KR20150047984A - 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치 Download PDF

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Abstract

전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치는: 랙바의 둘레에 배치되어 후방 이동하는 요크와, 요크의 후면과 이격되게 배치되는 요크플러그와, 요크와 요크플러그 사이에 구비되고, 요크 작동시 저하중을 지지하고, 요크 충격시 고하중을 지지하는 탄성지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치{RATTLE PREVENTING DEVICE OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING}
본 발명은 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 요크와 요크플러그 사이에 탄성지지부를 구비하여 요크 작동시에는 저하중을 지지하고, 요크 충격시에는 고하중을 지지하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 진행방향을 변경하기 위해 마련되는 스티어링 시스템은 차량의 운전석에 마련된 스티어링 휠과 이에 연결된 스티어링컬럼, 및 스티어링컬럼과 교축되도록 배치되는 스티어링 기어박스(steering gear box)를 포함한다.
이때, 스티어링 기어박스를 형성하는 랙하우징의 내부에는 축방향으로 슬라이딩 이동되는 랙바(rack bar)가 마련되어 스티어링휠과 스티어링컬럼을 통해 전달된 조향 동력(조타력)을 그 외부 양측의 조향 륜으로 전달하게 된다.
도 1은 기존의 스티어링 시스템의 기어박스의 서포트 요크 조립체 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 조립 상태 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스티어링 기어박스의 서포트 요크 조립체에서, 내부에 중공이 마련되는 랙하우징(2)와, 랙하우징(2) 내에서 슬라이딩 이동하는 랙바(4)와, 랙바(4)의 외측면을 가압하여 지지하는 요크(6), 요크(6)를 탄성력으로 가압하는 코일스프링(7)과, 요크(6) 및 코일스프링(7)을 고정하도록 랙하우징(2)에 결합되는 요크 플러그(8)를 포함하여 이루어진다. 요크(6)의 전면에는 랙바(4)의 외측면에 접촉되는 요크라이너(1)가 구비될 수 있다.
랙바(2)는 중간 일측에 랙(rack)이 형성되어 이를 통해 스티어링컬럼 측의 피니언 샤프트(pinion, 9)의 피니언기어와 연결되어, 피니언 샤프트(9)에 의한 직접적인 동력전달에 의해 랙하우징(2)의 내부에서 슬라이딩 이동된다.
요크(6)는 랙하우징(2)에 결합되어 요크라이너(1)를 거쳐 랙바(4)를 가압하여 랙바(4)와 피니언 샤프트(9)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달되게 해주고, 외주면에 요홈을 가공 형성하고 이 요홈에 유격을 보상하기 위한 다수의 오링(5)을 설치한다.
한편, 도 2를 참조하면, 요크(6)의 후면과 요크플러그(8)의 전면 사이에는 요크(6)의 후방 이동을 고려하여 0.08mm 정도의 요크 유격을 형성한다. 이때, 코일스프링(7)은 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 변위(x축)와 하중(y축)에 대한 그래프에서 정비례 관계를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명에 대한 배경기술은 대한민국 특허공개 제2007-0092018호(2007.09.12 공개)인 "랙 피니언 방식 조향장치의 자동 유격보상장치"가 제안된 바 있다.
기존에는 차량이 속도 방지턱, 포트홀, 자갈길 등의 험로를 주행할 때 대하중의 충격하중이 랙바로 역 입력되어 요크가 코일스프링을 압축하여 후방으로 밀리면서 요크플러그의 전면에 부딪쳐 래틀 노이즈(Rattle Noise)가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 기존의 코일스프링은 저하중이 가해질 때나 고하중이 가해질 때나 어떤 경우에도 변위와 하중 간에 정비례 관계를 나타내어 충격 흡수 능력이 현저하게 저하되므로 래틀 노이즈를 방지할 수 없는 근본적인 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 요크와 요크플러그 사이에 탄성지지부를 구비하여 요크 작동시에는 저하중을 지지하고, 요크 충격시에는 고하중을 지지하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치는, 랙바의 둘레에 배치되어 후방 이동하는 요크; 상기 요크의 후면과 이격되게 배치되는 요크플러그; 및 상기 요크와 상기 요크플러그 사이에 구비되고, 상기 요크 작동시 저하중을 지지하고, 상기 요크 충격시 고하중을 지지하는 탄성지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성지지부는, 상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 형성되는 장착부; 및 상기 장착부에 설치되고, 상기 요크플러그의 전측 또는 상기 요크의 후측에 형성된 접촉부에 탄성 지지되는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장착부는 상기 요크 또는 상기 요크플러그의 중심부에 원형돌기 형태로 형성되고, 상기 장착부의 외측에는 상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 받침면이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장착부의 둘레는 상기 탄성부재가 접촉되는 장착면에서 반경방향으로 경사지게 형성되는 