KR20240024547A - 차량의 전자식 조향장치 - Google Patents

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KR20240024547A
KR20240024547A KR1020220102664A KR20220102664A KR20240024547A KR 20240024547 A KR20240024547 A KR 20240024547A KR 1020220102664 A KR1020220102664 A KR 1020220102664A KR 20220102664 A KR20220102664 A KR 20220102664A KR 20240024547 A KR20240024547 A KR 20240024547A
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electronic steering
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손창욱
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 전자식 조향장치에 관한 것으로서, 하우징과, 하우징의 내측에 구비되는 웜 샤프트와, 웜 샤프트에 결합되고, 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및 베어링부에 결합되는 댐퍼부를 포함하며, 댐퍼부는 베어링부의 외주면을 감싸는 본체부 및 본체부의 외주면에 결합되고, 하우징의 내측면과 접하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 전자식 조향장치{APPARATUS FOR STEER BY WIRE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 전자식 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 조향력을 보조할 수 있는 차량의 전자식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 조향장치는 운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워 스티어링 시스템이 개발되어 적용되고 있다.
파워 스티어링 시스템은 유압을 이용한 유압방식, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압방식 및 스티어링 휠과 차륜 사이의 스티어링 컬럼이나 유니버설 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 SBW(Steer By Wire) 방식의 조향장치가 개발되어 적용되고 있다. SBW는 범용적인 조향장치와 달리 SFA(Steering Force Actuator)와 RWA(Road Wheel Actuator)로 구성된다.
한편, 차량의 전자식 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. 안티 래틀 장치는 치마모에 따른 웜 샤프트와 웜 휠 간의 유격을 보상하기 위해 웜 샤프트에 결합되는 볼 베어링을 눌러줌으로써 치마모에 따라 증가하는 웜 샤프트와 웜 휠 간의 유격을 보상하였다. 그러나, 조립 공정상 웜 샤프트와 웜 휠 및 메인 하우징의 조립 산포가 상이하기 때문에 이러한 조립 산포를 조절하기 어려운 문제가 있다.
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, 래틀 소음과 프릭션을 방지할 수 있는 차량의 전자식 조향장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 차량의 전자식 조향장치로서, 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되는 웜 샤프트, 상기 웜 샤프트에 결합되고, 상기 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및 상기 베어링부에 결합되는 댐퍼부를 포함하며, 상기 댐퍼부는 상기 베어링부의 외주면을 감싸는 본체부 및 상기 본체부의 외주면에 결합되고, 상기 하우징의 내측면과 접하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 댐퍼부는 링 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 본체부의 외주면에는 상기 본체부의 원주 방향으로 형성되고, 상기 탄성체가 결합되도록 함몰된 결합홈부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 본체부에는 외주면을 관통하고, 상기 본체부의 중심축 방향으로 형성되는 슬릿홀부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿홀부는 상기 본체부의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿홀부는 상기 본체부의 일측단부가 개방되는 제1 슬릿홀부 및 상기 본체부의 타측단부가 개방되는 제2 슬릿홀부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 슬릿홀부와 상기 제2 슬릿홀부는 상기 본체부의 원주 방향으로 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 본체부의 일측단부 내주면에 돌출 형성되고, 상기 베어링부의 외측부에 걸리는 걸림돌부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 걸림돌부는 상기 본체부의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 본체부의 타측단부 테두리에서 연장되고, 상기 베어링부의 외측부와 접하는 걸림단턱부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 본체부는 중앙부위의 지름이 양측단부의 지름보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징과 상기 본체부 간의 사이 간격은 약 0.3mm인 것을 특징으로 한다.
상기 본체부는 플라스틱 재질을 포함하고, 상기 탄성체는 고무 재질을 포함하며, 상기 본체부와 상기 탄성체는 탄성 변형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 베어링부에 유격없이 결합되는 댐퍼부의 구성을 통해 래틀 소음을 방지할 수 있고, 웜 샤프트의 유동시 발생하는 진동 및 소음을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 웜 샤프트의 Non-Tilting 구조를 적용함으로써 하우징과 댐퍼부 간의 유격량을 축소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 ARS(Anti Rattle Spring)와 슬라이딩 댐퍼로 이원화된 부품을 일원화함으로써 프릭션 및 토크 변동을 축소시킬 수 있고, 부품수의 감소로 인한 전자식 조향장치의 중량 및 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 조립공정의 축소에 따른 가공비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 내부를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치에서 댐퍼부가 조립된 상태를 나타낸 사시도,
도 3은 상기 도 2의 분해 사시도 및 부분 확대도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치에서 댐퍼부를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 전자식 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 차량의 전자식 조향장치의 내부를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치에서 댐퍼부가 조립된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 상기 도 2의 분해 사시도 및 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치에서 댐퍼부를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는 하우징(100), 웜 샤프트(200), 베어링부(300) 및 댐퍼부(400)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
하우징(100)은 내부 공간에 웜 샤프트(200), 베어링(300) 및 댐퍼부(400)를 수용한다.
웜 샤프트(200)는 출력 샤프트(미도시)에 수직하게 배치되고, 웜 휠(미도시)과 치합된다. 웜 샤프트(200)는 웜 휠의 회전에 따라 축회전된다.
