KR20040029790A

KR20040029790A - 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조

Info

Publication number: KR20040029790A
Application number: KR1020020060204A
Authority: KR
Inventors: 백성식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-08
Also published as: KR100488999B1

Abstract

본 발명에 따른 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조는 스티어링 칼럼의 회전 모멘트를 억제하는 강성을 증가시킴으로써 스티어링 칼럼의 상하 진동을 감쇄시켜 승차감이 향상되도록 해주는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스티어링 칼럼을 카울 크로스바에 지지시키는 칼럼 지지수단에 있어서 칼럼 마운팅 브래킷이 상·하부 플레이트 모두와 결합되도록 구성하고, 카울 크로스바를 차체에 장착시키는 장착수단에 있어서 지지 브래킷의 세로 지지대의 형상이 박스형 외면을 갖도록 구성된다.

Description

자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조{Reinforced structure of steering support apparatus in automobile}

본 발명은 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스티어링 칼럼을 카울 크로스바에 지지시키는 칼럼 지지수단과 상기 카울 크로스바를 프론트 필러 하부 양단에 장착하는 장착수단의 구조를 변경하여 스티어링 칼럼의 상하 회전모멘트에 대한 강성을 보강함으로써 노면 진동이나 엔진의 공회전 등에 의해 발생되는 스티어링 칼럼의 진동을 감쇄시킬 수 있는 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조에 관한 것이다.

도1은 자동차용 스티어링 지지장치를 개략적으로 나타낸다. 일반적으로 자동차용 스티어링 지지장치는 도면에서 "B"로 표시된 장착수단(40)에 의해 카울 크로스바(16)가 자동차의 프론트 필러 하부 양단에 고정 설치되고, 상기 카울 크로스바(16)를 지지하기 위해 그 중앙부에 하방으로 연장된 2개의 중앙 지지브래킷(14)이 일체로 설치된다. 상기 카울 크로스바(16)는 프론트 필러의 하부에 가로지르도록 설치되어 차량의 비틀림 및 굽힘 강성을 유지할 뿐만 아니라, 스티어링휠(10)이 장착되는 매우 중요한 부분이며, 상기 카울 크로스바(16)의 운전자석에 해당하는 일측에는 도면에서 "A"로 표시된 칼럼 지지수단(20)에 의해 스티어링 휠(10)이 장착된 스티어링 칼럼(12)이 카울 크로스바(16)에 고정 지지된다.

상기 칼럼 지지수단(20)은 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22)가 상기 카울 크로스바(16)를 감싸면서 겹쳐지도록 설치되어 그 전방부가 서로 모아지도록 형성되고, 이 하부 플레이트(22)에 중앙에 스티어링 칼럼이 삽입되는 장착공(24)이 형성된 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 설치되며, 이 칼럼 마운팅 브래킷(23)의 장착공(24)에는 그 일단에 스티어링 휠이 설치된 스티어링 칼럼이 전방이 아래로 향하도록 경사지게 설치되어 고정 지지된다. 상기 스티어링 칼럼(12)은 그 전방 단부가 자동차의 앞바퀴와 연결 설치된 기어 박스(미도시)에 연결되어 운전자가 스티어링 휠(10)을 조정함으로써 자동차의 진행 방향을 조정할 수 있도록 해준다.

한편, 상기 장착수단(40)은 차체에 설치된 제1 장착 브래킷(41)과 제2 장착 브래킷(42)에 카울 크로스바(16)가 삽입 고정되고, 상기 제2 장착 브래킷(42)에 부착되는 세로 지지대(46)와 상기 카울 크로스바(16)를 지지하는 가로 지지대(47)로 구성된 지지 브래킷이 상기 제2 장착 브래킷(42)의 일측면에 설치된다.

이와 같이 구성된 스티어링 지지장치에 따르면, 상기 스티어링 칼럼(12)은 하측의 기어박스에 전방 단부가 연결된 상태에서 상측으로 비스듬하게 운전자 쪽으로 향하도록 설치되므로 차량의 주행중이나 엔진 공회전과 같이 차체에 진동이 발생되는 상황에서는 상하 방향으로 진동하기 쉬운 설치구조로 되어있다. 즉, 차체에서 발생되는 진동에 의해 스티어링 칼럼(12)은 기어박스에 설치된 전방 단부를 고정단으로 하여 상하로 회전모멘트를 받아 흔들리게되고, 스티어링 칼럼(12)의 개방단에 해당하는 후방 단부에 설치된 스티어링 휠(10)에서는 마치 외팔보와 같이 그 진폭이 확대되며, 이 같은 스티어링 칼럼(12)의 상하 진동은 운전자의 승차감에 나쁜 영향을 준다.

