KR100340672B1 - 파워스티어링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전자의 조타(操舵)동작에 응답하여 차량의 핸들을 회전시키는 파워스티어링장치로서, 본 발명의 파워스티어링장치는 핸들의 회전에 응답하여 유압실린더의 한쌍의 압력챔버에 가압된 유체를 선택적으로 이송하도록 동작가능한 방향제어밸브를 통해 기어하우징내에 형성된 유압실린더에 가압된 유체를 공급하기 위해 저장용기로부터 유체를 펌프공급하는 유압펌프로 이루어진다. 본 발명의 파워스티어링장치는 또한 유압펌프를 회전시키는 전동모터, 유압펌프로부터 배출된 가압된 유체를 축적하는 어큐뮬레이터, 가압된 유체의 압력을 검출하여 검출된 압력에 대응하는 신호를 출력하는 검출기, 검출기로부터의 신호에 응답하여, 검출된 압력이 소정레벨 이하일 때에만 전동모터를 작동시키는 콘트롤러로 이루어진다. 유압펌프와 전동모터는 기어하우징상에 장착된다.

Description

파워스티어링장치

본 발명은 차량의 핸들을 조타(操舵)하는데 필요한 운전자의 수고를 저감시키기 위한 파워스티어링(power steering)장치에 관한 것으로, 특히 전동모터와 유압펌프를 사용하여 파워스티어링장치에 의해 소비되는 에너지를 저감시키도록 한 파워스티어링장치에 관한 것이다.

종래부터 유압식 파워스티어링장치와 전기식 파워스티어링장치가 사용되고 있으며, 대부분의 유압식 파워스티어링장치에서는 유압펌프가 차량의 엔진에 의해 구동된다. 이러한 장치에 있어서, 차량이 조타에 관한 조력(助力)이 필요없는 직진주행을 계속하는 경우에도 유압펌프는 항상 엔진에 의해 구동된다. 그러므로, 유압식 파워스티어링장치는 에너지손실이 크다는 문제가 있다.

전기식 파워스티어링장치에 있어서는, 전동모터에 의해 직접 조력이 발생되므로 유압펌프는 생략할 수 있다. 이러한 장치에 있어서, 전동모터는 조력이 필요한 경우에만 작동되므로, 전기식 파워스티어링장치는 유압식 파워스티어링장치보다 에너지손실이 작다는 이점을 갖는다.

그러나, 유압식과 전기식 파워스티어링장치를 비교해 보면 유압식은 조력의 방향이 기계적으로 결정되므로 신뢰성이 높다.

전기식 파워스티어링장치에 있어서는, 그 신뢰성을 향상시키기 위해 여러가지 방안이 강구되었으며, 제어장치의 무구속(無拘束)을 방지하기 위한 안전회로와, 기계적 이상을 검출하는 검출수단을 포함하는 구성예가 있지만, 파워스티어링장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것에 관한 요구가 있었다.

이러한 요구를 만족시키기 위해, 유압펌프가 차량의 엔진에 의해 구동되지 않고 전동모터에 의해 구동되는 하이브리드식 파워스티어링장치가 제안되어 있다. 모터의 회전속도는 예를 들어 차량의 주행상태에 따라 제어되고, 이에 따라서 조력발생기구에 공급되는 작동유체의 양이 변화한다.

하이브리드식 파워스티어링장치는 비교적 신뢰성이 높지만, 엔진이 공회전상태이거나 차량이 직진주행하는 중에도 유압펌프는 정지되지 않기 때문에 전기식 파워스티어링장치에 비해 여전히 에너지손실이 크다. 이러한 상태에서 펌프가 정지되면 이 펌프는 그 회전이 재개된 후 가압된 유체를 신속하게 배출하는 것은 불가능하다. 이것에 의해 조력동작에 있어서 래그가 발생하게 된다.

또한, 하이브리드식 파워스티어링장치에서는 유압펌프와 이 유압펌프를 구동하기 위한 전동모터를 포함하는 펌프장치가 조력발생기구로부터 이격되어 장착된다. 이러한 장치에 있어서는, 펌프장치를 조력발생기구와 접속시키기 위한 긴 유압파이프를 사용할 필요가 있다. 따라서, 이 유압파이프를 설치하기 위해 큰 공간을 요한다. 유압펌프의 접속은 차량내에서 펌프장치와 조력발생기구가 조립된 후에 행해지므로, 유압파이프를 접속하는 작업이 좁은 공간에서 행해지므로, 작업효율이 열화된다.

따라서, 본 발명의 목적은 조력동작중에 전혀 래그가 발생되지 않고 파워스티어링장치에 의해 소비되는 에너지를 저감시킬 수 있는 개선된 파워스티어링장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 차량내에서의 조립이 용이한 개선된 파워스티어링장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명에 따르면, 운전자에 의해 조타되는 핸들에 기계적으로 접속된 입력부재, 차량의 핸들에 기계적으로 접속된 출력부재, 상기 출력부재에 기계적으로 접속되고, 가압된 유체가 선택적으로 공급되는 한쌍의 포트를 가지고, 조력을 발생하는 유압실린더, 저장용기로부터 유체를 펌프공급하여 가압된 유체를 공급하는 유압펌프, 상기 입력부재의 회전에 응답하여 상기 유압펌프에 의해 공급되는 가압된 유체를 상기 유압실린더의 한쌍의 포트에 선택적으로 이송하도록 동작가능한 방향제어밸브, 상기 유압펌프를 동작시키는 전동모터, 상기 유압펌프에 의해 공급된 가압된 유체를 축적하는 어큐뮬레이터, 상기 가압된 유체의 압력을 검출하고, 검출된 압력에 대응하는 신호를 출력하는 검출수단, 상기 검출수단으로부터의 신호에 응답하여 검출된 압력이 소정레벨 이하일 때 상기 전동모터를 작동시키는 콘트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치를 제공한다.

