KR20160041486A - 전동식 파워스티어링의 유격방지장치 - Google Patents

전동식 파워스티어링의 유격방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향 시 스티어링휠에 들어가는 힘을 모터로 보조하는 전동식 파워스티어링에서 웜샤프트의 축방향 및 경방향 유격/충격을 흡수해주는 유격방지장치에 관한 것이다.
본 발명은 MDPS 감속기의 웜샤프트 경방향 및 축방향 유격/충격 흡수를 위해 경방향 및 축방향 지지력 조절 보이드(Void)를 구비한 탄성 부시를 적용하여, 웜샤프트의 경방향 및 축방향 유격 조절 및 충격 흡수가 가능한 새로운 형태의 유격방지수단을 구현함으로써, 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화는 물론, 원가 및 중량을 절감할 수 있고 패키지 최소화를 도모할 수 있는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치를 제공한다.

Description

전동식 파워스티어링의 유격방지장치{Anti rattle device for motor-driven power steering}
본 발명은 전동식 파워스티어링의 유격방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향 시 스티어링휠에 들어가는 힘을 모터로 보조하는 전동식 파워스티어링에서 웜샤프트의 축방향 및 경방향 유격/충격을 흡수해주는 유격방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 파워스티어링(Motor-Driven Power Steering;MDPS)은 스티어링휠에 연결되어 있는 센서를 통해 감지된 신호가 차량의 속도 등을 고려하여 알맞게 모터를 작동시킴으로써, 차량의 방향 전환 능력을 보조하는 장치로서, 최근 출시되는 차량들에 많이 장착되고 있는 추세이다.
예를 들면, 조향 시 스티어링휠에 들어가는 힘을 보조해주는 파워스티어링은 유압식이 대부분이었는데, 구동력을 유압에서 모터로 바꾼 것이 MDPS이다.
보통 MDPS는 핸들축을 직접 돌리는 방식의 컬럼 구동식, 구동모터를 타이로드와 연결된 부분(랙 기어)에 장착한 형태의 랙 구동식, 전자식 유압구동 파워스티어링(Electronic Hydraulic Power Steering)을 의미하는 전기모터-유압구동식 등이 있다.
이러한 MDPS의 가장 큰 장점은 엔진의 힘을 이용하지 않는다는 점, ECU를 이용한 적극적인 스티어링 개입이 가능한 점, 유압펌프 등 전체적으로 무거운 장치가 많이 사용되는 것과 달리 MDPS는 모터와 기어 몇 개만의 무게만 필요하기 때문에 전체적으로 컴팩트하고 가벼운 시스템을 만들 수 있는 점, 적은 유압 작동유를 사용하기 때문에 환경오염을 줄일 수 있는 등 환경 친화적인 점 등의 장점이 있다.
도 4는 일반적인 컬럼 구동식의 MDPS를 나타내는 개략도로서, 스티어링휠(100)의 조향에 따른 센서 신호가 컨트롤러(110)에 입력되고, 계속해서 컨트롤러(110)는 파워유니트(120)의 모터(130)를 제어하는 신호를 출력하게 되며, 이때의 모터(130)의 구동력으로 조향 시 스티어링휠에 들어가는 힘을 보조하게 된다.
여기서, 미설명 부호 140은 스티어링 기어를 나타낸다.
도 5는 일반적인 컬럼 구동식의 MDPS에서 파워유니트를 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 파워유니트(120)는 모터(130), 상기 모터(130)의 동력으로 전동되면서 스티어링축을 회전시켜주는 웜샤프트(150) 및 웜휠(160), 웜샤프트(150)의 경방향 유격/충격 흡수를 위한 안티래틀스프링(170), 축방향 충격 흡수를 위한 댐핑러버부시(180), 경방향 충격 흡수를 위한 오발링(190) 등을 포함한다.
한편, 스티어링 필(feel) 개선을 위하여 MDPS의 마찰력 축소가 필요하나, 마찰력 축소 시 상충되는 성능인 래틀(Rattle) 이음이 증가되고, 이러한 래틀 이음 보완을 위하여 추가적인 기구들이 장착되면서 원가 및 중량이 상승되는 등 패키지가 불리해지는 단점이 있다.
