KR20130033663A

KR20130033663A - 어퍼타입 전동컬럼장치

Info

Publication number: KR20130033663A
Application number: KR1020110097470A
Authority: KR
Inventors: 이동한
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-04

Abstract

본 발명은 어퍼타입 전동컬럼장치에 구비되어 틸트업/다운(Up/Dowm)을 구현하는 틸트유닛(20)이 틸트로드(23)의 축방향으로 배열된 한 쌍의 부시(25a,25b)와 고정링(25c) 및 한 쌍의 볼베어링(25d,25e)으로 구성되고, 틸트로드(23)를 텔레하우징(14)에 힌지결합시켜주는 힌지변위점(Ka)과 틸트로드(23)를 틸트브래킷(26)에 힌지고정시켜주는 틸트고정점(Kb)을 이용하여 힌지구조를 이룸으로써, 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위흡수가 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어져 작동소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 갖는다.

Description

어퍼타입 전동컬럼장치{Upper type Motor Driven Column Apparatus}

본 발명은 전동조향장치의 전동컬럼장치에 관한 것으로, 특히 부품수와 원가를 절감하면서도 작동소음 크게 줄일 수 있는 어퍼타입 전동컬럼장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 유압을 이용하지 않고 모터동력으로 조향파워를 어시스트(assist)하는 방식이다.

MDPS는 조타력의 어시스트(assist)를 위해 모터로 회전되는 웜축(Worm-Shaft)/웜휠(Worm Wheel)로 이루어진 감속기가 구비되고, 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)구현을 위한 틸트/텔레스코픽 구조를 갖춘다.

MDPS에서 상기와 같은 틸트(Tilt)와 텔레스코픽(Telescopic)구현을 위한 틸트/텔레스코픽 구성을 갖는 부분을 전동컬럼장치라 칭한다.

전동컬럼장치중 어퍼(UPEPR)타입은 텔레스코픽 이송시 틸트 매커니즘(Tilt Mechanism)도 동시에 움직여 모터의 부하를 가중시키는 측면이 있지만, 비용등 여러 장점을 제공하게 된다.

그러므로, 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS는 주로 소형차량에 적용된다.

도 6은 통상적인 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS는 조향휠쪽으로 연결되는 어퍼조향축(1)과 기어박스쪽으로 연결되는 로어조향축(2)을 감싼 컬럼튜브(3)와, 조향휠을 운전자쪽으로 당기거나 멀어지게 하는 텔레기능을 위해 상기 컬럼튜브(3)에 장착된 텔레유닛(100)과, 조향휠을 위쪽이나 아래쪽으로 경사시켜주는 틸트기능을 위해 상기 컬럼튜브(3)에 장착된 틸트유닛(200)으로 구성된다.

상기 텔레유닛(100)은 텔레감속기(102)를 갖춘 동력원 텔레모터(101)와, 컬럼튜브(3)를 감싼 텔레하우징(104)을 슬라이딩이동시키도록 직선이동되는 텔레로드(103)로 구성된다.

상기 틸트유닛(200)은 틸트감속기(201a)를 갖춘 동력원 틸트모터(201)와, 틸트하우징(202)에 구비된 전달부재(205)를 매개로 직선이동되는 틸트로드(203)와, 틸트로드(203)를 고정한 틸트로드고정단(206a)에 가해진 틸트로드(203)의 이동방향에 따라 업(Up)또는 다운(Down)되도록 틸트브래킷힌지축(28)을 매개로 컬럼튜브(3)와 결합되어진 틸트브래킷(206)으로 구성된다.

상기 전달부재(205)는 틸트모터(201)의 회전을 틸트로드(203)의 직선이동으로 전환시키는 구성으로서, 도 7에 도시된 바와 같이 틸트로드(203)의 축방향으로 배열된 웜기어(205f)와 한쌍의 부시(205a) 및 한쌍의 구면베어링(205d,205e)으로 구성된다.

이에 더해, 상기 텔레모터(101)와 틸트모터(201)의 제어를 위해 위치를 검출하는 리미트스위치(300)도 적용되고, 상기 리미트스위치(300)의 전기신호를 받아 상기 텔레모터(101)와 틸트모터(201)의 구동을 제어하는 각각의 컨트롤러가 더 구비된다.

