KR20180056431A - 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티어링 강성 증대를 위하여 반매립 타입의 레이아웃을 갖는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 서브프레임에 모터를 매립 배치하는 동시에 감속기는 서브프레임 위쪽에 이격되는 반매립 레이아웃을 적용하여, 모터 및 감속기에 대한 충돌 성능 및 열해 성능면에서 유리할 뿐만 아니라, 서브프레임에 대한 랙 하우징의 마운팅 지점을 확보할 수 있고, 랙 하우징내의 랙바에 대한 지지강성을 향상시킬 수 있는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치{Layout structure of R-MDPS for vehicle}

본 발명은 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스티어링 강성 증대를 위한 배치 구조를 갖는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 차량의 파워스티어링 장치는 스티어링 휠의 각회전 조작력 경감을 위한 장치로서, 유압을 이용한 파워스티어링(Power Steering)방식이 지속적으로 사용되어 왔지만, 최근에 출시되는 차량에는 주행속도에 따른 조타력을 변화시키기 위하여 랙 타입의 전동식 파워스티어링 장치(R-MDPS: Rack-motor driven power steering)가 탑재되고 있다.

첨부한 도 1은 종래의 일례에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 평면도이다.

도 1에서, 도면부호 10은 랙 하우징을 지시하고, 도면부호 20은 서브프레임을 지시한다.

상기 랙 하우징(10)은 랙바가 좌우 이송 가능하게 내재되는 것으로서, 차체 앞쪽 바닥을 이루는 일정의 골격체인 서브프레임(20) 상에 좌우로 배열된다.

이때, 상기 랙 하우징(10)의 내부에 내재되는 랙바의 양단부는 주행휠 허브쪽에 조향력 전달 가능하게 연결된다.

특히, 전동식 파워스티어링을 위한 구성으로서, 상기 서브프레임(20) 상에 모터(11)와 감속기(12)가 배치되고, 이 모터(11) 위에는 모터를 제어하기 위한 제어기(14)가 적층 조립된다.

물론, 도 1에는 미도시되었지만 감속기(12)의 출력기어인 피니언이 랙 하우징(10) 내의 랙바와 맞물리게 된다.

따라서, 상기 모터(11)의 구동에 의하여 감속기(12)의 출력기어인 피니언으로부터 랙 하우징(10)내의 랙바로 조타력이 전달된다.

그러나, 상기한 종래의 일례에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치는 다음과 같은 단점이 있다.

상기 랙 하우징(10)을 비롯하여 모터(11)와 감속기(12), 제어기(14) 등이 서브프레임(20)의 상면에서 위쪽으로 이격 배치되는 레이아웃을 가짐에 따라, 도 2에서 보듯이 모터(11) 및 감속기(12), 제어기(14) 등이 대시패널(16)과 매우 가깝게 배치되어, 충돌시 충격이 대시패널(16)로부터 쉽게 전달될 수 있고, 그에 따라 모터(11)와 감속기(12) 자체가 소손되어 조향력이 상실될 수 있는 등 충돌 성능면에 매우 불리한 단점이 있다.

또한, 도 1에서 보듯이 엔진과 연결된 촉매장치을 갖는 배기라인(18)이 랙 하우징(10) 위를 지나가는 레이아웃으로 인하여, 모터(11)와 제어기(14) 등에 전기적 성능 저하를 일으키는 고온의 배기열이 전달될 수 있으므로, 열해 성능면에서도 불리한 단점이 있다.

이러한 문제점을 해소하고자, 첨부한 도 3에서 보듯이 모터(11) 및 감속기(12)를 서브프레임(20)에 매립시키는 레이아웃이 시도되고 있다.

상기 모터(11) 및 감속기(12)를 서브프레임(20)의 오목한 부분에 내재되게 하면서 서브프레임(20)의 최상면보다 낮게 배치하는 매립형 레이아웃이 시도되고 있다.

그러나, 상기 모터(11) 및 감속기(12)를 서브프레임(20)에 매립시키는 매립형 레이아웃 적용시, 도 4에서 보듯이 감속기(12)의 하단면이 서브프레임(20)의 최하단면과 간섭되는 문제가 발생하는 단점이 있다.

또한, 서브프레임(20)에 대한 랙 하우징(10)의 고정을 위하여 랙 하우징(10)을 서브프레임(20)에 3점 이상 마운팅해야 하는데, 도 3에서 보듯이 감속기(12)가 랙 하우징(10)의 전방 마운팅 지점에 존재하여 랙 하우징(10)의 전방 마운팅이 불가능한 단점이 있다.

