KR20210043898A - 차량용 스티어링 칼럼 어셈블리 - Google Patents

차량용 스티어링 칼럼 어셈블리 Download PDF

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정덕무
정재원
박무영
정세훈
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이래에이엠에스 주식회사
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Abstract

스티어링 칼럼 어셈블리는 서로 마주하는 제1 암과 제2 암을 구비하는 마운팅 브라켓, 상기 제1 및 제2 암 사이를 통과하게 설치되는 스티어링 칼럼, 그리고 상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 선택적으로 가압하여 상기 스티어링 칼럼의 조절 거동을 선택적으로 허용하는 잠금 상태 또는 잠금 해제 상태를 구현할 수 있도록 구성되는 잠금 유닛을 포함한다. 상기 잠금 유닛은 길이방향 축을 따라 이동 가능한 상태로 상기 제1 및 제2 암을 관통하도록 상기 제1 및 제2 암에 체결되는 클램핑 로드(clamping rod), 상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위한 동력을 생성하는 전기 모터, 상기 전기 모터의 동력에 의해 캠 작용을 하고 상기 캠 작용에 의해 상기 클램핑 로드를 이동시키고 상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 가압하도록 구성되는 캠 구조, 그리고 상기 전기 모터의 동력을 상기 캠 구조로 전달하는 동력 전달 구조를 포함한다. 상기 캠 구조는 상기 전기 모터의 한 방향의 연속되는 동력에 의해 상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태가 교대로 구현되도록 구성될 수 있다.

Description

차량용 스티어링 칼럼 어셈블리{Steering column assembly for vehicles}
본 발명은 차량의 스티어링 칼럼 어셈블리에 관한 것이며, 보다 구체적으로 전동식 잠금 구조를 가지는 스티어링 칼럼 어셈블리에 관한 것이다.
스티어링 칼럼 어셈블리는 차량의 스티어링 휠에 연결되어 운전자의 조작에 의한 조향이 이루어지도록 하는 장치이다. 스티어링 칼럼 어셈블리는 운전자의 편의를 위해 틸트 및 텔레스코픽 거동이 가능하도록 구성되며, 일반적으로 수동적으로 조작되는 조작 레버에 의해 각각 틸트 및 텔레스코픽 거동을 차단하고 허용하는 잠금 상태 및 잠금 해제 상태가 구현된다.
이러한 수동식 조작 레버는 회동을 위해 일정 수준 이상의 힘이 필요하여 사용상 불편한 점이 있고 나아가 차량 사고 시에는 운전자의 무릎에 상해를 입힐 가능성을 가진다.
최근에 이러한 수동식 조작 레버를 제거하고 잠금 및 잠금 해제가 전동식으로 이루어지도록 구성되는 전동식 잠금 구조가 소개되었다. 그러나 모터를 이용하는 기존의 전동식 잠금 구조는 잠금 또는 잠금 해제를 위해 모터가 반대 방향으로 회전하는 방식을 갖기 때문에 모터의 정회전 및 역회전의 반복에 의해 불필요한 부품 마모 및 내구성 저하의 문제를 가진다.
미국 공개특허공보 US2017/0057536호(공개일자: 2017.03.02) 미국 공개특허공보 US2018/0118249호(공개일자: 2018.05.03) 미국 공개특허공보 US2018/0170419호(공개일자: 2018.06.21)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모터의 한 방향의 연속적 회전에 의해 잠금 및 잠금 해제를 구현할 수 있는 전동식 잠금 구조를 가지는 스티어링 칼럼 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리는 서로 마주하는 제1 암과 제2 암을 구비하는 마운팅 브라켓, 상기 제1 및 제2 암 사이를 통과하게 설치되는 스티어링 칼럼, 그리고 상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 선택적으로 가압하여 상기 스티어링 칼럼의 조절 거동을 선택적으로 허용하는 잠금 상태 또는 잠금 해제 상태를 구현할 수 있도록 구성되는 잠금 유닛을 포함한다. 상기 잠금 유닛은 길이방향 축을 따라 이동 가능한 상태로 상기 제1 및 제2 암을 관통하도록 상기 제1 및 제2 암에 체결되는 클램핑 로드(clamping rod), 상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위한 동력을 생성하는 전기 모터, 상기 전기 모터의 동력에 의해 캠 작용을 하고 상기 캠 작용에 의해 상기 클램핑 로드를 이동시키고 상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 가압하도록 구성되는 캠 구조, 그리고 상기 전기 모터의 동력을 상기 캠 구조로 전달하는 동력 전달 구조를 포함한다. 상기 캠 구조는 상기 전기 모터의 한 방향의 연속되는 동력에 의해 상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태가 교대로 구현되도록 구성될 수 있다.
