KR0178652B1 - 전동식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 전동식 조향장치에 관한 것이다. 본 발명은 스티어링 샤프트의 하단에 설치되어 스티어링 휠의 회전각을 검출하는 신호발생부(12), 신호발생부(12)로부터 회전각신호를 받아 솔레노이드(31, 32, 33, 34)를 구동하기 위한 구동부(20) 및 구동휠(43, 44)에 설치되어 구동부(20)의 신호에 따라 구동휠(43, 44)을 틸팅하여 구동휠(43, 44)을 조향하는 전동식의 조향장치를 제공한다.

이에따라, 조향력이 감소되며 구조도 단순해진 파워스티어링장치를 제공할 수 있으므로, 파워스티어링의 성능향상은 물론 제조비 절감, 작업성 향상에도 기여할 수 있다.

Description

전동식 조향장치

제1도는 종래의 조향장치의 개력적인 구성도이다.

제2도는 본 발명에 따른 조향장치의 구성도이다.

제3도는 본 발명에 따른 신호발생부의 구성을 도시하는 단면도이다.

제4도는 본 발명에 따른 구동부의 구성을 도시하는 회로도이다.

제5도는 본 발명에 따른 솔레노이드의 구성을 도시하는 단면도이다.

제6도는 본 발명의 조향장치의 작동에 따른 휠의 조향방법을 도시하는 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스티어링 휠 11 : 스티어링 샤프트

12 : 신호발생부 17 : 회전각센서

18 : 저항체 19 : 몸체

20 : 구동부 21 : 제어장치

22, 23 : 릴레이 31, 32, 33, 34 : 솔레노이드

41, 42 : 너클아암 43, 44 : 구동휠

311 : 작동바아 312 : 압압부

313 : 솔레노이드 코일 316 : 격벽

317 : 스프링

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것이며, 특히는 스티어링 휠의 회전에 따라 발생한 전기적 신호를 이용하여 조향을 행하는 전동식 조향장치에 관한 것이다.

조향장치(steering system)란 자동차의 진행 방향을 변경하기 위해 사용되는 장로 스티어링 휠, 스티어링 샤프트 및 컬럼 등으로 이루어진 조작기구, 워엄섹터형, 웜섹터롤러형, 볼너트형, 가변기어비형, 래크피니언형 등의 조향 기어기구 및 피트먼아암, 조향링크, 조향 너클 등으로 이루어진 링크가구로 구성되어 스티어링 휠의 회전을 조향기어를 통하여 구동휠로 전달하는 기계식의 조향장치의 조작력경감을 위하여 동력실린더를 사용하는 파워스티어링(Power Steering)방식이 사용되고 있다.

제1도에 도시된 웜 섹터형 조향장치의 개략적인 구성을 참조하여 차량의 조향방법에 대해 간략이 설명하면 다음과 같다.

스티어링 휠(1)을 회전시키면 스티어링 샤프트(2)의 종단에 설치된 조향기어기구(3)의 웜 기어(3a)의 회전 방향에 따라 이와 치합된 섹터(3b)가 전후로 이동하게 되며 섹터(3b)에 연결된 피트먼아암(5)에 의해 타이로드(4)가 좌우로 작동되며 너클핀(6a, 6b)과 킹핀(6c)에 전달되어 너클아암(6)을 틀어주게 된다. 조향장치는 워엄기어(3a)와 섹터(3b)의 구성에따라 핸들의 일회전에 20도정도 방향을 바꾸도록 설치되어 있다.

한편, 대형자동차나 저압타이어를 사용하는 경우에 앞바퀴의 접지저항이 증대하므로 스티어링 휠의 조작력이 커지며, 신속한 조향조작을 할 수 없는 위험이 있게 된다. 이와 같은 경우, 가볍고 신속한 조향조작의 요구에 대응하기 위하여 파워스티어링이 사용된다. 파워스티어링이란 조향장치의 도중에 배력장치를 설치하여 스티어링 휠의 조작력을 그의 배력작용에 의해 경감시키는 것을 일반적으로 엔진이 오일펌프를 구동하여 발생한 유압을 이용하여 작동시키고 있다.

파워스티어링을 이용하면 스티어링 휠의 조작력을 작게 할 수 있으므로 조향기어를 자유로이 선택할 수 있으며, 노면에서의 충격에 의한 스티어링 휠의 킥백(kick back)을 방지할 수 있으며, 앞바퀴의 시미모션(shimmy motion)을 감소하는 효과가 있다. 이러한 장점들 때문에 최근에 와서는 차량의 고급화의 일환으로 일반 승용차에도 파워스티어링장치가 채용되고 있다.

그러나, 파워스티어링장치는 엔진으로 오일펌프를 구동하여 높은 유압을 제어하기 위한 동력장치나 제어장치 등을 사용하는 등 일반적인 조향기어를 이용하는 조향방식에 비해 구조가 복잡하며 유압계통의 고장이 많다는 등의 문제점을 안고 있는 것이다.