즉, 감속기(12)가 서브프레임(20)에 대한 랙 하우징(10)의 전방 마운팅을 방해하는 요소로 작용하여, 마운팅 지점(볼트 체결지점) 및 마운팅 방향(볼트 체결방향), 볼트 사양 선택(예, 볼트 길이 증대 및 스틸부시를 추가로 더 사용) 등 여러가지 사항들을 다시 설계해야 하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 서브프레임에 모터를 매립 배치하는 동시에 감속기는 서브프레임 위쪽에 이격되는 반매립 레이아웃을 적용하여, 모터 및 감속기에 대한 충돌 성능 및 열해 성능면에서 유리할 뿐만 아니라, 서브프레임에 대한 랙 하우징의 마운팅 지점을 확보할 수 있고, 랙 하우징내의 랙바에 대한 지지강성을 향상시킬 수 있는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 서브프레임에 모터를 매립 배치하는 동시에 모터와 연결되는 감속기를 서브프레임 위쪽에 이격되는 배치하되, 감속기를 감속기의 피니언과 랙 하우징내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 하향 경사지게 배치하는 동시에 차량 안쪽 방향을 향해 일정각도 회전시켜 배치한 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 감속기는 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 20°로 하향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 감속기가 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 회전 배치되어, 상기 감속기의 피니언이 랙바와 만나는 지점과 상기 랙바의 최대 돌출지점 간의 거리가 좁혀지게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 감속기는 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 5~30°범위로 회전되어 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터는 랙 하우징과 평행하게 배열되며 서브프레임에 매립되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 서브프레임에 모터를 매립 배치하는 동시에 감속기는 서브프레임 위쪽에 이격되는 반매립 레이아웃을 적용하여, 모터와 감속기 등이 대시패널과 최대한 멀리 떨어지게 되어 충돌시 충격이 대시패널로부터 직접 전달되는 것을 회피할 수 있으므로, 충돌 성능면에 매우 유리한 장점이 있다.

둘째, 촉매장치을 갖는 배기라인이 랙 하우징 위를 지나더라도, 기존 대비 모터가 서브프레임에 매립 배치되어 멀리 떨어진 상태로 유지됨으로써, 모터 등에 전기적 성능 저하를 일으키는 고온의 배기열이 전달되는 것을 최소화할 수 있으므로, 열해 성능면에서도 유리한 장점이 있다.

셋째, 감속기를 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 회전 배치함에 따라, 감속기가 랙 하우징의 마운팅을 위한 방해요소로 작용하지 않게 되어, 서브프레임에 대한 랙 하우징의 마운팅 공간을 확보할 수 있고, 랙 하우징의 마운팅 지점을 3점 내지 4점까지 용이하게 확보할 수 있다.

넷째, 감속기의 피니언과 랙바가 만나는 지점과, 랙바의 최대 돌출지점 간의 거리를 최대한 좁혀지도록 함으로써, 피니언과 랙바가 만나는 지점에서 랙바를 견고하게 지지하는 상태가 되므로, 랙바에 대한 지지강성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 일례에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 평면도,
도 2는 종래의 일례에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 단점을 설명하는 개략적 단면도,
도 3은 종래의 다른 예에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 평면도,
도 4는 종래의 다른 예에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 단점을 설명하는 개략적 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 측단면도,
도 7은 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치가 랙바 지지 강성을 증대시킬 수 있는 것을 보여주는 대비도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치의 장착 상태를 나타낸 평면도 및 측단면도를 나타낸다.

도 5 및 도 6에서, 도면부호 10은 랙 하우징을 지시하고, 도면부호 20은 서브프레임을 지시한다.

상기 랙 하우징(10)은 랙바가 좌우 이송 가능하게 내재되는 것으로서, 차체 앞쪽 바닥을 이루는 일정의 골격체인 서브프레임(20) 상에 좌우로 배열된다.

이때, 상기 랙 하우징(10)의 내부에 내재되는 랙바의 양단부는 주행휠 허브쪽에 조향력 전달 가능하게 연결된다.

전술한 바와 같이 전동식 파워스티어링을 위한 구성으로서, 랙 하우징(10)내의 랙바가 지나가는 감속기(12)와, 이 감속기(12)에 동력을 출력하는 모터(11)를 포함한다.

본 발명은 상기 모터(11) 및 감속기(12)를 배치하는 레이아웃에 있어서, 서브프레임(20)에 모터(11)를 매립 배치하는 동시에 모터(11)와 연결되는 감속기(12)를 서브프레임(20) 위쪽에 이격 배치하는 반매립 레이아웃을 제공하는데 주된 특징이 있다.

