KR20090126743A - 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 조향 장치는 가변 출력 토크 기어 박스가 적용되며, 이러한 가변 출력 토크 기어 박스는 차륜을 조향하는 타이로드(2)를 직선 이동시키는 랙 바(10)에 대해 조향 휠의 회전력을 전달하는 피니언 쪽이 움직이도록, 수평하게 배열된 랙 바(10)에 대해 측면에서 직교하도록 설치된 피니언 축(1)에 편심 된 편심 피니언 캠(9)을 구비하고, 상기 편심 피니언 캠(9)을 ECU 제어되는 액추에이터(7)를 통해 회전되도록 구성됨에 따라, 고속 주행 시나 선회 시에는 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 간격(X)을 더 떨어뜨려 무거운 조타 토크를 통한 조안성을 향상과 더불어, 주차 시에는 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 간격(Y)을 더 근접시켜 조타 토크를 최소화할 수 있어, 차량 운행 상태에 맞추어 조향 장치의 작동 특성을 편리하게 조정할 수 있는 특징이 있게 된다.

조향 장치, 가변, 기어 박스

Description

차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스{Variable output torque gear box for steering system in vehicle}

본 발명은 차량 조향 장치에 관한 것으로, 특히 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조타 력을 발생하는 조향 장치는, 유압이나 모터의 동력을 이용해 운전자의 작은 힘으로도 조향 조작을 용이하게 할 수 있도록 작용하게 된다.

이러한 조향 장치는 통상적으로, 운전자의 조향 휠 조작(조타력 및 조향 각도)이 기어박스에서 변환된 후, 랙 바와 타이로드의 직선 운동을 통해 운전자의 조타 토크가 타이어를 회전시키는 랙 어시스트 힘으로 변환되며, 이때 조향 휠의 조타 각도는 랙 바 이송 량을 결정해 타이어 회전각도를 조정하게 되고, 이는 차량 의 최소 회전 반경을 결정해 주게된다.

또한, 조향 장치는 조향 속도에 따른 조향 토크를 가감하여 조안성을 높이고, 차량 선회 시 조향 휠의 회전 수를 감소해 편의성을 향상시킴과 더불어, 정지 조타 시에는 랙 어시스트 힘을 높여 주는 측면이 요구되고, 이를 위해 서로 치합되 어 있는 피니언과 랙 바가 형성하는 기어 비를 가변 시킬 수 있는 방식을 적용하고있다.

일례로, 캠 방식을 이용한 구성이 있는데, 이는 고정된 피니언에 대해 캠을 이용해 랙 바 위치를 슬라이딩시켜 이동시켜 줌에 따라, 피니언과 랙 바간 기어 비를 조정하는 방식을 적용하게 된다.

하지만, 이러한 방식으로 기어 비를 가변시키게 되면, 랙 바의 이동을 위한 슬리이딩 구조와 제어 방식이 복잡할 뿐만 아니라, 랙 바의 위치 이동은 실제적으로 구현이 매우 어려워 적용하기에는 거의 불가능한 측면이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 조향 장치의 기어 박스 내에서 직선 이동되는 랙 바에 치합된 피니언이 캠을 매개로 랙 바에 대한 치합 거리를 증대하거나 줄여 줌에 따라, 고속 주행 시 무거운 조타 토크로 조안성을 높이고, 선회 시 기어 비를 증대해 선회 반경을 축소하며, 주차 시 기어 비를 축소해 조타 토크를 최소화할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 조향 장치는 랙 바와 피니언간 기어 비 가변이 피니언을 통해 구현됨에 따라, 랙 바를 이동시켜 기어 비를 가변시킬 때에 비해 아주 간단한 구성만으로도 구현할 수 있어, 가변 기어 장치에 대해 전체적으로 간단한 구성으로 구현할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량 조향 장치는 조향 휠의 회전을 랙 바쪽으로 전달하는 피니언 축을 통해 차륜을 조타하는 타이로드를 직선 이동시키도록, 랙 바의 출력 토크를 발생시키는 기어 박스로 이루어지면서,