따라서, 승차감을 향상시키기 위해서는 회전모멘트에 의한 스티어링 칼럼의 상하 진동을 감쇄시켜야 하며, 이를 위해서 스티어링 칼럼을 카울 크로스바에 지지시키는 상기 칼럼 지지수단 및 카울 크로스바를 차체에 장착시키는 상기 장착수단이 회전모멘트에 대해 충분한 강성을 가져야만 한다. 그러나, 종래의 칼럼 지지수단 및 장착수단은 그 구조상 스티어링 칼럼의 상하 진동을 억제할 수 있는 충분한 강성을 제공하기에는 곤란한 구조를 가지고 있다.

도2 및 도3을 참조하여 종래의 칼럼 지지수단과 장착수단이 스티어링 칼럼에 가해지는 회전모멘트를 억제할 수 있는 충분한 강성을 가지고 있지 못함을 설명한다. 먼저 도2를 보면, 종래의 칼럼 지지수단은 상부 플레이트(21)가 그 중앙부에 아래로 오목한 홈이 형성되어 카울 크로스바(16)의 상단을 감싸고 하부 플레이트(22)는 그 중앙부에 위로 오목한 홈이 형성되어 카울 크로스바(16)의 하단을 감싸면서 그 전방이 서로 겹쳐지는 형태로 카울 크로스바(16)에 설치되어 그 각각의 전방은 서로 모아지게 된다. 상기 상부 플레이트(21)의 상면에는 후단의 차체 연결 부위로부터 전방의 스티어링 칼럼 연결 부위까지 소정의 높이의 돌출부(25)가 양측으로 형성되어 있다. 이 돌출부는 수직방향으로의 강성을 증가시켜 스티어링 칼럼에 가해지는 회전모멘트를 억제한다. 한편, 상기 하부 플레이트(22)의 전방 하부에는 칼럼 마운팅 브래킷(23)은 볼트 체결되고, 이 칼럼 마운팅 브래킷(23)에 스티어링 칼럼이 삽입 지지된다. 그러나, 이러한 구조의 칼럼 지지수단에 있어서는 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 단지 2.0㎜의 두께를 갖는 하부 플레이트(22)에만 볼트 체결되기 때문에 스티어링 칼럼의 회전모멘트에 대한 억제력이 단지 하부 플레이트(22)의 강성에만 의존하게 되어 스티어링 칼럼의 상하 진동을 효과적으로 감쇄시키지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 도3을 보면 종래의 장착수단은 상단과 하단에 플랜지가 형성되고 그 중앙부의 전방에 카울 크로스바(16)를 수용하는 수용홈(43)이 형성된 제1 장착 브래킷(41)과 "ㄴ"자 형태의 평판을 이루는 본체와 그 본체의 중앙부에 상기 제1 장착 브래킷(41)과 동일한 형태의 수용홈(44)이 형성된 제2 장착 브래킷(42), 및 상기 제2 장착 브래킷(42)에 부착되는 세로 지지대(46)와 상기 카울 크로스바(16)를 지지하는 가로 지지대(47)로 구성된 지지 브래킷(45)으로 이루어진다. 상기 제1 장착 브래킷(41)은 그 후면과 일측면이 상기 "ㄴ"자 형태의 제2 장착 브래킷(42)과 점용접된 후 차체에 결합됨으로써 2개의 장착 브래킷(41,42)은 차체에 고정 지지되고 이 장착 브래킷(41,42)의 중앙 수용홈에 상기 카울 크로스바(16)가 삽입 고정됨으로써 결과적으로 카울 크로스바(16)가 차체에 장착된다. 그리고, 상기 제2 장착 브래킷(42)의 일측면에 상기 지지 브래킷(45)이 덧대어짐으로써 스티어링 칼럼의 상하 진동에 의해 카울 크로스바(16)에 전달되는 회전모멘트를 억제하여 궁극적으로 스티어링 칼럼의 상하 진동을 감쇄시킨다. 그러나, 이러한 구조의 장착수단에 있어서 스티어링 칼럼의 진동을 감쇄시키는 상기 지지 브래킷(45)이 회전 모멘트를받을 경우 상기 제2 장착 브래킷(42)에 부착되는 지지 브래킷(45)의 세로 지지대(46) 부위가 가장 큰 힘을 받게 되나, 이 세로 지지대(46)는 단지 평판 형태로 구성되어 상기 회전모멘트에 대한 강성이 약해 상기 스티어링 칼럼의 진동을 효과적으로 감쇄시키는 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스티어링 지지장치의 칼럼 지지수단에 있어서 칼럼 마운팅 브래킷을 카울 크로스바에 장착된 상부 플레이트 및 하부 플레이트 모두와 결합되도록 구성하고, 카울 크로스바 장착수단에 있어서 지지 브래킷은 그 세로 지지대가 박스형 외면을 갖도록 구성하여 제2 장착 브래킷에 부착시킴으로써 차체 진동에 의해 발생되는 스티어링 칼럼의 회전모멘트를 효과적으로 억제할 수 있는 스티어링 지지장치의 보강구조를 마련하는데 그 목적이 있다.