상기 동력 전달 구조는 상기 전기 모터의 동력을 전달받아 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 클램핑 로드에 체결되는 회전 멤버를 포함할 수 있다. 상기 캠 구조는 상기 회전 멤버와 함께 회전하는 제1 캠 부재, 그리고 상기 제1 캠 부재와 캠 작용을 하도록 구성되며 상기 제1 캠 부재의 회전에 대응하여 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 따라 이동하여 상기 제1 암을 가압하도록 구성되는 제2 캠 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 캠 부재는 상기 제2 캠 부재를 마주하는 면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 캠 돌기를 구비할 수 있고, 상기 제2 캠 부재는 상기 제1 캠 부재의 회전 시 상기 캠 돌기와의 상호 작용에 의해 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 따른 이동이 야기되도록 구성되는 복수의 캠 면을 구비할 수 있다.
상기 복수의 캠 돌기는 동일한 형상과 치수를 가지며 원주방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있고, 상기 복수의 캠 면은 동일한 형상과 치수를 가지면서 원주방향으로 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 캠 돌기의 개수는 상기 복수의 캠 면의 개수와 동일할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기 모터를 이용하는 전동식 잠금 유닛에서 잠금 상태 및 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위해 전기 모터의 정회전 및 역회전이 필요 없이 전기 모터의 한 방향의 연속적 회전에 의해 잠금 상태 및 잠금 해제 상태가 교대로 구현될 수 있으며 잠금 및 해제 작동 시 소음이 일정한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리의 웜 휠(worm wheel)과 캠 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리의 제1 캠 부재와 제2 캠 부재를 보여주는 사시도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 칼럼 어셈블리는 스티어링 칼럼(steering column)(10)과 마운팅 브라켓(mounting bracket)(20)을 포함한다. 스티어링 칼럼(10)은 조절 거동, 예를 들어 텔레스코픽 거동 및/또는 틸트 거동이 가능하도록 구성될 수 있다. 도 1에는 스티어링 칼럼 어셈블리가 실제 차량에 설치되는 상태에서 상하가 뒤집힌 상태로 도시되어 있다.
스티어링 칼럼(10)은 상부 자켓(11)과 상부 스티어링 샤프트(13)를 포함할 수 있고 하부 자켓(12)과 자켓 블록(14)을 포함할 수 있다. 상부 스티어링 샤프트(13)는 차량의 스티어링 휠(도시되지 않음)에 연결되어 스티어링 휠과 함께 회전하도록 구성될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 스티어링 칼럼(10)은 상부 스티어링 샤프트(13)와 함께 회전하면서 상부 스티어링 샤프트(13)에 대해 길이방향으로 상대 이동 가능하도록 상부 스티어링 샤프트(13)에 체결되는 하부 스티어링 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 스티어링 샤프트는 유니버셜 조인트를 통해 인터미디어트 샤프트에 연결될 수 있다. 하부 자켓(12)의 상단 부분은 상부 자켓(11) 내에 이동 가능하게 삽입되며, 자켓 블록(14)은 상부 자켓(11)을 감싸도록 형성될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링 칼럼(10)은 텔레스코픽 방향(15)의 이동 가능하고 틸트 방향(16)으로 틸트 가능하게 설치될 수 있다. 텔레스코픽 거동 시 상부 자켓(11)은 상부 스티어링 샤프트(13)와 함께 자켓 블록(14)과 하부 자켓(12)에 대해 상대 이동할 수 있으며, 틸트 거동 시 스티어링 칼럼(10) 전체가 틸트 방향으로 회동될 수 있다.
