KR100622501B1

KR100622501B1 - 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치

Info

Publication number: KR100622501B1
Application number: KR1020040110760A
Authority: KR
Inventors: 임용섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-09-19
Also published as: DE102005052341A1; KR20060071782A; US7438154B2; DE102005052341B4; US20060169527A1

Abstract

본 발명은 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 관한 것으로, 랙이 관통하는 회전체(51~54)의 관통홀(34)이 섹터형 홈부(34b)와 돌출부(34c)를 갖춘 형상으로 이루어지고, 상기 관통홀(34)과 동일한 형상의 스톱플레이트(36)가 상기 랙에 고정되어 있어, 구동모터(31)로 상기 회전체(51~54)를 회전시켜 상기 스톱플레이트(36)를 상기 회전체(51~54)를 관통하게 하거나 그에 걸려지도록 함으로써 조향 랙 스트로크를 가변시킬 수 있도록 된 장치에 있어서, 상기 회전체(51~54)는 상기 구동모터(31)의 일방향 구동 스텝 수와 동일한 개수로 이루어지고, 상호 인접한 회전체와 밀착되어 배치되며, 일측면에 스톱돌기(51a,52a,53a,54a)가 형성되고 타측면에 상기 스톱돌기(51a,52a,53a)가 삽입되는 원주방향 홈(52b,53b,54b)이 형성되되, 상기 각 회전체(52,53,53)의 홈은 상기 구동모터에 의해 직접 기어구동되는 회전체(51)로부터 멀어질수록 상기 구동모터의 한 스텝에 해당되는 회동각도만큼 증가된 각도 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 구동모터의 스텝 제어를 통해 조향 랙 스트로크를 다단으로 가변 제어할 수 있게 된다.

Description

자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치{variable rack-stroke apparatus for automobile steering}

도1은 종래 조향 랙 스트로크 가변장치의 구성도,

도2는 도1에서 화살표 A-A 선에 따른 단면도(스톱 플레이트가 결합된 상태)

도3는 도2의 회전체와 스톱플레이트의 상세 사시도,

도4는 본 발명에 의한 조향 랙 스트로크 가변장치의 구성도,

도5는 도4에서 본 발명의 주요부를 나타낸 사시도,

도6은 도5에서 각 회전체의 상대위치를 나타내는 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

22 : 차고 센서 24 : 콘트롤 유닛

30 : 랙 스트로크 조절수단 31 : 구동모터

34 : 관통홀 36 : 스톱 플레이트

44 : 랙 50 : 회전조립체

51, 52, 53, 54 : 회전체 51a, 52a, 53a, 54a : 스톱돌기

52b, 53b, 54b : 홈

본 발명은 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 휠 스트로크를 센싱하여 이에 상응하는 여유간극을 이용하여 조향 랙 스트로크를 증대시키는 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 관한 것이다.

자동차의 조향장치는 자동차의 진행방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 조향 휠 및 조향 축, 조작력의 변환이 이루어지는 조향기어와 조작력을 바퀴에 전달하는 타이로드 등으로 구성되고, 조향기어의 형식에 따라 일반적으로 볼 너트형(ball & nut type)과 랙 피니언형( rack & pinion type)이 주로 쓰이고 있다.

랙 피니언형 조향기구는 조향 축의 외주에 형성된 피니언이 기어박스 내부의 랙과 맞물려 축의 회전운동를 직선운동으로 변환시킨 뒤 타이로드를 통해 바퀴에 전달하는 구조로 되어 있다. 이러한 랙 피니언형 조향기구를 가진 종래 조향장치에서, 조향을 위한 조향 기어박스의 랙 스트로크는 프론트 휠에 체인(겨울철에 장착하는 스노우 체인)을 장착한 상태를 타이어의 최대 단면으로 가정하여 최악의 주행조건에서 차체 사이드 멤버 및 기타 연관부품과의 최소 갭만을 유지하도록 설정하고 있다.

그런데 상기한 바와 같이 조향 기어박스의 랙 스트로크를 설정하는 경우에는, 실제 일반 적용 타이어 장착과 체인 미장착시에는 실제 간섭 대상 포인트와의 갭이 과다하고, 제일 큰 타이어 및 적용 타이어에 체인을 장착한 상태를 포함하여 오버올 서어피스(overall surface)로서 궤적을 만들게 된다.