또한, 종래의 조향장치는 스티어링 샤프트와의 연결부위를 통한 차량 실내로의 전동소음의 문제도 포함하고 있다.

따라서, 구조가 단순하면서도 파워스티어링의 효과를 나타내는 조향방식에 대한 필요성이 크며, 이에대해 전동식의 파워스티어링에 대한 연구가 계속되고 있다.

본 발명은 구조가 간단하면서 스티어링 휠의 조작력을 작게할 수 있는 파워스티어링 방식의 전동식 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 구동휠에 연결되는 솔레노이드, 스티어링 샤프트에 설치되어 스티어링 휠의 회전각을 검출하기 위한 신호발생부 및 신호발생부로부터 신호를 받아 구동휠을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 전동식 조향장치를 제공한다.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 조향장치에 대해 보다 상세히 설명한다.

제2도에 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 구성이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향장치는 스티어링 휠(10)에 의해 신호를 발생하는 신호발생부(12)와 신호를 받아 솔레노이드(31, 32, 33, 34)를 작동시키기 위한 구동부(20) 및 너클아암(41, 42)에 연결되어 구동휠(43, 44)의 조향을 행하는 두쌍의 솔레노이드(31, 32, 33, 34)로 구성되어 있다.

설명의 원리를 위해, 너클아암(41, 42)을 이용하는 방식으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 솔레노이드(31, 32, 33, 34)는 구동휠(43, 44)에 직접설치하는 방식으로 구성할 수도 있을 것이다.

제3도에 본 발명에 따른 신호발생부(12)의 구성이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 신호발생부(12)는 스티어링 휠(10)의 회전에 따라 회전하는 확대부(16)의 외주면에 형성된 저항체(18)의 회전각을 검출하여 구동부(20)로 신호를 보내기 위한 구성이다. 따라서, 공지되어 있는 회전각센서(17)를 이용하여 다양한 형태로 구성할 수 있을 것이다. 따라서, 제3도와 이에 대한 설명은 예시적인 것으로 본 발명을 제한 하는 것은 아니다.

제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 신호발생부(12)는 스티어링 샤프트(11)의 하단에 원주면에 나선형 저항체(18)를 구비한 확대부(16)를 형성하고 신호발생부(12)의 본체(19) 내면에는 회전각센서(17)를 설치하여 구성된다. 회진각센서(17)는 스티어링 휠(10)의 회전각을 감지하여 스티어링 휠(10)의 회전각에 따른 신호를 발생시키게 된다.

이때, 스티어링 휠(10)의 회전각을 통상의 조향장치의 회전각에 따라 스티어링 휠(10)의 1260°정도의 회전각(스티어링 휠의 3.5회전기준)을 세분하여 조향각을 설정하여 운전자들에게 익숙한 조향각을 설정하는 것이 바람직하다. 이에따라, 저항체(18)는 확대부(16)의원주에 3.5회 감겨있는 나선형의 저항체(18)를 형성한다.

스티어링 샤프트(11)는 신호발생부(12)의 본체(19)에 상,하 베어링(13, 14)으로 지지되어 있다.

제4도에 본 발명에 따른 구동부(20)의 구성이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 구동부(20)는 신호발생부(12)의 신호에 따라 솔레노이드(31, 32, 33, 34)에 작동신호를 보내기 위한 제어유닛(21)과 전원과 연결되어 제어유닛에 의해 개폐되는 한 쌍의 릴레이(22, 23)로 구성된다.

즉, 스티어링 휠(10)이 좌회전하면 제어유닛(21)은 제1릴레이(22)를 ON시켜 제1솔레노이드(31)와 제4솔레노이드(34)에 전원을 인가하여 좌회전 작동용의 제1솔레노이드(31)와 제4솔레노이드(34)를 작동시키게 된다. 한편, 스티어링 휠(10)이 우회전하게 되면 제어유닛(21)은 제2릴레이(23)에 신호를 보내어 제2릴레이(23)를 ON시키므로서 제2솔레노이드(32)와 제3솔레노이드(33)를 작동시키게 된다.

또한, 제어유닛(21)은 스티어링 휠(10)의 좌,우회전뿐 아니라 회전각에 따른 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 작동범위를 설정하는 신호를 보내어 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 작동길이를 제어하여 스티어링 휠(10)의 회전각에 따른 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 작동범위를 제어하게 된다.

제5도에 본 발명에 따른 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 내부 구성을 도시하는 단면도가 도시되어 있다. 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 경우도 다양한 구성의 솔레노이드의 구성이 공지되어 있으므로, 제5도는 본 발명에 적용하기 위한 예시적인 구성이다.

