KR20030008302A - a static rigidity measuring apparatus for steering system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스티어링 시스템의 정강성 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실차 상태에서 스티어링 시스템의 정강성을 측정할 수 있는 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the rigidity of a steering system, and more particularly, to a measuring apparatus capable of measuring the rigidity of a steering system in a real vehicle state.
일반적으로 스티어링 칼럼과 스티어링 휠은 주행 및 공회전시 운동이 발생하는데, 주행시에는 스티어링 시스템의 모드가 쉐이크 진동에 가장 큰 기여를 하고, 공회전시에는 엔진의 폭발 주파수에서 스티어링 휠의 변위가 가장 커지지만 대개 이 주파수는 스티어링 시스템의 상하굽힘 모드에 근접해 있기 때문에 공회전시의 스티어링 휠 진동역시 스티어링 시스템의 모드가 큰 기여를 하고 있다.In general, the steering column and the steering wheel generate movement during driving and idling.The mode of the steering system contributes the most to the shake vibration during driving and the displacement of the steering wheel at the engine's explosion frequency is the greatest at idling. Since this frequency is close to the up and down bending mode of the steering system, the vibration of the steering wheel during idling also contributes significantly to the mode of the steering system.
특히, 스티어링 시스템의 상하굽힘 모드는 대개 30Hz 안팎에 있는데, 수진감곡선을 보면 이 주파수 대역이 인체의 손이 느끼는 매우 민감한 대역인 것을 알 수 있다. 따라서, 스티어링 시스템의 고유 진동수에서의 진동 변위를 줄이는 것이 중요한데, 이를 위해서는 스티어링 시스템 자체 강성 및 이 시스템과 차체간의 결합 강성을 높이는 것이 필요하다. 이 강성은 스티어링 휠 자기가진 주파수 응답함수에서 피크치 좌측 대역에서의 기울기 및 시작점으로부터 측정 가능하며, 기울기를 결정하는 것이 동강성이고, 시작점을 결정하는 것이 바로 정강성이다.In particular, the up-and-down bending mode of the steering system is usually around 30Hz. Looking at the vibration curve, this frequency band is very sensitive to the human hand. Therefore, it is important to reduce the vibration displacement at the natural frequency of the steering system, which requires to increase the steering system itself rigidity and the coupling rigidity between the system and the vehicle body. This stiffness can be measured from the slope and the starting point in the left band of the peak value in the steering wheel self-excited frequency response function. The determining of the slope is dynamic stiffness.
스티어링 시스템이 차체에 결합된 상태에서의 동강성을 측정하는 것은 임팩트 해머 가진시험으로부터 주파수 응답함수를 측정하면 비교적 손쉽게 구할 수 있다. 그러나 정강성을 측정하는 것은 센서의 저주파 특성상 이러한 방법으로는 곤란하기 때문에 도 1과 같이 스티어링 칼럼의 끝단부에 추를 매달고 그 무게를 늘려가면서 스티어링 칼럼의 처짐 변위를 마이크로 게이지로 측정하여 평균함으로써 정강성을 계산하는 방법이 사용되어 왔다.Measuring dynamic stiffness with the steering system coupled to the body is relatively easy by measuring the frequency response function from the impact hammer excitation test. However, it is difficult to measure the rigidity by this method due to the low frequency characteristics of the sensor, so as to hang the weight at the end of the steering column and increase its weight as shown in FIG. A method of calculating stiffness has been used.
스티어링 시스템의 정강성을 측정하기 위해, 칼럼 끝단부에 추를 매다는 방법은 여러 가지 문제점을 안고 있다.In order to measure the rigidity of the steering system, the method of hanging the weight at the column end presents a number of problems.
첫째로, 집중하중을 주기 위해서 추를 끈등으로 매달아야 하는데, 여유공간이 크지 않아 50kg 이상의 하중을 주는 것이 곤란하다.First, in order to give a concentrated load, it is necessary to suspend the weight with strings, etc., but it is difficult to give a load of 50 kg or more because the free space is not large.
