KR20090039116A - 충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼 - Google Patents

충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼에 관한 것이다.
본 발명은 자동차의 조향 컬럼에 있어서, 내부에 조향축이 구비되며 틸트 힌지를 매개로 회전 가능하게 틸트 브라켓이 결합되고 외주에 상부 브라켓이 구비되는 컬럼 하우징; 일면에 삽입공이 형성되며 상기 삽입공의 외측 원주면에 절곡 형성되는 지지부가 형성되는 하부 브라켓; 및 일측이 상기 컬럼 하우징에 삽입되며 타측에 상기 삽입공에 삽입되어 상기 지지부와 밀착하여 마찰력을 발생시키는 변형부가 형성된 컬럼 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼을 제공한다.
본 발명에 의하면, 조향 컬럼의 컬럼 튜브의 일측 단부에 변형부를 형성하고, 하부 브라켓에 변형부의 외주면을 지지하는 지지부를 형성하여 자동차의 충돌시 컬럼 튜브와 변형부가 지지부에 의해 밴딩되면서 충격을 지속적으로 흡수할 수 있는 효과가 있다.
틸트, 텔레스코프, 조향, 좌굴, 밴딩

Description

충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼{Steering column of vehicle in which the collision energy absorption is possible}
본 발명은 충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 조향 컬럼의 컬럼 튜브의 일측 단부에 변형부를 형성하고, 하부 브라켓에 변형부의 외주면을 지지하는 지지부를 형성하여 자동차의 충돌시 컬럼 튜브와 변형부가 지지부에 의해 밴딩되면서 충격을 지속적으로 흡수하는 조향 컬럼을 제공하는 충돌에너지 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼에 관한 것이다.
일반적으로 조향 컬럼은 운전자의 조향휠 조작에 의해 발생한 회전력을 랙-피니언 기구부로 전달하는 조향축을 둘러싸도록 형성되어 조향축의 회전을 지지하는 한편 브라켓을 통해 차체에 결합됨으로써 조향축의 위치를 고정하는 장치이다.
이와 같은 조향 컬럼은 자동차의 충돌 사고 등의 경우에 운전자의 상체가 조향휠에 부딪혀서 큰 부상을 당하는 것을 방지하기 위해 조향 컬럼과 조향축은 모두 축 방향으로 수축되는 컬랩스(Collapse) 기능을 갖는다.
즉, 자동차의 운행 중 충돌 사고가 발생하면 운전자의 상체는 관성에 의해 조향휠에 부딪히게 되고, 운전자의 상체가 조향휠에 부딪히면 조향휠의 하부에 구 비되어 있는 조향 컬럼과 조향축이 수축함으로써 운전자가 받는 충격을 저감시켜 주는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 조향 컬럼을 나타낸 저면 사시도이다.
도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 자동차의 조향 컬럼(100)은 조향휠과 연결된 조향축(102), 내부에 조향축(102)이 구비되는 외측 튜브(110) 및 외측 튜브(110)에 삽입되어 수축하는 내측 튜브(120), 조향 컬럼(100)을 자동차의 차체에 고정시키는 상부 브라켓(130) 및 하부 브라켓(140)을 포함하여 구성된다.
외측 튜브(110)는 내부가 중공인 파이프의 형상을 취하며 내부로 조향휠(미도시)과 연결되는 조향축(102)이 설치되며, 내주면을 따라 내측 튜브(120)가 삽입된다. 이와 같은 외측 튜브(110)에는 디스턴스 브라켓(112)이 외측 튜브(110)와 용접 등과 같은 방법으로 고정된다.
내측 튜브(120)는 외측 튜브(110)의 내부로 삽입되되 내부가 중공이며 외측 튜브(110)와 슬라이딩이 가능하도록 결합된다. 이와 같은 내측 튜브(120)의 일단에는 하부 브라켓(140)이 구비되어 내측 튜브(120)를 지지함과 동시에 내측 튜브(120)를 차체에 고정시킨다.
