KR20060004279A - 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조 - Google Patents

차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 휠을 조향하도록 하는 조향장치에서 모터의 회전시 볼스크류바가 연동하여 회전되는 것을 억제함으로써 휠의 조향성능 저하를 방지할 수 있도록 하는 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조에 관한 것이다.
볼스크류바, 롤러 베어링, 요크 플러그, 요크 너트, 스티어 바이 와이어.

Description

차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조{Structure for prevention a ball screw bar rotating in steering system for a motor vehicle}
도 1a는 종래의 차량용 조향장치의 스티어링 기어 앗세이 구조를 도시한 사시도.
도 1b는 도 1a의 타이로드 조인트부 구조를 도시한 사시도.
도 1c는 도 1a의 볼스크류바 설치구조를 보여주는 부분 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지구조를 보여주는 부분 절개 사시도.
도 3은 도 2를 상부에서 조명한 사시도.
도 4는 도 2의 롤러 베어링 설치구조를 상세하게 도시한 상세도.
도 5는 도 2의 볼스크류바와 롤러 베어링만을 발췌 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하우징 200 : 볼스크류바
210 : 면취부 320 : 요크 플러그
322 : 핀 330 : 롤러 베어링
340 : 요크 너트 360 : 스프링
본 발명은 차량의 휠을 조향하도록 하는 조향장치에 있어서 모터의 회전시 볼스크류바가 연동하여 회전되는 것을 억제함으로써 휠의 조향성능 저하를 방지할 수 있도록 하는 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 조향 장치란 차량의 진행 방향을 운전자가 스티어링 휠(Steering wheel)을 조작하여 자유롭게 제어할 수 있도록 구비된 장치이며, 이러한 조향장치는 운전자가 스티어링 휠의 각도를 변화 시켜 바퀴에 동력을 전달하는 기구로 구성되어 있다.
이와 같은 조향장치에 있어서, 최근 들어 널리 적용되고 있는 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire,이하 SBW) 시스템은 일종의 전동식 스티어링 조향장치로서, 스티어링 휠과 전륜 조향장치 사이의 기계적인 연결(스티어링 컬럼, 유니버설 조인트, 피니언 샤프트 등)이 없이 전기적인 동력 (모터, 센서 등)을 이용하여 차량을 조타시키는 장치를 말한다.
즉, 운전자가 스티어링 휠을 조작하면 ECU에서 이를 제어하여 기어박스를 작동시켜 전륜을 조향시키는 것이다. 이러한 SBW 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해 대폭 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 부품수 대폭 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 대폭 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.
도 1a는 차량용 SBW 시스템에 있어서 특히 스티어링 기어 앗세이 구조를 보여주는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 인너 타이로드와 볼스크류바의 연결부위 구조를 보여주는 도면이다. 또한, 도 1c는 스티어링 기어 앗세이 내부의 볼스크류바 설치구조를 예시한 부분 절개 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 종래의 일반적인 SBW 시스템은 모터(1)의 로터 샤프트(2)가 회전 됨에 따라, 이와 결합된 볼스크류바(3)가 좌우방향으로 직선운동을 하여 인너 타이로드(Inner tie rod;4) 및 아웃터 타이로드(Outer tie rod;5)를 통해 조향너클(도시안됨)을 회전시켜 전륜의 조향이 이루어지도록 하는 구조를 이루고 있다.
이와 같은 SBW 시스템은 기존의 유압식 스티어링 장치와는 달리 스티어링 기어 앗세이(10) 중앙부에 위치한 모터(1)를 이용하여 파워 스티어링이 이루어지도록 하고, ECU에서는 상기 모터(1)의 구동을 제어할 수 있도록 되어 있기 때문에 운전자는 조이스틱이나 컬럼부의 연결이 없는 스티어링 휠을 조작하게 된다.
