KR100308385B1

KR100308385B1 - 차량용 동력 조향장치의 반력장치

Info

Publication number: KR100308385B1
Application number: KR1019990017901A
Authority: KR
Inventors: 김제덕
Original assignee: 밍 루; 주식회사 만도
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2001-09-26
Also published as: JP3251933B2; JP2000233760A; DE60006868D1; EP1028048B1; US6161644A; ATE255517T1; KR20000056952A; ES2211449T3; DE60006868T2; EP1028048A1

Abstract

본 발명은 동력 조향장치를 작동시킴에 있어 차량의 속도에 따라 조작력에 차이가 발생하도록 전자력을 이용하여 조향력을 증감시키는 차량용 동력 조향장치의 반력장치에 관한 것으로, 제 1하우징(200) 내부 중앙의 입력축(220)과, 입력축(220)의 내부에 연결된 토션바(230)와, 입력축(220)의 하단에 연결된피니언축(240)과, 입력축(220)의 외주연에 감합된 밸브바디(250)로 구성되어 유체흐름을 생성함으로써 조향 보조력을 얻는 차량용 동력 조향장치에 있어서 입력축(220)을 중심으로 원주방향으로 권선된 환상의 여자코일(130)과, 여자코일(130)에 의해 발생된 자로내에 배치되며 제 1하우징(200)에 고정 장착되고 반경방향으로 내주연측과 외주연측이 단일한 자극으로 착자된 영구자석 링(204)과, 영구자석 링(204)의 반경방향 내측에 각각 배치되어 입력축(220) 및 토션바(230)의 움직임에 따라 각각 상대회전 가능하게 결합되며 서로 대향하는 측에 소정 개수의 치형(216)(218)으로 형성된 내측 및 외측 강자성체(208)로 이루어져 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)간의 인력과 척력에 의해 강한 반력을 발생시킬 수 있으며 영구자석 링(204)의 착자작업시 내주연과 외주연을 단일극으로 형성하여 착자작업의 용이로 생산성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

Description

차량용 동력 조향장치의 반력장치 {Repelling power apparatus of a power streering system for a vehicle}

본 발명은 차량용 동력 조향장치의 반력장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동력 조향장치를 작동시킴에 있어 차량의 속도에 따라 조작력에 차이가 발생하도록 전자력을 이용하여 조향력을 증감시키는 차량용 동력 조향장치의 반력장치에 관한 것이다.

일반적으로 유압작동기를 조향 보조력의 발생원으로 사용하는 유압식 동력 조향장치는 조향차륜에 연결된 출력축과 핸들에 연결되는 입력축용 토션바를 통하여 동축상에 연결하여 구성된다. 그래서 핸들에 조향 토오크가 가해질 경우 이에 수반된 토션바의 비틀림에 따라서 입력축과 출력축간에 상대각 변위가 발생하게 된다. 이때 발생된 상대각 변위에 따라 입력축 및 밸브바디간에 형성된 로터리밸브에의해 조향 토오크의 방향에 해당하는 작동실로 유압을 공급하여 조향 보조력을 얻게 된다.

이때 조향 보조력은 도 1에 토오크와 토션바의 비틀림 변위에 대한 그래프에서 보는 바와 같이 핸들에 가해지는 조향 토오크와 유압작동기가 발생하는 조향 보조력간의 대응관계는 토션바의 비틀림 특성만으로 결정되기 때문에 변위량이 증가함에 따라 변하는 토오크양도 동일하게 증가하게 된다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 조향 토오크에 대한 유압의 변화를 보게 되면 정지나 저속 주행시에는 큰 유압의 지원이 요구 되기 때문에 'a' 구간의 특성이 이용 되며 중,고속시에는 작은 유압으로도 조타가 가능한 조건이 되기 때문에 작은 유압으로도 지원이 가능한 'b' 구간 특성이 이용 된다.