도1은 자동차 스티어링 지지장치의 개략도.

도2는 도1의 지지장치에서 종래의 칼럼 지지수단의 발췌 단면도.

도3은 도1의 지지장치에서 종래의 카울 크로스바 장착수단의 분해 사시도.

도4는 도1의 지지장치에서 본 발명에 따른 칼럼 지지수단의 발췌 단면도.

도5는 도1의 지지장치에서 본 발명에 따른 카울 크로스바 장착수단의 분해 사시도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 스티어링 휠12: 스티어링 칼럼

14: 중앙 지지브래킷16: 카울 크로스바

20: 칼럼 지지수단21: 상부 플레이트

22: 하부 플레이트23: 칼럼 마운팅 브래킷

24: 장착공25: 돌출부

26: 수직면27: 너트 장착홈

28: 구멍29: 슬리브

30: 체결부재31: 너트

32: 볼트40: 장착수단

41,60a: 제1 장착 브래킷 42,60b: 제2 장착 브래킷

43,44: 수용홈45,50: 지지 브래킷

46,51: 세로 지지대47,52: 가로 지지대

60: 장착 브래킷61: 보강 브래킷

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링 칼럼이 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 칼럼 마운팅 브래킷으로 이루어진 칼럼 지지수단에 의해 카울 크로스바에 지지되고, 이 카울 크로스바는 장착수단에 의해 프론트 필러의 하부 양단에 장착된 자동차 스티어링 지지장치에 있어서, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트는 상기 카울 크로스바의 일부를 감싸며 그 가장자리부가 상호 겹쳐지게 결합되고, 그 겹쳐지게 결합된 상부 플레이트와 하부 플레이트의 전방에는 상기 칼럼 마운팅 브래킷이 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트와 일체가 되게 장착되며, 상기장착수단은 상기 카울 크로스바의 끝단을 수용하는 수용홈이 형성된 지지 브래킷과 장착 브래킷이 상호 마주보게 결합된다.

바람직하게는, 상기 상부 플레이트는 그 전방에 수직면을 갖는 너트 장착홈이 형성되고, 이 너트 장착홈의 중앙에는 상기 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 칼럼 마운팅 브래킷을 관통하는 슬리브가 설치되고, 그 슬리브에는 분해결합이 가능한 체결부재가 관통 설치된다.

더욱 바람직하게는, 카울 크로스바의 일측을 수용하며 설치된 상기 지지 브래킷은 그 세로 지지대가 박스형으로 구성된다.

또한, 카울 크로스바의 타측을 수용하며 설치된 상기 장착 브래킷은 제1 장착 브래킷과 제2 장착 브래킷이 일체로 구성되고, 바람직하게는, 상기 장착 브래킷은 상기 카울 크로스바와 상기 2개의 장착 브래킷 사이에 설치되는 보강 브래킷을 더 포함한다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스티어링 지지장치의 보강구조의 바람직한 일실시예를 설명한다.

도4는 스티어링 지지장치에 있어서 본 발명에 따른 칼럼 지지수단을 도시한 단면도이다. 본 발명에 따른 칼럼 지지수단에서 상부 플레이트(21)가 그 중앙부에 아래로 오목한 홈이 형성되어 카울 크로스바(16)의 상단을 감싸고 하부 플레이트(22)는 그 중앙부에 위로 오목한 홈이 형성되어 카울 크로스바(16)의 하단을 감싸면서 그 전방이 서로 겹쳐지는 형태로 카울 크로스바(16)에 결합되며, 상기 상부 플레이트(21)의 상면에는 후단의 차체 연결 부위로부터 전방의 스티어링 칼럼연결 부위까지 소정 높이의 돌출부(25)가 양측으로 형성되어 있는 것은 종래와 동일하다. 그러나, 본 발명에 따른 칼럼 지지수단에서는 상부 플레이트(21)의 전방에 형성된 돌출부(25)에 수직면(26)을 갖는 너트 장착홈(27)이 형성되고, 이 너트 장착홈(27)의 중앙에는 상기 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(22) 및 하부 플레이트(22)에 전방 하부에 설치된 칼럼 마운팅 브래킷(23) 모두와 연통되는 구멍(28)이 형성되며, 상기 구멍(28)에는 소정 두께의 슬리브(29)가 삽입 설치되고, 이 슬리브(29)의 내부로 삽입되는 체결부재(30)에 의해 상기 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 상기 상부 플레이트(21) 및 하부 플레이트(22) 모두와 결합되는 구성이 종래와 다르다. 바람직하게는, 상기 체결부재(30)는 슬리브(29)의 내부에 하방으로부터 끼워지는 볼트(32)와 상기 너트 장착홈(27)에 장착된 너트(28)가 상호 결합됨으로서 구성된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 칼럼 지지수단은 하부 플레이트(22)의 전방 하부에 설치되는 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 종래와 달리 상부 플레이트(21)와도 볼트 체결된다.

