KR20090130932A - 차량의 조향장치용 토크센싱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 조향장치용 토크센싱장치에 관한 것으로, 상부 샤프트와 하부 샤프트를 별도로 분리할 필요 없이 일체로 형성하여 스티어링 핸들과 체결하는 부위에 토크센서를 설치함으로써 부품수의 감소로 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 스티어링 핸들이 샤프트와 고무를 개재하여 연결됨에 따라 샤프트를 통해 스티어링 핸들로 유입되는 진동 및 충격을 적절히 흡수해서 NVH 성능을 향상시킬 수 있도록, 스티어링 핸들이 베어링을 매개로 스티어링 샤프트에 상대 회전가능하게 결합되고, 상기 스티어링 핸들의 회전력을 상기 스티어링 샤프트에 전달하기 위해 상기 스티어링 핸들과 샤프트 사이에는 탄성 변형이 가능한 동력전달부재가 개재되며, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 서로 대향하는 부위에 토크센서가 설치되어 있다.

토크센서, 동력전달부재, 스톱퍼, 스티어링 핸들

Description

차량의 조향장치용 토크센싱장치{Torque sensing device for steering system of vehicle}

본 발명은 차량의 조향장치용 토크센싱장치에 관한 것으로, 특히 스티어링 샤프트를 분리하지 않고 스티어링 샤프트와 스티어링 핸들의 결합부에 간단한 구조로 설치할 수 있도록 한 차량의 조향장치용 토크센싱장치에 관한 것이다.

종래 차량의 조향장치로서 운전자의 조향핸들의 조작력을 보조하는 동력조향장치가 널리 사용되고 있고, 상기 동력조향장치는 유압을 발생시켜 운전자의 핸들 조작력을 보조하는 유압식 동력조향장치가 일반적으로 적용되어 오고 있지만, 최근에는 모터의 회전력을 이용해서 운전자의 핸들 조작력을 보조하여 차량의 연비를 향상시키면서 친환경적인 전동식 동력조향장치가 사용되고 있다.

상기 전동식 동력조향장치는 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치가 모터를 구동시켜 차량의 저속 운행시에는 조향핸들의 조작력이 가벼워지도록 조향 보조력을 크게 하는 반면에 고속 운행시에는 조행들의 조작력이 무거워지도록 조향 보조력을 작게 하여 주행 안정성을 도모하고, 비상 상황시에는 급속한 조향이 이루어질 수 있도록 하여 운전자에게 항상 최 적으로 조향 보조력을 제공하게 되어 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 전동식 동력조향장치의 요부가 단면도로 도시되어 있는 바, 즉 전기모터(11)의 구동축(11a)에 웜휠 기어(12)가 회전동력을 전달받을 수 있도록 치합되고, 상기 웜휠 기어(12)는 기어박스와 연결된 하부 샤프트(13)의 외주에 끼워져서 일체로 회전되게 장착되며, 상기 하부 샤프트(13)는 토션바(14)를 매개로 상부 샤프트(15)와 일체로 회전되게 연결되며, 상기 상부 샤프트(15)는 운전자가 조작하는 스티어링 핸들과 일체로 회전되게 연결되어 있다.

그리고 상기 상부 샤프트와 하부 샤프트가 서로 대향하는 선단부는 중첩되게 배치되고, 상기 중첩 부위에 조향 토크를 감지하는 토크센서(16)가 설치되어 있다.

이에 따라 운전자가 스티어링 핸들을 조작할 때에 전자제어장치가 차속센서를 매개로 차속을 감지함과 더불어 상기 토크센서를 매개로 토크를 감지해서 차량의 운행상태와 스티어링 핸들의 조작 상태를 판단하여 상기 전기모터에 구동전류가 공급되게 하고, 이렇게 전기모터에 발생한 회전동력은 상기 하부 샤프트에 가해져서 운전자가 스티어링 핸들을 조작할 때의 조향 조작력을 보조하게 된다.

