KR100230045B1 - Power steering device using a torsion bar having a variable stiffness in a vehicle - Google Patents

Power steering device using a torsion bar having a variable stiffness in a vehicle Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 파워스티어링에 있어 차속에 따라 토오션 바의 강성을 제어하여 저속 구간에서는 핸들이 가볍게 하고, 고속에서는 토오션 바의 강성을 강하게 하여 묵직한 핸들감을 줄 수 있는 가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링을 제공함에 있는 것이다.The present invention controls the stiffness of the torsion bar according to the vehicle speed in the vehicle power steering, and the handle is lighter in the low-speed section, using the variable stiffness torsion bar that can give a heavy handle feeling by strengthening the rigidity of the torsion bar at high speed It is in providing power steering.

본 발명에서는, 차량용 파워스티어링에 있어 조향핸들과 연결되는 샤프트의 내측으로 끼워져 피니언에 고정된 토오션 바가 축핀으로 조립되고, 상기 축핀은 모터피니언에 의해 회전하는 밸브 너트에 조립되어 상ㆍ하로 직선 운동하도록 된 쉬프터에 고정되고, 상기 밸브너트는 전동 모터에 축착된 모터피니언과 치합되고, 상기 전동 모터는 ECU와 연결되어 차속센서의 전기 신호에 따라 동작하도록 구성하여 차속에 따라 토오션 바의 강성을 가변시킬 수 있도록 구성한 것임.In the present invention, in a vehicle power steering, a torsion bar fitted into the shaft connected to the steering wheel and fixed to the pinion is assembled with shaft pins, and the shaft pins are assembled with a valve nut that is rotated by a motor pinion to move linearly up and down. Fixed to the shifter, the valve nut is engaged with a motor pinion condensed to the electric motor, and the electric motor is connected to the ECU and configured to operate according to an electric signal of a vehicle speed sensor to stiffen the torsion bar according to the vehicle speed. It is configured to be variable.

Description

가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링Power Steering with Variable Rigid Torsion Bars

잘 알려진 바와 같이 차량용 파워스티어링은 토오션 바를 감싸고 있는 유압 제어용 로터리밸브, 그리고 유압을 공급하기 위한 파워스티어링 펌프, 조향력(보타력)을 발생하기 위한 피스톤과 실린더를 구비하고 있다.As is well known, vehicle power steering has a hydraulic control rotary valve surrounding a torsion bar, a power steering pump for supplying hydraulic pressure, a piston and a cylinder for generating steering force (holding force).

그런데 일반 파워스티어링(NPS : Normal Power Steering)에서는 여기에 사용되는 토오션 바의 강성을 처음에 설계한 그대로 시스템에 장착되므로 차속에 따라 이의 강성을 변화시킬 수 없다는 문제점이 있다.However, in normal power steering (NPS), since the stiffness of the torsion bar used here is originally mounted on the system as designed, there is a problem in that its rigidity cannot be changed according to the vehicle speed.

한편, 토오션 바는 입력(조향핸들 쪽)과 출력(랙 또는 피니언 쪽)측 사이의 상대 비틀림을 결정하여서 로터리밸브의 개도를 조절하도록 하였으나, 토오션 바의 강성이 강할 경우 파워스티어링의 보타력이 작고, 반대로 강성이 약하면 큰 보타력을 발생한다.On the other hand, the torsion bar adjusts the opening of the rotary valve by determining the relative twist between the input (steering handle side) and the output (rack or pinion side) side, but when the torsion bar is strong, the steering force of the power steering is strong. This small and, on the contrary, weak stiffness generates a large complementary force.

따라서 토오션 바의 강성이 강하게 튜닝되면 고속 주행시 무거운 핸들감을 주지만 주차 시에는 파워스티어링의 보타력을 적게 받아서 핸들을 돌리기가 수월하지 않게 된다. 역으로, 강성을 약하게 튜닝하면 반대의 현상이 나타나게 되어 고속 주행시 지나치게 가벼운 핸들감을 느끼게 되어 운전하기가 매우 피곤한 차량의 핸들 특성을 나타낸다.Therefore, when the stiffness of the torsion bar is tuned strongly, it gives a heavy handle feeling at high speed, but it is not easy to turn the steering wheel due to less power steering power when parking. Conversely, when the stiffness is weakly tuned, the opposite phenomenon occurs, and the steering wheel characteristic of the vehicle which is very tired to drive is felt because the steering wheel feels too light during high speed driving.