상부 브라켓(130)은 외측 튜브(110)의 외부에 구비되어 외측 튜브(110)를 지지함과 동시에 외측 튜브(110)를 차체에 고정시킨다. 아울러 디스턴스 브라켓(112)의 양측부를 지지하는 지지 브라켓(132)이 구비되며, 양측면에는 캡슐(134)이 구비되어 이 캡슐(134)을 매개로 차체에 고정되는 구조이다.
하부 브라켓(140)은 내측 튜브(120)를 감싸도록 형성되며 내측 튜브(120)를 차체에 고정할 수 있도록 결합공(142)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 의한 조향 컬럼(100)은 자동차의 충돌시 좌굴되면서 그 충격을 흡수하게 된다. 즉, 운전석으로부터 전해오는 충돌 하중을 조향축(102)의 수축, 외측 튜브(110) 및 내측 튜브(120)의 수축 및 테어링 플레이트(미도시)와 같은 충격 흡수 부재를 통해서 흡수하는 것이다.
하지만, 조향 컬럼(100)의 충돌 에너지를 흡수하는 과정에서 수반되는 밴딩의 영향에 의해 조향 컬럼(100)의 설계 하중보다 높은 좌굴 하중이 발생하여 충돌 하중을 제대로 흡수하지 못하여 운전자의 상해치를 더욱 높이는 문제점이 있었다.
또한, 외측 튜브(110) 및 내측 튜브(120)의 형태를 유지하는 범위 내에서 충돌 하중의 흡수가 이루어지도록 하는데, 이때 외측 튜브(110) 및 내측 튜브(120)의 탄성 영역 구간에서는 작은 변형에 대해 높은 하중의 차이가 존재하므로 내경 및 외경의 치수 관리가 어렵고, 밴딩 영향에 의해서 튜브의 변형시 높은 하중이 발생할 가능성이 매우 높은 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 조향 컬럼의 컬럼 튜브의 일측 단부에 변형부를 형성하고, 하부 브라켓에 변형부의 외주면을 지지하는 지지부를 형성하여 자동차의 충돌시 컬럼 튜브와 변형부가 지지부에 의해 밴딩되면서 충격을 지속적으로 흡수하는 조향 컬럼을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동차의 조향 컬럼에 있어서, 내부에 조향축이 구비되며 틸트 힌지를 매개로 회전 가능하게 틸트 브라켓이 결합되고 외주에 상부 브라켓이 구비되는 컬럼 하우징; 일면에 삽입공이 형성되며 상기 삽입공의 외측 원주면에 절곡 형성되는 지지부가 형성되는 하부 브라켓; 및 일측이 상기 컬럼 하우징에 삽입되며 타측에 상기 삽입공에 삽입되어 상기 지지부와 밀착하여 마찰력을 발생시키는 변형부가 형성된 컬럼 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 조향 컬럼의 컬럼 튜브의 일측 단부에 변형부를 형성하고, 하부 브라켓에 변형부의 외주면을 지지하는 지지부를 형성하여 자동차의 충돌시 컬럼 튜브와 변형부가 지지부에 의해 밴딩되면서 충격을 지속적으로 흡수 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지 도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼을 나타낸 저면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼의 하부 브라켓을 나타낸 요부 단면도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼의 하부 브라켓을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼(200)은 상단이 조향휠과 연결되며 하단이 랙-피니언 기구부와 연결되는 조향축(210), 내부에 조향축(210)이 구비되는 중공 형상의 컬럼 하우징(220), 컬럼 하우징(220)의 외주면에 형성되어 조향 컬럼(200)을 차체에 고정하는 상부 브라켓(230), 일측이 컬럼 하우징(220)에 삽입되며 타측에 변형부(242)가 형성되는 컬럼 튜브(240) 및 컬럼 튜브(240)의 변형부(242)를 지지하는 지지부(252)가 형성되며 조향 컬럼(200)을 차체에 고정하는 하부 브라켓(250)을 포함하여 구성된다.
조향축(210)은 상단이 조향휠과 연결되며 하단은 랙-피니언 기구부와 연결되어 운전자가 조향휠을 조작하여 발생되는 회전력을 랙-피니언 기구부에 전달하는 것이다. 이와 같은 조향축(210)은 조향휠과 연결되는 상부 조향축(212) 및 랙-피니언 기구부와 연결되기 위해 유니버설 조인트 등과 연결되는 하부 조향축(214)으로 구성된다.