도 2에는 도 1의 A-A선 단면이 도시되어 있는 바, 즉 상기 상부 샤프트(15)에는 원주방향으로 거의 180도의 각도를 두고 2개의 돌기(15a)가 반경방향 외측으로 돌출해서 형성되고, 상기 2개의 돌기(15a)를 수용하는 수용홈(13a)이 상기 하부 샤프트(13)에 축방향으로 오목하게 형성되며, 상기 수용홈(13a)의 폭은 상기 돌기(15a)의 폭보다 크게 형성되어 있다.

이에 따라 스티어링 핸들에 의한 토크가 없는 상태에서는 상기 수용홈(13a) 의 내측 선단부와 상기 돌기(15a)의 외측 선단부 사이에는 원의 중심으로부터 θ 만큼의 갭이 형성되게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이 상기 스티어링 핸들에 토크가 가해지면, 스티어링 핸들과 연결된 상부 샤프트(15)가 스티어링 핸들의 조작방향으로 회전하고, 상기 상부 샤프트는 상기 토션바(14)를 비틀면서 상대 회전하게 되는 데, 상부 샤프트의 최대 상대회전각도는 상기 갭(θ)만큼이다.

즉, 상부 샤프트가 하부 샤프트에 대해 최대 갭(θ)만큼 상대 회전하면, 상부 샤프트의 양측 돌기(15a)가 하부 샤프트의 수용홈(13a)의 내측면에 닿게 되고, 이 상태에서 상부 샤프트가 하부 샤프트에 대해 상대 회전 변위를 발생시키지 못하고 상부 샤프트와 하부 샤프트는 함께 회전하게 된다.

이 때에 상기 토크센서(16)는 상기 상부 샤프트와 하부 샤프트의 비틀림 량의 차이를 감지하여 토크를 계측하게 된다.

그런데 상기와 같은 종래의 토크센싱장치에서는 상부 샤프트와 하부 샤프트를 별개로 분리해서 형성하여 토션바를 매개로 연결함에 따라 부품수가 많고, 구조가 복잡하여 차량의 중량 및 원가를 상승시키고, 스티어링 핸들이 상부 샤프트와 강체의 토션바를 매개로 하부 샤프트에 직접 연결됨에 따라 스티어링 장치를 통해 유입되는 진동이나 충격이 스티어링 핸들에 곧바로 전달되어서 운전자의 피로를 가중시키는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 상부 샤프트와 하부 샤프트를 별도로 분리할 필요 없이 일체로 형성하여 스티어링 핸들과 체결하는 부위에 토크센서를 설치함으로써 부품수의 감소로 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 스티어링 핸들이 샤프트와 고무를 개재하여 연결됨에 따라 샤프트를 통해 스티어링 핸들로 유입되는 진동 및 충격을 적절히 흡수해서 NVH 성능을 향상시킬 수 있도록 차량의 조향장치용 토크센싱장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링 핸들이 베어링을 매개로 스티어링 샤프트에 상대 회전가능하게 결합되고, 상기 스티어링 핸들의 회전력을 상기 스티어링 샤프트에 전달하기 위해 상기 스티어링 핸들과 샤프트 사이에는 탄성 변형이 가능한 동력전달부재가 개재되며, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 서로 대향하는 부위에 토크센서가 설치되어 있다.

본 발명에 따른 차량의 조향장치용 토크센싱장치에 의하면, 스티어링 핸들과 연결되는 스티어링 샤프트를 2개로 분할할 필요가 없을 뿐만 아니라 토션바도 불필요해져 구조가 간단해지고, 부품수의 감소로 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 스티어링 핸들은 고무 댐퍼를 개재하여 스티어링 샤프트에 연결됨에 따라 스티어링 샤프트를 통해 유입되는 진동 및 충격이 상기 고무 댐퍼에 의해 흡수되어 저감되므로 운전자의 운전피로를 경감시키고 차량의 NVH 성능을 향상시키는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명에 따른 토크센싱장치의 구성이 분해 사시도로 도시되어 있고, 도 5와 6에는 본 발명에 따른 토크센싱장치의 구성이 단면도로 도시되어 있는 바, 즉 운전자가 파지하여 조작하는 스티어링 핸들(1)이 베어링(2)을 매개로 스티어링 샤프트(3)와 상대회전 가능하게 연결되고, 상기 스티어링 핸들(1)의 회전력을 전달하기 위해 스티어링 핸들(1)은 고무 재질의 동력전달부재(4)를 개재하여 상기 스티어링 샤프트(3)와 결합되어 있다.

