KR20190001212U - 전동식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

어떤 형식의 전동식 파워 스티어링 시스템이든, 스티어링 기구 내부의 스티어링 프레임은 모두 타이 로드에 연결되어 타이 로드에 의한 축 방향의 힘 및 반경 방향의 힘을 받는다. 반경 방향의 힘에 대항하기 위하여, 본 고안은 스티어링 프레임의 스크류부에 위치 결정 홈이 설치되고, 가이드 홈을 구비하고, 하우징에 고정 연결되며 스크류부가 관통되는 링 부재, 및 상기 위치 결정 홈과 상기 가이드 홈 내에 설치되는 복수의 롤링 부재를 구비하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제안하였다. 스크류부가 받는 반경 방향의 힘은 상기 위치 결정 홈 내에 위치하는 롤링 부재에 의해 상기 링 부재에 전달되어 상기 하우징에 의해 지지되므로, 상기 스티어링 프레임의 변형을 감소시켜, 스티어링 시스템의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템{ELECTRIC POWER STEERING}

본 고안은 전동식 파워 스티어링에 관한 것이다.

자동차 기술의 발전 및 친환경 의식이 높아지면서, 전동식 파워 스티어링 시스템으로 종래의 유압식 파워 스티어링 시스템을 점차적으로 대체하고 있다. 그 원인은 다음과 같다:

1. 종래의 유압식 파워 스티어링 시스템은 엔진이 작동할 때, 유압펌프는 줄곧 작동 상태이므로 엔진의 일부 동력을 소모하여, 전체 엔진의 오일 소비량을 증가시킨다. 반대로 전동식 파워 스티어링 시스템은 배터리를 에너지원으로 하므로, 엔진과는 별도로 작동하여 엔진의 동력 소모를 증가시키지 않고, 또한 작동 효율이 유압식 파워 스티어링 시스템에 비해 높아, 연비를 절약할 수 있다.

2. 전동식 파워 스티어링 시스템은 동일한 장치에 통합시킬 수 있으므로, 조립 및 정비 편리성을 증가시킨다. 그러나 유압식 파워 스티어링 시스템은 기능이 다른 요소들을 서로 다른 위치에 배치하여, 파이프라인 배치에 의해 파워 스티어링 기능을 발생한다.

3. 전동식 파워 스티어링 시스템은 유압식 파워 스티어링 시스템의 유압 오일 교체 문제가 없어, 더욱 친환경적이다.

4. 전동식 파워 스티어링 시스템은 소프트 컨트롤을 통해 서로 다른 운전 상황에 대해 보조력을 조절하여 자동차 조종의 안정성 및 편안함을 개선할 수 있다. 유압식 파워 스티어링 시스템은 고정된 보조력을 유지하고, 운전 상태에 따라 보조력을 변경할 수 없다.

전동식 파워 스티어링 시스템의 경우, Column EPS, Pinion-EPS 및 Rack EPS로 구분할 수 있다. Rack-EPS에 대해 말하자면, Rack-EPS 작동 방식은 사용자가 핸들을 돌리면, 스티어링 컬럼에 의해 피니언을 스티어링 프레임의 랙부에 치합시켜, 스티어링 프레임을 움직여 이동시키고, 이와 동시에, 스티어링 컬럼에 장착된 각도 센서는 신호를 전자 제어 유닛에 전달하고, 전자 제어 유닛에 의해 벨트 전동 장치의 모터를 제어하여 벨트를 구동하고, 벨트에 의해 너트를 구동하여 회전시키고, 너트에 의해 스티어링 프레임의 스크류부를 구동하여 이동시켜, 사용자에게 스티어링 보조력을 제공하는 효율을 발생시킨다.