즉, 상기 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 2.0㎜의 두께를 갖는 하부 플레이트(22)뿐만 아니라 1.6㎜의 두께를 갖는 상부 플레이트(21)에도 볼트 체결되므로 결과적으로 3.6㎜의 강판에 지지되는 결과가 되어 종래의 지지수단보다 더 큰 강성을 가질 수 있게 된다. 또한, 상부 플레이트(21)의 상면에 너트 장착홈(27)이 만들어지고 이에 의해 상기 돌출부(25)에 스티어링 칼럼의 회전 모멘트에 대한 강성이 큰 수직면(26)이 새로이 형성됨으로써, 칼럼 지지수단의 회전 모멘트에 대한 면강성이 증가된다.

뿐만 아니라, 상기 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22) 및 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 연통되도록 형성된 구멍(28)에는 하방으로부터 볼트(32)가 직접 끼워져 상부 플레이트 상면에 장착된 너트(31)와 결합될 수도 있으나, 상기 구멍(28)에 소정 두께의 슬리브(29)가 먼저 삽입 설치되고, 이 슬리브(29)의 내부에 볼트(32)가 끼워져 너트(31)와 결합되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 스티어링 칼럼에 가해지는 회전 모멘트가 직접적으로 전달되는 부분인 구멍(28)에 소정 두께의 슬리브(29)를 삽입 설치함으로써, 그 슬리브(29)의 두께만큼 지지수단의 강성을 증가시킬 수 있기 때문이다. 또한, 이 슬리브(29)는 볼트 체결시 상·하부 플레이트의 구멍(28) 주위가 볼트와의 접촉에 의해 손상되는 것을 방지하여 플레이트의 강성을 유지시켜준다.

이와 같이, 본 발명에 따른 칼럼 지지수단은 칼럼 마운팅 브래킷(23)을 하부 플레이트(22)뿐만 아니라 상부 플레이트(21)와도 함께 볼트 체결시키고, 상부 플레이트(21)의 상면에 수직면(26)을 갖는 너트 장착홈(27)을 형성시키며, 볼트(32)가 장착되는 구멍(28)에 소정 두께의 슬리브(29)를 먼저 삽입 설치함으로써 전체적으로 스티어링 칼럼의 회전 모멘트에 대한 강성을 증가시킬 수 있도록 구성된다.

도5는 스티어링 지지장치에 있어서 본 발명에 따른 카울 크로스바 장착수단을 도시한 분해 사시도이다.

본 발명에 따른 장착수단은 카울 크로스바(16)의 일측면을 수용하며 설치된 장착 브래킷(60)과 카울 크로스바(16)의 타측면을 수용하여 설치된 지지 브래킷(50)으로 이루어진다. 먼저, 상기 장착 브래킷(60)은 상단과 하단에 각각 플랜지가 형성된 제1 장착 브래킷(60a)과 제2 장착 브래킷(60b)으로 나누어지고, 그 나누어진 제2 장착 브래킷(60b)이 제1 장착 브래킷(60a)에 수용되어 상기 플랜지가 서로 포개어지도록 접촉된 다음 그 접촉면을 따라 CO₂용접되어 점용접만으로 결합되던 종래보다 더 강하게 결합된다. 이와 같이 결합된 제1 장착 브래킷(60a)과 제2 장착 브래킷(60b)은 차체에 고정 설치되고, 이 장착 브래킷(60a,60b)의 중앙 전방에 형성된 수용홈에 카울 크로스바(16)의 일측면이 삽입 설치된다.