상기 피니언 축에 결합되어 랙 바에 치합된 편심 피니언 캠이 랙 바와 갖는 기어 비가 가변되도록, 차량의 운행 상태에 따라 랙 바에 대한 편심 피니언 캠의 간격이 멀어지거나 짧아지도록, 편심 피니언 캠을 동력을 매개로 회전시켜 주는 어저스터;

로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 어저스터는 기어박스를 이루면서 피니언 축이 회전되도록 지지하는 하우징과, ECU 제어를 통해 동력을 발생하도록 기어 박스부위로 장착된 액추에이터, 상기 액추에이터를 통해 잡아 당겨지거나 밀려나도록 연결된 구동 링크, 상기 구동 링크가 호 면을 따라 감겨져 고정됨과 더불어, 피니언 축을 감싸면서 한쪽으로 편중되게 위치되어 랙 바에 대한 기어 비를 가변시키는 편심 피니언 캠으로 구성되어진다.

이러한 본 발명에 의하면, 조향 장치의 기어 박스를 구성하는 랙 바에 대한 피니언의 치합 간격을 넓히거나 좁혀주도록, 랙 바와 피니언이 피니언을 회전시키는 캠의 회전을 매개로 간단하게 구성함에 따라, 조안성을 높여야 하는 고속주행 시 무거운 조타 토크를 발생함과 더불어, 선회 반경을 축소해야 하는 선회 시 기어 비 증대는 물론 조타 토크를 최소화해야 하는 주차 시 기어 비를 축소하도록, 랙 바와 피니언 간의 기어 비를 차량 주행 상태에 맞게 가변시켜 줄 수 있는 편리한 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1(가)는 본 발명에 따른 가변 출력 토크 기어 박스를 갖춘 차량 조향 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명에 따른 차량 조향 장치는 조향 휠의 회전을 랙 바(10)쪽으로 전달하는 피니언 축(1)과, 차륜을 조타하는 타이로드(2)를 직선 이동시키도록 랙 바(10)의 출력 토크를 발생시키는 기어 박스(3) 및 차량의 주행 상태에 따라 랙 바(10)와 피니언 축(1)이 갖는 기어 비가 가변되도록, 랙 바(10)에 대해 피니언 축(1)의 간격을 가변시켜 주는 어저스터(6)로 구성되어진다.

이에 더해, 상기 조향 장치에는 운전자의 조타력을 유압을 통해 보조하도록 기어 박스(3)를 순환하는 유압계가 설치되며, 이는 유압이 아닌 모터 동력을 이용할 수 있도록 구성될 수도 있게 된다.

이러한 조향 장치를 이루는 어저스터(6)는 기어박스(3)를 이루면서 피니언 축(1)이 회전되도록 지지하는 하우징(4)과, ECU 제어를 통해 동력을 발생하도록 기어 박스(3)부위로 장착된 액추에이터(7), 상기 액추에이터(7)를 통해 잡아 당겨지거나 밀려나도록 연결된 구동 링크(8), 상기 구동 링크(8)가 호 면을 따라 감겨져 고정됨과 더불어, 피니언 축(1)을 감싸면서 한쪽으로 편중되게 위치되어 랙 바(10)에 대한 기어 비를 가변시키는 편심 피니언 캠(9)으로 구성되어진다.

여기서, 상기 액추에이터(7)를 제어하는 ECU는 차량의 엔진 제어와 운행에 대한 전반적인 제어를 수행하는 컨트롤러로서, 이러한 제어는 ECU가 아닌 TCU와 같은 다른 컨트롤러를 이용해 구현될 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 편심 피니언 캠(9)은 도 1(나)에 도시된 바와 같이, 조향 휠의 조작을 통해 회전되는 피니언 축(1)의 중심에 대해 서로 다른 길이 즉, 한쪽이 피니언 축(1)의 중심에 대해 간격 Y를 이루면, 그 반대쪽이 피니언 축(1)의 중심에 대해 간격 Y 보다 큰 길이를 갖는 간격 X를 형성하게 된다.

