KR20080024677A - 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼 - Google Patents

자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼 Download PDF

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KR20080024677A
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Abstract

본 발명은 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래기술의 틸트 및 텔레스코픽 유지력을 향상시키고, 틸트 스팅어링 컬럼 대비 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 아우터튜브 내부에 플라스틱부시가 삽입되어 축방향으로 길이조절가능한 길이조절수단과; 상기 아우터튜브의 내부에 삽입되고, 상단부가 볼베어링에 의해 상기 아우터튜브의 상단 내주면에 부착된 상부 샤프트와; 상기 아우터튜브에 안착되어 상기 아우터튜브 및 플라스틱부시를 잠금 및 잠금해제시켜주는 조임수단과; 상기 아우터튜브의 일측상부 및 조임수단의 양측면을 감싸고, 양측면에 경사슬롯이 형성된 틸트브라켓과; 상기 길이조절수단, 조임수단 및 경사슬롯을 관통하는 틸트볼트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼을 제공한다.
스티어링 컬럼, 아우터튜브, 절개홈, 디스턴스브라켓, 로워튜브, 틸트브라켓

Description

자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼{Steering column with tilt and telescopic apparatus mixed for vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 스티어링 컬럼을 나타내는 저면사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 아우터튜브를 나타내는 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 틸트브라켓을 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 디스턴스브라켓을 나타내는 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 플라스틱부시를 나타내는 사시도이고,
도 6a 내지 6h는 본 발명에 따른 스티어링 컬럼의 조립순서를 나타내는 이미지이고,
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 스티어링 컬럼의 작동상태를 나타내는 이미지이고,
도 8은 종래의 틸트 스티어링 컬럼을 나타내는 측면도이고,
도 9a 및 9b는 종래의 틸트 및 텔레스코픽 적용차량의 경우 스티어링휠의 조절위치를 설명하기 위한 단면도이고,
도 10은 종래의 틸트 및 텔레스코픽 적용차량의 경우 충돌시 승객의 이동방향에 대한 수직분력 및 수평분력을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 스티어링 컬럼 11 : 아우터튜브
12 : 절개홈 13 : 제1디스턴스브라켓
14 : 제2디스턴스브라켓 15 : 장홀
16 : 로워튜브 17 : 플라스틱부시
18 : 돌출편 18a : 관통홀
19 : 틸트볼트 20 : 상부 샤프트
21 : 볼베어링 22 : 세레이션
23 : 틸트브라켓 23a : 결합편
23b : 경사슬롯 24 : 틸트레버
25 : 틸트캠 26 : MDPS 인풋 샤프트
27 : 캡슐 28 : 스티어링 휠
본 발명은 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래기술의 틸트 및 텔레스코픽 유지력을 향상시키고, 틸트 스팅어링 컬럼 대비 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 조향장치는 자동차의 진행방향을 임의로 변경하기 위한 장치로서, 운전자가 직접 잡고 조작할 수 있는 스티어링 휠, 이 스티어링 휠과 결합되어 회전되는 스티어링 샤프트, 상기 스티어링 샤프트의 적소에 장착되어 운전에 필요한 부가 편의 시설을 위한 틸트 장치 및 텔레스코픽 장치 등이 설치되는 스트어링 컬럼 등을 포함하는 조작기구와 기어기구 및 링크기구 등이 포함된다.
상기 틸트장치는 도 8에 도시한 바와 같이 스티어링 컬럼의 설치각도를 운전자의 신체적인 특성에 맞게 조절하는 장치로서, 틸트 조작시 틸트힌지부(100)를 중심으로 상하로 스티어링 휠의 위치를 조작하도록 되어 있다.
그런데 키가 작은 운전자의 시트는 전방에, 틸트의 위치는 하단에 위치하게 되고, 이때 키가 큰 운전자의 상체로부터 스티어링 휠 까지의 거리는 'A'로 지나치게 커지고, 키가 작은 운전자의 상체로부터 스티어링 휠 까지의 거리는 'B'로 지나치게 작아지게 된다.
