KR102565548B1 - 초소형 차량용 조향 시스템 - Google Patents

초소형 차량용 조향 시스템 Download PDF

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Abstract

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.

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 최결합격출력 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 최결합격출력 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, 조향컬럼은, 조향휠 및 중간축과 결합되는 조향축, 조향축을 수용하는 튜브, 조향축에 토크를 가하기 위한 액추에이터, 튜브를 차체에 결합하는 제 1 마운팅브라켓, 액추에이터를 차체에 결합하는 제 2 마운팅브라켓을 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 조향 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 의한 조향 시스템의 조향컬럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 분해사시도이다.
도 5 내지 도 6은 도 3의 일부에 대한 분해사시도이다.
도 7 내지 도 8은 도 3의 단면도이다.
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 조향 시스템을 나타내는 도면, 도 3은 본 실시예들에 의한 조향 시스템의 조향컬럼을 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 분해사시도, 도 5 내지 도 6은 도 3의 일부에 대한 분해사시도, 도 7 내지 도 8은 도 3의 단면도이다.
본 실시예들에 의한 조향 시스템(200)은, 조향컬럼(210), 중간축(220) 및 조향기어(230)를 포함하는 조향 시스템으로서, 조향컬럼(210)은, 조향휠 및 중간축(220)과 결합되는 조향축(211), 조향축(211)을 수용하는 튜브(212), 조향축(211)에 토크를 가하기 위한 액추에이터(217), 튜브(212)를 차체에 결합하는 제 1 마운팅브라켓(213), 액추에이터(217)를 차체에 결합하는 제 2 마운팅브라켓(214)을 포함한다.
도 2를 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 조향 시스템(200)은 조향컬럼(210), 조향축(211) 및 조향기어(230)를 포함한다.
조향컬럼(210)의 조향축(211)은 조향휠과 연결되어 운전자의 조향휠 조작 시 회전되며, 조향축(211)의 회전은 중간축(220)에 의해 조향기어(230)의 피니언축(231)으로 전달된다. 중간축(220)은 유니버셜 조인트를 포함하여 차량 내 공간에 적합하게 조향컬럼(210) 및 조향기어(230)가 배치되면서 조향축(211)의 회전이 피니언축(231)으로 전달될 수 있다. 피니언축(231)의 피니언기어와 랙바의 랙기어가 맞물림에 따라 랙바가 축방향으로 슬라이딩되며, 랙바의 양단에는 타이로드 및 너클이 연결되어 있어 랙바의 슬라이딩에 의해 바퀴가 조타된다.
도 3 내지 도 4를 참고하여 살펴보면, 조향컬럼(210)은 조향축(211), 튜브(212), 액추에이터(217), 제 1 마운팅브라켓(213) 및 제 2 마운팅브라켓(214)을 포함한다.
초소형 차량에 적합하도록, 조향컬럼(210)의 길이는 500-550 mm인 것이 바람직하다. 즉, 종래 소형차의 조향 시스템에서 조향컬럼(210)의 길이가 500-600 mm으로 설계되었던 것과 비교할 때 조향컬럼의 길이가 감소된다. 조향컬럼(210)의 길이가 500 mm보다 작거나 550 mm보다 큰 경우에는 운전자의 안전을 보증하기 위한 강성 및 내구도를 만족시키기 어렵다.
조향축(211)은 조향휠 및 중간축(220)과 결합되어 전술한 바와 같이 조향휠의 회전을 피니언축(231)에 전달한다. 운전자가 자신에게 적합한 위치에 조향휠을 위치시킬 수 있도록 조향축(211)의 텔레스코프 동작 또는 틸트 동작이 수행될 수 있는데, 조향축(211)이 튜브(212)의 내부에서 축방향으로 이동되며 텔레스코프되거나 튜브(212)가 제 1 마운팅브라켓(213)에 틸트 방향으로 슬라이딩될 수 있게 결합되어 차체에 힌지결합되는 제 2 마운팅브라켓(214)을 기준으로 튜브(212) 및 조향축(211)이 함께 틸트될 수 있다. 조향축(211)의 텔레스코프 동작과 틸트 동작은 수동 또는 전동으로 이루어질 수 있다.
튜브(212)는 중공으로 형성되어 내부에 조향축(211)을 수용하며, 조향축(211)은 튜브(212)의 내부에 베어링으로 결합되어 회전이 지지된다(도 7 참조).
액추에이터(217)는 조향축(211)에 토크를 가하여 운전자의 조향휠 조작을 보조한다. 즉, 피니언축(231)에는 운전자의 조향토크 및 액추에이터(217)가 조향축(211)에 가하는 보조토크의 합이 전달된다. 조향컬럼(210)에는 토크센서(216)가 구비되어 조향축(211)에 가해지는 운전자의 조향토크를 측정하며(도 6 참조), 전자제어장치(215)는 토크센서(216)가 측정한 조향토크에 기반하여 액추에이터(217)를 제어하며 보조토크를 발생시킬 수 있다.
제 1 마운팅브라켓(213)은 튜브(212)를 차체에 결합시킨다. 제 1 마운팅브라켓(213)에는 틸트 방향으로 형성되는 슬릿이 형성되어, 튜브(212) 및 조향축(211)은 제 1 마운팅브라켓(213)에 형성된 슬릿을 따라 틸트될 수 있다.
제 2 마운팅브라켓(214)은 액추에이터(217)를 차체에 결합시킨다. 즉, 조향컬럼(210)은 제 1 마운팅브라켓(213) 및 제 2 마운팅브라켓(214)에 의하여 차체에 결합된다. 제 2 마운팅브라켓(214)은 후술할 액추에이터(217)의 하우징(611)과 결합된다. 제 2 마운팅브라켓(214)은 차체에 힌지결합되어, 조향컬럼(210)의 틸팅 동작 시 회전 중심을 제공한다.
도 5를 참고하여 살펴보면, 조향축(211)은 조향휠과 연결되는 제 1 축(511) 및 중간축(220)과 연결되는 제 2 축(512)을 포함한다. 또한, 조향축(211)은 제 1 축(511)과 제 2 축(512)을 연결하는 제 3 축(513)을 포함한다.
제 1 축(511)과 제 3 축(513)은 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 세레이션으로 결합된다. 즉, 세레이션에 의해 제 1 축(511)과 제 3 축(513)은 원주방향으로 고정되어 함께 회전되되 축방향으로는 상대이동이 가능하다. 따라서, 조향축(211)의 텔레스코프 동작은 제 1 축(511)의 제 3 축(513)에 대한 축방향 슬라이딩에 의해 이루어진다.
제 2 축(512)과 제 3 축(513)은 토션바(711)를 매개로 결합된다(도 7 참조). 즉, 제 3 축(513)이 입력축이고 제 2 축(512)이 출력축으로서, 토크센서(216)는 토션바(711)의 비틀림에 의해 발생하는 제 2 축(512)과 제 3 축(513) 간의 위상차로부터 운전자의 조향토크를 측정할 수 있다.
액추에이터(217)는 전술한 바와 같이 전자제어장치(215)에 의하여 토크센서(216)가 측정한 운전자의 조향토크를 기반으로 제어되며, 제 2 축(512)에 보조토크를 가한다. 따라서, 제 2 축(512)에는 조향토크 및 보조토크의 합이 가해지게 된다.
도 6 내지 도 8을 참고하여 살펴보면, 액추에이터(217)는 모터(613), 제 2 축(512)과 모터(613)를 연결하는 감속기(612) 및 모터(613)가 결합되고 감속기(612)를 수용하는 하우징(611)을 포함한다. 하우징(611)은 제 2 마운팅브라켓(214)과 결합된다. 전자제어장치(215)는 모터(613)와 연결되어 모터(613)가 감속기(612)에 전달하는 토크를 제어한다.
하우징(611)은 웜휠(614)을 수용하는 웜휠 수용부(611a) 및 웜축(615)을 수용하는 웜축 수용부(611b)를 포함하며, 웜휠 수용부(611a) 및 웜축 수용부(611b)는 서로 연통되어 양 수용부가 연통된 부위를 통해 웜휠(614)과 웜축(615)이 맞물린다. 웜축 수용부(611b)의 일측에는 모터(613)가 결합되는 개구가 형성되어 모터(613)와 웜축(615)이 연결된다.
감속기(612)는 제 2 축(512)에 결합되는 웜휠(614) 및 웜휠(614)과 맞물리고 모터(613)와 연결되는 웜축(615)을 포함한다. 웜휠(614)은 제 2 축(512)과 결합되어 일체로 회전되며, 웜축(615)은 모터(613)에 의해 회전됨으로써 모터(613)의 토크는 웜축(615) 및 웜휠(614)에 의해 감속되어 제 2 축(512)에 전달되어 운전자의 조향휠 조작을 보조한다.
하우징(611)에는 제 2 축(512)의 회전을 지지하기 위한 베어링(616)이 결합되는데, 도면에 도시된 바와 같이 웜휠(614)의 양측에 각각 베어링(616)이 결합될 수 있다. 또한, 하우징(611)에는 웜축(615)의 회전을 지지하기 위한 베어링(617)이 결합되는데, 도면에 도시된 바와 같이 웜축(615)의 양단에 각각 베어링(617)이 결합될 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 212: 튜브
213: 제 1 마운팅브라켓 214: 제 2 마운팅브라켓
215: 전자제어장치 216: 토크센서
217: 액추에이터 220: 중간축
230: 조향기어 231: 피니언축
511: 제 1 축 512: 제 2 축
513: 제 3 축 611: 하우징
611a: 웜휠 수용부 611b: 웜축 수용부
612: 감속기 613: 모터
614: 웜휠 615: 웜축
616: 베어링 617: 베어링
711: 토션바