경사부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성부재는 판스프링 또는 접시스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성지지부가 저하중을 지지하는 경우는, 상기 접촉부가 상기 탄성부재를 밀어 줌에 따라 상기 탄성부재의 단부 모서리가 상기 받침면에 접촉되는 지점 까지의 작동영역(a)에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동영역(a)에서의 그래프는, 변위가 증가함에 따라 하중이 완만하게 증가하다가 기울기가 급속하게 증가하는 포물선 그래프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성지지부가 고하중을 지지하는 경우는, 상기 탄성부재의 단부 모서리가 상기 받침면에 접촉되는 지점부터 상기 접촉부가 상기 탄성부재를 완전 밀착될 때까지 밀어주는 지점까지의 충격영역(b)에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격영역(b)에서의 그래프는 완만한 기울기를 갖는 제1경사구간(L1); 및 상기 제1경사구건(L1)에 연이어 급속한 기울기를 갖는 제2경사구간(L2)을 포함하는 그래프로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성지지부는 고정부에 의해 상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부는, 상기 장착부의 중심부에서 돌출 형성되고 상기 탄성부재의 삽입공이 끼워지는 나사부재; 및 상기 나사부재에 체결되어 상기 탄성부재를 가압하여 고정하는 조임부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치는, 요크와 요크플러그 사이에 탄성지지부를 구비하여 요크 작동시에는 저하중을 지지하고, 요크 충격시에는 고하중을 지지하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 전동식 파워 스티어링의 요크조립체 분해 서시도이다.
도 2는 종래에 따른 전동식 파워 스티어링의 요크조립체 조립 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치의 조립 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 요크의 이동에 의한 변위와 하증 간의 그래프를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크 작동 전 상태의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크가 작동영역(a)에서 이동하는 상태도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크가 작동영역(b)에서 이동하는 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치의 조립 단면도이며. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 요크의 이동에 의한 변위와 하증 간의 그래프를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크 작동 전 상태의 확대 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크가 작동영역(a)에서 이동하는 상태도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크가 작동영역(b)에서 이동하는 상태도이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치는, 랙바(4)의 둘레에 배치되어 후방 이동하는 요크(10)와, 요크(10)의 후면과 이격되게 배치되는 요크플러그(20)와, 요크(10)와 요크플러그(20) 사이에 구비되고, 요크(10) 작동시 저하중을 지지하고, 요크(10) 충격시 고하중을 지지하는 탄성지지부(30)를 포함한다.
요크(10)는 랙바(4)의 측면에 접촉되어 설치되도록 랙하우징(2)의 내부에 전후 이동가능하게 설치된다.
요크(10)는 전 후 이동시 랙하우징(2)의 내주면과 밀봉하도록 외주면에 함몰된 형성된 홈부에 오링(6)이 설치된다.
요크플러그(20)는 요크(10)의 후방에 배치되어 요크(10)의 후방 이동에 의해 탄성 수축되는 탄성지지부(30)의 하중을 지지한다.
요크플러그(20)의 외주면에는 수나사가 형성되어 랙하우징(2)의 암나사에 체결되어 결합될 수 있다.
요크플러그(20)의 전면 중심부에는 탄성지지부(30) 및 후술하는 고정부(40)가 수용될 수 있도록 수용홈부(22)가 형성된다. 수용홈부(22)는 다양한 형상을 갖는 공간부이다.
탄성지지부(30)는 판재 형태의 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.
탄성지지부(30)는, 요크(10)의 후측 또는 요크플러그(20)의 전측에 형성되는 장착부(32)와, 장착부(32)에 설치되고, 요크플러그(20)의 전측 또는 요크(10)의 후측에 형성된 접촉부(38)에 탄성 지지되는 탄성부재(34)를 포함한다.
장착부(32)는 요크(10) 또는 요크플러그(20)의 중심부에 원형돌기 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
물론, 장착부(32)는 요크(10) 또는 요크플러그(20)의 중심부 뿐만아니라 다양한 다른 위치에 형성될 수 있다.
여기서, 장착부(32)는 양각 뿐만 아니라 음각 형태로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도면에서는 장착부(32)는 요크(10)의 후면(배면)에 형성되고, 양각 형태로 형성되는 상태를 도시하고, 접촉부(38)는 요크플러그(20)의 전면 가장자리 부위에 링 형태로 돌출 형성되어 탄성부재(34)의 가장자리 부위를 가압하는 상태로 도시하도록 한다.