이러한 구성에 따르면, 전동모터는 조타동작이 행해지는 경우에만 구동되므로, 전동모터에 의해 소비되는 에너지가 저감된다. 또, 어큐뮬레이터에 축적된 가압된 유체는 조타동작의 개시시에 방향제어밸브에 공급되므로, 전동모터의 회전이 개시된 후 유압펌프로부터 가압된 유체가 지연되어 이송되어도, 조력발생동작중에 래그가 발생되지 않고 원활한 조타동작이 확보된다.

바람직한 실시예에 있어서, 검출수단은 어큐뮬레이터의 내부압력을 검출하는 압력센서, 또는 방향제어밸브의 공급포트에서의 압력과 방향제어밸브의 한쌍의 배출포트에서의 압력중 보다높은 압력과의 압력차를 검출하는 차동압력검출기구로 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 파워스티어링장치의 출력부재는 랙샤프트로 이루어지고, 파워스티어링장치는 랙샤프트를 수용하여 축이동할 수 있도록 지지하는 기어하우징으로 이루어지고, 이 실시예에 있어서 유압펌프와 전동모터는 기어하우징상에 장착된다. 이러한 구성에 의해 차량내의 파워스티어링장치의 조립이 용이하게 된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성 및 이에 따른 이점은 첨부도면을 참조하여, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확하게 될 것이다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1 실시예

제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파워스티어링(power steering)장치의 전체구성도로서, 제1도에 있어서, (11)은 핸들(14)이 접속된 입력부재인 입력샤프트를 나타내고, (12)는 후술하는 바와 같이 토션바를 통해 입력샤프트(11)와 기계적으로 결합된 출력부재인 출력 샤프트를 나타낸다.

입력샤프트(11)와 출력샤프트(12)의 사이에는 내측밸브(19)와 외측밸브(20)가 배설되어 방향제어밸브(17)를 구성한다. 이 방향제어밸브(17)는 2개의 실린더포트(22a, 23a)중 하나의 포트에는 공급포트(21a)가 연통되고, 실린더포트(22a,23a)중 다른 포트에는 토출포트(24a)가 연통되도록 입력샤프트(11)와 출력샤프트(12)의 사이의 상대적 회전에 응답하여 동작한다. 후술하는 바와 같이, 내측밸브(19)와 외측밸브(20)에는 공급통로(21), 실린더통로(22,23) 및 토출통로(24)가 형성되고, 이들 통로는 각각 공급포트(21a), 실린더포트(22a,23a) 및 토출포트(24a)와 연통된다. 방향제어밸브(17)는 중심밀폐밸브부와 중심개방밸브부로 구성되고, 중심밀폐밸브부는 내측밸브(19)상에 형성된 제1 평탄부(19a)를 포함한다. 방향제어밸브(17)가 중립위치에 있는 경우, 토출통로(24)는 제1 평탄부(19a)에 의해 차단된다. 방향제어밸브(17)가 작동되면, 즉 내측밸브(19)와 외측밸브(20)간의 상대적인 회전이 이루어지면, 공급통로(21)는 실린더통로(22,23)중 하나와 연통된다. 반대로, 중심개방밸브부는 내측밸브(19)상에 형성된 1쌍의 제2 평탄부(19b)를 포함하고, 이 제2 평탄부(19b)는 방향제어밸브(17)가 동작할 때 실린더통로(22,23)에 공급된 오일의 압력을 제어한다.

출력샤프트(12)의 저부에는 피니온기어(25)가 설치되고, 이 피니온기어(25)는 랙샤프트(27)상에 형성된 랙기어(26)와 계합된다. 랙샤프트(27)는 슬라이드이동하도록 기어하우징(제1도에는 도시되지 않음)에 의해 지지된다. 랙샤프트(27)에는 조타(操舵)동작을 지원하기 위한 조력(助力)을 발생하는 유압실린더(30)의 피스톤(31)이 결합된다. 유압실린더(30)의 내부는 피스톤(31)에 의해 좌측챔버와 우측챔비로 분할되고, 제1도에 도시된 바와 같이 이들은 각각 방향제어밸브(17)의 실린더포트(22a,23a)와 연통된다.

(40)은 전동모터(50)에 의해 구동되는 유압펌프로서, 이 펌프(40)의 입구포트는 저장용기(48)에 접속되고, 펌프(40)의 배출포트는 체크밸브(41)와 연결파이프 (46)를 경유하여 방향제어밸브(17)의 공급포트(21a)에 접속된다. (47)은 연결파이프(46)에 접속된 어큐뮬레이터를 나타내고, 방향제어밸브(17)의 토출포트(24a)는 저장용기(48)에 접속된다.

(60)은 검출수단인 차동압력검출기로서, 셔틀밸브(72)를 통해 유압실린더 (30)의 우측 및 좌측챔버와 연통되고, 또한 연결파이프(46)와도 연통된다. 차동압력검출기(60)는 연결파이프(46)내의 압력과, 우측 및 좌측챔버내의 압력중 보다 높은 압력과의 압력차를 검출하고, 검출된 압력차에 대응하는 출력신호를 출력한다. 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호는 제어수단인 콘트롤러(90)에 보내고, 이 콘트롤러(90)는 전동모터(50)에 접속되어 전동모터(50)를 제어한다.

