KR100373870B1 - 클로우즈드 센터식 유압파워스티어링시스템. - Google Patents

클로우즈드 센터식 유압파워스티어링시스템. Download PDF

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토마스 슈테리
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메르세데스-벤츠 렌쿵엔 게엠베하
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Abstract

본 발명은 닫힌 중앙 유압파워스티어링 시스템에 관한 것이다. 재충전가능한 유압축압기는 제어장치에 의해 미리 설정된 의도값에 따라 모터 압력을 제어하는 제어가능한 압력 감소 밸브를 통하여 서보모터에 연결된다. 연결은 필요한 경우 모터와 비교적 압력이 적은 저장기사이에 이루어질 수 있다.

Description

클로우즈드 센터식 유압파워스티어링시스템.{HYDRAULIC POWER STEERING WITH A CLOSED CENTRE}
상기 형태의 파워스티어링시스템이 미국특허 제 5 553 683 호에 공개된다. 공지된 상기 파워스티어링시스템은 세 개의 밸브들을 가지고, 펄스폭 변조방식의 전자제어에 의해 상기 파워스티어링시스템의 상태가 제어된다. 이 경우, 상기 밸브들의 밀폐거동 및 개방거동이 직접 제어되고, 부스팅(boosting)하중이 적어도 일시적으로 부정확하게 설정될 수 있다.
정기간행물" 유압 및 공압" 40 (1996) Nr 6, 409쪽에 의하면, 클로우즈드 센터(closed center)식 유압 파워스티어링시스템이 공지되고, 압력원으로서 구성된 축압기가 적합한 크기로 제공되어, 최대피크압력이 구해진다. 또한 조종가능한 차량휠의 조종작용이 부스팅하중에 의해 보조될 때에만 유압파워스티어링시스템이 에너지를 소비하는 것이 유리하다. 반대로, 운전자의 적용하중이 없는 정상상태의 조정상태에서 유압에너지는 불필요하다.
문헌 제 DE 0 427 029 A1 호에 공지된 파워스티어링시스템에 있어서, 제어밸브장치가 비례제어밸브들에 의해 구성되고, 스프링의 하중에 의해 상기 비례제어밸브들이 서보밸브의 각 측부를 저장용기에 연결하는 밸브위치로 가압되고, 제어가능한 전자석에 의해 상기 스프링의 하중에 대하여 서보모터의 각측부를 축압기에 연결하는 밸브위치로 가압된다.작동방해장치로서 파워스티어링시스템에 구성된 서보모터의 유압작동을 방해하는 것이 미국특허 제 4,562,710 호에 공지된다.
서두에서 설명된 형태의 파워스티어링시스템에 있어서, 부스팅하중을 민감하게 제어하는 것은 곤란하다.
본 발명은 운전대,
조종을 위해 상기 운전대와 완전하게 연결되고 조종가능한 차량휠들,
조종가능한 상기 차량휠들 및 운전대와 완전하게 연결되는 복동식 유압서보모터,
유압을 발생시키는 유압발생장치,
상대적으로 유압이 없는 저장용기,
상기 유압서보모터의 양쪽 측부들에 연결될 수 있고, 두 개의 평행한 3위치식 감압밸브들의 배열이 구성되고, 상기 감압밸브들의 연결라인에 연결되며,
조종가능한 차량휠들 및 운전대사이에서 전달되는 토크 또는 하중을 감지하기 위한 토크센서,
운전대에서 감지될 수 있는 운전자의 적용하중을 감소시키기 위하여, 상기 유압서보모터가 부스팅하중을 발생시키도록, 조종가능한 차량들 및 운전대사이에 전달되는 토크 또는 하중의 함수로서 상기 감압밸브를 제어하고, 입력측에서 상기토크센서와 연결되는 전자제어장치가 구성되는 유압파워스티어링시스템에 관련된다.
도 1은 본 발명의 조종시스템을 도시한 회로도.
도 2는 본 발명에서 이용되는 감압밸브에 관한 기능선도.
도 3은 운전자의 적용하중에 관한 함수로서 유압부스팅(boosting)하중의 관계를 도시하고, 운전자의 적용하중에 관한 함수로서 감압밸브의 제어전류를 도시하는 그래프.