그리고, 차량을 운행함에 있어서 빈번하게 'U' 턴을 행하는 경우가 많은데, 최소회전반경이 큰 차량의 경우 한번에 'U' 턴이 이루어지지 않으므로써 여러번 수정하여 'U' 턴을 행하여야 하는 불편함이 있음은 물론 이에 따른 통행방해로 인해 교통 체증을 가중시키게 된다. 실제 일반 시내 주행시 'U'턴 할 때의 상황은 대부분 경우 조향핸들을 더 회전시킬수 있음에도 불구하고 최악의 상태로 랙 스트로크를 결정했기 때문에 이러한 문제점이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 운전자가 필요에 따라 용이하게 스티어링 랙의 스트로크 양을 조절할 수 있게 하여 최소 회전반경을 가변시킬 수 있는 조향 랙 스트로크 가변장치가 한국등록특허 제0345146호로 개시되어 있다.

상기 한국등록특허 제0345146호는 도1 내지 도3에 도시한 바와 같이, 스티어링 핸들을 조향하고자 하는 방향으로 회전시키면, 그 회전운동이 스티어링 샤프트를 통해 스티어링 기어박스(1)로 전달되며, 이 스티어링 기어박스(1)에서는 랙과 피니언 방식에 의해 동력 실린더(2)내에 내장되어 있는 랙(4)을 좌우 이동시킴으로써, 이 랙(4)의 자유단부에 볼 죠인트(6)를 개재시켜 연결되어 있는 타이로드(8)를 통해 휠을 조타시킴으로써, 조향이 이루어지게 되는데, 도시하지 않은 조작 스위치의 조작에 따라 컨트롤 유닛에 의해 제어되는 구동모터를 매개로 랙의 스트로크를 조절하는 랙 스트로크 조절수단은, 구동모터(10)와, 상기 구동모터(10)에 의해 구동되는 회전체(12)와, 상기 회전체(12)의 중앙에 형성된 관통홀(14)에 선택적으로 출입하는 랙에 고정된 스톱 플레이트(16)로 이루어진다.

상기 회전체(12)는 원판형 부재로 이루어져 그 외주면에는 기어부(12a)가 형성되고, 상기 관통홀(14)은 중앙에 진원부(14a)를 두고 양측으로 섹터형 홈부(14b)가 형성되어 이 섹터형 홈부(14b)를 제외한 부분이 돌출부(14c)를 이루게 되며, 상기 스톱 플레이트(16)는 중앙부에 랙(4)이 관통하여 고착되는 보스부(16a)를 두고 그 양측으로 상기 섹터형 홈부(14b)에 삽입될 수 있는 섹터형 돌기부(16b)가 형성되어 전체적으로 관통홀(14)에 대응되는 형상으로 이루어진다. 그리고, 상기 섹터형 홈부(14b)의 일측에는 상기 회전체(12)의 회전범위를 한정하는 스톱돌기(18)가 형성된다.

이와 같이 구성된 종래 조향 랙 스트로크 가변장치에서, 랙(4)의 스트로크를 최대로 하는 정상적인 운전상태에서는 회전체(12)의 섹터형 홈부(14b)와 스톱 플레이트(16)의 섹터형 돌기부(16b)가 동일선상으로 위치하게 되는 바, 조향 조작에 따라 랙(4)이 이동할 때 섹터형 돌기부(16b)가 섹터형 홈부(14b)로 삽입되는 상태가 되므로 랙 스트로크가 증가된다.

그러나 휠에 체인을 장착하는 경우 등에 대비하여 랙(4) 스트로크를 줄이고자 할 때에는 운전자가 조작 스위치를 작동시키면 컨트롤 유닛에서 구동모터를 제어하여 랙 스트로크를 줄이게 된다. 즉, 컨트롤 유닛의 제어에 따라 구동모터(10)에 전원을 인가하여 회전체(12)를 일정각 회전시켜, 스톱 플레이트(16)의 섹터형 돌기부(16b)와 회전체(12)의 돌출부(14c)가 동일선상으로 위치하게 되는 바, 조향조작에 따라 랙(4)이 이동할 때 섹터형 돌기(16b)가 돌출부(14c)에 걸려지면서 랙(4)의 이동을 제한하게 된다. 이와 같이 랙(4)의 이동이 제한되는 경우에는 정상적인 상태보다 랙의 이동이 회전체(12)의 두께만큼 작아지게 되는 바, 그만큼 조향각이 작아지게 되는 것이다. 상기한 바와 같이 조향각이 작아진다고 함은 휠에 체인을 장착하더라도 체인이 차체와 접촉되면서 차체를 손상시키는 일이 발생되지 않게 되는 것이다.

