KR20050015888A

KR20050015888A - 차량의 조향 복원장치

Info

Publication number: KR20050015888A
Application number: KR1020030056420A
Authority: KR
Inventors: 우승훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-02-21

Abstract

본 발명은 차량의 조향 복원장치에 관한 것으로, 특히 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크에는 상기 래크를 둘러싸도록 래크하우징이 설치되고, 상기 래크와 래크하우징에는 압축공기의 압력차, 스프링의 탄성력 차이, 자석들에 의해 형성된 반발력 차이 등을 이용하여 래크를 자체 복원시키는 구조가 구비된 차량의 조향 복원장치를 제공함으로써, 조향 복원 성능이 향상되어 핸들의 조작성이 좋아지고 차량의 직진성이 향상되어 편의성이 증대되도록 한 것이다.

Description

차량의 조향 복원장치{RETURN APPARATUS OF STEERING FOR MOTOR VEHICLE}

본 발명은 래크피니언 형식의 조향기어가 적용된 차량의 조향 복원장치에 관한 것으로, 특히 래크에서 자체적으로 복원력이 발생되어 상기 래크가 차량의 선회 후 자체 복원되는 구조를 구비한 차량의 조향 복원장치에 관한 것이다.

자동차는 주행중에도 항상 올바른 방향을 유지함과 동시에 핸들(조향휠) 조작이나 외력 등에 의해 진로가 흐뜨러질 때는 즉시 직진 상태로 되돌아가는 성질이 필요한데, 이와 함께 조향휠의 경쾌한 조작도 가능해야 한다.

이러한 조건을 만족시키기 위하여 조향을 하는 앞바퀴는 앞차축이나 킹핀 등과 함께 일정한 관계위치를 유지하도록 장치되어 있으며, 이것을 앞바퀴 얼라인먼트라고 한다.

상기한 앞바퀴 얼라인먼트는 캠버각, 킹핀 경사각, 토우인 및 캐스터 등의 요소로 이루어져 있고, 특히 캐스터는 선회 후 바퀴에 대한 복원력을 발생시키는 데 큰 역할을 한다.

도 1은 너클암이 적용되어 고정된 킹핀축을 갖는 현가장치가 개략적으로 도시된 평면도이고, 도 2는 멀티링크가 적용되어 이동 가능한 킹핀축을 갖는 현가장치가 개략적으로 도시된 평면도이다.

상기한 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 차량의 조향 시스템은 캐스터트레일(ct)을 갖도록 설계되어 선회시 바퀴(1)에서 발생하는 횡력과 캐스터트레일(ct)에 의해서 바퀴(1)가 선회 후 자체 복원되도록 되어 있다.

즉, 상기 캐스터트레일(ct)은 킹핀 중심선이 연장되어 노면과 교차하는 점인 캐스터점과 타이어 접지면 중심간의 거리를 말하는 것으로서, 캐스터점은 타이어 접지면보다 전방에 있고 바퀴(1)에 대한 구름저항은 타이어 접지면 중심에 작용하므로 주행 중에는 항상 바퀴(1)를 진행방향으로 향하도록 하는 복원력을 발생시키는 것이다.

상기와 같이 작용하는 현가장치에서, 도 1과 같이 너클암(3)이 적용된 경우에는 조향너클에 고정된 상기 너클암(3)에 의해 킹핀이 이동되게 되고, 도 2와 같이 멀티링크(5)가 적용된 경우에는 조향너클과 두 점에서 만나도록 설치된 링크들에 의해서 킹핀이 이동되게 된다. 이때, 상기 멀티링크(5)의 링크들은 그 연장선이 한 점에서 만나도록 되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 조향 시스템은 차량의 레이아웃적 측면을 고려하다 보면 캐스터트레일(ct)을 충분히 줄 수 없게 되는 경우가 발생되어 선회 후 바퀴(1)의 자체 복원이 제대로 이루어지지 않고, 이에 따라 핸들의 조작성이 저하되는 문제점이 있다.