그러나 어떤 형식의 전동식 파워 스티어링 시스템이든, 스티어링 기구 내부의 스티어링 프레임은 모두 타이 로드에 연결되고, 타이 로드를 차륜에 연결시킨다. 스티어링 프레임이 구동력을 전달받아 타이 로드를 잡아당기면, 타이 로드가 차륜을 잡아당겨 스티어링 효과를 발생시킬 수 있다. 동시에, 차륜도 타이 로드를 잡아당겨 스티어링 시스템의 스티어링 프레임에 힘을 주게 되므로, 스티어링 프레임은 타이 로드로부터의 작용력을 견뎌내야 한다. 타이 로드의 작용력은, 스티어링 프레임의 길이 방향을 축 방향으로 한다면, 축 방향의 힘(스티어링 프레임의 축 방향으로 작용함) 및 반경 방향의 힘(스티어링 프레임의 반경 방향으로 작용함)으로 나눌 수 있다. 축 방향의 힘이 스티어링 프레임에 작용할 경우, 피니언이 랙부에 치합되고 너트가 스크류부에 나사 결합되어 있어 스티어링 프레임이 지지될 수 있으므로, 스티어링 프레임에 대한 영향이 작다. 반면, 반경 방향의 힘이 스티어링 프레임에 작용할 경우, 피니언이 스티어링 기구 하우징에 피봇 연결되고 랙부가 스티어링 기구 하우징에 맞닿아 있으므로, 스티어링 프레임의 랙부는 지지될 수 있으나, 스크류부는 스티어링 기구 하우징과 간격이 있으므로, 반경 방향의 힘을 스티어링 기구 하우징에 전달할 수 없어, 스티어링 프레임이 변형되게 하여 스티어링 시스템의 사용 수명을 단축시킨다.

본 고안의 주요 목적은 스티어링 시스템의 사용 수명을 연장시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공하는 것이다.

본 고안에 따라 제공되는 전동식 파워 스티어링 시스템은 제1 개구 및 제2 개구를 구비하는 하우징 및 상기 하우징에 설치되어 상기 제1 개구와 상기 제2 개구를 각각 뚫고 나오며, 랙부 및 스크류부를 구비하여 연신축을 정의하는 스티어링 프레임을 포함하는 스티어링 기구; 상기 하우징에 피봇 연결되고, 상기 랙부에 치합되는 피니언; 상기 하우징 내에서 상기 스크류부에 나사 결합되는 너트; 상기 하우징에 고정 연결되고, 출력 축을 구비하는 모터; 상기 출력 축에 고정 연결되는 구동 휠; 상기 너트에 끼움 연결되는 종동 휠; 및 상기 구동 휠과 상기 종동 휠에 끼움 설치되는 가요성 요소를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 상기 스티어링 프레임은, 상기 스크류부에 상기 연신축을 따라 형성되는 위치 결정 홈; 상기 하우징에 고정 연결되고 상기 스크류부가 관통되고, 상기 너트와 상기 제2 개구 사이에 위치하고, 가이드 홈을 구비하는 링 부재; 및 상기 위치 결정 홈과 상기 가이드 홈 내에 설치되는 복수의 롤링 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이를 통해, 반경 방향의 힘이 스티어링 프레임에 작용할 경우, 스크류부가 받는 반경 방향의 힘은 상기 위치 결정 홈 내에 위치하는 롤링 부재에 의해 상기 링 부재에 전달되어 하우징에 의해 지지되므로, 스티어링 프레임의 변형을 감소시켜, 스티어링 시스템의 사용 수명을 연장시킨다.

그밖에, 상기 링 부재 양단에 각각 위치하여 상기 링 부재 또는 상기 하우징에 고정 연결되어 롤링 부재가 링 부재를 이탈하는 것을 방지하는 복수의 스토퍼 링을 더 포함한다.

상기 위치 결정 홈의 수량은 6개이며, 순서대로 각각 제1 위치 결정 홈 내지 제6 위치 결정 홈이며, 상기 가이드 홈의 수량은 6개이며 각각 제1 가이드 홈 내지 제6 가이드 홈이다. 상기 각 롤링 부재는 상기 제1 위치 결정 홈과 상기 제1 가이드 홈, 상기 제2 위치 결정 홈과 상기 제2 가이드 홈, 상기 제3 위치 결정 홈과 상기 제3 가이드 홈, 상기 제4 위치 결정 홈과 상기 제4 가이드 홈, 상기 제5 위치 결정 홈과 상기 제5 가이드 홈, 상기 제6 위치 결정 홈과 상기 제6 가이드 홈에 각각 설치된다. 위치 결정 홈 및 가이드 홈의 수량을 증가시켜 링 부재가 스크류부를 지지하는 효과를 증강시킨다.

또한 상기 각 가이드 홈이 상기 링 부재에 등간격으로 분포되게 하고, 이를 통해 각 방향으로부터의 반경 방향의 힘에 대응하도록 보장할 수 있다.

