KR0166181B1 - 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자제어식 동력조향장치의 압력조절밸브에 관한 것으로서 특히 차량의 저속 주행시 원활한 조향력을 제공하고 고속 주행시 안정된 조향감을 부여하기 위하여 동력 조향장치인 압력조정밸브의 로터리 밸브측 리턴부와 스플밸브의 제 3 챔버부에 오일통로를 형성하여 유량, 유압제어 및 안정된 바이패스 압력값을 얻어 압력평형을 저압(리턴압)으로 되게 하여 압력조정밸브에서의 외부누유를 최소함과 동시에 스플밸브의 안정된 변위를 제공토록 하려는 것이 그 특징이다.

Description

전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브

본 발명은 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브에 있어서 특히, 압력조정밸브부의 스플밸브 양단의 평형유지를 저압으로 이용함에 따라 압력조정밸브에서의 외부누유를 최소화하고 또 스플밸브의 안정된 변위를 제공할 수 있도록 한 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브에 관한 것이다.

일반적으로 동력조향장치(POWER STEERING SYSTEM)는 엔진의 동력으로 오일펌프를 구동시켜 유압을 발생시키고 이 유압을 이용하여 대형차량을 비롯한 차량운행시 핸들조작이 가볍고 원활하게 이루어지도록 하는 배력장치로서, 통상적으로 토션바아를 통하여 조향휠에 연결된 입력축과 조향휠의 작동시 연결되는 출력축을 동축상으로 연결하여 조향휠에 조향토오크가 가해지면 이에 따라 수반되는 토션바아의 비틀림에 의해 입력축과 출력축 사이에 상대적인 회전변위가 발생하도록 되어 있다.

또한 통상의 동력조향장치에는 입력축 또는 출력축의 어느 하나와 연동하여 회전가능한 원통형의 케이싱이 구비되어 있고, 이 케이싱 내부에 다른 하나의 축과 연동회전하도록 밸브체로 된 압력조정밸브가 설치되어 있으며 압력조정 밸브의 작동에 따라 유압발생장치의 공급유압을 조향토오크의 방향과 크기에 따라 제어함으로서 조향 배력을 얻게 된다.

여기서 핸들조작에 필요한 힘의 크기는 노면으로부터 핸들에 대하여 작용하는 반력의 크기에 대응하고 이 반력의 크기는 차량의 주행속도에 비례한다.

한편, 이러한 동력조향장치는 토션바아의 비틀림 특성에 의해 핸들에 가해지는 조향토오크와 유압 발생장치로부터 출력되는 조향보조력간의 대응관계가 결정되는데, 차량의 정지시 또는 저속 주행시 핸들에 작용하는 큰 반력을 기준으로 토션바아가 선정되어 있는 경우에는 고속주행시에 핸들에의 반력이 약하게 작용하여 직진 안정성의 약화를 초래하고, 반대로 토션바아가 고속주행시를 기준으로 선정되어 있는 경우에는 차량의 정지시와 저속주행시 충분한 조향배력을 얻을 수 없는 불합리한 현상이 나타난다.

종래에도 이러한 불합리한 현상을 해소하기 위하여 차속과 조향각도에 따라 동력 실린더내의 좌,우 챔버압력을 조정하는 전자제어식 동력 조향장치가 안출된바 있으며, 여기서는 차속센서에서 검출된 차량의 주행속도와 조향 각속도의 검출신호를 판별한후, 저속주행시에는 좌,우 챔버의 압력과 바이패스 유량을 최소로하여 조향배력을 적게하고, 고속주행시에는 좌,우 챔버의 압력과 바이패스 유량을 최대로 하여 조향배력을 증대시킴으로서 조향성능을 향상시키고 있었다.

제 1 도와 제 3 도는 이와 같은 전자제어식 동력조향장치에 있어서의 종래의 압력 조정밸브를 나타낸 것이다.