또한, 상기 틸트 장치의 경우 브레이크 페달까지의 거리가 변화하는 것에 비해 스티어링 휠이 틸트힌지부(100)를 기준으로 회전하면서 발생하는 변위에 의해서 추가적으로 거리가 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 텔레스코픽 스티어링 컬럼이나 어저스터블(adjustable) 페달을 적용하게 되나, 이는 원가 및 중량 측면에 불리한 단점이 있다.
도 9a 및 도 9b는 종래의 틸트 및 텔레스코픽 장치가 적용된 차량을 나타내는 단면도로서, 도 9a에 표시된 'A'부분 전체에 대해서 스티어링 휠(101)의 위치를 조절할 수 있는 구조이나, 틸트 조작만 가능한 스티어링 컬럼보다 원가 및 중량측면에서 불리한 단점이 있다.
또한, 도 9b에 표시된 영역 'B'는 키가 작은 운전자가 틸트 다운에 위치시키고, 키가 큰 운전자가 틸트 업에 위치시키는 점을 고려할 때 클러스터(102)의 시인성을 확보할 수 없는 불필요한 조정영역이다.
한편, 스티어링 컬럼의 사이드 뷰 각도는 통상 차량의 레이아웃에 따라 23~28도로 설정된다.
로워틸트의 경우 통상 사이드 뷰 각도에서 상하로 2~2.5도 범위 내에서 스티어링 휠의 위치를 조절할 수 있도록 설정되어 있다.
전술한 바와 같이 스티어링 컬럼의 사이드 뷰 각도는 23~28도이므로, 도 10에 도시한 바와 같이 차량의 길이방향과 거의 평행하게 이동하는 승객의 거동(F)에 대해서 수직(Fa) 및 수평(Fb)분력이 생기게 되며, 이때 수직분력(Fa)이 스티어링 컬럼의 틸트유지력을 초과하게 되면 스티어링 컬럼은 틸트위치를 유지하지 못하고, 위로 올라가게 되며, 이러한 현상은 별도의 구조가 반영되지 않은 모든 차종에서 발생하게 된다.
이와 같은 이유로 틸트가 급격히 해제되면 스티어링 컬럼은 초기설정각도보다 2~2.5도 정도 세워지게 되며(틸트 최상단 위치), 이런 상태는 스티어링 컬럼의 에너지 흡수기능(컬랩스)이 정상적으로 작동되는데 큰 장애요인으로 작용한다.
다시 말하면, 스티어링 컬럼의 컬랩스 기능은 스티어링 컬럼의 축방향으로 힘이 가해질 때 가장 효과적으로 작동되게 되었으나, 사이드 뷰 각도가 높아질 수록 스티어링 컬럼의 축방향(Fb)에 대한 분력이 작아져서 불리한 단점이 있다.
또한, 틸트가 해제되었을 때 틸트 조절가능 범위 중 최상단까지 올라가면 하드 컨텍트(Hard contact)와 유사한 효과로 흉부 상해치와 변위량이 크게 악화된다.
전술한 바와 같이 로워틸트의 틸트유지력은 디스턴스 브라켓과 틸트 브라켓 사이의 마찰력에 의해 결정되므로, 틸트유지력을 높이는 것이 충돌성능측면에서 유리하다.
그러나, 마찰력을 높이기 위해서는 틸트브라켓과 디스턴스 브라켓이 접촉한 이후에도 추가적인 힘을 가해서 마찰력을 높여야 하므로, 틸트레버(103)의 조작력이 급격히 높아져 상품성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
한편, 텔레스코픽 스티어링 컬럼의 전체 조절가능범위가 50mm인 경우 충돌법규 및 상품성 시험시 그 중간위치인 25mm 지점에 맞추고 시험을 하므로, 텔레스코픽 지지력 향상은 매우 중요하다.
