KR20120060975A

KR20120060975A - 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치

Info

Publication number: KR20120060975A
Application number: KR20100095154A
Authority: KR
Inventors: 박정우; 배진호; 홍성종; 구상철
Original assignee: 현대자동차주식회사; 남양공업주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-06-12

Abstract

본 발명은 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치에 관한 것으로, 한 개의 전동모터(9)의 동력으로 틸트 동작과 텔레스코픽 동작이 동시에 구현되는 구성이 바, 이에 따라 원가 절감과 중량 감소를 도모할 수 있게 되고, 더 나아가 단가를 낮춰서 모든 차종에 공용적으로 장착이 가능하도록 된 것이다.

Description

차량용 전동식 스티어링 컬럼장치{Electric steering column device for vehicle}

본 발명은 전동모터를 이용하여 틸트(tilt) 동작과 텔레스코픽(telescopically) 동작을 동시에 구현할 수 있는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량에 구비된 스티어링 컬럼은 스티어링 휠과 기어박스를 연결하는 스티어링 샤프트, 상기 스티어링 샤프트를 감싸서 보호하는 컬럼튜브를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스티어링 휠과 운전자와의 간격 그리고 상기 스티어링 휠의 상하방향 각도는 운전자의 체형이나 운전자세에 맞도록 조절이 가능한 구성으로 되어 있는 바, 이를 가능하게 하는 것이 상기 스티어링 컬럼에 구비된 틸트 장치 및 텔레스코픽 장치이며, 상기 틸트 장치와 텔레스코픽 장치는 별도의 동력원을 사용하지 않고 운전자가 직접 조작하는 수동식과 모터의 동력을 이용하는 전동식이 있다.

그런데, 전동식 장치에서 종래의 틸트 장치 및 텔레스코픽 장치는 틸트 동작과 텔레스코픽 동작을 구현하는 구성이 이원화된 구성으로 되어 있고, 이로 인해 동력을 발생하는 모터 및 모터의 동력을 전달하는 동력전달기구도 각각 이원화로 구성되어 있는 바, 이로 인해 원가 상승 및 중량이 증가하는 단점이 있으며, 비싼 가격으로 인해 일부의 고급 차종에만 적용이 되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 한 개의 전동모터를 이용하여 틸트 동작과 텔레스코픽 동작이 동시에 구현될 수 있도록 틸트 장치의 구성과 텔레스코픽 장치의 구성을 일원화하고, 이를 통해 원가 절감과 중량 감소를 이룩할 수 있도록 하며, 더 나아가 단가를 낮춰서 모든 차종에 공용적으로 장착이 가능한 보급형 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 축의 길이방향을 따라 길이 조절이 가능하도록 결합되면서 스티어링 휠의 회전력을 기어박스로 전달할 수 있게 서로 결합된 어퍼샤프트 및 로어샤프트와, 상기 어퍼샤프트를 감싸는 어퍼튜브와, 상기 로어샤프트를 감싸면서 일단이 상기 어퍼샤프트속으로 삽입되어서 샤프트의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치된 로어튜브를 포함하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치에 있어서, 상기 어퍼튜브에 차체의 좌우방향으로 평행하게 설치되면서 동일 형상의 가이드구멍이 서로 마주 대하도록 형성된 한 쌍의 가이드브라켓과; 상기 로어튜브에 힌지를 매개로 회전 가능하게 결합되면서 차체측에 고정 설치되는 로어마운팅브라켓과; 상기 로어튜브에 고정 설치되는 전동모터와; 상기 로어튜브와 평행하게 설치되면서 상기 전동모터의 동력으로 축회전할 수 있게 일단은 상기 전동모터와 연결되고 타단은 상기 한 쌍의 가이드브라켓 사이에 위치하도록 설치된 동력전달로드와; 상기 가이드구멍을 따라 이동 가능하도록 상기 한 쌍의 가이드브라켓에 결합되면서 상기 동력전달로드와는 나사방식으로 결합되어서 상기 동력전달로드의 축회전시 상기 가이드구멍을 따라 이동할 때에 틸트 동작과 텔레스코픽 동작을 구현하는 이동블록을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가이드구멍은 양단이 스티어링 휠과 기어박스를 향하도록 길게 형성된 슬릿형상 구멍으로 형성되는데; 상기 스티어링 휠을 향하는 일단에서 상기 기어박스를 향하는 타단으로 갈수록 점차 하강하는 경사각으로 형성된 구조이다.