도면에서와 같이 압력조정밸브(11)는, 조향핸들과 연동하여 동력실린더의 좌,우 챔버에 유압을 선택공급하는 로터리밸브(도시하지 않음)에 부착되어있고, 로터리밸브로부터 유량이 공급되도록 압력조정밸브(11)의 밸브몸체(12)에 형성된 제1포트(13)와, 제1포트(13)의 연통형성된 제1챔버(14)와, 제2챔버(15)로 부터의 유량을 오일탱크로 복귀시키도록 밸브몸체(12)에 상기 제1챔버(14)와 연통형성된 제2챔버(15) 및 제2포트(16)와 밸브몸체(12)의 일측단에 결합고정된 솔레노이드 밸브(17) 및 이에 설치되어 전자제어유니트(ECU,도시하지 않음)로부터 전달된 전기신호량에 비례하여 솔레노이드 밸브(17)에 의해 작동되는 플런저(18)와, 플런저(18)에 의해 가압되면서 직선이동하여 유량을 조정하도록 제1,2챔버(14)(15)를 통해 설치된 스플밸브(20)와, 밸브몸체(12)의 타측단에 설치고정된 스프링시트(24)와 스플밸브(20)의 일단사이에 탄력적으로 개재설치된 유량제어 스프링(25)과, 상기 제1챔버(14)와 스플밸브(20)사이에 형성되어 스플밸브(20)의 이동량에 따라 개구면적이 변화되면서 제2포트(16)로 바이패스되는 유량을 증가시킴과 동시에 압력을 제어하는 오리피스(32)로 구성되어 있다.

따라서 제 1 도와 같이 차속과 조향각속도에 따라 전자제어 유니트로부터 적정값의 전기신호가 솔레노이드 밸브(17)에 인가되면 플린저(18)가 작동하면서 스플밸브(20)를 밀어 유량제어 스프링(25)을 압축시키고 이와 동시에 오리피스(32)의 개구면적이 가변되면서 제1포트(13)로부터 제1,2챔버(14)(15)를 통해 제2포트(16)와 오일탱크로 귀환되는 유량을 증감시킴으로서 압력을 조정제어하게 된다.

또한 반대인 경우는 제2포트(16)로부터 제2,1챔버(15)(14)를 통해 제1포트(13)와 오일탱크로 귀한되는 유량을 증감시킴으로써 압력을 조정제어하게 된다.

그리고 스플밸브(20)의 정확한 변위선정을 위해서는 스플밸브의 상,하단인 제3,4챔버(21,22)에 형성되는 유압이 고압이든, 저압이든 항상 일정하게 제 2 도에 서와 같이 평형을 유지하여야 하는데, 제 1 도의 경우는 항상 제3,4챔버(21,22)에 고압이 형성되어 스플밸브(20)을 평형을 유지시키며, 제 4 도의 경우는 동력조향장치의 좌,우 방향설정에 따라 제3,4챔버(21,22)에 형성되는 압력은 우선 제2포트(16)에 유압이 형성되면 유량은 제2챔버(15)를 통해 차량의 속도와 조향 각속도에 적절하게 제어되는 오리피스(32)를 거쳐 제1챔버(14)로, 그리고 제1챔버(14)를 거쳐 로터리밸브와 리턴부로 이동함과 동시에 오일통로(19)로도 이동하기 때문에 이 오일통로로 이동되는 리턴유압은 제3챔버(21)를 거쳐 스플밸브(20)에 관통되어 있는 오일통로(29)를 지나 제4챔버(22)를 따라 리턴되는 저압으로서 평형압력을 유지하게 된다.

반대로 제1포트(13)에 유압이 형성되면 유량은 제1챔버(14)를 통해 유량의 속도와 조향 각속도에 적절하게 제어되는 오리피스(32)를 거쳐 제2챔버(15)로, 그리고 제2챔버를 거쳐 로터리 밸브와 리턴부로 이동함과 동시에 오일통로(19)로도 이동하기 때문에 이 오일통로로 이동되는 유압은 제3챔버(21)를 거쳐 스플밸브(20)에 관통되어 있는 오일통로(29)를 지나 제4챔버(22)를 따라 고압으로서 평형압력을 유지하게 된다.