상기 스티어링 핸들(1)에는 원형의 보스(1a)가 형성되고, 상기 스티어링 샤프트(3)의 상단면에도 3단으로 돌출한 제1보스(3a)와 제2보스(3b) 및 제3보스(3c)가 각각 일체로 형성되며, 상기 스티어링 핸들의 보스(1a)의 내주면과 이와 마주하는 상기 스티어링 샤프트의 제1보스(3a)의 외주면에는 토크를 감지하는 공지의 토크센서(5)가 설치되어 있다.

상기 베어링(2)의 내륜은 상기 제3보스(3c)의 외주면에 끼워져서 조립볼트(6)로 장착됨과 더불어 상기 베어링의 외륜은 상기 스티어링 핸들의 보스(1a)의 내주면에 결합되어, 스티어링 핸들이 상기 베어링을 매개로 스티어링 샤프트에 상대회전 가능하게 결합된다.

상기 스티어링 샤프트(3)의 제2보스(3b)의 외주면에는 상기 동력전달부재(4)가 끼워져 결합된다.

상기 스티어링 샤프트(3)의 제1보스(3a)에는 원호 형상을 한 2개의 결합돌출 부(3d)가 서로 마주보도록 돌출해서 형성되고, 상기 각 결합돌출부(3d)의 양측면에는 결합돌기(3e)가 원주방향으로 돌출해서 형성됨과 더불어 상기 양측면의 외측에는 스톱퍼(3f)가 각각 원주방향으로 돌출해서 형성되어 있다.

상기 고무 재질로 된 탄성 동력전달부재(4)는 원형을 이루는 링바디(4a)와, 이 링바디(4a)에 원주방향으로 90도의 각도를 두고 각각 배치되면서 반경방향 외측으로 돌출한 4개의 결합돌출부(4b)를 구비하고, 상기 각 결합돌출부(4b)의 양측면에는 결합홈(4c)이 내측으로 형성되어 있다.

상기 스티어링 핸들(1)의 원형 보스(1a)에도 원호 형상을 한 2개의 결합돌출부(1b)가 서로 마주보도록 돌출해서 형성되고, 상기 각 결합돌출부(1b)의 양측면에는 결합돌기(1c)가 원주방향으로 돌출해서 형성됨과 더불어 상기 양측면의 외측에는 스톱퍼(1d)가 각각 원주방향으로 돌출해서 형성되어 있다.

이에 따라 도 7에 도시한 바와 같이 상기 스티어링 핸들(1)은 상기 동력전달부재(4)를 매개로 상기 스티어링 샤프트(3)와 결합되는 데, 상기 스티어링 핸들(1)의 2개의 결합돌출부(1b) 사이에 상기 스티어링 샤프트(3)의 2개의 결합돌출부(3d)가 삽입되고, 상기 동력전달부재(4)는 상기 스티어링 샤프트(3)의 제2보스(3b)에 끼워진 상태로 그 결합돌출부(4b)가 상기 스티어링 핸들의 결합돌출부(1b)와 스티어링 샤프트(3)의 결합돌출부(3d) 사이에 형성된 결합공간에 삽입되며, 상기 동력전달부재(4)의 각 결합홈(4c)에 상기 스티어링 핸들의 결합돌기(1c)와 스티어링 샤프트의 결합돌기(3e)가 양측면에서 각각 끼워져 결합된다.

