KR20140135323A - 자동차의 조향장치 - Google Patents

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이주홍
권태근
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 종래의 조향장치에 비해서 자동차의 선회후 직진 복원성이 좋아지고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능이 향상되는 효과가 있게 된다.
또한, 자동차의 직진 복원성이 좋아져 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도가 높아지고 노면으로부터 역입력되는 충격을 댐핑하게 되는 효과가 있게 된다.

Description

자동차의 조향장치{Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 종래의 조향장치에 비해서 자동차의 선회후 직진 복원성이 좋아지고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능이 향상되며 또한, 자동차의 직진 복원성이 좋아져 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도가 높아지고 노면으로부터 역입력되는 충격을 댐핑하게 되는 자동차의 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
이러한 차량의 조향장치에는 운전석에 배치되는 조향휠과 이에 연결된 조향축, 그리고 조향축과 유니버셜 조인트(Universal Joint)를 통해 연결되는 기어박스 및 조향축을 차체에 고정시킬 수 있도록 그 외부에 장착되는 조향컬럼 등이 구비된다.
도 1은 종래의 조향장치의 일부 사시도이고, 도 2는 종래 조향장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1과 도 2에서 도시된 바와 같이 종래의 조향장치(100)는 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙피니언 기구부(130), 랙 기어(미도시)가 형성되어 있고 양단부에 이너 볼 조인트(Inner Ball Joint, 210)를 구비한 랙바(230), 이너 볼 조인트(210)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(110), 타이로드(110)와 연결된 타이로드 엔드(120), 타이로드 엔드(120)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(Outer Ball Joint, 125) 및 이너 볼 조인트(210)를 감싸는 벨로우즈(140)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성의 조향장치는 랙바(230)에 형성된 랙 기어부와 접하여 동력을 전달하는 피니언 기어를 포함하고 있어, 운전자가 조향휠을 회전시키면 회전력이 조향축(105)과 유니버셜 조인트(미도시)를 통하여 피니언 기어로 전달되며, 전달된 회전력은 랙과 피니언 기어에 의해 직선 방향의 힘으로 변화하여 랙바(230)를 직선운동시킨다.
또한, 조향장치는 랙 기어가 형성된 랙바(230)의 좌우측 단부에 이너 볼 조인트(210)가 구비되는데, 이너 볼 조인트(210)는 타이로드(110)와 연결되며, 타이로드(110)는 록너트(150)로 타이로드 엔드(120) 및 아우터 볼 조인트(125)와 연결되어 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된다.
이너 볼 조인트(210)는 구 형상의 볼부위(270)를 구비한 타이로드(110), 타이로드의 볼부위(270)를 감싸며 타이로드(110)와 랙바(230)를 연결시키는 볼 하우징(240), 타이로드의 볼부위(270)와 볼 하우징(240) 사이에 삽입되는 플라스틱 재질의 볼시트(250) 등이 서로 조립되어 연결되는 구조를 갖는다.
즉, 볼 하우징(240)의 내부면에 플라스틱 재질의 볼시트(250)를 삽입하고 여기에 타이로드의 볼부위(270)를 조립한 후 볼 하우징의 플렌지 끝단을 코킹(260)하여 고정시키는 구조로 되어 있다.
이와 같은 종래의 조향장치에 있어서, 운전자가 자동차의 선회후 직진시 복원력이 많이 소요되는 문제점이 있었고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 자동차의 직진 복원성이 낮음으로 인해 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도가 낮아지고 노면으로부터 역입력되는 충격으로 인해 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 종래의 조향장치에 비해서 자동차의 선회후 직진 복원성을 높이고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능을 향상시키며 또한, 자동차의 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도를 높이고 노면으로부터 역입력되는 충격을 댐핑하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 내부에서 랙바가 직선운동하는 랙하우징; 상기 랙바와 타이로드를 볼 조인트 결합시키는 볼하우징; 조향축의 회전시 상기 랙바의 위치를 자동차의 직진 위치로 복원시키는 힘을 보조할 수 있도록 일단은 상기 랙하우징 또는 랙부시와 결합되고 타단은 상기 볼하우징 또는 랙바의 끝단과 결합되어 상기 랙바의 축방향으로 탄성력을 제공하는 위치 복원부재를 포함하는 자동차의 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 조향장치에 비해서 자동차의 선회후 직진 복원성이 좋아지고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능이 향상되는 효과가 있게 된다.
또한, 자동차의 직진 복원성이 좋아져 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도가 높아지고 노면으로부터 역입력되는 충격을 댐핑하게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 조향장치의 일부를 도시한 사시도;
