KR20040051172A

KR20040051172A - 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치

Info

Publication number: KR20040051172A
Application number: KR1020020079047A
Authority: KR
Inventors: 정영석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-06-18

Abstract

본 발명은 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치에 관한 것으로, 스티어링컬럼 튜브와 스티어링샤프트의 사이에 자기유변유체가 충진된 진동감쇠기(50)를 설치하고, 스티어링컬럼 튜브에 전자석(40)을 설치하며, 이 전자석(40)에 배기다기관(EM)의 열을 열발전소자(10)를 통해 전류로 변환하여 공급하되, ECU(20)에 입력된 차속(시미발생영역에서)에 따른 공급전류의 세기값에 따라 콘트롤유니트(30)가 전자석(40)으로 공급되는 전류의 세기를 조절할 수 있도록 된 구조로 이루어진다.

따라서, 차속에 따라 자기유변유체의 점도를 조절하여 스티어링샤프트의 시미진동을 흡수함으로써 스티어링휠의 시미진동을 억제할 수 있음은 물론, 고속영역에서 저항값이 증가되는 것에 의해 스티어링휠이 무거워지게 되므로 조작 안정성도 향상시킬 수 있게 된다.

Description

자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치{a shimmy decreasing device of steering wheel for vehicles}

본 발명은 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치에 관한 것으로, 특히 자기유변유체를 이용하여 스티어링휠의 시미를 차속에 따라 능동적으로 감쇠시킬 수 있도록 된 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치에 관한 것이다.

시미(shimmy)란 차량 주행중 특정 속도 영역에서 스티어링휠이 불안정하게 회전방향 좌우로 진동하는 현상을 말하는 것으로, 주행하는 차량의 바퀴가 회전할 때 발생하는 가진력이 서스펜션의 링크를 통해 스티어링 기어박스의 랙을 가진시키고, 이 진동이 스티어링 계의 고유진동수와 일치하여 공진함으로써 발생되며, 소음을 발생시킬 뿐 아니라 운전자의 불안감을 가중시켜 상품성에 악영향을 미친다.

따라서, 종래에는 시미의 발생을 억제하기 위하여 스티어링 계의 회전방향 고유진동수를 조절(높이거나 또는 낮추거나)하고 있으나, 이는 공진이 발생되는 속도 영역이 변경되는 것에 지나지 않을 뿐 정지로부터 고속에 이르기까지 넓은 영역에서 차량이 주행하다 보면 결국 어느 영역에 있어서는 공진에 의해 시미가 발생하게 되므로 근본적인 대책은 되지 못하였다.

또한, 스티어링 컬럼에 장착되어 직접 진동을 감쇠하는 기존의 기계식 진동 감쇠장치는 자체 구조 및 스티어링 컬럼 부위의 구조를 지나치게 복잡하게 하는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 차속에 따라, 특히 시미가 발생하는 속도영역에서 스티어링샤프트에 진동수준에 비례하는 회전 저항력을 발생시킴으로써 시미의 발생을 억제 및 감소시킬 수 있도록 된 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 요부인 전자석과 진동감쇠기의 설치 상태도,

도 3은 스티어링샤프트에 진동감쇠기가 설치된 상태의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 열발전소자,20 : ECU,

30 : 콘트롤유니트,40 : 전자석,

50 : 진동감쇠기,51 : 외주부,

52 : 내주부,53 : 미케니컬시일,

54 : 저항판,60 : 스티어링컬럼 튜브,

70 : 스티어링샤프트.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기다기관의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열발전소자와, 차속에 따른 시미 진동량과 이 시미 진동량에 따른 공급 전류의 세기에 관한 데이터가 선입력되어 있는 ECU와, 이 ECU로부터 전달받은 정보에 따라 상기 열발전소자에서 생성된 전류의 세기를 조절하는 콘트롤유니트와, 스티어링컬럼 튜브의 외주면에 스플라인 체결되고 상기 콘트롤유니트로부터 전류를 공급받는 전자석과, 외주부는 상기 스티어링컬럼 튜브의 내주면에 스플라인 체결되고 내주부는 스티어링샤프트의 외주면에 스플라인 체결되며 내부에 자기유변유체가 충진된 진동감쇠기를 포함하여 구성된다.