그런데, 토오크의 변화에 대한 유압이 변화를 정지 혹은 저속주행상태를 기준으로 핸들의 토오크값을 가볍게 설정할 경우에는 고속주행시 에도 매우 작은 토오크로도 조타가 되기 때문에 직진 안정성의 악화를 초래하게 되고, 반대로 고속 주행상태를 기준으로 핸들의 토오크값을 무겁게 설정할 경우에는 정지 및 저속주행시에 충분한 조향 보조력을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 차량의 속도에 따라 토션바의 비틀림 변위에대한 토오크 및 토오크에 대한 유압의 변화 그래프의 기울기를 변경시켜 저속시에는 작은 핸들 토오크로도 조향 보조력이 강해지도록 하고, 고속 주행시에는 조타 반력이 커지도록 하기 위해 차속 감응형 반력장치를 사용하게 된다.

이와 같은 차속 감응형 반력장치로는 유압을 이용하여 저속시에는 유량공급이 많이 되도록 하고 고속시에는 유량공급이 적어지도록 하는 유량제어 장치와밸브측에 기계적인 반력을 이용하는 유압반력 제어장치와 전자력을 이용하는 전자력식 반력장치가 알려져 있다.

도 3은 종래의 전자력식 반력장치의 전자기 기구의 절결사시도이다.

여기에 도시된 전자력식 반력장치는 미국 특허 등록 제 5,119,898호의 게시된 내용으로 캡슐형 여자코일(130)와 원통형 영구자석 링(104)과 한 쌍의 원통형 회전 강자성체(106, 108)로 이루어진다. 영구자석 링(104)은 밸브 바디와의 회전을 위한 슬리브 베어링의 외향단 상에 설치된 로터 허브에 고정된다. 회전 강자성체(106)는 스풀축과 함께 회전될 수 있도록 그의 내향단에 고정되어 있다.

이때 영구자석 링(104)은 반경방향으로 자화된 자극이 교번되도록 축방향으로 연장되어 배치된다.

도 4는 도 3의 전자기 기구의 회전 자기회로의 자속의 흐름을 나타낸 개략도이다.

여기에서 보는 바와 같이 (가)는 자로의 중심정렬이 이루어진 상태를 나타낸 도면이고, (나)는 영구자석 링의 이동으로 자로 중심정렬이 왜곡된 상태를 나타낸 도면이다.

이와 같이 조향 조작력이 가해지지 않은 상태에서는 여자코일에 의해 발생된 자로는 (가)와 같이 중심정렬이 이루어지게 된다. 그러나 조향 조작력이 가해지면 밸브 바디의 회전상태에 따라 영구자석 링이 회전하게 되어 (나)에 도시된 바와 같이 자로의 중심정렬이 왜곡된다. 이와 같이 왜곡된 자로는 중심정렬 복원력에 의해영구자석 링은 원래의 위치로 돌아오려고하고 이 힘은 조향 보조력에 대한 반력으로 작용하게 된다.

이와 같이 여자코일에 의해 발생된 자로의 중심정렬 복원력의 세기를 조절함으로써 차속에 따라 조향 보조력을 조절할 수 있게 된다.

그런데, 위와 같은 전자력식 반력장치는 반경방향으로 자화되어 축방향으로 자극이 교번되도록 연장배치된 영구자석 링을 유압작동을 위한 회전 강자성체 내에 삽입시켜 여자코일에 의해 발생된 자로의 중심정렬 복원력으로 영구자석을 원래의 위치로 이동시키도록 하고 있어, 영구자석의 자극을 반복되도록 다극 착자시켜야만 하는 착자작업이 어려워 생산성이 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인이 실용신안등록 출원 제1999-002064호(1999. 2. 10)로 출원한 자동차용 파워 스티어링의 전자력을 이용한 차속 감응형 반력장치가 있다.

도 5는 종래의 다른 실시예로서 자동차용 파워 스티어링의 전자력을 이용한 차속 감응형 반력장치를 나타낸 정단면도이다.