콘트롤러(90)는 주로 마이크로프로세서, 메모리 및 인터페이스회로로 구성된다. 우측 및 좌측챔버의 압력중 보다 높은 압력과, 연결파이프(46)의 압력과의 압력차는 소정의 차동압력 P1 보다 작다. 즉, 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호가 소정레벨 V1 보다 작으면, 콘트롤러(90)는 전동모터(50)를 작동시킨다. 전동모터의 회전에 의해 유압펌프(40)는 저장용기(48)내의 오일을 펌프공급하기 위해 소정방향으로 회전된다.

다음에, 파워스티어링장치의 동작에 대하여 설명한다. 유압펌프(40)가 전동모터(50)에 의해 구동되고, 유압펌프(40)로부터 가압된 오일이 배출되어 어큐뮬레이터(47)와 연결파이프(46)에 공급된다. 가압된 오일이 어큐뮬레이터(47)에 공급되면, 오일은 어큐뮬레이터(47)에 축적된다. 또, 연결파이프(46)에 공급된 가압된 오일은 방향제어밸브(17)와 차동압력검출기(60)에 이송된다. 핸들(14)을 회전하지 않고 중립위치에 유지하여 차량이 계속 직진하도록 하는 경우에는 입력샤프트(11)와 출력샤프트(12)간의 상대적인 회전이 일어나지 않는다. 이 상태에서는 방향제어밸브(17)가 동작하지 않으므로, 공급통로(21)가 차단되어 실린더통로(22,23)와의 연통이 방지된다. 이 상태에서 실린더통로(22,23)가 토출통로(24)와 연통하므로, 실린더포트(22a,23a)의 압력, 또는 유압실린더(30)의 우측 및 좌측챔버의 압력은 저장용기(48)의 압력과 동일하다. 그러므로, 차동압력검출기(60)에 고압이 전달되지 않고, 이 상태에서 차동압력검출기(60)는 연결파이프(46)의 압력에 대응하는 출력신호를 출력한다. 전동모터(50)는 출력신호가 V1 레벨보다 작은 경우에만 작동되므로, 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호가 V1 레벨에 이르는 경우에, 즉 연결파이프(46)의 압력이 소정압력 P1 에 이르는 경우에 전동모터(50)의 회전이 정지된다. 이러한 동작에 따르면, 소정량의 가압된 오일이 어큐뮬레이터(47)에 축적된다.

핸들(14)이 예컨대 시계방향으로 조타되는 경우, 입력샤프트(11)가 동일한 방향으로 회전됨에 따라 입력샤프트(11)와 출력샤프트(12)간의 상대적 회전이 발생한다. 샤프트(11,12)의 상대적 회전에 응답하여 방향제어밸브(17)가 동작하여 공급통로(21)와 실린더통로(22)가 연통되고, 실린더통로(23)와 토출통로(24)가 연통된다. 실린더통로(22)가 공급통로(21)와 연통되는 경우, 어큐뮬레이터(47)내의 가압된 오일은 공급포트(21a), 공급통로(21), 실린더통로(22) 및 실린더포트(22a)를 경유하여 유압실린더(30)의 좌측챔버에 공급된다. 유압실린더(30)의 좌측챔버내로 가압된 오일이 도입됨으로써, 피스톤(31)은 실린더(30)내에서 우측방향으로 이동되고, 이에 따라 차량의 핸들이 링크기구(도시되지 않음)에 의해 조타된다. 이러한 동작중에, 유압실린더(30)의 우측챔버내의 오일은 토출통로(24)와 토출포트(24a)를 통해 저장용기(48)로 배출된다.

전술한 조타동작이 개시되면, 연결파이프(46)의 압력은 감소되고, 실린더포트(22a)의 압력과 유압시린더(30)의 좌측챔버내의 압력이 증가된다. 그러므로, 실린더포트(22a)와 연결파이프(46)간의 압력차가 작아지게 된다. 차동압력검출기(60)에 의해 압력차가 검출되므로, 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호도 감소되어 결국 소정레벨 V1 보다 작아지게 된다. 출력신호가 소정레벨 V1 보다 작아지면, 콘트롤러(90)는 전동모터(50)의 회전을 개시함으로써 유압펌프(40)가 기동하여 가압된 오일을 배출하게 된다. 핸들(14)의 조타가 계속 행해지면, 연결파이프(46)와 실린더포트(22a) 사이에서 압력차가 발생되지 않기 때문에, 유압펌프(40)는 전동모터 (50)에 의해 계속 구동된다.

조타동작이 종료되면, 입력샤프트(11)와 출력샤프트(12)간의 상대적 회전이 감소되어 결국 0으로 되므로, 내측밸브(19)는 외측밸브(20)에 대해 중립위치로 복귀된다. 이 중립위치에서 공급통로(21)는 다시 평탄부(19a)에 의해 차단되어, 연결파이프(46)내의 압력은 증가되고, 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호도 압력의 증가에 따라 증가된다. 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호가 소정레벨 V1 에 이르면 유압펌프(40)가 정지된다.

또, 핸들(14)을 반시계방향으로 회전하는 경우에도 동일한 동작이 이루어진다.

진술한 바와 같이, 연결파이프(46)와 실린더포트(22a,23a)간의 압력차가 소정 압력 P1 보다 작아지는 경우에만 유압펌프(40)가 구동되어 가압된 오일을 배출한다. 그러므로, 유압펌프(40)의 필요없는 동작이 감소됨으로써, 전동모터(50)에 의해 소비되는 에너지를 저감할 수 있다 또, 어큐뮬레이터(47)내에 축적된 가압된 오일은 방향제어밸브(17)에 공급될 오일의 압력이 감소될 때 배출되므로, 조타동작중에 래그가 발생하지 않는다.