제 4 도는 압력조정밸브의 압력평형 형성 그래프를 보인 것으로 압력조정밸브(11)의 제1포트(13) 또는 제2포트(16)에 유압이 형성되는 경우, 스플밸브(20)의 제3,4챔버(21,22)에 형성되는 평형 압력값을 나타내고 있는 바, 그래프에서의 특성과 같이 압력 조정밸브(11)의 제3,4챔버(21,22)의 평형압력값이 제2포트(16)에 고압이 형성되면 평형압력값이 리턴되는 저압으로 평형을 유지하게되고 제1포트(13)에 고압이 형성되면 평형압력값이 고압으로 평형을 유지하게 된다.

단, 제 3 도의 경우는 제 1 또는 제2포트에 고압이 형성되면 평형압력값은 항상 고압으로 평형을 유지하게 된다.

따라서, 스플밸브(20)을 움직이게 하는 솔레노이드 밸브(17)는 고압에서도 작동이 가능한 고압화가 구성이 되어야 하고 또 스프링 시트(24)에 조립되는 누유방지용 오-링(23) 또한 고압용으로 설계하여야 하는 문제점이 있으며 더욱이 동력조향 장치가 작동이 될 때마다 즉, 압력조정밸브(11)의 제1포트(13) 또는 제2포트(16)에 고압이 작용됨에 따라 스플밸브(20)의 제3,4,챔버(21,22)에 평형압력이 향상 고압으로 유지(제1도의 경우)되거나 고압 또는 저압으로 반복적으로 가해지게 되므로 (제3도의 경우) 내구성에서도 역영향을 초래하는 문제점등이 있었다.

또한 압력조정밸브(11)이 종래기술은 압력조정밸브(11)의 내부가 향상 고압 또는 저압으로 유지되므로 외부누유 발생시는 매우 위험한 상태를 초래할 수 있으며, 종래의 기술에 적용된 스플밸브(20)를 밸브몸체(12)와 접목하여 구성하는 경우에는 제 1 도와 제 3 도에서의 31부에 발생되는 유압에 의해 FLOW FORCE가 작용하여 임의 위치를 유지하고 있는 스플밸브의 평형을 흐트러지게하는 요인이 되며, 이러한 요인에 의한 입력토오크 대 유압특성을 제 5 도에 나타낸 바와 같이 좌 또는 우측과의 상호대칭을 유지 못하게 된다.

단, 스플밸브(20)의 변위를 발생시키는 솔레노이드 밸브(17)와 스프링(25)의 힘이 발생되는 유압보다 월등히 크다면 스플밸브(20)의 평형을 유지할 수 있으나, 이 조건을 갖추기 위해서는 솔레노이드 밸브(17)의 축력을 키워야 하며 이에따라 사이즈(size)도 켜지는 불합리성이 남게되는 문제점등이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 재결점 및 문제점 등을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 본 고안의 주된 목적은 동력조향장치인 압력조정밸브의 로터리 밸브측 리턴부와 스플밸브의 제3챔버부에 오일통로를 형성하여, 유량유압제어 및 안정된 바이패스 입력값을 얻어 압력평형을 저압(리턴압)으로 되게 하고 압력조정 밸브에서의 외부누유를 최소화하며 스플밸브의 안정된 변위를 제공토록하고 또한 스플밸브의 변위가 유압의 흐름이 좌 또는 우로 바뀌면 제 6 도에서의 특성을 해소하여 항상 좌,우 대칭이 되는 특성을 제공하려는 것이 그 특징이다.

제1도는 종래의 기술을 설명하는 압력조정밸브 1의 구성 단면도.

제2도는 제1도의 압력평형 형성 그래프.

제3도는 종래의 기술을 설명하는 압력조정밸브 2의 구성 단면도.

제4도는 제3도의 압력평형 형성 그래프.

제5도는 제1도 및 제3도의 입력토오크 유압 특성그래프.

제6도는 본 발명이 적용된 전자제어식 동력조향장치의 시스템 개략도.

제7도는 본 발명의 압력조정밸브의 구성 단면도.

제8도는 본 발명의 압력평형 형성 그래프.