*부호설명*
1......운전대 2......피니언
3......랙 4......유압서보모터
5,6......연결라인 7,8......감압밸브
9,10,14...역류방지밸브 11......축압기
12......저장용기 13......펌프
15......전자제어장치 16......토크센서
17......센서 18......압력센서
19,20......스프링
본 발명은 서두에서 설명한 형태의 파워스티어링시스템에 있어서, 부스팅하중의 제어를 개선하는 것이다.
상기 목적이 유압발생장치가 축압기를 가지고,
상기 감압밸브가 제어가능한 목표압력값을 가지며,
상기 감압밸브들의 목표압력값을 제어하여 상기 감압밸브가 제어되는 유압 파워스티어링시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 전자제어장치에 의해 제어밸브의 배열이 간접적으로 작동하여, 각각의 유압서보모터의 연결부에 설정되는 목표압력값만 미리 결정되고 이외에 상기 연결부에서 목표압력 및 실제압력사이의 편차에 관한 함수로서 상기 제어밸브의 배열이 자동으로 작동한다.
따라서 매개변수의 함수로서 작동하는 목표압력값 발생기가 상기 전자제어장치에 의해 구성된다.
본 발명에 따르면, 각 경우에 설정되는 부스팅(boosting)하중의 목표값이 상기 목표압력값에 의해 형성되고, 즉 부스팅하중의 목표값 및 실제값사이의 편차에 관한 함수로서 상기 감압밸브들이 자동으로 작동한다.
그 결과 상기 부스팅하중이 명령에 따라 지연없이 제어되고, 작동상태가 급격히 변화할 때에도 부스팅하중의 제어와 관련한 "과도응답"이 발생하지 않는다.
본 발명에 따르면, 운전대 및 운전대에 의해 조종되는 차량휠들사이의 연결부 또는 기계식 구동트레인에 마찰작용을 가지는 씰(seal)들을 가진 유압제어부재들의 배열이 불필요하다. 따라서 연속적인 조종작용의 변화에 따라 조종작용에 관하여 본 발명의 스티어링시스템은 낮은 히스테리시스(hysteresys)를 가진다.또한 본 발명의 선호되는 특징과 관련하여, 청구범위 및 하기 도면의 설명을 참고하여, 선호되는 실시예가 설명된다.
도 1을 참고할 때, 도면에 도시되지 않은 차량이 운전대(1)를 가지고, 차량휠들을 조종하기 위하여, 도면에 도시되지 않은 차량휠들에 상기 운전대가 기계적으로 완전하게 연결되며, 도면을 참고할 때, 상기 운전대(1)가 피니언(2)을 통해 랙(3)과 연결되고, 도면에 도시되지 않은 트랙로드들을 통해 랙(3)의 운동이 상기 차량휠들에 전달된다.
피스톤 및 실린더로 구성된 복동형 유압서보모터(4)의 피스톤막대부분에 상기 랙(3)이 구성되고, 상기 유압서보모터(4)의 양쪽 측부들이 개별적으로 연결라인(5,6)들을 통해 감압밸브(7,8)들에 연결된다.
상기 감압밸브(7,8)들은 릴리프(relief) 기능을 가진 감압밸브로서, 상기 유압서보모터(4)의 양쪽 측부를 중간의 역류방지밸브(9,10)들을 통해 축압기(11)에 연결되거나 상대적으로 압력이 없는 저장용기(12)에 연결되거나 상기 축압기(11) 및 저장용기(12)에 대해 유압서보모터의 상기 측부들과 연결을 차단할 수 있다.
상기 감압밸브(7,8)들의 목표압력이 하기 설명에 따라 제어될 수 있다. 상기 축압기(11)는 펌프(13)에 의해 축압되거나 예를 들어, 120 바(bar)의 고압으로 일정하게 유지되며, 상기 펌프(13)는 흡입측에서 상기 저장용기(12)와 연결되고, 역류방지밸브(14)가 구성되어, 축압기(11)의 압력이 펌프(13)를 통해 저장용기(12)로 방출되는 것이 방지된다.
