KR20120091073A

KR20120091073A - 일체형 스티어링 기어 하우징을 구비한 전방 차축 지지대

Info

Publication number: KR20120091073A
Application number: KR1020127009325A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 크뢰거; 울프 수도베; 우도 바흐테르; 미하엘 숄텐; 졸탄 스탐
Original assignee: 티센크룹 프레스타 악티엔게젤샤프트; 게엠에프 움포름테크니크 게엠베하
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-08-17
Also published as: BR112012005410A2; EP2475569A1; EP2475569B1; KR101696819B1; US8590908B2; DE102009040821B3; WO2011029677A1; CN102574546A; CN102574546B; US20120235397A1

Abstract

본 발명은 휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더 및 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 구조물을 포함하는 지지 부재를 구비한 자동차용의 전방 차축 지지대에 관한 것으로서, 상기 지지 부재는 용접 이음에 의해 상기 횡방향 구조물에 연결된다. 제1 태양에서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대는 상기 지지 부재가 종방향 지지부(1, 2)의 형태로 구성되고, 상기 각각의 종방향 지지부(1, 2)의 일부가 함께 용접되는 금속 시트 쉘(1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14)로 형성되고, 상기 횡방향 구조물이 횡방향 지지부의 형태로 구성되되 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징(5)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 스티어링 기어 하우징을 구비한 전방 차축 지지대{FRONT AXLE CARRIER HAVING INTEGRATED STEERING HOUSING}

본 발명은 휠 가이드 부재(wheel guidance member)를 장착하기 위한 홀더 및 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 구조물을 포함하되, 상기 횡방향 구조물에 연결되는 지지 부재를 구비한 자동차용의 전방 차축 지지대(front axle support)에 관한 것이다.

전방 차축 지지대의 목적은 해당 베어링을 통해 휠을 안내하는 서스펜션 아암을 수용하고, 상기 휠에 작용하는 힘을 지탱하거나 이 힘을 차체에 전달하는 데 있다. 아래에 배치되는 최신의 스티어링 기어들은 종래에는 일반적으로 두 개의 종방향 지지부 및 이 종방향 지지부들을 연결하는 횡방향 지지부로 구성되는 전방 차축 지지대에 나사 결합된다. 최신의 전방 차축 지지 시스템의 스티어링 기어 하우징은, 종래에는 주조 알루미늄이 가벼우면서 충분히 강하기 때문에 이 주조 알루미늄으로 구성된다. 자동차 구성에서 중량 감소는 연료 소모량을 낮추고 CO₂ 방출을 줄이기 위한 가장 중요한 조치들 중 하나이다.

유럽 특허 출원 제EP 0 764 571 B1호는 스티어링 기어 하우징 및 이 하우징에 나사 결합되는 종방향 지지부(측면 지지부)들로 형성되는 전방 차축 지지대를 개시하고 있다. 차량의 횡방향으로 연장하는 쇼울더는 종방향 지지부 상에 형성되고, 고정 나사를 수용하기 위한 수직 상방향 연장 연결구(vertically upwardly extending fitting)가 제공됨으로써 쇼울더가 스티어링 기어 하우징에 연결된다. 유럽 특허 출원 제EP 0 764 571 B1호에 개시된 종방향 지지부들은 일체형으로 주조된 종방향 및 횡방향 리브(rib)를 갖는 상대적으로 복잡한 주조부품이다.

유럽 특허 출원 제EP 0 794 106 B2호는 랙과 피니언 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 지지부를 갖는 3-파트 전방 차축 지지대(three-part front axle support)를 개시하고 있는데, 하우징은 관형상으로 구성되고 횡방향 지지부의 중앙부를 형성한다. 종방향 지지부(지지부)는 관형상 하우징의 단부에 각각 고정 연결되고, 휠 가이드 부재들을 연결하기 위한 베어링(bearings)과 전방 차축 지지대를 차체에 고정시키기 위한 수단을 위한 리세스(recess)를 포함한다. 관형상 하우징은 경금속으로 구성되고 압출 부품으로 사전제조될 수도 있다. 또한, 종방향 지지부는 경금속으로 구성되고, 이 지지부를 제조하기 위해 소위 반고체 금속 주조(semi-solid metal casting)로 알려진 기술이 제안되고 있다. 관형상의 경금속 하우징은 경금속으로 구성된 종방향 지지부들을 연결하는 횡방향 지지부의 역할을 수행하고, 용접 소켓으로서 형성되는 상호 매칭 연결 피스(mutually matching connection piece)의 용접에 의해 종방향 지지부에 연결된다.

스티어링 기어 하우징 및 종방향 지지부를 경금속, 특히 주조 알루미늄으로 제조하는 것은 중량 감소를 위해 또는 이 방식으로 장착된 차량의 연료소모를 낮추기 위해 유리하다. 반면에, 경금속의 사용은 상대적으로 높은 재료 및 제조 비용의 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 목적은 구조용 부품 및 스티어링 기어 부품의 중량 및 비용을 줄이면서 전방 차축의 영역에 있는 구성공간에서 이득을 제공해주는 차량용 전방 차축 지지대를 제공하는 데 있다.