그밖에, 상기 제1 가이드 홈과 제2 가이드 홈이 제1 그룹을 형성하고, 제3 가이드 홈과 상기 제4 가이드 홈이 제2 그룹을 형성하고 상기 제5 가이드 홈과 상기 제6 가이드 홈이 제3 그룹을 형성하고, 상기 제1 가이드 홈과 상기 제2 가이드 홈의 거리, 상기 제3 가이드 홈과 상기 제4 가이드 홈의 거리, 상기 제5 가이드 홈과 상기 제6 가이드 홈의 거리를 같게 하며, 상기 제1 가이드 홈과 제2 가이드 홈의 거리가 제1 가이드 홈과 제6 가이드 홈의 거리보다 작게 하여, 롤링 부재의 리턴 구조의 설계에 유리하도록 한다.

상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹 및 상기 제3 그룹이 상기 링 부재에 등간격으로 분포되게 하면, 각 방향으로부터의 반경 방향의 힘에 대응하도록 보장할 수 있다.

도 1은 본 고안의 제1 바람직한 실시예의 사시도로서, 전동식 파워 스티어링 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 고안의 제1 바람직한 실시예의 단면 개략도로서, 전동식 파워 스티어링 시스템 내부를 나타낸다.
도 3은 본 고안의 제1 바람직한 실시예의 부분 사시도로서, 모터, 출력 축, 구동 휠 및 너트를 나타낸다.
도 4는 본 고안의 제1 바람직한 실시예의 부분 사시도로서, 스티어링 프레임 및 링 부재를 나타낸다.
도 5는 도 4의 측면도로서, 스토퍼 링을 제거하고 스티어링 프레임, 링 부재 및 롤링 부재를 나타낸 것이다.

본 고안의 기술특징을 상세하게 설명하기 위하여, 하기 바람직한 실시예를 들어 도면과 결합하여 아래와 같이 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예에서 제공하는 전동식 파워 스티어링 시스템(10)은 주로 스티어링 기구(11), 피니언(12), 너트(13), 모터(14), 링 부재(15) 및 복수의 롤링 부재(16)를 포함한다.

스티어링 기구(11)는, 하우징(111) 및 스티어링 프레임(112)을 구비하고, 상기 하우징(111)은 제1 개구(111a) 및 제2 개구(111b)를 구비한다. 상기 스티어링 프레임(112)은 상기 하우징(111)에 설치되어 상기 제1 개구(111a)와 상기 제2 개구(111b)를 각각 뚫고 나오며, 상기 스티어링 프레임(112)은 랙부(112a)와 스크류부(112b)를 구비하여 연신축(112c)을 정의한다. 차륜에 연결된 복수의 타이 로드(21)는 상기 스티어링 프레임(112)에 각각 연결되어, 상기 스티어링 프레임(112)에 의해 구동된다.

피니언(12)은, 상기 하우징(111)에 피봇 연결되고, 상기 랙부(112a)에 치합된다. 상기 피니언(12)은 스티어링 컬럼(steering column, 미도시)에 의해 회전하면서, 상기 랙부(112a)를 움직여 상기 스티어링 프레임(112)을 이동시킨다.

너트(13)는 상기 하우징(111) 내에서 상기 스크류부(112b)에 나사 결합된다. 상기 너트(13)가 회전하면, 상기 스크류부(112b)를 구동하여 이동시킬 수 있다.

모터(14)는 상기 하우징(111)에 고정 연결되며, 상기 모터(14)는 출력 축(141)을 구비한다. 구동 휠(142)은 출력 축(141)에 고정 연결된다. 종동 휠(144)은 상기 너트(13)에 끼움 연결된다. 벨트 또는 사슬과 같은 가요성 요소(143)는 상기 구동 휠(142)과 상기 종동 휠(144)에 끼움 설치된다. 상기 모터(14)가 제어를 받아 상기 출력축(141)을 회전시키면, 동력은 상기 구동 휠(142)에 의해 상기 가요성 요소(143)를 운행시키고, 상기 종동 휠(144)에 의해 상기 너트(13)에 전달되어, 스크류부(112b)를 이동시킨다.

