KR100388386B1 - 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치 - Google Patents

Abstract

밸브의 특성을 차량의 주행속도에 따라 가변함에 있어서 여러 가지 형태의 선형 및/또는 비선형적인 특성으로 가변될 수 있도록 한다.

여자코일, 영구자석 링 및 한 쌍의 회전 강성체로 이루어지고, 한 쌍의 회전 강성체에는 상호간에 1 : 1로 마주 바라보는 복수의 치가 구비된 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치에서, 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 복수의 치의 상호간에 마주 바라보는 면의 크기를 상이하게 하여 조향 핸들의 회전에 따른 토크의 특성이 선형 및/또는 비선형적인 특성으로 가변되게 하고, 회전 강성체의 사다리형 치는, 특정한 하나 이상 복수 위치의 소정 개수의 길이를 길게 형성하여 좌우 양측으로 돌출되는 돌출부를 가지거나, 특정 위치의 소정 개수의 길이를 각기 반대 방향으로 길게 형성하여 좌측 및 우측으로 각기 돌출되는 돌출부를 가지거나, 특정 위치의 소정 개수의 치들은 길이를 짧게 형성하여 좌우 양측으로 홈이 형성되게 하거나 경사지게 배열하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치{Repelling power apparatus of a power steering system for a vehicle}

본 발명은 차량의 주행 속도에 따라 조향 핸들의 조작력에 차이가 발생하도록 조향력을 증감시키는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치에 관한 것이다.

일반적으로 유압 작동기를 조향 보조력의 발생원으로 사용하는 유압식 파워 스티어링 시스템은 조향 차륜이 연결된 출력축 및 조향 핸들이 입력축용 토션 바를통해 동축상에 연결되어 있다. 그러므로 조향 핸들에 조향 토크가 인가될 경우에 이에 수반된 토션 바의 비틀림에 따라서 입력축과 출력축 간에 상대각 변위가 발생하게 된다. 발생한 상대각 변위에 따라 입력축 및 밸브 바디 간에 형성된 로터리 밸브에 의해 조향 토크의 방향에 해당되는 작동실로 유압을 공급하여 조향 보조력을 얻게 된다.

여기서, 조향 핸들에 가해지는 조향 토크와 유압 작동기가 발생하는 조향 보조력의 관계는 도 1에 도시된 바와 같이 토션 바의 비틀림 특성만으로 결정되므로 변위량이 증가함에 따라 토크 양도 증가하게 된다. 그러므로 조향 토크에 대한 유압의 변화는, 도 2에 도시된 바와 같이 정지 및 저속 주행일 경우에 큰 유압의 지원이 요구되므로 'a' 구간의 특성이 이용되고, 중속 및 고속 주행일 경우에는 작은 유압으로도 조타가 가능한 조건이 되므로 작은 유압으로도 지원이 가능한 'b' 구간의 특성이 이용되고 있다.

그러나 토크의 변화에 따른 유압의 변화를 정지 또는 저속 주행상태를 기준으로 하여 조향 핸들의 토크 값을 가볍게 설정하면, 고속으로 주행할 경우에 매우 작은 토크로도 조타가 되므로 차량의 직진 안정성의 악화를 초래하게 되고, 반대로 중속 또는 고속 주행상태를 기준으로 하여 조향 핸들의 토크 값을 무겁게 설정하면, 정지 및 저속으로 주행할 경우에 충분한 조향 보조력을 얻을 수 없게 된다.

그러므로 차량에는 차량의 주행 속도에 따라 토션 바의 비틀림 변위에 대한 토크 및 토크에 대한 유압의 변화 그래프의 기울기를 변경시켜 정지 및 저속으로 주행할 경우에는 작은 조향 핸들의 토크로도 조향 보조력이 강해지도록 하고, 중속및 고속으로 주행할 경우에는 조타 반력이 커지도록 하는 반력장치를 구비하고 있다.