예를 들면, 종래의 MDPS에서 파워유니트의 경우 안티래틀스프링, 댐핑부시, 오발링 적용으로 원가가 과다하게 상승하는 단점이 있고, 최근 안티래틀스프링을 2단 스프링으로 변경하여 추가적으로 원가가 상승하는 단점이 있다.
따라서, 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화, 원가/중량 및 패키지 최소화가 가능한 새로운 구조 개발이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 10-2007-0060339호, 한국공개특허 10-2011-0048174호, 한국공개특허 10-2011-0073848호에 개시되어 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, MDPS 감속기의 웜샤프트 경방향 및 축방향 유격/충격 흡수를 위해 경방향 및 축방향 지지력 조절 보이드(Void)를 구비한 탄성 부시를 적용하여, 웜샤프트의 경방향 및 축방향 유격 조절 및 충격 흡수가 가능한 새로운 형태의 유격방지수단을 구현함으로써, 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화는 물론, 원가 및 중량을 절감할 수 있고 패키지 최소화를 도모할 수 있는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 전동식 파워스티어링의 유격방지장치는 구동원인 모터, 상기 모터의 동력으로 전동되면서 스티어링축을 회전시켜주는 웜샤프트 및 웜휠을 포함하는 MDPS의 파워유니트에서, 외력에 의해 형상 변형이 가능한 보이드를 가지면서 웜샤프트의 한쪽 단부측에 배치되어 웜샤프트의 축방향 및 경방향 유격 및 충격을 흡수할 수 있는 러버 재질 등의 탄성 부시를 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 탄성 부시는 웜샤프트의 한 쪽 단부를 지지하는 웜샤프트 베어링의 전면과 둘레면에 동시에 접하는 구조로 설치될 수 있다.
예를 들면, 상기 탄성 부시는 "ㄱ"자 형태로 이루어져 웜샤프트 베어링의 전면과 둘레면에 동시에 접하면서 감쌀 수 있는 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 탄성 부시의 보이드는 경방향 연장선상으로 위치되는 경방향 보이드와 축방향 연장선상으로 위치되는 축방향 보이드로 구성될 수 있다.
이때의 상기 보이드의 경방향 보이드와 축방향 보이드는 경사진 경로 또는 직각인 경로 등을 따라 서로 연통되는 구조를 이룰 수 있다.
또한, 상기 탄성 부시의 보이드에 대한 다른 예로서, 경방향 연장선상 및 축방향 연장선상에 대해 경사진 자세를 가지는 단일 보이드 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 제공하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 별도의 추가적인 구조없이 웜샤프트의 경방향 뿐 아니라 축방향 유격 및 충격을 흡수할 수 있는 등 MDPS 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화를 도모할 수 있다.
둘째, 구조가 간단하여 원가 절감 및 중량 측면에서 유리하고, 패키지 최소화를 도모할 수 있다.
셋째, 구성 부품이 적고 제조가 쉽다.
즉, 탄성 부시가 웜샤프트 베어링을 프리 로딩(Pre-loading)할 수 있도록 설정하여 내구 후에도 유격 증대 및 래틀 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 유격방지장치를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 유격방지장치의 여러 예를 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 유격방지장치의 작동 예를 나타내는 개략도
도 4는 일반적인 컬럼 구동식의 MDPS를 나타내는 개략도
도 5는 일반적인 컬럼 구동식의 MDPS에서 파워유니트를 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 유격방지장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 MDPS 유격방지장치는 경방향 유격 및 충격과 축방향 유격 및 충격을 모두 흡수할 수 있는 러버 재질이나 플라스틱 재질 등의 탄성 부시를 이용하여, MDPS 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화를 도모할 수 있는 구조로 이루어지게 된다.
이를 위하여, MDPS의 파워유니트(12)가 마련되고, 상기 파워유니트(12)는 파워유니트 바디(12)에 장착되는 구동수단으로서의 모터(13), 상기 모터(13)의 동력을 받아 치합전동되면서 스티어링축(미도시)을 회전시켜주는 웜샤프트(15) 및 웜휠(16)을 포함한다.
여기서, 상기 웜샤프트(15)는 모터(13)의 축에 연결되면서 축선을 따라 나란하게 배치되고, 선단부와 후단부는 파워유니트 바디(12)상의 2개의 웜샤프트 베어링(17), 즉 선단측 웜샤프트 베어링(17a)과 후단측 웜샤프트 베어링(17b)에 의해 각각 지지된다.
