KR100440290B1 - 쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치에 관한 것으로, 조향력을 변환하는 기어박스사이에 조향 정도에 따라 상응하는 축 방향 변형을 발생시켜 스풀타입의 컨트롤밸브를 조작하면서 차륜에 연결된 타이로드를 따라 전달되는 쉬미 진동을 흡수·차단함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠(1)이 상측 선단부에 장착된 조향컬럼(2)의 하부로 구비된 기어박스(3)와, 조향 시 유압을 매개로 조향력을 배가시키는 스풀형 컨트롤밸브(4), 이 밸브(4)의 오일 흐름을 조향 정도에 따라 상응되게 변화하도록 상기 기어박스(3)와 함께 이동되는 러버부시(20), 이 러버부시(20)내를 관통하면서 상기 밸브(4)에 의한 유압에 의해 조향 방향으로 이동되어 차륜을 변화시키도록 타이로드(7)와 볼조인트를 매개로 결합된 랙바(6)를 수용한 실린더튜브(5)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치{An automotive power steering system for decreasing shimmy vibration}

본 발명은 쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조향력을 전달하는 기어박스에 축 방향의 변형을 전달하는 부시를 매개로 조작되는 컨트롤 밸브를 통한 쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 주행 중에 차체의 진행방향을 운전자의 임의대로 바꿀 수 있도록 조작함은 물론 운전자의 조작력을 유압의 힘으로 배력하여 보다 적은 힘으로 차량의 자세변화를 행하는 조향장치를 이용하여 운전자의 의도대로 차량의 방향을 변환시키게 된다.

이러한 조향장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향조작을 위한 조향휠(1)이 상측 선단부에 장착되면서 쉬미진동을 저감하기 위한 러버커플링(2')이 구비된 조향컬럼(2)과, 상기 조향휠(1)의 조작을 직선운동으로 변환하기 위해 피니언(3a)과 랙(3b)으로 이루어진 기어박스(3), 조향시 오일탱크(8)로부터 공급되는 오일의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(4), 상기 기어박스(3)의 랙(3b)이 결합된 랙바(6)를 수용하는 실린더튜브(5) 및 상기 랙바(6)의 이동에 의해 차륜을 변화시키는 타이로드(7)로 이루어진다.

여기서, 상기 컨트롤밸브(4)는 로타리 타입으로 이루어지면서 도 2에 도시된 바와 같이, 조향컬럼(2)의 내부로 회전력을 전달받아 비틀리도록 키를 매개로 컬럼(2)에 고정된 토션바(10)가 장착되어 운전자가 조작하는 조향휠(1)에 걸리는 토크에 따라 밸브(4)의 스플(4')열림각이 조절되어진다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 조향컬럼(2)이 중립상태에 있으면 토션바(10)가 비틀림을 받지 않으므로 밸브(4)의 스플(4')이 유로를 형성하지 않게 되므로 유압이 공급되지 않는 반면, 상기 조향컬럼(2)이 조타되면 토션바(10)가 비틀림을 받아 밸브(4)의 스플(4')이 회전되면서 유로를 형성하여 배력된 힘으로 기어박스(3)의 피니언(3a)과 치합된 랙(3b)을 매개로 랙바(6)를 수평 이동시키는 조작력을 경감시켜 차륜에 구비된 너클부위를 회동시키는 타이로드(7)를 움직여 차륜을 적은 힘으로 조향하도록 한다.

그러나, 이와 같이 오일를 유·출입시켜 조향휠(1)의 조작력을 배가시키는 컨트롤밸브(4)는 그 형상에 따라 유압특성이 결정되는 로타리식으로 이루어지는데 이는, 오일이 유·출입되도록 그 형상이 매우 정밀한 가공을 요구함은 물론 조향 시 토션바(10)의 상대 회전 변위를 스풀의 직선변위로 변환해주어야 하므로 이에 따른 부품수의 증가를 가져오는 단점이 있게 된다.

또한, 이와 같이 토션바(10)를 구비한 컨트롤밸브(4)를 이용하여 조향력을 배가시키면서 조향휠(1)로 전달되는 쉬미를 저감하도록 조향컬럼(2)에러버커플링(2')을 장착하게 되면, 조향 시 상기 컨트롤밸브(4)의 토션바(10)와 조향컬럼(2)의 러버커플링(2')이 갖는 각각의 컴플라이언스(Compliance)가 서로 더해져 전체적인 컴플라이언스가 커지고 이에 따라, 조향휠(1)의 온 센터(On Center) 감이 저하되면서 전반적인 핸들링(Handling)성능이 저하되는 단점이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 조향력을 변환하는 기어박스사이에 조향 정도에 따라 상응하는 축 방향 변형을 발생시켜 스풀타입의 컨트롤밸브를 조작하면서 차륜에 연결된 타이로드를 따라 전달되는 쉬미 진동을 흡수·차단함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠이 상측 선단부에 장착된 조향컬럼의 하부로 구비된 기어박스와, 조향 시 유압을 매개로 조향력을 배가시키는 스풀형 컨트롤밸브, 이 밸브의 오일 흐름을 조향 정도에 따라 상응되게 변화하도록 상기 기어박스와 함께 이동되는 러버부시, 이 러버부시내를 관통하면서 상기 밸브에 의한 유압에 의해 조향 방향으로 이동되어 차륜을 변화시키도록 타이로드와 볼조인트를 매개로 결합된 랙바를 수용한 실린더튜브로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 차량의 파워 조향장치의 구성도