따라서 차속에 따라 토오션 바의 강성을 적절하게 변화시킬 수 있는 장치의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a device that can appropriately change the rigidity of the torsion bar according to the vehicle speed.

일 예로서 종래에는 토오션 바 주위에 배치되는 전자석과 영구자석의 인력과 척력에 의해 토오션 바의 강성을 제어하는 전자석을 이용한 토오션 바의 강성 제어 방식이 제안되기도 하였다.As an example, a stiffness control method of a torsion bar using an electromagnet which controls the rigidity of the torsion bar by the attraction and repulsion of electromagnets and permanent magnets disposed around the torsion bar has been proposed.

하지만 상기 방식은 전자석에 항상 수 암페어의 전류가 흐르므로 동력 손실이 크고, 전자석에 영구자석과 상대되는 척력이 작용할 경우 토오션 바의 강성이 일정하지 못하다는 단점을 안고 있었다.However, the above method has a disadvantage in that the power loss is large because a current of several amps always flows in the electromagnet, and the stiffness of the torsion bar is not constant when the repulsive force is applied to the electromagnet.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해, 파워스티어링시 차속에 따라 토오션 바의 강성이 임의로 가변되어질 수 있게 하여 저속에서는 토오션 바의 강성을 약하게 하여 핸들이 쉽게 돌아갈 수 있게 하고, 고속 주행시에는 토오션 바의 강성을 강하게 하여 묵직한 핸들 특성을 낼 수 있게 함을 그 목적으로 하고 있는 것이다.Accordingly, the present invention, in order to solve the conventional problems as described above, the rigidity of the torsion bar can be arbitrarily changed according to the vehicle speed during power steering, so that the handle is easily turned by weakening the rigidity of the torsion bar at low speeds. The purpose of this is to increase the rigidity of the torsion bar when driving at high speeds, and to provide heavy handle characteristics.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 차량용 파워스티어링에 있어서, 조향핸들과 연결되는 샤프트의 내측으로 끼워져 피니언에 고정된 토오션바가 축핀으로 조립되고, 상기 축핀은 모터피니언에 의해 회전하는 밸브너트에 조립되어 상ㆍ하로 직선 운동하도록 된 쉬프터에 고정되고, 상기 밸브너트는 전동모터에 축착된 모터피니언과 치합되고, 상기 전동 모터는 ECU와 연결되어 차속센서의 전기 신호에 따라 동작하도록 구성하여 차속에 따라 토오션 바의 강성을 가변시킬 수 있게 한 것으로, 이를 첨부된 예시 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.In order to achieve the above object, in the present invention, in a vehicle power steering, a torsion bar fitted into the shaft connected to the steering wheel and fixed to the pinion is assembled with a shaft pin, and the shaft pin is rotated by a motor pinion. It is fixed to the shifter is assembled to the linear movement up and down, the valve nut is meshed with the motor pinion pinned to the electric motor, the electric motor is connected to the ECU and configured to operate in accordance with the electrical signal of the vehicle speed sensor According to the stiffness of the torsion bar to be variable, it will be described based on the accompanying example drawings as follows.

제1도는 본 발명에 따른 파워스티어링이 장착되는 것을 나타낸 참고도.1 is a reference diagram showing that the power steering according to the invention is mounted.

제2도는 본 발명의 주요부 구성만을 발췌 도시한 개략 단면도.2 is a schematic cross-sectional view showing only the main part configuration of the present invention.

제3도와 제4도는 샤프트의 예시도와 종단면도.3 and 4 are exemplary views and longitudinal cross-sectional views of the shaft.

제5도와 제6도는 토오션 바의 예시도와 종단면도.5 and 6 are exemplary views and longitudinal cross-sectional views of the torsion bar.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