장착부(32)의 외측에는 요크(10)의 후측 또는 요크플러그(20)의 전측에 받침면(36)이 마련될 수 있다. 이 받침면(36)은 탄성지지부(30)의 탄성부재(34)가 요크(10)의 후방 이동으로 요크 유격을 좁히면서 젖혀질 때, 탄성부재(34)가 접촉 지지되는 면이다.
이때, 요크 유격은 탄성부재(34)의 전면과 요크(10)의 닫침면(36) 사이의 변위이다. 요크 유격은 후술하는 작동영역(a)의 변위와 충격영역(b)의 변위의 합이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 요크 유격은 0.05mm ~ 0.20mm 범위의 변위을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 가장 적절한 요크 유격은 0.15mm정도 일 수 있다.
탄성부재(30)는 판스프링 또는 접시스프링 등과 같이, 판재 형태의 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.
판스프링(또는 접시스프링)은 코일스프링이 변위에 대한 하중의 정비례 그래프와 달리 변위가 점차적으로 커질수록 하중 지지력이 더욱 더 커지는 포물선 그래프로 이루어진다.
장착부(32)의 둘레는 탄성부재(34)가 접촉되는 장착면(33)에서 반경방향으로 점차 경사지게 형성되는 경사부(35)가 마련된다.
도 4 및 도 6 내지 도 7을 참조하면, 경사부(35)는 장착부(32)의 장착면(33) 외측 가장자리에서 요크(10)의 후방에 위치한 받침면(36)으로 경사지게 연결되는 부위이다.
경사부(35)는 요크(10)의 후방 이동으로 요크플러그(20)의 접촉부(38)가 탄성부재(24)를 전측으로 밀어줄 때, 굴곡되는 탄성부재(24)가 장착부(32)의 모서리에 급격하게 부딪치면서 꺽여서 탄성 한계를 넘는 것을 방지한다.
탄성부재(34)가 탄성 한계를 넘어서면 원상복귀가 어려우므로 경사부(35)를 이용하여 이를 방지해야 한다. 즉, 경사부(35)는 탄성부재(34)가 부드럽게 휘어지도록 안내주는 역할을 수행한다.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 탄성지지부(34)가 저하중을 지지하는 경우는, 접촉부(38)가 탄성부재(34)를 밀어 줌에 따라 탄성부재(34)의 단부 모서리(37)가 받침면(36)에 접촉되는 지점까지의 작동영역(a)에서 이루어진다.
작동영역(a)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 요크(10)가 작동하기 전 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)의 단부 모서리가 받침면(36)에 접촉되는 상태까지의 영역이다.
작동영역(a)에서의 그래프는, 변위(x축)가 증가함에 따라 하중(y축)이 완만하게 증가하다가 기울기가 급속하게 증가하는 포물선 그래프로 이루어진다.
이와 같이, 작동영역(a)은 요크(10)가 차량의 일반적인 도로 주행상황에서의 랙바(4)의 작동에 의해 전후 동작할 때, 탄성부재(34)의 1차 탄성 지지력이 요크(10)의 후측에 가해지는 구간이다.
작동영역(a)은 1차변위 구간에서 이루어지며, 탄성부재(34)가 작은 하중 지지력을 갖는다.
한편, 탄성지지부(30)가 고하중을 지지하는 경우는, 탄성부재(34)의 외측 단부 모서리(53)가 받침면(36)에 접촉되는 지점부터 접촉부(38)가 탄성부재(34)를 완전 밀착될 때까지 밀어주는 지점까지의 충격영역(b)에서 이루어진다.
충격영역(b)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)의 단부 모서리(53)가 받침면(36)에 접촉되는 상태에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)가 접촉부(38)에 의해 받침면(36)과 완전하게 밀착되는 상태까지의 영역이다.
이와 같이, 충격영역(b)은 요크(10)가 차량의 속도 방지턱, 포트홀, 자갈길 등의 험로 주행상황에서의 랙바(4)의 충격에 의해 전후 동작할 때, 탄성부재(34)의 2차 탄성 지지력이 요크(10)의 후측에 가해지는 구간이다.
충격영역(b)은 1차 변위구간을 포함한 2차 변위구간에서 이루어지는 것으로서, 탄성부재(34)가 큰 하중 지지력을 가진다.
충격영역(b)에서 판성부재(34)의 단면 형상은 완만한 "S"자 형태로 이루어질수 있다.
