KR0133301Y1 - 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차용 조향핸들의 파워 스티어링 장치에 관한것이다.

본고안은 주행속도에 따라 조작력의 증감을 제어할수 있도록 반력기구부의 밸브바디에 U홈을 형성하여 차속에 따른 오일공급에 의해 U홈이 삽입 또는 해체되도록 하고, 압력제어 밸브의 스풀1에 관통홈을 갖추고, 이관통홈에는 오리피스역활을 하게 에찌부를 형성하여 차속에 따른 솔레노이드 밸브의 작동으로 차속에 비례하여 핸들 조작력의 증감을 가질수 있게 하므로서 안정적인 조향력을 얻을수 있도록 한것이 그 특징이다.

Description

자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치

제1도는 본고안이 적용된 파워스티어링장치 시스템의 단면 예시도.

제2도는 본고안의 압력제어밸브부의 고속시 상태 단면도.

제3도는 본고안의 압력제어밸브의 저속시 상태 단면도.

제4도는 본고안의 반력기구부가 정렬된 상태도.

제5도는 본고안의 반력기구부가 어긋난 정렬 상태도.

제6도는 본고안의 반력기부에서 힘의 분력 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력축 2 : 플런져하우징

3 : 밸브바디 3-1 : U홈

4 : 피니언 5 : 밸브하우징

6 : 토션바 7 : 플런져

8 : 씰링 9 : 실 링

10 : 핀 11 : 오링

12 : 오 링 13 : 핀

14 : 베어링 15 : 오일씰

16 : 오 링 17 : 오일씰

18 : 오일씰 19 : 솔레노이드밸브

20 : 오 링 21 : 스풀1

21-1 : 관통홀 21-2 : 에찌부

22 : 스풀2 23 : 오리피스

24 : 오리피스 25 : 픽스볼트

26 : 오링 27 : 스프링

28 : 스넵링 29 : 부시

30 : 인포트

본고안은 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치에 관한 것으로서 주행속도에 따라 핸들 조작력의 증감을 제어할 수 있는 반력기구부와 이 기구부에 적절한 유압을 제공할 수 있는 스풀밸브와 이 스풀밸브의 변위를 제어하는 솔레노이드밸브와 이 솔레노이드밸브에 차속에 따라 적절한 전류를 인가하는 ECU를 갖추고 있어 차속에 비례하여 핸들 조작력의 증감을 가질 수 있어, 안정적인 조향력을 얻을 수 있는 파워 스티어링장치에 관한 것이다.

종래의 자동차용 조향장치의 파워스티어링 장치는 피니온을 연결하는 토션바 입력축을 핀으로 고정하고 입력축의 외주면에는 밸브바디를 고정하여 플런져하우징에 그루빙을 갖춘 상태로 조립하였다.

이때 상기 토션바, 입력축, 밸브바디, 플런져하우징 사이에는 작동유의 유실을 막기위해 오링을 환설하여 반력기구부를 형성하였다.

상기 반력기구부는 차속에 따라 적절한 전류를 공급받아 축방향으로 일정량 변위 및 힘을 가지는 솔레노이드 밸브와 일체로된 압력제어밸브와 유로가 연통되게 설치하였다.

이때 상기 압력제어밸브의 오일이 반력실로 공급될수 있도록 한것이다.

이와같이 구성된 종래의 파워스티어링장치는 툐션바의 강성때문에 작은 입력 토오크에도 입력축에 비틀림이 발생하고 차속에 따른 오일공급이 원활치 못하여 직진중 저속 또는 고속시 차속에 비례하는 조작력을 잡아주지 못하여 주행안정성이 불균일하여 운전자에게 불안감을 초래하게 되는 문제점이 내재되었다.

본고안은 상기한 종래의 제문제점등을 해하기 위하여 안출한것으로서 본고안의 그목적으론 주행속도에 따라 조작력의 증감을 제어할수 있도록 반력기구부의 밸브바디에 U홈을 형성하여 차속에 따른 오일공급에 의해 U홈이 삽입 또는 해체되도록하고, 압력제어밸브의 스풀1에 관통홈을 갖추고, 이관통홈에는 오리피스역활을 하게 에찌부를 형성하여 차속에 따른 솔레노이드 밸브의 작동으로 차속에 비례하여 핸들조작력의 증감을 가질수 있게 하므로서 안정적인 조향력을 얻을수 있도록 한것이 그 특징이다.