웜 휠은 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 휠은 출력 샤프트에 축결합되어 출력 샤프트의 회전에 따라 회전된다.
베어링부(300)는 웜 샤프트(200)에 결합되고, 웜 샤프트(200)의 일측단부를 회전 가능하게 지지한다. 본 발명의 일 실시예에서 베어링부(300)는 볼 베어링을 적용할 수 있다.
댐퍼부(400)는 하우징(100)의 내부에 수용되고, 베어링부(300)에 장착된다. 댐퍼부(400)는 웜 샤프트(200)와 웜 휠 사이에서 래틀 소음이 발생되는 것을 저감시키고, 아울러 웜 샤프트(200)의 유동시 발생하는 베어링부(300)의 진동 및 소음을 저감시키는 역할을 한다.
댐퍼부(400)는 본체부(410)와 탄성체(420)를 포함한다.
본체부(410)는 베어링부(300)를 강하게 지지하기 위한 것으로, 중앙부위가 웜 샤프트(200)의 축방향으로 관통되어 형성되는 원형의 링 형상으로 이루어질 수 있다. 본체부(410)는 베어링부(300)의 외주면 전체를 감싸는 형태로 마련된다.
본체부(410)는 탄성 변형될 수 있는 플라스틱 재질을 포함하여 제작될 수 있다. 베어링부(300)에 결합되는 본체부(410)는 하우징(100)의 내측면과 비접촉된다.
탄성체(420)는 부품들의 제작 공차 및 조립산포에 따른 웜 샤프트(200) 축심의 미스얼라인을 흡수하고 베어링부(300)의 경방향 하중에 따른 지지 강성을 제공한다. 탄성체(420)는 본체부(410)와 마찬가지로 중앙부위가 웜 샤프트(200)의 축방향으로 관통되어 형성되는 원형의 링 형상으로 이루어질 수 있다.
탄성체(420)는 본체부(410)의 외주면에 결합된다. 탄성체(420)는 탄성 변형될 수 있는 고무 재질을 포함하여 제작될 수 있다. 탄성체(420)는 본체부(410)의 중심축 방향으로 복수 개가 이격되게 배치될 수 있다. 본체부(410)에 결합되는 탄성체(420)는 하우징(100)의 내측면에 접촉된다.
본체부(410)의 외주면에는 탄성체(420)가 결합되는 결합홈부(411)가 형성된다. 결합홈부(411)는 본체부(410)의 원주 방향으로 형성된다. 결합홈부(411)는 탄성체(420)가 안착되도록 함몰된 형태로 본체부(410)의 외주면에 형성된다.
결합홈부(411)는 웜 샤프트(200)의 축방향과 동일 방향인 본체부(410)의 중심축 방향으로 복수 개가 이격되게 배치될 수 있다. 결합홈부(411)의 내측에 안착되는 탄성체(420)의 외측 둘레부는 결합홈부(411)의 개구부를 통해 외부로 노출된다.
본체부(410)의 외주면에는 슬릿홀부(412)가 형성된다. 슬릿홀부(412)는 본체부(410)의 내외측 방향으로 관통하여 형성된다. 슬릿홀부(412)는 웜 샤프트(200)의 축방향과 동일 방향인 본체부(410)의 중심축 방향으로 길게 형성되는 장공의 형태로 이루어진다. 슬릿홀부(412)는 본체부(410)의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 형성된다.
슬릿홀부(412)는 제1 슬릿홀부(412a)와 제2 슬릿홀부(412b)를 포함한다.
제1 슬릿홀부(412a)는 본체부(410)의 일측단부(도 4 기준 우측)가 개방되는 형태로 이루어진다. 제2 슬릿홀부(412b)는 제1 슬릿홀부(412a)와 반대로 본체부(410)의 타측단부(도 4 기준 좌측)가 개방되는 형태로 이루어진다. 제1 슬릿홀부(412a)와 제2 슬릿홀부(412b)는 본체부(410)의 원주 방향으로 서로 엇갈려 배치된다.
본체부(410)의 지름은 베어링부(300)의 지름보다 더 작게 형성된다. 부연하면, 베어링부(300)에 댐퍼부(400)가 조립될 때, 본체부(410)의 제1 슬릿홀부(412a)와 제2 슬릿홀부(412b)가 벌어지면서 댐퍼부(400)가 탄성 변형되어 댐퍼부(400)의 지름이 확장된다.
이후 댐퍼부(400)가 탄성 복원되면서 베어링부(300)를 강하게 압박하면서 조립이 완료된다. 따라서, 베어링부(300)와 본체부(410) 간의 유격없이 베어링부(300)에 조립될 수 있어 베어링부(300)와 본체부(410) 간의 스틱 슬립을 방지할 수 있다.
본체부(410)의 중앙부위의 지름은 본체부(410)의 양측단부의 지름보다 더 크게 형성된다. 웜 샤프트(200)의 축방향으로 댐퍼부(400)가 베어링부(300)에 조립될 때, 댐퍼부(400)의 탄성 변형으로 인해 본체부(410)의 양측단부의 지름이 확장된다.
