KR20170040881A

KR20170040881A - 가변 타이로드를 포함하는 조향장치 및 이를 이용한 조향방법

Info

Publication number: KR20170040881A
Application number: KR1020150140087A
Authority: KR
Inventors: 안지현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-04-14

Abstract

본 발명은 조향 조작을 행하는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠과 일체로 회전되도록 결합되어 상기 스티어링 휠의 조향력을 전달하는 스티어링 샤프트와, 상기 스티어링 휠의 방향을 제어하는 타이로드를 구비하는 조향장치에 있어서, 상기 타이로드에 설치되며, 상기 스티어링 휠의 조향 입력 시 상기 타이로드의 길이를 조절하는 길이조절 유닛을 포함한다.

Description

가변 타이로드를 포함하는 조향장치 및 이를 이용한 조향방법{Steering apparatus comprising flexible tie rod and steering method using the same}

본 발명은 가변 타이로드를 포함하는 조향장치 및 이를 이용한 조향방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리지드 액슬 조향 시스템에서 타이로드의 길이 가변을 이용하여 방향 전환 시 최소 회전 반경을 감소시킬 수 있는 가변 타이로드를 포함하는 조향장치 및 이를 이용한 조향방법에 관한 것이다.

일반적으로, 조향장치는 자동차의 진행방향을 운전자의 주행의지에 따라 바꾸지 위한 장치로서, 운전자가 직접 조향 조작을 행하여 조향 휠, 조향축 및 컬럼 등의 기구로 전달하는 조작기구와, 조향축의 회전을 감속함으로서 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크기구에 전달하며, 프레임에 고정된 기어기구와, 상기 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하는 부분으로 피트먼 암, 드래그 링크, 너클 암, 및 타이로드 등으로 구성된 링크 기구로 구성된다.

이러한 구성으로 이루어진 조향장치에서 운전자의 조향 휠 조작이 이루어지면, 조작력은 조향 휠의 회전상태에 따라 기어기구의 조향 기어에 전달되고, 조향 기어에 전달된 조작력은 감속됨과 동시에 운동의 방향이 바뀌어져 링크기구인 피트먼 암, 드래크 링크 및 너클 암을 경유하여 너클 스핀들에 전달된다.

여기서, 너클 스핀들은 그 움직임에 의해 킹 핀을 중심으로 한 회전운동을 하므로 앞바퀴의 움직임아 바뀌게 된다.

또한, 좌우의 너클은 너클 암을 거쳐서 타이로드가 장치되며, 이러한 타이로드를 통해 한쪽의 움직임을 반대쪽의 바퀴에 전달하도록 되어 있다.

하지만, 좁은 길을 다니는 마을 버스 또는 험난한 비포장 도로를 달리는 트럭의 경우 좁은 폭에서 유턴 및 회전을 해야하는 경우가 빈번한데, 현재 우리나라 법규 상 법규 회전 반경이 약 12m 이며, 상품성상 약 11m 전후를 유지해야 하기 때문에, 좁은 도로에서의 유턴 및 회전 시 여러번의 차량 이동 후 원하는 이동 경로로 이동할 수 있게 되는 문제점이 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0040213호(2007.04.16.).

본 발명의 목적은, 좌측 휠 조향 입력에 따라 우측 휠 조향각이 가변되도록 타이로드의 길이를 조절함으로써, 차량의 최소 회전 반경을 감소시킬 수 있는 가변 타이로드를 포함하는 조향장치 및 이를 이용한 조향방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 가변 타이로드를 포함하는 조향장치는 조향 조작을 행하는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠과 일체로 회전되도록 결합되어 상기 스티어링 휠의 조향력을 전달하는 스티어링 샤프트와, 상기 스티어링 휠의 방향을 제어하는 타이로드를 구비하는 조향장치에 있어서, 상기 타이로드에 설치되며, 상기 스티어링 휠의 조향 입력 시 상기 타이로드의 길이를 조절하는 길이조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 길이조절 유닛은 상기 스티어링 휠을 통한 좌측 휠 조향 입력 시 우측 휠과 연결된 상기 타이로드의 길이만을 조절하여 우측 휠 조향각을 가변적으로 조절한다.

그리고, 상기 길이조절 유닛은, 챔버를 가지는 하우징과 피스톤 로드를 포함하는 유압실린더로 형성된다.