즉, 시미 진동 발생 정도에 따라 자기유변유체의 점성을 조절하여 스티어링샤프트의 회전방향에 대한 저항력을 조절함으로써 스티어링휠의 시미를 감쇠시킬 수 있도록 된 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 구성도로서, 본 발명은 자기유변유체가 충진된 진동감쇠기(50)를 사용하여 스티어링샤프트의 진동을 감쇠시킴으로써 시미가 발생하지 않도록 된 것이다.

상기 자기유변유체는 외부에서 가해지는 자기장의 세기에 따라 유체의 점도가 변화되는 특성을 가진 유체로서, 유체에 자기장이 가해지면 유체 내의 입자들이 클러스터를 형성하며 결합하고, 이로 인해 항복 전단 응력이 증가하면서 유동저항이 증가하게 된다. 즉, 자기장을 가해주지 않았을 때는 입자가 자유로이 이동하는뉴토니언 유체 상태이나 자기장을 가해주면 유체 내에 항복 응력이 생성되는 빙햄유체 상태로 변하는 성질을 가진다. 따라서, 이러한 성질을 이용하여 스티어링 계의 진동을 감쇠시킬 수 있다.

한편, 상기 진동감쇠기(50)를 작동시키기 위한 전류는 배기다기관(EM)에 설치되어 제백효과(Seebeck effect)에 의해 배기다기관의 열을 전류로 변환하는 열발전소자(10)로부터 얻어진다.

상기 열발전소자(10)에는 입력된 전류의 세기를 증가시키거나 감소시키는 콘트롤유니트(30)가 연결되며, 이 콘트롤유니트(30)는 ECU(30;전자제어유니트)로부터 출력전류의 세기를 어느 수준으로 조절할 것인가에 관한 정보를 제공받는다.

상기 ECU(20)는 기본적으로 차속센서로부터 주행중의 차속을 실시간으로 제공받고 있으며, 차속에 따른 콘트롤유니트의 출력전류값에 관한 데이터가 선입력되어 있다(시미 진동을 진동감쇠기(50)가 최대한 감쇠시킬 수 있는 차속에 따른 공급전류의 세기를 실험 또는 수치해석적 방법을 통하여 획득 및 산출할 수 있다.).

한편, 상기 콘트롤유니트(30)로부터 전류를 공급받아 자화되는 전자석(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 스티어링컬럼 튜브(60)의 외주면에 고정부착되고, 내부에 자기유변유체가 충진된 상기 진동감쇠기(50)는 상기 전자석(40)이 설치된 부분의 스티어링컬럼 튜브(60)와 스티어링샤프트(70)의 사이에 장착된다.

즉, 상기 진동감쇠기(50)의 외주부(51)와 내주부(52) 및 스티어링컬럼 튜브(60)의 내주면, 스티어링샤프트(70)의 외주면에는 모두 스플라인이 형성되어 각각의 대응면에 체결되도록 되어 있다.

따라서, 스티어링컬럼 튜브(60)와 진동감쇠기(50)의 외주부(51)는 고정된 상태를 유지하고, 자기유변유체를 경계로 진동감쇠기(50)의 내주부(52)와 스티어링샤프트(70)는 운전자의 스티어링휠 조작에 따라 자유로이 회전할 수 있도록 되어 있다.

전술한 바와 같이, 진동감쇠기(50)의 내부에는 가해지는 자기장의 세기에 따라 점도가 변화하는 자기유변유체가 충진되어 있으며, 상기 외주부(51)와 내주부(52)의 사이에는 이들의 독립적 거동이 가능하고 그 경계부를 통해 자기유변유체가 누출되는 것을 방지하기 위한 미케니컬시일(53)이 설치되며, 자기유변유체의 점성 증대시 그 저항력을 보다 강하게 받아들이기 위하여 스티어링샤프트(70)와 일체로 회동되는 상기 진동감쇠기(50)의 내주부(52)에는 저항판(54)이 형성된다.(도 3 참조)

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

차량 주행에 의해 배기다기관(EM)이 가열되면, 열발전소자(10)는 전류를 생성하여 콘트롤유니트(30)로 인가하고, 콘트롤유니트(30)는 전술한 바와 같이 차속에 따른 출력전류값을 ECU(20)로부터 전달받아 전자석(40)으로 공급한다.