제9도는 본 발명의 스플밸브 구성도.

제10도는 본 발명 스프링 상수가 클때의 입력토오크 유압특성 그래프.

제11도는 본 발명 스프링 상수가 작을 때 입력토오크 유압특성 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

11 : 압력조정밸브 12 : 밸브몸체

13 : 제1포트 14 : 제1챔버

15 : 제2챔버 16 : 제2포트

17 : 솔레노이드 밸브 18 : 플런저

19, 29 : 오일통로 20 : 스플밸브

21 : 제3챔버 22 : 제4챔버

23 : 오링 24 : 스프링 시트

25 : 스프링

제 6 도는 본 발명이 적용된 전자제어식 동력조향장치의 시스템 개략도이고,

제 7 도는 본 발명의 압력조정밸브의 구성단면도이다.

제 6 도 및 제 7 도에서와 같이 압력조정밸브(11)는, 조향핸들과 연동하여 동력실린더(3)의 좌,우 챔버에 유압을 선택공급하는 로터리밸브(1)에 부착되어 있고, 로터리밸브로부터 유량이 공급되도록 압력조정밸브(11)의 밸브몸체(12)에 형성된 제1포트(13)와, 제1포트(13)와 연통형성된 제1챔버(14)와, 제1포트(13)로 부터의 유량을 오일탱크로 복귀시키도록 밸브몸체(12)에 상기 제1챔버(14)와 연통형성된 제2챔버(15) 및 제2포트(16)와, 밸브몸체(12)의 일측단에 결합 고정된 솔레노이드 밸브(17) 및 이에 설치되어 전자제어유니트(ECU,(2))로부터 전달된 전기신호량에 비례하여 솔레노이드 밸브(17)에 의해 작동되는 플린저(18)와, 플린저(18)에 의해 가압되면서 직선 이동하여 유량을 조정하도록 제1,2챔버(14)(15)를 통해 설치된 스플밸브(20)와, 밸브몸체(12)와 타측단에 설치 고정된 스프링시트(24)와 스플밸브(20)의 일단 사이에 탄력적으로 설치된 유량제어스프링(25)과, 상기 제1챔버(14)와 스플밸브(20)사이에 형성되어 스플밸브(20)의 이용량에 따라 개구면적이 변화되면서 제2포트(16)로 바이패스되는 유량을 증감시킴과 동시에 압력을 제어하는 오리피스(32)로 된 것에 있어서, 상기 압력조정밸브(11)의 제1,2포트(13,16)에 유압이 작용하더라도 압력평형이 되는 유압은 압력조정밸브(11)의 제3챔버(21)와, 로터리밸브의 리턴부와 관통된 오일통로(19)를 구비함에 따라 스플밸브(20)의 제3챔버(21)와 스플밸브(20)의 오일통로(29) 및 제4챔버(22)에 항상 로터리밸브로 리턴되는 저압으로 유지시키고, 스플밸브(20)의 변위를 안정화 시키면서 솔레노이드 밸브(17)를 고압용에서 저압용으로 사용이 가능하게, 그리고 스프링시트(24)의 오링(23) 또한 저압용으로도 사용이 가능하도록하여 동일한 성능을 유지토록 구성한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 압력조정밸브(11)는 차속과 조향속도에 따라 전자제어유니트로부터 적정값의 전기신호가 솔레노이드 밸브(17)에 인가되면 플런저(18)가 작동하면서 스플밸브(20)를 밀어 유량제어스프링(25)을 압축시키고 오리피스(32)의 개구면적이 가변되면서 제1포트(13)로부터 제1,2챔버(14)(15)를 통해 제2포트(16)와 오일탱크로 귀환되는 유량을 증감시키므로서 압력을 조정하게 되고 반대인 경우에는 제2포트(16)로부터 제2,1챔버(15)(14)를 통해 제1포트(13)와 오일탱크로 귀환되는 유량을 증감시키므로써 압력을 조정하게 된다.