한편, 상기 제2 장착 브래킷(62)과 결합되어 상기 카울 크로스바(16)의 타측면을 지지하는 지지 브래킷(50)은 세로 지지대(51)와 가로 지지대(52)로 이루어져 전체적으로 "＋"자 형태를 이룬다. 상기 제2 장착 브래킷(62)이 종래의 "ㄴ"자 평판 형태가 아니라 상·하단에 플랜지가 형성된 막대 형상을 가지므로, 지지 브래킷(50) 중에서 이 제2 장착 브래킷(62)과 결합되는 부분인 세로 지지대(51)도 박스형을 이룬다. 상기 지지 브래킷(50)의 세로 지지대(51)는 스티어링 칼럼의 상하 진동으로부터 전달되는 카울 크로스바(16)의 회전 모멘트에 가장 취약한 부위인데, 이 세로 지지대(51)가 종래의 평판 형상이 아닌 박스형 외면을 이루게 됨으로써 더 큰 면강성을 가질 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 종래의 장착수단에 있어서는 지지 브래킷(50)이 제2 장착 브래킷(62)에 마주보게 하나만 부착되어 카울 크로스바(16)를 지지하였으나, 본 발명에 따른 장착수단에 있어서는 보강 브래킷(61)이 상기 제2 장착 브래킷(62)의 일측면에 추가로 설치되어 상기 지지 브래킷(50)과 결합됨으로써 카울 크로스바(16)를 양쪽에서 지지할 수 있도록 해 줌으로써 카울 크로스바(16)에 걸리는 회전 모멘트에 더 큰 강성을 가질 수 있도록 해준다. 이러한 보강 브래킷(61)은 도시된 바와 같이 평판형일 수도 있고, 상기 지지 브래킷(50)과 같이 박스형으로 구성될 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조에 의하면, 스티어링 칼럼을 카울 크로스바에 지지시키는 칼럼 지지수단에 있어서 칼럼 마운팅 브래킷이 상·하부 플레이트 모두와 볼트 체결되도록 구성하고, 카울 크로스바를 차체에 장착시키는 장착수단에 있어서 지지 브래킷의 세로 지지대의 형상이 박스형 외면을 갖도록 구성함으로써 스티어링 칼럼의 회전 모멘트를 억제하는 강성을 증가시켜 결과적으로 스티어링 칼럼의 상하 진동을 감쇄시켜준다.

본 발명에 따른 스티어링 지지장치의 보강구조에 의한 진동 감쇄 효과를 측정한 결과, 진동 주파수가 30.2㎐에서 33.2㎐로 증가되었고 응답 레벨은 3㏈ 감소되어 승차감이 향상되었음을 알 수 있다.

Claims

스티어링 칼럼(12)이 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(22) 및 칼럼 마운팅 브래킷(23)으로 이루어진 칼럼 지지수단(20)에 의해 카울 크로스바(16)에 지지되고, 이 카울 크로스바(16)는 양 끝단이 장착수단(40)에 의해 프론트 필러의 하부에 장착된 자동차 스티어링 지지장치에 있어서,

상기 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22)는 상기 카울 크로스바(16)의 일부를 감싸며 그 가장자리부가 상호 겹쳐지게 결합되고, 그 겹쳐지게 결합된 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22)의 전방에는 상기 칼럼 마운팅 브래킷(23)이 상기 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22)와 일체가 되게 장착되고,

상기 장착수단(40)은 상기 카울 크로스바(16)의 끝단을 수용하는 수용홈이 형성된 지지 브래킷(50)과 장착 브래킷(60)이 상호 마주보게 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 스티어링 지지장치의 보강구조.
제1항에 있어서,

상기 상부 플레이트(21)는 그 전방에 수직면(26)을 갖는 너트 장착홈(27)이 형성되고, 이 너트 장착홈(27)의 중앙에는 상기 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(22) 및 칼럼 마운팅 브래킷(23)을 관통하는 슬리브(29)가 설치되며, 그 슬리브(29)에는 분해결합이 가능한 체결부재(30)가 관통 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조.
제1항에 있어서,

카울 크로스바(16)의 일측을 수용하며 설치된 상기 지지 브래킷(50)은 "＋"자 형태를 이루고, 그 "＋"자 형태의 지지 브래킷(50)의 세로방향으로는 박스형의 세로 지지대(51)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조.
제1항에 있어서,

카울 크로스바(16)의 타측을 수용하며 설치된 상기 장착 브래킷(60)은 제1 장착 브래킷(60a)과 제2 장착 브래킷(60b)으로 나누어지고, 그 나누어진 제2 장착 브래킷(60b)은 제1 장착 브래킷(60a)에 수용되어 일체가 되게 결합된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조.
제4항에 있어서,

상기 장착 브래킷(60)은 그 장착 브래킷(60)과 상기 카울 크로스바(16) 사이에 보강 브래킷(61)이 추가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 지지장치의 보강구조.