둘째로, 차체에 대한 스티어링 끝단부의 상대적 변위를 측정하기 위해, 마이크로 게이지를 차량 저면에 부착해야 하는데 실차의 바닥이 편평하지 않아서 기울기 오차가 발생하고 또한 추의 무게 증가시 흔들림이 발생하기 쉽다.Secondly, in order to measure the relative displacement of the steering end relative to the vehicle body, a micro gauge must be attached to the bottom of the vehicle, and the bottom of the actual vehicle is not flat, so that an inclination error occurs and shake is likely to occur when the weight of the weight increases.
셋째로, 측정시 마이크로 게이지가 스티어링 끝단부에 밀착된 상태가 지속되어야 하는데 추의 무게를 증가시킬 때 접촉위치가 변하면서 역시 측정오차가 발생하기 쉽다.Third, the micro-gauge should be kept in close contact with the steering end during measurement, and the measurement position is also prone to occur as the contact position changes when the weight of the weight is increased.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 실차 상태에서 유압 액츄에이터로 힘을 주고 자체 내장된 센서로 그때의 변위를 측정할 수 있도록 개선된 스티어링 시스템의 정강성 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, a device for measuring the rigidity of the steering system improved to force the hydraulic actuator in the actual vehicle state and to measure the displacement at that time by the built-in sensor Its purpose is to provide.
도 1 은 종래 일반적인 차량 스티어링 시스템의 정강성 측정장치에 대해 도시한 개략도.1 is a schematic view showing a device for measuring the rigidity of a conventional general vehicle steering system.
도 2 는 본 발명에 의한 스티어링 시스템의 정강성 측정장치의 바람직한 일실시예를 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a preferred embodiment of the device for measuring the rigidity of the steering system according to the present invention.
도 3 은 도 2의 실시예를 측면에서 도시한 측단면도.3 is a side cross-sectional view of the embodiment of FIG. 2 from the side;
도 4 는 도 2의 실시예 중 주요부를 상면에서 도시한 요부상면도.4 is a main portion top view showing the main part from the top of the embodiment of FIG. 2;
도 5 는 본 발명에 관련된 어댑터의 수직부를 도시한 평면도.5 is a plan view showing a vertical portion of the adapter according to the present invention;
** 도면의 주요 부분에 대한 용어의 설명 **** Explanation of terms for the main parts of the drawing **
2: 스티어링 휠4: 스티어링 칼럼2: steering wheel 4: steering column
10: 어댑터12: 칼럼 삽입홈10: Adapter 12: Column Insertion Groove
20: 회전 브라켓부30: 수평 지지부20: rotating bracket portion 30: horizontal support portion
40: 포스트42: 리니어 스크류40: post 42: linear screw
44: 수동핸들50: 유압 액츄에이터44: manual handle 50: hydraulic actuator
52: 유압봉100: 정강성 측정지그52: hydraulic rod 100: rigidity rigidity jig
200: 유압 콤프레서300: 콘트롤러200: hydraulic compressor 300: controller
400: 차체지지 지그400: body support jig
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지면에 고정되어 수직으로 설치된 포스트; 상기 포스트에 수직으로 부착되어 상하 운동이 가능하도록 설치된 대략 원통형의 수평 지지부; 상기 수평 지지부의 외관을 감싸며 회전가능하고, 수평 지지부를 따라 수평 슬라이딩하도록 설치된 회전 브라켓부; 상기 회전 브라켓의 일측에 설치되어 유압에 의해 상하 작동되는 실린더를 포함하는 유압 액츄에이터; 상기 유압 액츄에이터가 수평면에 부착되고 수직면에 정강성을 테스트할 스티어링 칼럼이 부착되는 대략 'L'자형의 어댑터부를 포함하는 측정지그와, 유압 엑츄에이터에 유압을 공급하는 유압 콤프레서와, 상기 구성 요소들의 작동을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링 시스템의 정강성 측정장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is fixed to the ground post installed vertically; A substantially cylindrical horizontal support attached vertically to the post to enable vertical movement; A rotating bracket part surrounding the exterior of the horizontal support part and rotatable and installed to horizontally slide along the horizontal support part; A hydraulic actuator installed on one side of the rotating bracket and including a cylinder that is vertically operated by hydraulic pressure; A measuring jig including an approximately 'L' shaped adapter portion to which the hydraulic actuator is attached to the horizontal plane and a steering column to test the rigidity on the vertical plane, a hydraulic compressor for supplying hydraulic pressure to the hydraulic actuator, and operation of the components It provides a device for measuring the rigidity of the steering system comprising a controller for controlling the.