전술한 실시예에서 소정 레벨 V1 이 항상 일정하지만, 유압실린더(30)에 공급되는 가압된 유체의 양을 저감시키기 위해 차량의 주행속도에 따라 그 레벨 V1 을 조절하는 것도 가능하다. 이와 같이 조절함으로써, 유압실린더(30)에 의해 발생되는 조력이 차량의 주행속도의 증가에 따라 감소되는 보다 바람직한 특성을 실현한다.

다음에, 전술한 파워스티어링장치의 기계적 구성에 대하여 제2도∼제5도를 참조하여 설명한다.

제2도는 저장용기(48)를 제외한 파워스티어링장치의 외형도이다. 제2도에 있어서, (9)는 방향제어밸브(17)가 조립되는 밸브하우징을 나타내고, (10)은 기어하우징을 나타내며, 이 기어하우징(10)에 의해 랙샤프트(27)가 안내되고, 이 기어하우징(10)내에 유압실린더(30)가 설치된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 유압펌프(40), 전동모터(50)및 어큐뮬레이터(47)를 포함하는 펌프장치는 전동모터(50)의 회전축이 랙샤프트(27)와 평행으로 되도록 기어하우징(10)의 지지부(101)에 고정된다. (59)은 펌프장치와 지지부(101)사이에 배설된 탄성부재를 나타내고, 클럼프부재(80)를 사용하여 기어하우징(10)에 대해 펌프장치를 지지한다.

유압펌프(40)로서 베인펌프와 같은 어떠한 형태의 유압펌프도 사용할 수는 있지만, 본 실시예에서는 레이디얼 플런저형 펌프가 사용된다. 즉, 유압펌프(40)의 하우징(401)은 전동모터(50)의 전방단면에 고정되고, 펌프기구는 하우징(401)내에 배설된다. 전동모터(50)의 출력샤프트(51)가 하우징(401)에 의해 지지되고, 편심로터(42)가 출력샤프트(51)에 고정되며, 복수의 플런저(49)가 그 내단이 로터(42)와 접촉되도록 하우징(401)에 의해 지지된다. 플런저(49)는 로터(42)의 회전에 따라 반경방향으로 왕복하여 가압된 오일을 배출시킨다. 유압펌프(40)의 입구포트(43)는 호스(45)를 통해 저장용기(48)와 접속되고, 유압펌프(40)의 배출포트(44)(제2도에 도시)는 진동흡수호스(46a)와 금속파이프(46b)로 구성된 연결파이프(46)를 통해 방향제어밸브(17)의 공급포트(21a)에 접속된다. 체크밸브(41)는 펌프기구와 배출포트 (44)사이에 배치되는 하우징(401)내에 배설된다. 또, 배출포트(44)는 하우징(401)내에 형성된 연결통로를 통해 어큐뮬레이터(47)와 연통되므로, 가압된 오일이 연결파이프(46)를 통해 방향제어밸브(17)의 공급포트(21a)에 유도되고, 또한 어큐뮬레이터(47)에도 도입된다.

밸브하우징(9)에 있어서, 입력샤프트(11)는 제4도에 도시된 바와같이 기어하우징(10)에 의해 지지되는 출력샤프트(12)와 정합되어 설치되고, 또 입력샤프트 (11)는 토션바(13)를 통해 출력샤프트(12)와 기계적으로 접속된다. 제5(a)도 및 제5(b)도에 도시된 바와 같이, 내측밸브(19)는 입력샤프트(11)의 외면상에 일체로형성되고, 외측밸브(20)는 내측밸브(19)와 동축관계로 밸브하우징(9)내에 배치되어 출력샤프트(12)와 기계적으로 결합된다. 전술한 바와 같이, 내측밸브(19)와 외측밸브(20)는 방향제어밸브(17)를 구성하고, 밸브하우징(9)에는 공급포트(21a), 실린더포트(22a,23a) 및 토출포트(24a)가 형성되고, 이들 포트는 각각 외측밸브(20)내에 형성된 공급통로(21) 및 실린더통로(22,23)와, 내부밸브(19)에 형성된 토출통로 (24)에 연통된다. 밸브하우징(9)내의 각 포트와, 내측 및 외측밸브(19,20)내의 각 통로와의 유체교환은 통상의 로터리식 서브밸브에서와 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다. 제5(a)도는 내측밸브(19)가 외측밸브(20)에 대해 반시계방향으로 회전하는 상태를 나타내고, 제5(b)도는 내측밸브(19)가 외측밸브(20)에 대해 시계방향으로 회전하는 상태를 나타낸다.