상기 가이드구멍은 양단이 스티어링 휠과 기어박스를 향하도록 길게 형성된 슬릿형상 구멍으로 형성되는데; 상기 스티어링 휠을 향하는 일단에서 상기 기어박스를 향하는 타단으로 갈수록 점차 하강하는 경사각으로 형성된다.

상기 동력전달로드는 상기 로어튜브와 평행하게 배치되면서 일단이 상기 웜휠과 결합된 웜휠로드와; 일단은 상기 웜휠로드와 일체로 결합되고 타단은 상기 이동블록과 나사방식으로 결합되는 리드스크루로 구성된다.

상기 이동블록에는 상기 리드스크루와의 결합을 위한 나사구멍이 형성되고; 상기 가이드구멍과 대면하는 양쪽의 측면에는 상기 가이드구멍을 관통하면서 상기 가이드구멍을 따라 이동 가능한 블록돌기가 일체로 구비된다.

본 발명에 의한 전동식 스티어링 컬럼장치는, 한 개의 전동모터의 동력으로 틸트 동작과 텔레스코픽 동작이 동시에 구현되는 구성이 바, 이에 따라 원가 절감과 중량 감소를 도모할 수 있게 되고, 더 나아가 단가를 낮춰서 모든 차종에 공용적으로 장착이 가능한 효과가 있다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 전동식 스티어링 컬럼장치의 사시도 및 측면도,
도 3은 스티어링 샤프트와 스티어링 컬럼의 구조를 보여주기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 이동블록의 결합부를 보여주기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 전동모터와 동력전달로드의 결합부를 보여주기 위한 도면,
도 6과 도 7은 본 발명 전동식 스티어링 컬럼장치의 작동과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전동식 스티어링 컬럼장치는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 스티어링 휠과 기어박스를 연결하는 스티어링 샤프트가 어퍼샤프트(1)와 로어샤프트(2)로 이루어진 구성이고, 상기 스티어링 샤프트를 감싸서 보호하는 컬럼튜브가 어퍼튜브(3)와 로어튜브(4)로 이루어진 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 어퍼샤프트(1)와 로어샤프트(2)는 축의 길이방향을 따라 길이 조절이 가능하도록 결합되면서 스티어링 휠의 회전력을 기어박스로 전달할 수 있게 서로 결합된 구조로, 이를 위해 상기 어퍼샤프트(1)는 내부가 비어있는 중공부(1a)를 구비하고 있으며, 상기 중공부(1a)를 이루는 내주면에는 스플라인홈(1b)이 형성되고, 상기 로어샤프트(2)는 중실축으로 바깥 둘레면에는 축의 길이방향을 따라 스플라인돌기(2a)가 일체로 형성된 구조이다.

따라서, 상기 어퍼샤프트(1)와 로어샤프트(2)는 스플라인 결합에 의해 축의 길이방향을 따라 길이 조절이 가능하고, 또한 스티어링 휠이 회전할 때에 상기 어퍼샤프트(1)와 로어샤프트(2)가 일체로 회전하면서 이때의 회전력을 기어박스로 전달할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 어퍼튜브(3)와 로어튜브(4)는 상기 어퍼튜브(3)의 일단 속으로 상기 로어튜브(4)의 일단이 삽입된 구조인 바, 이에 따라 상기 어퍼튜브(3)와 로어튜브(4)도 스티어링 샤프트의 길이방향을 따라 길이 조절이 가능한 결합구조가 된다.

또한, 상기 어퍼샤프트(1)와 상기 어퍼튜브(3)는 어퍼베어링(미도시)을 매개로 일체로 결합된 구성이고, 상기 로어샤프트(2)와 상기 로어튜브(4)도 로어베어링(미도시)을 매개로 일체로 결합된 구성이다.

상기 어퍼튜브(3)의 밑면에는 한 쌍의 가이드브라켓(5)이 아랫방향을 향하여 돌출되도록 일체로 구비되는데, 상기 한 쌍의 가이드브라켓(5)은 차체의 좌우방향으로 이격되어서 평행하게 설치된 구성이고, 각각에는 동일 형상의 가이드구멍(5a)이 서로 마주 대하도록 형성된다.

상기 가이드구멍(5a)은 양단이 스티어링 휠과 기어박스를 향하도록 길게 형성된 슬릿형상 구멍으로 형성되는 바, 상기 스티어링 휠을 향하는 일단에서 상기 기어박스를 향하는 타단으로 갈수록 점차 하강하는 경사각으로 형성된 구조이다.

