KR20150146165A - 좌굴유도구조를 가지는 타이로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내향 충격 입력 발생 시 타이로드와 타이로드 엔드에 좌굴을 유도할 수 있는 구조를 부여하여, 사고 시에 최소한의 운행이 가능하게끔 해주는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 타이로드부의 사이즈를 국부적으로 축소시킨 최소경부에서 벤딩 모멘트가 집중되도록 하여 타이로드부의 좌굴을 유도하는 한편, 타이로드부의 최소경부에 서클링을 삽입하여 축력 발생 시에 대한 축방향 강성을 높일 수 있는 새로운 형태의 타이로드 좌굴유도 구조를 구현함으로써, 차량 슬립 발생에 의한 상황과 같은 고속 내향충격 발생 시 효과적으로 좌굴을 유도할 수 있는 등 사고 시에도 최소한의 운행이 가능하도록 할 수 있는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 제공한다.

Description

좌굴유도구조를 가지는 타이로드{Tie road with buckling guidance structure}

본 발명은 좌굴유도구조를 가지는 타이로드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내향 충격 입력 발생 시 타이로드와 타이로드 엔드에 좌굴을 유도할 수 있는 구조를 부여하여, 사고 시에 최소한의 운행이 가능하게끔 해주는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향장치는 차량의 주행방향을 운전자가 임의로 바꾸기 위한 장치로서, 조작기구, 기어기구, 링크기구 등으로 구성되어 있다.

그리고, 상기 링크기구는 피트먼 암, 드래그 링크, 너클, 타이로드 등으로 구성되어 있어서, 조작기구의 조작력을 기어기구를 통해 전달받아서 앞바퀴에 전달하고, 또한 좌우 바퀴의 위치 관계를 바르게 지지하는 역할을 한다.

예를 들면, 차량의 진행 방향을 결정하는 조향장치는 운전석에 마련된 조향휠, 상기 조향휠의 하측에 연결된 조향축, 상기 조향축와 교축 상태로 연결되어 조향휠로부터 전달된 회전력을 감속함과 아울러 동력전달방향을 전환하는 기어부, 기어부에서 제공되는 조작력을 차륜측으로 전달하는 타이로드 등을 포함한다.

여기서, 상기 기어부는 속이 빈 랙 하우징의 내부에 랙 바가 수평 방향으로 길게 설치된 구조로 되어 있어서, 조향축으로 부터 전달되는 조향 회전력을 수평운동으로 전환하게 되며, 이때의 랙 바의 양단은 타이로드를 매개로 차륜측과 연결된다.

따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 운전자가 조향휠(미도시)을 회전시키면 회전력이 조향축(미도시)과 유니버셜 조인트(미도시)를 통하여 피니언 기어(미도시)로 전달되고, 이렇게 전달된 회전력은 기어부(100)에 의해 직선 방향의 힘으로 변화하여 랙바(110)를 직선운동시키게 되며, 이러한 랙바(110)의 직선운동은 이에 연결된 타이로드(120)와 타이로드엔드(130)에 전달되어 궁극적으로 바퀴를 회전시키게 된다.

여기서, 미설명 부호 140은 너클을 나타낸다.

이와 같은 타이로드 및 타이로드엔드 등을 포함하는 차량의 조향구조는 한국공개특허 10-2013-0135504호에 개시되어 있다.

한편, 빗길이나 눈길과 같은 마찰력이 저감되어 있는 노면 상황에서 차량 주행 중 과도한 조타에 의한 슬립발생 및 운전 미숙으로 인해 도로 연석에 충돌하게 되면, 휠 센터 하단 및 조향각이 과대할 경우에 충격에너지가 타이로드나 랙바 등으로 분산되어 일반적인 경우 타이로드나 랙바의 좌굴 및 파단이 발생하면서 주행이 불가능하게 된다.