Claims (13)

  1. 조향컬럼, 중간축 및 조향기어를 포함하는 조향 시스템으로서,
    상기 조향컬럼은,
    조향휠 및 상기 중간축과 결합되는 조향축;
    상기 조향축을 수용하는 튜브;
    상기 조향축에 토크를 가하기 위한 액추에이터;
    상기 튜브를 차체에 결합하는 제 1 마운팅브라켓;
    상기 액추에이터를 차체에 결합하는 제 2 마운팅브라켓;
    을 포함하며,
    상기 조향축은, 상기 제 1 축과 제 2 축을 연결하는 제 3 축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향축은,
    상기 조향휠과 연결되는 제 1 축 및 상기 중간축과 연결되는 제 2 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 축과 제 3 축은 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 세레이션으로 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 축과 제 3 축은 토션바를 매개로 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향축에 가해지는 운전자의 조향토크를 측정하기 위한 토크센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 토크센서가 측정한 조향토크에 기반하여 상기 액추에이터를 제어하는 전자제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 액추에이터는, 모터, 상기 제 2 축과 모터를 연결하는 감속기 및 상기 모터가 결합되고 상기 감속기를 수용하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 마운팅브라켓은 상기 하우징과 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 감속기는, 상기 제 2 축에 결합되는 웜휠 및 상기 웜휠과 맞물리고 상기 모터와 연결되는 웜축을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 제 2 축의 회전을 지지하기 위한 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 웜축의 회전을 지지하기 위한 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향컬럼의 길이는 500-550 mm인 것을 특징으로 하는 초소형 차량용 조향 시스템.



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