이때, 상기 피니언 축(1)의 중심과 랙 바(10)가 갖는 간격은 기어 비를 결정하는 주 인자(Factor)로서, 피니언 축(1)의 중심과 랙 바(10)가 간격 Y를 갖으면 조타 토크가 최소화되는 반면, 간격 X를 갖으면 조타토크가 최대화되도록 작용하게 된다.

이와 같은 본 발명의 조향 장치에 적용된 가변 출력 토크 기어 박스는 차륜을 조향하는 타이로드(2)를 직선 이동시키는 랙 바(10)에 대해 조향 휠의 회전력을 전달하는 피니언 쪽이 움직이도록, 수평하게 배열된 랙 바(10)에 대해 측면에서 직 교하도록 설치된 피니언 축(1)에 편심 된 편심 피니언 캠(9)을 구비하고, 상기 편심 피니언 캠(9)을 ECU 제어되는 액추에이터(7)를 통해 회전되도록 구성됨에 따라, 고속 주행 시나 선회 시에는 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 간격(X)을 더 떨어뜨려 무거운 조타 토크를 통한 조안성을 향상과 더불어, 주차 시에는 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 간격(Y)을 더 근접시켜 조타 토크를 최소화할 수 있어, 차량 운행 상태에 맞추어 조향 장치의 작동 특성을 편리하게 조정할 수 있는 특징이 있게 된다.

이를 위해, 본 발명의 조향 장치는 기어 박스(3)부위로 어저스터(6)를 장착하되, 상기 어저스터(6)는 도 1(가),(나)에 도시된 바와 같이, 수평하게 배열된 랙 바(10)에 대해 측면에서 직교하도록 설치된 피니언 축(1)이 갖는 간격을 조정하게 되고, 이러한 간격 조정을 통해 상기 피니언 축(1)과 함께 회전하는 편심 피니언 캠(9)이 랙 바(10)를 이동시킬 때, 차량의 주행 조건에 따라 운전자의 조향 휠 감을 다르게 하면서, 선회 반경도 최소화되도록 작용하게 된다.

일례로, 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 기어 비를 최소화해 조타 토크를 줄여야 하는 주차 시 즉, 타이어 저항이 커서 큰 어시스트 력(Assist Force)이 요구되는 경우는 도 2(가)에 도시된 바와 같이, ECU에 의해 구동되는 액추에이터(7)가 구동 링크(8)를 매개로 편심 피니언 캠(9)이 회전되도록 해, 상기 편심 피니언 캠(9)이 피니언 축(1)의 중심에 대해 짧은 간격인 Y를 갖는 쪽을 랙 바(10)쪽으로 위치되도록 한다.

이와 같이, 상기 편심 피니언 캠(9)이 랙 바(10)에 대해 최대로 짧은 간격인 Y를 갖고 치합되면, 조향 휠의 조작에 따라 랙 바(10)를 이동시키도록 조향 휠을 통해 회전되는 피니언 축(1)에 결합된 편심 피니언 캠(9)의 회전 시, 상기 랙 바(10)를 통해 편심 피니언 캠(9)에 걸리는 저항이 작아지는 즉, 편심 피니언 캠(9)의 회전에 대해 랙 바(10)와 편심 피니언 캠(9)간의 맞물린 기어 잇수를 줄여주게 된다.

이러한,랙 바(10)와 편심 피니언 캠(9)사이 저항 감소와 치합 기어 잇수 축소는 조향 휠을 회전시킬 때, 조향 휠의 회전 각도에 따른 랙 바(10)의 이동을 상대적으로 증대시켜 주게 되고, 이는 조향 휠의 회전을 위한 힘이 적더라도(조향 휠의 회전 각도가 작음) 큰 어시스트 력으로 타이어 저항을 용이하게 이겨낼 수 있도록 작용하게 된다.

