KR20080013490A - Steering system with vibration reducing device and vibration reducing method using of it - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 의한 자동차용 조향장치의 랙 앤 피니언 타입 기어박스의 일부를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a part of a rack and pinion type gearbox of a steering apparatus for a vehicle according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템을 도시하는 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing a steering system provided with a vibration reducing device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템을 이용한 진동 저감 방법을 도시하는 순서도.3 is a flow chart showing a vibration reduction method using a steering system provided with a vibration reduction device according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings
100 : 기어박스 200 : 진동 감지 수단100: gear box 200: vibration detection means
210 : 감지부 220 : 산출부210: detector 220: calculator
300 : 제어부 400 : 액추에이터300: control unit 400: actuator
본 발명은 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템 및 이를 이용한 진동 저감 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 조향장치의 요크 하중을 변경시킴으로써 자동차 휠의 불균형으로 인하여 발생되는 진동을 저감시킬 수 있는 조향시스템 및 이를 이용한 진동 저감 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steering system provided with a vibration reduction device and a vibration reduction method using the same, and more particularly, to a steering system capable of reducing vibration caused by an imbalance of an automobile wheel by changing a yoke load of a steering device and using the same. It relates to a vibration reduction method.
일반적으로 자동차용 조향장치는 운전자의 조작에 따라 차량의 진행방향을 변경하는 장치로서, 운전석에 구비된 스티어링 휠과 그 하부에 마련되는 스티어링 샤프트 및 상기 스티어링 샤프트와 연결되어 동력 전달 방향을 전환하는 기어박스를 포함하여 구성된다.In general, a steering device for a vehicle is a device for changing a driving direction of a vehicle according to a driver's operation. A steering wheel provided in a driver's seat, a steering shaft provided below the gear, and a gear connected to the steering shaft to switch a power transmission direction. It consists of a box.
자동차용 조향장치를 구성하는 각 구성요소 중, 상기 기어박스에는 랙 앤 피니언 타입(Rack & Pinion Type)이 가장 많이 사용되며, 이러한 랙 앤 피니언 타입의 기어박스는 스티어링 샤프트로부터 운전자가 발생시킨 조작력을 전달받아 회전하는 피니언과, 상기 피니언에 치합되어 좌우로 이동하는 랙 바(Rack Gear)로 이루어진다.Among the components constituting the steering device for the vehicle, the rack and pinion type is most used in the gearbox, and the rack and pinion type gearbox is used to control the force generated by the driver from the steering shaft. Receives a rotating pinion and the rack bar (Rack Gear) to be moved to the left and right by the pinion.
도 1은 종래 기술에 의한 자동차용 조향장치의 랙 앤 피니언 타입 기어박스의 일부를 도시한 단면도로, 도면을 참조하여 랙 앤 피니언 타입의 기어박스에 대해 살펴보면 다음과 같다.1 is a cross-sectional view showing a part of a rack and pinion type gearbox of a steering apparatus for a vehicle according to the prior art, referring to the rack and pinion type gearbox with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 기어박스는 외형을 이루는 하우징(11)이 구비되고, 하우징(11) 내부에는 스티어링 샤프트(미도시)로부터 운전자가 발생시킨 회전력을 전달받는 피니언축(12)과 피니언축(12)의 하부에 형성된 피니언기어(13)가 구비된다. 또한, 외주부에 피니언기어(13)와 치합되는 랙기어(14)가 형성된 랙 바(15)가 구비되며, 피니언축(12)의 회전력은 피니언기어(13)와 이에 치합되는 랙 기어(14)를 통해 랙 바(15)의 좌우 수평운동으로 변환된다. 이때, 피니언기어(13)와 랙기어(14)의 치합 상태가 양호하게 유지되도록 랙 바(15)의 후방에서 랙 바(15)를 피니언기어(13)측으로 밀착되게 지지하는 요크부(20)가 구비된다.As shown in FIG. 1, the gearbox includes a
상기 요크부(20)는 랙기어(14) 후방측에 하우징(11)과 일체로 형성되는 중공의 요크실린더(21)와, 요크실린더(21) 내부에 슬라이딩 가능하도록 삽입 설치되고 일측에 랙 바(15)의 외주면과 밀착 지지될 수 있는 반원형의 접촉부가 형성된 요크(22)를 포함한다.The
상기 요크(22)의 후방측에는 요크(22)를 랙 바(15)에 탄력 있게 밀착시키도록 스프링(23)이 구비되고, 스프링(23)의 후방에는 스프링(23)을 지지하도록 요크플러그(24)가 삽입 체결된 요크서포트(25)가 구비된다. 상기 요크서포트(25)는 일측이 개방된 중공의 원통형상으로, 개방되지 않은 타측면에는 요크플러그(24)가 삽입될 수 있도록 나사산이 형성된 원형단면의 요홈이 형성되고, 그 중심부에는 관통홀이 형성된다. 상기 요크플러그(24)가 요크서포트(25)의 요홈에 삽입되어 나사 결합되고 관통홀을 통해 스프링(23)을 지지함으로써, 요크(22)에 대해서 화살표 방향의 탄성력에 의한 하중이 발생된다.A
또한, 상기 요크(22)는 원통형으로 중간부의 외주면에 원주방향의 단턱부(27)가 형성되고 요크(22)의 후방 끝단부는 원주방향의 돌출부(28)가 형성된다. 이에 대응하여 요크서포트(25)의 내주면에는 요크(22)의 돌출부(28)가 삽입되어 요크서포트(25)의 길이방향으로 소정 거리 이동가능하게 하는 여유 공간을 포함한 오목부(26)가 형성된다.In addition, the