상기 목적은 특허청구범위의 청구항 1 또는 청구항 16의 특징을 갖는 전방 차축 지지대에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 전방 차축 지지대는 휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더 및 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 구조물을 포함하는 지지 부재를 구비하되, 이 지지 부재는 상기 횡방향 구조물에 연결된다. 제1 태양에서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대는, 상기 지지 부재가 종방향 지지부의 형태로 구성되고, 상기 각각의 종방향 지지부의 일부가 함께 용접되는 금속 시트 쉘로 형성되며, 상기 횡방향 구조물이 횡방향 지지부의 형태로 구성되되 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대에 있어서, 주조 알루미늄으로 이루어진 나사결합된 스티어링 기어 하우징을 갖는 종래의 전방 차축 지지대의 횡방향 지지부는 강으로 이루어지는 것이 바람직한 스티어링 기어 하우징으로 대체된다. 또한, 금속 시트 블랭크로서 예컨대, 알루미늄 또는 마그네슘으로 이루어진 경금속 시트를 사용하거나, 다른 적응변형된 적절한 재료를 사용하는 것도 상정해볼 수 있다. 중량 밸런스는 바람직한 강의 사용에도 불구하고 양호한데, 그 이유는 강재 스티어링 기어 하우징이 이 하우징에 의해 대체되는 종래의 횡방향 지지부, 주조 알루미늄재 스티어링 기어 하우징 및 이들을 연결하는 연결부재 보다 상당히 가볍기 때문이다. 따라서, 일체형 스티어링 기어를 갖는 본 발명에 따른 전방 차축 지지대는 중량 감소에 큰 기여를 한다.

또한, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대를 통해 부품 및 제조비용을 절감할 수 있다. 주조 알루미늄에서 바람직한 강으로의 스티어링 기어 하우징의 재료의 변경, 및 전방 차축 지지대의 구조용 부품의 재료 사용의 감소는 부품 및 제조비용의 절감에 기여한다. 또한, 스티어링 기어 하우징과 관련한 나사결합 지점(screwing point)을 삭제함으로써 구조용 부품이 단순화되고 표준 부품 수가 줄어든다. 청구항 2에 따른 전방 차축 지지대에서는, 특히 전방 차축 지지대의 종방향 지지부를 제조하기 위해 만곡 강 파이프부(curved steel tube portion)를 사용하는 것이 유리하다. 따라서, 전방 차축 지지대의 제조는 용접에 대해 단순화되고 이는 제조비용에 유리한 효과로 작용하게 된다. 자동차 제조업체를 위해서는 물류 비용 및 조립 비용이 감소되는데, 그 이유는 스티어링 기어 부품들이 포함된 스티어링 기어 하우징이 더 이상 별도로 운송 및 조립되지 않기 때문이다.

특히, 전륜 구동장치 또는 사륜 구동장치를 구비한 차량에 있어서, 전방 차축 영역에 있는 구성공간 관련 상황은 어렵다. 특히, 하이브리드 구동장치 및 동력 조향 시스템(power-assisted steering system)의 개발 또는 활성 안정화 장치와 같은 부가 장치의 사용시와 같은 새로운 에너지 절감 기술의 경우, 구성 공간의 이득은 유용하다. 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 경우, 스티어링 기어 하우징은 종래의 횡방향 지지부를 대체하거나 이 횡방향 지지부 상에 기하학적으로 중첩배치되고, 따라서 구성 공간에서의 상당한 이득이 달성된다.

대체로, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대에 일체로 통합된 스티어링 기어는 유압식 스티어링 기어의 형태로 구성될 수도 있다. 그러나, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 바람직한 구성은 스티어링 토크(steering torque)를 측정하기 위한 센서부를 갖는 전자기계식 스티어링 기어의 통합을 제공한다. 이 경우, 스티어링 토크는 예컨대, 토션 로드의 비틀림 각(twist angle)의 비접촉 측정에 기초하여 측정된다. 이러한 방식의 전기식 스티어링 기어를 통해, 보조힘(assisting force)을 차량속도 및/또는 추가의 영향을 미치는 인자(influencing factors)에 적응시킬 수 있다. 이러한 방식의 전자기계식 스티어링 기어는 측풍 보상(side wind compensation) 또는 차선 이탈 경보 보조(lane departure warning assistance)기능과 같은 부가 기능을 제공하는 것을 가능하게 해 준다. 또한, 전자기계식 스티어링 기어는 사용시에만 에너지를 공급받기 때문에 유압식 스티어링 기어에 비해 에너지 소모가 줄어든다. 특히, 전자기계식 스티어링 기어의 경우, 유압식 스티어링 기어, 유압식 펌프 및 라인에서 요구되는 유압 유체가 필요 없게 되고 결국, 환경적인 충격이 줄어들고 차량의 구성공간에서 추가 이득이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명의 사상은 인접 유니트의 구성공간 또는 위치를 변경할 필요없이 고품질의 조향기능이 통합될 수 있다.