본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.The structure of this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing.
도 2 는 본 발명에 의한 스티어링 시스템의 정강성 측정장치의 바람직한 일실시예를 도시한 사시도이다.Figure 2 is a perspective view showing a preferred embodiment of the device for measuring the rigidity of the steering system according to the present invention.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 스티어링 시스템의 정강성 측정장치는 대략 크게 4부분으로 구성되어 있다. 실제로 차량의 내부에서 스티어링 칼럼(4)의 정강성을 측정하는 측정지그(100), 상기 측정지그(100)에 유압을 공급하는 유압 콤프레서(200)와, 상기 측정지그(100) 및 유압 콤프레서(200)를 제어하는 콘트롤러(300) 및 상기 측정지그(100)가 지면에 장착되므로 측정시 서스펜션의 변위를 없애기 위하여 테스트될 차량을 고정시키는 별도의 차체지지 지그(400)로 이루어져 있다.As shown in the figure, the device for measuring the rigidity of the steering system according to the present invention is composed of approximately four parts. In fact, the measuring jig 100 for measuring the rigidity of the steering column 4 in the interior of the vehicle, the hydraulic compressor 200 for supplying hydraulic pressure to the measuring jig 100, the measuring jig 100 and the hydraulic compressor ( Since the controller 300 and the measuring jig 100 for controlling the 200 are mounted on the ground, a separate body support jig 400 for fixing the vehicle to be tested in order to eliminate displacement of the suspension during measurement is made.
상기 측정지그(100) 및 유압 콤프레서(200)는 유압 호스 및 와이어로 접속되어 콘트롤러(300)의 제어에 의해 작동된다.The measuring jig 100 and the hydraulic compressor 200 are connected by a hydraulic hose and a wire to be operated by the control of the controller 300.
도 2를 참조하여 상기 정강성 측정지그(100)의 개략적인 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 2 will be described a schematic configuration of the rigidity measuring jig 100 as follows.
상기 정강성 측정지그(100)는 지면과 볼트로 고정되며 하단 면적이 넓고 상승할수록 단면적이 좁아지는 형태의 포스트(40)와, 상기 포스트(40)의 내면에 설치된 리니어 스크류에 의해 상하 운동이 가능하도록 되어 있고 포스트와 직교되어 설치된 대략 원통형의 수평 지지부(30)와, 상기 수평 지지부(30)의 외관을 감싸도록 형성되며 수평 지지부(30)를 축으로 하여 회전운동이 가능할 뿐 만 아니라 수평 지지부(30)를 슬라이딩하면서 수평운동이 가능하도록 설치되는 회전 브라켓부(20)와, 상기 회전 브라켓부(20)의 일측에 회전 브라켓부(20)와 직교설치되는 유압 액츄에이터(50)와, 상기 유압 액츄에이터(50)의 피스톤(52) 저면에 부착되고 일측면에 테스트될 스티어링 칼럼(4)이 지지되는 대략 'L'자형의 어댑터부(10)로 구성되어 있다.The rigidity measuring jig 100 is fixed to the ground and the bolt, the lower the area is wider and the cross-sectional area is narrowed as it rises, the vertical movement is possible by the linear screw installed on the inner surface of the post (40) The horizontal support 30 is formed to be orthogonal to the post, and is formed to surround the exterior of the horizontal support 30, and the horizontal support 30 is not only capable of rotating but also a horizontal support ( Rotating bracket portion 20 is installed to allow horizontal movement while sliding 30, the hydraulic actuator 50 is installed orthogonal to the rotating bracket portion 20 on one side of the rotary bracket portion 20, the hydraulic actuator It consists of an adapter part 10 of approximately 'L' shape attached to the bottom of piston 52 of 50 and supported on one side by a steering column 4 to be tested.