그러나, 틸트유지력과 마찬가지로 종래의 텔레스코픽 지지력도 마찰력에 의존하고 있어 100~150kgf 수준밖에 이르지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 아우터튜브에 형성된 절개홈과, 절개홈을 따라 축방향으로 이동가능하도록 플라스틱 부시에 형성된 돌출편과, 상기 아우터튜브의 절개홈 좌우측에 부착된 제1 및 제2디스턴스브라켓과, 제1 및 제2디스턴스브라켓의 외측에 결합된 틸트브라켓을 포함하여 구성되고, 상기 돌출편 및 디스턴스브라켓을 관통하는 틸트볼트가 틸트브라켓에 일정각도로 형성된 경사슬롯을 따라 움직이도록 함으로써, 종래의 틸트 스티어링 컬럼의 작동궤적을 변경하여 텔레스코픽과 동등수준의 효과를 거둘 수 있고, 충돌시의 팝업현상을 근본적으로 방지할 수 있도록 한 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 있어서,
아우터튜브 내부에 플라스틱부시가 삽입되어 축방향으로 길이조절가능한 길이조절수단과; 상기 아우터튜브의 내부에 삽입되고, 상단부가 볼베어링에 의해 상기 아우터튜브의 상단 내주면에 부착된 상부 샤프트와; 상기 아우터튜브에 안착되어 상기 아우터튜브 및 플라스틱부시를 잠금 및 잠금해제시켜주는 조임수단과; 상기 아우터튜브의 일측상부 및 조임수단의 양측면을 감싸고, 양측면에 경사슬롯이 형성된 틸트브라켓과; 상기 길이조절수단, 조임수단 및 경사슬롯을 관통하는 틸트볼트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 길이조절수단은 상기 아우터튜브의 하단부에서 중앙부까지 축방향으로 형성된 절개홈과; 상기 플라스틱 부시의 상단부에 반경방향 으로 형성되고, 상기 절개홈으로 따라 축방향으로 이동가능한 돌출편으로 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 조임수단은 상기 절개홈을 사이에 두고 상기 아우터튜브 좌우측에 부착되고, 양측면에 장홀이 형성된 제1 및 제2디스턴스브라켓과; 상기 틸트볼트의 일단부에 장착된 틸트레버 및 틸트캠을 포함하여 구성되고, 상기 틸트레버가 상기 틸트브라켓, 제1 및 제2디스턴스브라켓을 압착시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라스틱부시의 하단에는 로워튜브의 상단부가 압입되되, 평상시에는 고정되어 있고, 충돌시에만 마찰력에 의해 에너지를 흡수하는 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 샤프트의 하단 내주면은 세레이션 가공되어, 상기 상부 샤프트가 MDPS 인풋 샤프트와 결합시 축방향으로 이동가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절개홈은 "T"모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 틸트브라켓은 상단부가 수평방향으로 형성되고, 중앙부가 볼록하게 돌출형성된 날개부와; 상기 날개부의 하면에 수직방향으로 평행하게 형성된 결합편과; 상기 결합편에 사선방향으로 형성된 경사슬롯을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1 내지 6h는 본 발명에 따른 스티어링 컬럼의 구조 및 조립순서를 나타내는 도면이다.
본 발명은 종래 스티어링 컬럼의 틸트장치에서 각 구성부품의 구조변경을 통하여 틸트의 작동궤적을 경사진 방향으로 바꿈으로써, 다양한 체형의 운전자에 맞도록 텔레스코픽 적용시와 동일한 효과 및 상품성을 확보할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
본 발명을 각 부품의 구성별로 종래의 틸트장치와 다른점을 설명하되, 조립순서대로 설명한다.
1) 아우터튜브(11) : 스티어링 컬럼(10)의 상부 바깥쪽을 감싸는 부분이고, 아우터튜브(11)의 축방향을 기준으로 하부에 위치하고, 아우터튜브(11)의 하단에서부터 중앙부까지 'T'형 절개홈(12)이 형성되어 있다.
