KR100448833B1

KR100448833B1 - 토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템

Info

Publication number: KR100448833B1
Application number: KR10-2002-0052485A
Authority: KR
Inventors: 박일래
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-09-16
Also published as: KR20040021046A

Abstract

본 발명은 토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템에 관한 것으로, 유압파워스티어링을 갖춘 차량용 조향시스템에 있어서, 펌프부(100)의 펌프(102)에서 발생된 유압을 실린더(401)로 전달하면서, 유량을 리저버(103)로 순환하기 위한 유로가 리저버(103)로 연결되는 유량제어밸브(201)와, 스티어링부(400)의 좌우 실린더(401)에 유량을 공급하는 선형밸브(202)로 이루어지는 밸브부(200)와; 차량속도와 토크센서(302) 출력을 입력으로 취하여 밸브부(200)를 제어하는 컨트롤러(301)와, 운전자의 조향의도의 판별을 위해 설치되는 토크센서(302)로 이루어지는 제어부(300)로 구성되는 것이다.

따라서 실린더로 입력되는 오일의 압력 및 유량제어가 전자적으로 가능하여 주차시에 스티어링휠 조작을 가볍게 하며 고속주행시에는 무겁게하여 주행안정성을 향상함으로서 운전자의 피로도를 경감할 수 있고, 또한 스티어링휠의 조작이 없는 직진주행시에는 펌프 토출구 바로 앞측에 장착된 밸브부에서 모든 유량이 대기압의 리저버로 순환하므로 전동파워스티어링의 엔진 연비 개선 효과에 근접하는 연비 개선이 가능하게 된다.

Description

토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템{A steering system for vehicles with a torque sensor and a electron type valve}

본 발명은 차량용 조향시스템에 관한 것으로, 로터리밸브를 삭제하고 그 위치에 토크센서를 적용하였으며 기존의 로터리밸브와 펌프에 내재된 유량제어밸브를 통합하여 펌프와 스티어링기어 실린더 사이에 위치하게 하도록 하여 펌프에서 생성된 유압이 실린더에 바로 전달되도록 형성된 토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행방향을 바꾸기 위하여 운전자가 손으로 조작하는 스티어링휠과; 스티어링샤프트를 내장하여 상기 스티어링휠에 결합되고 노면에서 상기 스티어링휠에 전해져 오는 진동을 차단함과 아울러 스티어링휠의 조작력을 스티어링기어에 전달하는 스티어링칼럼과; 이 스티어링칼럼의 스티어링샤프트에 결합되어 상기 스티어링휠의 회전력을 직선운동으로 바꿈과 동시에 조향력을 증대시키는 스티어링기어와; 오일탱크에서 발생된 오일을 파워 실린더에 가압하여 드래그링크에 의해 타이어의 방향을 변경시키는 오일펌프로 크게 구성된다.

여기서 유압파워스티어링(10)은 도 3 및 도 4에 자세하게 도시된 바와 같이, 피니언(40)과 일체로 연결된 로터리밸브(20)와 토션바(11)에 장착된 인풋샤프트(12; Input shaft)로 구성되어진다. 스티어링휠 조작시 토션바(11)가 비틀려지게 되며 이것에 의해 인풋샤프트(12; Input shaft)도 회전하게 되므로 인풋샤프트의 포트(13)와 로터리밸브(20)의 슬리브(21; Sleeve)에 상대 변위에 따른 유로가 형성되어 스티어링기어의 좌,우실린더(30,31)에 유량을 공급한다. 이 좌/우 실린더(30,31)에 공급되는 유량은 비틀림량에 비례함으로서 조타력을 보조하게 된다.

즉 오일펌프(70)에서 로터리밸브(20)로 입력된 오일은 인풋샤프트(12; Input shaft)의 포트(13; Port)를 거처 로터리밸브(20)의 슬리브(21; Sleeve)를 통과하여 좌,우실린더(30,31)로 입력되어진다.

그러나 상기와 같은 일체형의 기계식 밸브는 차량의 전반적인 성능향상에 따라 다음과 같은 문제점이 발생하고 있다.

첫째, 토션바의 진동발생 및 스티어링 휠로의 전달에 따른 고객 아이들(IDLE) 진동 불만이 발생된다.

둘째, 펌프에서의 엔진 진동이 로터리 밸브에서 증폭되어 부밍 등 각종 소음을 실내로 전달하므로 주행시의 피로도가 증가된다.

셋째, 기계적인 밸브의 한계로 인하여 저속과 고속의 조타력의 분리가 불가능하므로 주차시의 조타력 무거움 및 고속주행시의 주행안정성이 저해된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 로터리밸브를 삭제하고 그 위치에 토크센서를 적용하였으며 기존의 로터리밸브와 펌프에 내재된 유량제어밸브를 통합하여 펌프와 스티어링기어 실린더 사이에 위치하게 하도록 하여 펌프에서 생성된 유압이 실린더에 바로 전달되어지고, 이것에 의해 핸들링 성능이 향상되고 연비가 향상되도록 된 토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 구성도,

도 2a는 본 발명에 따른 조향시스템의 구성요소인 유량제어밸브의 역할을 나타낸 그래프,

도 2b은 본 발명에 따른 조향시스템의 구성요소인 선형밸브의 역할을 나타낸 그래프,

도 3은 종래의 기술인 조향장치에 적용된 기계식 밸브의 단면도,

도 4는 종래의 기술인 조향장치에 적용된 기계식 밸브의 작동설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 --- 펌프부, 101 --- 엔진모터,