도 3 은 본 발명에 의한 정강성 측정지그의 주요부를 도시한 개략적인 측단면도이다.3 is a schematic side sectional view showing the main part of the rigidity measuring jig according to the present invention.
상기 정강성 측정지그(100)의 포스트(40)는 대략 직삼각형 형태로 직립된 구조이며, 상기 포스트(40)의 내부에는 리니어 스크류(42)가 설치되어 있다. 상기 내장된 리니어 스크류(42)는 포스트(40)에 직교되어 있는 수평 지지부(30)를 상하로이동시키는 가이드 수단으로 작용한다. 상기 수평 지지부(30)의 포스트측 체결부에는 수평 지지부(30)를 감싸며 함께 상하 운동하도록 단면이 사다리꼴 형태의 브라켓(49)이 설치되는바 상기 브라켓(32)은 측정지그(100)의 정면에서 볼 때 열십자(+)형태로 날개처럼 형성된다.The post 40 of the rigidity measuring jig 100 has a structure in which the post 40 is erected in a substantially triangular shape, and a linear screw 42 is installed inside the post 40. The built-in linear screw 42 acts as a guide means for moving the horizontal support portion 30 orthogonal to the post 40 up and down. The post-side fastening portion of the horizontal support portion 30 is provided with a bracket 49 having a trapezoidal cross section so as to surround the horizontal support portion 30 and move up and down together. The bracket 32 is provided at the front of the measuring jig 100. When viewed, it is shaped like a wing in the form of a crisscross (+).
상기 포스트(40)의 중간에는 수동핸들(44)이 설치되어 있다. 상기 수동핸들(44)은 수평 지지부(30)를 상하로 이동시킬 때 작업자가 수동핸들(30)을 적절히 회전시켜 위치를 조정하도록 설치된 것으로 기어에 의해 리니어 스크류(42)를 회전시켜 수평 지지부(30)를 수직운동시킨다.In the middle of the post 40, a manual handle 44 is installed. The manual handle 44 is installed so that an operator adjusts the position by appropriately rotating the manual handle 30 when the horizontal support part 30 is moved up and down, thereby rotating the linear screw 42 by the gear to support the horizontal support part 30. ) Vertical movement.
상기 포스트(40)의 베이스(46)는 볼트(48)에 의해 지면의 정반(45)위에 체결된다.The base 46 of the post 40 is fastened on the surface plate 45 of the ground by bolts 48.
도 4 는 본 발명에 관련된 수평 지지부(30) 및 회전 브라켓(20), 어댑터(10)를 보다 자세히 도시한 요부 상면도이다.Figure 4 is a top view of the main portion showing the horizontal support 30, the rotating bracket 20, the adapter 10 according to the present invention in more detail.
도면에서 보는 바와 같이, 수평 지지부(30)의 전방측에는 수평 지지부(30)와 직교하여 회전 브라켓(20)이 설치된다. 상기 회전 브라켓(20)는 수평 지지부(30)가 상하 이동함에 따라 동시에 상하 이동이 가능하다. 또한 회전 브라켓(20)의 내측 원주면에는 세레이션이 형성되어 있고, 수평 지지부(30)에 외주에 형성된 세레이션(32)과 맞물려 회전 브라켓(20)이 회전 및 축방향을 따라 수평이동할 수 있도록 되어 있다.As shown in the figure, the front side of the horizontal support portion 30 is provided with a rotating bracket 20 orthogonal to the horizontal support portion 30. The rotating bracket 20 can be moved up and down at the same time as the horizontal support 30 moves up and down. In addition, a serration is formed on the inner circumferential surface of the rotating bracket 20, and is engaged with the serration 32 formed on the outer circumference of the horizontal support part 30 so that the rotating bracket 20 can be horizontally moved along the rotation and the axial direction. It is.