여기서, 상기 길이조절 유닛은 기설치된 스티어링 펌프의 유압을 사용하여 유압을 발생시킨다

한편, 본 발명에 따른 가변 타이로드를 이용한 조향방법은 스티어링 휠의 조향 입력에 의해 좌측 휠의 조향을 조작하는 제1단계와 상기 좌측 휠의 조향 조작이 확인되면, 길이조절 유닛의 챔버에 유압을 공급하는 제2단계 및 상기 챔버에 유압이 공급됨에 따라 우측 휠과 연결된 타이로드의 길이가 증가하여 기설정된 조향각 보다 더 큰 조향각으로 우측 휠이 회전하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제2단계는 차량의 정차 시 또는 주차에 가까운 상태에서 이루어진다.

본 발명은, 좌측 휠 조향 입력에 따라 우측 휠 조향각이 가변되도록 타이로드의 길이를 조절함으로써, 차량의 최소 회전 반경을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

그에 따라, 본 발명은 운전자의 의도에 따라 차량의 최소 회전 반경을 줄일 수 있기 때문에, 차량의 조향 능력 증대 및 차량 상품성 향상을 도모할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 타이로드를 포함하는 조향장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 타이로드를 포함하는 조향장치의 길이조절 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 타이로드를 이용한 조향방법을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 타이로드를 포함하는 조향장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 타이로드를 포함하는 조향장치의 길이조절 유닛을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 조향장치는 조향 조작을 행하는 스티어링 휠과, 스티어링 휠과 일체로 회전되도록 결합되어 스티어링 휠의 조향력을 전달하는 스티어링 샤프트와, 스티어링 휠의 방향을 제어하는 타이로드(70)를 구비하는 것으로, 일반적으로 버스, 트럭 등에 적용되는 조향장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 볼 너트 타입의 스티어링 기어 박스가 장착되어 있고, 그에 연결된 피트먼암(10)이 전후 운동을 하여 그 운동을 제1드래그 링크(20)와 제2드래그 링크(40)에 전달한다.

여기서, 버스의 경우 운전석(스티어링 휠)과 프론트 휠 까지의 거리가 멀기 때문에 아이들러 암(30)을 통해 제1드래그 링크(20)와 제2드래그 링크(40)를 연결하여 조향 운동을 너클 암(50)에 전달한다.

이렇게 전후 운동을 전달받은 너클 암(50)은 회전운동으로 전환하여 좌측 휠을 회전시켜서 조향을 하며, 이러한 좌측 휠에 연결된 타이로드 암(60)이 좌측 휠의 조향을 타이로드(70)에 전달하여 우측 휠 또한 같은 조향을 하게 된다.

하지만, 현재 우리나라 법규 상 법규 회전 반경이 약 12m 이며, 상품성상 약 11m 전후를 유지해야 하기 때문에, 좁은 도로에서의 유턴 및 회전 시 여러번의 차량 이동 후 원하는 이동 경로로 이동할 수 있다.

이러한 차량의 회전 반경을 줄이기 위해서는 휠에서의 조향 각을 한없이 증대하면 되겠지만, 차량 레이아웃 상 불가능하다.

또한, 차량의 회전 시 좌측 휠과 우측 휠의 조향 각 차이를 증대시키면 회전 반경을 최소화 할 수는 있지만, 이는 지오메트리(geometry) 에러 및 에커먼 에러에 영향을 끼쳐, 결국 차량의 타이어 마모를 급격하게 가져오는 원인이 된다.

이를 위해, 본 발명에서는 타이로드(70)의 길이방향 상에 길이조절 유닛(80)을 설치하고, 스티어링 휠의 조향 입력 시 길이조절 유닛(80)을 통해 타이로드(70)의 길이가 가변되도록 함으로써, 주차 상태에 가까운 상태에서의 버스, 트럭의 유턴 및 회전 시 좌측 휠과 우측 휠의 조향 각 차이를 크게 할 수 있다.

그에 따라, 본 실시예에서는 상기와 같은 타이로드(70)의 길이 조절을 통해 좁은 도로 조건에서의 유턴 및 회전 시 차량의 최소 회전 반경을 원하는 만큼 확보할 수 있기 때문에, 차량의 조향 능력 증대 및 차량의 상품성 향상을 도모할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 길이조절 유닛(80)은 스티어링 휠을 통한 좌측 휠 조향 입력 시 우측 휠과 연결된 타이로드(70)의 길이만을 조절하여 우측 휠 조향 각을 가변적으로 조절할 수 있다.

즉, 길이조절 유닛(80)은 챔버(80a, 80b)를 가지는 하우징(82)과 피스톤 로드(84)를 포함하는 유압실린더로 형성되며, 유압을 통해 우측 휠과 연결된 타이로드(70)의 길이만을 조절하고, 그에 따라 좌측 휠에 비해 우측 휠의 조향 각이 더 커지게 함으로써, 차량의 최소 회전 반경을 확보할 수 있다.