컴퓨터를 이용한 전자제어장치(15)는 입력측에서 토크센서(16)와 연결되고, 운전자에 의해 운전대(1)에 가해지는 적용하중이 상기 토크센서에 의해 감지되고, 랙 및 피니언식 조향장치에서 상기 토크센서(16)가 운전대(1) 및 피니언(2)사이에 배열된다.
또한 전자제어장치(15)는 입력측에서 예를 들어, 차량의 운동속도를 감지하는 센서(17)와 같은 여러 가지 센서들과 연결될 수 있다.
또한 상기 전자제어장치(15)는 입력측에서 축압기(11)의 압력을 감지하는 압력센서(18)와 연결된다.
연결라인(5,6)또는 상기 유압서보모터(4)의 양쪽측부에서 목표압력치를 제어하기 위하여, 상기 전자제어장치(15)는 출력측에서 감압밸브(7,8)들의 제어부재(7',8')들과 연결된다.
예를 들어, 도면에 도시되지 않은 전기모터와 같은 구동장치가 펌프(13)에 구성되고 상기 구동장치가 전자제어장치(15)의 출력측과 연결된다.
도 1의 배열이 하기 설명에 따라 작동한다.
유압서보모터(4)는 모든 경우에 부스팅하중을 발생시키고, 각각의 조종기능을 용이하게 하며, 상기 부스팅하중은 운전대(1)에 가해지는 운전자의 적용하중에 의존하고, 적용하중의 증가에 따라 증가하며 적용하중의 감소에 따라 감소하고, 부스팅하중의 크기가 매개변수 특히 센서(17)에 의해 감지되는 운동속도의 함수로서 적합하게 제어된다.
예를 들어, 도1에서 랙(3)이 우측으로 이동하는 변위에 해당하는 회전방향으로 운전자가 운전대(1)를 작동시키고, 동시에 토크센서(16)에 의해 전자제어장치(15)에 " 전송"되는 초과값에 운전자의 적용하중이 도달하면, 감압밸브(7)의 목표압력이 상기 전자제어장치(15)에 의해 상대적으로 높은 값으로 설정되는 반면에, 감압밸브(8)의 목표압력은 낮은 값으로 설정되거나 정상적으로 설정된 낮은 값으로 유지된다.
그 결과 연결라인(6) 또는 도 1에서 상기 유압서보모터(4)의 우측부에서 감압밸브(7)의 목표압력이 실제압력을 초과하고, 연결라인(6) 또는 상기 유압서보모터(4)의 좌측부에서 감압밸브(8)의 목표압력은 실제압력보다 작아진다.
그 결과 상기 감압밸브(7)에 의해 유압서보모터(4)의 좌측부가 축압기(11)와 연결되고, 임계고압력이하로 압력이 강하되는 신호를 압력센서(18)가 발생시킬 때, 전자제어장치(15)에 의해 작동되는 펌프(13)를 이용하여 상기 축압기(11)가 규칙적으로 축압된다.
반면에 유압서보모터(4)의 우측부가 저장용기(12)에 연결된다. 그 결과 유압서보모터(4)내부에 압력차가 형성되어, 도 1의 랙(13)은 우측으로 가압된다.
감압밸브(7,8)들에서 목표압력 및 실제압력사이의 편차가 제거될 때, 상기 감압밸브(7) 또는 감압밸브(8)는 밀폐위치에 있고, 상기 밀폐위치에서 유압서보모터(4)의 또는 연결라인(5,6)들의 연결측부는 축압기(11) 및 저장용기(12)에 대해 연결이 차단된다.
상기 랙(3)이 운동하거나 유압서보모터(4)가 작동할 때, 설정된 목표압력값이 불편할 때까지, 감압밸브(7,8)에 관한 목표압력 및 실제압력사이의 편차가 변동한다. 따라서 목표압력 및 실제압력의 편차를 감소시키도록 상기 감압밸브(7,8)들이 조정된다.
감압밸브(7,8)들의 목표압력이 상기 전자제어장치(15)에 의해 미리 결정되기 때문에, 상기 유압서보모터(4)에 의해 발생되는 부스팅하중의 크기 및 방향이 미리 결정되고, 다음에 상기 부스팅하중을 형성하거나 유지하기 위해 필요한 제어행정이 상기 감압밸브(7,8)들에 의해 자동으로 수행된다.