또한, 상부 조향축(212)과 하부 조향축(214)은 자동차의 충돌시 발생하는 충 돌 하중의 흡수가 가능하도록 서로 수축하는 구조로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
컬럼 하우징(220)은 내부에 조향축(210)이 구비되며, 컬럼 튜브(240)가 삽입되어 자동차의 충돌시 수축할 수 있도록 원통형의 파이프 형상으로 형성된다.
또한, 컬럼 하우징(220)의 일측에는 조향휠의 틸트 작동이 이루어지도록 틸트 힌지(222)를 매개로 컬럼 하우징(220)과 회전 가능하게 결합되는 틸트 브라켓(224)이 구비되며, 틸트 브라켓(224)의 일측에는 이 틸트 브라켓(224)을 작동시키는 작동 레버(226)가 구비된다.
이와 같은 컬럼 하우징(220)의 외주에는 조향 컬럼(200)을 차체에 고정시키는 상부 브라켓(230)이 구비된다.
상부 브라켓(230)은 컬럼 하우징(220)의 외주 양측으로 연장되게 형성되며 차체에 고정되는 캡슐(232)과 결합되어 조향 컬럼(200)을 차체에 고정한다. 여기서, 상부 브라켓(230)은 자동차의 충돌시 캡슐(232)로부터 분리되어 조향 컬럼(200)이 원활하게 컬랩스되도록 한다.
컬럼 튜브(240)는 컬럼 하우징(220)에 삽입되어 자동차의 충돌시 수축하면서 충돌 하중을 흡수하는 것으로 원형의 중공의 형성으로 형성되어 내부에 조향축(210)이 구비되며, 일측이 컬럼 하우징(220)에 수축 가능하게 삽입된다. 또한, 컬럼 튜브(240)의 타측에는 변형부(242)가 형성되어 있어서 이 변형부(242)가 하부 브라켓(250)에 고정되게 삽입된다.
여기서, 변형부(242)는 컬럼 튜브(220)의 타측에 형성되되 컬럼 튜브(240)와 일체로 형성되며 하부 브라켓(250)에 삽입되어 하부 브라켓(250)에 형성된 지지부(252)에 의해 지지되는 것으로, 컬럼 튜브(240)와 하부 브라켓(250) 간의 결합력을 증대시키며, 자동차의 충돌시 수축하는 컬럼 튜브(240)가 지속적으로 충돌 하중을 흡수할 수 있도록 하부 브라켓(250)의 지지부(252)와 완전하게 밀착되도록 구성된다.
이와 같은 변형부(242)는 지지부(252)와 밀착되어 마찰력이 발생할 수 있도록 컬럼 튜브(240)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 하부 브라켓(250)에 억지 끼움 또는 압입하는 방법으로 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 변형부(242)는 지지부(252)와 면접촉이 이루어질 수 있도록 그 단면의 형상이 컬럼 튜브(240)의 단면의 형상처럼 원형의 형상과는 달리 평평한 판의 형상으로 형성되거나, 내측으로 함몰되게 형성되는 요홈의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 컬럼 튜브(240)는 컬럼 튜브(240)의 물리적 성질 및 그 두께에 따라서 충격 흡수 에너지의 양이 달라질 것이다. 즉, 컬럼 튜브(240)는 축 방향으로 수축이 진행되기 때문에 컬럼 튜브(240)를 제작하는 재질이 충격에 의해 변형되는 변형량에 따라서 충격 흡수 에너지의 양이 달라질 것이다.
그리고, 컬럼 튜브(240)의 두께에 따라서 하부 브라켓(250)에 형성된 지지부(252)에 의해 발생하는 마찰력이 달라질 것이므로 이 역시 충격 흡수 에너지의 양이 달라질 것이다.
하부 브라켓(250)은 컬럼 튜브(240)의 변형부(242)를 지지하는 지지부(252) 가 형성되며 조향 컬럼(200)을 차체에 고정하는 브라켓으로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일면에 컬럼 튜브(240)의 변형부(242)가 삽입되는 삽입공(302)이 형성되며 삽입공(302)의 원주면에는 변형부(242)와 밀착되는 지지부(252)가 형성된다.
