KR0125122Y1 - 자속 감응식 동력 조향장치 - Google Patents

Abstract

별도의 제어기를 사용하지 않고도 차속에 따라 조향 보조력을 적절히 조절할 수 있는 간단한 구조의 차속 감응식 동력 조향장치는 드리븐 기어의 회전을 검출하여 차속을 측정하는 차속센서와, 차속센서에서 검출된 차속에 따라 전달되는 펄스 신호를 전압으로 변환하는 펄스/전압 컨버터와, 펄스/전압 컨버터에서 얻은 전압을 반비례 관계로 전환시키는 반전회로와, 반전회로에서 얻은 전압을 이용하여 차속과 반비례하는 전류값으로 펄스 변환하는 전압/펄스 컨버터와, 전압/펄스 컨버터에서 전달되는 신호에 따라 조향밸브를 통해 동력 실린더로부터 배출되는 오일의 양을 비례 제어하는 가변 오리피스 밸브로 구성된다.

Description

차속 감응식 동력 조향장치

제1도는 종래의 차속 감응식 동력 조향장치의 구성도

제2도는 본 고안의 차속 감응식 동력 조향장치의 구성도

제3도는 본 고안의 차속 변화에 따른 각 회로에서의 전압 및 전류와의 관계를 나타내는 것으로, (a)는 제2도의 A부분, (b)는 B부분, (c)는 C부분에서의 차속 대 전압/전류 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 오일탱크 16 : 오일펌프

20,22 : 오일 공급, 배출라인 24 : 조향밸브

30 : 동력 실린더 31,32 : 제 1,2 유압라인

33,34 : 제 1,2 챔버 38 : 가변 오리피스 밸브

40 : 드리븐 기어 42 : 차속센서

44 : 펄스/전압 컨버터 46 : 반전회로

48 : 피드백 회로 50 : 전압/펄스 회로

본 고안은 차량의 주행 속도에 따라 조향배력을 최적으로 조절할 수 있는 간단한 구조의 차속 감응식 동력 조향장치에 관한 것이다.

차량의 조향장치에는 조향핸들의 조작력을 링크 기구를 통해 직접 전달하는 기계식 조향장치와, 유압을 이용하여 조향에 필요한 힘을 배가시키는 조향배력 작용에 의해 조향하는 동력 조향장치가 있으며, 최근에는 조작의 편의성과 고속 주행시의 안전성으로 인해 조향장치(power steering system)의 사용이 증대되고 있다. 이러한 유압을 이용한 동력 조향장치는 차속에 따라 오일펌프의 토출 유량을 제어함으로써, 저속 주행시에는 동력 실린더에 많은 유량을 공급하여 적은 힘으로도 조향을 가능케하는 반면, 고속 주행시에는 동력 실린더로의 유량 공급을 최대한 억제하여 핸들의 조향감을 무겁게 하여 안전운행을 도모한다. 이와 같이 차량의 속도에 따라 조향배력을 조절할 수 있는 차속 감응식 동력 조향장치가 개시되어 있는 바, 1990련 3월 4일자로 본 출원인이 출원한 대한민국 특허공보 제 93-4788호에 기재된 종래의 동력 조향장치를 참고로 이를 설명하기로 한다.

제1도는 종래의 차속 감응식 동력 조향장치의 구성도로, 이것의 전체적인 구조를 살펴보면, 핸들(8)이 장착된 조향축(8a)상에는 바퀴(9)의 조향각의 범위를 검출하는 조향각속도 센서(3)와, 유량의 공급방향을 결정하는 것으로, 양 바퀴(9),(9')사이의 차축(9a)과 맞물려 있는 로터리 밸브(2)가 설치되어 있다. 그리고 차축(9a)에는 피스톤(10)을 중심으로 좌, 우측 챔버(1a),(1b)가 형성된 동력 실린더(1)가 설치되어 있으며, 상기 로터리 밸브(2)에서 공급된 오일은 유량토출라인(A),(B)을 통해 동력 실린더(1)의 좌, 우측 챔버(1a),(1b)로 공급된다. 또한, 로터리 밸브(2)에는 제어기(7)에서 전달되는 신호에 따라 비례 제어되는 유량조절밸브(6)의 작용에 의해 오일펌프(5)로부터 압송된 오일이 유입되는 오일 공급라인(P)과, 유입된 오일이 오일탱크로 리턴되는 오일 배출라인(T)이 연결되어 있으며, 제어기(7)는 차속센서(4)에서 검출된 차량의 주행속도 및 조향각속도 센서(3)에서 검출된 바퀴의 조향각도에 따라 비례제어 유량조절밸브(6)를 제어함으로써, 고속 영역에서는 공급유량을 최소로 하여 높은 조향배력을 제공함과 동시에, 조향각속도에 따른 보상유량을 공급하여 조향이 급격히 행해지는 경우에는 공급유량을 최대로 많게 하여 저속시와 같은 일정한 조향감을 느낄 수 있는 구조를 지닌다.

이러한 구조의 종래 차속 감응식 동력 조향장치는 별도의 전자 제어기를 사용하기 때문에, 가격이 고가이며, 고장 발생 확률이 높고, 구조가 복잡한 문제를 지닌다.