전자기계식 스티어링 기어를 제공하기 위해, 바람직한 구성에서는, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 스티어링 기어 하우징이 스티어링 기어 부품들을 에워싸고 있고 베어링 부재를 수용한다. 이 스티어링 기어 하우징은 금속 시트 부품의 단일 피스 용접 구성의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 스티어링 기어 하우징은 대응하여 배치되는 스티어링 기어 부품들을 갖는 서로 다른 여러 개의 부분, 특히 관형상 기어 랙 하우징, 볼 스크류를 수용하는 베어링 하우징, 및 벨트 구동부를 에워싸는 볼 스크류 하우징으로 분할될 수 있다. 이 경우, 기어 랙 하우징과 베어링 하우징은 서보 스티어링 모터를 장착하기 위해 기어 랙 하우징과 베어링 하우징 사이에 배치되는 모터 플레이트에 용접되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 배치되는 모터 플레이트는 서보 스티어링 모터를 포함하는 구동 유니트가 각각의 구성 공간 조건에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우 서보 스티어링 모터는 그 모터축이 스티어링 기어 하우징의 장축에 대해 평행하게 연장하는 방식으로 배치되는 것이 바람직하다.

가능한 한 가벼운 중량을 갖는 스티어링 기어 하우징의 충분한 굽힘 강성(flexural rigidity)을 달성하기 위해, 본 발명의 전방 차축 지지대의 또 다른 구성에서 모터 플레이트가 지지 금속 시트를 통해 기어 랙 하우징에 연결되면 더욱 유리하다. 이 지지 금속 시트는 모터 플레이트와 기어 랙 하우징 사이에서의 강성의 급격한 증가를 줄여줌으로써 전방 차축 지지대가 로딩될 때 응력(stress)이 균일하게 분포되도록 하는데 도움을 준다.

스티어링 기어의 신뢰성 있는 동작을 위해서는, 스티어링 기어 하우징 내의 가동 부품들이 먼지와 습기로부터 보호되는 것이 중요하다. 반면에, 전방 차축 지지대의 통합된 스티어링 하우징의 구성은 조립하기에 가능한 한 단순해져야 한다. 이들 요건은, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서, 측면 장착용 개구부가 형성되고 상기 볼 스크류 하우징을 밀폐시키는 커버 뚜껑을 고정시키기 위해 리세스 및 이 리세스에 용접되는 너트를 구비하는 플랜지를 볼 스크류 하우징이 포함하는 경우, 신뢰성있게 충족된다.

커버 뚜껑(하우징 뚜껑)은 비교적 비용면에서 효과적으로, 예컨대 일정 크기로의 성형 및 절단에 의해 강 시트(sheet steel)로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 커버 뚜껑은 트랙 로드(track rod)를 에워싸고 있는 주름관(bellow)을 위한 씰 안착부(seal seat)인 칼라 형성부(collar-shaped formation)를 갖는 개구부 또는 관통공을 포함하는 것이 바람직하다. 이 개구부 또는 관통공으로 인해 커버 뚜껑은 조향력(steering force)을 거의 받지 않을 수 있다.

볼 스크류를 수용하는 베어링 하우징(주 베어링 하우징)은 복잡한 셰이핑 및 전단 기하구조(complex shaping and shearing geometry)를 가지며 그에 따라 측정 정밀도와 관련한 높은 요건에 부합해야 한다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 또 다른 구성에서, 베어링 하우징에는 단계적으로 넓어지는 내경부와 축방향 연장 절개부가 형성되어 있는 경우 유리하다. 베어링 하우징내의 볼 스크류의 안착부는 고차원 정확도 및 진원도(high dimensional accuracy and roundness)를 제공하기 위해 부가적으로 기계 가공처리된다. 베어링 하우징을 충격 압출부(impact extruded part)로 형성함으로써 후속 기계가공 또는 재료 제거에 드는 비용이 낮게 유지될 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대는 상기 종방향 지지부의 금속 시트 쉘로 형성되는 것이 바람직한 부분에 용접된 너트 또는 이 부분에 형성되는 나사산 형성홀(threaded holes)로 구성되고, 상기 너트 또는 나사산 형성홀에는 보강용 및/또는 차폐용 금속 시트가 나사 결합된다. 전방 차축 지지대를 강화하는 보강용 및/또는 차폐용 금속 시트는, 예컨대 알루미늄으로 이루어진다.