특히, 도 2에 도시된 멀티링크(5)가 적용되어 이동 가능한 킹핀축을 갖는 현가 장치는 조향을 할수록 캐스터트레일(ct)이 감소되는 경향이 있고, 심한 경우에는 캐스터트레일(ct)이 음수값이 되기도 하므로 선회 후 바퀴(1)의 자체 복원이 더욱 곤란해지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 조향 시스템은 차량의 레이아웃적 측면이 허락하는 한도 내에서 캐스터를 크게 하여 캐스터트레일(ct)을 증가시키는 방식으로 복원력을 증대시킬 수는 있지만, 이렇게 캐스터를 과대 증가시키면 핸들 조작이 무거워지고 핸들에 롤링진동이 발생했을 때 이러한 현상이 지속되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 래크에서 자체적으로 복원력이 발생되어 차량의 선회 후 상기 래크가 자체 복원되는 구조를 구비함으로써 조향 복원 성능이 향상되어 핸들의 조작성이 좋아지고, 차량의 직진성이 향상되어 편의성이 증대되도록 하는 차량의 조향 복원장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 차량의 조향 복원장치는, 조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치되고 그 내부 공간은 소정의 내부압을 가진 에어챔버로 형성된 래크하우징과, 상기 래크하우징의 에어챔버를 두 구획으로 분리하는 동시에 상기 래크와 함께 좌우 이동 가능하도록 래크에 고정된 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 조향 복원장치는, 조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치된 래크하우징과, 상기 래크에 설치되고 스프링의 탄성력을 이용하여 조향후 래크를 정위치로 복원시키는 탄성복원수단을 포함하여 구성된 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 조향 복원장치는, 조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치된 래크하우징과, 상기 래크와 래크하우징에 설치되고 자석의 자기력을 이용하여 조향후 래크를 정위치로 복원시키는 자기복원수단을 포함하여 구성된 것을 다른 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 이때, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 하나의 예시로서 제시된 것이다.

도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치가 도시된 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5와 도 6은 본 발명의 제 1실시 예의 동작 상태가 도시된 평면도이다.

본 발명의 제 1실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 조향축 선단에 장착된 피니언(51)을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크(53)와, 상기 래크(53)를 둘러싸도록 설치되고 그 내부 공간은 소정의 내부압을 가진 에어챔버(C)로 형성된 래크하우징(55)과, 상기 래크하우징(55)의 에어챔버(C)를 두 구획으로 분리하는 동시에 상기 래크(53)와 함께 좌우 이동 가능하도록 래크(53)에 고정된 피스톤(57)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 피스톤(57)은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 에어챔버(C)의 두 구획을 동일한 크기로 분리하도록 설치되고, 상기 에어챔버(C)의 두 구획 또한 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 서로 동일한 내부압을 갖도록 설정된다.

여기서, 상기 래크하우징(55)은 조향기어박스의 내부에 설치 및 고정된다.

또한, 상기 래크(53)와 래크하우징(55) 사이에는 래크하우징(55) 내부의 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하도록 하우징용 실링재(59)가 설치되는데, 상기 래크하우징(55)의 좌우 측면에는 각각 래크(53)가 관통되어 설치되는 구멍(55a)이 형성되고, 상기 하우징용 실링재(59)는 이 구멍(55a)의 내측면에 장착된다.

또한, 상기 래크하우징(55)과 피스톤(57) 사이에도 상기 에어챔버(C)의 두 구획의 공기가 각각 반대쪽 구획으로 새는 것을 방지하도록 피스톤용 실링재(61)가 설치되며, 상기 피스톤용 실링재(61)는 피스톤(57)의 외주면에 장착되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시 예의 작동에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

차량의 주행중 조향을 위해 운전자가 조향휠을 회전시키면 피니언(51)과 래크(53)를 통해 상기 피니언(51)의 회전이 래크(53)의 옆방향 움직임으로 변환되고, 이렇게 변환된 래크(53)의 옆방향 움직임은 상기 래크(53)의 좌우에 각각 연결된 타이로드(63)와 너클암(65)을 통해 바퀴(67)로 전달되어 차량를 선회시키게 된다.

이후, 상기와 같이 차량의 선회가 이루어진 다음에는 차량의 직진 주행을 위해 조향 시스템이 원래의 위치로 복원되어야 하는데, 먼저 도 5와 같이 운전자가 조향휠을 조작하여 래크(53)가 오른쪽으로 이동된 경우에는 상기 래크(53)에 고정된 피스톤(57)이 래크(53)와 함께 오른쪽으로 이동하면서 에어챔버(C)의 두 구획 중 오른쪽 구획은 압축시키고 왼쪽 구획은 팽창시키게 된다.

상기와 같이 피스톤(57)이 오른쪽으로 이동되면 상기한 오른쪽 구획의 압력(P_R)이 왼쪽 구획의 압력(P_L)보다 커져 이 압력차에 의해서 피스톤(57)을 오른쪽에서 왼쪽으로 미는 힘이 발생되고, 이 힘에 의해 차량의 선회 후 래크(53)가 정위치로 자체 복원된다.

이와 마찬가지로, 도 6과 같이 운전자가 조향휠을 조작하여 래크(53)가 왼쪽으로 이동하면 상기 피스톤(57)에 의해서 에어챔버(C)의 왼쪽 구획은 압축되고 오른쪽 구획은 팽창되어 왼쪽 구획의 압력 (P_L)이 오른쪽 구획의 압력(P_R)보다 커지므로 피스톤(57)에는 왼쪽에서 오른쪽으로 미는 힘이 작용하게 되어 이 힘에 의해 차량의 선회 후 래크(53)가 피스톤(57)과 함께 자체 복원된다.

