에는 부쉬(411)가 구비되어 피니언축(235)의 회전을 지지한다.
또한, 제 2 수용부(233)에는 베어링(412)을 지지하며 결합되는 락스크류(413) 및 락스크류(413)를 제 2 수용부(233)에 고정하기 위한 락너트(415)가 결합된다.
또한, 제 2 수용부(233)와 락스크류(413)의 사이에는 오링(414)이 구비되어, 침수를 예방할 수 있다.
또한, 피니언축(235)과 락너트(415)의 사이에는 더스트실(416)이 구비되어, 오염물질이 유입되는 것을 예방할 수 있다.
이상과 같은 형상을 가지는 조향 시스템에 의하면, 초소형 차량에 적합한 부피 및 무게를 가지도록 소형화되고 경량화되며, 소형화 및 경량화됨에도 운전자의 안전을 보증할 수 있는 강성과 내구도를 가지도록 최적화 설계되어 표준화된 조향장치를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 조향 시스템 210: 조향컬럼
211: 조향축 220: 중간축
230: 조향기어 231: 랙하우징
232: 제 1 수용부 233: 제 2 수용부
234: 제 3 수용부 235: 피니언축
236: 벨로우즈 237: 타이로드
310: 랙바 321: 이너볼조인트
322: 아우터볼조인트 411: 부쉬
412: 베어링 413: 락스크류
414: 오링 415: 락너트
416: 더스트실 430: 서포트부
431: 요크 432: 스프링
433: 플러그 434: 락너트

Claims (15)

  1. 조향컬럼, 중간축 및 조향기어를 포함하는 조향 시스템으로서,
    상기 조향기어는,
    중간축과 연결되는 피니언축;
    상기 피니언축과 맞물리는 랙바;
    상기 랙바의 양단에 각각 구비되어, 일단은 상기 랙바와 이너볼조인트로 결합되고 타단은 너클과 아우터볼조인트로 결합되는 타이로드;
    상기 피니언축 및 랙바를 수용하는 랙하우징;
    을 포함하고,
    상기 랙하우징은 상기 랙바를 수용하는 제 1 수용부 및 상기 피니언축을 수용하는 제 2 수용부를 포함하며, 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부는 서로 연통되며,
    상기 제 1 수용부에는 상기 랙바의 상기 피니언축과 맞물리는 부위를 상기 피니언축을 향하는 방향으로 지지하는 서포트부가 구비되며,
    상기 제 1 수용부에는 상기 서포트부를 수용하는 제 3 수용부가 형성되며,
    상기 서포트부는, 상기 랙바의 배면에 지지되는 요크, 상기 요크와의 사이에 스프링을 구비하며 상기 제 1 수용부에 결합되는 플러그, 상기 플러그를 상기 제 3 수용부에 고정하기 위한 락너트를 포함하고,
    상기 제 2 수용부에는 상기 피니언축의 상기 중간축과 연결되는 일단을 지지하기 위한 베어링이 결합되며,
    상기 제 2 수용부에는 상기 베어링을 지지하며 결합되는 락스크류 및 상기 락스크류를 상기 제 2 수용부에 고정하기 위한 락너트가 결합되며,
    상기 아우터볼조인트 간의 거리는 1000-1100 mm이며,
    상기 피니언축과 랙바 간의 기어비는 30-40 mm/rev이며,
    상기 랙바의 스트로크는 120-140 mm인 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 랙하우징의 양단에는, 상기 랙바의 상기 랙하우징에서 돌출된 부위 및 상기 타이로드의 일단을 커버하는 벨로우즈가 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피니언축의 타단에는 상기 제 2 수용부에 지지되며 상기 피니언축의 회전을 지지하기 위한 부쉬가 구비되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 수용부와 락스크류의 사이에는 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 피니언축과 락너트의 사이에는 더스트실이 구비되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이너볼조인트 간의 거리는 580-620 mm인 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  13. 삭제
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