제2 태양에서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대는, 상기 지지 부재가 함께 용접되는 금속 시트 쉘로 형성되고, 상기 횡방향 구조물이 함께 용접되는 금속 시트 쉘의 중앙부 및 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 또 다른 바람직하고 유리한 실시예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 전방 차축 지지대의 기본 선도이다.
도 2는 서보모터, 트랙 로드(track rod) 및 보강용 금속 시트(reinforcing metal sheet)를 포함하는, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대의 사시도이다.
도 3은 도 2의 전방 차축 지지대의 사시도이다.
도 4는 도 2의 전방 차축 지지대의 저면에서 바라본 사시도이다.
도 5는 장착된 스티어링 랙(mounted steering rack) 및 나사결합된 하우징 뚜껑을 포함하는, 도 3의 전방 차축 지지대의 일부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 전방 차축 지지대의 사시도이다.
도 7은 도 6의 전방 차축 지지대의 단면도이다.

이하에서는, 다수의 실시예를 보여주는 도면을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일체형 스티어링 기어 하우징을 구비한 본 발명에 따른 제1 전방 차축 지지대의 전형적인 구성을 도시하고 있다. 이 전방 차축 지지대는 휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더(3, 4)를 포함하는 종방향 지지부(1, 2)로 구성된다. 종방향 지지부(1, 2)는 횡방향 지지부의 역할을 수행하는 스티어링 기어 하우징(5)에 용접이음(weld joint)을 통해 연결된다. 종방향 지지부(1, 2)의 후방부는 함께 용접된 강 시트 쉘(sheet steel shell)(1.1, 1.2, 2.1, 2.2)로 형성된다. 상기 종방향 지지부는 전방 차축 지지대를 차체에 고정 또는 나사결합시키기 위한 리세스(recess)(7, 8)를 포함한다. 후방 및 중앙 리세스(7, 8)는 그 접촉면에 노치(notch)를 포함하는데, 이 노치로 인해 충돌시 정의된 방식으로 이들 연결부가 끊어지게 된다. 중앙 리세스(8) 또는 연결지점을 포함하는 강 시트 형상부(1.2, 2.2)는 종방향 지지부(1, 2)에 부가되어 용접된다. 또한, 내연기관을 장착하기 위한 브래킷 또는 홀더(9, 10)는 종방향 지지부(1, 2)에 부착되어 용접된다. 또한, 알루미늄 보강 시트(전단 패널)(도 2의 참조부호 13 참조) 상에 나사결합하기 위한 홀(11)을 포함하고 셰이핑(shaping) 및 절단에 의해 제조되는 고정부는 종방향 지지부(1, 2)의 강 시트 쉘(1.1, 2.1) 상에 형성된다.

전방 영역에는, 종방향 지지부(1, 2)가 만곡된 강 파이프부(1.3, 2.3)에 의해 형성된다. 장착용 부시(12)는 각각의 강 파이프부(1.3 또는 2.3)의 단부 영역에 배치되고 억지끼워맞춤(positive fit) 방식으로 강 파이프부(1.3, 2.3)의 리세스 내에 삽입되어 강 파이프부에 용접된다.

좌측 및 우측 종방향 지지부(1, 2)의 횡방향 연결부는 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징(5)에 의해 형성된다. 관형상의 스티어링 기어 하우징(5)은 유압식 스티어링 기어일 수도 있다. 이러한 유형의 스티어링 기어 하우징을 일체형으로 통합함으로써 조향 기능(steering function)이 없는 종래의 횡방향 지지부의 공간이 자유로워진다. 이러한 자유 공간은, 전방 차축 지지대의 전방 및 상방에서, 전방 차축으로의 전개를 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 자유공간 부분은 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이 전자기계식 스티어링 기어의 일체형 통합을 위해 사용될 수도 있다. 이 경우, 유압펌프, 조절 탱크(equalising tank) 등과 같은 부가 장치는, 차량의 다른 영역에서 구성 공간이 추가로 얻어지는 방식으로 그 필요성이 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전방 차축 지지대를 통해, 전기식 스티어링 기어(electrically-assisted steering gear)가 인접 구성 공간을 점유할 필요없이 대량 생산된 차량의 이용 가능한 구성 공간 속에 일체형으로 통합될 수 있다.

도 2에 도시된 일체형 스티어링 기어를 갖는 전방 차축 지지대는 셰이핑처리되고 용접된 강 시트의 실제 구성부품 및 장착된 스티어링 기어 부품으로 구성되는 시스템 또는 모듈을 형성한다. 이 전방 차축 지지대는 개방형의 U자 형태로 형성되고 전방 차축 지지대에 나사 결합되는 알루미늄 보강용 금속 시트(13)에 의해 보강된다.

상기 모듈의 종방향 지지부(1, 2)는 후방 영역에서 두 개의 쉘(shell)로 형성된다. 종방향 지지부(1, 2)의 상부 및 하부 쉘은 도 3 및 도 4에서 참조부호 1.11, 1.12, 2.11 및 2.12로 표기된다. 이들 상부 및 하부 쉘은 그 후방부에서 전방 차축 지지대를 차체에 고정시키기 위한 리세스(7)와, 보강용 금속 시트(13)를 고정시키기 위해 너트가 용접된 간극(clearance)(11)을 포함한다.