상기 반력장치로서는 전자력을 이용한 반력장치가 널리 사용되고 있다. 전자력을 이용한 반력장치로는 미국특허 제5,119,898호가 알려져 있다. 상기 미국특허 제5,119,898호는 도 3에 도시된 바와 같이 캡슐형 여자코일(130), 원통형 영구자석 링(104) 및 한 쌍의 내,외측 원통형 회전 강성체(106, 108)로 이루어진다. 상기 원통형 영구자석 링(104)은 밸브 바디와의 회전을 위한 슬리브 베어링의 외향단에 설치된 로터의 허브에 고정된다. 그리고 상기 내,외측 원통형 회전 강성체(106, 108)는 스풀 축과 함께 회전될 수 있도록 스풀 축의 내측에 고정되어 있다.

여기서, 상기 원통형 영구자석 링(104)은 반경 방향으로 자화된 자극이 교번되도록 축방향으로 연장되어 배치된다.

도 4는 상기 도 3에 도시된 반력장치에서 회전 자기회로의 자속의 흐름을 보인 도면으로서 도 4a는 자로의 중심 정렬이 이루어진 상태를 보인 것이고, 도 4b는 원통형 영구자석 링(104)의 이동으로 자로 중심 정렬이 왜곡된 상태를 보인 도면이다.

조향 핸들의 조향 조작력이 가해지지 않은 상태에서는 캡슐형 여자코일(130)에 의해 발생된 자로는 도 4a와 같이 중심 정렬이 이루어지게 된다. 그러나 조향 핸들에 조향 조작력이 가해지면, 밸브 바디의 회전상태에 따라 원통형 영구자석 링(104)이 회전하게 되어 도 4b에 도시된 바와 같이 자로의 중심 정렬이 왜곡된다.

이와 같이 왜곡된 자로는 중심정렬 복원력에 의하여 원통형 영구자석링(104)이 원래의 위치로 돌아오려고 하고, 이 힘은 조향 보조력에 대한 반력으로 작용하게 되는 것으로서 캡슐형 여자코일(130)에 의하여 발생된 중심정렬 복원력의 세기를 조절함으로써 차속에 따른 조향 보조력을 조절할 수 있게 된다.

이러한 종래의 기술은 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 한 쌍의 내,외측 원통형 회전 강성체(106, 108)에 형성된 각각의 내,외치(120, 122)가 사각 형상으로 돌출되어 상호간에 마주보고 있으므로 자력에 의한 작용력(effort) 변화에 있어서 도 6에 도시된 바와 같이 토션 바의 기본특성 대비 직선적인 증가만 가능하다. 그러므로 도 7에 도시된 바와 같이 밸브의 특성에, 조향 핸들을 회전시켜 토크가 발생됨에 따라 밸브의 압력에 변화가 발생되는 불감대가 없는 경우에는 압력 대 토크의 가변특성을 얻을 수 있다.

그러나 도 8에 도시된 바와 같이 밸브의 특성에, 조향 핸들을 회전시켜 토크가 발생되어도 밸브의 압력에 변화가 없는 불감대가 있을 경우에 도 9에 도시된 바와 같이 조향 핸들의 회전각에 따라 변화되는 토션 바의 변위에 따른 토크의 선형적인 증가분 만큼 밸브 특성의 불감대가 증대하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 밸브의 특성을 차량의 주행속도에 따라 가변함에 있어서 여러 가지 형태의 선형 및/또는 비선형적인 특성으로 가변될 수 있도록 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 조향 토크에 대한 토션 바의 비틀림 특성을 보인 도면이고,

도 2는 조향 토크에 대한 유압의 변화를 보인 도면이며,

도 3은 종래의 반력장치의 일 예의 구성을 보인 일부절결 사시도이며,

도 4a 및 도 4b는 종래의 반력장치에서 회전 자기회로의 자속의 흐름을 보인 도면이며,

도 5a 및 도 5b는 종래의 반력장치에서 한쌍의 회전 강성체에 형성된 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이며,