참고로, 상기 반매립이란 용어는 서브프레임(20)의 요부에 모터(11)만을 매립 배치하고, 감속기(12)는 서브프레임(10)에 매립하지 않는 의미로 사용된 것이다.

바람직하게는, 상기 모터(11)는 랙 하우징(10)과 평행하게 배열되면서 서브프레임(20)의 요부에 매립 배치되고, 상기 감속기(12)는 랙 하우징(10)으로부터 차량 후방쪽으로 배열되는 동시에 모터(11) 및 서브프레임(20)의 최상단 위치보다 높은 위치에 위치하게 된다.

따라서, 상기 모터(11)와 감속기(12) 등이 대시패널과 최대한 멀리 떨어지게 되어 충돌시 충격이 대시패널로부터 직접 전달되는 것을 회피할 수 있으므로, 충돌 성능면에 매우 유리한 장점을 제공한다.

또한, 촉매장치을 갖는 배기라인이 랙 하우징 위를 지나더라도, 기존 대비 모터(11)가 서브프레임에 매립 배치되어 배기라인과 멀리 떨어진 상태로 유지됨으로써, 모터 등에 전기적 성능 저하를 일으키는 고온의 배기열이 전달되는 것을 최소화할 수 있으므로, 열해 성능면에서도 유리한 장점을 제공할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면 상기 서브프레임(20)에 대한 랙 하우징(10)의 마운팅 공간을 확보하는 동시에 랙 하우징(10) 내의 랙바에 대한 지지강성을 확보할 수 있도록 상기 감속기(12)를 후방으로 경사지게 배치되고 동시에 차량 안쪽으로 각회전시킨 상태로 배치된다.

여기서, 상기 감속기(12)를 후방으로 경사지게 배치하는 방법을 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 6에서 도면부호 15는 감속기(12)에 관통 형성된 랙 경유홀을 지시하고, 도 6에서 앞쪽에서 뒤쪽으로 경사진 점선라인은 감속기(12)내의 출력기어인 피니언 축라인을 나타내며, 상하방향 수직의 점선라인은 차체 상하방향을 지시한다.

이에, 상기 랙 경유홀(15)을 통해 랙 하우징(10)내의 랙바가 지나가게 되면, 상기 피니언 축라인에 배열된 피니언(미도시됨)과 만나서 치합되는 상태가 된다.

상기 모터(11)가 감속기(12)에 동력 전달 가능하게 조립된 후, 상기 랙 경유홀(15)을 지나는 랙바(미도시됨)와 상기 피니언 축라인에 배열된 피니언(미도시됨)이 만나는 지점(예, 도 6에서 경사진 점선라인과 수직의 점선라인이 교차하는 지점)을 중심으로 하여, 모터(11)와 감속기(12)를 후방 아래쪽을 향하여 90°~ 110°범위로 각회전시킴으로써, 모터(11)가 서브프레임(20)의 요부에 삽입되며 매립 배치되는 상태가 되고, 감속기(12)는 후방을 향하여 경사지게 배치되는 상태가 된다.

따라서, 상기 감속기(12)는 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 도 6에서 보듯이 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 약 20°로 하향 경사지게 배치되는 상태가 된다.

이렇게, 상기 감속기(12)가 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 약 20°로 하향 경사지게 배치됨에 따라, 감속기(12)내의 출력기어인 피니언 축라인이 도 6의 경사진 점선라인을 따라 배열되는 상태가 된다.

또한, 상기 감속기(12)는 위와 같이 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 하향 경사지게 배치되는 동시에 차량 안쪽 방향을 향해 일정각도 회전된 상태로 배치된다.

보다 상세하게는, 상기 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 도 5에서 보듯이 상기 감속기(12)가 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 회전 배치되며, 바람직하게는 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 5~30°범위로 회전되어 배치된다.

이에, 상기 감속기(12)의 출력기어인 피니언 축라인이 도 5의 경사진 점선라인을 따라 배열되는 상태가 된다.

참고로, 도 5의 경사진 점선라인과 도 6의 경사진 점선라인은 모두 감속기의 피니언 축라인을 나타낸다.

이와 같이, 상기 감속기(12)를 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 하향 경사지게 배치하는 동시에 차량 안쪽 방향을 향해 일정각도 회전시켜 배치함으로써, 랙 하우징(10)을 서브프레임(20)에 장착하기 위한 후방 마운팅 공간을 용이하게 확보할 수 있다.