한편, 차량이 고속 주행 중이거나 또는 선회 주행하는 경우에는, 랙 바(10)에 대한 편심 피니언 캠(9)의 기어 비를 최대화 해 큰 조타 토크를 발생시켜 조안 성을 높이거나 선회 회전 반경을 최소로 줄여 주게 되며, 이는 도 2(나)에 도시된 바와 같이, ECU는 편심 피니언 캠(9)이 피니언 축(1)의 중심에 대해 긴 간격인 X를 갖는 쪽을 랙 바(10)쪽으로 위치되도록, 액추에이터(7)를 구동시켜 주게된다.

즉, ECU는 액추에이터(7)를 구동 해 구동 링크(8)를 매개로 편심 피니언 캠(9)을 회전시키게 되고, 이러한 상기 편심 피니언 캠(9)의 회전은 피니언 축(1)의 중심에 대해 긴 간격인 X를 갖는 쪽이 랙 바(10)쪽으로 위치되도록, 상기 편심 피니언 캠(9)과 랙 바(10)간 치합 상태를 변화시켜 주게 된다.

이와 같이 랙 바(10)에 대해 편심 피니언 캠(9)이 최대로 긴 간격인 X를 갖 게 되면, 상기 랙 바(10)를 통해 편심 피니언 캠(9)에 걸리는 저항이 증대 즉, 편심 피니언 캠(9)의 회전에 대해 랙 바(10)와 편심 피니언 캠(9)간의 맞물린 기어 잇수도 함께 증가시켜 줄 수 있게 된다.

이로 인해,조향 휠을 회전시키면 조향 휠의 회전 각도에 따른 랙 바(10)의 이동도 상대적으로 줄어드는 즉, 조향 휠의 회전을 위한 힘이 크더라도(조향 휠의 회전 각도가 큼)랙 바(10)의 이동이 작아짐에 따라, 동일한 거리의 랙 바(10)를 이동시킬 때 운전자의 조타 토크가 무겁게 작용하게 된다.

도 1(가),(나)는 본 발명에 따른 가변 출력 토크 기어 박스를 갖춘 차량 조향 장치의 구성도

도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스의 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피니언 축 2 : 타이로드

3 : 기어박스 4 : 하우징

5 : 피니언 6 : 어저스터

7 : 액추에이터 8 : 구동 링크

9 : 편심 피니언 캠 10 : 랙 바

Claims (3)

1. 조향 휠의 회전을 랙 바쪽으로 전달하는 피니언 축을 통해 차륜을 조타하는 타이로드를 직선 이동시키도록, 랙 바의 출력 토크를 발생시키는 기어 박스로 이루어지면서,

   상기 피니언 축에 결합되어 랙 바에 치합된 편심 피니언 캠이 랙 바와 갖는 기어 비가 가변되도록, 차량의 운행 상태에 따라 랙 바에 대한 편심 피니언 캠의 간격이 멀어지거나 짧아지도록, 편심 피니언 캠을 동력을 매개로 회전시켜 주는 어저스터;

   로 구성되어진 것을 특징으로 하는 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 어저스터는 기어박스를 이루면서 피니언 축이 회전되도록 지지하는 하우징과, ECU 제어를 통해 동력을 발생하도록 기어 박스부위로 장착된 액추에이터, 상기 액추에이터를 통해 잡아 당겨지거나 밀려나도록 연결된 구동 링크, 상기 구동 링크가 호 면을 따라 감겨져 고정됨과 더불어, 피니언 축을 감싸면서 한쪽으로 편중되게 위치되어 랙 바에 대한 기어 비를 가변시키는 편심 피니언 캠으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 편심 피니언 캠은 조향 휠의 조작을 통해 회전되는 피니언 축의 중심에 대해 한 쪽이 간격 Y를 이루면, 그 반대쪽이 피니언 축의 중심에 대해 간격 Y 보다 큰 길이를 갖는 간격 X를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량 조향 장치의 가변 출력 토크 기어 박스.

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