4 : 조향핸들 5 : 샤프트4: steering wheel 5: shaft

6 : 피니언 7 : 토오션 바6: pinion 7: torsion bar

8 : 축핀 9 : 하우징8: shaft pin 9: housing

10 : 밸브너트 12 : 쉬프터10: valve nut 12: shifter

14 : 전동모터 16 : 모터피니언14: electric motor 16: motor pinion

17 : ECU 18 : 차속센서17: ECU 18: vehicle speed sensor

제1도는 본 발명에 따른 파워스티어링이 장착되는 것을 나타낸 참고도로서, 조향핸들(4)과 연결되는 토오션 바를 감싸는 유압 제어용 로터리밸브(2)에 유압을 공급하기 위한 파워스티어링 펌프와, 조향력(보타력)을 발생하는 유압실린더(3)가 구비되는 차량용 파워스티어링으로 구성되는 것은 종래와 동일하다.1 is a reference diagram showing that the power steering according to the present invention is mounted, the power steering pump for supplying hydraulic pressure to the hydraulic control rotary valve (2) surrounding the torsion bar connected to the steering wheel (4), steering force ( It is the same as that of a conventional power steering system for a vehicle provided with a hydraulic cylinder 3 for generating a steering force).

미설명 부호 1은 바퀴를 의미하고 있다.Reference numeral 1 denotes a wheel.

본 발명은 제2도와 같이 조향핸들(4)과 연결되는 샤프트(5)의 내측으로 끼워지며 타측단은 피니언(6)과 조립되는 토오션 바(7)를 축핀(8)으로 고정하고, 상기 축핀(8)은 하우징(9)에 지지되어 모터피니언(16)에 의해 회전하는 밸브너트(10)에 조립되어 상ㆍ하로 직선 운동하도록 된 쉬프터(12)에 고정되고 있다.The present invention is fitted into the shaft 5 which is connected to the steering wheel (4) as shown in Figure 2 and the other end is fixed to the torsion bar (7) assembled with the pinion (6) with the shaft pin (8), The shaft pin 8 is supported by the housing 9 and is fixed to the shifter 12 which is assembled to the valve nut 10 which is rotated by the motor pinion 16 and moves linearly up and down.

상기 밸브너트(10)는 전동 모터(14)에 축착된 모터피니언(16)과 치합되고, 상기 전동 모터(14)는 ECU(17)와 연결되어 차속센서(18)의 전기 신호에 따라 동작하도록 구성되고 있다.The valve nut 10 is engaged with the motor pinion 16 which is condensed to the electric motor 14, and the electric motor 14 is connected to the ECU 17 to operate according to an electric signal of the vehicle speed sensor 18. It is composed.

상기 구성에 있어서, 샤프트(5)는 제3도와 제4도에 도시된 바와 같이 몸체가 속이 빈 중공 원통체로 이루어져 그 내측으로 토오션 바(7)가 끼워질 수 있도록 되고, 상기 몸체에는 내측으로 축방향을 따라 길게 가이드홈(50)을 뚫고 있다.In the above configuration, the shaft 5 has a hollow hollow cylindrical body as shown in FIGS. 3 and 4 so that the torsion bar 7 can be fitted therein, and the body is inwardly formed. The guide groove 50 is drilled in the axial direction.

제5도와 제6도에 도시한 바와 같이 샤프트(5)와 조립되는 토오션 바(7)의 하부측은 피니언과 조립되는 세레이션 조립부가 형성되고, 상연부측에는 외주면을 따라 소정의 폭만큼 길게 장공(70)을 뚫고 있다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the lower side of the torsion bar 7 assembled with the shaft 5 is provided with a serration assembly unit assembled with the pinion, and the upper edge side has a long length along the outer circumferential surface. Drilled through 70.

상기 샤프트(5)와 토오션 바(7)는 샤프트(5)의 내측으로 토오션 바(7)가 끼워지도록 밀어 넣은 후 가이드홈(50)과 장공(70)으로 관통되게 끼워지는 핀축(8)으로 고정되게 조립하여 상기 축핀(8)이 가이드홈(50)과 장공(70)을 따라 상ㆍ하 운동이 가능하게 하였다.The shaft 5 and the torsion bar 7 are pushed so that the torsion bar 7 is fitted into the shaft 5, and then the pin shaft 8 inserted through the guide groove 50 and the long hole 70. Assembled to be fixed to the shaft pin (8) to enable the up and down movement along the guide groove (50) and the long hole (70).