상기 전자제어장치(15)가 고장난 경우에도 차량의 조종성능이 보장되도록, 상기 감압밸브(7,8)의 제어부재(7',8')에 대한 제어전류가 제공되지 않을 때, 상기 감압밸브(7,8)들이 최소목표압력값에 대한 작동상태를 형성하여, 상기 유압서보모터(4)의 양쪽측부들이 상기 저장용기(12)와 계속해서 연결상태를 유지한다.
상기 전자제어장치(15)가 고장난 경우에, 상기 제어부재(7',8')가 자동으로 전류공급이 없는 상태로 전환되면, 서보기능없이도, 차량은 계속적으로 조종될 수 있다.
본 발명의 시스템이 작동방해장치로서 작동할 수 있다. 차량이 운동을 개시하기 전에, 도면에 도시되지 않은 안전유니트로부터 "허용된 운전자"의 신호가 상기 전자제어장치(15)에 입력되지 못하면, 두 개의 감압밸브(7,8)들에서 목표압력들이 동시에 상당히 높은 최대압력으로 설정된다. 그 결과 감압밸브(7,8)들에 의해 상기 유압서보모터(4)의 양쪽측부들이 축압기(11)에 일정하게 연결되고, 유압서보모터(4)의 양쪽 측부들사이에서 유압매체의 유동이 역류방지밸브(9,10)들에 의해 방해되고, 결과적으로 상기 유압서보모터(4)의 작동이 방해된다. 따라서 차량은 조향할 수 없게 된다.
도 2를 참고할 때, 감압밸브(7,8)의 기능이 더욱 구체적이고 도시되고, 단지 감압밸브(7,8)만 도시된다. 기능상 상기 감압밸브(7,8)는 3포트3위치밸브로서, 연결라인(5)이 저장용기(12)와 연결되는 위치 또는 축압기(11) 및 저장용기(12)에 대해 연결라인(5)과 연결이 차단되는 위치 또는 연결라인(5)이 축압기(11)와 연결되는 위치로 상기 감압밸브(7)의 위치가 변환된다.
연결라인(5)을 저장용기(12)에 연결시키는 밸브위치를 향하는 스프링(19)의 하중 및 연결라인(5)내부의 유압에 의해, 슬라이드(slide)로 도시된 밸브몸체가 가압된다.
연결라인(5)을 축압기(11)에 연결시키는 위치로 상기 밸브몸체가 또 다른 스프링(20)에 의해 가압되고, 상기 스프링(20)의 장력은 제어부재(7')에 의해 가변제어된다. 그 결과 각각의 밸브위치가 한편으로 연결라인(5)내부의 유압 및 다른 한편으로 상기 스프링(20)의 장력에 의해 결정된다. 상기 스프링(20)의 장력에 대하여 연결라인(5)내부의 압력이 충분히 상승할 때, 밸브몸체는 도 2의 위치로 설정된다. 연결라인(5)내부의 유압력, 스프링(19)의 장력 및 스프링(20)의 장력이 동일하면, 상기 밸브의 위치는 중간의 연결차단위치에 해당한다. 대조적으로 스프링(20)의 장력이 우세하면, 상기 감압밸브(7)는 연결라인(5)을 축압기(11)로 연결시키는 위치를 형성한다.
상기 제어부재(7')는 자기잠금작용이 없는 조정마그네트로서 구성되어, 제어부재(7')에 대한 전류공급이 차단될 때, 스프링(20)이 이완되고, 그 결과 연결라인(5)내부의 유압과 독립적으로 스프링(19)은 밸브몸체를 도 2의 위치로 설정한다.