또, 차동압력검출기(60)는 밸브하우징(9)에 고정된다. 차동압력검출기(60)는 밸브하우징(9)에 고정된 스풀하우징(61)과 이 스풀하우징(61)에 고정된 차동변압기 (64)로 구성된다. 밸브하우징(61)에는 입력샤프트(11)와 평행한 보어(bore)(62)가 형성되고, 이 보어(62)에는 스풀(63)이 슬라이드이동할 수 있도록 수용된다. 스풀(63)은 대구경부(66)와 이 대구경부(66)의 양단면으로부터 연장되는 2개의 소구경부(65a,65b)로 이루어진다. 대구경부(66)의 외면은 보어(62)와 접촉되어 이 보어(62)내에 제1 압력챔버(70)와 제2 압력챔버(71)를 형성한다. 제1 압력챔버(70)는 연결통로(91,99)를 통해 공급포트(21a)와 연결되어 연결파이프(46)로부터 가압된 오일을 수취한다. 한편, 제2 압력챔버(71)는 연결통로(93,92)와 스풀하우징(61)내에 배설된 셔틀밸브(72)를 통해 실린더포트(22a,23a)와 연결된다. 셔틀밸브(72)는통로내에 볼(72a)이 설치되어 제1도에 도시된 바와 같이 구성된다. 볼(72a)은 실린더포트(22a,23a)의 압력차에 응답하여 이동함으로써, 실린더포트(22a,23a)에서의 압력중 보다 높은 압력이 제2압력챔버(71)로 유도된다. 제2 압력챔버(71)에는 대구경부(66)를 제1 압력챔버(70)에 향해 밀도록 스프링(67)이 배설된다. 그러므로, 스풀(63)은 제1 압력챔버(70)내의 압력이 제2 압력챔버(71)내의 압력보다 높아질 때 제1 및 제2 압력챔버(70)의 압력차에 대응하는 양만큼 제2 압력챔버(71)를 향해 이동된다. 차동변압기(64)는 스풀(63)의 일단에 고정된 코어(68)와 이 코어(68)를 감도록 배설된 코일(69)로 구성된다. 코일(69)은 발진기에 의해 여기(勵起)되는 1차 코일과, 출력신호를 출력하는 2차 코일로 이루어진다. 스풀(63)이 제2 압력챔버 (71)를 향해 이동하면, 그 이동량은 차동변압기(64)에 의해 검출되어 출력신호가 그 이동량에 따라 변화된다. 스풀(63)은 실린더포트(22a,23a)와 공급포트(21a) 사이의 압력차에 대응하는 양만큼 이동되므로, 차동변압기(64)로부터의 출력신호는 실린더포트(22a,23a)와 공급포트(21a)사이의 압력차를 나타낸다. 차동변압기(64)로부터의 출력신호는 차동압력검출기(60)로부터의 출력신호로서 콘트롤러(90)에 공급된다.

전술한 실시예에 있어서, 유압펌프(40)와 전동모터(50)가 기어하우징(10)상에 장착되기 때문에, 유압펌프(40)와 방향제어밸브(17)는 비교적 짧은 연결파이프로 접속될 수 있다. 또, 이 구성은 파워스티어링장치의 설치공간을 감소시킨다. 또, 유압펌프(40)와 전동모터(50)의 기어하우징(10)에 대한 고정과, 연결파이프 (46)의 접속은 파워스티어링장치가 차량내에 조립되기 이전에 차량의 외부에서 행할 수 있으므로, 파워스티어링장치의 조립이 보다 용이하게 된다.

또, 유압펌프(40)와 전동모터(50)는 직렬로 설치되어 긴 원주형의 펌프장치를 구성하고, 이들은 또한 랙샤프트(27)와 평행으로 되도록 기어하우징(10)에 고정됨으로써, 유압펌프(40)와 전동모터(50)는 기어하우징(10)으로부터 반경방향 외측으로의 돌출이 방지되고, 이에 따라서 유압펌프(40)와 전동모터(50)가 변속기와 같은 다른 장치들과 간섭하는 것이 방지된다. 또, 유압펌프(40)와 전동모터(50)는 탄성부재(59)를 통해 기어하우징(10)상에 장착되므로, 유압펌프(40)에서 발생된 진동이 기어하우징(10)에 전달되지 않도록 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 차동압력검출기(60)는 방향제어밸브(17)가 조립된 밸브하우징(9)에 고정되므로, 차동압력검출기(60)와 밸브(17)는 밸브하우징(9)과 차동압력검출기(60)의 하우징내에 형성된 연결통로를 통해 상호 유체연통될 수 있다. 그러므로, 검출기(60)와 밸브(17)사이에 연결파이프를 별도로 설치할 필요가 없고, 파워스티어링장치의 설치를 더욱 용이하게 한다.

제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에 대하여 제7도∼제9도를 참조하여 설명한다. 도면중 제1 실시예에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호로 표시한다. 제2 실시예에 따른 파워스티어링장치는 유압펌프(40)의 구성이외에는, 제1 실시예의 구성과 대체로 같다. 유압펌프(40)는 공지의 구성으로 형성된 베인펌프로 구성되며, 여기서 다수의 베인(243)이 로터(241)내에 형성된 베인슬롯(242)에 수용되고, 베인의 외단이 캠링의 캠면(244)과 접촉된다. 로터(241)가 회전하면, 2 개의 베인(243)마다 그 사이에 형성된 다수의 펌프챔버(245)의 용적이 변화되어 입구포트(246)로부터 오일이 흡입되어 가압된 후 배출포트(247)로부터 배출된다. 또, 로터(241)에는 후방압력챔버(248)가 형성되어 배인슬롯(242)과 연통된다. 후술하는 바와 같이, 가압된 오일이 제어밸브(250)로부터 후방압력챔버(248)로 공급되어 외측방향으로의 베인(243)의 반경방향이동을 향상시킨다.