여기에 도시된 바와 같이 하우징(1) 내부 중앙의 입력축(2)과, 입력축의 내부에 연결된 토션바(3)와, 입력축의 하단에 연결된 피니언축(4)과, 입력축의 외주연에 감합된 밸브바디(5)로써 배력장치를 구성한 것에 있어서, 상기한 입력축(2)의 외주연에 감합하되, 하반부에 치형이 형성된 내측치형부재(11), 상기한 내측치형부재(11)의 치형에 대향하도록 내주연을 따라 치형이 형성된 외측치형부재(12), 상기한 내측치형부재(11)의 치형과, 외측치형부재(12)의 치형위에서 원주방향을 따라 복수로 권선된 코일(7), 상기 코일의 상면과 둘레를 씌우되 자로 형성에 도움을 주기 위한 패스 플레이트(13), 상기한 외측치형부재(12)의 외측에 감합된 영구자석(14), 상기한 영구자석(14)의 둘레에 감합된 자성체 슬리브(15), 상기한 내측치형부재(11)와, 외측치형부재(12)와, 영구자석(14)의 아래에 일치시킨 비자성체 슬리브(16)로 구성하여 상기한 영구자석(14)과 그 안쪽의 외측 치형부재(12)가 단일 극성을 갖고, 여기에 대응된 내측치형부재(11)가 반대의 단일 극성을 갖도록 구성됨을 특징으로 한다.

그런데 위에 언급된 반력장치는 패스 플레이트(13)와 자성체 슬리브(15) 사이에서 발생하는 자력 때문에 자성체 슬리브(15)와 연결된 비자성체 슬리브(16)와 밸브바디(5)가 패스 플레이트(13)로 부착되려는 인력이 발생하여 회전운동의 저해요인으로 작용하는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 전자력식 반력장치에 사용되는 영구자석 링의 자극을 내측연과 외측연으로 단일한 극으로 착자하여 착자작업이 용이하도록 하여 생상성을 높임과 동시에 여자코일에 의해 발생된 자속과 영구자석의 자속을 직접 대향시켜 인력에 의한 반력을 얻을 수 있도록 한 차량용 동력 조향장치의 반력장치를 제공함에 있다.

또한, 자성체 슬리브와 연결된 부재들이 자력에 의해 패스 플레이트와 부착하려는 인력으로 인한 회전운동의 저해요인을 제거하기 위해 패스 플레이트와 자성체 슬리브를 일체화시켜 회전운동을 향상시킨 차량용 동력 조향장치의 반력장치를 제공함에 있다.

도 1은 조향 토오크와 토션바의 비틀림 변위를 나타낸 그래프이다.

도 2는 조향 토오크에 대한 유압의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 종래의 다른 실시예에 의한 자동차용 파워 스티어링의 전자력을 이용한 차속 감응형 반력장치를 나타낸 정단면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 차량용 동력 조향장치의 반력장치를 나타낸 단면도이다.

도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다.

도 8은 도 6에 도시된 여자코일에 의해 형성된 자속의 흐름을 나타낸 개략도이다.

도 9는 입력 조향 토오크에 대한 유압의 변화를 나타낸 그래프이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

104 : 영구자석 링 106, 108 : 회전 강자성체

130 : 여자코일 200 : 제 1하우징

206 : 내측 강자성체 208 : 외측 강자성체

216, 218 : 치형 220 : 입력축

230 : 토션바 240 : 피니언축

250 : 밸브바디 270 : 제 2하우징

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 하우징 내부 중앙의 입력축과, 입력축의 내부에 연결된 토션바와, 입력축의 하단에 연결된 피니언축과, 입력축의 외주연에 감합된 밸브바디로 구성되어 유체흐름을 생성함으로써 조향 보조력을 얻는 차량용 동력 조향장치에 있어서, 입력축을 중심으로 원주방향으로 권선된 환상의 여자코일과, 여자코일에 의해 발생된 자로내에 배치되며 하우징에 고정 장착되고 반경방향으로 내주연측과 외주연측이 단일한 자극으로 착자된 영구자석 링과, 영구자석 링의 반경방향 내측에 각각 배치되어 입력축 및 토션바의 움직임에 따라 각각 상대회전 가능하게 결합되며 서로 대향하는 측에 소정 개수의 이빨이 형성된 내측 및 외측 강자성체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

