KR100423340B1 - 자동차의 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 작동실린더의 랙바아와 타이로드 사이를 연결하는 내측 볼조인트의 상하방향 위치를 조향에 따른 선회시 조타각에 따라 가변적으로 조절할 수 있도록 하여 조타시 선회특성을 언더스티어링화될 수 있게 함으로써 안정된 선회특성의 확보를 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향휠을 장착하고서 이에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 조향축과, 이 조향축으로부터 전달되는 회전력을 받아 이를 조향차륜으로 전달하는 기어기구를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서, 상기 조향축에 조향시 가해진 조타각의 변화를 감지하는 조타감지부(30)와, 차체의 서브프레임(28)에 대해 조타력을 조향차륜으로 전달하는 작동실린더(10)를 상하방향으로 이동가능하게 지지하는 가동지지부(32) 및, 조타시 상기 조타감지부에서 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부의 작동을 제어하는 제어지령부(34)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 조향장치{steering system for an automotive vehicle}

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조향시 타이로드에 이동력을 부여하는 작동실린더의 위치를 가변시켜 선회시 특성변화를 도모함으로써 안정된 선회특성의 확보를 도모할 수 있도록 하는 자동차의 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 주행중에 차체의 진행방향을 운전자의 임의대로 바꿀 수 있도록 된 조향장치를 구비하고 있는 바, 근래에는 조향시 운전자에 의한 조향휠의 조향조작력을 배가시켜 조향의 신속함과 편의성을 부가시킬 수 있도록 하는 동력조향장치가 개발되었다.

한편, 상기와 같은 동력조향장치는 조향휠에 가해진 회전방향으로의 조향조작력을 조향차륜의 조타를 위한 직선방향으로의 전환시키도록 구성되는 일련의 기계적인 조향기구부와; 엔진으로부터 구동력을 전달받아 이를 매개로 상기조향기구부의 동작시 조력을 부여함으로써 조향조작력의 경감을 도모하는 동력장치부 및; 조향시 상기 조향기구부의 작동에 상응하여 상기 동력장치부의 작동을 차속 등에 따라 적절하게 제어하는 제어장치부로 구성되어 이루어진다.

그리고, 상기 조향기구부는 크게 조향휠을 장착하는 조향축과, 이 조향축으로부터 전달되는 회전력을 직선방향의 이동력으로 전환시키는 작동실린더 및, 이 작동실린더와 조향차륜 사이에 설치되어 조향조작력을 전달하는 타이로드를 구비한다.

여기서, 상기 작동실린더(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향시 조향축(도시안됨)과 연동되는 토션바아(12)와 조향시 상기 동력장치부에서 발생되는 가압된 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(도시안됨)를 포함하는 조향기어박스(14)를 장착하고 있다.

또한, 상기 작동실린더(10)는 내부에 조향기어박스(14)내 구동피니언기어(도시안됨)와 치합되어 조향축의 회전운동에 따라 좌우방향으로 직선운동을 하는 랙바아(도시안됨)를 갖추고 있는 바, 이 랙바아는 상기 구동피니언기어와 치합되는 랙기어를 형성함과 더불어 상기 작동실린더(10)내 폐공간으로 형성된 압력실을 분할하는 작동피스톤(도시안됨)을 일체로 갖추고 있다.

한편, 상기 작동실린더(10)의 랙바아는 내측 볼조인트(16)를 매개로 타이로드(18)와 연결되고, 이 타이로드(18)는 외측 볼조인트(20)를 매개로 현가장치의 너클아암(도시안됨)과 연결된다.

그리고, 상기 작동실린더(10)의 외부에는 차체의 서브프레임상에 작동실린더(10)의 장착을 위한 마운팅브래킷(22)이 구비되어 있다.

도면중 미설명 부호 24는 상기 조향기어박스(14)내 구비된 컨트롤밸브와 상기 작동실린더(10)내에서 작동피스톤을 중심으로 양측으로 분할된 압력실 사이를 각각 연통하는 한 쌍의 유압관로이고, 26은 상기 작동실린더(10)의 외측으로 노출되어 타이로드(18)와 내측 볼조인트(16)를 매개로 연결되는 랙바아를 감싸는 부트씨일이다.

