KR20220049136A - 스티어 바이 와이어식 조향장치 - Google Patents

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KR20220049136A
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Abstract

본 실시예들에 의하면, 피니언, 서포트요크 등의 부품이 삭제되어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되고, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되고, 구동 시 마찰이 저감되며 부품의 내구 성능이 향상될 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어식 조향장치{STEER-BY-WIRE TYPE STEERING APPARATUS}
본 실시예들은 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피니언, 서포트요크 등의 부품이 삭제되어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되고, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되고, 구동 시 마찰이 저감되며 부품의 내구 성능이 향상되는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어식 조향장치란 일종의 전동식 조향장치로서, 조향휠과 전륜 조향장치 사이에 조향컬럼, 유니버셜 조인트 등 기계적인 연결 없이 전기적인 동력을 이용하여 차량을 조타시키는 장치를 말한다.
즉, 운전자의 조향휠 조작이 전기 신호로 변환되어 전자제어장치에서 이를 입력받게 되고 그에 따라 모터의 출력이 결정되게 되는데, 이러한 스티어 바이 와이어식 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 충돌 시 기구부에 의한 운전자 상해를 감소시키며 기계적 연결 및 유압부품 삭감이 가능하므로 부품수 축소로 차량의 경량화 및 라인 조립공수 급감 등의 단순화로 조향 작동 시의 불필요한 에너지 소모를 줄임으로서 연비를 향상시킨다. 또한, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능하다.
종래의 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 랙바가 축방향으로만 슬라이딩되게 회전을 방지하고 또한 랙바의 이동위치를 센싱하기 위해 랙바와 맞물리는 피니언축 등을 구비하였는데, 이는 일반적인 조향장치의 생산 및 조립 라인과 호환성이 높기 때문이었다.
그러나, 단지 상기의 목적을 위해 피니언축 등을 구비하는 것은, 랙바에 랙기어를 가공하여 서포트요크 등을 더 구비하여야 하는 등 필요한 부품 수가 많고 조립공정이 복잡하여 비효율적이며, 랙기어와 피니언기어 사이에서 마찰음 또는 반전조타에 의한 충돌음이 발생하여 노이즈 성능이 저하되는 문제가 있었다.
본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 피니언, 서포트요크 등의 부품이 삭제되어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되고, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되고, 구동 시 마찰이 저감되며 부품의 내구 성능이 향상되는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 관한 것이다.
본 실시예들에 의하면, 모터에 의해 축방향으로 슬라이딩되는 슬라이딩바, 슬라이딩바를 수용하는 하우징, 환형으로 형성되며, 하우징의 내주면에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 1 지지부 및 슬라이딩바에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 2 지지부를 포함하는 댐퍼를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치가 제공될 수 있다.
본 실시예들에 의한, 피니언, 서포트요크 등의 부품이 삭제되어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되고, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되고, 구동 시 마찰이 저감되며 부품의 내구 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 정면도이다.
도 3은 도 1의 일부의 결합상태에 대한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 도 1의 결합상태에 대한 단면도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치의 분해사시도, 도 2는 도 1의 일부에 대한 정면도, 도 3은 도 1의 일부의 결합상태에 대한 사시도, 도 4 내지 도 6을 도 1의 결합상태에 대한 단면도이다.
본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치(100)는, 모터(140)에 의해 축방향으로 슬라이딩되는 슬라이딩바(120), 슬라이딩바(120)를 수용하는 하우징(110), 환형으로 형성되며, 하우징(110)의 내주면에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 1 지지부(210) 및 슬라이딩바(120)에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 2 지지부(220)를 포함하는 댐퍼(130)를 포함한다.
도 1을 참고하여 살펴보면, 슬라이딩바(120)는 하우징(110)의 내부에서 축방향으로 슬라이딩 가능하게 구비되며, 하우징(110)에 결합된 모터(140)에 의해 슬라이딩바(120)가 축방향으로 슬라이딩된다.
슬라이딩바(120)의 양단에는 바퀴(미도시)와 연결되는 타이로드, 너클암(미도시) 등이 연결되어, 모터(140)에 의해 슬라이딩바(120)가 슬라이딩됨에 따라 바퀴가 조타된다.