상기 세레이션(32)은 2도 간격으로 총 180개 형성되어 있으며 볼트 조임부에 의해 정강성을 측정하기 전 이를 고정시키도록 한다.The serration 32 is formed in a total of 180 at intervals of 2 degrees to fix it before measuring the rigidity by the bolt fastener.
상기 회전 브라켓(20)의 일측에는 유압 액츄에이터(50)가 설치되는바, 수평지지부(30)와 직교되는 방향으로 설치된다. 유압 액츄에이터(50)는 유압 실린더의 상측에서 유압을 공급하거나 빼내면서 유압봉(52)이 상하 운동하도록 되어 있는데, 상기 유압봉(52)의 저면에는 어댑터(10)가 체결된다.One side of the rotary bracket 20, the hydraulic actuator 50 is installed, it is installed in a direction orthogonal to the horizontal support (30). The hydraulic actuator 50 is configured to allow the hydraulic rod 52 to move up and down while supplying or withdrawing the hydraulic pressure from the upper side of the hydraulic cylinder, and the adapter 10 is fastened to the bottom of the hydraulic rod 52.
상기 어댑터(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 측단면이 대략 'L'자형인 외관으로 수평부(10a)와 수직부(10b)를 고정시키는 고정편(10c)이 부착된 구성으로 이루어진다. 상기 어댑터(10)는 유압 액츄에이터(50)의 유압봉(52)이 움직임에 따라 연동되는 구성으로 회전 브라켓(20)의 회전운동에 따라 수평 지지부(30)를 축으로 하여 원운동이 가능하도록 설치되어 있다.As shown in FIG. 2, the adapter 10 has a configuration in which a fixing piece 10c for fixing the horizontal portion 10a and the vertical portion 10b is attached to the exterior of the L-shaped side surface. The adapter 10 is installed in such a way that the hydraulic rod 52 of the hydraulic actuator 50 is interlocked according to the movement so that the circular movement is possible with the horizontal support part 30 as the axis according to the rotational movement of the rotation bracket 20. It is.
상기 어댑터(10)의 수평부(10a)에 상기 유압봉(52)의 저면이 체결된다. 상기 어댑터(10)의 수평부(10a)에는 유압 액츄에이터(50)의 유압봉(52)과 체결되기 위한 볼트구멍(22)이 다량으로 형성되어 있다.The bottom surface of the hydraulic rod 52 is fastened to the horizontal portion 10a of the adapter 10. The horizontal portion 10a of the adapter 10 is provided with a large amount of bolt holes 22 for engaging with the hydraulic rod 52 of the hydraulic actuator 50.
도 5 는 본 발명에 관련된 상기 어댑터(10)의 수직부(10b)를 도시한 평면도로서 도 4의 A방향에서 도시한 도면이다.Fig. 5 is a plan view showing the vertical portion 10b of the adapter 10 according to the present invention, which is shown in the direction A of Fig. 4.
상기 'L'자형 어댑터(10)의 수직부(10b)에는 측정하기 위한 차량의 스티어링 칼럼(4)의 끝단부가 삽입되기 위한 칼럼 삽입홈(12)이 형성되어 있고, 상기 칼럼 삽입홈(12)은 대략 2개 이상으로 설치함이 바람직하다.A column insertion groove 12 is formed in the vertical portion 10b of the 'L' shaped adapter 10 to insert an end of the steering column 4 of the vehicle for measurement, and the column insertion groove 12 It is preferable to install approximately two or more.
상기 서술한 정강성 측정지그(100)를 이용하여 차량 스티어링 시스템의 정강성을 측정하는 방법은 다음과 같다.The method of measuring the rigidity of the vehicle steering system using the above-mentioned rigidity measuring jig 100 is as follows.