차량 개발 시 현가시스템의 강건성을 검증하기 위한 시험모드로 서스펜션 내향충격강도시험을 하며, 직진 및 풀턴 조향상황 등을 감안해서 두가지 조건에서 시험을 하여 현가부품 계통에 파손이 없는지 유무를 기준으로 개발시험을 대응하게 된다.

개발 과정 시에는 내향충격 테스트나 실차 커브임펙트시험 등으로 타이로드부의 경이나 지오메트리를 달리하여 시험기준에 만족하는 설계를 하게 되지만, 이는 근본적인 해결책이라고 할 수 없으며, 필드에서 사고상황 발생 시 부품 변형 및 파손 발생에 의한 고객불만 사항으로 문제시 되고 있다.

또한, 개발기준 만족을 위해 타이로드 및 랙바의 강성 튜닝을 위한 M/H 및 원가 상승의 원인이 되기도 한다.

예를 들면, 내향충격입력 발생 시 타이로드엔드 및 타이로드에서의 좌굴을 유도하기 위해 타이로드 경을 축소하여 사양을 결정하기도 하며, 재질을 변경하는 등 다양한 시험의 반복으로 개선평가가 이루어져 많은 M/H의 소요가 발생한다.

하지만, 타이로드부의 강성이 높을 시에는 큰 충격에도 좌굴이 발생하지 않고, 충격이 랙바에 집중되어 랙바 및 기어박스 하우징이 파손되면서 주행이 불가능하게 되며, 또는 강성이 너무 약할 시에는 작은 충격에도 변형이 이루어지거나, 스티어링 조타 시의 강성부족으로 개발성능을 불만족하는 경우가 발생하게 되므로, 최적설계를 하는데 많은 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 타이로드부의 사이즈를 국부적으로 축소시킨 최소경부에서 벤딩 모멘트가 집중되도록 하여 타이로드부의 좌굴을 유도하는 한편, 타이로드부의 최소경부에 서클링을 삽입하여 축력 발생 시에 대한 축방향 강성을 높일 수 있는 새로운 형태의 타이로드 좌굴유도 구조를 구현함으로써, 차량 슬립 발생에 의한 상황과 같은 고속 내향충격 발생 시 효과적으로 좌굴을 유도할 수 있는 등 사고 시에도 최소한의 운행이 가능하도록 할 수 있는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드는 다음과 같은 장점이 있다.

상기 좌굴유도구조를 가지는 타이로드는 기어박스의 랙바측에 연결되는 타이로드와, 한쪽은 타이로드에 나사체결 구조로 연결되는 동시에 다른 한쪽은 바퀴측에 연결되는 타이로드엔드와, 상기 타이로드의 수나사부에 체결되는 타이로드엔드 체결너트 등을 포함한다.

특히, 상기 타이로드는 수나사부와 몸체부 사이에서 몸체부 보다 상대적으로 작은 직경으로 형성되는 소경부를 포함하며, 내향 충격 입력 발생 시 타이로드엔드의 1차 좌굴 후에 타이로드의 소경부가 2차 좌굴되면서 충격에너지를 저감시킬 수 있는 특징이 있다.

그리고, 상기 타이로드에는 소경부의 둘레에 배치됨과 더불어 수나사부에 체결되는 서클링 체결너트(16)와 몸체부 사이에 양단지지되는 서클링을 포함시켜서, 축력 발생 시 서클링을 통해 축방향 강성을 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드는 다음과 같은 효과가 있다.

운행 중 차량 슬립발생에 의한 풀턴 충격강도 상황 발생 시 타이로드 어셈블리 부품이 파단되지 않고 좌굴이 유도됨으로써, 사고 시에도 최소한의 운행이 가능하다.

이와 같은 개발 목표 만족을 위해 풀턴 내향충격강도 시험 시 타이로드 어셈블리 부품은 최소한의 강성 목표만족 및 특정하중 이상 발생 시 좌굴이 유도되어야만 2가지 성능만족을 위해 튜닝이 어려운 부품 중의 하나이며, 이러한 목표 만족을 위해 소료되는 M/H를 본 발명의 기술 적용을 통해 해결할 수 있다.