도 2는 종래의 조향장치의 일부를 도시한 단면도;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 조향장치 중 일부를 나타내는 부분단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 조향장치 중 일부를 나타내는 부분단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예는, 내부에서 랙바(305)가 직선운동하는 랙하우징(310); 상기 랙바(305)와 타이로드(303)를 볼 조인트 결합시키는 볼하우징(311); 조향축의 회전시 상기 랙바(305)의 위치를 자동차의 직진 위치로 복원시키는 힘을 보조할 수 있도록 일단은 상기 랙하우징(310) 또는 랙부시(330)와 결합되고 타단은 상기 볼하우징(311) 또는 랙바(305)의 끝단과 결합되어 상기 랙바(305)의 축방향으로 탄성력을 제공하는 위치 복원부재(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조향장치는 조향축과 결합되는 랙피니언 기구부(도 1의 130 참조), 랙피니언 기구부와 결합되는 랙바(305)는 양단부가 볼하우징(311)과 볼스터드(307)로 이루어지는 볼조인트를 매개로 타이로드(303)와 결합된다.
타이로드(303)는 랙바(305)의 중심축과 소정의 각도로 움직일 수 있도록 볼조인트를 매개로 랙바(305)와 결합되는데, 타이로드(303)의 외주면과 랙하우징(310)의 일단에는 벨로우즈(309)가 결합되어 있다.
랙하우징(310)과 타이로드(303)의 외주면에 결합되는 벨로우즈(309)는 랙바(305)의 직선 운동시 랙바(305)와 같이 움직이면서 수축과 팽창을 하게 되고, 타이로드(303)는 록너트(미도시)에 의해 타이로드 엔드(도 1의 120 참조) 및 아우터 볼 조인트(미도시)와 결합되어 타이어의 너클(Knuckle)을 움직임으로써 타이어의 조향을 이루게 되어 있다.
그리고, 운전자가 조향휠을 조작하게 되면, 조향축 하단에 결합되어 있는 랙피니언 기구부를 통해서 조향축의 회전 운동이 랙바(305)의 직선 운동으로 변환되어 랙바(305)가 랙하우징(310)을 따라서 슬라이딩하게 된다.
운전자가 자동차를 선회하기 위해 조향축의 풀턴시(도 5 참조) 즉, 조향축과 결합된 조향휠을 시계 방향이나 반시계 방향의 끝까지 회전시키는 경우, 랙바(305)가 대략 140~150 mm 의 스트로크를 갖게 되므로 선회후의 복원력이 운전자에게 많이 소요하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 조향축의 회전시 랙바(305)의 위치를 자동차의 직진 방향인 조향축의 중립 위치(도 4 참조)로 복원시키는 힘을 보조할 수 있도록 위치 복원부재(320)의 일단은 랙하우징(310) 또는 랙부시(330)와 결합되고 위치 복원부재(320)의 타단은 볼하우징(311)과 결합되어 랙바(305)의 축방향으로 탄성력을 제공하게 되어 있다.
즉, 랙바(305)의 축방향으로 탄성력을 갖는 위치 복원부재(320)의 일단을 랙하우징(310)이나 랙부시(330)에 고정하고 위치 복원부재(320)의 타단을 볼조인트의 볼하우징(311) 또는 랙바(305)의 끝단에 결합함으로써, 선회후 자동차의 직진 복원력을 보조하게 된다.
또한, 노면으로부터의 충격이 타이어와 타이로드(303)를 통해 랙바(305)와 랙하우징(310) 및 조향축에 전달되는 충격을 위치 복원부재(320)가 댐핑시키게 되어 있다.
여기서 위치 복원부재(320)는 어느 일측 단부로부터 반대측 단부쪽으로 코일의 권선 직경이 점차적으로 커지게 형성되는 코일 스프링으로 형성되며, 일측 단부로부터 반대측 단부쪽으로 코일 자체의 직경이 점차적으로 작아지게 형성된다.
또한, 본 발명의 위치 복원부재(320)는 압축 운동시 코일이 순차적으로 인접된 코일의 안쪽으로 삽입되며 경방향으로 중첩되어 조향축의 풀턴시 도 5에 도시된 것처럼 위치 복원부재(320)의 일측 단부에서 반대쪽 단부까지의 길이가 코일의 직경과 동일하게 형성된다.
따라서, 운전자가 자동차를 최소 회전 반경으로 선회하기 위해 조향축을 풀턴하는 경우에도 랙바(305)의 스트로크가 줄어들지 않게 되어 최소 회전 반경을 유지하게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 종래의 조향장치에 비해서 자동차의 선회후 직진 복원성이 좋아지고, 고속주행 중 미세 조타시 직진 주행성능이 향상되는 효과가 있게 된다.
또한, 자동차의 직진 복원성이 좋아져 킹핀 경사각이나 캐스터 각도의 설계 자유도가 높아지고 노면으로부터 역입력되는 충격을 댐핑하게 되는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
303: 타이로드 305: 랙바
307: 볼스터드 310: 랙하우징
311: 볼하우징 320: 위치 복원부재
330: 랙부시

Claims (4)

  1. 내부에서 랙바가 직선운동하는 랙하우징;
    상기 랙바와 타이로드를 볼 조인트 결합시키는 볼하우징;
    조향축의 회전시 상기 랙바의 위치를 자동차의 직진 위치로 복원시키는 힘을 보조할 수 있도록 일단은 상기 랙하우징 또는 랙부시와 결합되고 타단은 상기 볼하우징 또는 랙바의 끝단과 결합되어 상기 랙바의 축방향으로 탄성력을 제공하는 위치 복원부재;
    를 포함하는 자동차의 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 복원부재는 어느 일측 단부로부터 반대측 단부쪽으로 코일의 권선 직경이 점차적으로 커지게 형성되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 복원부재는 어느 일측 단부로부터 반대측 단부쪽으로 코일의 직경이 점차적으로 작아지게 형성되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 복원부재는 압축 운동시 순차적으로 인접된 코일의 안쪽으로 삽입되며 경방향으로 중첩되어 조향축의 최대 회전시 상기 위치 복원부재의 일측 단부에서 반대쪽 단부까지의 길이가 코일의 직경과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
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