그런데 상기와 같은 구조의 기어박스를 포함하는 종래의 조향장치는 특정 속도 구간(90 ~ 130㎞)에서 스티어링 휠에 회전 진동(10 ~ 15㎐), 즉 시미(Shimmy : 스티어링 휠 회전 방향으로의 진동)가 발생된다. 이렇듯 고속 주행 중 발생하는 시미는 조향 안정성을 저해하고, 이로 인해 운전자에게 불안감을 가중시켜 안전운행에도 지장을 주고 있다.However, the conventional steering apparatus including the gearbox having the above structure has a rotational vibration (10 to 15㎐) on the steering wheel at a specific speed section (90 to 130 km), that is, shimmy (Shimmy: vibration in the direction of steering wheel rotation). ) Is generated. Simi generated during high-speed driving impairs steering stability, thereby causing anxiety for the driver and thus impairing safe driving.
따라서 종래에는 상기 시미를 감쇠시키고자 조향장치를 구성하는 기구적 부품들의 작동 마찰력을 증대시키거나 스티어링 휠에 직접 다이내믹 댐퍼 등을 장착하여 고유 진동수를 변화시키는 방법을 사용하고 있다. 하지만 이러한 방법에는 한계가 있어 최근에는 유압 라인 상에 유체의 통과 유량을 감소시키는 내장형 댐퍼를 설치하거나 파워 실린더와 랙 바의 사이에 외장형 댐퍼를 설치하여 직접 기계적으로 랙 바의 진동을 감쇠시키는 방법을 사용하고 있다.Therefore, conventionally, a method of changing the natural frequency by increasing the operating frictional force of the mechanical components constituting the steering apparatus or by attaching a dynamic damper directly to the steering wheel to attenuate the shimi is used. However, these methods have limitations. Recently, there is a method of directly damping the vibration of the rack bar by installing an internal damper that reduces the flow rate of the fluid on the hydraulic line or by installing an external damper between the power cylinder and the rack bar. I use it.
그러나 상기와 같은 장치에 의하면, 바퀴로부터 스티어링 휠로 역입력되는 진동의 전달을 감쇠 및 차단하여 시미를 저감시키는 것은 가능하나, 모든 속도 영역에서 항상 댐핑 작용이 이루어지기 때문에 파워 실린더에 의한 조향 보조력이 감소하여 조향 조작이 어려워지고, 특히 저속 영역에서 스티어링 휠 복원력이 감소됨으로써 스티어링 휠 조작에 힘이 많이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.However, according to the above device, it is possible to reduce the taste by attenuating and interrupting the transmission of vibration inputted back from the wheel to the steering wheel, but since the damping action is always performed in all speed ranges, the steering assist force by the power cylinder is reduced. As a result, the steering operation becomes difficult, and in particular, the steering wheel restoring force is reduced in the low speed region, so that a large amount of force is required for the steering wheel operation.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 조향장치의 요크 하중을 변경시킴으로써 자동차 휠의 불균형으로 인하여 발생되는 진동을 저감시킬 수 있는 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템 및 이를 이용한 진동 저감 방법 을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a steering system and a vibration reduction method using the vibration reduction device that can reduce the vibration caused by the imbalance of the automobile wheel by changing the yoke load of the steering apparatus as to solve the above-mentioned problems. Its purpose is to.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 조향장치의 진동을 저감시켜 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 향상시키고, 나아가 자동차의 상품성을 증대시킬 수 있는 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템 및 이를 이용한 진동 저감 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to reduce the vibration of the steering apparatus as described above to improve the NVH (Noise Vibration Harshness) performance, and furthermore, the steering system is provided with a vibration reduction device that can increase the marketability of the vehicle and vibration reduction using the same To provide a method.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템은, 스티어링 휠의 조향각 변화를 감지하여 진동수를 산출하는 진동 감지 수단과, 상기 요크가 랙 바에 밀착되도록 가압하는 액추에이터와, 상기 진동 감지 수단에서 산출된 진동수를 분석하여 상기 요크를 가압하는 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.Steering system provided with a vibration reducing device according to the present invention for achieving the above object, the vibration sensing means for detecting a change in the steering angle of the steering wheel to calculate the frequency, the actuator for pressing the yoke close to the rack bar and And a control unit for controlling the actuator for pressing the yoke by analyzing the frequency calculated by the vibration detecting unit.