따라서, 상기와 같은 종래의 조향장치에서 상기 작동실린더(10)는 차체의 서브프레임상에 마운팅브래킷(22)을 매개로 고정되는 구조이므로, 상기 작동실린더(10)에 수용되는 랙바아와 상기 타이로드(18) 사이를 연결하는 내측 볼조인트(16)의 위치는 차체의 상하방향(H)과 전후방향(T)이 고정되는 반면에 좌우방향(L)은 조타시 가변적으로 변화되고, 상기 타이로드(18)와 상기 너클아암 사이를 연결하는 외측 볼조인트(20)의 위치는 차체의 상하방향과 전후방향 및 좌우방향이 각각 조타시 노면의 상태에 따라 범프 및 리바운드되는 너클아암의 이동에 따라 가변적으로 변화된다.

그런데, 상기 내측 볼조인트(16)와 외측 볼조인트(20)의 상하방향 위치는 조향에 따른 선회시 선회특성을 결정하게 되는 중요한 요소로 작용하게 되는 데, 그럼에도 불구하고 종래 서브프레임상에 고정되는 작동실린더(10)를 포함하는 조향장치에서는 상기 내측 볼조인트(16)와 외측 볼조인트(20)의 상하방향 위치를 선회시 가변적으로 조절할 수 없으므로 선회특성의 변화를 도모할 수 없게 된다.

즉, 선회시 조향차륜의 휠얼라인먼트를 토우-아웃화될 수 있도록 하여 선회특성을 언더스티어링화될 수 있도록 하는 것이 안정된 선회성 확보에 도움이 될 수 있으나, 종래의 조향장치에서는 이와 같은 선회특성의 튜닝에 있어 작동실린더(10)가 고정된 구조이므로 한계가 있어 왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 작동실린더의 랙바아와 타이로드 사이를 연결하는 내측 볼조인트의 상하방향 위치를 조향에 따른 선회시 조타각에 따라 가변적으로 조절할 수 있도록 하여 조타시 선회특성을 언더스티어링화될 수 있게 함으로써 안정된 선회특성의 확보를 가능하게 하는 자동차의 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠을 장착하고서 이에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 조향축과, 이 조향축으로부터 전달되는 회전력을 받아 이를 조향차륜으로 전달하는 기어기구를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서, 상기 조향축에 조향시 가해진 조타각의 변화를 감지하는 조타감지부와, 차체의 서브프레임에 대해 조타력을 조향차륜으로 전달하는 작동실린더를 상하방향으로 이동가능하게 지지하는 가동지지부 및, 조타시 상기 조타감지부에서 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부의 작동을 제어하는 제어지령부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 형태의 조향장치에서 작동실린더의 설치상태를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 조향장치에서 작동실린더의 설치상태를 도시한 사시도.

도 3과 도 4는 각각 도 2에 도시된 작동실린더의 승/하강 상태를 개략적으로 도시한 도식도.

도 5는 도 2에 도시된 작동실린더에 대한 조향시 승/하강을 위한 제어흐름도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조향장치에서 작동실린더의 설치상태를 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-작동실린더 12-토션바아

14-조향기어박스 16-내측 볼조인트

18-타이로드 20-외측 볼조인트

22-마운팅브래킷 28-서브프레임

30-조타감지부 32-가동지지부

34-제어지령부

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 조향장치에서 작동실린더의 설치상태를 도시한 사시도이고, 도 3과 도 4는 각각 도 2에 도시된 작동실린더의 승/하강 상태를 개략적으로 도시한 도식도이며, 도 5는 도 2에 도시된 작동실린더에 대한 조향시 승/하강을 위한 제어흐름도인 바, 본 발명의 상세한 기술을 위해 종래 조향장치의 구성을 도시한 도 1에서와 동일한 참조부위에는 동일한 참조부호를 병기하기로 한다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 조향시 조향축으로부터 전달되는 회전력을 조향차륜에 대해 직선방향의 이동력으로 전환시켜 주는 작동실린더(10)가 차체의 서브프레임(28)상에 조타각의 변화에 따라 상하방향으로의 위치를 가변화시켜 작동실린더(10)내에 수용된 랙바아와 타이로드(18) 사이를 연결하는 내측 볼조인트(16)의 상하방향 위치를 변화시킬 수 있도록 구성된다.