상기의 목적을 달성할수 있는 본고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서와 같이 핸들(105)의 회전력을 받고 상단부에 원주방향으로 수개소 핀압입 구멍을 갖추고 있으며 그 하단부에 오링이 설치되는 그루빙을 형성하고 있으며, 그루빙의 하단부에는 탱크로 리턴되는 리턴구멍이 수개소 설치되어 있고 그 리턴구멍의 하단부에는 로타리밸브의 작용을 하는 수개의 홈이 원주방향으로 형성되어 있으며, 그 수개의 홈의 하단부에는 오링 및 스넵링이 설치되는 그루빙이 형성되어 있는 입력축(1)과 입력축의 상단부에 수개소 압입되어 설치되어 플런져 하우징(2)의 핀홈과 결합되어 플런져 하우징과 입력축을 일체화 시키는 수개의 핀(13)과, 입력축의 외주면에 설치되어 작동유의 유실을 방지하는 수개의 오링(11,12)과 입력축의 외주면에 설치되어 밸브바디를 고정하는 스넵링(28)과, 상기의 핀과 결합하는 홈과 수개의 플런져를 삽입한 구멍을 갖추고 있으며 외주면에 유로가 형성되는 그루빙과 씰링이 조립되는 수개의 그루빙을 갖추고 있는 플런져 하우징(2)과 상기의 플런져 하우징에 삽입되어 반력압이 작용했을때 슬라이딩하는 수개의 플런져(7)와 상기의 플런져 하우징의 외주면에 설치되어 작동유의 유실을 방지하는 수개의 씰링(8)과 상단면에 수개의 U홈을 갖추고 있으며 하단부에 핀홈을 갖추고 입력축과 연동하여 로타리밸브의 작용을 하는 밸브바디(3)와 상기의 밸브바디의 외주면에 설치되어 작동유의 유실을 방지하는 수개의 씰링(9)과 핸들의 회전력을 랙축에 전달하는 기어부분이 형성되어 있으며 상단부에 토션바 및 부시가 압입되며 상단부에 수개의 핀이 압입되는 피니언(4)과 피니언의 내부에 압입되고 입력축의 상단 내부를 관통하여 압력축의 상단에서 핀으로 고정되는 토션바(6)와 입력축과 토션바를 관통하는 핀(17)과 토션바의 외주면에 설치되어 작동유의 외부유실을 방지하는 오링(16)과 펌프로 부터의 작동유를 받는 인포트와 탱크로 작동유를 보내는 아웃포트와 실린더로 작동유를 보내는 포트를 구비하며 상기의 모든부품이 조립된 상태인 피니언 밸브 앗세이를 내재하는 홀과 다른 부품을 내재하는 다른 홀을 갖추고 있으며 각각 다른 역할을 하는 작동유의 통로인 관통구멍을 갖추고 있는 밸브 하우징(5)과 상기의 밸브하우징에 압입되어 작동유의 유실을 방지하는 오일씰(15,18)과 상기의 밸브하우징에 압입되어 피니언 밸브 앗세이의 회전을 원활하게 하는 베어링(14)과 차속에 따라 적절한 전류를 공급받아 축방향으로 일정량의 변위 및 힘을 가지는 솔레노이드밸브(19)와 이 솔레노이드밸브부위에서의 작동유의 유실을 방지하는 오링(20)과 이 솔레노이드밸브와 연동하여 축방향으로 변위를 가지며 인포트에서 공급되는 작동유를 감압하는 오리피스 역할을 하는 에찌부(21-2)를 갖추며 외주면에 유로홈을 갖추며 내부에 관통홀(21-1)을 갖추고 있는 스풀1(21)과 이 스풀을 밀어 항상 고정된 위치에 있게 하는 스프링(27)과 이 스프링을 받혀주는 역할을 하며 상기의 스풀1에서 공급되는 감압된 작동유를 다시 감압하는 오리피스를 내재하며 반대편에 또 다른 오리피스를 내재하며 외주면에 오링을 설치하는 수개의 그루빙을 갖춘 스풀2(22)와 스풀2에 내재된 2개의 오리피스(23,24)와 스풀2의 외주면에 작동유의 유실을 방지하는 오링(26)과 상기의 스풀2를 위에서 밀어 일정위치에 고정하는 픽스볼트(25)와 차속센서에 의해서 입력되는 차속을 연산하여 솔레노이드로 적절한 전류를 제공하는 일렉트로닉 컨트롤 유니트(ECU)(100)을 갖추고 있는 파워스티어링장치로 구성 되어 있다.

