KR100440288B1 - 자동차의 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 동력조향장치에 관한 것으로, 조향시 차속에 따라 노면과 타이어 사이의 접지력의 차이에 따른 작동실린더의 마운팅부위에서 변화되는 변형량을 매개로 하여 조타력에 변화를 줄 수 있도록 함으로써, 간단한 기구적인 구성만으로도 차속에 따라 조타력의 정도를 가변적으로 변화시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향휠로부터 토션바(11)를 통해 컨트롤밸브(13)로 입력되는 조타력에 의해 오일펌프(21)로부터 가압된 작동유를 작동실린더(17)내의 각 압력실로 공급하여 조타력을 경감시키도록 하는 컨트롤밸브(13)를 구비한 자동차의 동력조향장치에 있어서, 상기 작동실린더(17)에는 압력실 사이를 연통하는 교통관로(29)가 설치되고, 이 교통관로(29)의 유동면적은 조향시 노면과 타이어 사이 접지력의 차이에 따라 이동하는 이동밸브체(33)에 의해 조절되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 동력조향장치{power steering system for an automotive vehicle}

본 발명은 자동차의 동력조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차속에따라 노면과 타이어 사이에 작용하는 하중에 차이에 따라 가변적으로 변화되는 작동실린더측 마운팅부위의 변형량을 매개로 차속에 따라 조타력에 변화를 줄 수 있도록 하는 자동차의 동력조향장치에 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, 이와 같은 동력조향장치는 엔진으로부터 구동력을 받아 동력원이 되는 유압을 발생시키는 오일펌프와, 이 오일펌프에 가압된 작동유의 압력과 유량을 제어하는 압력조절밸브 및 유량제어밸브를 포함하는 밸브유닛 등으로 구성된 동력발생부와; 상기 동력발생부의 오일펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 조향력을 발생시키기 위해 동력실린더를 사용하는 작동부 및; 상기 작동부에 이르는 유로를 제어하여 유로를 핸들의 조작에 상응해서 전환시켜 동력실린더의 작동방향과 작동상태를 제어하는 제어부 등으로 구성되어 이루어진다.

즉, 종래의 동력조향장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 운전자의 조향조작을 위한 조향휠(1)이 상측 단부에 장착된 조향축(2)과, 이 조향축(2)을 외부에서 감싸고서 차체에 고정되는 조향컬럼(3), 상기 조향축(2)의 하부에 장착되어 조향시 작동유의 흐름을 제어하도록 된 컨트롤밸브(4) 및, 상기 조향축(2)의 하측 단부에 마련된 구동피니언기어(도 2에 도시됨)와 치합되어 조향축(2)의 회전운동에 따라 좌우방향으로 직선운동을 하는 작동피스톤(도시안됨)을 갖춘 작동실린더(5), 그리고엔진의 크랭크축과 벨트를 매개로 연결되어 이로부터 동력을 받아 작동되어 조향시 상기 컨트롤밸브(4)로 가압된 작동유를 공급하도록 된 오일펌프(6), 이 오일펌프(6)로 작동유를 공급하도록 일정량의 작동유를 저장하고 있는 오일저장탱크(7)로 구성되어 이루어진다.

그리고, 상기 컨트롤밸브(4)와 오일펌프(6) 및 오일저장탱크(7) 사이에는 각기 작동유의 공급 및 회수를 위한 공급관로(8)와 회수관로(9)가 배설되어 있고, 상기 작동실린더(5)의 양쪽 단부에는 내부의 작동피스톤과 연결된 랙바아(5a)가 외부로 노출되며, 이 랙바아(5a)에는 각기 전륜측 너클아암에 연결되어 조향시 선회방향으로 너클아암을 밀거나 당겨 회동시키도록 하는 타이로드(10)가 연결되어 있다.

또한, 상기 컨트롤밸브(4)에는 작동실린더(5)의 내부에서 작동피스톤을 중심으로 좌/우측으로 형성된 압력실로 각각 연통되는 한 쌍의 유압관로(4a,4b)가 구비되어 있다.

따라서, 조향시 상기 조향휠(1)에 가해진 조타력은 조향축(2)을 통해 컨트롤밸브(4)로 전달되고, 이 컨트롤밸브(4)내에서 상기 오일펌프(6)로부터 가압된 작동유의 유동방향이 절환되어 상기 작동실린더(5)내로 공급됨으로써, 조타력의 경감을 도모하게 된다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 동력조향장치에서는 조향시 운전자의 조타력을 경감시켜 경쾌한 조향을 가능하게는 하였지만, 기계적인 유압기구의 구성자체로만으로는 조타감의 향상에는 한계가 있을 수 밖에 없었다.