도 7은 도 6에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트업/다운시 작동상태로서, 도시된 바와 같이 당겨지는 틸트로드(203)는 틸트로드고정단(206a)을 당기게 되고, 틸트로드고정단(206a)의 당김력은 틸트브래킷힌지축(28)에 전달됨으로써 틸트브래킷(206)이 컬럼튜브(3)에 대해 아래쪽으로 꺾여져 틸드다운을 구현하게 된다.

이때, 틸트브래킷(206)의 꺾임에 대해 틸트로드(203)의 변위가 만들어져야 하며, 이러한 틸트로드(203)의 변위는 웜기어(205a)와 구면베어링(205d,205e)의 회전을 이용함으로써 틸트중립위치(a-aa)로부터 팁트다운위치(a-ab)로 변경되어 흡수될 수 있게 된다.

국내특허공개 10-2010-0041954(2010.04.23)은 전동 조향 장치에 관한 것이며, 이는 도 1및 4쪽 식별번호13내지 5쪽 식별번호36 참조.

하지만, 어퍼타입 전동컬럼장치와 같이 웜기어(205a)와 구면베어링(205d,205e)의 회전을 이용해 틸트로드(203)의 상하움직임에 따른 변위를 허용하게 되면, 그 틸트 업/다운 작동 매커니즘상 비교적 작동소음이 크게 발생 된다.

도 5(가)는 상기와 같은 틸트 업/다운 작동 매커니즘을 구현하는 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS의 작동소음선도로서, 도시된 바와 같이 틸트모터 부하 가중과 더불어 틸트 업/다운에 의한 소음영역(x)도 상대적으로 높은 상태임을 알 수 있다.

그러므로, 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS는 틸트 업/다운 작동 매커니즘에 따른 작동소음 저감이 요구될 수밖에 없고, 만약 어퍼타입 전동컬럼장치의 작동소음이 저감되면 이를 적용한 MDPS는 그 장점에 더해 상품성도 크게 높아질 수 있게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 틸트(Tilt)업/다운시 틸트로드 변위를 텔레하우징과의 힌지구조로 허용해줌으로써 작동소음흡수율을 크게 높일 수 있으면서 부품수량 축소로 제조원가도 절감할 수 있고, 틸트/텔레기능을 갖춘 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)에 적용될 때 상품성도 크게 높일 수 있는 어퍼타입 전동컬럼장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 조향휠을 운전자쪽으로 당기거나 멀어지게 하는 텔레유닛이 조향축을 감싼 컬럼튜브에 장착되고, 조향휠을 위쪽이나 아래쪽으로 경사시켜주는 틸트유닛이 상기 컬럼튜브에 함께 장착되어진 어퍼타입 전동컬럼장치에 있어서,

상기 틸트유닛의 감속기에는 한 쌍의 부시와 고정링 및 한 쌍의 베어링이 직선이동되는 틸트로드의 축방향으로 배열되고,

상기 틸트로드는 틸트업(Up)/다운(Down)시 꺽여지는 틸트브래킷에 힌지고정되어 틸트고정점(Kb)을 이루고, 더불어 상기 텔레유닛의 텔레로드에 고정되어 상기 컬럼튜브에서 슬라이딩이동되는 텔레하우징에 힌지결합되어 힌지변위점(Ka)을 이루며,

상기 틸트브래킷은 상기 텔레하우징에 대해 업(Up)/다운(Down)되도록 힌지체결되어진 것을 특징으로 한다.

상기 텔레하우징은 상기 틸트브래킷의 앞쪽으로 위치되고, 상기 힌지변위점(Ka)은 상기 틸트고정점(Kb)의 앞쪽에 위치된다.

상기 힌지변위점(Ka)은 상기 텔레하우징에서 연장되어진 틸트로드힌지단을 이용해 형성되고, 상기 틸트고정점(Kb)은 상기 틸트브래킷에서 연장되어진 틸트로드고정단을 이용해 형성된다.

상기 틸트로드힌지단은 상기 텔러로드를 고정하는 텔레로드고정단의 측면에서 간격을 두고 형성된다.