마운팅 브라켓(20)은 차체에 고정될 수 있도록 형성될 수 있으며, 서로 마주하는 제1 및 제2 암(arm)(201, 202)을 포함하는 한 쌍의 암을 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링 칼럼(10)이 서로 마주하는 제1 및 제2 암(201, 202) 사이를 통과한다. 제1 및 제2 암(201, 202)은 외력(클램핑 힘)이 가해지는 경우 서로 가까워지는 방향으로 탄성 변형될 수 있도록 형성된다. 이때, 자켓 블록(14)이 제1 및 제2 암(201, 202) 사이에 배치되며, 클램핑 힘에 의해 제1 및 제2 암(201, 202)이 서로 가까워지도록 오므라들면 그에 따라 자켓 블록(14)도 내측으로 오므라들면서 상부 자켓(11)을 가압하여 상부 자켓(11)의 텔레스코픽 거동이 차단된다. 자켓 블록(14)은 서로 마주하는 한 쌍의 레그(143, 144)를 구비할 수 있으며, 레그(143, 144)가 제1 및 제2 암(201, 202)에 의해 눌려 변형되면서 상부 자켓(11)의 거동이 차단될 수 있다.
지지 스프링(24)은 마운팅 브라켓(20)에 체결되어 스티어링 칼럼(10)을 차량에 장착된 상태에서 상방향으로 탄성적으로 지지할 수 있다. 지지 스프링(24)은 탄성 복원력을 가지는 스프링일 수 있으며, 양 단이 마운팅 브라켓(20)의 제1 및 제2 암(201, 202)에 각각 형성된 체결 구멍(205, 206)에 체결되는 상태로 스티어링 칼럼(10)을 탄성적으로 지지할 수 있다.
잠금 유닛(locking unit)(30)은 제1 및 제2 암(201, 202)을 서로 가까워지게 선택적으로 가압하여 스티어링 칼럼(10)의 조절 거동, 즉 텔레스코픽 거동 및/또는 틸트 거동을 선택적으로 허용하는 잠금 상태 또는 잠금 해제 상태를 구현할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 잠금 유닛(30)은 제1 및 제2 암(201, 202)에 클램핑 힘을 선택적으로 가하여 스티어링 칼럼(10)의 조절 거동을 선택적으로 허용하는 잠금 상태 및 잠금 해제 상태가 구현될 수 있도록 작용한다. 스티어링 칼럼(10)의 조절 거동은 잠금 상태에서 차단되고 잠금 해제 상태에서 허용될 수 있다. 클램핑 힘에 의해 제1 및 제2 암(201, 202)이 서로 가까워지는 방향으로 오므라들면 제1 및 제2 암(201, 202)이 스티어링 칼럼(10)을 가압하여 조절 거동이 차단되는 잠금 상태가 구현될 수 있고, 클램핑 힘에 제거되면 제1 및 제2 암(201, 202)이 원래 위치로 복원하여 스티어링 칼럼(10)의 조절 거동이 허용되는 잠금 해제 상태가 구현될 수 있다.
잠금 유닛(30)은 클램핑 로드(clamping rod)(31), 전기 모터(32), 캠 구조(33) 그리고 동력 전달 구조(34)를 포함한다.
클램핑 로드(31)는 길이방향 축(LA)을 따라 이동 가능한 상태로 제1 및 제2 암(201, 202)을 관통하도록 제1 및 제2 암(201, 202)에 체결된다. 클램핑 로드(31)의 양측 단부는 제1 및 제2 암(201, 202)의 외측으로 각각 노출된다. 제1 암(201)의 외측에 배치되는 클램핑 로드(31)의 단부에는 캠 구조(33)에 체결되고, 제2 암(202)의 외측에 배치되는 클램핑 로드(3)의 단부에는 나사산(311)이 형성되며 여기에 너트(312)가 체결될 수 있다. 캠 구조(33)와 너트(312)는 제1 암(201)의 외측 면 및 제2 암(202)의 외측 면에 각각 지지된다.
전기 모터(32)는 잠금 상태 및 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위한 동력을 생성한다. 전기 모터(32)의 동력은 동력 전달 구조(34)를 통해 캠 구조(33)로 전달될 수 있다.
캠 구조(33)는 전기 모터(32)의 동력에 의해 캠 작용을 하고, 캠 작용에 의해 클램핑 로드(31)를 이동시키고 제1 및 제2 암(201, 202)을 서로 가까워지게 하는 클램핑 힘이 가해지도록 작용한다. 캠 구조(33)는 전기 모터(32)의 동력에 의해 회전되는 제1 캠 부재(331), 그리고 제1 캠 부재(331)를 마주하는 제2 캠 부재(332)을 포함할 수 있다.