도 2는 종래에 따른 조향력 전달 컨트롤밸브의 구성도

도 3은 종래에 따른 컨트롤밸브의 작동 상태도

도 4는 본 발명에 따른 쉬미 진동 저감형 파워 조향장치의 조향력 전달 기어부의 구성도

도 5는 본 발명에 따른 조향 중립상태에서의 콘트롤 밸브의 작동 상태도

도 6은 본 발명에 따른 험로 주행상태에서의 콘트롤 밸브의 작동 상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향휠 2 : 조향컬럼

2' : 러버커플링 3 : 기어박스

3a : 피니언 3b : 랙

4 : 컨트롤 밸브 4' : 스풀

4" : 파워실린더 4a' : 이동로드

5 : 실린더 튜브 6 : 랙바

7 ; 타이로드 8 : 오일탱크

10 : 토션바 20 : 러버부시

21 ; 아우터튜브 22 : 매스

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 쉬미 진동 저감형 파워 조향장치의 조향력 전달 기어부의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 조향조작을 위한 조향휠(1)이 상측 선단부에 장착된 조향컬럼(2)의 하부로 구비되어 상기 조향휠(1)의 조작을 직선운동으로 변환하기 위해 피니언(3a)과 랙(3b)으로 이루어진 기어박스(3)와, 조향 시 오일탱크(8)의 오일 유압을 매개로 조향력을 배가시키도록 피스톤에 의해 구획된 챔버로 이루어진 파워실린더(4")와 이동로드(4a')의 이동에 따라 오일을 순환시키는 스풀(4')로 이루어진 컨트롤밸브(4), 이 밸브(4)의 이동로드(4a')를 조향 정도에 따라 상응되게 가압하도록 상기 기어박스(3)의 수평 이동되는 랙(3b)과 함께 이동되는 러버부시(20), 이 러버부시(20)내를 관통하면서 상기 밸브(4)에 의한 유압에 의해 조향 방향으로 이동되어 차륜을 변화시키도록 타이로드(7)와 볼조인트를 매개로 결합된 랙바(6)를 수용한 실린더튜브(5)로 이루어진다.

여기서, 상기 컨트롤밸브(4)는 실린더튜브(5)에 내장되어 오일탱크(8)로부터 공급된 작동유(P)를 순환시키도록 랙바(6)와 함께 연동되는 러버부시(20)를 매개로 이동되어 흐름통로(V1,...,V4)를 형성하는 이동로드(4a')를 구비한 스플(4')과, 이 스풀(4')의 흐름통로(V1,...,V4)사이에 연통되어 유입되는 작동유(P)에 의해 그 평형상태를 가변시키도록 챔버(A,B)공간을 구획하는 피스톤을 내장한 파워실린더(4")로 이루어진다.

또한, 상기 러버부시(20)는 기어박스(3)의 랙(3b)이 일단에 결합된 아우터튜브(21)와, 이 튜브(21)와 랙바(6)사이에 접착된 고무재질의 매스(22)로 이루어진다.

이하 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.

먼저, 조향 중립상태를 도 4을 참조로 설명하면, 조향장치의 중립에 의해 파워스티어링펌프의 작동에 의해 가압된 작동유(P)가 컨트롤 밸브(4)로 공급되지만, 이 컨트롤 밸브(4)의 스풀(4')에 구비된 이동로드(4a')가 러버부시(20)와 평형 상태를 이루게 되고 이에 따라, 상기 이동로드(4a')에 의해 스풀(4')에 형성된 각 흐름통로(V1,...,V4)가 모두 열린 상태를 유지하게 된다.

이와 같이, 상기 스풀(4')의 흐름통로(V1,...,V4)가 모두 열리게 되면, 상기 컨트롤밸브(4)로 공급된 작동유(P)가 양분되어 개방된 흐름통로(V1,V3;V2,V4)를 통해 각각 오일탱크(8)로 연결된 T1포트와 T2포트를 통해 복귀되므로, 상기 스풀(4')에 연결된 파워실린더(4")는 작동유(P)의 공급이 없어 피스톤이 평형위치를 유지하게 되는데 이는, 조향장치를 통해 조작되는 랙바(6)에 차량의 험로 주행 시 차륜으로부터 킥백과 같은 역입력이 발생되지 않는 것을 의미하므로 컨트롤밸브(4)를 이루는 파워실린더(4")를 통한 조향휠에 대한 보타력의 발생이 없게 됨은 물론이다.

한편, 차량이 험로를 주행하여 차륜으로부터 킥백과 같은 역입력이 랙바(6)에 전달되어 러버부시(20)가 도 5에 도시된 바와 같이, 도면의 우측으로 이동되면 컨트롤밸브(4)의 스풀(4')에 구비된 이동로드(4a')의 스프링 탄성력에 대한 저지력이 없어져 상기 러버부시(20)의 이동량 많큼 이동로드(4a')가 이동되어진다.