또, 스플밸브(20)의 정확한 변위신장을 위해서는 스플밸브(20) 상하단에 형성되는 제3,4챔버(21)(22)에서의 유압이 고압이든 저압이든 항상 일정하게 평형을 유지하여야 하는데, 이때 압력조정밸브(11)의 제1,2포트(13)(16)에 압력이 작용하면, 압력조정밸브(11)의 제3챔버(21)와 로터리밸브의 리턴부와 관통된 오일구멍(19)을 통해 리턴되고 스플밸브(20)의 제3챔버(21)와를 구비함에 따라 스플밸브(20)의 오일통로(29) 및 제4챔버(22)에 항상 로터리밸브로 리턴되는 저압으로 유지시키며 스플밸브(20)의 변위를 안정화시키면서 솔레노이드 밸브(17)를 고압에서 저압으로 사용할 수 있게 되고, 스프링시트의 오링 또한 저압용으로서 사용할 수 있도록하여 동일한 성능을 유지시키도록 하는 것이다.

제 8 도는 본 발명의 압력파형 그래프를 나타내는 것으로 이 제 8 도에서 보는 바와 같이 제3,4챔버(21)(22)의 압력이 제1,2포트(13)(16)에 형성되는 압력과 관계없이 항상 리턴되는 저압으로서 유지됨을 알 수 있으며 또한, 스플밸브(20)의 형상을 제 9 도와 같이 구성함에 따라 제1포트 또는 제 2 포트에 유압이 형성되더라도 제1챔버(14)부에 위치하는 스플밸브(20)의 한 부분(40)과 제2챔버(15)부에 위치되는 스플밸브(20)의 다른 한 부분(41)이 유로를 형성하는데 있어서, 대칭적인 구조를 갖춤에 따라 입력토오크 대 유압특성에서의 좌우 대칭을 유도하는 반면, 스플밸브(20)의 42부가 종래기술에 비해 밸브몸체(12)와의 섭동면적이 더 확보됨에 따라 종래기술의 비대칭 원인이 되던 스플밸브(20)에 악영향으로 작용되는 Flow Force의 저감 또는 해소가 가능하게 되었다.

따라서, 제 10도와 제 11도에서의 입력토오크 대 유압특성 그래프에서 보는 바와 같이 제 10 도는 종래기술과 같이 솔레노이드 밸브(17)의 축력이 약 20(N)이고 스프링의 상수는 2.2㎏f/㎜인 경우이며, 제 11 도는 솔레노이드 밸브(17)의 축력이 약 10(N)이고 스프링의 상수는 0.98㎏f/㎜인 경우로 두 경우 모두 좌우대칭을 만족하는 특성이 나옴을 알 수 있다.

이상과 같이 상기 압력조정밸브의 제3챔버와 로터리밸브의 리턴부 사이에 오일통로를 형성하여 유량, 유압제어 및 안정된 바이패스 압력값을 얻어 압력평형을 저압으로 되게 하므로써 압력조정밸브에서의 외부누유를 최소화함과 동시에 스플밸브의 안정된 변위를 제공하여 차량의 주행속도 및 조향각도에 따라 저속 주행시에는 원활한 조향력을 제공하고 고속 주행시에는 안정된 조향감을 제공할 수 있는 점 등의 특징을 지닌 것이다.

Claims (1)

1. 제1,2포트와 이에 연통되는 제1,2챔버를 구비하고 차량의 주행속도와 각속도에 따라 솔레노이드 밸브에 의해 스플밸브를 연동시켜 제1,2챔버의 압력을 조정하는 동력조향장치의 압력조정밸브에 있어서, 상기 제1,2포트의 유량과 유압을 제어하고 제1,2포트를 입출력포트로의 이용 및 제1,2포트의 치환시 안정된 바이패스 압력값을 얻으면서 스플밸브의 제3,4챔버에 압력평형을 저압(리턴압)으로 가능토록 로터리밸브측의 리턴부와 스플밸브의 제3챔버부와의 사이에 오일통로를 형성하며, 밸브몸체(12)에는 스플밸브(20)를 설치하여 안정된 스플밸브(20)의 변위를 유지시키도록 구성됨을 특징으로 하는 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브.