또한, 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템을 이용한 진동 저감 방법은, 상기 진동 감지 수단을 이용하여 스티어링 휠의 조향각 변화를 감지하여 진동수를 산출하는 단계와, 산출된 진동수를 분석하는 단계와, 상기 제어부에서 분석된 값에 따라 상기 액추에이터를 제어하여 요크의 가압력을 변경시키는 단계로 이루어진다.In addition, the vibration reduction method using a steering system provided with a vibration reduction device according to the present invention, using the vibration sensing means for detecting a steering angle change of the steering wheel and calculating the frequency, and analyzing the calculated frequency and And changing the pressing force of the yoke by controlling the actuator according to the value analyzed by the controller.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이때, 본 발명을 구성하는 각 구성요소 중 공지된 구성 및 그 구성의 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들 중 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, when it is determined that a detailed description of the known configuration and the function of the configuration of each component constituting the present invention may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the same components among the components shown in the drawings have the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings.
도 2는 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템을 도시하는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템을 이용한 진동 저감 방법을 도시하는 순서도이다.2 is a schematic diagram showing a steering system provided with a vibration reducing device according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart showing a vibration reduction method using a steering system provided with a vibration reducing device according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템은, 랙 앤 피니언 타입의 기어박스(100)와, 스티어링 휠(미도시)로 인가되는 진동수를 감지하는 진동 감지 수단(200)과, 상기 기어박스(100)에 마련된 요크(122)를 가압하는 액추에이터(400)와, 상기 액추에이터(400)를 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 랙 앤 피니언 타입의 기어박스(100)는 상기 종래 기술에 예시된 것과 동일한 구성 및 결합 구조로 이루어지는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.As shown in FIG. 2, the steering system provided with the vibration reducing device according to the present invention includes a rack and pinion type gear box 100 and a vibration sensing means 200 for detecting a frequency applied to a steering wheel (not shown). ), An
상기 진동 감지 수단(200)은 자동차용 조향시스템의 스티어링 휠(미도시) 내부에 구비되어 스티어링 휠로 진동이 인가될 때 조향각의 변화를 감지하는 감지부(210)와, 상기 감지부(210)에서 감지되는 조향각의 변화를 토대로 진동수를 산출하는 산출부(220)로 이루어진다.The vibration detecting means 200 is provided in a steering wheel (not shown) of the steering system for a vehicle and detects a change in the steering angle when the vibration is applied to the
이때, 상기 진동 감지 수단(200)에서 산출된 진동수는 상기 기어박스(100)에 마련된 요크(122)의 가압력을 연산하는 요구되는 데이터인 바, 소정의 신호로 변환하여 상기 제어부(300)로 송신하게 된다.At this time, the frequency calculated by the vibration detecting means 200 is the required data for calculating the pressing force of the
상기 제어부(300)는 상기 진동 감지 수단(200)으로부터 수신된 진동수 신호 를 분석하여 상기 액추에이터(400)의 구동을 제어하기 위한 것이다. 여기서 상기 제어부(300)는 수신된 진동수, 즉 상기 감지부(210) 및 산출부(220)를 통해 감지 및 산출된 진동수를 미리 입력된 기준 진동수와 비교하여 기준 진동수의 범위를 벗어나는지 판단한다. 그 후, 산출된 진동수가 기준 진동수를 벗어날 경우 산출된 진동수를 이용하여 킹핀 모멘트를 연산하고, 연산된 킹핀 모멘트 값을 이용하여 랙 하중을 연산하며, 연산된 랙 하중을 해당 시점에서 요크(122)에 가해진 가압력과 비교하여 그 값이 서로 일치하지 아니할 경우 상기 액추에이터(400)를 제어하여 요크(122)의 가압력을 조절하게 된다. 이때, 산출된 진동수가 기준 진동수의 범위 내에 포함되거나 연산된 랙 하중이 해당 시점에서 요크(122)에 가해진 가압력과 동일할 경우 상기 액추에이터(400)를 구동시키지 아니하고 상기 시점의 가압력을 유지하게 된다.The