모터(140)는 차량에 구비되는 전자제어장치(미도시)에 의해 제어되며, 전자제어장치는 조향축(미도시)에 구비되는 토크센서 및 앵글센서, 차속센서, 카메라 등으로부터 조향정보를 수신하고 수신된 조향정보에 기반하여 모터(140)를 제어한다.
모터(140)의 토크가 예를 들어 풀리, 벨트 및 볼너트 등에 의해 변환되어 슬라이딩바(120)에 전달될 수 있는데, 이러한 풀리, 벨트 및 볼너트 등의 구조는 공지된 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
볼너트의 회전에 의해 슬라이딩바(120)가 축방향으로 슬라이딩되기 위해서는 슬라이딩바(120)가 회전되지 않고 고정되어야 하는데, 본 실시예들에 의한 스티어 바이 와이어식 조향장치(100)에서는 댐퍼(130)가 하우징(110) 및 슬라이딩바(120)에 원주방향으로 지지되게 구비됨으로써 슬라이딩바(120)가 회전되지 않고 모터(140)의 토크에 의해 축방향으로 슬라이딩되게 된다.
종래의 스티어 바이 와이어식 조향장치는, 스티어 바이 와이어식이 아닌 기계식 조향장치에서와 마찬가지로, 피니언축을 구비하여 피니언축이 랙기어와 맞물리며 랙바에 원주방향으로 지지됨으로써 랙바의 회전을 방지하였는데, 즉 피니언축은 조향축과는 기계적으로 연결되지 않고 랙하우징에 결합되어 랙바의 슬라이딩 시 회전되게 구비될 뿐이었다.
이는 기계식 조향장치와 조립 및 생산라인의 호환성이 높기 때문이었는데, 스티어 바이 와이어식 조향장치에서 피니언축을 구비하는 것은 원가 측면에서 불리할 뿐만 아니라, 랙기어와 피니언기어 사이에서의 마찰음 및 반전 조타 시의 충돌음이 조향감을 저하시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 실시예들에 의하면 피니언축뿐만 아니라 랙기어와 피니언기어의 치합을 유지하기 위한 서포트요크, 피니언축의 회전을 지지하는 베어링, 하우징에 형성되는 피니언축 조립부 등을 모두 삭제할 수 있어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되며, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되게 된다.
다만, 종래의 조향장치에서 피니언축이 랙바의 회전을 방지하는 역할을 수행하기 위해, 본 실시예들에 있어서는 댐퍼(130)가 슬라이딩바(120)를 하우징(110)에 대해 원주방향으로 고정시키게 된다.
한편, 종래의 조향장치에서는 피니언축의 회전각으로부터 랙바의 이동위치를 센싱하였는데, 본 실시예들에서는 피니언축이 삭제되므로 모터(140)와 슬라이딩바(120)를 연결하는 풀리, 벨트 및 볼너트 등의 회전각으로부터 슬라이딩바(120)의 이동위치를 센싱하거나 하우징(110)에 리니어센서를 더 구비하여 슬라이딩바(120)의 이동위치를 센싱할 수 있을 것이다.
이어서, 종래의 조향장치에서는 노이즈댐퍼는 랙하우징의 내측에 구비되어 랙바가 일측 또는 타측으로 최대 변위일 때 이너볼조인트 등이 랙하우징에 충돌하는 것을 완충하기 위해 이른바 노이즈댐퍼가 구비되는 것인었는데, 일반적으로 이러한 노이즈댐퍼는 랙바에는 지지되지 않고 랙하우징과 이너볼조인트 등의 사이에서 축방향으로 게재된되었다.
본 실시예들에 있어서는, 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 하우징(110)의 내주면에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 1 지지부(210) 및 슬라이딩바(120)에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 2 지지부(220)를 포함함으로써, 노이즈댐퍼댐퍼(130)에 의해 슬라이딩바(120)의 회전이 방지된다.
도 2 내지 도 4를 참고하여 살펴보면, 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 환형으로 형성되며 외주면은 하우징(110)의 내주면에 지지되되, 내경이 슬라이딩바(120)의 외경 보다 크게 형성되며 내주면은 슬라이딩바(120)와 이격될 수 있다.