제어밸브(250)는 하우징내에 형성된 보어에 슬라이드가능하게 수용된 스풀(251)을 갖는다. 스풀(251)은 그 양단에서 챔버(252,253)내의 압력간 균형과 챔버(253)내에 설치된 스프링(254)에 의해 발생된 추력(推力)에 따라 이동되어 포트(IPa, IPb, OP)간의 유체연통이 제어된다. 챔버(252)는 통로(255)를 경유하여 연결파이프(46)와 연통됨으로써 연결파이프(46)내의 압력 PO 이 챔버(252)로 전달되고, 챔버(253)는 셔틀밸브(72)의 배출포트와 연통됨으로써 실린더포트(22a,23a)의 압력중 보다 높은 압력이 챔버(253)로 전달된다. 포트(OP)는 후방압력챔버(248)와 연통되고, 포트(IPa, IPb)는 각각 유압펌프(40) 및 연결파이프(46)와 연통된다.

핸들(14)이 회전되지 않는 경우, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 연결파이프(46)내의 압력 PO 은 높고, 셔틀밸브(72)의 배출포트에서의 압력 P1 은 낮다. 이 상태에 있어서, 스풀(251)이 제7도에 도시된 위치로 됨에 따라 포트(OP)가 포트(IPa)와 연통됨으로써 유압펌프(40)의 배출포트(247)에서 압력이 P2 인 가압된 오일이 후방압력챔버(248)로 유도된다. 핸들(14)의 조타가 개시되면 연결파이프(46)내의 압력 PO 은 감소되고, 셔틀밸브(72)의 배출포트에서의 압력 P1 은 증가된다. 이 상태에 있어서, 스풀(251)은 챔버(252)로 향해 이동함에 따라제8(a)도에 도시된 바와 같이 포트(IPa)와 포트(OP)사이의 유체연통이 차단되고 포트(IPb)와 포트(OP)사이의 유체연통이 이루어져서 연결파이프(46)에서 압력이 PO 인 가압된 오일이 후방압력챔버(248)로 유도된다. 또, 압력 PO 및 P1 간의 차이가 핸들(14)의 연속회전의결과로서 대략 0으로 되면, 스풀(251)은 제8(b)도에 도시된 바와 같이 좌단에 위치되므로, 포트(IPa)와 포트(OP)간의 유체연통과 포트(IPa)와 포트(IPb)간의 유체연통이 이루어진다.

다음에, 제2 실시예의 동작에 대하여 제어밸브(250)의 동작을 중심으로 설명한다.

차량이 직선으로 주행을 계속하는 경우, 유압펌프(40)가 정지되고, 연결파이프(46)내의 압력 PO 과, 셔틀밸브(72)의 배출포트에서의 압력 P1 과의 압력차는 크게 된다. 이 상태에 있어서, 스풀(251)이 제7도에 도시된 위치로 되어 유압펌프(40)의 배출포트(247)에서의 압력 P2 이 압력챔버(248)로 다시 유도된다. 핸들(14)의 조타가 개시되면, 압력 PO 과 압력 P1 과의 압력차가 감소되기 시작하고, 그 압력차의 감소에 따라 스풀(251)은 제8(a)도에 도시된 바와 같이 챔버(252)로 향해 이동되어 연결파이프(46)와 어큐뮬레이터(47)에서 압력이 PO 인 가압된 오일이 후방압력챔버(248)로 유도된다. 이 스풀(251)의 이동은 유압펌프(40)의 회전이 개시되기 전에 이루어진다. 유압펌프(40)의 베인(243)은 유압펌프(40)의 회전이 개시되면 가압된 오일의 도움으로 외측으로 이동되고, 이에 따라서 소정량의 가압된 오일이 유압펌프(40)로부터 원활하게 배출된다.

또, 유압펌프(40)는 핸들(14)의 연속적인 회전에 의해 회전이 계속되고, 압력 PO 및 P1 간의 차이는 대략 0으로 되며, 스풀(251)은 제8(b)도에 도시된 바와 같이 좌단에 위치되어, 포트(OP)와 포트(IPa, IPb)가 연통된다. 이 상태에 있어서, 유압펌프(40)로부터 배출된 가압된 오일이 후방압력챔버(248)로 유도됨에 따라 베인(243)의 외향운동이 촉진된다.

제9도에 도시된 제어밸브(150)가 제어밸브(250)대신 사용될 수 있다. 제어밸브(150)는 압력 PO 및 P1 간의 차이가 클 때 통로(249)와 통로(257,258)사이의 유체연통을 정지시키는 형상을 갖는 스풀(151)을 포함한다. 이 상태에 있어서, 후방압력챔버(248)내의 오일은 소량의 오일이 베인(243)과 로터(241)사이의 작은 간극을 통해 누출되더라도, 거의 밀봉되고, 이에 따라서 상기 베인(243)이 후방압력챔버(248)로 향해 내측으로 이동하는 것이 방지된다.

제2 실시예에 따른 파워스티어링장치는 유압펌프의 회전개시 직후에 소정량의 가압된 오일이 유압펌프로부터 배출될 수 있다는 또하나의 이점을 가진다. 따라서, 베인(243)이 후방압력챔버(248)로 향해 내측으로 이동하는 것을 방지하기 위해 유압펌프를 계속하여 회전시킬 필요가 없다.

제3 실시예

본 발명의 제3 실시예에 대하여 제10도를 참조하여 설명한다. 제10도에 있어서, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호로 표시한다. 제3 실시예는 유압펌프(40)의 회전을 제어하는 방법 이외에는, 제1 실시예와 대략 동일하다.

본 실시예에 있어서, 압력센서(301)가 설치되어 어큐뮬레이터(47)의 내부압력을 검출하고, 압력센서(301)로부터의 출력신호는 콘트롤러(90)에 입력된다. 검출된 압력이 소정의 제1 레벨보다 낮으면, 전동모터(50)가 구동되어 유압펌프(40)를 회전시킨다. 이 유압펌프(40)의 회전은 검출된 압력이 제1 레벨보다 높은 소정의 제2 레벨에 이르면 정지된다.