이러한 본 발명은 틸트(Tilt)업/다운시 틸트로드 변위를 웜기어와 구름베어링의 회전이 아닌 힌지구조로 구현함으로써, 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트 작동소음을 줄이면서도 부품수량축소로 제조원가도 절감될 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 틸트변위흡수를 가능하게 하는 힌지구조로 작동소음을 줄이고 부품축소에 의한 제조원가도 절감한 어퍼타입 전동컬럼장치가 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)에 구성됨으로써, 소형차량 적용시 MDPS의 상품성도 함께 높일 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 분해 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트유닛의 힌지구조도이며, 도 3(가),(나)는 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)의 구성도이고, 도 4(가),(나)는 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트중립과 틸트업/다운시 작동상태도이며, 도 5(가),(나)는 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS의 틸트업/다운시 작동소음 비교선도이고, 도 6은 종래에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 MDPS의 구성도이며, 도 7은 도 6에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트업/다운시 작동상태도이다.

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 1은 본 실시예에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치로서, 이는 소형차량에 적용되는 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)와 함께 구성된다.

도시된 바와 같이, 어퍼타입 전동컬럼장치는 조향휠쪽으로 연결되는 어퍼조향축(1)과 기어박스쪽으로 연결되는 로어조향축(2)을 감싼 컬럼튜브(3)와, 조향휠을 운전자쪽으로 당기거나 멀어지게 하는 텔레기능을 위해 상기 컬럼튜브(3)에 장착된 텔레유닛(10)과, 조향휠을 위쪽이나 아래쪽으로 경사시켜주는 틸트기능을 위해 상기 컬럼튜브(3)에 장착된 틸트유닛(20)으로 구성된다.

상기 텔레유닛(10)은 텔레감속기(12)를 갖춘 동력원 텔레모터(11)와, 컬럼튜브(3)를 감싼 텔레하우징(14)을 슬라이딩이동시키도록 직선이동되는 텔레로드(13)로 구성된다.

여기서, 상기 텔레하우징(14)은 텔레로드(13)를 고정함과 더불어 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위를 흡수하는 힌지점으로도 작용하게 된다.

이를 위해, 상기 텔레하우징(14)은 컬럼튜브(3)를 감싸는 중공의 슬라이딩하우징(15)의 한쪽부위에 다수의 체결점을 형성하는 마운팅플랜지가 형성되며, 상기 마운팅플랜지에는 슬라이딩하우징(15)의 위쪽부위로 텔레로드(13)를 고정하는 텔레로드고정단(16)과, 상기 텔레로드고정단(16)의 측면에서 간격을 두고 인접된 틸트로드힌지단(17)과, 슬라이딩하우징(15)의 측면부위로 형성된 틸트하우징힌지단(18)으로 이루어진다.

여기서, 상기 틸트로드힌지단(17)은 이후 기술되어지는 틸트유닛(20)의 틸트로드(23)가 고정되는 힌지구조를 이루고, 상기 틸트하우징힌지단(18)은 이후 기술되어지는 틸트유닛(20)의 틸트브래킷(26)에 대한 힌지회전점을 이루게 된다.

이에 더해, 상기 텔레유닛(10)은 텔레모터(11)의 제어를 위해 홀아이씨(Hall IC)를 구비하고, 상기 홀아이씨의 전기신호를 받아 텔레모터(11)의 구동을 제어하는 각각의 컨트롤러가 더 구비된다.

상기 틸트유닛(20)은 틸트감속기(21a)를 갖춘 동력원 틸트모터(21)와, 틸트하우징(22)에 구비된 전달부재(25)를 매개로 직선이동되는 틸트로드(23)와, 틸트로드(23)의 직선이동방향에 따라 업(Up)또는 다운(Down)되도록 텔레하우징(14)과 틸트브래킷힌지축(28)를 매개로 힌지회전점을 이루는 틸트브래킷(26)과, 틸트로드(23)의 틸트업/다운시 틸트로드(23)의 변위를 흡수하는 힌지구조로 구성된다.

이에 더해, 상기 틸트유닛(20)은 틸트모터(21)의 제어를 위해 홀아이씨(Hall IC)를 구비하고, 상기 홀아이씨의 전기신호를 받아 틸트모터(21)의 구동을 제어하는 각각의 컨트롤러가 더 구비된다.

도 2는 본 실시예에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 전달부재의 조립구조와 틸트유닛의 힌지구조를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 전달부재(25)의 조립구조는 틸트모터(21)의 회전을 틸트로드(23)의 직선이동으로 전환시키는 구성으로서, 틸트로드(23)의 축방향으로 배열된 한쌍의 부시(25a,25b)와 고정링(25c) 및 한쌍의 볼베어링(25d,25e)으로 구성된다.