동력 전달 구조(34)는 전기 모터(32)의 동력을 캠 구조(33), 즉 제1 캠 부재(331)로 전달하는 역할을 한다. 구체적으로, 동력 전달 구조(34)는 전기 모터(32)의 동력에 의해 회전하는 웜 기어(worm gear)(341) 및 이에 체결되는 회전 멤버, 즉 웜 휠(worm wheel)(342)을 포함할 수 있다. 이때, 도면에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 웜 기어(341)는 복수의 동력 전달 기어를 포함하는 기어 박스(343)를 통해 전기 모터(32)에 연결될 수 있다. 웜 휠(342)은 웜 기어(341)에 치합되며 웜 기어(341)의 회전에 의해 클램핑 로드(31)을 길이방향 축(LA)을 중심으로 회전할 수 있다. 이를 위해 클램핑 로드(31)가 웜 휠(342)의 중심부에 형성된 관통공(3421)을 통과할 수 있다. 이때 웜 휠(342)과 클램핑 로드(31)는 클램핑 로드(31)가 웜 휠(342)의 관통공(3421)에 길이방향 축(LA)을 따라 이동할 수 있고 웜 휠(342)이 클램핑 로드(31)의 길이방향 축(LA)을 중심으로 회전할 수 있도록 서로 체결될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 캠 부재(331)는 웜 휠(342)에 일체로 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는 제1 캠 부재(331)와 웜 휠(342)은 별도의 부재들로 형성된 후 고정 결합될 수도 있다.
이때 제2 캠 부재(332)가 제1 암(201)의 외측 면에 지지되고 윔 휠(342)과 그에 일체로 형성된 제1 캠 부재(331)가 클램핑 로드(31)의 헤드(313)에 지지되며 클램핑 로드(31)의 반대 측 단부에 체결된 너트(313)가 제2 암(202)의 외측 면에 지지될 수 있다. 이러한 상태에서 전기 모터(32)의 동력에 의한 제1 캠 부재(331)와 제2 캠 부재(332) 사이의 캠 작용이 일어나면 제1 캠 부재(331)와 제2 캠 부재(332) 사이의 거리가 멀어질 수 있고, 그에 의해 제2 캠 부재(332)가 제1 암(201)의 외측 면을 가압하고 동시에 클램핑 로드(31)가 그 길이방향 축(LA)을 따라 이동하여 너트(312)가 제2 암(202)의 외측 면을 가압한다. 이에 의해 제1 및 제2 암(201, 202)이 서로 가까워지는 방향으로 오므라들어 잠금 상태가 만들어진다.
캠 구조(33)는 전기 모터(32)의 한 방향의 연속되는 동력에 의해 잠금 상태 및 잠금 해제 상태가 교대로 구현되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 캠 구조(33)에 따르면 잠금 상태 및 잠금 해제 상태를 구현하기 위해 전기 모터(32)가 정회전 및 역회전을 하여 반대 방향의 동력을 생성할 필요 없이, 한 방향의 회전을 통해 한 방향의 동력을 연속적으로 생성함으로써 잠금 상태 및 잠금 해제 상태가 교대로 구현될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 캠 부재(331)는 제2 캠 부재(332)를 마주하는 면에 원주방향을 따라 등간격으로 배치되는 복수의 캠 돌기(3311)를 구비할 수 있으며, 제2 캠 부재(332)는 제1 캠 부재(331)를 마주하는 면에 원주방향을 따라 등간격으로 배치되는 복수의 캠 면(3321)을 구비할 수 있다. 캠 면(3321)은 캠 돌기(3311)의 볼록한 형상에 대응하여 오목한 홈의 형태를 가질 수 있다. 캠 돌기(3311)와 캠 면(3321)은 동일한 개수로 구비될 수 있다.
캠 면(3321)은 캠 돌기(3311)와의 상호 작용에 의해 제2 캠 부재(332)가 클램핑 로드(31)의 길이방향 축을 따라 이동하도록 형성된다. 복수의 캠 돌기(3311)는 서로 동일한 형상과 치수를 가질 수 있으며, 복수의 캠 면(3321)도 서로 동일한 형상과 치수를 가질 수 있다. 이때 캠 돌기(3311)와 캠 면(3321)은 원주방향을 따라 좌우 대칭을 이룰 수 있다. 도 3에는 캠 돌기(3311)가 캠 면(3321) 사이의 산에 해당하는 분에 위치하는 상태가 도시되어 있으며 이 경우 제1 캠 부재(331)와 제2 캠 부재(332) 사이의 거리가 가장 커지면 이때 잠금 상태가 구현되며, 이 상태에서 제1 캠 부재(331)가 회전하여 캠 돌기(3311)가 캠 면(3321) 상에 위치하면 잠금 해제 상태가 구현된다.
