KR20130053871A - 스티어링 기어박스 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 스티어링휠의 회전력을 전륜으로 전달하여 차량을 조타하는 스티어링 기어박스 구조에 있어서, 상기 스티어링 기어박스는, 스티어링휠과 연결된 제1기어박스;와 전륜과 연결된 타이로드들이 양끝단에 결합된 제2기어박스;가 결합되어 구성되되, 상기 제1기어박스는, 스티어링휠의 조타에 따라 회전하는 피니언; 및 상기 피니언의 회전에 따라 좌우방향으로 활주하도록 피니언과 치합된 랙기어가 외주면에 형성된 제1로드;를 포함하고, 상기 제2기어박스는, 상기 제1로드와 연동하여 활주하도록 결합되고 양끝단에 타이로드들이 각각 연결된 제2로드; 및 제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 제2로드를 활주시키는 피스톤;을 포함한다.

Description

스티어링 기어박스 구조{Structure of steering gear-box}

본 발명은 스티어링 기어박스 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 대형 또는 중형 트럭과 같은 상용차량에 있어 독립현가식 서스펜션에 적합한 랙앤피니언(rack & pinion) 방식으로 구성되되 유압 배력(配力)이 증대되며 공간효율이 향상되는 스티어링 기어박스 구조에 관한 것이다.

대형 트럭과 같은 상용차는 리프스프링(leaf spring)을 사용하는 리지드 액슬 서스펜션(rigid axle suspension)이 주로 적용되었다.

상기 리지드 액슬 서스펜션은 일체식 서스펜션으로서 화물을 적재하는 상용차량의 서스펜션 방식으로 주로 사용되되 구조가 단순하며 고장이 적게 발생하는 장점이 있으나, 승차감과 주행 안정성이 타 서스펜션 방식에 비해 떨어지는 단점이 있다.

하지만, 상용차에 있어서도 승차감 및 주행안정성에 대한 요구가 높아짐에 따라 독립식 서스펜션 개발이 계속적으로 진행되고 있다.

한편, 높은 축중(軸重)을 갖는 상용차에서는 볼너트타입(ball nut type)의 스티어링 시스템이 주로 적용되었었다.

그러나, 상기 볼너트타입의 스티어링 시스템을 독립식 서스펜션과 함께 적용해야 할 경우, 패키지 측면에서 아이들 암, 릴레이 로드 등과 같은 부품들이 추가장착되어야 한다. 그리고, 충격 및 진동이 (볼너트타입의 스티어링 기어박스에 포함되는) 링키지들을 통해 감쇄 없이 전해지기 때문에 승차감 및 조향성 향상과 같은 독립현가 서스펜션의 장점을 반감시킬 가능성이 있었다.

아울러, 배기 후 처리를 위한 정화 장치 및 엔진 냉각을 위한 냉각 장치 등이 서스펜션 장치 근방에 장착되어야 하나 볼너트타입과 같이 링키지 연결로 구성된 스티어링 시스템은 공간을 많이 차지하므로 차량 설계에 있어서 레이아웃 자유도를 저해시키는 문제점이 있었다.

한편, 볼너트타입과 함께 널리 사용되는 스티어링 시스템으로서 랙앤피니언 타입이 존재한다. 상기 볼너트타입은 상용차량에 주로 사용되는 반면 랙앤피니언 타입은 승용차량에 주로 사용되는 방식으로서, 통상적인 랙앤피니언 타입의 스티어링 시스템의 구성은 도 1 에 도시된 바와 같다.

도 1 을 참조하면, 스티어링휠의 회전력은 스티어링휠을 통해 피니언(기어)로 전달되며, 상기 피니언은 로드의 외주면에 형성된 랙기어와 치합되어 로드를 좌우 방향으로 활주시킨다. 이때, 조타력(전륜에 연결된 타이로드를 조작하기 위하여 로드를 좌우로 활주시키기 위한 힘)을 보조하기 위해 리저브탱크 및 유압펌프와 연결된 제어밸브는, 로드와 직렬로 연결된 피스톤을 활주시킨다.