그런데, 종래 조향 랙 스트로크 가변장치에서는 운전자의 판단에 따라 조작스위치를 조작할 뿐만 아니라 다단으로 조향 스트로크를 가변할 수 없으므로 타이어 주변의 공간 활용도가 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전륜의 휠 스트로크의 센싱정보를 이용하여 이에 상응하는 조향 스트로크를 다단으로 가변함에 의해 타이어 주변의 공간 활용도를 높이는 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
조향 시스템을 형성하는 동력 실린더의 양단부에 회전가능하게 배치된 회전체와, 랙에 고정되어 상기 회전체의 회전상태에 따라 상기 회전체의 관통홀로 삽입되거나 걸려지는 스톱플레이트와, 상기 회전체를 컨트롤 유닛의 제어에 따라 정/역회전시키는 구동모터로 이루어지는 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 있어서,
운행조건에 따라 상기 컨트롤 유닛에 센싱정보를 입력하는 차고 센서를 포함하고,
상기 회전체는 상기 컨트롤 유닛에 의한 상기 구동모터의 일방향 구동 스텝 수와 동일한 개수로 이루어지고, 상호 인접한 회전체와 밀착되어 배치되며, 일측면에 스톱돌기가 형성되고 타측면에 상기 스톱돌기가 삽입되는 원주방향 홈이 형성되되, 상기 각 회전체의 홈은 상기 구동모터에 의해 직접 기어구동되는 회전체로부터 멀어질수록 상기 구동모터의 한 스텝에 해당되는 회동각도만큼 증가된 각도 범위로 형성되고,
상기 각 회전체의 관통홀은 진원부를 두고 양측으로 섹터형 홈부가 형성되어 이 섹터형 홈부를 제외한 부분이 돌출부를 이루는 형상으로 형성되고, 상기 각 회전체의 섹터형 홈부들은 인접한 회전체의 섹터형 홈부에 대하여 상기 구동모터의 한 스텝에 해당되는 각도만큼 더 회전된 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도4에 도시한 바와 같이 본 발명은 차량의 운행조건에 따른 센싱정보를 감지하는 차고센서(22)와, 상기 차고센서(22)의 감지신호를 입력받아 랙 스트로크 조절수단(30)의 구동모터(31)을 제어하는 컨트롤 유닛(24)을 구비하며, 상기 랙 스트로크 조절수단(30)은 조향(steering) 시스템의 스티어링 기어박스(40)의 좌우측에 배치된다.

본 발명이 적용된 조향 시스템은, 도시하지 않은 스티어링 핸들을 조향하고자 하는 방향으로 회전시키면, 그 회전운동이 스티어링 샤프트를 통해 상기 스티어링 기어박스(40)로 전달되며, 이 스티어링 기어박스(40)에서는 랙과 피니언 방식에 의해 동력 실린더(42)내에 내장되어 있는 랙(44)을 좌우 이동시킴으로써, 이 랙(44)의 자유단부에 볼 죠인트(46)를 개재시켜 연결되어 있는 타이로드(48)를 통해 휠을 조타시킴으로써, 조향이 이루어지게 되는 구조로 되어 있다.

상기 랙 스트로크 조절수단(30)은, 상기 구동모터(31)와, 상기 구동모터(31)에 의해 구동되는 회전 조립체(50)와, 상기 회전 조립체(50)를 구성하는 각 회전체(51,52,53,54)의 중앙에 형성된 관통홀(34)에 출입하는 스톱 플레이트(36)로 이루어진다.

상기 구동모터(31)는 펄스 신호에 따라 일정각도로 회전하는 스텝 모터로 되어 있다.