상기 한 쌍의 가이드브라켓(5)에는 이동블록(6)이 결합되어 설치되는 바, 상기 이동블록(6)에서 상기 가이드구멍(5a)과 대면하는 양쪽의 측면에는 상기 가이드구멍(5a)을 관통하면서 상기 가이드구멍(5a)을 따라 이동 가능한 블록돌기(6a)가 일체로 구비된다.

또한, 상기 이동블록(6)에는 전후방향으로 관통하고 내주면에 나사산이 형성된 나사구멍(6b)이 일체로 형성되는 바, 상기 나사구멍(6b)에 형성된 나사산은 한쪽 방향으로 경사지게 형성된 구조로, 이후 설명하는 리드스크루의 나사산과 조립된다.

상기 기어박스를 향하는 방향으로 상기 로어튜브(4)의 끝에는 힌지(7)를 매개로 로어마운팅브라켓(8)이 회전 가능하게 결합되는 바, 상기 로어마운팅브라켓(8)은 디귿(??)자로 형성된 브라켓으로 양단이 상기 로어튜브(4)의 양쪽 측면과 상기 힌지(7)를 매개로 결합된 구조이다.

또한, 상기 로어마운팅브라켓(8)의 중간부위는 위쪽을 향한 상태로 차체측에 고정 설치되는 바, 이에 따라 상기 힌지(7)는 회전중심이 되고, 상기 로어튜브(4)는 상기 힌지(7)를 중심으로 하여 시계방향 및 반 시계방향으로 회전 가능한 결합구조가 된다.

여기서, 상기 로어튜브(4)가 상기 힌지(7)를 중심으로 하여 회전을 하면, 상기 어퍼샤프트(1)와 로어샤프트(2) 및 어퍼튜브(3)도 함께 동일 방향으로 회전을 하게 된다.

상기 로어마운팅브라켓(8)의 아래쪽 로어튜브(4)에는 전동모터(9)가 고정 설치되는 바, 상기 전동모터(9)는 운전자의 스위치(미도시) 조작에 따라 전기적 신호를 전달받아서 구동하게 된다.

상기 로어튜브(4)의 아래쪽에는 상기 이동블록(6)과 상기 전동모터(9)를 연결하는 동력전달로드(10)가 상기 로어튜브(4)와 평행한 상태로 설치된다.

상기 동력전달로드(10)는 상기 전동모터(9)의 동력을 전달받아서 축회전을 하게 되고, 이의 회전력을 상기 이동블록(6)으로 전달하는 것으로, 상기 이동블록(6)이 상기 동력전달로드(10)의 회전력을 전달받게 되면 블록돌기(6a)가 가이드구멍(6a)을 따라 이동하게 되고, 이 결과 상기 이동블록(6)이 이동에 의해 본 발명에 따른 컬럼장치는 틸트 동작과 텔레스코픽 동작을 동시에 구현할 수 있게 된다.

이를 실현하기 위하여, 상기 전동모터(9)와 상기 동력전달로드(10)는 직각 방향으로 설치되고, 상기 전동모터(9)의 모터축(9a)에는 웜(21)이 결합되고, 상기 웜(21)은 웜휠(22)과 결합되며, 상기 웜휠(22)의 중심에 상기 동력전달로드(10)의 일단이 결합되어서 상기 전동모터(9)의 동력으로 상기 동력전달로드(10)가 축회전하게 된다.

그리고, 상기 동력전달로드(10)는 상기 로어튜브(4)와 평행하게 배치되면서 일단이 상기 웜휠(22)과 결합된 웜휠로드(11)와, 일단은 상기 웜휠로드(11)와 일체로 결합되고 타단은 상기 이동블록(6)의 나사구멍(6b)과 결합되도록 바깥 둘레면에 한쪽 방향으로 경사지게 형성된 나사산(12a)을 구비한 리드스크루(12)로 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 어퍼튜브(3)에 상기 어퍼튜브(3)가 관통하는 어퍼마운팅브라켓(23)이 구비되고, 상기 어퍼마운팅브라켓(23)에 상기 동력전달로드(10)의 리드스크루(12)가 관통하도록 설치된 구조이다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

먼저 도 3 및 도 6과 같이 블록돌기(6a)가 가이드구멍(6a)의 중간에 위치한 상태이면, 본 발명에 따른 스티어링 컬럼장치는 틸트 동작 및 텔레스코픽 동작을 하지 않은 상태이며, 이때의 상태를 중립상태라 한다.