도 6은 종래의 반력장치에서 자력에 의한 작용력의 변화에서 토션 바의 특성을 보인 도면이며,

도 7은 종래 기술의 밸브의 특성에 불감대가 없는 경우를 보인 그래프이며,

도 8은 종래 기술의 밸브의 특성에 불감대가 있는 경우를 보인 그래프이며,

도 9는 종래 기술의 회전각도에 대한 토크의 변화를 보인 도면이며,

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 반력장치에서 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 일 실시 예의 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이며,

도 11은 본 발명에 따른 조향 핸들의 회전각도에 대한 토크의 변화를 보인도면이며,

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 반력장치에서 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 다른 실시 예의 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이며,

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 반력장치에서 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 또 다른 실시 예의 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이며,

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 반력장치에서 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 또 다른 실시 예의 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이며,

도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 반력장치에서 회전 강성체에 형성된 치들의 또 다른 실시 예를 보인 정면 전개도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 내측 원통형 회전 강성체 210 : 외측 원통형 회전 강성체202 : 내치 212 : 외치202a, 212a : 테이퍼 300 : 돌출부

302 : 홈

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치에 따르면, 여자코일, 영구자석 링 및 한 쌍의 회전 강성체로 이루어지고, 상기 한 쌍의 회전 강성체에는 상호간에 1 : 1로 마주 바라보는 복수의 치가 구비된 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치에서, 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 복수의 치의 상호간에 마주 바라보는 면의 크기를 상이하게 하여 조향 핸들의 회전에 따른 토크의 특성이 선형 및/또는 비선형적인 특성으로 가변되게 한다.

한 쌍의 회전 강성체에 형성된 복수의 치의 상호간에 마주 바라보는 면의 크기를 상이하게 하기 위하여 본 발명에서는 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 복수의 치를 사다리형으로 형성하고, 그 사다리형 치들 중에서 어느 하나의 회전 강성체에 형성된 사다리형 치의 좌우 양측에 테이퍼를 형성한다.

또한 본 발명에서는 사다리형 치의 경사 각도를 상이하게 하여 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 복수의 치의 상호간에 마주 바라보는 면의 크기가 상이하게 되도록 한다.

그리고 상기 회전 강성체의 치는, 특정한 하나 이상 복수 위치의 소정 개수의 길이를 길게 형성하여 좌우 양측으로 돌출되는 돌출부를 가지거나, 특정 위치의 소정 개수의 길이를 각기 반대 방향으로 길게 형성하여 좌측 및 우측으로 각기 돌출되는 돌출부를 가지거나, 특정 위치의 소정 개수의 치들은 길이를 짧게 형성하여 좌우 양측으로 홈이 형성되게 하거나 경사지게 배열하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도 10 내지 도 15의 도면을 참조하여 본 발명의 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치를 상세히 설명하겠으며, 여기서 종래와 동일한 부위에는 동일 부호를 부여한다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 반력장치에서 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 치를 보인 평면도 및 평면 전개도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명은 한 쌍의 내,외측 원통형 회전 강성체(200, 210)에 상호간에 마주 바라보도록 사다리형 내,외치(202)(212)를 각기 형성하고, 사다리형 내,외치(202)의 좌우 양측에는 테이퍼(202a)를 형성하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 반력장치는 도 11에 도시된 바와 같이 조향핸들을 회전시킬 경우에 토크가 가변되는 것으로서 밸브의 특성에 불감대가 있을 경우에도 최소화된 기울기만큼 토크가 증대하게 된다.

여기서, 본 발명은 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 상기와는 반대로 내측 원통형 회전 강성체(200)의 사다리형 내치(202)의 좌우 양측에는 테이퍼(202a)를 형성하지 않고, 외측 원통형 회전 강성체(210)의 사다리형 외치(212)의 좌우 양측에는 테이퍼(212a)를 형성할 수도 있다.