제 2 지지부(220)는 슬라이딩바(120)를 사이에 두고 마주보는 한 쌍으로 구비될 수 있는데, 그에 따라 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 슬라이딩바(120)에 대칭적으로 지지되며 모터(140)의 토크에 의해 각 제 2 지지부(220)에 가해지는 하중이 분산되게 되어 노이즈댐퍼댐퍼(130)의 내구 성능이 향상된다.
또한, 제 1 지지부(210)는 한 쌍의 제 2 지지부(220)의 일단부(도면상 상단부)를 연결하게 구비될 수 있으며, 한 쌍의 제 2 지지부(220)의 타단부(도면상 하단부)는 원주방향으로 이격되게 구비될 수 있다.
즉, 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 슬라이딩바(120)가 하우징(110)에 구비되기 전에 하우징(110)의 내주면에 결합될 수 있는데, 제 2 지지부(220)의 타단부 사이의 간격이 좁아지게 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 축경되며 하우징(110)의 내측으로 삽입되고 다시 타단부 사이의 간격이 벌어지며 후술할 바와 같이 단차부(222)가 안착홈(510)에 삽입될 수 있다.
또한, 제 1 지지부(210)의 외측면에는 제 1 돌기부(211)가 돌출형성되고 하우징(110)의 내주면에는 제 1 돌기부(211)가 삽입되는 제 1 슬라이딩홈(410)이 구비되어, 제 1 돌기부(211)가 제 1 슬라이딩홈(410)에서 하우징(110)에 원주방향으로 지지되며 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 원주방향으로 고정될 수 있다.
모터(140)의 토크에 의해 노이즈댐퍼댐퍼(130)에 가해지는 하중은 제 1 돌기부(211)뿐만 아니라 하우징(110)과 제 2 지지부(220)의 외측면 사이의 마찰에 의해 지지되며 분산되게 되어 노이즈댐퍼댐퍼(130)의 내구 성능이 향상된다.
또한, 제 1 슬라이딩홈(410)은 축방향으로 개구되게 형성되고 안착홈(510)이 형성된 부위까지 축방향으로 길게 형성될 수 있다(도 5 참조).
따라서, 제 1 돌기부(211)가 제 1 슬라이딩홈(410)의 개구된 단부로 삽입되며 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 하우징(110)의 내측으로 삽입되며, 제 1 슬라이딩홈(410)을 따라 슬라이딩되며 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 하우징(110)에 결합될 수 있어 조립성이 향상된다.
전술한 바와 같이, 제 2 지지부(220)의 외측면에는 단차부(222)가 돌출형성되고 하우징(110)의 내주면에는 단차부(222)가 삽입되는 안착홈(510)이 구비된다.
단차부(222)는 제 2 지지부(220)의 외측면에서 원주방향을 따라 길게 구비될 수 있으며, 단차부(222)가 안착홈(510)에 삽입됨에 따라 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 하우징(110)에 대해 축방향으로 고정된다.
하우징(110)에 대해 축방향으로 고정된 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 일측면이 하우징(110)의 개구된 측을 바라보게 구비되어, 전술한 바와 같이 이너볼조인트 등과 하우징 사이의 충돌을 완충한다.
또한, 제 2 지지부(220)의 내측면에는 제 2 돌기부(221)가 돌출형성되고 슬라이딩바(120)의 외주면에는 제 2 돌기부(221)가 삽입되는 제 2 슬라이딩홈(310)이 구비되어, 제 2 돌기부(221)가 제 2 슬라이딩홈(310)에서 슬라이딩바(120)에 원주방향으로 지지되며 슬라이딩바(120)가 원주방향으로 고정될 수 있다.
노이즈댐퍼댐퍼(130)와 결합된 채 슬라이딩될 수 있도록 제 2 슬라이딩홈(310)은 축방향으로 길게 형성될 수 있으며, 또한 슬라이딩바(120)와 노이즈댐퍼댐퍼(130)가 원활히 조립될 수 있도록 제 2 슬라이딩홈(310)은 축방향으로 개구되게 형성될 수 있다(도 1 참조).