상기한 중립상태에서 운전자의 스위치 조작에 따라 전동모터(9)가 구동하고, 웜휠로드(11) 및 리드스크루(12)가 회전(시계방향 회전이라 가정한다)하면, 이동블록(6)은 도 4의 상태에서 스티어링 휠이 있는 운전자쪽으로 상기 리드스크루(12)의 나사산(12)을 따라 이동하게 되고, 또한 가이드구멍(5a)에 삽입된 블록돌기(6a)는 도 6의 화살표 M1 방향과 같이 상기 가이드구멍(5a)을 따라 우측으로 이동하려는 힘을 갖게 된다.

상기와 같은 블록돌기(6a)의 이동에 의해 상기 블록돌기(6a)는 가이드구멍(5a) 중 아랫면과 접촉하게 되고, 이로 인해 상기 가이드구멍(5a)의 아랫면에는 블록돌기(6a)의 이동에 의한 힘을 전달받게 되며, 이에 따라 가이드브라켓(5)에는 도시된 화살표 P1과 같은 힘이 작용하게 된다.

상기 가이드브라켓(5)에 작용하는 힘(P1)은 수평분력(X1)과 수직분력(Y1)으로 나뉘어지게 되는 바, 상기 수평분력(X1)의 힘에 의해 어퍼튜브(3)와 어퍼샤프트(1)가 각각 로어튜브(4)와 로어샤프트(2)로부터 인출되어 운전자쪽으로 돌출됨에 따라 본 발명의 컬럼장치는 텔레스코픽 아웃(OUT) 동작이 가능하게 된다.

또한, 상기 수직분력(Y1)의 힘에 의해 어퍼튜브(3)와 어퍼샤프트(1) 및 로어튜브(4)와 로어샤프트(2)는 일체로 힌지(7)를 중심으로 시계방향 회전을 하게 됨에 따라 본 발명의 컬럼장치는 틸트 다운(DOWN) 동작이 가능하게 된다.

즉, 이동블록(6)이 도 6의 상태에서 전동모터(9)의 동력으로 우측으로 이동하려는 힘에 의해 본 발명에 따른 스티어링 컬럼장치는 텔레스코픽 아웃(OUT) 동작과 틸트 다운(DOWN) 동작이 동시에 진행되는 것이다.

그리고, 상기한 중립상태에서 운전자의 스위치 조작에 따라 전동모터(9)가 구동하고, 웜휠로드(11) 및 리드스크루(12)가 반대방향 회전(반 시계방향 회전이라 가정한다)하면, 이동블록(6)은 도 4의 상태에서 기어박스가 있는 차체의 전방쪽으로 상기 리드스크루(12)의 나사산(12)을 따라 이동하게 되고, 또한 가이드구멍(5a)에 삽입된 블록돌기(6a)는 도 7의 화살표 M2 방향과 같이 상기 가이드구멍(5a)을 따라 좌측으로 이동하려는 힘을 갖게 된다.

상기와 같은 블록돌기(6a)의 이동에 의해 상기 블록돌기(6a)는 가이드구멍(5a) 중 윗면과 접촉하게 되고, 이로 인해 상기 가이드구멍(5a)의 윗면에는 블록돌기(6a)의 이동에 의한 힘을 전달받게 되며, 이에 따라 가이드브라켓(5)에는 도시된 화살표 P2와 같은 힘이 작용하게 된다.

상기 가이드브라켓(5)에 작용하는 힘(P2)은 수평분력(X2)과 수직분력(Y2)으로 나뉘어지게 되는 바, 상기 수평분력(X2)의 힘에 의해 어퍼튜브(3)와 어퍼샤프트(1)가 각각 로어튜브(4)와 로어샤프트(2)쪽으로 이동하여 운전자로부터 멀어짐에 따라 본 발명의 컬럼장치는 텔레스코픽 인(IN) 동작이 가능하게 된다.

또한, 상기 수직분력(Y2)의 힘에 의해 어퍼튜브(3)와 어퍼샤프트(1) 및 로어튜브(4)와 로어샤프트(2)는 일체로 힌지(7)를 중심으로 반 시계방향 회전을 하게 됨에 따라 본 발명의 컬럼장치는 틸트 업(UP) 동작이 가능하게 된다.