이를 위해 본 발명의 조향장치는 조타시 조향축에 가해진 조타각의 변화를 감지하는 조타감지부(30)와, 차체의 서브프레임(28)에 대해 상기 작동실린더(10)를 상하방향으로 이동가능하게 지지하는 가동지지부(32) 및, 조타시 상기 조타감지부에서 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부의 작동을 제어하는 제어지령부(34)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 조타감지부(30)는 조향기어박스(14)측에 배설되어 조향시 조향휠의 회전에 따라 연동되어 회동되는 토션바아(12)의 회전량을 검출하는 선회각 검출센서로 구현할 수 있다.

그리고, 상기 가동지지부(32)는 작동실린더(10)의 외측에 일체로 결합된 마운팅브래킷(22)과 결합되어 작동실린더(10)를 지지하는 고정브래킷(32a)과, 이 고정브래킷(32a)을 상하방향으로 이동가능하게 결합지지하는 액츄에이터(32b)를 포함하여 이루어지는 바, 이 액츄에이터(32b)는 상기 서브프레임(28)상에 견고하게 고정되는 것이며, 예컨대 스텝모터와 같은 것으로 구성할 수 있다.

또한, 상기 제어지령부(34)는 조향시 조타감지부(30)로부터 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부(32)의 액츄에이터(32b)에 제어신호를 출력하여 상기 작동실린더(10)를 지지하고 있는 고정브래킷(32a)의 상하방향 위치를 가변적으로 조절할 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 제어지령부(34)는 조향시 조향차륜의 휠얼라인먼트를 최적의 토우-아웃상태로 전환될 수 있도록 하기 위해, 조타각의 변화에 따라 조향차륜의 거동자세를 시험적으로 검증한 다음 휠얼라인먼트가 토우-아웃상태로의 전환에 따른 선회특성을 언더스티어링화될 수 있도록 하는 조타각 대비 작동실린더(10)의 상하방향 승강정도를 데이터화한 정보를 입력하고 있다.

도면중 미설명부호 12는 조향시 조향휠과 연동되는 토션바아이고, 14는 조향시 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(도시안됨)를 포함하는 조향기어박스(14)이며, 20은 상기 타이로드(18)와 현가장치의 너클아암(도시안됨) 사이를 연결하는 외측 볼조인트이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 조향장치는 조향시 상기 제어지령부(34)가 조타감지부(30)를 통해 조타각의 변화를 검출한 다음 상기 가동지지부(32)의 작동을 제어하여 상기 작동실린더(10)의 상하방향 위치를 가변화시키게 되는 바, 즉 상기 제어지령부(34)는 가동지지부(32)의 액츄에이터(32b)를 구동시킴으로써 상기 작동실린더(10)의 내측 볼조인트(16)와 외측 볼조인트(20)에 대한 상하방향 위치를 도 3 내지 도 4에 각각 개략적으로 도시된 바와 같이 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기와 같은 조향장치에 있어 조타각의 변화에 따른 작동실린더(10)의 상하방향 위치를 가변화시켜 내측 볼조인트(16)와 외측 볼조인트(20)에 대한 상하방향 위치를 조절하는 제어흐름은 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 조향시 조향휠의 회동정도에 따른 조향각이 상기 조타감지부(30)에 의해 검출되고(S10), 검출된 조향각에 따라 조향휠의 중립여부가 판단되며(S12), 이 경우에 있어 조향이 중립이라고 판단된 경우에는 상기 가동지지부(32)의 액츄에이터(32b)를 초기위치로 하는 반면에(S14), 상기의 과정에서 조향휠이 중립이 아닌 경우에는 가동지지부(32)의 액츄에이터(32b)를 구동시켜 조타각의 변화에 따른 조향차륜의 거동자세를 최적화하는 튜닝시 상하방향 좌표값(H)이 입력된 최적의 상태와 일치하는 과정 동안에 걸쳐 상기 액츄에이터(32b)에 대한 피드백 제어를 실시하여 액츄에이터(32b)의 구동을 정지시키는 과정이 순차적으로 수행된다.(S16,S18,S20)