상기 회전 조립체(50)는 상기 컨트롤 유닛(24)에 의한 구동모터(31)의 일방향 구동 스텝 수와 동일한 개수의 회전체(51, 52, 53, 54)로 이루어진다. 즉, 설계자의 의도에 따라 랙 스트로크를 몇 단계로 조절할 것인지에 따라서 결정되는 것으로 랙 스트로크 조절단계의 수와 회전체의 수는 동일하다. 도시된 경우에는 회전체가 4개이므로 랙 스트로크는 4단계로 조절될 수 있다.
상기 각 회전체(51, 52, 53, 54)들은 동일 축상에서 상호 밀착하여 배치되고, 각각 양측면에 스톱돌기(51a, 52a, 53a, 54a)와 홈(52b, 53b, 54b)이 형성되어 있다. 단, 구동모터(31)에 의해 직접 기어구동되는 51번 회전체에는 홈이 형성될 필요가 없다.
상기 스톱돌기(51a, 52a, 53a)들은 인접한 회전체(52,53,54)의 홈(52b, 53b, 54b)에 삽입되어 회전체(51,52,53) 회전시 홈(52b, 53b, 54b)의 벽에 걸려져 회전력을 전달함으로써 인접한 회전체(52,53,54)를 회전시킬 수 있도록 되어 있다.
이때, 상기 각 홈(52b, 53b, 54b)들은 구동모터(31)에 의해 직접 기어구동되는 회전체(51)로부터 멀어질수록 상기 구동모터(31)의 한 스텝에 해당되는 회동각도만큼 증가된 각도 범위로 형성된다.(홈의 크기 관계; 52b〈 53b〈 54b)
즉, 52번 회전체의 홈(52b)은 상기 구동모터(31)의 한 스텝에 해당되는 회동각의 범위로 형성되고, 53번 회전체의 홈(53b)은 두 스텝에 해당되는 회동각의 범위로 형성되며, 54번 회전체의 홈(54b)은 세 스텝에 해당되는 회동각 범위로 형성된다.
상기와 같은 구조에 의하여 상기 구동모터(31)의 제 1스텝 작동시에는 구동모터(31)에 의해 직접 기어구동되는 51번 회전체만이 회동되고, 동일방향으로 제 2스텝 작동시에 비로소 51번 회전체의 스톱돌기(51a)에 의해 홈(52a)의 벽이 밀려 52번 회전체가 한 스텝의 각도만큼 회전하게 되며, 이와 같은 동일한 작용으로 상기 구동모터(31)가 한 스텝씩 회전할 때마다 51,52,53,54번 회전체가 순차적으로 회전하게 되는 것이다.
한편, 마지막 회전체인 54번 회전체의 스톱돌기(54a)는 랙스트로크 조절수단(30)의 하우징에 형성된 걸림턱(도시하지 않음)에 걸려져 회전조립체(50)의 회전범위를 제한하는 기능을 하게 된다.
그리고, 상기 구동모터(31)에 결합된 기어에 치합되는 회전체(51) 즉, 구동모터(31)에 의해 직접 기어 구동되는 회전체(51)의 외주면에는 기어치가 형성되는데, 이 기어치는 회전체(51)의 외주면 전체에 형성될 수 있으나, 회전 조립체(50)의 회전범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.

상기 관통홀(34)은 상기 모든 회전체(51, 52, 53, 54)에 각각 형성되어 있는데, 진원부(34a)를 두고 양측으로 섹터형 홈부(34b)가 형성되어 이 섹터형 홈부(34b)를 제외한 부분이 돌출부(34c)를 이루게 된다. 상기 각 회전체(51, 52, 53, 54)의 관통홀(34)에 형성된 섹터형 홈부(34b)들은 인접한 회전체의 섹터형 홈부에 대하여 상기 구동모터(31)의 한 스텝에 해당되는 각도만큼 더 회전된 위치에 형성된다.
이와 같은 위치관계에 의하여 상기 구동모터(31)가 한 스텝씩 작동할 때마다 섹터형 홈부가 일치되는 회전체의 수가 증가하게 됨으로써 스톱플레이트(36)의 섹터형 돌기부가 걸리지 않게 되는 즉, 스톱플레이트(36)의 이동을 허용하는 회전체의 수가 증가되어 랙 스트로크가 증가될 수 있게 된다.