상부 및 하부 쉘의 용접이음 형태는 종방향 지지부의 쉘(1.11, 1.12, 2.11, 2.12)의 외측부 상의 맞대기 용접(butt weld) 내지 그 내측부 상의 중첩 또는 필렛 용접(overlapping or fillet weld)에 이르기까지 다양하다. 이러한 구성으로 인해, 예컨대 종래의 플랜지 구성에서 발생할 수 있는 불필요한 중량을 피할 수 있다. 각각의 종방향 지지부(1, 2)의 상부 및 하부 쉘은 종방향으로 다수의 부품을 구비한다. 즉, 상부 및 하부 쉘은 다수의 상부 쉘 부품(1.11, 1.13, 2.11, 2.13)과 하부 쉘 부품(1.12, 1.14, 2.12, 2.14)로 형성된다. 전방 영역에는, 종방향 지지부(1, 2)가 만곡 파이프부(1.3, 2.3)를 통해 전방으로 안내되고, 이 만곡 파이프의 단부들은 전방 차축 지지대가 차체에 나사결합될 수 있는 압출된 장착용 부시(extruded mounting bush)(12)를 구비한다. 스티어링 기어 하우징(5)의 영역에는, 파이프부(1.3, 2.3)을 사용함으로써 다수개의 개별 부품들이 이 영역에 제공되는 결과로서 초래될 수 있는 용접 심(weld seam) 충돌이 방지된다.

모터 베어링을 수용하기 위한 컵형상의 강 시트부(9, 10) 및 전방 차축 지지대의 중앙부를 차체에 나사 결합하기 위한 강 시트부(1.2, 2.2)는 종방향 지지부(1, 2)에 용접된다. 모터 베어링은 각각 두 개의 용접 너트(14)에 고정된다. 종방향 지지부(1, 2)의 후방 및 중앙 나사결합부는 그 접촉표면에 노치(15)를 포함함으로써, 차량이 장애물과 충돌하는 경우 특정 부하가 초과되면 이들 연결지점이 정의된 방식으로 분리되도록 해준다.

단일 피스의 포크형상 홀더(3)는 용접된 강 시트 쉘(1.11, 1.12, 2.11, 2.12)의 영역에 있는 종방향 지지부(1, 2)의 측면상에 용접되고 휠 가이드 부재(예: 서스펜션 아암)의 링키지(linkage)를 제공한다. 또한, 종방향 지지부(1, 2)는 트레일링 아암의 링키지를 제공하는 2-파트 홀더(two-part holder)(4.1, 4.2)를 구비한다. 이 홀더(4.1, 4.2)는 종방향 지지부의 파이프부(1.3, 2.3)에 용접된다. 또한, 내측 홀더(4.2)는 안정화 장치(stabiliser)의 고정기능을 제공한다. 이를 위해, 나사산 형성 볼트(16)가 안정화 장치 베어링을 위한 접촉 표면 내부로 압착된다. 인접 차축 부품들을 수용하는 홀더(3) 또는 브래킷(4.1, 4.2)은 전방 차축 지지대의 굽힘 강성 영역(flexurally rigid regions), 예컨대 강 시트 쉘(1.11, 2.11) 또는 파이프부(1.3, 2.3)의 만곡 영역에서만 연결된다.

이어서, 종방향 지지부(1, 2)는 강 시트로 이루어진 스티어링 기어 하우징(5)에 의해 연결된다. 따라서, 이 스티어링 기어 하우징(5)은 전방 차축 지지대의 구조적 부품의 일부이다. 종래의 (부가의) 횡방향 지지부를 대체하는 스티어링 기어 하우징(5)의 주요 부품은 벤딩(bending) 및 크림핑(crimping)에 의해 형성되는 조작된 강 시트 파이프로 구성되는 스티어링 랙 하우징(5.1)이다. 하우징의 기하학적 구조는 내부 고압 성형과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 제조방법을 회피할 수 있는 방식으로 매우 단순하게 유지된다.

스티어링 기어 하우징(5)은 실제로 수밀하게 만들어진다. 스티어링 랙 하우징(5.1) 내부에 장착된 스티어링 랙(17)의 단부에는 트랙 로드(track rods)(18)가 장착되고 이 트랙 로드는 주름관(19)에 의해 스티어링 기어 하우징(5)으로부터 밀폐된다. 좌측 주름관(19)과 스티어링 랙 하우징(5.1) 사이에 기밀 연결부를 제공하기 위해, 이 위치에 있는 스티어링 랙 하우징(5.1)의 단부(5.11)는 내부에서 후속하여 기계 가공된다.