상기와 같이 결합된 상태에서 서로 인접한 스티어링 핸들의 스톱퍼(1d)와 스 티어링 샤프트의 스톱퍼(3f) 사이에는 원형의 중심을 기준으로 원주방향으로 (δ) 만큼의 갭이 형성되게 각 스톱퍼의 길이를 조절해서 형성하고, 상기 스톱퍼(1d,3f)와 상기 동력전달부재의 결합돌출부(4b) 사이에도 반경방향으로 (φ) 만큼의 갭이 형성되도록 상기 동력전달부재를 제작한다.

상기와 같이 결합된 상태에서 스티어링 핸들을 조작하면, 도 8에 도시한 바와 같이 스티어링 핸들의 결합돌출부가 스티어링 핸들의 조작방향으로 회전하며, 스티어링 핸들의 결합돌출부(1b)가 회전하면 상기 동력전달부재(4)가 결합돌출부(1b)에 의해 원주방향으로 압축되면서 동력전달부재의 2개의 결합돌출부(4b)가 화살표로 도시한 바와 같이 상기 갭(φ)을 메우는 방향으로, 즉 반경방향 외측으로 신장되는 반면에 다른 2개의 결합돌출부(4b)는 화살표로 도시한 바와 같이 반경방향 내측으로 수축되게 된다.

상기 스티어링 핸들의 스티어링 샤프트에 대한 상대 회전 운동은 스티어링 핸들의 스톱퍼(1d)가 스티어링 샤프트의 스톱퍼(3f)에 접촉할 때까지 계속되고, 최대 상대 회전 변위는 상기 갭(δ)의 크기 만큼이다.

그리고 상기 2개의 스톱퍼(1d,3f)가 서로 접촉하면 스티어링 핸들의 회전력이 동력전달부재를 매개로 스티어링 샤프트에 전달되게 된다. 상기 스티어링 핸들에 토크가 가해진 상태에서 스티어링 핸들과 샤프트 사이의 상대적인 비틀림 양을 상기 토크센서가 감지하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따라 토크센서가 장착된 스티어링 샤프트의 단면도,

도 2와 도 3은 각각 종래 기술에 따라 스티어링 샤프트의 작동 설명을 나타내는 도 1의 A-A선 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 토크센싱장치의 분해 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 토크센싱장치의 단면도,

도 6은 도 5의 B-B선 단면도,

도 7과 도 8은 각각 도 4는 본 발명에 따른 토크센싱장치의 작동 설명을 나타내는 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-스티어링 핸들 2-베어링

3-스티어링 샤프트 4-동력전달부재

5-토크센서 6-조립볼트

Claims (5)

1. 스티어링 핸들이 베어링을 매개로 스티어링 샤프트에 상대 회전가능하게 결합되고, 상기 스티어링 핸들의 회전력을 상기 스티어링 샤프트에 전달하기 위해 상기 스티어링 핸들과 샤프트 사이에는 탄성 변형이 가능한 동력전달부재가 개재되며, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 서로 대향하는 부위에 토크센서가 설치된 차량의 조향장치용 토크센싱장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 스티어링 핸들에는 원호 형상을 2개의 결합돌출부가 서로 대향하게 형성되고, 상기 스티어링 샤프트에도 상기 2개의 결합돌출부 사이에 삽입될 수 있는 2개의 결합돌출부가 원호 형상으로 서로 대향되게 형성되며, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 각 결합돌출부 사이에 상기 동력전달부재에 형성된 4개의 결합돌출부가 개재된 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센싱장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 각 결합돌출부의 양측면에는 결합돌기와 스톱퍼가 형성되고, 상기 동력전달부재의 결합돌출부에는 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 각 결합돌기가 삽입되어 결합되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센싱장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 스티어링 핸들의 스톱퍼와 샤프트의 스톱퍼 사이에 는 소정 각도의 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센싱장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 스티어링 핸들과 샤프트의 스톱퍼와 상기 동력전달부재의 결합돌출부 사이에는 반경방향으로 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치용 토크센싱장치.

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