먼저 측정시 서스펜션의 변위가 발생하지 않도록 차량의 하드포인트를 고정한 상태에서 스티어링 휠(2)을 떼어낸다. 상기 스트어링 휠(2)을 떼어내면 차량에는 스티어링 칼럼(4)만이 남게 된다.First, remove the steering wheel (2) while fixing the hard point of the vehicle so that the displacement of the suspension does not occur during measurement. Removing the steering wheel 2 leaves only the steering column 4 in the vehicle.
상기 스티어링 칼럼(4)이 본 발명에 의한 측정지그(100)의 어댑터부에 형성된 칼럼삽입홈(12)에 일치하도록 측정지그(100)의 수평지지부(30)를 삽입시킨다. 이때 차량의 도어를 연 상태에서 측정지그(100)의 수평 지지부(30)가 운전석 위에 위치하도록 지그를 정반(45)위에 고정시킨 후 수평, 수직위치 및 각도조절을 하여 어댑터와 스티어링 칼럼(4)을 얼라인하게 된다.The horizontal support part 30 of the measuring jig 100 is inserted such that the steering column 4 coincides with the column insertion groove 12 formed in the adapter part of the measuring jig 100 according to the present invention. At this time, while the door of the vehicle is open, the jig is fixed on the surface plate 45 so that the horizontal support part 30 of the measuring jig 100 is positioned on the driver's seat, and then the horizontal and vertical positions and angles are adjusted so that the adapter and the steering column (4) Will be aligned.
상기 수평 지지부(30)의 상하 작용은 콘트롤러(300)에서 제어할 수도 있고 포스트의 수동핸들(44)을 조작하여 작업자가 직접 할 수도 있다. 상기 수평 지지부(30)가 상하 이동하여 제 위치를 정하면 회전 브라켓부(20)가 수평 지지부(30)를 따라 슬라이딩하면서 위치를 잡고, 다시 회전 브라켓(20)이 회전하면서 어댑터(10)의 칼럼 삽입홈에 스티어링 칼럼(4)을 삽입시킨다.The vertical action of the horizontal support 30 may be controlled by the controller 300 or may be directly operated by the operator by operating the manual handle 44 of the post. When the horizontal support part 30 moves up and down to set the position, the rotation bracket part 20 slides along the horizontal support part 30 to hold the position, and the rotation bracket 20 rotates to insert the column of the adapter 10. Insert the steering column (4) into the groove.
이후 콘트롤러(300)에서는 유압 콤프레서(200)를 작동시켜 일정 단계 힘을 가하면서 변위를 측정한다. 본 발명에 의한 정강성 측정장치에 사용되는 유압 액츄에이터(50)는 힘 및 변위를 제어하는 것이 가능한 시스템이므로 별도의 변위 측정센서가 필요하지 않게 된다.Thereafter, the controller 300 operates the hydraulic compressor 200 to measure the displacement while applying a predetermined step force. The hydraulic actuator 50 used in the rigidity measuring device according to the present invention does not need a separate displacement measuring sensor because it is a system capable of controlling force and displacement.
정강성을 측정할 때에는 10㎏f 씩 단계적으로 측정하며 통상 100㎏f 까지 힘을 가하여 그 때의 변위를 계측함으로써 정강성을 계산한다.When measuring the static rigidity, it is measured in steps of 10 kgf, and the normal rigidity is calculated by applying a force up to 100 kgf and measuring the displacement at that time.
기존 차량의 스티어링 시스템의 정강성을 측정할 때 사용되는 추 및 게이지가 필요 없게 되며, 원하는 하중을 유압으로 직접 조절하여 가함으로써 측정 효과가 기존보다 월등히 향상된다.It eliminates the need for weights and gauges used to measure the rigidity of the steering system of existing vehicles, and by directly adjusting the desired load hydraulically, the measurement effect is significantly improved.
마이크로 게이지를 사용하지 않고 하중과 변위측정이 가능한 시스템이므로 추의 흔들림, 추의 무게 증가에 의한 접촉위치의 변화등으로 발생되던 측정오차를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.As it is a system that can measure the load and displacement without using the micro gauge, it is possible to reduce the measurement error caused by the shaking of the weight and the change of the contact position due to the weight increase of the weight.
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