좌측에서는, 스티어링 랙 하우징(5.1)이 두 개의 원통형 하우징부(5.12, 5.13)에 의해 관통된다. 이들 원통형 하우징부는 피니언 하우징(5.12) 및 약 90도만큼 피니언 하우징으로부터 오프셋되게 배치되는 압력 피스 하우징(pressure piece housing)(5.13)이다. 압력 피스 하우징(5.13)속에 나사 결합가능한 압력 피스는 그 회전이 조절 및 고정됨으로써 최적의 마찰 계수를 위해 스티어링 랙(17)의 역할을 조절하게 된다. 하우징(5.12, 5.13)은 스티어링 랙 하우징(5.1)에 용접된 후 기계 가공처리되는 두 개의 파이프부이다. 피니언 하우징(5.12)에는 센서 하우징(20)이 부착된다. 차량의 스티어링 컬럼(column)에 연결 가능한 토션 로드(torsion rod) 및 센서축(sensor shaft)은 센서 하우징(20) 내에 배치된다.

우측에서는, 스티어링 랙 하우징(5.1)이 모터 플레이트(5.2)에서 종료된다. 이 모터 플레이트는 강으로 이루어진 중간 금속 시트인데, 서보 스티어링 모터(21)를 위한 볼 스크류 및 지지부를 수용하는 베어링 하우징(주 베어링 하우징)(5.3)에 연결되는 연결부의 역할을 수행한다. 이를 위해, 모터 플레이트(5.2)는 스티어링 랙(17)의 안내 통과를 위해 스티어링 기어 하우징 내부에 형성되는 개구부(도시하지 않음), 모터축을 수용하기 위한 개구부(5.22), 및 모터(21)내에서 나사결합을 위한 장공(elongated holes)(5.22)을 포함한다. 모터축은 관형상의 스티어링 랙 하우징(5.1)의 장축에 대해 평행하게 연장한다. 모터(21)는 벨트 구동부(belt drive) 및 볼 스크류를 통해 스티어링 랙(17)을 구동시킨다. 장축이 거의 상호 평행하게 연장하는 장공(5.23)들로 인해, 모터(21)를 변위 및 고정시킴으로써 벨트 구동부를 팽팽하게 조일 수 있다. 또한, 모터는 스티어링 기어 하우징(5)의 중앙 영역에서 용접된 모터 리테이너(motor retainer)(5.14) 상의 스티어링 기어 하우징(5)(스티어링 랙 하우징(5.1))의 중앙 영역에서 지지받는다(도 2 참조). 두 개의 평평한 금속 시트 지지부(5.15)가 스티어링 랙 하우징(5.1) 및 모터 플레이트(5.2)에 용접된다. 이 금속 시트 지지부(5.15)는 모터 플레이트(5.2)와 스티어링 랙 하우징(5.1) 사이의 강성(rigidity)의 급증가를 줄여준다. 좌측부에 연결되는 베어링 하우징(5.3)은 후속하여 기계 가공되는 충격 압출부로서 형성된다. 볼 스크류의 축방향 고정을 위해, 베어링 하우징(5.3)은 단계적으로 넓어지는 내경부 또는 오프셋부를 갖는다. 또한, 베어링 하우징(5.3)은 벨트 구동부를 수용하기 위한 축방향 연장 절개부(5.32)를 갖는다. 볼 스크류의 원통형 베어링 쉘을 축방향으로 고정하기 위한 나사산 형성 링(threaded ring)(5.33)이 제공되고 베어링 하우징 속에 나사 결합될 수 있다(도 5 참조). 나사산 형성 링(5.33)은 그 내부에 원주상으로 분포되도록 배치되는 리세스를 포함하는데, 이 리세스 상에서 나사결합 공구(screwing tool)가 억지끼워맞춤 방식으로 맞물림 결합할 수 있다. 또한, 베어링 하우징(5.3)은 그 외측부 상에 돌출형 홀더(projecting holder)(도시하지 않음)를 구비하는데, 축방향 절개부(5.32)를 연결하는 연결 브릿지(5.36)가 이 돌출형 홀더 상에 나사결합될 수 있다. 장착된 연결 브릿지(5.36)는 베어링 하우징(5.3)을 안정화시키고 절개부(5.32)의 영역에서의 그 방사상 확장을 방지해준다.

하우징(5.4)은 주 베어링 하우징(5.3)에 연결되고 벨트 구동부를 에워싸며 볼 스크류와 연동되어 있다. 볼 스크류 하우징(5.4)은 두 개 부품으로 형성되고 원주방향, 즉 수밀방식(water-tight manner)으로 주 베어링 하우징(5.3) 및 모터 플레이트(5.2)에 용접된다. 볼 스크류 하우징(5.4)은 측면 장착용 개구부(5.41)가 형성되는 플랜지(5.42)를 포함하고, 이 플랜지는 볼 스크류 하우징을 밀폐시키는 커버 뚜껑(5.5)을 고정시키기 위해 리세스(5.43) 및 이 리세스 내부에 용접된 너트를 구비한다. 커버 뚜껑(5.5)은 우측 주름관을 위한 씰 안착부의 역할을 수행하는 칼라 형성부(5.51)를 포함하는 개구부를 갖는다.

전방 차축 지지대를 생산하는데 사용되는 강 시트는 S355MC 및 S420MC와 같은 표준 품질을 갖는다. 따라서, 시트 두께는 1.5 mm 내지 3.5 mm가 바람직하다. 본 발명의 전방 차축 지지대의 표면은 라커 코팅(lacquer coating)에 의해 부식으로부터 보호된다.