이에 상기와 같은 점을 고려하여 조향시 차속에 따라 조타력의 정도를 가변적으로 제어하여 조향시 조타감을 향상시킬 수 있도록 하는 전자제어식 동력조향장치(ECPS;Electronically Controlled Power Steering system)가 개발되었는 바, 이 전자제어식 동력조향장치는 크게 반력식과 유량제어식으로 구분되고 있는 실정인 데, 상기 반력식의 전자제어식 동력조향장치는 조향시 컨트롤밸브측에 인위적인 반력을 가함에 따라 조타감을 해칠 수 있는 우려가 있었다.

또한, 상기 유량제어식의 전자제어식 동력조향장치는 조향시 컨트롤밸브를 통해 작동실린더측으로 공급되는 유량을 제어함에 따라 소음 발생의 우려가 있었다.

그리고, 상기 반력식과 유량제어식의 전자제어식 동력조향장치는 무엇보다도 제조비용이 고가이므로, 고급 차량에 한정되어 탑재될 수 밖에 없는 대중성의 결여가 떨어지는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 조향시 차속에 따라 노면과 타이어 사이의 접지력의 차이에 따른 작동실린더의 마운팅부위에서 변화되는 변형량을 매개로 하여 조타력에 변화를 줄 수 있도록 함으로써, 간단한 기구적인 구성만으로도 차속에 따라 조타력의 정도를 가변적으로 변화시킬 수 있도록 하는 자동차의 동력조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠로부터 토션바를 통해 컨트롤밸브로 입력되는 조타력에 의해 오일펌프로부터 가압된 작동유를 작동실린더내의 각 압력실로 공급하여 조타력을 경감시키도록 하는 컨트롤밸브를 구비한 자동차의 동력조향장치에 있어서, 상기 작동실린더에는 압력실 사이를 연통하는 교통관로가 설치되고, 이 교통관로의 유동면적은 조향시 노면과 타이어 사이 접지력의 차이에 따라 이동하는 이동밸브체에 의해 조절되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 자동차의 동력조향장치를 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 동력조향장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 마운팅부위를 도시한 종단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11-토션바 13-컨트롤밸브

15-구동피니언기어 17-작동실린더

17a-랙바아 17b-랙기어

17c-작동피스톤 29-교통관로

31-마운팅 브라켓트 31a-완충부재

33-이동밸브체 33a-개폐부

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 동력조향장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 마운팅부위를 도시한 종단면도이다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 조향시 조향휠로부터 전달되는 조타력을 조향축을 매개로 전달받도록 조향축의 하단부와 연결된 토션바(11)와, 이 토션바(11)를 내부에 수용함과 더불어 토션바(11)의 회전에 따라 유로의 변화를 도모하는 컨트롤밸브(13), 상기 토션바(11)의 하단에 구비된 구동피니언기어(15)와 치합되는 랙기어(17b)가 일측에 형성된 랙바아(17a)를 갖춘 작동실린더(17), 상기 컨트롤밸브(13)측에 가압된 작동유를 공급관로(19)를 매개로 공급하는 오일펌프(21), 상기 작동실린더(17)로부터 회수되는 작동유를 회수관로(23)를 통해 공급받아 이를 저장하고서 오일펌프(21)측으로 공급하는 오일저장탱크(25)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 작동실린더(17)에는 작동피스톤(17c)을 중심으로 좌/우측으로 독립된 압력실을 형성하고 있으며, 각 압력실은 한 쌍의 유압관로(27)를 매개로 상기 컨트롤밸브(13)와 각각 연통되어 있다.

또한, 상기 작동실린더(17)의 작동피스톤(17c)을 중심으로 좌/우측의 압력실은 이들 사이를 서로 연통시키는 교통관로(29)를 구비하고 있는 바, 이 교통관로(29)상에는 조향시 상기 작동실린더(17)를 차체에 고정시켜 주는 마운팅 브라켓트(31)와 연동되어 이동하는 이동밸브체(33)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 이동밸브체(33)는 일단이 마운팅 브라켓트(31)측에 고정됨과 더불어 타단이 상기 교통관로(29)의 내부를 기밀있게 관통하여 이동가능하도록 배치되는 개폐부(33a)를 구비하고 있다.

한편, 상기 마운팅 브라켓트(31)는 도 3에 도시된 바와 같이, 작동실린더(17)의 외주면을 감싸고 있는 완충부재(31a)를 내주면에 지지하고서 차체측에 고정되는 형태로 이루어지는 바, 이 완충부재(31a)는 조향시 노면과 타이어 사이에서 발생하는 접지력에 의해 상기 작동실린더(17)의 축방향으로 변형하게 된다.

즉, 조향시 운전자의 조작에 의해 조향방향으로 이동하려는 랙바아(17a)상에 구비된 작동피스톤(17c)과 작동실린더(17) 사이에는 노면과 타이어 사이에서 발생하는 접지력에 의한 조향반대방향으로의 저항력이 발생하게 되고, 이 저항력이 상기 마운팅 브라켓트(31)의 완충부재(31a)를 조향반대방향의 축방향으로 변형시키게 되는 것이다.