즉, 상기 제어밸브는 유압라인을 통해 조향 방향에 따라(더 상세하게는 스티어링휠의 회전을 감지하는 토크센서의 신호에 따라) 피스톤에 유압을 제공함으로서 로드와 나란히 직렬로 연결된 상기 피스톤을 이동시켜 스티어링휠의 회전력을 보조하도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 구성의 랙앤피니언 타입의 스티어링 시스템을 상용차량에 적용할 경우, 볼너트타입의 스티어링 시스템 대비 공간 효용성 측면에 있어서는 유리하나 축중량이 큰 상용차의 설계 요건을 만족시키기 매우 어려운 문제점이 있었다.

즉, 피스톤에 가해지는 유압을 증대한다 하더라도 승용차량에 비해 휠 사이즈 및 최대 회전각이 큰 상용차의 조향 조건을 만족시키기 위해서는 타이로드(tie rod)의 스트로크(stroke)를 증대시켜야 하나, 설계요건상 타이로드의 스트로크를 무한정 증대시키는 것은 불가능하였다.

따라서, 본 발명은 축중량의 큰 상용차의 설계 요건에 충족할 수 있는 랙앤피니언타입의 스티어링 기어박스를 제공한 것에 주목적이 있다. 더 상세하게는, 유압 증대를 위한 직경 변화를 타이로드의 스트로크 부분까지 확대시키지 않음으로써 타이로드의 충분한 스트로크 확보가 가능하며 유압 배력이 증대된 랙앤피니언 타입의 스티어링 기어박스 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스티어링휠의 회전력을 전륜으로 전달하여 차량을 조타하는 스티어링 기어박스 구조에 있어서, 상기 스티어링 기어박스는, 스티어링휠과 연결된 제1기어박스;와 전륜과 연결된 타이로드들이 양끝단에 결합된 제2기어박스;가 결합되어 구성되되, 상기 제1기어박스는, 스티어링휠의 조타에 따라 회전하는 피니언; 및 상기 피니언의 회전에 따라 좌우방향으로 활주하도록 피니언과 치합된 랙기어가 외주면에 형성된 제1로드;를 포함하고, 상기 제2기어박스는, 상기 제1로드와 연동하여 활주하도록 결합되고 양끝단에 타이로드들이 각각 연결된 제2로드; 및 제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 제2로드를 활주시키는 피스톤;을 포함한다.

아울러, 상기 제1로드와 제2로드는, 이격되어 평행하게 배치되고 제1로드 및 제2로드와 수직을 이루도록 연결된 고정부재의 각 끝단에 결합되어 연동하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 종래의 볼너트 타입의 스티어링 시스템과 대비하여 부피가 소형화된 랙앤피니언 타입의 스티어링 기어박스로 실시되므로 차량 내부의 레이아웃 설계에 있어 유리한 효과가 있다.

아울러, 타이로드의 스트로크 제한사항을 해소할 수 있다. 즉, 상용차량의 경우 휠트래드, 휠베이스 및 휠사이즈가 승용차량에 비해서 증가하는 반면 최소회전반경은 법규로 규제되므로 최대회전각이 상대적으로 증가되어야 한다. 그러나, 승용차량에 일반적으로 사용되던 랙앤피니언 방식 스티어링 시스템을 상용차량에 적용할 경우, (도 1 에 도시된 바와 같이) 피스톤이 기어박스와 직렬로 연결되어야 했다(더 상세하게는 피스톤이 랙기어와 직렬로 연결되어야 했다). 즉, 로드는 한정된 길이 안에서 좌우거동해야 하며, 축중이 높은 상용차량의 경우 피스톤의 직경이 증가되어야 하므로 로드의 활주거리는 제한을 받았다. 그러나, 본 발명의 스티어링 기어박스는 스티어링휠과 연결되는 제1기어박스와 유압을 통해 조타력을 보조하는 제2기어박스가 병렬로 연결되므로서 제한된 공간을 확보하여 로드의 스트로크(즉, 로드가 좌우로 활주할 수 있는 거리)를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 제1기어박스와 제2기어박스 간의 병렬 배치는 내부 공간의 여유가 증대되어 피스톤의 직경 증대를 더 용이하게 실현할 수 있다.