상기 축핀(8)이 취부 고정되는 쉬프터(12)는 내측 중앙으로 샤프트(5)가 끼워지고, 그 외주면에는 밸브너트(10)의 암나사(100)와 나사 결합되는 나사부(120)가 구비되어 모터피니언(16)과 치합되는 밸브너트(10)가 회전운동하더라도 밸브너트(10)와 나사 결합된 쉬프터(12)는 직선운동만 하도록 되고, 상기 쉬프터(12)가 직선 운동하면서 축핀(8)을 상ㆍ하방향으로 밀어 올리거나 끌어내리면서 토오션 바(7)의 유효 길이를 변경시킴에 따라 토오션 바(7)의 비틀림 강성을 변화시키도록 되고 있다.The shifter 12 to which the shaft pin 8 is fixed is mounted, and the shaft 5 is fitted to the inner center thereof, and the outer peripheral surface of the shifter 12 is provided with a screw part 120 that is screwed with the female screw 100 of the valve nut 10. Even though the valve nut 10 engaged with the pinion 16 rotates, the shifter 12 screwed with the valve nut 10 is only linear, and the shaft pin 8 is moved while the shifter 12 moves linearly. The torsional rigidity of the torsion bar 7 is changed by changing the effective length of the torsion bar 7 while pushing up or down in the up and down direction.

이와 같이 구성 결합된 본 발명의 파워스티어링의 동작 관계를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation relationship of the power steering of the present invention coupled to the configuration as follows.

전동 모터(14)가 회전함에 따라 전동 모터(14)와 일체로 형성된 모터피니언(16)이 회전하고, 모터피니언(16)과 치합된 밸브너트(10)가 하우징(9)안에서 회전한다. 그러면 밸브너트(9)와 나사 결합된 쉬프터(12)는 상ㆍ하운동을 하게 되고, 쉬프터(12)가 상ㆍ하 운동함에 따라 이에 조립된 핀축(8)도 함께 상ㆍ하로 이동하게 된다.As the electric motor 14 rotates, the motor pinion 16 integrally formed with the electric motor 14 rotates, and the valve nut 10 engaged with the motor pinion 16 rotates in the housing 9. Then, the shifter 12 screwed with the valve nut 9 moves up and down. As the shifter 12 moves up and down, the pin shaft 8 assembled therewith also moves up and down together.

이때 상ㆍ하 운동하는 핀축(8)은 토오션 바(7)와 샤프트(5)에 파여져 있는 가이드홈과 장공(50과 70)을 따라서 이동하면서 토오션 바(7)의 유효 길이를 변경시킴에 따라 토오션 바(7)의 비틀림 강성을 변화시키게 된다.At this time, the pin shaft 8 moving up and down changes the effective length of the torsion bar 7 while moving along the guide groove and the long holes 50 and 70 which are dug in the torsion bar 7 and the shaft 5. As a result, the torsional rigidity of the torsion bar 7 is changed.

여기서 전동 모터(14)는 차속센서(18)와 연결된 ECU(17)의 신호에 따라 동작하게 되는 것으로, 차속에 증가하여 핀축(8)이 피니언(6)쪽으로 이동하면 토오션 바(7)의 강성은 증가하고, 반대로 차속이 낮아지면 핀축(8)이 샤프트(5)쪽으로 이동하게 되어 토오션 바(7)의 강성은 낮아지게 된다.Here, the electric motor 14 is operated according to the signal of the ECU 17 connected to the vehicle speed sensor 18. When the pin shaft 8 moves toward the pinion 6 as the vehicle speed increases, the torsion bar 7 Stiffness increases, on the contrary, when the vehicle speed decreases, the pin shaft 8 moves toward the shaft 5, so that the stiffness of the torsion bar 7 is lowered.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 파워스티어링의 밸브 바디내에 설치되는 토오션 바의 강성이 차속에 따라 임의로 가변되어지며 저속에서는 토오션 바의 강성을 약하게 하여 핸들이 쉽게 돌아갈 수 있게 하고, 고속 주행시에는 토오션 바의 강성을 강하게 하여 묵직한 핸들 특성을 내는 등 저속 조향에서 조향력을 향상시키고, 고속 조향시 조정 안정성 등이 크게 향상되는 효과등이 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the rigidity of the torsion bar installed in the valve body of the power steering is arbitrarily changed according to the vehicle speed. At low speeds, the rigidity of the torsion bar is weakened so that the handle can be easily turned, and the high speed When driving, the torsion bar has a strong rigidity, and the steering wheel performance is improved at low speed steering, and the steering stability is greatly improved at high speed steering.