본 발명에 따른 솔레노이드(31)는 몸체(315)내에 전, 후로 이동가능하게 삽입되는 작동바아(311)와, 작동바아(311)를 몸체(315) 외부로 전진시키기 위한 솔레노이드 코일(313) 및 릴레이(22)에 의한 전원차단시 작동바아(311)를 후퇴시키기 위한 압축스프링(317)으로 구성된다. 몸체(315)내에는 중앙에 작동비아(311)가 관통하여 설치될 관통공을 구비한 격벽(316)이 설치되어 작동바아(311)의 후단 압압부(312)와 격벽(316) 사이에 스프링(317)이 설치된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(31)의 작동바아(311)는 구동휠(43, 44)에 설치된 너클아암(41, 42)의 너클핀(41a, 41b, 42a, 42b)에 연결되어 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 작동에 따라 너클핀(41a, 41b, 42a, 42b)에 힘을 가하여 구동휠(43, 44)을 틸팅하여 차량을 선회시키게 된다. 따라서, 좌회전용 솔레노이드(31, 34)의 작동시 우회전용의 솔레노이드(32, 33)의 작동 바아(311)는 솔레노이드 몸체(315)내로 삽입되어야 한다.

이를 위해 제5도에 도시된 바와 같이, 작동바아(311)의 종단과 격벽(316) 사이 및 작동 바아(311)의 압압부(312)와 몸체(315)의 내부종단 사이에는 적절한 간격을 형성하여 너클아암(41, 42)의 회전에 따라 작동아암(311)이 몸체(315)내부로 유입될 수 있는 공간을 형성하는 것이 바람직하다.

제6도를 참조하여, 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 작동에 대해서 설명한다.

제6도에 본 발명에 따른 조향장치에 의거 구동휠(43, 44)이 우회전하는 상태가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 스티어링 휠(10)이 우회전하면 구동부(20)에서 제2릴레이(23)가 ON되어 제2솔레노이드(32)와 제3솔레노이드(33)가 작동되어 너클아암(41, 42)을 틸팅하므로서 구동휠(43, 44)이 도시된 바와 같은 우회전의 상태로 조향되게 된다. 이때, 도시된 바와 같이, 제2솔레노이드(32) 및 제3솔레노이드(33)가 동시에 작동바아(311)를 전진시켜 너클 아암(41, 42)을 서로 대각선방향으로 틸팅하게 되며, 제1솔레노이드(31)와 제4솔레노이드(34)의 작동 바아는 솔레노이드 몸체(315)내로 후퇴하게 된다.

좌회전시는 제6도에서 제1솔레노이드(31)와 제4솔레노이드(34)가 작동되어 너클아암(41, 42)을 반대방향으로 틸팅하므로서 이루어지게 된다.

이에따라, 본 발명에 따른 전동식 조향장치는 거의 저항이 없는 방식으로 스티어링 샤프트(11)를 신호발생부(12)에 장착하고 있으며 조향은 전기신호에 의해 이루어지므로, 파워스티어링의 작동을 제공하게 된다. 또한, 종래의 파워스티어링과 같은 복잡한 유압기구를 사용하는 대신 간단한 전기회로와 솔레노이드 만을 사용하므로 구성도 단순해지게 된다.

그 결과, 조향장치 구성의 단순화에 따라 제조비 절감에 기여할 수 있게 된다.

또한, 조향장치가 단순해지고 중량이 감소되어 차량의 연비향상에도 기여할 수 잇다.

또한, 스티어링 샤프트와 구동부가 전기적으로만 연결되면 되므로 실내의 전동소음의 유입을 차단하여 실내소음감소에도 기여할 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

예컨대, 본 발명에 따른 신호발생부(12)나 구동부(20) 및 솔레노이드(31, 32, 33, 34)의 구성은 공지된 어떠한 형태의 구성을 조합하여 다양한 형태로 구성될 수 있을 것이다.

또한, 두 쌍의 솔레노이드(31, 32, 33, 34)를 사용하는 대신 한 쌍의 솔레노이드(31, 32 또는 33, 34)만을 사용하고 타 측은 종래와 같이 링크를 사용하는 방식으로 구성하여도 무방하다.

Claims (4)

1. 구동휠에 연결되는 솔레노이드, 스티어링 샤프트에 설치되어 스티어링 휠의 회전각을 검출하기 위한 신호발생부 및 신호발생부로부터 신호를 받아 구동휠을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 전동식 조향장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스티어링 샤프트의 하단에 원주방향으로 나선형으로 선회하도록 설치된 저항체를 포함하며, 상기 회전각센서가 스티어링 샤프트 하단의 저항체의 선회각을 감지하여 스티어링 휠의 회전각을 검출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드가 좌측 구동휠에 설치되는 제1솔레노이드와 제2솔레노이드 및 우측 구동휠에 설치되는 제3솔레노이드와 제4솔레노이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 솔레노이드들이 너클아암을 통해 구동휠에 틸팅력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.