상술한 문제를 감안하여 본 고안의 목적은 간단한 구성의 집적회로를 채용하여, 차속에 따라 최적의 조향배력을 달성할 수 있는 간단한 구조의 차속 감응식 동력 조향장치를 제공하는데 있다.

상술한 본 고안의 목적은 스티어링 휠과 연동되는 조향밸브와, 조향밸브의 작동에 따라 오일펌프로부터 압송된 오일이 공급되어 좌, 우측 바퀴를 조향하는 동력 실린더로 이루어진 동력 조향장치에 있어서, 드리븐 기어의 회전을 검출하여 차속을 측정하는 차속센서와, 차속센서에서 검출된 차속에 따라 전달되는 펄스 신호를 전압으로 변환하는 컨버터와, 펄스/전압 컨버터에서 얻은 전압을 반비례 관계로 전환시키는 반전회로와, 반전회로에서 얻은 전압을 이용하여 차속과 반비례하는 전류값으로 펄스 변환하는 전압/펄스 컨버터와, 전압/펄스 컨버터에서 전달되는 신호에 따라 조향밸브를 통해 동력 실린더로부터 배출되는 오일의 양을 비례 제어하는 가변 오리피스 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 감응식 동력 조향장치에 의해 달성된다.

다음에는 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 바람직한 실시예 따른 차속 감응식 동력 조향장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 고안의 차속 감응식 동력 조향장치의 구성도로, 먼저, 통상의 동력 조향장치의 구조를 살펴보면, 구동벨트(11)를 통해 전달되는 엔진(12)의 구동력에 의해 작동되어 오일탱크(14)내의 오일을 압송하는 오일펌프(16)가 설치되어 있으며, 스티어링 휠(18)의 하부에는 그의 조작에 따라 변위되어 오일 공급라인(20)을 통해 오일펌프(16)로부터 압송된 유량에 의해 동력 실린더(30)를 작동시키는 조향밸브(24)가 장착되어 있다.

또한, 조향밸브(24)에서 공급되는 오일은 제1유압라인(31)과 제2유압라인(32)을 통해 동력 실린더(30)의 제1챔버(33) 및 제2챔버(34)내로 선택적으로 공급됨으로써, 동력 실린더(30)내에 설치된 피스톤(35)이 좌, 우로 이동하면서 바퀴(36),(36')를 선회시킨 다음, 오일 배출라인(22)을 통해 오일탱크(14)로 복귀하게 된다. 가령, 우회전 시에는 오일펌프(16)로부터 오일 공급라인(20)을 따라 공급된 오일이 제1유압라인(31)을 거쳐 제1챔버(33)로 공급되어 피스톤(35)을 우측으로 가압함으로써 바퀴(36),(36')를 선회시키는 한편, 제2챔버(34)내의 오일은 제2유압라인(32)을 거쳐 오일 배출라인(22)을 통해 오일탱크(14)로 배출되며, 좌회전 시에는 반대로 제2유압라인(32)을 통해 오일이 공급됨과 동시에, 제1유압라인(31)과 오일 배출라인(22)이 연통되어 오일을 배출한다.

이러한 구조의 동력 조향장치에 있어서, 차속에 따라 상기 조향밸브(24)를 작동시키는 본 고안의 차속 감응식 동력 조향장치의 구성을 보면, 엔진에서 발생된 동력을 차동기어(39)와 함께 회전하는 드리븐 기어(40)의 회전수를 검출하는 홀타입 차속센서(42)와, 이 홀타입 차속센서(42)에서 검출된 차속에 따라 발생되는 펄스 신호를 외부전원(V2)에서 인가된 전류를 바탕으로 하여 전압으로 변환하는 펄스/전압 컨버터(44)와, 펄스/전압 컨버터(44)에서 얻은 전압을 반비례 관계로 전환시키는 반전회로(46)와, 여기에서 얻은 전압을 이용하여 차속과 반비례하는 펄스신호를 다시 변환하는 전압/펄스 컨버터(50)와, 이 전압/펄스 컨버터(50)로부터 전달되는 신호에 따라 외부전원(V1)에서 인가된 전기를 바탕으로 상기 조향밸브(24)로부터 배출되는 유량을 비례 제어하는 가변 오리피스 밸브(38)로 이루어져 있으며, 상기 반전회로(46)와 상기 전압/펄스 컨버터(50)사이에는 피드백 회로(48)가 추가로 설치되어 있다.

차속센서(42)에서 검출된 펄스신호는 각각의 회로들을 거치면서 비례 또는 반비례 관계의 전압 및 전류로 변환되는데, 이를 제3도에 도시하였다.

먼저, 제3도의 (a)는 제2도에서 A부분을 지나는 전압과 차속과의 관계를 나타낸 것으로, 홀타입 차속센서(42)에서 검출된 펄스신호는 펄스/전압 컨버터(44)를 지지나면서 차속과 비례하는 전압의 형태로 변환된다.

다음에, (b)에 도시한 바와 같이, 제2도의 B지점을 통과하는 전압은 이미 반전회로(46)를 거쳤기 때문에, 차속과 반비례의 관계를 갖는다.