본 발명은 차량용 파워스티어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차속에 따라 토오션 바의 강성을 제어하여 저속 구간에서는 핸들이 가볍게 하고, 고속에서는 토오션 바의 강성을 강하게 하여 묵직한 핸들감을 줄 수 있는 가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링을 제공함에 있는 것이다.The present invention relates to a vehicle power steering, and more particularly, to control the rigidity of the torsion bar according to the speed of the vehicle and to make the handle lighter at a low speed section, and to increase the rigidity of the torsion bar at a high speed to give a heavy handle feeling. It is to provide power steering using a rigid torsion bar.

Claims (4)

차량용 파워스티어링에 있어서, 조향핸들(4)과 연결되는 샤프트(5)의 내측으로 피니언(6)과 연결되는 토오션 바(7)가 축핀(8)으로 고정되고, 상기 축핀(8)은 모터피니언(16)에 의해 회전하는 밸브너트(10) 내에서 상ㆍ하방향으로 직선 운동하는 쉬프터(12)에 고정되며, 상기 밸브너트(10)는 ECU(17)와 연결되는 전동 모터(14)의 모터피니언(16)과 치합되어 차속센서(18)의 전기 신호에 따라 동작하도록 구성되어 차속에 따라 토오션 바의 강성을 제어하도록 됨을 특징으로 하는 가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링.In the vehicle power steering, the torsion bar 7 connected to the pinion 6 is fixed to the shaft pin 8 inside the shaft 5 connected to the steering wheel 4, and the shaft pin 8 is a motor. It is fixed to the shifter 12 which linearly moves up and down in the valve nut 10 rotated by the pinion 16, and the valve nut 10 is an electric motor 14 connected to the ECU 17. Power steering using a variable stiffening torsion bar, characterized in that it is engaged with the motor pinion (16) of the vehicle speed sensor 18 is configured to operate in accordance with the electrical signal to control the stiffness of the torsion bar according to the vehicle speed. 제1항에 있어서, 상기 샤프트(5)는 가이드홈(50)이 구비되는 중공체로 되어 그 내측으로 토오션 바(7)가 끼워지는 것으로 토오션 바(7)의 하부측에는 피니언(6)과 조립되는 세레이션 조립부를, 상연부측에는 외주면을 따라 소정의 폭만큼 길게 장공(70)을 뚫려지고, 상기 샤프트(5)와 토오션 바(7)를 고정하는 핀축(8)은 가이드홈(50)과 장공(70)을 따라 상ㆍ하 운동하도록 됨을 특징으로 하는 가변 강성의 토오션바를 이용한 파워스티어링.According to claim 1, wherein the shaft (5) is a hollow body provided with a guide groove 50 is inserted into the torsion bar (7) to the inside of the pinion (6) and the lower side of the torsion bar (7) The serration assembly to be assembled, the long edge 70 is drilled along the outer circumferential surface of the upper edge portion by a predetermined width, and the pin shaft 8 fixing the shaft 5 and the torsion bar 7 is a guide groove 50. ) And power steering using a variable stiffening torsion bar, characterized in that it moves up and down along the long hole (70). 제1항에 있어서, 상기 쉬프터(12)는 내측 중앙으로 샤프트(5)가 조립되고, 그 외주면에는 밸브너트(10)의 암나사(100)와 나사 결합되는 나사부(120)가 구비되어 모터피니언(16)과 치합되는 밸브너트(10)가 회전 운동하더라도 밸브너트(10)와 나사 결합된 쉬프터(12)는 직선운동 하도록 됨을 특징으로 하는 가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링.According to claim 1, The shifter 12 has a shaft (5) is assembled to the inner center, the outer peripheral surface is provided with a screw portion 120 is screwed with the female screw 100 of the valve nut 10 motor pinion ( 16) Power steering using a variable stiffening torsion bar, characterized in that even if the valve nut (10) engaged with the rotary movement, the shifter (12) screwed with the valve nut (10) is linear. 제3항에 있어서, 상기 쉬프터(12)가 축핀(8)을 상ㆍ하방향으로 밀어 올리거나 끌어내리면서 토오션 바(7)의 유효 길이를 변경하여 토오션 바(7)의 비틀림 강성을 변화시키도록 됨을 특징으로 하는 가변 강성의 토오션 바를 이용한 파워스티어링.4. The torsional rigidity of the torsion bar 7 according to claim 3, wherein the shifter 12 changes the effective length of the torsion bar 7 while pushing up or down the shaft pin 8 in the up and down direction. Power steering with variable stiffness torsion bar, characterized in that it is adapted to change.
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