따라서, 전자석(40)이 자화되어 자기장을 형성하게 되며, 이 자기장에 의해 진동감쇠기(50)내의 자기유변유체의 점도는 해당 차속에서의 진동을 최대한 억제할 수 있는 값으로 변화된다.

여기서 상기 자기유변유체의 점도를 제어한다는 것은 이 유체로 이루어진 진동감쇠기 즉, 댐퍼의 스프링상수 값을 해당 차속에서의 진동을 감쇠시킬 수 있는값으로 조절한다는 것이며, 이로써 스티어링샤프트에 발생하는 시미진동이 감쇠하게 되는 것이다. 즉, 스티어링샤프트에 일체로 거동되는 스티어링휠의 시미진동이 감쇠되어진다.

예를 들어, 스티어링 계의 회전방향 고유진동수가 정해져 있는 차량이 시속 100km/h의 속도에서 공진이 발생된다면, ECU(20)는 차량의 속도를 감지하여 시미 진동 수준에 적합한 출력 전류값에 관한 정보를 콘트롤유니트(30)에 전달하며, 콘트롤유니트(30)는 전달받은 정보대로 전자석(40)으로 공급되는 전류의 세기를 조절하여 전자석(40)을 자화시키고, 이에 진동감쇠기(50)내 자기유변유체의 점성이 증가하면서 시미진동을 흡수하는 댐퍼(damper)역할을 수행하게 되는 것이다.

한편, 대부분의 차량이 고속영역에서 시미 진동이 심해지는 것을 감안할 때, 상기 진동감쇠기는 단순히 시미 진동을 흡수하는 것 뿐만 아니라, 스티어링휠의 조작감을 무겁게 하여(자기유변유체의 점도가 증가하면 상기 저항판(54)에 의해 스티어링휠의 조작에 대한 저항력이 증가된다.) 고속 주행중 조작 안정성을 향상시키는 역할도 하게 된다.

물론, 저속영역에서는 상기 진동감쇠기(50)에 전류가 공급되지 않거나 매우 미미한 전류가 공급되므로(어느 속도 영역부터 전류를 공급하는 가는 ECU(20) 프로그래밍을 통해 간단히 조절할 수 있다.) 자기유변유체가 뉴토니언 유체의 특성을 나타내므로 스티어링휠을 조작하는데 아무런 저항감을 느끼지 않게 되어 휠 조작의 불편은 발생하지 않는다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고속 주행간 자주 발생되는 시미 진동을 흡수하여 운전자가 스티어링휠을 조작함에 있어 불안감을 느끼지 않게 되고, 소음이 발생하지 않게 됨으로써 차량의 상품성이 증가되는 효과가 있다.

또한, 고속 주행시 스티어링휠이 무거워지므로 조작 안정성이 향상되어 오조작에 의한 사고를 방지할 수 있게 되는 효과도 있다.

Claims

배기다기관(EM)의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열발전소자(10)와, 차속에 따른 시미 진동량과 이 시미 진동량에 따른 공급 전류의 세기에 관한 데이터가 선입력되어 있는 ECU(20)와, 이 ECU(20)로부터 전달받은 정보에 따라 상기 열발전소자(10)에서 생성된 전류의 세기를 조절하는 콘트롤유니트(30)와, 스티어링컬럼 튜브(60)의 외주면에 스플라인 체결되고 상기 콘트롤유니트(30)로부터 전류를 공급받는 전자석(40)과, 외주부(51)는 상기 스티어링컬럼 튜브(60)의 내주면에 스플라인 체결되고 내주부(52)는 스티어링샤프트(70)의 외주면에 스플라인 체결되며 내부에 자기유변유체가 충진된 진동감쇠기(50)를 포함하여 구성되는 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치.
제 1항에 있어서, 상기 진동감쇠기(50)의 외주부(51)와 내주부(52) 사이에는 미케니컬시일(53)이 구비되며, 상기 내주부(52)에는 저항판(54)이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 스티어링휠의 시미 감쇠장치.