전자 제어 장치(22)는 서보 스티어링 모터(21)에 플랜지 장착된다. 입력축(23) 또는 스티어링 컬럼의 영역에 배치되고 케이블을 통해 제어 장치(22)에 연결되는 센서는 구동기에서 요구하는 보조 토크(assisting torque)를 감지하여 이를 제어 장치에 보고한다. 전자 제어 장치(22)는, 모터(21)가 작동하기 전에, 센서에 의해 제어 장치(22)로 송신된 신호를 분석하여 타당성에 대해 신호를 체크하는 프로그램이 저장되는 프로그램가능 마이크로프로세서를 포함한다. 모터(21)는 벨트 구동기 및 리서큘레이팅 볼 나사(recirculating ball thread)와 같은 기계부품들을 통해 스티어링 랙(17)에 필요한 조향력을 전달하고 궁극적으로는 트랙 로드(18)를 통해 조향력을 스티어링 랙(17)으로부터 휠의 위치로 전달해주는 필요한 파워(토크 x 회전속도)를 발생시킨다.

서보 스티어링 모터(21)는 네오디뮴 자석을 포함하는 브러시리스 동기 모터(brushless synchronous motor)이다. 모터(21)의 파워 범위는 3.5 Nm 내지 9 Nm가 바람직하다. 이 모터는 권선 단락시 필요한 안정성을 제공하기 위해 성점 릴레이(star point relay)를 구비하고 있다.

토크 감지 센서는 원하는 구동기 보조 토크를 감지하고 토션 로드의 꼬임(twisting)으로 인한 자속 차이를 비접촉 방식으로 측정하는데 사용된다. 조향 기능의 신뢰성은 센서 하우징(20)에 배치된 센서들의 중복배치, 즉 센서의 용장성(redundancy)에 의해, 그리고 타당성에 대한 모든 센서 신호 및 기능을 연속적으로 체크하고 병렬 배치되는 소프트웨어 모듈들에 의해 제공된다.

도 6 및 도 7은 일체형 스티어링 기어 하우징을 갖는 본 발명에 따른 제2 전방 차축 지지대의 구성을 도시하고 있다. 이 전방 차축 지지대는 함께 용접되는 다수의 금속 시트 쉘(30, 31, 32, 33, 34)로 구성된다. 금속 시트 쉘(30)은 전방 차축 지지대의 하부를 형성되는 단일 피스 금속 시트 하프쉘(half-shell)인 금속 시트 블랭크로 제조된다. 또한, 전방 차축 지지대의 하부를 형성하는 금속 시트 쉘(30)의 좌측 및 우측에 각각 용접에 의해 연결되고 금속 시트 쉘(30)과 함께 지지 부재(36, 37)를 형성하는 두 개의 추가 금속 시트 쉘(31, 32)이 제공되는데 이 지지 부재들은 휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더(37.1, 37.2, 36.1, 36.2)를 포함한다. 전방 차축 지지대는 함께 용접되고 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징을 형성하는 강 시트 쉘(30, 33 및 34)의 중앙부로 형성되는 횡방향 구조물(38)을 갖는다. 함께 용접되고 상호 간격으로 배치되는 금속 시트 쉘(30, 31, 32)은 휠 가이드 부재들을 수용하도록 해주는데, 이는 부재 수용을 위해 브래킷과 같은 추가 부품이 필요하지 않거나 휠 가이드 부품의 수용을 위한 이러한 부품들의 개수가 최소한으로 줄어드는 방식으로 이루어진다. 추가 브래킷(39, 40)이 제공될 수도 있고 지지 부재(36, 37)에 용접된다. 지지 부재(37, 36)의 개구부(39.1, 40.1 및 37.3, 36.3)를 통해, 전방 차축 지지대는 차체에 연결되거나 나사결합될 수 있다.

함께 용접되는 금속 시트 쉘(33, 34) 사이에 스티어링 기어 하우징(35)을 수용함으로써, 전방 차축 지지대의 굽힘 강성 구성이 가능해진다. 따라서, 전방 차축 지지대의 구성 높이는 요건을 고려하여 줄어들 수도 있다.

이와는 달리, 금속 시트 쉘(31, 32, 33 및 34)은 하나의 단일 금속 시트 쉘로 대체될 수도 있다. 특히, 본 발명은 전방 차축 지지대가 일체형 스티어링 기어 하우징을 갖는 단일 피스 상부쉘과 단일 피스 하부쉘로 형성되는 실시예를 구비한다.

도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 일체형 스티어링 기어를 유압식 스티어링 기어의 형태로 구성한 전방 차축 지지대에 관한 것이다. 그러나, 적절한 적응변형을 통해, 도 6 및 도 7에 따른 전방 차축 지지대에 일체형으로 통합된 스티어링 기어는 도 2 내지 도 5에 개시된 실시예와 관련하여 전술한 것과 같이 전자기계식 스티어링 기어일 수도 있다.