이와 같은, 상기 이동로드(4a')의 위치변동은 스풀(4')의 각 흐름통로(V1,...,V4)를 변화시키게 되는데 즉, 제1흐름통로(V1)가 닫히는 반면 제2흐름통로(V2)가 열려 파워실린더(4")와 연통 되는 한편 제3흐름통로(V3)가 열려 T1포트가 오일탱크(8)로 연결되지만 제4흐름통로(V4)가 닫혀 T2포트를 차단하게 된다.

이어, 작동유(P)가 컨트롤밸브(4)의 스풀(4')내로 유입되면 제2흐름통로(V2)를 통해 파워실린더(4")의 B챔버로 유입되어 피스톤을 가압하게 되고 이에 따라, 상기 피스톤이 평형위치에서 A챔버쪽으로 이동되어 충진된 오일을 상기 스풀(4')로 유입시킴과 더불어 상기 파워실린더(4")의 A챔버내 오일은 제3흐름통로(V3)를 통해 T1포트로 배출되어져 오일탱크(8)로 복귀되므로 이와 같은, 상기 컨트롤밸브(4)의 작용으로 파워실린더(4")를 통한 킥백에 대항하는 보타력을 발생해 조향휠의 뺏김이 방지되어진다.

그리고, 차륜으로부터 킥백과 같은 역입력이 랙바(6)에 전달되어 러버부시(20)가 도 5의 좌측 방향으로 이동하느 경우에는, 스풀(4')의 제2흐름통로(V2)가 닫히는 반면 제1흐름통로(V1)가 열려 파워실린더(4")와 연통 되는 한편 제4흐름통로(V4)가 열려 T2포트가 오일탱크(8)로 연결되지만 제3흐름통로(V3)가 닫혀 T1포트를 차단하게 된다.

이어, 작동유(P)가 제1흐름통로(V1)를 통해 파워실린더(4")의 A챔버로 유입되어 피스톤을 가압해 피스톤이 평형위치에서 B챔버쪽으로 이동되어 제4흐름통로(V4)를 통해 T2포트로 배출되어져 오일탱크(8)로 복귀되고 이에 따라, 상기 컨트롤밸브(4)의 작용으로 파워실린더(4")를 통한 킥백에 대항하는 보타력을 발생해 조향휠의 뺏김이 방지되어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 현가장치에서 발생되는 전·후 방향의 진동이 전달된 외력에 의해 변형되는 러버부시에 의해 조향장치의 기어박스등이 구비된 실린더 부위에서 차단되므로 조향휠로 전달되는 쉬미를 조향컬럼이전 단계에서 완전히 차단할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 조향장치의 컴플라이언스로 작용되는 컨트롤밸브의 토션바와 조향컬럼에 구비된 러버커플링을 조향장치의 기어박스등이 구비된 실린더 부위로 내장된 러버부시로 대체하므로 컴플라이언스를 크게 저감해 응답지연시간을 줄임은 물론 조향휠의 온 센터느낌도 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 로타리식 컨트롤밸브 대신 토션바의 사용이 없는 스풀형 컨트롤밸브를 사용하므로 가공성이 용이함은 물론 그 구성도 간단하게 되는 효과가 있음은 물론이다.

Claims (3)

1. 조향휠(1)이 상측 선단부에 장착된 조향컬럼(2)의 하부로 구비된 기어박스(3)와, 조향 시 유압을 매개로 조향력을 배가시키는 스풀형 컨트롤밸브(4), 이 밸브(4)의 오일 흐름을 조향 정도에 따라 상응되게 변화하도록 상기 기어박스(3)와 함께 이동되는 러버부시(20), 이 러버부시(20)내를 관통하면서 상기 밸브(4)에 의한 유압에 의해 조향 방향으로 이동되어 차륜을 변화시키도록 타이로드(7)에 볼조인트를 매개로 결합된 랙바(6)를 수용한 실린더튜브(5)로 이루어지되,

   상기 컨트롤밸브(4)는 실린더튜브(5)에 내장되어 오일탱크(8)로부터 공급된 작동유(P)를 순환시키도록 랙바(6)와 함께 연동되는 러버부시(20)를 매개로 이동되어 흐름통로(V1,...,V4)를 형성하는 이동로드(4a')를 구비한 스풀(4')과, 이 스풀(4')의 흐름통로(V1,...,V4)사이에 연통되어 유입되는 작동유(P)에 의해 그 평형상태를 가변시키도록 챔버(A,B)공간을 구획하는 피스톤을 내장한 파워실린더(4")로 이루어지고 또한,

   상기 러버부시(20)는 기어박스(3)의 랙(3b)이 일단에 결합된 아우터튜브(21)와, 이 튜브(21)와 랙바(6)사이에 접착된 고무재질의 매스(22)로 이루어진 것을 특징으로 하는 쉬미 진동 저감형 차량의 파워 조향장치.
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