위와 같이 이루어진 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

여자코일에 차량의 속도에 대한 전류를 인가하여 자로를 형성시키면 내측 강자성체에는 여자코일에 의해 발생된 자력이 전달되고 외측 강자성체에는 영구자석 링에 의해 자력이 전달된다. 이때 여자코일로 공급되는 전류의 방향으로 여자코일에 의해 발생되는 자극 방향을 조절하여 영구자석 링에 의한 외측 강자성체의 자극 방향과 반대 극성이 형성되도록 할 때 내측 강자성체와 외측 강자성체간에는 인력이 작용하여 상대회전에 대한 반력이 발생된다. 반면에 영구자석 링에 의한 외측강자성체의 자극 방향과 동일 극성이 형성되도록 여자코일에 전원을 공급하게 되면 외측 강자성체와 내측 강자성체간에 척력이 작용하여 상대회전에 대한 반력이 발생되지 않도록 작동된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

여기에서 보는 바와 같이 제 1하우징(200) 내부 중앙의 입력축(220)과, 입력축(220)의 내부에 연결된 토션바(230)와, 입력축(220)의 하단에 연결된 피니언축(240)과, 입력축(220)의 외주연에 감합된 밸브바디(250)로 구성되어 유체흐름을 생성함으로써 조향 보조력을 얻는 차량용 동력 조향장치는 일반적인 동력 조향장치와 대등소이하게 구성된다.

여기에 입력축(220)을 중심으로 원주방향으로 권선된 환상의 여자코일(130)과, 여자코일(130)에 의해 발생된 자로를 형성하기 위해 제 1하우징(200)내에 고정 장착된 제 2하우징(270)와, 제 2하우징(270)에 고정 장착되고 반경방향으로 내주연측과 외주연측이 단일한 자극으로 착자된 영구자석 링(204)과, 영구자석 링(204)의 반경방향 내측에 각각 배치되어 입력축(220) 및 토션바(230)의 움직임에 따라 각각 상대회전 가능하게 결합되며 서로 대향하는 측에 소정 개수의 치형(216)(218)이 형성된 내측 및 외측 강자성체(208)로 이루어진다.

외측 강자성체(208)는 입력축(220)의 움직임에 따라 회전할 수 있도록 영구자석 링(204)과 일정한 공극을 두고 배치된다.

이때 여자코일(130)에 전류를 공급하게 되면, 상기 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)와 영구자석 링(204)과 제 2하우징(270)을 통해 자로가 형성된다.

도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다.

여기에서 보는 바와 같이 여자코일(130)에 의해 형성된 자속은 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)와, 영구자석 링(204)과 제 2하우징(270)를 따라 흐르게 된다. 한편 여자코일(130)에 의해 형성된 자속의 방향이 반대일 경우에는 제 2하우징(270)와 영구자석 링(204)과 외측 강자성체(208)와, 내측 강자성체(206)를 따라 흐르게 된다.

이하, 전자력에 의한 동력 조향장치의 반력발생을 상세하게 설명하기 위해 도 8에 도시된 여자코일에 의해 형성된 자속의 흐름을 나타낸 개략도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

여기에서 보는 바와 같이 (가)는 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)간에 인력이 작용하는 상태를 나타낸 도면이고, (나)는 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)간에 척력이 작용하는 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, (가)에 도시된 바와 같이 운전자의 조작력에 강한 반력이 발생되도록 하기 위해 여자코일에 전류를 인가하여 내측 강자성체(206)의 치형(216)에 S극이 자화되도록 한다. 이때 외측 강자성체(208)는 영구자석 링(204)에 의해 외측 강자성체(208)의 치형(218)에는 N극이 자화된다. 따라서, 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)의 치형(216)(218)간에는 강한 인력이 작용하여 토션바(230)에 의한 비트림에 대해 강한 반력을 제공하게 된다.

또한, (나)에 도시된 바와 같이 운전자의 조작력에 대해 반력이 발생되지 않도록 하기 위해 여자코일(130)에 반대 극성의 전류를 인가하여 내측 강자성체(206)의 치형(216)에 N극이 자화되도록 한다. 이때 외측 강자성체(208)는 영구자석 링(204)에 의해 외측 강자성체(208)의 치형(218)에는 N극이 자화된다. 따라서 내측 강자성체(206)와 외측 강자성체(208)의 치형(216)(218)간에는 강한 척력이 작용하여 토션바(230)에 의한 비틀림에 대해 영향을 주지 않게 된다.