그리고, 최소강성은 굴곡형 타이로드엔드부의 단면두께에 의해 정해지며, 타이로드엔드부의 1차 좌굴발생 후 타이로드의 그루브에서 2차 좌굴을 유도함으로써 추가적인 에너지가 기어박스의 랙바 및 치형으로 전달됨으로 인해 발생되는 파손을 방지할 수 있고, 2차 좌굴을 자연스럽게 유도함으로써 충격에너지를 저감할 수 있다.

즉, 타이로드엔드가 너무 약해서 강성이 미달되면, 저속충격 내지는 주행 중 스티어링 입력 시 강성부족으로 차량의 주행성능이 저감된다.

또는 타이로드 강성이 특정 하중 이상에서 좌굴이 되지만 타이로드엔드와 체결된 타이로드부에서 2차 좌굴이 유도되지 않게 되면, 결국 발생된 충격에너지가 랙바까지 전달되어 랙치형이 파손되거나, 랙하우징이 파손되어 주행이 불가능한 상황이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서 제공하는 기술 적용 시 최소강성 만족 및 특정하중 이상 발생 시 두 차례에 걸쳐 자연스럽게 좌굴이 유도됨으로써 충격에너지를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 나타내는 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 나타내는 결합 사시도
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드에서 좌굴이 일어나는 과정을 나타내는 단면도
도 4는 차량의 타이로드 및 타이로드엔드를 나타내는 사시도

본 발명의 타이로드는 고속 내향충격 발생 시 좌굴을 유도하기 위해 타이로드 부위에 그루브 가공 등을 통해 사이즈를 국부적으로 축소시켜 형성한 소경부를 구비하여, 이때의 소경부에 밴딩 모멘트가 집중될 수 있도록 함으로써, 좌굴을 통해 충격에너지를 저감시킬 수 있으며, 결국 기어장치의 랙바 및 치형이 파손되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 일반적인 주행 상황에서는 조타 발생 시 타이로드 부품은 양 끝단부가 볼조인트 구조로 순수하게 축력을 받으므로, 타이로드에 있는 소경부의 강성부족으로 인해 타이로드가 휘청거릴 수 있게 된다.

이를 방지하기 위해 타이로드의 소경부 둘레에 서클링을 삽입하여 축력 발생 시에는 단면계수를 유지해서 축방향 강성을 높일 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명의 타이로드는 일반적인 주행 시에는 축방향으로 높은 강성을 유지하다가, 전조타 내향충격에 의한 굽힘 모멘트가 발생하는 상황 시에는 서클링이 제위치를 벗어남과 더불어 소경부에서 좌굴이 발생하도록 한 구조로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드를 나타내는 결합 사시도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 조향장치에 있는 기어박스의 랙바에 한쪽이 볼조인트로 연결되는 타이로드(10)와 한쪽은 타이로드(10)에 나사체결 구조로 연결됨과 더불어 다른 한쪽은 바퀴에 있는 너클측에 볼조인트로 연결되는 타이로드엔드(11)가 마련된다.

상기 타이로드(10)는 랙바측으로 연결되는 몸체부(14)와 타이로드엔드측으로 연결되는 수나사부(12)를 포함하며, 이때의 몸체부(14)는 볼조인트 구조로, 수나사부(12)는 나사체결 구조로 랙바측과 타이로드엔드측에 각각 연결된다.

이러한 타이로드(10)에는 몸체부(14)에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지는 소경부(15)가 구비되며, 이러한 소경부(15)는 수나사부(12)와 몸체부(14) 사이에 형성된다.

이에 따라, 상기 타이로드(10)는 고속 내향 충격 발생 시 1차 타이로드엔드(11)의 좌굴에 이어 소경부(15)를 이용하여 2차로 좌굴될 수 있게 된다.