도 2, 4, 5를 참고하면, 본 고안의 전동식 파워 스티어링 시스템의 특징은 다음과 같다: 상기 스티어링 프레임(112)은 상기 스크류부(112b)에 위치 결정 홈(113)을 구비하고, 상기 위치 결정 홈(113)은 상기 연신축(112c)을 따라 형성된다.

링 부재(15)는 상기 하우징(111)에 고정 연결되고 상기 스크류부(112b)가 관통되고, 상기 링 부재(15)는 상기 너트(13)와 상기 제2 개구(111b) 사이에 위치하고, 상기 링 부재(15)는 가이드 홈(151)을 구비한다.

복수의 롤링 부재(16)는 상기 위치 결정 홈(113)과 상기 가이드 홈(151) 내에 설치된다.

이를 통해, 반경 방향의 힘이 스티어링 프레임(112)에 작용할 경우, 스크류부(112b)가 받는 반경 방향의 힘(상기 연신축(112c)의 분력에 수직)은 상기 위치 결정 홈(113) 내에 위치하는 롤링 부재(16)에 의해 상기 링 부재(15)에 전달되어 상기 하우징(111)에 의해 지지되므로, 상기 스티어링 프레임(112)의 변형을 감소시켜, 스티어링 시스템의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

언급해야 할 점은, 상기 링 부재(15) 양단에 각각 위치하여 상기 링 부재(15) 또는 상기 하우징(111)에 고정 연결되어, 롤링 부재(16)가 링 부재(15)를 이탈하는 것을 방지하는 복수의 스토퍼 링(22)을 더 구비한다.

또한, 상기 위치 결정 홈(113)의 수량은 6개이며, 순서대로 각각 제1 위치 결정 홈 내지 제6 위치 결정 홈(113a-113f)이다. 상기 가이드 홈(151)의 수량은 6개이며, 각각 제1 가이드 홈 내지 제6 가이드 홈(151a-151f)이다. 상기 각 롤링 부재(16)는 상기 제1 위치 결정 홈(113a)과 상기 제1 가이드 홈(151a), 상기 제2 위치 결정 홈(113b)과 상기 제2 가이드 홈(151b), 상기 제3 위치 결정 홈(113c)과 상기 제3 가이드 홈(151c), 상기 제4 위치 결정 홈(113d)과 상기 제4 가이드 홈(151d), 상기 제5 위치 결정 홈(113e)과 상기 제5 가이드 홈(151e), 상기 제6 위치 결정 홈(113f)과 상기 제6 가이드 홈(151f)에 각각 설치된다. 위치 결정 홈(113) 및 가이드 홈(151)의 수량을 증가시켜, 링 부재(15)가 스크류부(112b)를 지지하는 효과을 증강시킨다.

설명해야 할 점은, 상기 각 가이드 홈(151)이 상기 링 부재(15)에 등간격으로 분포되게 하면, 각 방향으로부터의 반경 방향의 힘에 대응하도록 보장할 수 있다.

그밖에, 추가로 설명해야 할 점은, 본 실시예에서 상기 제1 가이드 홈(151a)과 제2 가이드 홈(151b)이 제1 그룹(G1)을 형성하고, 상기 제3 가이드 홈(151c)과 제4 가이드 홈(151d)이 제2 그룹(G2)을 형성하고, 상기 제5 가이드 홈(151e)과 제6 가이드 홈(151f)이 제3 그룹(G3)을 형성하고, 상기 제1 가이드 홈(151a)과 제2 가이드 홈(151b)의 거리, 상기 제3 가이드 홈(151f)과 제4 가이드 홈(151d)의 거리, 상기 제5 가이드 홈(151e)과 제6 가이드 홈(151f)의 거리를 서로 같게 하며, 상기 제1 가이드 홈(151a)과 제2 가이드 홈(151b)의 거리가 상기 제1 가이드 홈(151a)과 제6 가이드 홈(151f)의 거리보다 작게 한다. 이렇게 하면, 그룹 내의 각 상기 가이드 홈(151) 사이의 거리는 그룹 외의 각 상기 가이드 홈(151)의 거리보다 가까워, 롤링 부재의 리턴 구조를 편리하게 설계할 수 있으며, 상기 제1 그룹(G1), 상기 제2 그룹(G2)과 상기 제3 그룹(G3)은 각각 롤링 부재의 리턴 구조를 형성하도록 한다. 상기 제1 그룹(G1), 상기 제2 그룹(G2)과 상기 제3 그룹(G3)이 상기 링 부재에 등간격으로 분포되게 하며, 이를 통해 각 방향으로부터의 반경 방향의 힘에 대응하도록 보장할 수 있다.