이상과 같이 본 발명에서 조향시 상기 작동실린더(10)의 승/하강위치를 조타각의 변화에 따라 가변적으로 조절하게 되면, 상기 작동실린더(10)의 랙바아와 내측 볼조인트(16)를 매개로 연결된 타이로드(18)의 위치도 종속적으로 변화하게 되고, 이 결과 상기 타이로드(18)와 현가장치의 너클아암 사이를 연결하는 외측 볼조인트(20)의 상하방향 위치도 종속적으로 변화될 수 있어, 조향시 조타각의 변화에 따라 작동실린더(10)의 상하방향 위치만을 변화시켜도 조향차륜의 휠얼라인먼트에 관여하는 상기 내측 볼조인트(16)와 외측 볼조인트(20)의 상하방향 위치가 연동적으로 가변화될 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 조향장치에 있어 다른 실시예로서 상기 가동지지부(32)는 도 6에 도시된 바와 같이, 작동실린더(10)의 외측에 일체로 결합된 마운팅브래킷(22)과 결합되어 작동실린더(10)를 지지하는 고정브래킷(32a)과, 이 고정브래킷(32a)을 상하방향으로 이동가능하게 결합지지하는 액츄에이터(32b)를 포함하여 이루어짐과 더불어, 상기 고정브래킷(32a)은 이의 전면으로부터 돌출되게 결합된 가동브래킷(32c)과, 이 가동브래킷(32c)의 상하방향 이동시 이를 안내함과 더불어 지지하도록 상기 서브프레임(28)상에 수직하게 결합된 안내브래킷(32d)을 부가하여 이루어진다.

여기서, 상기 가동브래킷(32c)과 안내브래킷(32d)은 각각 고정브래킷(32a)상에 돌출되도록 결합된 것이며 가동브래킷(32c)을 수용가능하게 형성된 것이라면 어떠한 형상으로 구현하여도 무방하다.

이에 따라, 상기 서브프레임(28)상에 수직한 방향으로 설치된 안내브래킷(32d)은 상기 가동지지부(32)의 작동에 따른 작동실린더(10)의 상하방향으로의 승/강시 가동브래킷(32c)을 견고하게 안내지지함으로써, 상기 작동실린더(10)의 가변위치를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 가동지지부(32)의 구성외에 다른 구성 및 작동상태는 본 발명에 따른 제 1실시예에서와 같이 동일하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 조향장치에 의하면, 조향장치에 있어 작동실린더의 랙바아와 타이로드 사이를 연결하는 내측 볼조인트와 외측 볼조인트의 상하방향 위치를 조향시 조타각의 변화에 따라 가변적으로 조절할 수 있으므로, 조향차륜에 대한 선회특성을 최적화된 언더스티어링화 할 수 있어 안정된 선회특성의 확보를 도모할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 조향휠을 장착하고서 이에 가해진 조향조작력에 의해 회전하는 조향축과, 이 조향축으로부터 전달되는 회전력을 받아 이를 조향차륜으로 전달하는 기어기구를 포함하는 자동차의 조향장치에 있어서,

   상기 조향축에 조향시 가해진 조타각의 변화를 감지하는 조타감지부(30)와;

   조향시 조타력을 조향차륜으로 전달하는 작동실린더(10)를 차체의 서브프레임(28)에 대해 상하방향으로 이동가능하게 지지하는 가동지지부(32) 및;

   조타시 상기 조타감지부에서 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부의 작동을 제어하는 제어지령부(34)를 갖추며;

   상기 가동지지부(32)는 상기 작동실린더(10)와 결합되어 이를 지지하는 고정브래킷(32a)과, 이 고정브래킷(32a)을 상하방향으로 이동가능하게 결합지지하는 액츄에이터(32b), 상기 고정브래킷(32a)의 전면으로 돌출되게 결합된 가동브래킷(32c) 및, 상기 서브프레임(28)상에 수직하게 설치되어 상기 가동브래킷(32c)의 상하방향 이동시 이를 안내 및 지지하는 안내브래킷(32d)으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조타감지부(30)는 조향기어박스(14)측에 배설되어 조향시 조향휠의 회전에 따라 연동되어 회동되는 토션바아(12)의 회전량을 검출하는 선회각 검출센서인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 액츄에이터(32b)는 상기 서브프레임(28)상에 고정되는 스텝모터인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어지령부(34)는 조향시 조타감지부(30)로부터 감지된 조타각의 변화에 따라 상기 가동지지부(32)의 액츄에이터(32b)에 제어신호를 출력하여 상기 작동실린더(10)를 지지하고 있는 고정브래킷(32a)의 상하방향 위치를 가변적으로 조절하되, 조타시 조향차륜의 휠얼라인먼트를 최적화하기 위해 조타각의 변화에 따른 최적의 상하방향 승강정도를 데이터화하여 입력하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치.