도 1 은 일반적인 랙앤피니언 방식 스티어링 시스템을 단순화하여 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어링 기어박스 구조를 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 랙앤피니언 방식 스티어링 시스템의 동작 순서를 도시한 순서도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어링 기어박스 구조를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 스티어링 기어박스(100)는 랙기어와 피니언이 치합하도록 연결된 제1기어박스(10)와 유압에 의해 활주하는 피스톤이 내장된 제2기어박스(20)가 병렬로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1기어박스(10)는 스티어링샤프트(61)를 통해 스티어링휠(60)의 회전력을 전달받아 회전하는 피니언과 제1로드(11)의 외주면에 형성된 랙기어가 치합된다(도 1 의 랙기어와 피니온의 치합구조 참조). 즉, 스티어링휠(61)의 회전방향에 따라 상기 제1로드(11)는 제1기어박스(10)에서 좌측 또는 우측으로 활주하도록 구성된다.

상기 제1기어박스(10)와 병렬로 배치되는 제2기어박스(20)의 내부에는, 유압라인(31)을 통한 제어밸브(30)의 유압 제공에 따라 좌우로 활주하는 피스톤이 장착되되 상기 피스톤은 제2로드(21)와 결합되도록 구성된다(도 1 의 피스톤 활주 구조 참조). 그리고, 상기 제2로드(21)는 제1로드(11)와 고정부재(40)를 통해 기계적으로 연결되어 연동하며 활주하게 된다.

참고적으로, 상기 고정부재(40)의 설치 위치는 제한받지 않으나 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 도 2 에 도시된 바와 같이 부트에서 노출된 제1로드(11)와 제2로드(21)의 끝단 부분에서 연결되는 것이 바람직하다. 한편, 제어밸브(30)는 제1기어박스(10)나 제2기어박스(20) 중 레이아웃 배치 상 유리한 곳에 장착될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 스티어링 기어박스(100)는 스티어링휠(60)에서 발생하는 운전자의 완력에 의한 조향력과 피스톤에서 발생하는 유압보조력이 결합하여 타이로드(50)를 활주시키도록 동작한다.

즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 운전자가 스티어링휠(60)을 조향시키면, 피니언과 랙기어의 치합에 의해 제1로드(11)가 좌우방향으로 활주함과 동시에 (스티어링샤프트의 회전을 감지하는 토크센서의 신호에 따라) 제어밸브(30)의 유압공급에 의해 제2로드(21)도 제1로드(11)와 동일방향으로 활주하게 된다.

따라서, 제1기어박스(10)에서 발생하는 기계적 힘과 제2기어박스(20)에서 발생하는 유압에 의한 힘이 합해져 제2로드(21)를 활주시키게 되고, 이에 따라 상기 제2로드(21)의 양끝단에 결합되어 전륜과 연결된 타이로드(50)는 직선운동을 하게 된다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 제1기어박스
11 : 제1로드
20 : 제2기어박스
30 : 제어밸브
40 : 고정부재
50 : 타이로드
60 : 스티어링휠
61 : 스티어링샤프트

Claims (2)

1. 스티어링휠의 회전력을 전륜으로 전달하여 차량을 조타하는 스티어링 기어박스 구조에 있어서,
   상기 스티어링 기어박스는, 스티어링휠과 연결된 제1기어박스;와 전륜과 연결된 타이로드들이 양끝단에 결합된 제2기어박스;가 결합되어 구성되되,
   상기 제1기어박스는, 스티어링휠의 조타에 따라 회전하는 피니언; 및 상기 피니언의 회전에 따라 좌우방향으로 활주하도록 피니언과 치합된 랙기어가 외주면에 형성된 제1로드;를 포함하고,
   상기 제2기어박스는, 상기 제1로드와 연동하여 활주하도록 결합되고 양끝단에 타이로드들이 각각 연결된 제2로드; 및 제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 제2로드를 활주시키는 피스톤;을 포함하는 스티어링 기어박스 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1로드와 제2로드는, 이격되어 평행하게 배치되고 제1로드 및 제2로드와 수직을 이루도록 연결된 고정부재의 각 끝단에 결합되어 연동하는 것을 특징으로 하는 스티어링 기어박스 구조.
   

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