또한, 상기 액추에이터(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 요크(122)의 일측에 마련된 요크플러그(124)와 연결되는 바, 상기 요크플러그(124)를 회전시켜 요크(122)를 가압하여 랙 바(113)에 밀착되도록 한다. 따라서 상기 액추에이터(400)는 상기 요크플러그(124)를 회전시킬 수 있는 모터인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 회전각 및 회전수를 조절할 수 있는 스태핑 모터가 좋다. 즉, 스태핑 모터를 사용하여 상기 요크플러그(124)를 회전시킬 경우 상기 요크(122)의 가압력을 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.In addition, the
한편, 도 2와 도3을 참조하여 상술한 바와 같이 구성된 진동 저감 장치가 마 련된 조향시스템을 이용한 진동 저감 방법을 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, referring to FIGS. 2 and 3, a vibration reduction method using a steering system provided with a vibration reduction device configured as described above is as follows.
자동차 주행 중 스티어링 휠(미도시)로 진동이 인가되면, 그 내부에 구비된 감지부(210)는 진동에 의한 스티어링 휠의 조향각 변화를 감지(S110)하고, 감지된 조향각의 변화를 산출부(220)로 송신하게 된다. 상기 산출부(220)는 수신된 조향각 변화를 수치화하여 미리 입력된 산출식에 적용하고, 상기 산출식에 의해 진동수가 산출(S120)되면 그것을 소정의 신호로 변환하여 상기 제어부(300)로 송신한다.When vibration is applied to the steering wheel (not shown) while driving the vehicle, the
수신된 신호는 상기 제어부(300)에 의해 분석되는데 그 분석과정을 살펴보면, 산출된 진동수를 미리 입력된 기준 진동수와 비교하여 기준 진동수의 범위를 벗어나는지 판단(S130)한다. 그 후, 산출된 진동수가 기준 진동수를 벗어날 경우 산출된 진동수를 이용하여 킹핀 모멘트를 연산(S140)하고, 연산된 킹핀 모멘트 값을 이용하여 랙 하중을 연산(S150)하며, 연산된 랙 하중을 해당 시점에서 요크(122)에 가해진 가압력과 비교(S160)하여 그 값이 서로 일치하지 아니할 경우 상기 액추에이터(400)를 제어하여 요크(122)의 가압력을 변경(S170)하게 된다. 이때, 산출된 진동수가 기준 진동수의 범위 내에 포함되거나 연산된 랙 하중이 해당 시점에서 요크(122)에 가해진 가압력과 동일할 경우 상기 액추에이터(400)를 구동시키지 아니하고 상기 시점의 가압력을 유지(S180)하게 된다.The received signal is analyzed by the
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템의 구성, 동작 및 이를 이용한 진동 저감 방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the configuration, operation, and vibration reduction method using the same of the steering system provided with the vibration reduction device according to the preferred embodiment of the present invention are illustrated according to the above description and the drawings. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
이상과 같이 본 발명에 의한 진동 저감 장치가 마련된 조향시스템 및 이를 이용한 진동 저감 방법은, 진동수에 따라 조향장치의 요크에 가해지는 하중을 변경시킴으로써 자동차 휠의 불균형으로 인하여 발생되는 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the steering system and the vibration reduction method using the vibration reduction device according to the present invention, by changing the load applied to the yoke of the steering apparatus according to the frequency can reduce the vibration caused by the imbalance of the automobile wheel. There is an advantage.
상기와 같이 조향장치의 진동을 저감시키게 되면, 자동차의 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 향상시킬 수 있으며, 나아가 자동차의 상품성을 증대시킬 수 있음은 물론이다.When the vibration of the steering apparatus is reduced as described above, it is possible to improve the vehicle's NVH (Noise Vibration Harshness) performance, and of course, it is possible to increase the merchandise of the vehicle.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |