KR20230114977A - 차량용 전동식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 하우징과, 하우징의 내부에 설치되는 웜 샤프트와, 하우징의 내부에 설치되고 웜 샤프트에 치합되는 웜 휠과, 웜 샤프트의 일단부에 결합되어 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 베어링에 장착되는 안티 래틀 부재를 포함하며, 안티 래틀 부재는 베어링의 외주면을 감싸는 제1 몸체부와, 제1 몸체부의 외측에 일체로 마련되고, 하우징의 내측면과 접하는 제2 몸체부 및 제1 몸체부와 제2 몸체부 사이가 절개되어 형성된 간극에 의해 제1 몸체부에 탄성력을 제공하는 탄성 제공부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 전동식 조향장치{MOTOR DRIVEN POWER STEERING FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 전동식 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 래틀 소음 방지 및 진동 방지 기능을 동시에 충족할 수 있는 차량용 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차속 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)에서 모터를 구동시켜 저속 운행 시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행 시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 함으로써 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하는 전동식 조향장치가 이용되고 있다.
전동식 조향장치는 펌프에서 유압을 형성하여 파워를 어시스트(assist)하는 EHPS(Electro Hydraulic Power Steering) 시스템과, 모터의 회전력으로 조향 파워를 어시스트하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 시스템으로 구분될 수 있다.
MDPS 시스템은 유압을 이용하지 않고, 동력을 발생하는 모터와 연결된 웜 샤프트(Worm shaft)가 웜 휠(Worm wheel)을 회전시켜 웜휠의 회전력을 기어박스쪽으로 전달해 조향력을 어시스트하게 된다.
한편, MDPS 시스템 방식의 전동식 조향장치는 치합된 웜 샤프트와 웜 휠을 이용함으로써 치마모와 기타 여러요인으로 인한 치간 갭(Gab)에 따른 금속성 소음인 래틀 소음(Rattle Noise)이 발생될 수 있다.
종래 기술에서는 웜 샤프트와 웜 휠이 유격 없이 맞물려 회전될 수 있도록 웜 샤프트를 웜 휠 측으로 눌러주는 안티 래틀 장치(Anti Rattle Spring, ARS)가 적용되고 있다.
종래의 차량용 전동식 조향장치는 웜 샤프트와 웜 휠이 치합되며, 웜 샤프트의 단부에 결합되어 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 볼 베어링과, 볼 베어링에 결합되는 슬라이딩 댐퍼와, 백래시 발생을 방지하기 위해 볼 베어링을 눌러주는 슬라이딩 핀과, 슬라이딩 핀을 웜 샤프트 측으로 탄성 가압하는 안티 래틀 스프링과, 외부 이물질의 유입 방지 및 안티 래틀 스프링의 이탈을 방지하기 위해 메인 하우징에 설치되는 안티 래틀 플러그와, 외부 이물질의 유입 방지 및 슬라이딩 댐퍼를 지지하기 위해 메인 하우징에 설치되는 커버 어셈블리로 구성된다.
종래의 차량용 전동식 조향장치에 적용된 안티 래틀 장치는 치마모에 따른 웜 샤프트와 웜 휠 간의 유격을 보상하기 위해 슬라이딩 핀을 조정하여 볼 베어링을 눌러줌으로써 치마모에 따라 증가하는 웜 샤프트와 웜 휠 간의 유격을 보상하였다.
그러나, 종래의 차량용 전동식 조향장치는 MIP(Made In Plant) 조립 공정상 웜 샤프트와 웜 휠 및 메인 하우징의 조립 산포가 상이하기 때문에 이러한 조립 산포를 조절하기 어려운 문제가 있다.
또한, 안티 래틀 장치(ARS)와 볼 베어링을 고정시키는 별도의 슬라이딩 댐퍼가 존재하기 때문에 MDPS 시스템의 제작 원가를 상승시키는 문제가 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요구된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0057036호(2012.06.05. 공개, 발명의 명칭: 차량용 전동 스티어링의 래틀소음 방지장치)에 개시되어 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 조향 조작력을 전달하는 웜 샤프트와 웜 휠 간의 치간 갭에 의해 발생하는 래틀 소음을 방지하는 기능과, 슬라이딩 댐퍼의 진동 방지 기능을 동시에 충족시킬 수 있는 차량용 전동식 조향장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 차량용 전동식 조향장치로서, 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되는 웜 샤프트, 상기 하우징의 내부에 설치되고 상기 웜 샤프트에 치합되는 웜 휠, 상기 웜 샤프트의 일단부에 결합되어 상기 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 상기 베어링에 장착되는 안티 래틀 부재를 포함하며, 상기 안티 래틀 부재는 상기 베어링의 외주면을 감싸는 제1 몸체부, 상기 제1 몸체부의 외측에 일체로 마련되고, 상기 하우징의 내측면과 접하는 제2 몸체부 및 상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이가 절개되어 형성된 간극에 의해 상기 제1 몸체부에 탄성력을 제공하는 탄성 제공부를 포함한다.
상기 안티 래틀 부재는 링 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 몸체부는 상기 베어링을 수용하는 중앙 개구부 및 상기 중앙 개구부와 상기 탄성 제공부 사이에 위치하는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 탄성력에 의해 상기 베어링을 가압하는 제1 탄성부 및 상기 제1 탄성부와 대응하고, 상기 베어링을 탄성 지지하여 상기 베어링의 유동에 따른 하중을 지지하는 제2 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 베어링의 중심점과 상기 중앙 개구부의 중심점이 서로 일치하도록 상기 제1 탄성부가 인장되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 양측으로 갈수록 두께가 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부의 두께가 증가 또는 감소됨에 따라 상기 탄성부의 탄성력이 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 한다.
상기 안티 래틀 부재는 상기 제2 몸체부의 외측면에서 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 하우징의 내측면에는 상기 돌출부가 결합되도록 함몰된 결합홈부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제1 몸체부와 제2 몸체부 사이에 형성된 간극에 의해 발생되는 제1 몸체부의 탄성가압력을 이용하여 웜 샤프트와 웜 휠 사이에서 발생되는 유격을 감소시켜 래틀 소음이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 웜 샤프트의 유동시 발생하는 진동 및 소음을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 ARS(Anti Rattle Spring)와 슬라이딩 댐퍼로 이원화된 부품을 일원화함으로써 부품수의 감소로 인한 전동식 조향장치의 중량 및 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 조립공정의 축소에 따른 가공비용 및 CT(Cycle Time)를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치의 내부를 나타낸 사시도,
도 2는 상기 도 1의 "A"를 확대한 사시도,
도 3은 상기 도 1의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재의 조립전 상태를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재의 조립후 상태를 나타낸 정면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 전동식 조향장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치의 내부를 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 "A"를 확대한 사시도이고, 도 3은 상기 도 1의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재의 조립전 상태를 나타낸 정면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재의 조립후 상태를 나타낸 정면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치는 하우징(100), 웜 샤프트(110), 웜 휠(120), 베어링(130) 및 안티 래틀 부재(200)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
하우징(100)은 내부 공간에 웜 샤프트(110), 웜 휠(120), 베어링(130) 및 안티 래틀 부재(200)를 수용한다.
웜 샤프트(110)는 출력 샤프트(미도시)에 수직하게 배치되고, 웜 휠(120)과 치합된다. 웜 샤프트(110)는 웜 휠(120)의 회전에 따라 축회전된다.
웜 휠(120)은 하우징(100) 내부에 회전 가능하게 장착되고, 중심부에 출력 샤프트가 축결합된다. 출력 샤프트는 조향 칼럼(미도시)에 압입되고, 조향 칼럼은 조향 핸들(미도시)에 연결된다. 조향 핸들이 조작됨에 따라 조향 칼럼과 출력 샤프트가 회전된다. 웜 휠(120)은 출력 샤프트에 축결합되어 출력 샤프트의 회전에 따라 회전된다.
베어링(130)은 웜 샤프트(110)의 일단부를 회전 가능하게 지지한다. 베어링(130)은 웜 샤프트(110)의 일단부와 유격을 두고 설치된다. 본 발명의 일 실시예에서 베어링(130)은 볼 베어링을 적용할 수 있다. 베어링(130)은 웜 샤프트(110)의 일단부와 유격을 두고 설치되어 웜 샤프트(110)의 일단부와 함께 기울어지거나 승강 이동될 수 있다.
안티 래틀 부재(200)는 하우징(100)의 내부에 수용되고, 베어링(130)에 장착된다. 안티 래틀 부재(200)는 웜 샤프트(110)와 웜 휠(120) 사이에서 래틀 소음이 발생되는 것을 저감시키고, 아울러 웜 샤프트(110)의 유동시 발생하는 베어링(130)의 진동 및 소음을 저감시키는 역할을 한다.
안티 래틀 부재(200)는 중앙부위가 웜 샤프트(110)의 축방향으로 관통되어 형성되는 원형 또는 타원형의 링 형상으로 이루어질 수 있다. 안티 래틀 부재(200)는 고무 재질로 이루어질 수 있다.
안티 래틀 부재(200)는 제1 몸체부(210), 제2 몸체부(220) 및 탄성 제공부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 몸체부(210)는 베어링(130)의 외주면 전체를 감싸는 형태로 마련된다. 제1 몸체부(210)는 중앙 개구부(210a) 및 탄성부(211)를 포함하여 구성된다. 제1 몸체부(210)에 형성된 중앙 개구부(210a)의 내측에 베어링(130)이 수용된다. 제1 몸체부(210)의 내측면이 베어링(130)의 외주면에 접하게 된다.
제2 몸체부(220)는 제1 몸체부(210)의 외측에 일체로 마련된다. 제2 몸체부(220)는 소정의 두께를 가지며 제1 몸체부(210)의 외측면 원주 방향을 따라 형성되고 하우징(100)에 접촉된다. 즉, 제2 몸체부(220)의 외측면이 하우징(100)의 내측면에 접하게 된다.
탄성 제공부(230)는 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(220) 사이가 절개되어 형성된 간극(G)에 의해 제1 몸체부(210)에 탄성력을 제공한다.
탄성 제공부(230)는 웜 샤프트(110)의 축방향으로 안티 래틀 부재(200)의 외측면을 관통하고 안티 래틀 부재(200)의 원주 방향을 따라 원호를 그리며 형성될 수 있다. 탄성 제공부(230)는 제1 몸체부(210)를 기준으로 상측에 형성된 제1 탄성 제공부(231)와 하측에 형성된 제2 탄성 제공부(232)를 포함하여 구성된다. 제1 탄성 제공부(231)의 양단부와 제2 탄성 제공부(232)의 양단부 간은 서로 연결되지 않고 상하에서 각각 상호 이격하여 형성된다.
제1 몸체부(210)는 중앙 개구부(210a)와 탄성 제공부(230) 사이에 위치하는 탄성부(211)를 포함한다.
탄성부(211)는 제1 탄성 제공부(231)와 중앙 개구부(210a) 사이에 형성된 제1 탄성부(211a)와, 제2 탄성 제공부(232)와 중앙 개구부(210a) 사이에 형성된 제2 탄성부(211b)를 포함하여 구성된다.
제1 탄성부(211a)는 탄성력에 의해 베어링(130)을 하향 가압한다. 제1 탄성부(211a)는 양측 단부로 갈수록 두께가 증가한다. 즉, 제1 탄성부(211a)는 중앙부위의 상하 두께 보다 양측 단부의 상하 두께가 더 두껍게 형성된다.
한편, 제1 몸체부(211)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)이 베어링(130)의 중심점(C1) 보다 아래에 위치하기 때문에 베어링(130)에 안티 래틀 부재(200)가 장착되면, 양측 단부에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성된 제1 탄성부(211a)의 중앙부위가 인장되고 제1 탄성 제공부(231)의 상하 간극(G)이 좁아져 제1 몸체부(210)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)의 위치가 제1 탄성 제공부(231) 측으로 변경되어 베어링(130)의 중심점(C1)과 제1 몸체부(210)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)이 서로 일치하게 된다. 이때, 제1 탄성부(211a)의 양측 단부에서 발생하는 장력으로 인한 제1 탄성부(211a)의 탄성 변형력에 의해 베어링(130)을 하향 가압하게 된다.
제1 탄성부(211a)의 상하 두께가 증가될수록 베어링(130)을 가압하는 제1 탄성부(211a)의 탄성력이 증가되고, 반대로 제1 탄성부(211a)의 상하 두께가 감소될수록 베어링(130)을 가압하는 제1 탄성부(211a)의 탄성력이 감소된다. 따라서, 제1 탄성부(211a)의 상하 두께를 조절하여 소정의 세팅하중으로 베어링(130)을 눌러줌으로써 웜 샤프트(110)와 웜 휠(120) 간의 유격을 보상할 수 있다.
제2 탄성부(211b)는 제1 탄성부(211a)와 대응하고, 베어링(130)을 탄성 지지하여 베어링(130)의 상하 유동에 따른 하중을 지지함으로써 베어링(130)의 처짐을 방지한다. 제2 탄성부(211b)는 양측 단부로 갈수록 두께가 증가한다. 즉, 제2 탄성부(211b)는 중앙부위의 상하 두께 보다 양측 단부의 상하 두께가 더 두껍게 형성된다.
한편, 제2 탄성부(211b)의 상하 두께가 증가될수록 베어링(130)을 지지하는 제2 탄성부(211b)의 탄성력이 증가되고, 반대로 제2 탄성부(211b)의 상하 두께가 감소될수록 베어링(130)을 지지하는 제2 탄성부(211b)의 탄성력이 감소된다.
본 발명의 실시예에 따른 안티 래틀 부재(200)는 제2 몸체부(220)의 외측면에서 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부(221)를 포함한다. 하우징(100)의 내측면에는 돌출부(221)가 결합되도록 함몰된 결합홈부(102)가 형성된다.
결합홈부(102)는 안티 래틀 부재(200)가 하우징 개구부(101)를 통해 하우징(100)의 내측으로 삽입될 때, 돌출부(221)를 슬라이딩 가능하게 이동되도록 안내한다. 결합홈부(102)는 웜 샤프트(110)의 축방향과 동일한 방향으로 길게 형성된다.