이러한 웜샤프트(15)는 웜휠(16)측과 치합되는 구조를 가지게 되며, 따라서 모터(13)의 작동 시 웜샤프트(15)에 의해 웜휠(16)이 회전되고, 계속해서 웜휠(16)의 중심측에 결합되어 있는 스티어링축이 회전되며, 결국 이러한 동력구조를 통해 스티어링휠에 들어가는 조향력을 보조할 수 있게 된다.
특히, MDPS 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화를 위한 수단으로 탄성 부시(11)가 마련되고, 이때의 탄성 부시(11)는 축방향 및 경방향 유격 및 충격을 흡수하는 역할을 하게 된다.
즉, 기존 안티래틀스프링, 오발링, 댐핑러버부시가 담당했던 기능을 탄성 부시 1개가 담당하면서 축방향 및 경방향 유격 및 충격을 효과적으로 흡수할 수 있게 되고, 결국 안티래틀스프링, 오발링, 댐핑러버부시를 삭제할 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 탄성 부시(11)는 탄성 변형이 가능한 러버 재질 등으로 이루어지게 되고, 그 내부에는 충격이나 진동 등의 외력에 의해 형상 변형이 가능한 공간부 형태의 보이드(10)가 형성된다.
즉, 상기 탄성 부시(11)는 외력에 의해 형상 변형이 가능한 보이드(10)를 이용하여 웜샤프트(15)의 축방향 및 경방향 유격 및 충격을 흡수할 수 있게 된다.
이러한 탄성 부시(11)는 웜샤프트(15)의 한쪽 단부측을 지지하는 웜샤프트 베어링(17), 즉 선단측 웜샤프트 베어링(17a)의 전면과 이에 접하는 둘레면, 다시 말해 전면과 둘레면이 만나는 모서리 부분을 포함하는 전면과 둘레면에 동시에 접하는 구조로 설치된다.
예를 들면, 상기 탄성 부시(11)는 "ㄱ"자 형태로 이루어져 파워유니트 바디(14)에 형성되어 있는 탄성 부시 장착홈부 내에 삽입되고, 이렇게 삽입된 상태에서 선단측 웜샤프트 베어링(17a)의 모서리 부분을 포함하는 전면과 둘레면에 동시에 접하면서 감쌀 수 있는 구조로 설치된다.
그리고, 상기 탄성 부시(11)에 형성되는 보이드(10)는 경방향 및 축방향 지지력 조절 용도로 사용되며, 1개나 2개 또는 2개 이상이 적용될 수 있게 된다.
물론, 상기 보이드(10)는 필요에 따라서 미적용되어 탄성 부시(11)가 발휘하는 자체 탄성 변형 특성만으로 경방향 및 축방향의 유격 조절 및 충격을 흡수할 수 있게 된다.
바람직한 실시예로서, 상기 보이드(10)는 2개가 구비되어, 즉 경방향 연장선상으로 위치되는 경방향 보이드(10a)와 축방향 연장선상으로 위치되는 축방향 보이드(10b)로 구비되어, 각각의 보이드가 각 방향으로 전달되는 충격을 흡수할 수 있게 되고, 각 방향으로의 유격을 조절할 수 있게 된다.
이러한 보이드(10)는 다양한 갯수 및 다양한 형상으로 이루어질 수 있게 되는데, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 보이드(10)의 경방향 보이드(10a)와 축방향 보이드(10b)는 경사진 경로 또는 직각인 경로 등을 따라 서로 연통되는 형상으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 보이드(10)는 경방향 연장선상 및 축방향 연장선상에 대해 경사진 자세를 취하는, 즉 선단측 웜샤프트 베어링(17a)의 전면과 둘레면이 만나는 모서리 부분을 바라보는 경사진 자세를 취하는 단일 보이드 형대로도 이루어질 수 있게 된다.
이와 같은 탄성 부시(11)의 장착과정을 살펴보면, 경방향 및 축방향의 유격 및 충격 흡수를 위한 탄성 부시(11)는 별물로 제작되어 파워유니트 바디(14) 내에 안착된다.