지지부(252)는 하부 브라켓(250)과 일체로 형성되어 절곡 형성되며, 지지부(252)의 일면이 컬럼 튜브(240)의 변형부(242)와 직접 접촉하여 컬럼 튜브(240)의 수축시 소정의 마찰력을 발생시켜 이 마찰력에 의해서 자동차의 충돌 하중을 흡수하는 것이다.
이와 같은 지지부(252)는 삽입공(302)의 외측 원주면을 따라 소정 간격 이격되게 다수개로 형성되되 적어도 2개 이상 서로 대향하게 복수개로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 지지부(252)는 변형부(242)에 밀착된 부분이 더 연장되게 형성되되 길이 방향으로 길게 형성되어 변형부(242)와 접촉 면적을 증대시켜 변형부(242)에 더욱 큰 마찰력 및 결합력을 제공하는 연장부(304)가 형성된다. 여기서, 지지부(252)의 길이 방향이라 함은 상부 조향축(212)에서 하부 조향축(214)으로 진행되는 컬럼 튜브(240)의 축 방향을 말한다.
또한, 변형부(242)와 컬럼 튜브(240)의 경계부가 지지부(252)와 접촉하는 부분, 다시말해 자동차의 충돌시 수축하는 컬럼 튜브(240)가 접촉하는 지지부(252)의 초입부에는 라운딩 가공이 이루어진 가이드부(306)가 형성되어 있어서 조향 컬럼(200)의 좌굴시 컬럼 튜브(240)의 변형이 보다 원활하게 진행되도록 한다.
한편, 하부 브라켓(250)에 형성된 지지부(252)의 개수 및 컬럼 튜브(220)의 변형부(242)와 밀착되는 연장부(304)의 길이 등에 의해 발생하는 마찰력이 달라지기 때문에 자동차의 충돌시 발생하는 충돌 하중을 흡수하는 에너지의 양이 달라질 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 조향 컬럼(200)은 컬럼 튜브(240)에 형성된 변형부(242)와 하부 브라켓(250)에 형성된 지지부(252) 간의 마찰력과, 지지부(252)에 형성된 가이드부(306)에 의해 원통 형상의 컬럼 튜브(240)가 다수의 각형으로 변형되면서 발생하는 에너지에 의해 자동차의 충돌시 발생하는 충격을 지속적으로 흡수할 수 있는 충격 흡수가 가능한 자동차의 조향 컬럼을 제공하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 조향 컬럼을 나타낸 저면 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼을 나타낸 저면 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼의 하부 브라켓을 나타낸 요부 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼의 하부 브라켓을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 조향 컬럼 210: 조향축
212: 상부 조향축 214: 하부 조향축
220: 컬럼 하우징 222: 틸트 힌지
224: 틸트 브라켓 226: 작동 레버
230: 상부 브라켓 232: 캡슐
240: 컬럼 튜브 242: 변형부
250: 하부 브라켓 252: 지지부
302: 삽입공 304: 연장부
306: 가이드부

Claims (5)

  1. 자동차의 조향 컬럼에 있어서,
    내부에 조향축이 구비되며 틸트 힌지를 매개로 회전 가능하게 틸트 브라켓이 결합되고 외주에 상부 브라켓이 구비되는 컬럼 하우징;
    일면에 삽입공이 형성되며 이 삽입공의 외측 원주면에 절곡 형성되는 지지부를 구비하는 하부 브라켓; 및
    일측은 상기 컬럼 하우징에 삽입되며, 타측은 상기 삽입공에 삽입되면서 상기 지지부와 밀착하여 마찰력을 발생시키는 변형부가 형성된 컬럼 튜브
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형부는 상기 지지부와 면접촉하도록 단면의 형상이 평평한 판의 형상이거나 요홈의 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 삽입공의 외측 원주면을 따라 적어도 2개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 변형부와 접촉 면적을 증대시키기 위해 상기 컬럼 튜브의 축 방향으로 길게 연장되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 컬럼 튜브의 변형이 보다 원활하게 진행될 수 있도록 가이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
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