본 발명의 전방 차축 지지대의 구현은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 오히려 본 발명을 실시예에서 벗어나는 형태로 이용하는 다양한 변형예를 상정할 수 있다.

Claims

휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더(3, 4, 4.1, 4.2) 및 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 구조물을 포함하되, 상기 횡방향 구조물에 연결되는 지지 부재를 구비한 자동차용의 전방 차축 지지대에 있어서,
상기 지지 부재는 종방향 지지부(1, 2)의 형태로 구성되고, 상기 각각의 종방향 지지부(1, 2)는 함께 용접되는 금속 시트 쉘(1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14)로 형성되고, 상기 횡방향 구조물은 횡방향 지지부의 형태로 구성되되 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징(5)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항에 있어서,
상기 각각의 종방향 지지부(1, 2)의 일부는 함께 용접되는 금속 시트 쉘(1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14)로 형성되고, 각각의 종방향 지지부의 또 다른 일부는 만곡 파이프부(1.3, 2.3)로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스티어링 기어 하우징(5)은 관형상 스티어링 랙 하우징(5.1), 볼 스크류를 수용하는 베어링 하우징(5.3) 및 벨트 구동부를 에워싸는 볼 스크류 하우징(5.4)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제3항에 있어서,
상기 스티어링 랙 하우징(5.1) 및 베어링 하우징(5.3)은 서보 스티어링 모터(21)를 장착하기 위해 상기 스티어링 랙 하우징(5.1) 및 베어링 하우징(5.3) 사이에 배치되는 모터 플레이트(5.2)에 용접되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제4항에 있어서,
상기 모터 플레이트(5.2) 상에 장착되는 서보 스티어링 모터(21)의 모터축은 상기 스티어링 기어 하우징(5)의 종축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 모터 플레이트(5.2)는 금속 시트 지지부(5.15)를 통해 상기 스티어링 기어 하우징(5.1)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼 스크류 하우징(5.4)은 측면 장착용 개구부(5.41)가 형성되고, 상기 볼 스크류 하우징(5.4)을 밀폐시키는 커버 뚜껑(5.5)을 고정시키기 위해 리세스(5.43) 및 이 리세스에 용접되는 너트를 구비하는 플랜지(5.42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제7항에 있어서,
상기 커버 뚜껑(5.5)은 주름관(19)을 위한 씰 안착부의 역할을 수행하는 칼라 형성부(5.51)를 갖는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베어링 하우징(5.3)에는 단계적으로 넓어지는 내경부 및 축방향 연장 절개부(5.32)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 종방향 지지부는 만곡 파이프부(1.3, 2.3)의 단부영역에서 억지끼워맞춤 방식으로 만곡 파이프부(1.3, 2.3)의 리세스내에 삽입되는 장착용 부시(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
홀더(4.1)는 상기 종방향 지지부(1, 2)의 각각의 파이프부(1.3, 2.3)에 용접되고, 상기 종방향 지지부(1, 2)의 금속 시트 쉘들 중 하나의 시트 쉘 상에 형성된 홀더(4.2)와 함께 휠 가이드 아암을 위한 베어링을 형성하는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
휠 가이드 부재를 장착하기 위한 단일 피스의 포크형상 홀더(3)는 상기 종방향 지지부(1, 2)의 금속 시트 쉘(1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 2.11, 2.12, 2.13, 2.14)로 형성되는 부분에 용접되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동차의 내연기관을 장착하기 위한 홀더 또는 브래킷(9, 10)은 상기 종방향 지지부(1, 2)중 적어도 하나에 용접되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제13항에 있어서,
상기 내연기관 장착용 홀더 또는 브래킷(9, 10)은 금속 시트 쉘(1.11, 2.13) 중 하나 및/또는 만곡 파이프부(2.3) 중 하나에 용접되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 지지부의 금속 시트 쉘(1.11, 1.12, 2.11, 2.12)로 형성되는 부분에는 너트가 용접되거나 나사산 형성홀이 형성되고, 상기 너트 또는 나사산 형성홀에는 보강용 및/또는 차폐용 금속 시트(13)가 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
휠 가이드 부재를 장착하기 위한 홀더(37.1, 37.2, 36.1, 36.2), 및 스티어링 기어의 하우징을 형성하는 횡방향 구조물(38)을 포함하되, 상기 횡방향 구조물(38)에 연결되는 지지 부재(36, 37)를 구비한 자동차용의 전방 차축 지지대에 있어서,
상기 지지 부재(36, 37)는 함께 용접되는 금속 시트 쉘(30, 31, 32)로 형성되고, 상기 횡방향 구조물(38)은 함께 용접되는 금속 시트 쉘(30, 33, 34)의 중앙부 및 강으로 이루어진 스티어링 기어 하우징(35)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.
제16항에 있어서,
상기 스티어링 기어 하우징(35)은 상기 금속 시트 쉘(33, 34) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전방 차축 지지대.