여기에서 보는 바와 같이 기준 그래프에서 여자코일에 공급되는 전류의 세기 및 방향이 양의 방향으로 커짐에 따라 기준 그래프에서 오른쪽으로 이동하게 되어 동일 유압에서 입력 조향 토오크가 커지는 특성을 얻을 수 있게 된다.

즉, 'A' 그래프는 주정차시의 조향 토오크를 나타내고, 'B'그래프는 중속시, 그리고 'C'그래프는 고속시 조향 토오크를 나타내고 있다.

또한, 반대로 전류의 세기 및 방향이 음의 방향으로 커짐에 따라 기준 그래프에서 왼쪽으로 이동하게 되어 동일 유압에서 입력 토오크가 작아지는 특성을 얻을 수 있음을 볼 수 있다.

따라서, 차량의 속도에 따라 여자코일에 공급되는 전류의 세기와 방향을 조절함에 따라 저속 및 정지시와 고속시에서 동일한 토션바의 비틀림 특성으로 서로 다른 조작력을 얻을 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 여자코일에 의해 형성된 자력과 영구자석에 의한 자력간의 인력 및 척력으로 동력에 의한 조향 보조력에 대해 반력을 생성함으로써 저속 및 고속 구간 모두에서 안정적인 조향 능력을 발휘할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 영구자석의 극성을 반경방향으로 내주연과 외주연을 단일한 극으로 착자함으로써 착자작업이 간단하여 생산성이 향상된다는 이점이 있다.

한편, 자로를 형성하는 자성체슬리브를 일체로 형성함으로써 회전운동을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

Claims

하우징 내부 중앙의 입력축과, 입력축의 내부에 연결된 토션바와, 입력축의 하단에 연결된 피니언축과, 입력축의 외주연에 감합된 밸브바디로 구성되어 유체흐름을 생성함으로써 조향 보조력을 얻는 차량용 동력 조향장치에 있어서;

상기 입력축의 외주연에 감합하되, 하반부에 치형이 형성된 내측치형부재와,

상기 내측치형부재의 치형에 대향하도록 내주연을 따라 치형이 형성된 외측치형부재와,

상기 내측치형부재의 치형과 상기 외측치형부재의 치형위에서 원주방향을 따라 복수로 권선된 코일과,

상기 코일의 상면과 둘레를 씌우되 자로 형성에 도움을 주기 위한 패스 플레이트와,

상기 외측치형부재의 외측에 감합된 영구자석과,

상기 영구자석의 둘레에 감합된 자성체 슬리브와,

상기 내측치형부재와 외측치형부재와 영구자석의 아래에 일치시킨 비자성체 슬리브로 구성하여 상기 영구자석과 그 안쪽의 외측 치형부재가 단일 극성을 갖고 여기에 대응된 내측치형부재가 반대의 단일 극성을 갖도록 하여서 됨을 특성으로 하는 차량용 동력 조향장치의 반력장치.
하우징 내부 중앙의 입력축과, 입력축의 내부에 연결된 토션바와, 입력축의 하단에 연결된 피니언축과, 입력축의 외주연에 감합된 밸브바디로 구성되어 유체흐름을 생성함으로써 조향 보조력을 얻는 차량용 동력 조향장치에 있어서;

상기 입력축을 중심으로 원주방향으로 권선된 환상의 여자코일과,

상기 여자코일에 의해 발생된 자로내에 배치되며 하우징에 고정 장착되고 반경방향으로 내주연측과 외주연측이 단일한 자극으로 착자된 영구자석 링과,

상기 영구자석 링의 반경방향 내측에 각각 배치되어 상기 입력축 및 상기 토션바의 움직임에 따라 각각 상대회전 가능하게 결합되며 서로 대향하는 측에 소정 개수의 치형이 형성된 내측 및 외측 강자성체

로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 동력 조향장치의 반력장치.