상기 스톱 플레이트(36)는 중앙부에 랙(44)이 관통하여 고착되는 보스부를 두고 그 양측으로 상기 섹터형 홈부에 삽입될 수 있는 섹터형 돌기부가 형성되어 전체적으로 관통홀(34)에 대응되는 형상으로서, 도3에 도시한 종래 스톱 플레이트(16)와 동일하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에서, 상기 차고 센서(22)의 센싱정보를 받은 콘트롤 유닛(24)의 제어에 따라 구동모터(31)가 지시된 스텝수로 회전하여, 작동 스텝수와 동일한 수의 회전체를 회전시켜, 스톱플레이트(36)의 섹터형 돌기부와 동일한 위치에 일치되는 섹터형 홈부(34b)의 수를 조절함으로써 스톱플레이트(36)의 축방향 이동량을 제어하여 랙 스트로크를 가변시킬 수 있게 되고, 이로써 타이어의 조향각을 증감시킬 수 있게 된다.
즉, 구동모터(31)가 첫 스텝만 회전하게 되면 첫 번째 회전체(51)만 회전하여 스톱플레이트(36)의 축방향 이동거리가 첫 번째 회전체(51)의 두께만큼만 증가되므로 그 거리만큼만 랙 스트로크가 증가하게 되고, 이어 추가로 구동모터(31)의 작동 스텝수가 증가될수록 스톱플레이트(36)의 축방향 이동거리가 증가하게 되므로 랙 스트로크가 단계적으로 증가하게 된다.
따라서, 상기 구동모터(31)의 한 스텝에 해당되는 회동각도의 크기와 상기 회전체의 수를 변경함으로써 랙 스트로크의 증감량을 조절할 수 있으며, 상기 구동모터(31)의 한 스텝 회동각도의 설정에 따라 상기 회전체(52,53,54)들의 홈(52b,53b,54b)들과 섹터형 홀부(34b)의 크기 및 위치가 변경됨은 물론이다.
이와 같이 랙 스트로크를 가변하게 되면, 타이어 주위의 여유 공간을 상황에 따라 활용할 수 있게 된다. 즉, 체인을 장착하지 않은 경우에 랙 스트로크를 증가시킬 수 있게 됨으로써 조향각을 증가시켜 회전반경을 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 타이어 위치 조건에 따른 타이어 주위 공간 확보를 위한 적절한 랙 스트로크의 크기는 시험을 통하여 설계할 수 있으며, 구동모터의 적절한 회전각도를 세팅하는 것 또한 시험을 통하여 튜닝할 수 있다.

도6은 각 회전체의 상대위치를 나타내는 측면도이다. 상기 구동모터(31)가 구동되어 그 회전 스텝수에 따라 해당 회전체(51, 52, 53, 54)가 회전함에 따라 스톱 플레이트(36)의 섹터형 돌기부가 회전체(51, 52, 53, 54)의 관통홀(34)의 돌출부(34c)에 걸리거나 섹터형 홈부(34b)에 일치되는 여부에 따라 랙(44)의 이동이 제한 및 허용되어 랙 스트로크가 가변되는 것이다.

본 발명에 의한 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 의하면, 차고 센서를 이용하여 전륜의 휠 스트로크를 센싱하여 이에 상응하는 랙 스트로크를 여러 단으로 제어 및 가변하여 타이어 주위의 공간 활용을 극대화 할 수 있게 됨은 물론, 체인 장착 여부에 따라 조향각을 증가시켜 회전반경을 감소시킴으로써 U턴을 보다 간편하게 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

조향 시스템을 형성하는 동력 실린더의 양단부에 회전가능하게 배치된 회전체와, 랙에 고정되어 상기 회전체의 회전상태에 따라 상기 회전체의 관통홀로 삽입되거나 걸려지는 스톱플레이트와, 상기 회전체를 컨트롤 유닛의 제어에 따라 정/역회전시키는 구동모터로 이루어지는 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치에 있어서,

운행조건에 따라 상기 컨트롤 유닛에 센싱정보를 입력하는 차고 센서를 포함하고,

상기 회전체는 상기 컨트롤 유닛에 의한 상기 구동모터의 일방향 구동 스텝 수와 동일한 개수로 이루어지고, 상호 인접한 회전체와 밀착되어 배치되며, 일측면에 스톱돌기가 형성되고 타측면에 상기 스톱돌기가 삽입되는 원주방향 홈이 형성되되, 상기 각 회전체의 홈은 상기 구동모터에 의해 직접 기어구동되는 회전체로부터 멀어질수록 상기 구동모터의 한 스텝에 해당되는 회동각도만큼 증가된 각도 범위로 형성되고,

상기 각 회전체의 관통홀은 진원부를 두고 양측으로 섹터형 홈부가 형성되어 이 섹터형 홈부를 제외한 부분이 돌출부를 이루는 형상으로 형성되고, 상기 각 회전체의 섹터형 홈부들은 인접한 회전체의 섹터형 홈부에 대하여 상기 구동모터의 한 스텝에 해당되는 각도만큼 더 회전된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 랙 스트로크 가변장치.