도 3을 참고할 때, 각각의 경우 운전자가 운전대(1)에 가하는 허용하중(M)에 대하여 상기 유압서보모터(4)의 측면의 압력(P)이 도시된다.이 경우, 곡선(K0)는 차량정지 (운동속도가 0 km/h)를 가져오는 비율을 도시하고, 곡선(K60, K100)은 각각 운동속도를 위한 비율을 도시한다.한 방향에서 허용하중(M)이 운전대(1)에 허용되어 유압서보모터(4)의 측부에서 압력(P)이 (예를 들어, 우측부에서 ) 곡선(K0)내지 곡선(K100)까지 변화한다. 한편 유압서보모터(4)의 다른 측면의 압력은 무시할 정도로 작다.상기 허용하중이 반대방향으로 작용하는 경우에, 유압서보모터(4)의 다른 측부( 예를 들어, 좌측부)의 압력은 상기 곡선에 따라 제어되고, 제 1 측부의 압력은 무시할 수 있을 정도로 작다.곡선(K0.K60, K100)은 각각의 경우, 제어부재(7',8')에서 제어전류를 나타낸다. 허용하중(M)이 상당히 작을 때, 제어전류가 공급되지 못한다.허용하중(M)이 한 방향 또는 다른 방향에서 임계값을 초과할 때, 허용하중(M)의 크기를 증가시키고 각각의 감압밸브(7,8)에서 목표압력값을 증가시키기 위하여, 각각의 경우, 제어부재(7',8')의 제어전류가 급격히 증가된다.또한 허용하중(M)의 크기가 훨씬 더 증가할 때, 곡선(K0,K60, K100)과 유사한 전류제어가 수행된다.상기 유압서보모터(4)가 피스톤 및 실린더의 조립체로서 구성된 도면의 상기 실시예와 대조적으로 회전식 유압모터가 제공될 수 있다. 랙 및 피니언구조의 조종장치에 있어서, 회전식 유압모터가 피니언(2)의 축에 배열되거나 콤팩트한 랙 및 피니언 기구의 일부분을 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 운전대(1),
    조종을 위해 상기 운전대와 완전하게 연결되고 조종가능한 차량휠들,
    조종가능한 상기 차량휠들 및 운전대와 완전하게 연결되는 복도식 유압서보모터(4),
    유압을 발생시키는 유압발생장치,
    상대적으로 유압이 없는 저장용기(12),
    상기 유압서보모터(4)의 양쪽 측부들에 연결될 수 있고, 두 개의 평행한 3위치식 감압밸브(7,8)들의 배열이 구성되고, 상기 감압밸브(7,8)들이 연결라인(5,6)에 연결되며,
    조종가능한 차량휠들 및 운전대(1)사이에서 전달되는 토크 또는 하중을 감지하기 위한 토크센서(16),
    운전대(1)에서 감지될 수 있는 운전자의 적용하중을 감소시키기 위하여, 상기 유압서보모터(4)가 부스팅하중을 발생시키도록, 조종가능한 차량들 및 운전대(1)사이에 전달되는 토크 또는 하중이 함수로서 상기 감압밸브(7,8)를 제어하고, 입력측에서 상기 토크센서(16)와 연결되는 전자제어장치(15)가 구성되는 유압파워스티어링시스템에 있어서,
    상기 유압발생장치가 축압기(11)를 가지고,
    상기 감압밸브(7,8)가 제어가능한 목표압력값을 가지며,
    상기 감압밸브(7,8)들의 목표압력값을 제어하여 상기 감압밸브(7,8)가 제어되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감압밸브(7,8)가 비례제어밸브인 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 축압기(11)로 역류의 발생을 방지하는 역류방지밸브(9,10)가 감압밸브(7,8) 및 축압기(11)사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 작동방해장치로서 유압서보모터(4)의 유압작동을 방해하는 상태가 상기 전자제어장치(15)에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 매개변수의 함수로서 변환되는 목표압력값이 상기 전자제어장치(15)에 의해 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 전자제어장치(15)에 의해 제어되는 스프링(20)의 하중에 의해 감압밸브(7,8)들이 연결라인(5,6)의 압력에 대해 가압되어, 축압기(11)를 연결라인(5,6)에 연결시키는 위치로 상기 감압밸브들이 가압되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 전기공급으로 구동되고 상기 전자제어장치(15)에 의해 작동되는 펌프(13)에 의해 상기 축압기(11)가 연결되는 것을 특징으로 하는 유압파워스티어링시스템.
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