KR101405738B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

랙구동형 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트와 너트풀리의 사이에서 발생되는 진동과 소음을 방지하고, 외부로부터 역입력되는 과도한 충격이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트와 너트풀리의 사이에서 발생되는 진동과 소음을 방지하고, 외부로부터 역입력되는 과도한 충격이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼너트와 너트풀리에 진동과 소음이 발생되고, 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격이 과도한 경우에는 볼너트, 너트풀리, 모터나 전자 제어 장치에 오류가 발생되거나 파손이 발생되어 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 이렇게 볼너트, 너트풀리, 모터나 전자 제어 장치에 오류 내지는 파손이 심한 경우에는 자동차의 고속 주행중에 운전자에게 조향 불능이 발생되어 안전 사고를 야기하는 치명적인 문제점도 발생되었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트와 너트풀리의 사이에서 발생되는 진동과 소음을 방지하고, 외부로부터 역입력되는 과도한 충격이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 랙바와 볼을 매개로 결합되어 랙바를 슬라이딩시키며 일측 단부에 지지부가 형성되어 있는 볼너트; 상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리; 상기 볼너트의 외주면에 결합되되, 상기 볼너트의 지지부와 상기 너트풀리의 일측 단부 사이에 결합되어 상기 볼너트와 너트풀리에 전달되는 진동과 소음을 흡수하는 댐핑부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트와 너트풀리의 사이에서 발생되는 진동과 소음을 방지하고, 외부로부터 역입력되는 과도한 충격이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치가 결합된 상태를 나타내는 사시도;
도 5는 도 4의 단면도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치가 결합된 상태를 나타내는 사시도, 도 5는 도 4의 단면도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙바(155)와 볼을 매개로 결합되어 랙바(155)를 슬라이딩시키며 일측 단부에 지지부(315)가 형성되어 있는 볼너트(310); 상기 볼너트(310)의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트(310)를 회전시키는 너트풀리(330); 상기 볼너트(310)의 외주면에 결합되되, 상기 볼너트(310)의 지지부(315)와 상기 너트풀리(330)의 일측 단부 사이에 결합되어 상기 볼너트(310)와 너트풀리(330)에 전달되는 진동과 소음을 흡수하는 댐핑부재(320)를 포함하여 구성된다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 도 1 및 도 2와 같이 참조하여 살펴보면, 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 상기 모터(165)의 축(165a)에 결합된 모터풀리(205a), 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(310)가 구비되고, 볼너트(310)의 외주면에 너트풀리(330)가 결합된다.
모터(165)와 연결된 모터풀리(205a)와, 랙바(155)와 연결된 너트풀리(330)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(205a)와 너트풀리(330)에는 벨트(210)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(310)를 통해 랙바(155)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(155)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)과 기어하우징(미도시)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 외주면에는 볼너트(310)를 회전시키는 너트풀리(330)와, 볼너트(310)의 회전을 지지하는 베어링(340)이 장착된다.
볼너트(310)의 내주면과 랙바(155)의 외주면에는 랙바(155)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(155)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈(155a)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(313)으로 이루어진다.
볼너트(310)는 내주면에 내주스크류홈(313)이 형성된 중공관으로서, 일측 단부에 직경이 확장 형성된 지지부(315)에 댐핑부재(320)와 너트풀리(330)가 밀착 결합되고, 이 너트풀리(330)의 타측 단부에는 베어링(340)이 지지되며 결합되며, 이 베어링의 타측 단부에는 록너트(350)가 볼너트(310)에 나사결합되어 베어링(340)을 지지하며 고정된다.
그리고, 너트풀리(330)가 벨트의 구동력으로 볼너트(310)를 회전시키게 되는데, 볼너트(310)의 지지부(315)와 너트풀리(330)의 일측 단부 사이에는 댐핑부재(320)가 결합되어 볼너트(310)와 너트풀리(330)에 전달되는 진동과 소음을 흡수하게 되어 있다.
즉, 노면으로부터의 충격이 랙바(155)를 통해 볼너트(310)로 전달되는 경우 볼너트(310)가 축방향으로 또는 경방향으로 하중을 받게 되고, 이로 인해 볼너트(310)와 너트풀리(330) 사이에서 진동과 소음이 발생되고 모터와 전자 제어 장치로도 역입력이 가해지게 된다.
이렇게 노면으로부터의 충격이 전달되면 심한 경우 볼너트(310)나 너트풀리(330)가 파손되거나 심지어 모터가 파손되기도 하고, 전자제어장치가 오류를 일으켜 조향 보조력의 제어가 제대로 이루어지지 않게 되는데, 댐핑부재(320)가 충격을 완화하여 주변 부품을 보호하게 되어 있다.
댐핑부재(320)는 링형상으로 볼너트(310)의 외주면에 결합되는데, 볼너트(310)의 지지부(315)에 지지되는 제1지지면(323)과 너트풀리(330)의 일측 단부에 지지되는 제2지지면(325)을 구비하고 있다.
이러한 댐핑부재(320)는 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등의 탄성재질로 형성될 수 있다.
한편, 댐핑부재(320)와 볼너트(310) 및 너트풀리(330)의 결합구조는 다양한 실시예로 구성되는데, 도 3과 도 4에 도시된 것처럼 볼너트(310)의 지지부(315)에는 축방향으로 함몰된 너트홈(315a)이 형성되고 댐핑부재(320)의 제1지지면(323)에는 볼너트(310)의 너트홈(315a)에 대응되게 돌출된 제1돌기(323a)가 형성되어 서로 맞물림 결합될 수 있다.
또한, 너트풀리(330)의 일측 단부에는 축방향으로 함몰된 풀리홈(335a)이 형성되고 댐핑부재(320)의 제2지지면(325)에는 너트풀리(330)의 풀리홈(335a)에 대응되게 돌출된 제2돌기(325a)가 형성되어 서로 맞물림 결합될 수 있다.
즉, 도 3과 도 4에 도시된 실시예에서는 댐핑부재(320)의 제1지지면(323)과 제2지지면(325)에 축방향 양측으로 돌출되게 형성되는 제1돌기(323a)와 제2돌기(325a)가 구비되어 각각 요홈으로 형성되는 너트홈(315a)과 풀리홈(335a)에 결합되어 볼너트(310)와 너트풀리(330)로 전달되는 진동과 소음을 흡수하게 된다.
이와 같은 제1돌기(323a), 제2돌기(325a), 너트홈(315a), 풀리홈(335a)은 각각 원주방향으로 이격되게 배치되며, 또한 동일한 간격으로 배치될 수도 있다.
그리고, 도 6에 도시된 것처럼 볼너트(310)의 지지부(315)에는 축방향으로 돌출된 너트돌기(315b)가 형성되고 댐핑부재(320)의 제1지지면(323)에는 볼너트(310)의 너트돌기(315b)에 대응되게 함몰된 제1홈(323b)이 형성되어 서로 맞물림 결합될 수 있다.
또한, 너트풀리(330)의 일측 단부에는 축방향으로 돌출된 풀리돌기(335b)가 형성되고 댐핑부재(320)의 제2지지면(325)에는 너트풀리(330)의 풀리돌기(335b)에 대응되게 함몰된 제2홈(325b)이 형성되어 서로 맞물림 결합되될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 실시예에서는 댐핑부재(320)의 제1지지면(323)과 제2지지면(325)에 양측 모두 함몰되게 형성되는 제1홈(323b)과 제2홈(325b)이 구비되어 각각 돌출 형성되는 너트돌기(315b)와 풀리돌기(335b)에 결합되어 볼너트(310)와 너트풀리(330)로 전달되는 진동과 소음을 흡수하게 된다.
이와 같은 제1홈(323b), 제2홈(325b), 너트돌기(315b), 풀리돌기(335b)도 각각 원주방향으로 이격되게 배치되며, 또한 동일한 간격으로 배치될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트와 너트풀리의 사이에서 발생되는 진동과 소음을 방지하고, 외부로부터 역입력되는 과도한 충격이 전달되는 경우 너트풀리를 구동하는 모터와 전자 제어 장치 등의 주변 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 가지게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310: 볼너트 315: 지지부
315a: 너트홈 315b: 너트돌기
320: 댐핑부재 323: 제1지지면
323a: 제1돌기 323b: 제1홈
325: 제2지지면 325a: 제2돌기
325b: 제2홈 330: 너트풀리
335a: 풀리홈 335b: 풀리돌기
340: 베어링 350: 록너트