이러한 캠 구조(33)에 의해 잠금 상태 및 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위해 전기 모터(32)가 정회전과 역회전을 반복할 필요가 없으며, 전기 모터(32)의 한 방향의 연속된 회전, 그에 따른 제1 캠(331)의 회전 중심축(RA)을 따라 화살표 방향의 한 방향 회전(도 3 참조)에 의해 잠금 상태와 잠금 해제 상태가 교대로 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 스티어링 칼럼
14: 자켓 블록
20: 마운팅 브라켓
201: 제1 암
202: 제2 암
24: 지지 스프링
30: 잠금 유닛
31: 클램핑 로드
32: 전기 모터
33: 캠 구조
331: 제1 캠 부재
3311: 캠 돌기
332: 제2 캠 부재
3321: 캠 면
34: 동력 전달 구조
341: 웜 기어
342: 웜 휠
343: 기어 박스

Claims (5)

  1. 서로 마주하는 제1 암과 제2 암을 구비하는 마운팅 브라켓,
    상기 제1 및 제2 암 사이를 통과하게 설치되는 스티어링 칼럼, 그리고
    상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 선택적으로 가압하여 상기 스티어링 칼럼의 조절 거동을 선택적으로 허용하는 잠금 상태 또는 잠금 해제 상태를 구현할 수 있도록 구성되는 잠금 유닛
    을 포함하고,
    상기 잠금 유닛은
    길이방향 축을 따라 이동 가능한 상태로 상기 제1 및 제2 암을 관통하도록 상기 제1 및 제2 암에 체결되는 클램핑 로드(clamping rod),
    상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태 사이의 전환을 위한 동력을 생성하는 전기 모터,
    상기 전기 모터의 동력에 의해 캠 작용을 하고 상기 캠 작용에 의해 상기 클램핑 로드를 이동시키고 상기 제1 및 제2 암을 서로 가까워지게 가압하도록 구성되는 캠 구조, 그리고
    상기 전기 모터의 동력을 상기 캠 구조로 전달하는 동력 전달 구조
    를 포함하며,
    상기 캠 구조는 상기 전기 모터의 한 방향의 연속되는 동력에 의해 상기 잠금 상태 및 상기 잠금 해제 상태가 교대로 구현되도록 구성되는
    스티어링 칼럼 어셈블리.
  2. 제1항에서,
    상기 동력 전달 구조는 상기 전기 모터의 동력을 전달받아 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 클램핑 로드에 체결되는 회전 멤버를 포함하고,
    상기 캠 구조는 상기 회전 멤버와 함께 회전하는 제1 캠 부재, 그리고 상기 제1 캠 부재와 캠 작용을 하도록 구성되며 상기 제1 캠 부재의 회전에 대응하여 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 따라 이동하여 상기 제1 암을 가압하도록 구성되는 제2 캠 부재를 포함하는
    스티어링 칼럼 어셈블리.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 캠 부재는 상기 제2 캠 부재를 마주하는 면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 캠 돌기를 구비하고,
    상기 제2 캠 부재는 상기 제1 캠 부재의 회전 시 상기 캠 돌기와의 상호 작용에 의해 상기 클램핑 로드의 길이방향 축을 따른 이동이 야기되도록 구성되는 복수의 캠 면을 구비하는
    스티어링 칼럼 어셈블리.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 캠 돌기는 동일한 형상과 치수를 가지며 원주방향을 따라 등간격으로 배치되고,
    상기 복수의 캠 면은 동일한 형상과 치수를 가지면서 원주방향으로 등간격으로 배치되는
    스티어링 칼럼 어셈블리.
  5. 제4항에서,
    상기 복수의 캠 돌기의 개수는 상기 복수의 캠 면의 개수와 동일한 스티어링 칼럼 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20170057536A1 (en) 2015-08-28 2017-03-02 Steering Solutions Ip Holding Corporation Electronic release linkage with collapsible link member for vehicle steering column
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