또한, 틸트유닛(20)의 힌지구조는 틸트로드(23)가 텔레하우징(14)과 힌지볼트(24)를 매개로 힌지결합된 힌지변위점(Ka)과, 틸트로드(23)의 끝부위가 틸트로드고정단(26a)에 틸트로드고정축(27)을 매개로 틸트브래킷(26)과 힌지고정되어진 틸트고정점(Kb)으로 이루어진다.

도 3(가),(나)는 본 실시예에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치를 적용한 전동조향장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, MDPS는 컬럼튜브(3)가 조향휠쪽으로 연결되는 어퍼조향축(1)과 기어박스쪽으로 연결되는 로어조향축(2)을 감싸고, 조향휠을 운전자쪽으로 당기거나 멀어지게 하는 텔레유닛(10)이 컬럼튜브(3)의 아래쪽부위를 이용해 장착되며, 조향휠을 틸트시키는 틸트유닛(20)이 컬럼튜브(3)의 측면부위를 이용해 장착된다.

상기와 같이 텔레유닛(10)과 틸트유닛(20)은 어퍼타입 전동컬럼장치를 구성하는 구성요소이며, 전술된 바와 같이 특징적인 구성으로서 틸트유닛(20)의 틸트로드(23)가 텔레유닛(10)의 텔레하우징(14)에 힌지변위점(Ka)으로 연동됨을 들 수 있다.

이로 인해, 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위흡수가 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어짐으로써, 전술한 종래와 같이 웜기어(205a)와 구면베어링(205d,205e)의 회전을 이용해 틸트로드의 변위를 흡수할 때에 비해 작동소음을 크게 형성하지 않게 된다.

도 4(가),(나)는 본 발명에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치의 틸트중립과 틸트업/다운시 작동상태를 나타낸다.

도 4(가)는 틸트중립시로서, 도시된 바와 같이 컬럼튜브(3)의 중심에 대해 틸트유닛(20)은 서로 평행한 상태를 이루고, 이에 따라 틸트로드(23)는 수평축(A-A)으로 유지된다.

반면, 도 4(나)는 틸트 다운(Down)시로서, 도시된 바와 같이 틸트유닛(20)의 틸트로드(23)는 수평축(A-A)상태에서 경사축(A-B)상태로 기울어짐으로써 컬럼튜브(3)의 중심에 대해 틸트유닛(20)이 서로 평행한 상태를 이루지 않게 된다.

상기와 같은 틸트 다운(Down)과정에서 틸트로드(23)의 변위는 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어지게 된다.

즉, 틸트유닛(20)이 틸트 다운(Down)되면, 틸트모터(21)에 결합된 틸트감속기(21a)의 작용으로 틸트로드(23)가 당겨지고, 틸트로드(23)가 당겨짐으로써 틸트로드(23)의 끝부위와 틸트고정점(Kb)을 이루는 틸트브래킷(26)도 아랫방향으로 당겨지는 힘을 받게 된다.

이와 같이 당겨지는 틸트브래킷(26)은 텔레하우징(14)과 결합된 틸트브래킷힌지축(28)을 힌지회전점으로 하여 아랫방향으로 꺾여지게 되고, 틸트브래킷(26)의 꺾임은 어퍼조향축(1)을 꺾어 이에 연결된 조향휠을 밑으로 내려주는 틸트 다운(Down)을 완료하게 된다.

상기와 같은 과정에서 틸트로드(23)는 틸트브래킷(26)이 아래방향으로 꺾일 수 있도록 컬럼튜브(3)쪽으로 올라가며, 이러한 움직임은 틸트로드(23)와 텔레하우징(14)을 힌지볼트(24)로 함께 연결해준 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어지게 된다.