Claims (8)

  1. 랙바와 볼을 매개로 결합되어 랙바를 슬라이딩시키며 일측 단부에 지지부가 형성되어 있는 볼너트;
    상기 볼너트의 외주면에 결합되어 벨트의 구동력으로 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리;
    상기 볼너트의 외주면에 결합되되, 상기 볼너트의 지지부와 상기 너트풀리의 일측 단부 사이에 결합되어 상기 볼너트와 너트풀리에 전달되는 진동과 소음을 흡수하는 댐핑부재;
    상기 너트풀리의 타측 단부에 지지되며 상기 볼너트의 외주면에 결합되는 베어링;
    상기 베어링의 타측 단부에 지지되며 상기 볼너트의 외주면에 결합되는 록너트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 링형상으로 상기 볼너트의 지지부에 지지되는 제1지지면과 상기 너트풀리의 일측 단부에 지지되는 제2지지면을 구비하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼너트의 지지부에는 축방향으로 함몰된 너트홈이 형성되고 상기 댐핑부재의 제1지지면에는 상기 너트홈에 대응되게 돌출된 제1돌기가 형성되어 서로 맞물림 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 너트풀리의 일측 단부에는 축방향으로 함몰된 풀리홈이 형성되고 상기 댐핑부재의 제2지지면에는 상기 풀리홈에 대응되게 돌출된 제2돌기가 형성되어 서로 맞물림 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼너트의 지지부에는 축방향으로 돌출된 너트돌기가 형성되고 상기 댐핑부재의 제1지지면에는 상기 너트돌기에 대응되게 함몰된 제1홈이 형성되어 서로 맞물림 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 너트풀리의 일측 단부에는 축방향으로 돌출된 풀리돌기가 형성되고 상기 댐핑부재의 제2지지면에는 상기 풀리돌기에 대응되게 함몰된 제2홈이 형성되어 서로 맞물림 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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