여기서, 상기 소경부(15)의 경우에 몸체부(14)나 수나사부(12)에 비해 상대적으로 직경이 가장 작기 때문에 타이로드 전체 길이구간 중에서 가장 취약한 부분인 관계로 이 부분에서 좌굴이 쉽게 유도될 수 있게 된다.

이때의 타이로드(10)의 소경부(15)는 그루브 가공 등을 통해 형성할 수 있게 된다.

상기 타이로드엔드(11)는 타이로드(10)와 나란하게 배치되면서 한쪽 단부에 형성되어 있는 암나사부(18)를 이용하여 타이로드(10)의 수나사부(12)에 체결되는 구조로 결합된다.

이렇게 결합되는 타이로드(10)와 타이로드엔드(11)는 암나사부(18)와 수나사부(12) 간의 나사체결 정도에 따라 서로가 만드는 전체 길이가 조절될 수 있게 된다.

그리고, 상기 타이로드(10)의 수나사부(12)에는 2개의 너트, 즉 타이로드엔드 체결너트(13)와 서클링 체결너트(16)가 체결된다.

이때, 상기 타이로드엔드 체결너트(13)는 타이로드엔드(11)의 길이 조절된 상태, 즉 타이로드엔드(11)의 체결상태가 풀리지 않도록 고정시켜주는 역할을 하게 되고, 상기 서클링 체결너트(16)는 후술하는 서클링(17)이 움직이지 않도록 잡아주는 역할을 하게 된다.

특히, 정상 주행 시나 저속 충격 시에 스티어링 입력에 대한 강성확보를 위한 수단으로 서클링(17)이 마련된다.

즉, 소경부(15)로 인해 타이로드(10)의 강성이 약해지게 되면, 스티어링 입력 시 강성부족으로 차량의 주행성능이 저감될 수 있기 때문에 이를 보완하기 위한 수단으로 서클링(17)이 마련된다.

이러한 서클링(17)은 원통형 부재로서, 타이로드(10)에 형성되어 있는 소경부(15)의 둘레에 동심원상으로 배치되고, 이렇게 배치되는 서클링(17)은 타이로드(10)의 수나사부(12)에 체결되는 서클링 체결너트(16)의 한쪽면과 타이로드(10)에 있는 몸체부(14)의 한쪽면 사이에 양단 지지되는 구조로 설치된다.

즉, 상기 서클링(17)을 타이로드(10)의 수나사부(12)를 통해 삽입함과 더불어 소경부(15)의 둘레에 위치시키고, 타이로드(10)의 수나사부(12)에 서클링 체결너트(16)를 체결하여 서클링 단부를 가압하면, 서클링(17)은 서클링 체결너트(16)와 몸체부(14) 사이에 끼워진 상태로 고정될 수 있게 되고, 결국 축력 발생 시 서클링(17)을 이용하여 축방향 강성을 확보할 수 있게 된다.

여기서, 상기 서클링(17)의 경우 설치 시 타이로드(10)의 중심축선과 동축구조를 이룰 수 있도록 하여, 서클링 전체 단면을 통해 축방향으로의 강성을 발휘할 수 있도록 설치하는 것이 바람직하다.

따라서, 이와 같이 구성되는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드에서 충격 발생 시 타이로드 좌굴 발생 경로를 살펴보면 다음과 같다.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌굴유도구조를 가지는 타이로드에서 좌굴이 일어나는 과정을 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 3c에 도시한 바와 같이, 정상적인 주행 시나 저속 충격 시의 경우 타이로드(10)에 있는 볼조인트와 타이로드엔드(11)에 있는 볼조인트 간 중심선과 타이로드(10)의 중심선이 서로 일치하면서 축력만 발생하게 된다.