방향제어밸브(17)의 공급포트(21a)는 내측밸브(19)가 중립위치에 있을 때 내측밸브(19)의 평탄부(19a)에 의해 차단된다. 이 상태에 있어서, 유압펌프(40)로부터의 가압된 오일은 내부압력이 제2레벨에 이를때까지 방향제어밸브(17)로는 흐르지 않고, 어큐뮬레이터(47)내로 흐르게 된다.

핸들(14)의 회전이 개시되면, 내측밸브(19)와 외측밸브(20)의 사이에서 상대적인 회전이 발생되고, 이 상대적인 회전에 응답하여 어큐뮬레이터(47)에 축적된 가압된 오일이 유압실린더(30)에 유도되어 조력을 발생한다. 어큐뮬레이터(47)의 내부압력이 제1 레벨 이하로 되면, 전동모터(50)가 구동되어 유압펌프(40)를 회전시켜서, 가압된 오일을 계속 공급한다.

핸들(14)의 회전이 정지되면, 내측밸브(19)는 중립위치로 복귀된다. 이러한 동작에 의해 방향제어밸브의 공급포트(21a)가 다시 차단되어 유압펌프(40)로부터의 가압된 오일이 어큐뮬레이터(47)내로 유입하여 그 내부압력이 제2 레벨에 이르고, 이때 전동모터(50)가 정지된다.

이 제3 실시예에 따른 파워스티어링장치는 제1 실시예에서와 동일한 이점을 가진다.

또한, 차량속도와 핸들(14)의 회전각을 검출하는 센서가 설치되어 유압실린더(30)에 의해 발생되는 조력을 제어하도록 하는 것도 가능하다. 즉, 유압펌프(40)의 회전제어에 사용되는 제1 및 제2 레벨을 변화시키기 위한 신호가 센서로부터 콘트롤러(90)에 입력된다. 예를들어, 검출된 차량속도의 증가에 따라 제1 및 제2 레벨을 저하시킴으로써, 어큐뮬레이터(47)에 축적된 오일의 압력이 저하되어 유압실린더(30)에 의해 발생된 조력이 검출된 차량속도의 증가에 따라 저감되고, 이에 따라서 차량의 주행안정성이 증가된다.

전술한 관점에서 본 발명의 여러가지 변형 및 변경이 가능하며, 본 발명은 다음의 특허청구의 범위내에서 전술한 실시예 이외의 형태로 실시할 수 있다.

제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파워스티어링장치의 전체 구성도.

제2도는 제1 실시예에 따른 파워스티어링장치의 외형도.

제3도는 제2도에 도시된 파워스티어링장치의 펌프장치와 파워실린더의 확대부분단면도.

제4도는 제2도에 도시된 파워스티어링장치의 밸브부와 차동압력 검출기의 단면도.

제5(a)도 및 제5(b)도는 제4도에 도시된 방향제어밸브의 단면도.

제6도는 압력차의 변화에 대한 차동압력검출기로부터의 출력신호의 변화를 나타낸 그래프.

제7도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파워스티어링장치의 전체 구성도.

제8(a)도 및 제8(b)도는 제어밸브의 동작상태를 나타낸 개략도.

제9도는 제2 실시예의 변형예에 따른 제어밸브의 개략도.

제10도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 파워스티어링장치의 전체 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(14): 핸들, (17): 방향제어밸브, (30): 유압실린더, (40): 유압펌프, (48): 저장용기, (50): 전동모터, (60): 차동압력검출기(검출수단), (90): 콘트롤러(제어수단).

Claims (13)

1. 운전자에 의해 조타되는 핸들에 기계적으로 접속된 입력부재, 차량의 핸들에 기계적으로 접속된 출력부재,

   상기 출력부재에 기계적으로 접속되고, 가압된 유체가 선택적으로 공급되는 한쌍의 포트를 가지고, 조력(助力)을 발생하는 유압실린더, 저장용기로부터 유체를 펌프공급하여 가압된 유체를 공급하는 유압펌프,

   상기 입력부재의 회전에 응답하여 상기 유압펌프에 의해 공급되는 가압된 유체를 상기 유압실린더의 한쌍의 포트에 선택적으로 이송하도록 동작가능한 방향제어밸브,

   상기 유압펌프를 동작시키는 전동모터,

   상기 유압펌프에 의해 공급된 가압된 유체를 축적하는 어큐물레이터,

   상기 가압된 유체의 압력을 검출하고, 검출된 압력에 대응하는 신호를 출력하는 검출수단,

   상기 검출수단으로부터의 신호에 응답하여 검출된 압력이 소정 레벨 이하일 때 상기 전동모터를 작동시키는 콘트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방향제어밸브는

   상기 유압펌프로부터 공급되는 가압된 유체를 수취하는 긍급포트,

   상기 저장용기와 연통되는 토출포트,

   상기 유압실린더의 한쌍의 포트와 연통되는 한쌍의 배출포트,

   상기 입력부재에 설치된 제1 밸브부재,

   상기 출력부재와 기계적으로 결합된 제2 밸브부재로 이루어지고,

   상기 제1 및 제2 밸브부재는 상기 제1 밸브부재가 상기 제2 밸브부재에 대해 변위될 때에는 상기 배출포트중 하나의 포트가 상기 토출포트와 유체연통되면서 상기 공급포트로부터의 가압된 유체를 상기 배출포트중 다른 하나의 포트에 공급하고, 상기 제1 밸브부재가 상기 제2 밸브부재에 대해 중립위치에 있을 때에는 상기 공급포트를 차단하는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 방향제어밸브의 공급포트에서 가압된 유체의 압력을 검출하는 압력센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 방향제어밸브의 공급포트에서의 압력과, 상기 방향제어밸브의 한쌍의 배출포트에서의 압력 중 보다 높은 압력과의 압력차를 검출하는 차동압력검출기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 차동압력검출기구는