또, (c)에 도시한 바와 같이, 제2도의 C지점을 통과하는 전류는 차속과 반비례의 관계를 가지며 비례제어 가변 오리피스로 전달된다. 즉, 반전회로(46)를 거친 전압은 차속과 반비례의 관계를 가지므로, 이 전압이 피드백 회로(48)를 지나 전압/펄스 컨버터(50)에서 전류로 변환되면서, 마찬가지로 차속과 반비례의 관계를 갖게 된다.

다음에는 이러한 구성을 갖는 본 고아는의 차속 감응식 동력 조향장치의 작동원리에 대하여 설명한다.

가, 저속 주행시의 조향

저속 주행 중에 우회전하는 경우에는 엔진(12)의 회전력으로 오일펌프(16)가 구동되어 오일 공급라인(20)을 거쳐 조향밸브(24)에 오일이 공급되며, 조향밸브(24)로 공급된 오일은 제1유압라인(31)을 통해 동력 실린더(30)의 제1챔버(33)로 공급되어 피스톤(35)을 우측으로 가압한다. 이때, 제2챔버(34)내의 오일은 제2유압라인(32)을 거쳐 오일 배출라인(22)을 통해 오일탱크(14)로 리턴되는데, 배출되는 오일량은 다음과 같은 원리에 따라 작동되는 비례제어 가변 오리피스 밸브(38)에 의해 결정된다.

즉, 저속 주행시 드리븐 기어(40)는 저속으로 회전되므로 낮은 저항값이 출력되며 제3도의 (a)에 도시한 바와같이, 외부전원(V2)에서 공급된 5V의 전압은 차속센서(42)에서 전달되는 저항값에 비례하여 펄스/전압 컨버터(44)를 지나면서 약 0V의 낮은 전압으로 변환된다.

다음에, (b)에 도시한 바와 같이, 반전회로(46)를 통과하면서 이 전압은 차속과 반비례 관계로 변하면서 약 5V의 높은 전압이 피트백 회로(48)를 거쳐 전압/펄스 컨버터(50)로 전달된다. 전압/펄스 컨버터(50)를 통과하면서 이 전압은 (c)에 도시한 바와 같이, 높은 1000mA의 높은 전류로 변환되어 비례제어 가변 오리피스 밸브(38)로 전달된다. 높은 전류가 공급됨에 따라 가변 오리피스 밸브(38)는 완전 개방됨으로써, 동력 실린더(30)의 제2챔버(34)에 있던 오일은 제2유압라인(32)과 오일 배출라인(22)을 거쳐 신속히 오일탱크(14)로 보내져 배압이 걸리지 않는다. 따라서, 저속 주행시에는 가벼운 조작력으로도 조향할 수 있게 된다.

나, 고속 주행시의 조향

고속 주행시에는 반대로, 드리븐 기어(40)가 고속으로 회전하게 되고, 펄스/전압 컨버터(44)에서 나오는 전압은 제3도의 (a)에 도시한 바와 같이, 약 5의 높은 전압이 발생된다. 이 전압은 반전회로(46)를 거치면서 약 0 에 가까운 낮은 전압으로 전환된 다음, 피트백 회로(48)를 지나 전압/펄스 컨버터(50)로 전달되면서, (c)에 도시한 바와 같이, 낮은 전류값이 비례제어 가변 오리피스 밸브(38)로 입력되어 밸브를 거의 막게 된다. 따라서, 고속 주행중에 우회전하는 경우, 동력 실린더(30)에 형성된 제2챔버(34)내의 오일은 제2유압라인(32)과 오일 배출라인(22)을 통해 배출량이 급감되어 높은 배압이 형성되므로 스티어링휠(18)의 조작을 무겁게 한다.

이상으로 설명한 본 고안에 의하면 별도의 제어기를 사용하지 않고도 차속에 따라 조향 보조력을 적절히 조절할 수 있는 간단한 구조의 차속 감응식 동력 조향장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 스티어링 휠과 연동되는 조향밸브와, 조향밸브의 작동에 따라 오일펌프로부터 압송된 오일이 공급되어 좌, 우측 바퀴를 조향하는 동력 실린더로 이루어진 차량의 동력 조향장치에 있어서, 드리븐 기어의 회전을 검출하여 차속을 측정하는 차속센서와, 상기 차속센서에서 검출된 차속에 따라 전달되는 펄스 신호를 전압으로 변환하는 펄스/전압 컨버터와, 상기 펄스/전압 컨버터에서 얻은 전압을 반비례 관계로 전환시키는 반전회로와, 상기 반전회로에서 얻은 전압을 이용하여 차속과 반비례하는 전류값으로 펄스 변환하는 전압/펄스 컨버터와, 상기 전압/펄스 컨버터에서 전달되는 신호에 따라 상기 조향밸브를 통해 동력 실린더로부터 배출되는 오일의 양을 비례 제어하는 가변 오리피스 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차속 감응식 동력 조향장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반전회로와 상기 전압/펄스 컨버터 사이에는 피드백 회로가 추가로 설치되는 차속 감응식 동력 조향장치.