즉, 이동블록(6)이 도 7의 상태에서 전동모터(9)의 동력으로 좌측으로 이동하려는 힘에 의해 본 발명에 따른 스티어링 컬럼장치는 텔레스코픽 인(IN) 동작과 틸트 업(UP) 동작이 동시에 진행되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스티어링 컬럼장치는 한 개의 전동모터(9)의 동력으로 틸트 동작과 텔레스코픽 동작을 동시에 구현할 수 있는 구성이므로, 2개의 모터 및 2개의 동력전달기구로 구성된 종래의 컬럼장치보다 원가 절감과 중량 감소를 이룩할 수 있게 되며, 더 나아가 단가를 낮춰서 모든 차종에 공용적으로 장착이 가능한 장점이 있다.

1 - 어퍼샤프트 2 - 로어샤프트
3 - 어퍼튜브 4 - 로어튜브
5 - 가이드브라켓 5a - 가이드구멍
6 - 이동블록 6a - 블록돌기
7 - 힌지 8 - 로어마운팅브라켓
9 - 전동모터 11 - 웜휠로드
12 - 리드스크루

Claims

축의 길이방향을 따라 길이 조절이 가능하도록 결합되면서 스티어링 휠의 회전력을 기어박스로 전달할 수 있게 서로 결합된 어퍼샤프트 및 로어샤프트와, 상기 어퍼샤프트를 감싸는 어퍼튜브와, 상기 로어샤프트를 감싸면서 일단이 상기 어퍼샤프트속으로 삽입되어서 샤프트의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치된 로어튜브를 포함하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치에 있어서,
상기 어퍼튜브에 차체의 좌우방향으로 평행하게 설치되면서 동일 형상의 가이드구멍이 서로 마주 대하도록 형성된 한 쌍의 가이드브라켓과;
상기 로어튜브에 힌지를 매개로 회전 가능하게 결합되면서 차체측에 고정 설치되는 로어마운팅브라켓과;
상기 로어튜브에 고정 설치되는 전동모터와;
상기 로어튜브와 평행하게 설치되면서 상기 전동모터의 동력으로 축회전할 수 있게 일단은 상기 전동모터와 연결되고 타단은 상기 한 쌍의 가이드브라켓 사이에 위치하도록 설치된 동력전달로드와;
상기 가이드구멍을 따라 이동 가능하도록 상기 한 쌍의 가이드브라켓에 결합되면서 상기 동력전달로드와는 나사방식으로 결합되어서 상기 동력전달로드의 축회전시 상기 가이드구멍을 따라 이동할 때에 틸트 동작과 텔레스코픽 동작을 구현하는 이동블록
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.
청구항 1에 있어서, 상기 가이드구멍은 양단이 스티어링 휠과 기어박스를 향하도록 길게 형성된 슬릿형상 구멍으로 형성되는데;
상기 스티어링 휠을 향하는 일단에서 상기 기어박스를 향하는 타단으로 갈수록 점차 하강하는 경사각으로 형성된 것
을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전동모터와 상기 동력전달로드는 직각 방향으로 설치되는데;
상기 전동모터의 모터축에는 웜이 결합되고;
상기 웜은 웜휠과 결합되며;
상기 웜휠의 중심에 상기 동력전달로드의 일단이 결합되어서 상기 전동모터의 동력으로 상기 동력전달로드가 축회전하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.
청구항 3에 있어서, 상기 동력전달로드는
상기 로어튜브와 평행하게 배치되면서 일단이 상기 웜휠과 결합된 웜휠로드와;
일단은 상기 웜휠로드와 일체로 결합되고 타단은 상기 이동블록과 나사방식으로 결합되는 리드스크루
로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.
청구항 4에 있어서, 상기 이동블록에는 상기 리드스크루와의 결합을 위한 나사구멍이 형성되고;
상기 가이드구멍과 대면하는 양쪽의 측면에는 상기 가이드구멍을 관통하면서 상기 가이드구멍을 따라 이동 가능한 블록돌기가 일체로 구비된 것
을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.
청구항 1에 있어서, 상기 어퍼튜브에는 상기 어퍼튜브가 관통하는 어퍼마운팅브라켓이 구비되고;
상기 어퍼마운팅브라켓에 상기 동력전달로드가 관통하도록 설치된 것
을 특징으로 하는 차량용 전동식 스티어링 컬럼장치.