한편, 상기와 같은 SBW 시스템에 있어서 차량의 진행중 주행 방향 변경시 ECU의 제어를 통해 모터(1)가 회전할 경우 볼스크류바(3)가 연동하여 함께 회전하지 않아야 볼스크류바(3)가 직선운동을 하며 정확한 조향작용이 이루어진다.
즉, 차량의 주행시나 정지시(코너링, 파킹 등) 차량 하중에 의해 타이로드(4,5)에서 들어오는 반력을 이기고 원활한 조향작용이 이루어지기 위해서는 모터(1)는 회전하고 볼스크류바(3)는 회전하지 않아야 한다.
이러한, 볼스크류바(3)의 회전방지 구조가 적용되지 않을 경우 도 1b에 도시 된 인너 타이로드(4)의 조인트부(6)를 회전축으로 하여 모터(1)와 볼스크류(3)가 함께 회전하여 헛돌기 때문에 휠의 조향성능이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 볼스크류바에 평면상태의 면취부를 형성하고 스티어링 기어 앗세이의 하우징 내에는 면취부를 따라 롤링되는 롤러 베어링을 설치하여 구성함으로써, 휠의 조향시 모터와 연동하여 볼스크류바에 회전력이 작용하여도 롤러 베어링에 의해 볼스크류의 회전이 억제되어 휠의 조향성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 된 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하우징; 및 상기 하우징 내에 직선이동 가능하게 배치된 볼스크류바를 포함하여 이루어지되, 상기 볼스크류바의 외주면상에는 길이방향으로 평면 가공된 면취부가 형성되고, 상기 하우징에는 상기 면취부와 접촉을 이루며 롤링되는 롤러 베어링이 설치된 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 휠의 조향시 모터와 연동하여 볼스크류바에 회전력이 작용하여도 롤러 베어링에 의해 볼스크류의 회전이 억제되어 휠의 조향성능 저하를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지구조를 보여주는 부분 절개 사시도이고, 도 3은 도 2를 상부에서 바라본 구조를 도시한 사시도이다. 또한, 도 4는 도 2의 롤러 베어링 설치구조를 상세하게 도시한 상세도이고, 도 5는 도 2의 볼스크류바와 롤러 베어링만을 발췌 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스티어링 기어 앗세이는 모터(도시안됨)가 내장된 하우징(100)과, 상기 하우징(100) 내에서 직선이동 가능하게 배치되는 볼스크류바(200)를 포함한다.
상기 모터는 차량의 ECU와 연결되어 상기 ECU에 의해 제어되고, 회전시 도시되지 않는 로터 샤프트의 회전작용에 의해 볼스크류바(200)가 좌우 방향으로 직선이동하며 휠의 조향을 수행할 수 있도록 되어 있다.
한편, 본 발명의 특징적인 구조에 의하면, 상기 볼스크류바(200)에는 그 외주면상에 길이방향을 따라 평면상태로 가공된 면취부(210)가 형성되어 있다.
이때, 상기 면취부(210)는 볼스크류바(200)의 스크류 홈이 가공되어 있지 않은 부위에 가공 형성되, 상기 면취부(210)의 형성길이는 조향 스트로크(steering stroke) 즉, 조향 핸들의 조작시 볼스크류바(200)의 좌우방향 최대 직선운동 거리에 해당하는 길이 만큼 가공되어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(100)에는 상기 볼스크류바(200)의 면취부(210) 상면을 따라 롤링되는 롤러 베어링(330)이 구비된다.
구체적으로, 상기 롤러 베어링(330)은 요크 플러그(york plug;320) 하단부에 일부분이 수용된 상태에서 핀(322)을 통해 회전 가능하게 지지된다.
이러한 롤러 베어링(330)이 장착된 요크 플러그(320)는 하우징(100) 일측에 상하방향으로 슬라이딩 가능한 상태로 설치되며, 이때, 상기 롤러 베어링(330)은 볼스크류바(200)의 면취부(210) 상면에 접촉된 상태로 유지된다. 또한, 상기 요크 플러그(320) 상측 하우징(100) 부위에는 요크 너트(york nut;340)가 조여져 결합된다.
따라서, 볼스크류바(200)의 직선운동이 이루어질 경우 롤러 베어링(330)은 상기 볼스크류바(200)의 면취부(210) 상면을 따라 롤링되기 때문에 볼스크류바(200)는 마찰저항을 받지 않고 매끄러운 이동이 가능해 진다.
또한, 볼스크류바(200)가 축을 중심으로 회전운동을 하려 하여도 상기 롤러 베어링(330)과 면취부(210)가 면접촉 상태로 유지되기 때문에 볼스크류바(200)의 회전운동이 억제된다.
한편, 요크 플러그(320)와 요크 너트(340) 사이에는 소정의 탄성계수를 갖는 스프링(360)이 개재된다.