   상기 한쌍의 배출포트와 유체연통되어 상기 한쌍의 배출포트에서의 압력중 보다 높은 압력을 출력하는 압력반응밸브,

   상기 압력반응밸브 및 상기 방향제어밸브의 공급포트와 유체연통되어 상기 공급포트에서의 압력과, 상기 압력반응밸브로부터 배출되는 유체의 압력과의 압력차를 검출하는 차동압력검출기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프는 상기 전동모터에 의해 회전되는 로터와, 상기 로터에 형성된 다수의 베인슬롯내에 수용되어 각 베인의 외단이 캠면과 접촉되는 다수의 베인을 갖춘 베인펌프로 이루어지고, 파워스티어링장치는 또한 상기 전동모터의 회전이 개시될 때 상기 어큐뮬레이터내에 축적된 가압된 유체를 상기 베인슬롯의 반경방향 내측으로 유도하는 제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 방향제어밸브는

   상기 유압펌프로부터 공급되는 가압된 유체를 수취하는 공급포트,

   상기 저장용기와 연통되는 토출포트,

   상기 유압실린더의 한쌍의 포트와 연통되는 한쌍의 배출포트,

   상기 입력부재에 설치된 제1 밸브부재,

   상기 출력부재와 기계적으로 결합된 제2 밸브부재로 이루어지고, 상기 제1및 제2 밸브부재는 상기 제1 밸브부재가 상기 제2 밸브부재에 대해 변위될 때에는 상기 배출포트 중 하나의 포트가 상기 토출포트와 유체연통되면서 상기 공급포트로부터의 가압된 유체를 상기 배출포트중 다른 하나의 포트에 공급하고, 상기 제1 밸브부재가 상기 제2 밸브부재에 대해 중립위치에 있을 때에는 상기 공급포트를 차단하며,

   상기 검출기는

   상기 한쌍의 배출포트와 유체연통되어 상기 한쌍의 배출포트에서의 압력중 보다 높은 압력을 출력하는 압력반응밸브,

   상기 압력반응밸브 및 상기 방향제어밸브의 공급포트와 유체연통되어 상기 공급포트에서의 압력과, 상기 압력반응밸브로부터 배출되는 유체의 압력과의 압력차를 검출하는 차동압력검출기로 이루어지고, 그리고 상기 제어밸브는 상기 압력반응밸브로부터 배출되는 유체의 압력이 증가할 때 상기 어큐뮬레이터에 축적된 가압된 유체를 상기 베인슬롯의 내측으로 유도하도록 상기 압력반응밸브 및 상기 방향제어밸브의 공급포트와 유체연통되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 출력부재는 랙샤프트로 이루어지고, 파워스티어링장치는 또한 상기 랙샤프트를 수용하여 축이동할 수 있도록 지지하는 기어하우징으로 이루어지고, 상기 유압펌프와 상기 전동모터는 상기 기어하우징상에 장착되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 유압펌프와 상기 전동모터는 상호 정합하여 일체로 조립되어 원주형의 펌프유니트를 구성하고, 상기 펌프유니트는 상기 전동모터의 회전축이 상기 랙샤프트와 평행하도록 상기 기어하우징상에 장착되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
10. 핸들의 회전에 응답하여 조력(助力)을 유체에 의해 발생하도록 동작가능한 조력발생기구,

    상기 조력발생기구에 가압된 유체를 공급하는 유압펌프,

    상기 유압펌프를 동작시키는 전동모터,

    상기 유압펌프에 의해 공급된 가압된 유체를 축적하는 어큐뮬레이터,

    상기 유압펌프와 상기 어큐뮬레이터의 사이에 배치되어 가압된 유체가 유압펌프로 역류하는 것을 방지하는 밸브수단,

    가압된 유체의 압력을 검출하는 검출수단,

    검출된 압력이 소정레벨 이하일 때 상기 전동모터를 작동시키는 제어수단으로 이루어지는 것을 특정으로 하는 파워스티어링장치.
11. 하우징과, 상기 하우징에 의해 지지되어 차량의 핸들과 기계적으로 접속된 랙샤프트와, 상기 하우징내에 설치되어 상기 랙샤프트에 조력을 인가하는 실린더와, 상기 하우징내에 설치되고 핸들의 회전에 응답하여 가압된 유체를 상기 실린더에 이송하는 것을 제어하도록 동작가능한 방향제어밸브를 갖춘 조력발생기구,

    상기 방향제어밸브에 가압된 유체를 공급하는 유압펌프,

    상기 유압펌프를 동작시키는 전동모터로 이루어지고,

    상기 유압펌프와 상기 전동모터는 상기 기어하우징상에 장착되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 유압펌프와 상기 전동모터는 상호 정합하여 일체로 조립되어 원주형의 펌프유니트를 구성하고, 상기 펌프유니트는 상기 전동모터의 회전축이 상기 랙샤프트와 평행하도록 상기 기어하우징상에 장착되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 펌프유니트에는 또한 상기 유압펌프에 의해 공급되는 가압된 유체를 축적하는 어큐뮬레이터가 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 파워스티어링장치.