이때, 본체부(410)의 중앙부위의 지름과 본체부(410)의 양측단부의 지름이 동일할 경우, 지름이 확장되는 본체부(410)의 양측단부가 하우징부(100)의 내측면에 간섭되는 문제가 발생한다. 따라서, 본체부(410)의 양측단부의 지름이 본체부(410)의 중앙부위의 지름보다 더 작게 형성됨으로써 하우징부(100)에 본체부(410)의 양측단부가 비간섭된다.
본체부(410)의 내주면에는 걸림돌부(413)가 형성된다. 걸림돌부(413)는 본체부(410)의 일측단부(도 4 기준 우측)에서 본체부(410)의 중심 방향으로 일정길이 돌출 형성된다. 걸림돌부(413)는 본체부(410)의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 배치될 수 있다.
부연하면, 댐퍼부(400)가 베어링부(300)에 조립될 때, 걸림돌부(413)가 베어링부(300)의 외측부에 걸림으로써, 웜 샤프트(200)의 축방향으로 베어링부(300)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 베어링부(300)와 본체부(410) 간의 유격없이 베어링부(300)에 조립될 수 있다.
본체부(410)에는 걸림단턱부(414)가 더 형성될 수 있다. 걸림단턱부(414)는 걸림돌부(413)에 대응하는 본체부(410)의 타측단부(도 4 기준 좌측)에 형성된다. 걸림단턱부(414)는 본체부(410)의 테두리에서 본체부(410)의 중심 방향을 향해 일정길이로 연장되고, 본체부(410)의 원주 방향을 따라 형성된다. 걸림단턱부(414)가 베어링부(300)의 외측부에 걸림으로써, 베어링부(300)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 베어링부(300)와 본체부(410) 간의 유격없이 베어링부(300)에 조립될 수 있다.
베어링부(300)에 조립되는 본체부(410)와 하우징(100) 간의 사이 간격(G)은 약 0.3mm일 수 있다. 탄성체(420)의 두께, 결합홈부(411)의 깊이 및 본체부(410)의 두께 등의 튜닝을 통해 본체부(410)와 탄성체(420)의 지지 강성을 변경할 수 있다. 약 0.3mm의 간격(G) 설정으로 제작 공차 및 조립산포를 흡수하고, 웜 휠 흡습에 따른 끼임을 방지하여 프릭션 성능을 향상시킬 수 있고, 프릭션 및 토크 변동을 축소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는 베어링부(300)에 유격없이 결합되는 댐퍼부(400)의 구성을 통해 래틀 소음을 방지할 수 있고, 웜 샤프트(200)의 유동시 발생하는 진동 및 소음을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는 웜 샤프트(200)의 Non-Tilting 구조를 적용함으로써 하우징(100)과 댐퍼부(400) 간의 유격량을 축소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는 기존의 ARS(Anti Rattle Spring)와 슬라이딩 댐퍼로 이원화된 부품을 일원화함으로써 프릭션 및 토크 변동을 축소시킬 수 있고, 부품수의 감소로 인한 전자식 조향장치의 중량 및 생산원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는 조립공정의 축소에 따른 가공비용을 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 200: 웜 샤프트
300: 베어링부 400: 댐퍼부
410: 본체부 411: 결합홈부
412: 슬릿홀부 412a: 제1 슬릿홀부
412b: 제2 슬릿홀부 413: 걸림돌부
414: 걸림단턱부 420: 탄성체
G: 간격

Claims (13)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내측에 구비되는 웜 샤프트;
    상기 웜 샤프트에 결합되고, 상기 웜 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링부; 및
    상기 베어링부에 결합되는 댐퍼부; 를 포함하며,
    상기 댐퍼부는,
    상기 베어링부의 외주면을 감싸는 본체부; 및
    상기 본체부의 외주면에 결합되고, 상기 하우징의 내측면과 접하는 탄성체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼부는 링 형상인 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 외주면에는 상기 본체부의 원주 방향으로 형성되고, 상기 탄성체가 결합되도록 함몰된 결합홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부에는 외주면을 관통하고, 상기 본체부의 중심축 방향으로 형성되는 슬릿홀부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬릿홀부는 상기 본체부의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬릿홀부는,
    상기 본체부의 일측단부가 개방되는 제1 슬릿홀부; 및
    상기 본체부의 타측단부가 개방되는 제2 슬릿홀부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 슬릿홀부와 상기 제2 슬릿홀부는 상기 본체부의 원주 방향으로 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 일측단부 내주면에 돌출 형성되고, 상기 베어링부의 외측부에 걸리는 걸림돌부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 걸림돌부는 상기 본체부의 원주 방향으로 복수 개가 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 본체부의 타측단부 테두리에서 연장되고, 상기 베어링부의 외측부와 접하는 걸림단턱부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 중앙부위의 지름이 양측단부의 지름보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 본체부 간의 사이 간격은 0.3mm인 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 플라스틱 재질을 포함하고, 상기 탄성체는 고무 재질을 포함하며,
    상기 본체부와 상기 탄성체는 탄성 변형되는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
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