결합홈부(102)에 돌출부(221)가 결합됨으로써 안티 래틀 부재(200)가 베어링(130)의 원주 방향으로 회전되는 것을 방지할 수 있고, 베어링(130)의 유동을 구속하어 베어링(130)의 좌우 움직임을 최소화시킬 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치에서 안티 래틀 부재의 조립 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 하우징(100)에 웜 휠(120)이 회전 가능하게 장착된다. 웜 휠(120)에 웜 샤프트(110)가 치합되고, 웜 샤프트(110)는 웜 휠(120)의 회전에 따라 축회전된다. 웜 샤프트(110)의 일단부에 베어링(130)이 장착된다.
하우징 개구부(101)를 통해 안티 래틀 부재(200)가 하우징(100)의 내측에 삽입되고, 베어링(130)의 외주면에 안티 래틀 부재(200)의 제1 몸체부(210)가 장착된다.
이때, 제1 몸체부(210)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)이 베어링(130)의 중심점(C1) 보다 아래에 위치하기 때문에 베어링(130)에 안티 래틀 부재(200)가 장착되면, 양측 단부에 비해 상대적으로 두께가 얇은 제1 탄성부(211a)의 중앙부위가 인장되고 제1 탄성 제공부(231)의 상하 간극(G)이 좁아져 제1 몸체부(210)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)의 위치가 제1 탄성 제공부(231) 측으로 변경되어 베어링(130)의 중심점(C1)과 제1 몸체부(210)의 중앙 개구부(210a) 중심점(C2)이 서로 일치하게 된다.
하우징 개구부(101)를 통해 외부 이물질의 유입을 방지하고 안티 래틀 부재(200)를 지지하기 위해 커버 부재(140)가 장착된다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치는, 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(220) 사이에 형성된 간극(G)에 의해 발생되는 제1 몸체부(210)의 탄성가압력을 이용하여 웜 샤프트(110)와 웜 휠(120) 사이에서 발생되는 유격을 감소시켜 래틀 소음이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 웜 샤프트(110)의 유동시 발생하는 진동 및 소음을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치는, 기존의 ARS(Anti Rattle Spring)와 슬라이딩 댐퍼로 이원화된 부품을 일원화함으로써 부품수의 감소로 인한 조향장치의 중량 및 생산원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식 조향장치는, 조립공정의 축소에 따른 가공비용 및 CT(Cycle Time)를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 하우징 101: 하우징 개구부
102: 결합홈부 110: 웜 샤프트
120: 웜 휠 130: 베어링
140: 커버 부재 200: 안티 래틀 부재
210: 제1 몸체부 210a: 중앙 개구부
211: 탄성부 211a: 제1 탄성부
211b: 제2 탄성부 220: 제2 몸체부
221: 돌출부 230: 탄성 제공부
231: 제1 탄성 제공부 232: 제2 탄성 제공부
G: 간극

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되는 웜 샤프트;
    상기 하우징의 내부에 설치되고 상기 웜 샤프트에 치합되는 웜 휠;
    상기 웜 샤프트의 일단부에 결합되어 상기 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및
    상기 베어링에 장착되는 안티 래틀 부재; 를 포함하며,
    상기 안티 래틀 부재는,
    상기 베어링의 외주면을 감싸는 제1 몸체부;
    상기 제1 몸체부의 외측에 일체로 마련되고, 상기 하우징의 내측면과 접하는 제2 몸체부; 및
    상기 제1 몸체부와 상기 제2 몸체부 사이가 절개되어 형성된 간극에 의해 상기 제1 몸체부에 탄성력을 제공하는 탄성 제공부;
    를 포함하는 차량용 전동식 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안티 래틀 부재는 링 형상인 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 몸체부는,
    상기 베어링을 수용하는 중앙 개구부; 및
    상기 중앙 개구부와 상기 탄성 제공부 사이에 위치하는 탄성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부는,
    탄성력에 의해 상기 베어링을 가압하는 제1 탄성부; 및
    상기 제1 탄성부와 대응하고, 상기 베어링을 탄성 지지하여 상기 베어링의 유동에 따른 하중을 지지하는 제2 탄성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베어링의 중심점과 상기 중앙 개구부의 중심점이 서로 일치하도록 상기 제1 탄성부가 인장되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부는 양측으로 갈수록 두께가 증가하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부의 두께가 증가 또는 감소됨에 따라 상기 탄성부의 탄성력이 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안티 래틀 부재는,
    상기 제2 몸체부의 외측면에서 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부를 포함하고,
    상기 하우징의 내측면에는 상기 돌출부가 결합되도록 함몰된 결합홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향장치.
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