또한 본 발명은 내,외측 원통형 회전 강성체(200, 210)에 상호간에 마주 바라보도록 사다리형 내,외치(202)(212)에 모두 테이퍼(202a, 212a)를 형성하지 않고, 도 13a 및 도 13b와 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 사다리형 내,외치(202)(212)의 상호간에 마주 바라보는 면의 크기를 상이하게 구성할 수도 있다.

도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 반력장치에서 내,외측 원통형 회전 강성체(200, 210)에 형성된 사다리형 내,외치(202, 212)들의 또 다른 실시 예를 보인 정면 전개도이다.

도 15a는 상기한 사다리형 내,외치(202, 212)들 중에서 특정 위치의 소정 개수의 사다리형 내,외치(202, 212)들은 길이를 길게 형성하여 좌우 양측으로 돌출되는 돌출부(300)를 가지게 한 것이고, 도 15b는 상기한 내,외치(202, 212)들 중에서 특정한 2군데 위치의 소정 개수의 내,외치(202, 212)들은 길이를 길게 형성하여 좌우 양측으로 돌출되는 돌출부(300)를 가지게 한 것이며, 도 13c는 상기한 내,외치(202, 212)들 중에서 특정한 2군데 위치의 소정 개수의 내,외치(202, 212)들은 길이를 각기 반대 방향으로 길게 형성하여 좌측 및 우측으로 각기 돌출되는 돌출부(300)를 가지게 한 것이며, 도 13d는 상기한 내,외치(202, 212)들 중에서 특정 위치의 소정 개수의 내,외치(202, 212)들은 길이를 짧게 형성하여 좌우 양측으로 홈(302)이 형성되게 한 것이며, 도 15e는 상기한 내,외치(202, 212)을 경사지게 배열한 것으로서 상기한 바와 같이 조향핸들을 회전시킬 경우에 토크가 가변되어 밸브의 특성에 불감대가 있을 경우에도 최소화된 기울기만큼 토크가 증대하게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 조향 핸들의 회전에 따른 토크의 특성이 선형 및/또는 비선형적인 특성으로 가변될 수 있도록 함으로써 밸브의 특성에 불감대가 있어도 최소화된 기울기만큼 증대되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 여자코일, 영구자석 링 및 한 쌍의 회전 강성체로 이루어지고, 상기 한 쌍의 회전 강성체에는 상호간에 1 : 1로 마주 바라보는 복수의 치가 구비된 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 회전 강성체에 형성된 치를 사다리형으로 형성함과 아울러 상호간에 마주 바라보는 면의 크기를 상호간에 상이하게 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   내측에 위치하는 회전 강성체의 사다리형 치의 좌우 양측에 테이퍼를 형성하여 상호간에 마주 바라보는 면의 크기가 상이하게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   외측에 위치하는 회전 강성체의 사다리형 치의 좌우 양측에 테이퍼를 형성하여 상호간에 마주 바라보는 면의 크기가 상이하게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   내측에 위치하는 회전 강성체의 사다리형 치의 경사 각도를 상이하게 하여 상호간에 마주 바라보는 면의 크기가 상이하게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 사다리형 치는;

   특정한 하나 이상 복수 위치의 소정 개수의 길이를 길게 형성하여 좌우 양측으로 돌출되는 돌출부를 가지는 것을 포함함을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 사다리형 치는;

   특정 위치의 소정 개수의 길이를 각기 반대 방향으로 길게 형성하여 좌측 및 우측으로 각기 돌출되는 돌출부를 가지는 것을 포함함을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 사다리형 치는;

   특정 위치의 소정 개수의 치들은 길이를 짧게 형성하여 좌우 양측으로 홈이 형성되게 하는 것을 포함함을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.
8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 사다리형 치는;

   경사지게 배열하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치.