상기 스프링(360)은 볼스크류바(200)의 직선이동시 롤러 베어링(330)이 볼스크류바(200)의 면취부(210)를 따라 연속적인 밀착상태를 유지한 상태에서 굴러가게 할 수 있도록 함과 동시에 롤러 베어링(330)에 의한 볼스크류바(200)의 회전작용을 확실하게 억제시킬 수 있도록 하는 기능을 담당한다.
이때, 상기 롤러 베어링(330)이 상기 볼스크류바(200)를 필요 이상으로 누르게 될 경우 마찰저항에 의해 볼스크류바(200)의 직선운동이 자칫 저해되는 현상이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 요크 플러그(320)와 요크 너트(340) 사이를 미소간극(약 0.3mm 이하)이 되도록 요크 너트(340)를 정확하게 조여 주는 것이 바람직하다.
또한, 상기 요크 너트(340)는 하우징(100)에 조립된 상태에서 풀리지 않도록 상기 요크 너트(340)과 하우징(100) 사이에 코킹(calking) 작업을 수행하여 확실한 기밀상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 볼스크류바(200)의 면취부(210) 폭(W)과 이와 접촉되는 롤러 베어링(330)의 접촉부 폭(R)은 상기 볼스크류바(200)의 자력 회전 토크(torque)에 반하여 적절하게 선정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
차량의 진행중 운전자가 원하는 방향으로 스티어링 핸들을 조작하게 되면 ECU는 이를 감지하여 대응되는 신호를 스티어링 기어 앗세이에 내장된 모터에 전달하게 된다.
이렇게 되면 모터의 회전에 따라 연동하여 볼스크류바(200)는 좌우방향중 일측방향으로 직선이동을 수행하며 타이로드에 연결된 조향너클을 회전시켜 프론트 휠을 조향시키게 된다.
이때, 상기 볼스크류바(200)의 직선운동 과정에서 롤러 베어링(330)는 면취부(210) 상면에 접촉된 상태로 부드럽게 롤링되기 때문에 상기 볼스크류바(200)는 별도의 큰 마찰저항을 받지 않고 조향방향을 따라 부드러운 직선운동을 수행할 수 있게 된다.
동시에, 상기 모터의 회전에 의해 연동하여 볼스크류바(200)는 중심축에 대해 회전운동 하려 하여도 상기 롤러 베어링(330)과 면취부(210)가 면접촉 상태로 밀착되어 있기 때문에 볼스크류바(200)의 회전운동은 억제된다.
즉, 볼스크류바(200)가 모터와 함께 회전되려면 상면에 지지된 롤러 베어링(330)을 상방으로 밀쳐야 하는데, 상기 롤러 베어링(330)이 상방으로 움직일 수 있는 거리가 요크 플러그(320)와 요크 너트(340) 사이의 갭(gap; 전술된 약 0.3mm) 이상이 될 수 없기 때문에 상기 갭에 해단되는 아주 미세한 각도 이상으로는 회전할 수 없게 되어 결국 조향작용에 영향을 미치는 볼스크류바(200)의 회전이 이루어질 수 없게 되는 것이다.
상기한 본 발명에 의하면, 모터로부터 전달되는 회전력이 볼스크류바에 작용하여도 면취부상에 밀착된 상태로 유지된 롤러 베어링에 의해 볼스크류바 회전을 억제시킬 수 있다. 따라서, 종래와 같이 모터와 볼스크류바가 함께 회전하여 볼스크류바가 헛도는 현상을 막을 수 있기 때문에 차량의 조향성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하우징에 장착된 요크 플러그 요크 너트 사이에 스프링을 설치하여 롤러 베어링이 볼스크류바 상면에 탄성적으로 지지될 수 있도록 구성함으로써 종래의 키홈 슬롯과 키의 직접 접촉방식에 의한 볼스크류바 회전방지 구조에 비하여 내구성 및 내마모성이 향상되고 볼스크류바의 직선운동에 따른 마찰저항도 크게 감소하게 되어 휠의 조향성능을 향상시키 수 있다.

Claims (2)

  1. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 직선이동 가능하게 배치된 볼스크류바를 포함하여 이루어지되,
    상기 볼스크류바의 외주면상에는 길이방향으로 평면 가공된 면취부가 형성되고,
    상기 하우징에는 상기 면취부와 접촉을 이루며 롤링되는 롤러 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤러 베어링이 지지되는 요크 플러그, 상기 요크 플러그의 상부에 배치되는 요크 너트 및 상기 요크 플러그와 상기 요크 너트 사이에 개재되는 스프링이 더 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 볼스크류바 회전 방지 구조.
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