한편, 도 5(가)는 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위흡수가 도 6과 도7에 따른 전술한 종래와 같이 웜기어(205a)와 구면베어링(205d,205e)의 회전을 이용해 이루어질 때에 작동소음(x)을 나타내고, 이에 반해 도 5(나)는 본 실시예에 따라 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위흡수가 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어질 때에 작동소음(g)을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 작동소음(g)은 종래에 따른 작동소음(x)에 비해 크게 낮아졌음을 알 수 있으며, 실험적으로 그 효과는 틸트다운시 약 10% 감소와 틸트업시 약 20%감소로 나타남이 입증되었다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 어퍼타입 전동컬럼장치는 틸트유닛(20)이 틸트로드(23)의 축방향으로 배열된 한 쌍의 부시(25a,25b)와 고정링(25c) 및 한 쌍의 볼베어링(25d,25e)으로 구성되고, 틸트로드(23)를 텔레하우징(14)에 힌지결합시켜주는 힌지변위점(Ka)과 틸트로드(23)를 틸트브래킷(26)에 힌지고정시켜주는 틸트고정점(Kb)을 이용하여 힌지구조를 이룸으로써, 틸트유닛(20)의 틸트업(Up)/다운(Down)시 틸트로드(23)의 변위흡수가 힌지변위점(Ka)을 통해 이루어져 작동소음을 크게 줄일 수 있게 된다.

이러한 어퍼타입 전동컬럼장치의 작동소음저감에 따른 장점은 이를 적용해 MDPS를 구성하고, MDPS를 소형차량에 적용할 때 상품성을 더욱 높여줄 있게 된다.

1 : 어퍼조향축 2 : 로어조향축
3 : 컬럼튜브 10 : 텔레유닛
11 : 텔레모터 12 : 텔레감속기
13 : 텔레로드 14 : 텔레하우징
15 : 슬라이딩하우징 16 : 텔레로드고정단
17 : 틸트로드힌지단 18 : 틸트하우징힌지단
20 : 틸트유닛 21 : 틸트모터
21a : 틸트감속기 22 : 틸트하우징
23 : 틸트로드 24 : 힌지볼트
25 : 전달부재 25a,25b : 부시
25c : 고정링 25d,25e : 베어링
26 : 틸트하우징 26a : 틸트로드고정단
26b : 틸트브래킷힌지단 27 : 틸트로드고정축
28 : 틸트브래킷힌지축
Ka : 틸트힌지점 Kb : 틸트고정점

Claims

조향휠을 운전자쪽으로 당기거나 멀어지게 하는 텔레유닛이 조향축을 감싼 컬럼튜브에 장착되고, 조향휠을 위쪽이나 아래쪽으로 경사시켜주는 틸트유닛이 상기 컬럼튜브에 함께 장착되어진 어퍼타입 전동컬럼장치에 있어서,
상기 틸트유닛의 감속기에는 한 쌍의 부시와 고정링 및 한 쌍의 베어링이 직선이동되는 틸트로드의 축방향으로 배열되고,
상기 틸트로드는 틸트업(Up)/다운(Down)시 꺾여지는 틸트브래킷에 힌지고정되어 틸트고정점(Kb)을 이루고, 더불어 상기 텔레유닛의 텔레로드에 고정되어 상기 컬럼튜브에서 슬라이딩이동되는 텔레하우징에 힌지결합되어 힌지변위점(Ka)을 이루며,
상기 틸트브래킷은 상기 텔레하우징에 대해 업(Up)/다운(Down)되도록 힌지체결되어진 것을 특징으로 하는 어퍼타입 전동컬럼장치.
청구항 1에 있어서, 상기 텔레하우징은 상기 틸트브래킷의 앞쪽으로 위치되고, 상기 힌지변위점(Ka)은 상기 틸트고정점(Kb)의 앞쪽에 위치되어진 것을 특징으로 하는 어퍼타입 전동컬럼장치.
청구항 2에 있어서, 상기 힌지변위점(Ka)은 상기 텔레하우징에서 연장되어진 틸트로드힌지단을 이용해 형성되고, 상기 틸트고정점(Kb)은 상기 틸트브래킷에서 연장되어진 틸트로드고정단을 이용해 형성되어진 것을 특징으로 하는 어퍼타입 전동컬럼장치.
청구항 3에 있어서, 상기 틸트로드힌지단은 상기 텔러로드를 고정하는 텔레로드고정단의 측면에서 간격을 두고 형성되어진 것을 특징으로 하는 어퍼타입 전동컬럼장치.
청구항 1에 있어서, 상기 베어링은 볼베어링인 것을 특징으로 하는 어퍼타입 전동컬럼장치.