2) 디스턴스브라켓 : 종래에는 하나로 되었던 것과 달리 두개로 분리되고, 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14)이 절개홈(12)을 사이에 두고 좌우측에 부착되어 있다.
이때, 상기 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14) 사이는 절개홈(12)과 같은 폭으로 떨어져 안착되게 되고, 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14)의 좌우측면에는 각각 장홀(15)이 형성되어 있다.
3) 로워튜브(16) : 아우터튜브(11)의 하단에 배치되고, 로워튜브(16)의 상단에는 플라스틱 부시(17)의 하단부가 압입되며, 플라스틱 부시(17)의 상단에는 틸트볼트 관통홀(18a)이 형성된 돌출편(18)이 반경방향으로 형성되어 있다.
상기 로워튜브(16)의 상단에 압입되는 플라스틱 부시(17)는 충돌시에만 마찰력에 의해서 에너지를 흡수하는 구조이고, 평상시에는 고정되어 있다.
4) 플라스틱 부시(17) : 아우터튜브(11)의 하단 내부로 삽입되고, 돌출편(18)이 절개홈(12)을 따라 축방향으로 이동가능하되, 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14) 사이에 위치하고, 상기 장홀(15) 및 관통홀(18a)을 통해 틸트볼트(19)가 관통가능하도록 결합되게 된다.
5) 상부 샤프트(20) : 상기 아우터튜브(11), 플라스틱 부시(17) 및 로워튜브(16)의 내부에 삽입되되, 상부 샤프트(20)의 상단부가 아우터튜브(11) 위로 돌출되어 있다.
또한, 상부 샤프트(20)의 상부에는 볼베어링(21)이 압입된 후 그 둘레부의 코킹으로 고정되므로, 아우터튜브(11)와 상부 샤프트(20)의 상대적 운동을 유도할 수 있고, 상부 샤프트(20)의 하단 내주면은 세레이션(22)(SERRATION) 가공되어 있다.
6) 틸트브라켓(23) : 단면이 'ㅠ'자로 형성되어 있고, 중앙하부에 결합편(23a)이 평행하게 형성되며, 결합편(23a)에는 본 발명에 따라 변경된 궤적에 맞게 경사슬롯(23b)이 경사진 방향으로 각각 형성된다.
상기 결합편(23a)이 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14)의 바깥면에 배치되고, 경사슬롯(23b), 장홀(15) 및 관통홀(18a)을 통해 틸트볼트(19)가 관통되어, 틸트브라켓(23), 제1 및 제2디스턴스브라켓(12,13)이 결합되고, 틸트볼트(19)에 틸트레버(24) 및 틸트캠(25)이 조립된다.
상기 틸트레버(24)는 틸트브라켓(23)의 결합편(23a)과 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14) 사이에 조임력을 가하는 역할을 하게 되고, 이 틸트브라켓(23)과 디스 턴스브라켓(13,14) 사이의 조임력에 따라 아우터튜브(11) 및 상부샤프트(20)가 길이방향 및 상하방향으로 이동할 수 있다.
7) 기타 부품 결합 : 상기 상부 샤프트(20)의 하단 내주면에 형성된 세레이션(22)과 MDPS 인풋 샤프트(26)가 결합되고, 틸트브라켓(23)의 상단에 캡슐(27) 등 주변부품을 결합시켜 완성하게 된다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
스티어링 컬럼(10)의 길이가 중립상태로서, 먼저 스티어링 컬럼(10)을 운전자의 체형에 맞게 조절하기 위해 틸트레버(24)를 해제하는 경우, 틸트캠(25)의 단차만큼 틸트레버(24)가 틸트브라켓(23)의 결합편(23a)이 벌어지게 된다.
이와 동시에 상기 틸트브라켓(23)과 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14) 사이의 조임력이 해제되면서, 플라스틱부시(17)의 돌출편(18)이 절개홈(12)을 따라 축방향으로 이동가능하게 되고, 상부 샤프트(20) 하단의 세레이션(22) 구조에 의해 아우터튜브(11)와 상부 샤프트(20), 제1 및 제2디스턴스브라켓(13,14)이 컬럼축에 대해서 축방향으로 이동가능하게 된다.