10: 전동식 파워 스티어링 시스템
11: 스티어링 기구
111: 하우징
111a: 제1 개구
111b: 제2 개구
112a: 랙부
112b: 스크류부
112c: 연장축
113: 위치 결정 홈
113a~113f: 제1 위치 결정 홈 내지 제6위치 결정 홈
12: 피니언
13: 너트
14: 모터
141: 출력 축
142: 구동 휠
143: 가요성 요소
144: 종동 휠
15: 링 부재
151: 가이드 홈
151a~151f: 제1 가이드 홈 내지 제6 가이드 홈
16: 롤링 부재
21: 타이 로드
22: 스토퍼 링
G1~G3: 제1 그룹~제3 그룹

Claims (6)

1. 제1 개구 및 제2 개구를 구비하는 하우징 및 상기 하우징에 설치되어 상기 제1 개구와 상기 제2 개구를 각각 뚫고 나오며, 랙부 및 스크류부를 구비하여 연신축을 정의하는 스티어링 프레임을 포함하는 스티어링 기구; 상기 하우징에 피봇 연결되고, 상기 랙부에 치합되는 피니언; 상기 하우징 내에서 상기 스크류부에 나사 결합되는 너트; 상기 하우징에 고정 연결되고, 출력 축을 구비하는 모터; 상기 출력 축에 고정 연결되는 구동 휠; 상기 너트에 끼움 연결되는 종동 휠; 및 상기 구동 휠과 상기 종동 휠에 끼움 설치되는 가용성 요소를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템이 있어서,
   상기 스티어링 프레임은, 상기 스크류부에 상기 연신축을 따라 형성되는 위치 결정 홈; 상기 하우징에 고정 연결되어 상기 스크류부가 관통되고, 상기 너트와 상기 제2 개구 사이에 위치하고, 가이드 홈을 구비하는 링 부재; 및 상기 위치 결정 홈과 상기 가이드 홈 내에 설치되는 복수의 롤링 부재를 구비하는,
   전동식 파워 스티어링 시스템
2. 제1항에 있어서,
   상기 링 부재 양단에 각각 위치하여 상기 링 부재 또는 상기 하우징에 고정 연결되는 복수의 스토퍼 링을 더 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 위치 결정 홈의 수량은 6개이며, 순서대로 각각 제1 위치 결정 홈 내지 제6 위치 결정 홈이며, 상기 가이드 홈의 수량은 6개이며, 각각 제1 가이드 홈 내지 제6 가이드 홈이며, 상기 각 롤링 부재는 상기 제1 위치 결정 홈과 상기 제1 가이드 홈, 상기 제2 위치 결정 홈과 상기 제2 가이드 홈, 상기 제3 위치 결정 홈과 상기 제3 가이드 홈, 상기 제4 위치 결정 홈과 상기 제4 가이드 홈, 상기 제5 위치 결정 홈과 상기 제5 가이드 홈, 상기 제6 위치 결정 홈과 상기 제6 가이드 홈에 각각 설치되는, 전동식 파워 스티어링 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각 가이드 홈은 상기 링 부재에 등간격으로 분포되는, 전동식 파워 스티어링 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 가이드 홈과 제2 가이드 홈은 제1 그룹을 형성하고, 상기 제3 가이드 홈과 제4 가이드 홈은 제2 그룹을 형성하고, 상기 제5 가이드 홈과 제6 가이드 홈은 제3 그룹을 형성하고;
   상기 제1 가이드 홈과 상기 제2 가이드 홈의 거리, 상기 제3 가이드 홈과 상기 제4 가이드 홈의 거리, 상기 제5 가이드 홈과 상기 제6 가이드 홈의 거리는 같으며;
   상기 제1 가이드 홈과 제2 가이드 홈의 거리는 상기 제1 가이드 홈과 제6 가이드 홈의 거리보다 작은, 전동식 파워 스티어링 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹과 상기 제3 그룹은 상기 링 부재에 등간격으로 분포되는, 전동식 파워 스티어링 시스템.

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