이와같이 구성된 본고안은 펌프(104)에서 공급되는 작동유는 밸브하우징(5)의 인포트(30)를 통하여 밸브하우징의 내부로 흘러들어가 전형적인 로타리 밸브 구조인 밸브바디(3)와 입력축 상단부의 수개의 슬로터와 토션바(6)의 상호작용으로 좌,우 실린더(103)유로를 형성하여 운전자의 조향의지대로 조향보조력을 형성시킨다.

이때 자동차의 주행으로 발생되는 차속등 여러가지 신호를 ECU(100)에서 감지하여 그 감지되는 신호에따라 일정량의 전류를 솔레노이드(19)에 인가하게 되며 이 솔레노이드는 전류의 량에 비례하여 축방향(FX-,FX+)으로 일정량의 힘과 변위를 가지게 되며, 이 힘과 변위는 스풀1(21)의 변위를 제어하여 스풀1에 설치되어 있는 오리피스역할을 하는 에찌부(21-2)의 유로 단면적을 제어하게 되는데 이 단면적을 통과한 작동유가 제1중공부(50)에 충만하게 되고 스풀1(21)에 관통된 구멍을 통하여 솔레노이드밸브(19)에도 같은 압력으로 차게 된다.

따라서 제1중공부(50)의 압력과 솔레노이드밸브부(53)의 압력이 동일하여 축방향(FX-,FX+)으로는 작동유의 압력에 의한 힘의 차이는 발생되지 않는다.

상기의 제1중공부(50)에 충만된 작동유는 스풀2(22)에 설치된 감압오리피스(23)를 통과하야 제2중공부(51)에 충만하게 되는데 이곳에 충만된 작동유는 다른 오리피스(24)를 통과하여 탱크로 돌아가고, 남은 작동유가 밸브하우징(5)의 유로를 통하여 플런져하우징(2)의 외주면의 유로 그루빙및 플런져 구멍에 형성된 공간에 (이하 반력실(52)이라 한다) 작용하게 되는데 이 작동유는 일정의 압력과 유량을 가지고 있어 플런져(7)를,

F1 = P × A

F1 = 플런져의 미는 힘

A = 플런져의 단면적

P = 작동유의 압력

의 힘으로 밀어 밸브바디(3) 상단부의 U홈을 밀어주게 되어, 입력축(1)과 플런져하우징(2)과 플런져(7)와 밸브바디(3)가 일체화된다.

따라서 운전자의 조향의지대로 좌,우측으로의 핸들을 돌릴때 토션바(6)에 의해 밸브바디(3)와 중립상태에 있는 입력축(1)이 밸브바디(3)와 상호각도를 이루며 비틀어지면서 좌,우 실린더(103)로의 유로를 형성시켜 작동유를 공급하는 전형적인 로타리밸브의 역할을 하게 됨과 동시에 차속에 따라 아래와 같이 핸들의 회전 토오크가 변화하게 된다.

Tt = Th × Tr/p

Tt = 핸들을 돌리는데 드는 전체 토크

Th = 핸들을 돌리는데 드는 가장 적은 토크

Th/P = 속도에 따라 증가되는 반력피스톤의 접선력

저속시에는 상기의 플런져(7)의 누르는 힘이 최소가 되어 입력축(1)과 밸브바디(3)의 상호변위를 방생시키는 회전톨크(Th)가 토션바(6)의 강성을 이기는 정도의 작은 회전토르크만(Th)으로도 상호 변위를 발생시켜 좌,우 실린더(103)로 작동유의 공급이 원활하게 되지만 고속시에는 상기의 플런져(7)의 누르는 힘이 최대가 되어 입력축(1)과 밸브바디(3)의 상호변위를 발생시키는 회전토르크(Tt)가 토션바의 강성을 이기는 힘(Th)가 상기의 F1의 접선력(Tr/p)을 합한 회전토르크(Tt)가 필요해서 차속에 따라 변하는 F1의 접선력의 변화에 따라 운전자가 핸들을 돌리는 힘의 차이가 발생된다.

더욱 구체적으로는 핸들(105)의 조탄력에 의해서 입력축(1)이 회전하게 되는데 입력축의 상단부에는 핀(17)으로 토션바(6)의 상단부와 고정되어 있고 토션바의 하단부는 출력축(4) 상단부의 내부에 고정되어 있으며 출력축의 하단부는 랙바(도시안됨)와 연결되어 있어 랙바의 끝에는 타이로드(도시안됨)를 통하여 타이어(도시안됨)와 연결되어 타이어의 접지저항에 의해서 입력축(1)의 회전력은 일시적으로 토션바(6)를 비틀면서 일시적으로 상호 조합된 위치에서 변위를 일으키게 된다.