즉, 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 슬라이딩바(120)의 회전을 방지할 뿐만 아니라, 제 2 돌기부(221) 및 제 2 슬라이딩홈(310)에 의해 슬라이딩바(120)의 슬라이딩을 지지할 수도 있다.
한편, 슬라이딩바(120)는 축방향으로 슬라이딩되고 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 축방향으로 고정됨에 따라 제 2 돌기부(221)와 제 2 슬라이딩홈(310) 사이에서 발생하는 마찰을 저감하기 위해, 제 2 슬라이딩홈(310)에는 그리스가 도포될 수 있다.
또한, 노이즈댐퍼댐퍼(130)는 전술한 바와 같이 충돌을 완충하기 위해 NR(Natural Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers) 등과 같은 고무나, PE(Polyester Elastomer) 와 같은 탄성재질로 형성될 수 있는데, 마찬가지로 제 2 돌기부(221)와 제 2 슬라이딩홈(310) 사이에서 발생하는 마찰을 저감하기 위해 제 2 돌기부(221)에는 슬라이딩바(120)와 동일한 재질의 금속이 도금될 수 있다.
예를 들어 슬라이딩바(120)가 철강으로 제작된 경우, 제 2 돌기부(221)에 철로 도금을 함으로써 노이즈댐퍼댐퍼(130)와 슬라이딩바(120) 사이의 슬라이딩이 동일한 재질 사이에서 이루어지게 되며 상대적으로 마찰이 저감될 수 있다.
즉, 제 2 슬라이딩홈(310)에 그리스를 도포하거나 제 2 돌기부(221)에 도금을 함으로써, 슬라이딩바(120)가 슬라이딩될 때 마찰이 저감되고 노이즈댐퍼댐퍼(130)의 내구 성능도 향상되게 되는 것이다.
이와 같은 형상을 가지는 스티어 바이 와이어식 조향장치에 의하면, 피니언, 서포트요크 등의 부품이 삭제되어 부품 수가 감소되고 부품의 형상 및 조립공정이 단순화되어 원가가 절감되고, 기어간 마찰에 의한 작동 소음 및 반전 조타에 의한 소음이 감소되어 노이즈 성능이 개선되고, 구동 시 마찰이 저감되며 부품의 내구 성능이 향상될 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스티어 바이 와이어식 조향장치 110: 하우징
120: 슬라이딩바 130: 댐퍼
140: 모터 210: 제 1 지지부
211: 제 1 돌기부 220: 제 2 지지부
221: 제 2 돌기부 222: 단차부
310: 제 2 슬라이딩홈 410: 제 1 슬라이딩홈
510: 안착홈

Claims (11)

  1. 모터에 의해 축방향으로 슬라이딩되는 슬라이딩바;
    상기 슬라이딩바를 수용하는 하우징;
    환형으로 형성되며, 상기 하우징의 내주면에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 1 지지부 및 상기 슬라이딩바에 원주방향으로 지지되게 결합되는 제 2 지지부를 포함하는 댐퍼;
    를 포함하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 지지부는 상기 슬라이딩바를 사이에 두고 마주보는 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부는 상기 한 쌍의 제 2 지지부의 일단부를 연결하게 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 지지부의 타단부는 원주방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부의 외측면에는 제 1 돌기부가 돌출형성되고, 상기 하우징의 내주면에는 상기 제 1 돌기부가 삽입되는 제 1 슬라이딩홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 슬라이딩홈은 축방향으로 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 지지부의 외측면에는 단차부가 돌출형성되고, 상기 하우징의 내주면에는 상기 단차부가 삽입되는 안착홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 지지부의 내측면에는 제 2 돌기부가 돌출형성되고, 상기 슬라이딩바의 외주면에는 상기 제 2 돌기부가 삽입되는 제 2 슬라이딩홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 슬라이딩홈은 축방향으로 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 슬라이딩홈에는 그리스가 도포되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 돌기부에는 상기 슬라이딩바와 동일한 재질의 금속이 도금되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어식 조향장치.
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