또한 상하방향의 조절도 틸트브라켓(23)과 디스턴스브라켓(13,14) 사이의 조임력 해제에 의해서 틸트볼트(19)가 틸트브라켓(23)의 경사슬롯(23b)을 따라 상하방향으로 이동가능하다.
이와 같은 작동상태에 따라 본 발명은 아우터튜브(11), 디스턴스브라켓(13,14), 플라스틱부시(17) 및 틸트브라켓(23)의 구조를 변경하여 축방향 및 상 하방향으로 동시에 조절할 수 있도록 함으로써, 충돌시의 팝업 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.
왜냐하면, 팝업이 발생하기 위해서는 컬럼의 길이가 늘어나는 방향이 되어야 하지만, 더미에 의해 반대방향으로 하중이 가해지므로 팝업이 발생할 수 없다.
또한, 종래의 텔레스코픽 장치 및 치차를 적용한 구조에 비해 원가를 절감할 수 있고, 다양한 체형의 운전자에 맞도록 스티어링 휠(28)의 위치를 조절할 수 있어 상품성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 의하면, 아우터튜브, 디스턴스브라켓, 플라스틱부시 및 틸트브라켓의 구조를 변경하여 축방향 및 상하방향으로 동시에 조절할 수 있도록 함으로써, 충돌시의 팝업 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.
또한, 종래의 텔레스코픽 장치 및 치차를 적용한 구조에 비해 원가를 절감할 수 있고, 다양한 체형의 운전자에 맞도록 스티어링 휠의 위치를 조절할 수 있어 상 품성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼에 있어서,
    아우터튜브 내부에 플라스틱부시가 삽입되어 축방향으로 길이조절가능한 길이조절수단과;
    상기 아우터튜브의 내부에 삽입되고, 상단부가 볼베어링에 의해 상기 아우터튜브의 상단 내주면에 부착된 상부 샤프트와;
    상기 아우터튜브에 안착되어 상기 아우터튜브 및 플라스틱부시를 잠금 및 잠금해제시켜주는 조임수단과;
    상기 아우터튜브의 일측상부 및 조임수단의 양측면을 감싸고, 양측면에 경사슬롯이 형성된 틸트브라켓과;
    상기 길이조절수단, 조임수단 및 경사슬롯을 관통하는 틸트볼트;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 길이조절수단은
    상기 아우터튜브의 하단부에서 중앙부까지 축방향으로 형성된 절개홈과; 상기 플라스틱 부시의 상단부에 반경방향으로 형성되고, 상기 절개홈으로 따라 축방향으로 이동가능한 돌출편으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레 스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 조임수단은
    상기 절개홈을 사이에 두고 상기 아우터튜브 좌우측에 부착되고, 양측면에 장홀이 형성된 제1 및 제2디스턴스브라켓과; 상기 틸트볼트의 일단부에 장착된 틸트레버 및 틸트캠을 포함하여 구성되고, 상기 틸트레버가 상기 틸트브라켓, 제1 및 제2디스턴스브라켓을 압착시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라스틱부시의 하단에는 로워튜브의 상단부가 압입되되, 평상시에는 고정되어 있고, 충돌시에만 마찰력에 의해 에너지를 흡수하는 구조인 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 샤프트의 하단 내주면은 세레이션 가공되어, 상기 상부 샤프트가 MDPS 인풋 샤프트와 결합시 축방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 절개홈은 "T"모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 틸트브라켓은 상단부가 수평방향으로 형성되고, 중앙부가 볼록하게 돌출형성된 날개부와; 상기 날개부의 하면에 수직방향으로 평행하게 형성된 결합편과; 상기 결합편에 사선방향으로 형성된 경사슬롯을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 틸트 및 텔레스코픽 혼합식 스티어링 컬럼.
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