이때, 웜샤프트(15)를 웜휠(16)측으로 밀착되어 장착될 수 있도록 탄성 부시(11)가 약간 눌리는 디멘젼을 설정하여 장착한다.
이때의 눌리는 힘은 마찰력과 래틀을 고려하여 10∼50N 정도로 설정한다(프리 로딩).
또한, 축방향으로도 프리 로딩력을 작용할 수 있도록 탄성 부시(11)가 약간 눌리도록 장착한다.
그리고, 파워유니트 바디(14)는 선단측 웜샤프트 베어링(17a)가 작동 및 유동 시에 파워유니트 바디(14)와 간섭이 없도록 설계한다.
이러한 선단측 웜샤프트 베어링(17a)은 경방향 및 축방향 유격 및 충격 흡수 탄성 부시(11)에 안착하여 장착한다.
상기와 같이 구성 시 웜샤프트의 경방향 및 축방향 유격 및 충격을 흡수할 수 있으며, 기존 대비 구조가 매우 간단해진다(안티래틀스프링, 오발링, 댐핑러버부시의 기능을 탄성 부시 하나로 통합).
그리고, 상기 탄성 부시가 웜샤프트 베어링을 프리 로딩할 수 있도록 설정할 수 있으므로(탄성 부시가 안착되는 파워유니트 바디 가공으로 프리 로딩력을 튜닝할 수 있다), 내구 후에도 유격 증대 및 래틀 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 유격방지장치의 작동 예를 나타내는 개략도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 탄성 부시(11)가 경방향으로 작용하는 유격 및 충격을 흡수하는 상태 및 축방향으로 작용하는 유격 및 충격을 흡수하는 상태를 보여준다.
이러한 탄성 부시(11)는 보이드(17)가 접촉하면서 2단 안티래틀 스프링 기능을 구현할 수 있어 2단 안티래틀 스프링 대체가 가능하게 된다.
예를 들면, 일반조건에서는 보이드 형상이 변형되면서 낮은 탄성계수로 MDPS 저마찰 구현이 가능하며, 충격 입력조건에서는 보이드 내부가 접촉되면서 높은 탄성계수로 MDPS 래틀 이음을 저감시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 보이드를 포함하는 러버 재질 등의 탄성 부시를 적용하여 유격 조절과 충격 흡수를 동시에 구현할 수 있는 구조를 구현함으로써, 마찰력 축소 및 래틀성능 안정화, 원가 및 중량 절감, 패키지 최소화가 가능한 이점을 제공할 수 있다.
10 : 보이드(Void)
10a : 경방향 보이드
10b : 축방향 보이드
11 : 탄성 부시
12 : 파워유니트
13 : 모터
14 : 파워유니트 바디
15 : 웜샤프트
16 : 웜휠
17 : 웜샤프트 베어링
17a : 선단측 웜샤프트 베어링
17b : 후단측 웜샤프트 베어링

Claims (6)

  1. 구동원인 모터(13), 상기 모터(13)의 동력으로 전동되면서 스티어링축을 회전시켜주는 웜샤프트(15) 및 웜휠(16)을 포함하는 MDPS의 파워유니트(12)에서,
    외력에 의해 형상 변형이 가능한 보이드(10)를 가지면서 웜샤프트(15)의 한쪽 단부측에 배치되어 웜샤프트(15)의 축방향 및 경방향 유격 및 충격을 흡수할 수 있는 탄성 부시(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 부시(11)는 웜샤프트(15)의 한 쪽 단부를 지지하는 웜샤프트 베어링(17)의 전면과 둘레면에 동시에 접하는 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 부시(11)는 "ㄱ"자 형태로 이루어져 웜샤프트 베어링(17)의 전면과 둘레면에 동시에 접하면서 감쌀 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 부시(11)의 보이드(10)는 경방향 연장선상으로 위치되는 경방향 보이드(10a)와 축방향 연장선상으로 위치되는 축방향 보이드(10b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보이드(10)의 경방향 보이드(10a)와 축방향 보이드(10b)는 경사진 경로 또는 직각인 경로를 따라 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 부시(11)의 보이드(10)는 경방향 연장선상 및 축방향 연장선상에 대해 경사진 자세의 단일 보이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 유격방지장치.
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