이때, 상기 마운팅 브라켓트(31)의 완충부재(31a)에서 수반되는 작동실린더(17)의 축방향 변형량에 따라, 상기 마운팅 브라켓트(31)상에 일측이 고정된 이동밸브체(33)의 개폐부(33a)가 교통관로(29)의 내부를 차단시키는 정도에 변화가 발생되며, 이에 따라 조타력의 증대 및 경감을 도모하게 된다.

즉, 조향시 상기 토션바(11)를 통해 구동피니언기어(15)와 치합된 랙바아(17a)에 작용하는 하중은 소형 차량의 경우에도 500Kgf 이상이 걸리며, 이때 상기 작동실린더(17)와 마운팅 브라켓트(31) 사이의 완충부재(31a)에는 하중의 전달에 따른 축방향의 변형이 발생하게 된다.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 노면과 타이어 사이의 접지력이 작게 걸리는 고속 주행중 조향시에는 상기 마운팅 브라켓트(31)의 완충부재(31a)에서 축방향의 변형이 작게 되므로, 상기 이동밸브체(33)의 개폐부(33a)의 이동량이 적게 되어, 상기 교통관로(29)내의 유로의 개방면적은 원래대로 유지할 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 작동실린더(17)내 작동피스톤(17c)을 중심으로 양쪽으로 독립된 압력실에 작용하는 작동압의 차이는 교통관로(29)의 개방면적이 크기 때문에 작아지게 되므로, 조향시 드는 조타력은 증가되어 운전자가 느끼게 되는 조타감은 무겁게 되는 것이다.

이에 반해, 노면과 타이어 사이의 접지력이 크게 걸리는 저속 주행중 조향시에는 상기 마운팅 브라켓트(31)의 완충부재(31a)에서 축방향의 변형이 크게 되므로, 상기 이동밸브체(33)의 개폐부(33a)의 이동량이 크게 되므로, 상기 교통관로(29)내의 유로의 개방면적은 작아지게 된다.

이에 따라, 상기 작동실린더(17)내 작동피스톤(17c)을 중심으로 양쪽으로 독립된 압력실에 작용하는 작동압의 차이는 교통관로(29)의 개방면적이 작기 때문에 오히려 커지게 되므로, 이 결과 조향시 드는 조타력은 경감되어 운전자가 느끼게 되는 조타감은 가볍게 되는 것이다.

이와 같이, 상기 작동실린더(17)내 작동피스톤(17c)을 중심으로 독립된 압력실을 서로 연통하는 교통관로(29)를 마련함과 더불어, 이에 노면과 타이어 사이의 접지력의 차이에 따른 축방향의 변형량을 달리하는 완충부재(31a)를 갖춘 마운팅 브라켓트(31)로부터 연장된 이동밸브체(33)를 구비하고서 이를 매개로 교통관로(29)의 개방면적을 조절함에 따라, 간단한 기구적인 구성만으로도 전자제어식 동력조향장치(ECPS; Electronically Controlled Power Steering system)가 구현할 수 있는 작용과 동일한 효과를 기대할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 동력조향장치에 의하면, 조향시 차속에 따라 노면과 타이어 사이에서 발생하는 접지력의 차이를 매개로 작동피스톤을 중심으로 독립적으로 형성된 압력실 사이의 압력차이에 변화를 주어 조타력에 변화를 줄 수 있게 됨으로써, 간단한 기구적인 구성만으로도 차속에 따라 조타력의 정도를 가변적으로 변화시킬 수 있는 전자제어식 동력조향장치의 기능을 구현할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 조향휠로부터 토션바(11)를 통해 컨트롤밸브(13)로 입력되는 조타력에 의해 오일펌프(21)로부터 가압된 작동유를 작동실린더(17)내의 각 압력실로 공급하여 조타력을 경감시키도록 하는 컨트롤밸브(13)를 구비한 자동차의 동력조향장치에 있어서,

   상기 작동실린더(17)의 좌/우측 압력실 사이를 연통하도록 설치되는 교통관로(29)와;

   상기 작동실린더(17)의 외주면을 감싸는 완충부재(31a)를 갖추고서 상기 작동실린더(17)를 차체에 대해 지지하는 마운팅 브라켓트(31) 및;

   상기 마운팅 브라켓트(31)에 일측 선단이 고정됨과 더불어 타측 선단이 상기 교통관로(29)내에 기밀있게 수용되는 개폐부(33a)를 갖추고서, 조향시 노면과 타이어 사이에서 발생되는 접지력의 차이에 따른 상기 완충부재(31a)의 축방향 변형량의 변화를 매개로 이동하여 상기 교통관로(29)의 유동단면적을 조절하도록 된 이동밸브체(33)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 동력조향장치.
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