충격영역(b)에서의 그래프는 완만한 기울기를 갖는 제1경사구간(L1)과, 제1경사구건(L1)에 연이어 급속한 기울기를 갖는 제2경사구간(L2)을 포함하는 그래프로 이루어진다.
제1경사구간(L1)은 탄성부재(30)의 단부 모서리(37)가 요크(10)의 받침면(36)에서 접촉되어 슬립이 발생되는 구간이다. 이 제1경사구간(L1)은 하중지지력이 약하므로 변위에 대한 하중의 기울기가 작게 형성된다.
제2경사구간(L2)은 탄성부재(30)의 단부 모서리(37)가 요크(10)의 받침면(36)에서 접촉되어 슬립이 완료되고 접촉에 의한 하중 지지력이 커지는 구간이다. 이 제2경사구간(L1)은 하중지지력이 크므로 변위에 대한 하중의 기울기가 크게 형성된다.
탄성지지부(30)는 고정부(40)에 의해 요크(10)의 후측 또는 요크플러그(20)의 전측에 고정되는 구성이다.
고정부(40)는, 장착부(32)의 중심부에서 돌출 형성되고 탄성부재(34)의 삽입공(43)이 끼워지는 나사부재(42)와, 나사부재(42)에 체결되어 탄성부재(34)를 가압하여 고정하는 조임부재(44)를 포함하여 이루어진다.
나사부재(42)는 외주면에 나사산이 형성되는 나사축이다.
조임부재(44)는 탄성부재(34)를 장착부(32)의 장착면(33) 측으로 가압하여 고정하는 구성이다.
고정부(40)는 탄성부재(34)를 장착부(32)의 장착면에 코킹 또는 압입에 의해 일체로 부착할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시에에 따른 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치는, 요크(10)와 요크플러그(20) 사이에 탄성지지부(30)를 구비하여 요크(10) 작동시에는 저하중을 지지하고, 요크(10) 충격시에는 고하중을 지지하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
2 : 랙하우징 4 : 랙바
6 : 오링 10 : 요크
20 : 요크플러그 30 : 탄성지지부
32 : 장착부 33 : 장착면
34 : 탄성부재 35 : 경사부
36 : 받침면 38 : 받침면
40 : 고정부 42 : 나사부재
43 : 삽입공 44 : 조임부재

Claims (11)

  1. 랙바의 둘레에 배치되어 후방 이동하는 요크;
    상기 요크의 후면과 이격되게 배치되는 요크플러그; 및
    상기 요크와 상기 요크플러그 사이에 구비되고, 상기 요크 작동시 저하중을 지지하고, 상기 요크 충격시 고하중을 지지하는 탄성지지부;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는,
    상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 형성되는 장착부; 및
    상기 장착부에 설치되고, 상기 요크플러그의 전측 또는 상기 요크의 후측에 형성된 접촉부에 탄성 지지되는 탄성부재;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 장착부는 상기 요크 또는 상기 요크플러그의 중심부에 원형돌기 형태로 형성되고,
    상기 장착부의 외측에는 상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 받침면이 마련되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 장착부의 둘레에는 상기 탄성부재가 접촉되는 장착면에서 반경방향으로 경사지게 형성되는 경사부가 마련되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 탄성부재는 판스프링 또는 접시스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 탄성지지부가 저하중을 지지하는 경우는, 상기 접촉부가 상기 탄성부재를 밀어 줌에 따라 상기 탄성부재의 단부 모서리가 상기 받침면에 접촉되는 지점 까지의 작동영역(a)에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 작동영역(a)에서의 그래프는, 변위가 증가함에 따라 하중이 완만하게 증가하다가 기울기가 급속하게 증가하는 포물선 그래프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  8. 제 3항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 탄성지지부가 고하중을 지지하는 경우는, 상기 탄성부재의 단부 모서리가 상기 받침면에 접촉되는 지점부터 상기 접촉부가 상기 탄성부재를 완전 밀착될 때까지 밀어주는 지점까지의 충격영역(b)에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 충격영역(b)에서의 그래프는 완만한 기울기를 갖는 제1경사구간(L1); 및 상기 제1경사구건(L1)에 연이어 급속한 기울기를 갖는 제2경사구간(L2)을 포함하는 그래프로 이루어진 것을 특징으로 하는 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 탄성지지부는 고정부에 의해 상기 요크의 후측 또는 상기 요크플러그의 전측에 고정되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 장착부의 중심부에서 돌출 형성되고 상기 탄성부재의 삽입공에 끼워지는 나사부재; 및
    상기 나사부재에 체결되어 상기 탄성부재를 가압하여 고정하는 조임부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링의 래틀 방지장치.
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