즉, 타이로드(10)가 좌굴되기 전까지는 타이로드(10)의 소경부(15) 및 서클링(17)이 있는 부위는 축력만 받기 때문에 축방향 하중에 대해 강건하여, 스티어링 입력에 대한 기본 강성을 확보할 수 있게 된다.

한편, 운행 중 차량 슬립 등에 의한 풀턴 충격강도 상황 발생 시의 경우 타이로드엔드(11)의 1차 좌굴 발생 후, 타이로드(10)의 중심선과의 옵셋이 발생함에 따라 벤딩 모멘트가 발생하게 된다.

계속해서, 상기 타이로드엔드(11)에 좌굴이 발생하게 되면, 타이로드(10)의 소경부(15)에 있는 서클링(15)은 벤딩 모멘트 발생으로 타이로드 중심선상으로부터 벗어나 이탈됨과 더불어 변형되고, 이와 동시에 타이로드(10)의 소경부(15)에서 2차 좌굴이 일어나게 된다.

물론, 타이로드 소경부(15)의 좌굴 시 서클링(15) 또한 좀더 변형될 수 있게 된다.

예를 들면, 시제품 제작 후, 원리시험 시 타이로드 기존 단면 Ø16을 Ø12 수준으로 단면계수를 30% 수준으로 감소시킨 단면부(소경부)에 두께 1.5mm의 서클링 장착 후, 단품 좌굴강도 평가결과 기존 부품 2ton, 본 발명의 부품 1.9ton 수준으로 좌굴강도가 평가되었으며, 서클링 이탈 후 소경부에서 좌굴이 자연스럽게 유도되어 기존 부품들과 같은 나사산부 파손없이 좌굴이 유도되었다.

이와 같이, 본 발명에서는 충격 발생 시 타이로드엔드의 1차 좌굴 구조 및 타이로드의 소경부 2차 좌굴 구조를 적용함으로써, 자연스럽게 유도되는 좌굴로 인해 충격 에너지를 저감시킬 수 있으며, 결국 기어박스의 랙바 및 치형의 파손을 방지할 수 있는 등 사고 시에도 최소한의 운행을 할 수 있다.

또한, 타이로드의 소경부에 서클링을 적용하여 축력 발생 시 단면계수를 유지함으로써, 축방향 강성을 높일 수 있는 등 스티어링 입력 시 차량의 주행성능을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명의 타이로드는 풀턴 내향충격 시 타이로드 어셈블리 부품의 최소한의 강성 만족 및 특정 하중 이상 발생 시 원활한 좌굴 유도의 두 가지 성능을 만족할 수 있다.

10 : 타이로드
11 : 타이로드엔드
12 : 수나사부
13 : 타이로드엔드 체결너트
14 : 몸체부
15 : 소경부
16 : 서클링 체결너트
17 : 서클링
18 : 암나사부

Claims (2)

1. 기어박스의 랙바측에 연결되는 타이로드(10)와, 한쪽은 타이로드(10)에 나사체결 구조로 연결되는 동시에 다른 한쪽은 바퀴측에 연결되는 타이로드엔드(11)와, 상기 타이로드(10)의 나사부(12)에 체결되는 타이로드엔드 체결너트(13)를 포함하며,
   상기 타이로드(10)는 수나사부(12)와 몸체부(14) 사이에서 몸체부(14) 보다 상대적으로 작은 직경으로 형성되는 소경부(15)를 포함하여, 내향 충격 입력 발생 시 타이로드엔드(11)의 1차 좌굴 후에 타이로드(10)의 소경부(15)가 2차 좌굴되면서 충격에너지를 저감시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 타이로드(10)는 소경부(15)의 둘레에 배치됨과 더불어 수나사부(12)에 체결되는 서클링 체결너트(16)와 몸체부(14) 사이에 양단지지되는 서클링(17)을 포함하며, 축력 발생 시 서클링을 통해 축방향 강성을 확보할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 좌굴유도구조를 가지는 타이로드.

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