도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치가 도시된 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치는, 조향축 선단에 장착된 피니언(51)을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크(53)와, 상기 래크(53)를 둘러싸도록 설치된 래크하우징(55)과, 상기 래크(53)에 설치되고 스프링의 탄성력을 이용하여 조향후 래크(53)를 정위치로 복원시키는 탄성복원수단(100)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 탄성복원수단(100)은 래크에 고정된 스프링지지구(110)와, 상기 스프링지지구(110)의 양측면과 상기 래크하우징(55)의 양쪽 내측면 사이에 각각 설치되어 상기 래크(53)의 복원을 위한 탄성력을 제공하는 두 개의 코일스프링(120)으로 구성된다.

또한, 상기 스프링지지구(110)는 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크하우징(55)의 중앙에 위치되도록 상기 래크(53)에 고정되고, 상기 코일스프링(120)은 스프링지지구(110)를 기준으로 상기 래크(53)의 양쪽에 동일한 크기의 탄성압이 형성되도록 설정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시 예에서는, 운전자가 조향휠을 조작하여 래크(53)가 좌우 이동되면 두 개의 코일스프링(120)에 의해서 스프링지지구(110)에 각각 가해지는 탄성압이 서로 달라지게 된다. 따라서, 조향이 끝나면 래크(53)는 상기 각 코일스프링(120)의 탄성압 차이에 의해서 정위치로 복원되게 된다. 이외의 작동은 전술한 제 1실시 예와 유사하다.

도 8은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치가 도시된 평면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치는, 조향축 선단에 장착된 피니언(51)을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크(53)와, 상기 래크(53)를 둘러싸도록 설치된 래크하우징(55)과, 상기 래크(53)와 래크하우징(55)에 설치되고 자석의 자기력을 이용하여 조향후 래크(53)를 정위치로 복원시키는 자기복원수단(200)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 자기복원수단(200)은 래크하우징(55)의 양쪽 내측면과 상기 래크(53)에 각각 서로 반대극끼리 마주보도록 설치되어 반발력을 발생시키는 복수개의 자석들(210)(220)(230)로 구성된다.

또한, 상기 자석들(210)(220)(230) 중 래크(53)에 설치된 래크용 자석(230)은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크하우징(55)의 중앙에 위치되도록 설치된다.

또한, 상기 자석들(210)(220)(230)은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크용 자석(230)을 기준으로 래크(53)의 양쪽에 동일한 크기의 반발력을 형성시키도록 설정된다.

즉, 상기 자석들(210)(220)(230)들은 래크하우징(55)의 일단에 설치된 제 1하우징용 자석(210)과 래크용 자석(230), 그리고 상기 래크하우징(55)의 타단에 설치된 제 2하우징용 자석(220)과 래크용 자석(230) 사이에 각각 동일한 크기의 반발력이 형성되도록 되어 있다.

또한, 상기 자석들(210)(220)(230)에는 영구자석 또는 전자석이 사용된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 3실시 예에서는, 운전자가 조향휠을 조작하여 래크(53)가 좌우 이동되면 각 자석들(210)(220)(230) 사이의 거리가 변화되면서 상기 자석들(210)(220)(230)에 의해 래크(53)의 양쪽에 형성된 반발력들이 서로 달라지게 된다.

즉, 상기 래크(53)가 오른쪽으로 이동되는 경우에는, 래크하우징(55)의 오른쪽 끝단에 설치된 제 1하우징용 자석(210)과 래크용 자석(230) 사이의 거리가 반대쪽의 제 2하우징용 자석(220)과 래크용 자석(230) 사이의 거리보다 더 가까워지기 때문에 상기 제 1하우징용 자석(210)과 래크용 자석(230)에 의해 래크(53)의 오른쪽에 형성된 반발력이 반대쪽의 반발력보다 더 커지게 된다. 따라서, 조향이 끝나면 상기 래크(53)는 반발력들의 차이에 의해서 왼쪽으로 이동되어 정위치로 복원되게 된다.

반대로, 상기 래크(53)가 왼쪽으로 이동되는 경우에는, 래크(53)가 왼쪽으로 이동되면서 제 2하우징용 자석(220)과 래크용 자석(230) 사이의 거리가 가까워져 상기 래크(53)의 왼쪽에 형성되는 반발력이 더 커지게 되므로 조향후 래크(53)는 오른쪽으로 이동되어 복원되게 된다. 이외의 작동은 전술한 제 1실시 예와 유사하다.