좀 더 상세하게는, 도 5에서 보듯이 서브프레임(20)에 대한 랙 하우징(10)의 마운팅 지점으로서, 후방 2곳의 마운팅 지점(R1,R2)와, 전방 1곳의 마운팅 지점(F1)을 용이하게 확보할 수 있고, 감속기(12)가 랙 하우징의 후방쪽에 배치됨에 따라 추가로 전방 1곳의 마운팅 지점(F2)을 더 확보할 수 있으므로, 서브프레임에 대한 랙 하우징(10)의 조립시 작업자의 조립 공간 확보가 원할하여 랙 하우징의 견고한 조립 상태를 제공할 수 있다.

또한, 상기 감속기(12)를 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 하향 경사지게 배치하는 동시에 차량 안쪽 방향을 향해 일정각도 회전시켜 배치함으로써, 감속기가 대시패널과 최대한 멀리 떨어지는 동시에 위쪽 주변 부품과의 간섭도 없게 되므로, 대시패널로부터 전달되는 충돌시 충격이 감속기로 직접 전달되지 않게 되는 등 충돌 성능면에 매우 유리한 장점을 제공할 수 있다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치가 랙바 지지 강성을 증대시킬 수 있는 것을 보여주는 대비도이다.

도 7에서, 도면부호 30은 조향시 랙 하우징으로부터 돌출되는 랙바를 지시한다.

만일, 상기 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 도 7의 아래쪽 도면에서 보듯이 상기 감속기(12)가 차량 길이방향 기준 대비 차량 바깥쪽 방향을 향하여 회전 배치되면, 상기 감속기(12)의 피니언이 랙 하우징(10)내의 랙바와 만나는 지점과 상기 랙바(30)의 최대 돌출지점 간의 거리(b)가 멀어지게 된다.

이때, 상기 감속기(12)의 피니언이 랙 하우징(10)내의 랙바와 만나는 지점에서 랙바는 요크플러그(도 6에서, 도면부호 32로 지시됨)에 의하여 피니언쪽에 가압되며 지지되는 바, 이 지지점으로부터 랙바(30)의 최대 돌출지점 간의 거리(b)가 멀어지게 된다.

이에, 조향에 따라 랙바(30)가 좌우 이송되며 랙 하우징으로부터 돌출될 때, 랙바의 지지강성이 저하될 수 있다.

반면, 본 발명에 따르면 상기 감속기(12)의 피니언과 랙 하우징(10)내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 상기 감속기(12)가 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 5~30°범위로 회전되어 배치됨으로써, 상기 감속기(12)의 피니언이 랙 하우징(10)내의 랙바와 만나는 지점과 상기 랙바(30)의 최대 돌출지점 간의 거리(a)가 상기한 거리(b)에 비하여 가까워지게 된다.

이에, 상기와 같이 감속기(12)의 피니언이 랙 하우징(10)내의 랙바와 만나는 지점에서 랙바는 요크플러그(도 6에서, 도면부호 32로 지시됨)에 의하여 피니언쪽에 가압되며 지지되는 바, 이 지지점으로부터 랙바(30)의 최대 돌출지점 간의 거리(a)가 상기한 거리(b)에 비하여 가까워지게 되고, 결국 조향에 따라 랙바(30)가 좌우 이송되며 랙 하우징으로부터 돌출될 때, 랙바의 지지강성이 향상될 수 있다.

10 : 랙 하우징
11 : 모터
12 : 감속기
14 : 제어기
15 : 랙 경유홀
16 : 대시패널
18 : 배기라인
20 : 서브프레임
30 : 랙바
32 : 요크플러그
F1,F2,R1,R2 : 마운팅 지점

Claims (5)

1. 서브프레임에 모터를 매립 배치하는 동시에 모터와 연결되는 감속기를 서브프레임 위쪽에 이격되는 배치하되,
   감속기를 감속기의 피니언과 랙 하우징내의 랙바가 만나는 지점을 중심으로 하여, 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 하향 경사지게 배치하는 동시에 차량 안쪽 방향을 향해 일정각도 회전시켜 배치한 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 감속기는 차량 길이방향 기준 대비 차량 후방을 향하여 20°로 하향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 감속기가 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 회전 배치되어, 상기 감속기의 피니언이 랙바와 만나는 지점과 상기 랙바의 최대 돌출지점 간의 거리가 좁혀지게 되는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 감속기는 차량 길이방향 기준 대비 차량 안쪽방향을 향하여 5~30°범위로 회전되어 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터는 랙 하우징과 평행하게 배열되며 서브프레임에 매립되는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치.

Images