이때, 길이조절 유닛(80)은 기설치된 스티어링 펌프의 유압을 사용하여 유압을 발생시켜 공급하며, 그에 따라 유압 발생 장치에 대한 부품의 추가가 생략될 수 있기 때문에, 타이로드(70)의 길이 조절이 가능한 조향 장치 제작에 따른 비용을 절약할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 차량의 유턴 시 도로 특성 상 좌측으로 회전하기 때문에, 상기와 같이 우측 휠과 연결된 타이로드(70)의 길이만을 조절하는 것으로 설명하였으나, 설정에 의해 좌측 휠과 연결된 타이로드(70)의 길이 또한 함께 조절되도록 할 수 있다.

이하, 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 타이로드를 이용한 조향방법을 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 타이로드를 이용한 조향방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자의 조향 의지에 따라 스티어링 휠의 조향 입력에 의해 좌측 휠의 조향을 조작한다(S100).

이후, 본 발명의 조향장치에 대한 전원이 ON 상태가 됨에 따라 차량의 좌측 휠에 대한 조향 조작이 확인되면, 길이조절 유닛(80)의 챔버(80a)에 유압을 공급한다(S200).

이때, 조향장치에 대한 전원 ON 상태는 차량의 정차 시 또는 주차에 가까운 상태에서 이루어지는데, 이는 고속도로 주행 중과 같은 상황에서는 차량의 최소 회전 반경 감소가 불필요 하기 때문에, 차량의 회전 시 또는 유턴 시에 차량의 최소 회전 반경을 감소시키기 위함이다.

따라서, 고속도로 주행 중과 같은 상황에서는 운전자의 조향 의지와 상관 없이 본 발명의 조향장치에 대한 전원이 OFF 상태가 되며, 타이로드(70)의 길이 또한 유지되어 차량의 기설정된 최소 회전 반경을 유지하게 된다.

또한, 길이조절 유닛(80)의 챔버(80a)에 공급되는 유압은 기설치된 스티어링 펌프(90)로부터 공급받으며, 그에 따라 유압 발생 장치에 대한 부품의 추가가 생략될 수 있고, 결과적으로는 조향 장치 제작에 따른 비용을 절약할 수 있다.

한편, 챔버(80a)에 유압이 공급됨에 피스톤 로드(84)의 길이가 가변되고, 그에 따라 우측 휠과 연결된 타이로드(70)의 길이가 증가하여 기설정된 조향각 보다 더 큰 조향각으로 우측 휠이 회전한다(S300).

이는, 결과적으로 차량의 차량의 좌측 회전 시 또는 유턴 시 최소 회전 반경이 감소되도록 하여 차량 조향 능력 증대 및 차량의 상품성 향상을 도모할 수 있도록 하기 위함이다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 피트먼 암 20 : 제1드래그 링크
30 : 아이들러 암 40 : 제2드래그 링크
50 : 너클 암 60 : 타이로드 암
70 : 타이로드 80 : 길이조절 유닛
80a, 80b : 챔버 82 : 하우징
84 : 피스톤 로드

Claims

조향 조작을 행하는 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠과 일체로 회전되도록 결합되어 상기 스티어링 휠의 조향력을 전달하는 스티어링 샤프트와, 상기 스티어링 휠의 방향을 제어하는 타이로드를 구비하는 조향장치에 있어서,
상기 타이로드에 설치되며, 상기 스티어링 휠의 조향 입력 시 상기 타이로드의 길이를 조절하는 길이조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 길이조절 유닛은,
상기 스티어링 휠을 통한 좌측 휠 조향 입력 시 우측 휠과 연결된 상기 타이로드의 길이만을 조절하여 우측 휠 조향각을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 1에 있어서,
상기 길이조절 유닛은,
챔버를 가지는 하우징과 피스톤 로드를 포함하는 유압실린더로 형성되는 것을 특징으로 하는 조향장치.
청구항 3에 있어서,
상기 길이조절 유닛은,
기설치된 스티어링 펌프의 유압을 사용하여 유압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 조향장치.
스티어링 휠의 조향 입력에 의해 좌측 휠의 조향을 조작하는 제1단계;
상기 좌측 휠의 조향 조작이 확인되면, 길이조절 유닛의 챔버에 유압을 공급하는 제2단계; 및
상기 챔버에 유압이 공급됨에 따라 우측 휠과 연결된 타이로드의 길이가 증가하여 기설정된 조향각 보다 더 큰 조향각으로 우측 휠이 회전하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 타이로드를 이용한 조향방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제2단계는,
차량의 정차 시 또는 주차에 가까운 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 타이로드를 이용한 조향방법.