마지막으로 상기한 본 발명의 제 2실시 예와 제 3실시 예에서, 상기 래크하우징(55)은 전술한 제 1실시 예에서와 같이 조향기어박스의 내부에 설치 및 고정된다.

이상에서 본 발명에 따른 차량의 조향 복원장치에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 차량의 조향 복원장치는, 래크에서 자체적으로 복원력이 발생되어 차량의 선회 후 상기 래크가 자체 복원되는 구조이므로 조향 복원 성능이 향상되어 핸들의 조작성이 좋아지고, 차량의 직진성이 향상되어 편의성이 증대되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 에어챔버의 내부압, 코일스프링의 스프링상수, 자석들의 자기력 등을 조절하는 방식으로 복원력의 크기를 조절할 수 있으므로 차량의 레이아웃적 측면과 관계없이 원하는 만큼의 복원력을 발생시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 조향의 복원력을 차량의 레이아웃적 측면과 관계없이 발생시킬 수 있으므로 차량의 레이아웃 자유도가 증가하여 그 만큼 운동성능, 승차감, 충돌성능 등의 기능을 더 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 너클암이 적용되어 고정된 킹핀축을 갖는 현가장치가 개략적으로 도시된 평면도,

도 2는 멀티링크가 적용되어 이동 가능한 킹핀축을 갖는 현가장치가 개략적으로 도시된 평면도,

도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치가 도시된 평면도,

도 4는 도 3의 A-A선 단면도,

도 5와 도 6은 본 발명의 제 1실시 예의 동작 상태가 도시된 평면도,

도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 차량의 조향 복원장치가 도시된 평면도,

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 〉

51 : 피니언 53 : 래크

55 : 래크하우징 55a : 구멍

57 : 피스톤 59 : 하우징용 실링재

61 : 피스톤용 실링재 63 : 타이로드

65 : 너클암 67 : 바퀴

C : 에어챔버

100 : 탄성복원수단 110 : 스프링지지구

120 : 코일스프링

200 : 자기복원수단 210 : 제 1하우징용 자석

220 : 제 2하우징용 자석 230 : 래크용 자석

Claims

조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치되고 그 내부 공간은 소정의 내부압을 가진 에어챔버로 형성된 래크하우징과, 상기 래크하우징의 에어챔버를 두 구획으로 분리하는 동시에 상기 래크와 함께 좌우 이동 가능하도록 래크에 고정된 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 1항에 있어서,

상기 피스톤은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 에어챔버의 두 구획을 동일한 크기로 분리하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 1항과 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에어챔버의 두 구획은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 서로 동일한 내부압을 갖도록 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 1항에 있어서,

상기 래크와 래크하우징 사이에는 래크하우징 내부의 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하는 실링수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 1항에 있어서,

상기 래크하우징과 피스톤 사이에는 상기 에어챔버의 두 구획의 공기가 각각 반대쪽 구획으로 새는 것을 방지하는 실링수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치된 래크하우징과, 상기 래크에 설치되고 스프링의 탄성력을 이용하여 조향후 래크를 정위치로 복원시키는 탄성복원수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 6항에 있어서,

상기 탄성복원수단은 래크에 고정된 스프링지지구와, 상기 스프링지지구의 양측면과 상기 래크하우징의 양쪽 내측면 사이에 각각 설치되어 상기 래크의 복원을 위한 탄성력을 제공하는 코일스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 7항에 있어서,

상기 스프링 지지구는 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크하우징의 중앙에 위치되도록 상기 래크에 고정된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 7항과 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코일스프링은 차량이 직진 주행하는 정상 상태에서는 상기 스프링지지구를 기준으로 상기 래크의 양쪽에 동일한 크기의 탄성압이 형성되도록 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
조향축 선단에 장착된 피니언을 통해 조향휠의 조작력을 전달받아 좌우 이동되는 래크와, 상기 래크를 둘러싸도록 설치된 래크하우징과, 상기 래크와 래크하우징에 설치되고 자석의 자기력을 이용하여 조향후 래크를 정위치로 복원시키는 자기복원수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 10항에 있어서,

상기 자기복원수단은 래크하우징의 양쪽 내측면과 상기 래크에 각각 서로 반대극끼리 마주보도록 설치되어 반발력을 발생시키는 복수개의 자석들로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 11항에 있어서,

상기 자석들 중 래크에 설치된 래크용 자석은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크하우징의 중앙에 위치되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 11항과 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자석들은 차량이 직진 주행하는 정상상태에서는 상기 래크에 설치된 래크용 자석을 기준으로 래크의 양쪽에 동일한 크기의 반발력을 형성시키도록 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.
제 1항 또는 제 6항 또는 제 10항에 있어서,

상기 래크하우징은 조향기어박스의 내부에 설치 및 고정된 것을 특징으로 하는 차량의 조향 복원장치.