이 입력축(1)은 상단부에 핀(13)으로 결합된 플런져 하우징(2)과 플런져(7)가 조립되어 있으며 밸브바디(3)의 상단부에는 수개의 U홈(3-1)이 형성되어 있어 상기의 플런져(7)와 U홈이 상호 정열되어 있다. (제4도)

고속시 ECU(100)에서 솔레노이드밸브(19)에 인가되는 전류가 미약하여 솔레노이드밸브(19)에서 발생된 변위와 힘이 미약하게 되며 이 솔레노이드밸브와 연동하는 스풀1(21)을 스프링(27)이 밀어 인포트(30)의 유로를 열어 스풀1(21)의 에찌부를 통과해서 제1중공부(50), 제2중공부(51)를 통과해서 반력실(52)로 작동유가 작용하게 된다.

이때, 플런져(7)와 U홈의 접선력에 의해서 입력축(1)과 밸브바디(3)의 상호 변위(0)를 억제하여 좌우 실린더(103)로의 작동유의 흐름을 억제하게 되어 운전자가 핸들을 돌리려는 힘의 차이를 증감시킬 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 차속등의 전기적 신호를 ECU에서 받아 적절한 전류를 솔레노이드에 인가함으로서 적절한 유압을 반력부로 제공하여 차속에 대한 직진안정성을 향상시키는데 있어서 반력을 발생시키는 플런져하우징 및 플런져의 가공성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며 입력축과의 결합을 핀으로 간단하게 할 수 있어 조립성을 향상시킬 수 있고 반력의 발생위치를 밸브바디 상부로 올려 형상을 단순화 하였으며 스풀의 길이를 줄여 가공상의 어려움을 줄이며 밸브하우징에 압입되던 감압 오리피스를 스풀2에 설치하여 조립성을 향상하여 더욱 개선된 유압반력장치를 제공함으로서 고속주행시 적진안정성을 향상시키고 저속시 조향보조력을 발생시키는 효과가 더욱 높아진 것이다.

Claims (8)

1. 조향보조력을 발생시키는 유로의 설정수단인 로타리밸브와, 차속의 증대에 따라 적절한 반력을 발생시키는 반력기구부와, 감압기능을 가지는 스풀1과, 이 감압된 작동유를 좀 더 감압시키기 위해 오리피스가 내재된 스풀2와, 스풀1의 변위와 힘을 제어하는 솔레노이드밸브와, 솔레노이드에 적절한 전류를 인가하는 ECU와, 전기신호를 발생시키는 속도센서를 갖춘 자동차용 파워 스티어링장치에 있어서, 상기한 반력기구부와, 스풀1 및 스풀2와, 솔레노이드밸브를 하나의 밸브하우징(5)속에 일체화하면서, 상기 스풀2의 유압이 바로 전해질 수 있도록 반력기구부인 플런져 하우징(2)과, 플런져(7)를 밸브바디(3)의 상단부에 설치하고, 밸브바디(3)의 상단부에 만곡진 U홈(3-1)을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
2. 제1항에 있어서, 스풀1에 제1중공부의 압력과 솔레노이드부의 압력이 균일하게 작용하도록 관통홀을 설치한 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
3. 제1항에 있어서, 스풀1에서 감압된 작동유를 한 번 더 감압시키는 오리피스를 설치하고, 대향되는 곳에 탱크로 돌아가는 오리피스를 함께 내재한 스풀2를 설치한 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
4. 제1항 또는 제3항중 어느 한 항에 있어서, 스풀2의 외주면에 작동유의 유실을 방지하기 위한 오링을 설치한 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
5. 제1항 또는 제2항중 어느 한 항에 있어서, 플런져하우징에 핀홈을 설치하여 서로 일체화 시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
6. 제1항에 있어서, 플런져하우징의 조립을 입력축과 틈새에서의 내부 유실을 방지하기 위하여 오링을 설치한 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
7. 제1항에 있어서, 밸브바디가 축방향으로 고정되도록 입력축의 하단부에 스넵링을 설치한 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.
8. 제1항에 있어서, 밸브바디의 상단부에 형성된 U홈에 닿도록 플런져를 플런져 하우징에 압입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향핸들의 파워스티어링 장치.