102 --- 오일펌프, 103 --- 리저버,

200 --- 밸브부, 201 --- 유량제어밸브,

202 --- 선형밸브, 300 --- 제어부,

301 --- 컨트롤러, 302 --- 토크센서,

400 --- 스티어링부, 401 --- 실린더.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유압파워스티어링을 갖춘 차량용 조향시스템에 있어서, 펌프부의 펌프에서 발생된 유압을 실린더로 전달하면서, 유량을 리저버로 순환하기 위한 유로가 리저버로 연결되는 유량제어밸브와, 스티어링부의 좌우 실린더에 유량을 공급하는 선형밸브로 이루어지는 밸브부와; 차량속도와 토크센서 출력을 입력으로 취하여 밸브부를 제어하는 컨트롤러와, 운전자의 조향의도의 판별을 위해 설치되는 토크센서로 이루어지는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지절감형 조향시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 조향시스템은 펌프부(100), 밸브부(200), 제어부(300) 및 스티어링부(400)로 구성되어 있다.

여기서 상기 펌프부(100)와 스티어링부(400)는 밸브부(200)와 제어부(300)의 추가에 따른 변경만 있으며, 본 발명의 핵심은 밸브부(200)와 제어부(300)에 있다. 상기 제어부(300)는 운전자의 조향의도의 판별을 위한 토크센서(302)와 밸브부(200)를 제어하는 컨트롤러(301)로 구성된다. 따라서 피니언에는 토크센서구성을 위한 토션바만 구성하며 인풋샤프트(Input shaft)와 로터리밸브, 유로는 삭제된다.

더욱더 상세하게 설명하자면 비틀림량을 측정하기 위하여 토션바의 주위에 코일로 구성된 토크센서(302)가 장착되고, 상기 컨트롤러(301)는 차량속도와 토크센서(302) 출력을 입력으로 취하여 밸브부(200)를 제어한다.

또한 펌프(102)와 실린더(401) 사이에 위치하는 밸브부(200)는 유량제어밸브(201)와 선형밸브(202) 등으로 구성되며, 선형밸브(202)는 토션바가 직접적으로 제어하는 기계적 방식이 아닌 상기 제어부(300)의 컨트롤러(301)에 의해 작동하는 전자식이다. 유량제어밸브(201)에서는 직진 주행시에 유량을 리저버(103)로 순환하기 위한 유로가 리저버(103)로 연결되어 있다. 유량제어밸브(201)는 별도 구성 또는 선형밸브(202)에 포함하여 동시에 실린더(401)로 입력되는 유량을 제어할 수 있다. 유량제어밸브(201)가 밸브부(200)에 포함되므로 인해 펌프 토출구에 장착되는 유량제어밸브는 삭제되므로 펌프의 단순화 및 사이즈 축소가 가능하여 엔진측 레이아웃(Layout) 설정이 용이해진다.

상기와 같이 구성되어진 본 발명의 조향시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 상기 컨트롤러(301)는 토크센서(302) 뿐만 아니라 차량속도를 입력값으로 취하여 차량속도에 따라 선형밸브(202)와 유량제어밸브(201)를 제어하여 실린더(401)에 입력되는 오일압력 및 유량을 제어하게 되며, 상기 유량제어밸브(201)는 직진주행시에는 기본적으로 리저버(103) 탱크측의 대기압으로 개방되어 있으며 따라서 펌프에서 생성되는 오일의 압력은 펌프(102)의 내부 손실(LOSS)을 제외한 압력이 생성되지 않으므로 거의 공회전을 반복하게 된다. 이 경우 선형밸브(202)는 작동하지 않는다. 따라서 운전자가 스티어링휠을 조작하면 토크센서(302)가 이를 감지하여 컨트롤러(301)에서 필요한 유량을 산출하여 도 2a에 도시된 유량특성에 맞추어 유량제어밸브(201)를 제어하여 선형밸브(202)로 소요되는 유량을 입력시킨다. 여기서 선형밸브(202)로 입력되는 유량은 도 2b에 도시된 것과 같이 토크에 비례하며, 차량속도에 반비례하는 특성을 가진다. 선형밸브(202)에서는 스티어링휠의 회전방향에 따라 좌우 실린더(401)에 유량을 공급하게 되어 휠의 조향이 이루어지게 된다. 여기서 선형밸브(202)에서 펌프(102)의 유량제어밸브(201)의 역할을 겸하는 경우에는 직진주행시 펌프에서 생성된 모든 유량은 선형밸브(202)가 닫혀 있으므로 선형밸브(202) 앞단에서 리저버(103)로 순환하게 된다.

이상과 같이 상세하게 설명된 본 발명에 의하면, 실린더로 입력되는 오일의 압력 및 유량제어가 전자적으로 가능하여 주차시에 스티어링휠 조작을 가볍게 하며 고속주행시에는 무겁게하여 주행안정성을 향상함으로서 운전자의 피로도를 경감할 수 있다.

또한 스티어링휠의 조작이 없는 직진주행시에는 펌프 토출구 바로 앞측에 장착된 밸브부에서 모든 유량이 대기압의 리저버로 순환하므로 전동파워스티어링의 엔진 연비 개선 효과에 근접하는 연비 개선이 가능하게 된다.

또한 종래 토션바의 진동발생 및 스티어링 휠로의 전달에 따른 고객 아이들(IDLE) 진동 불만이 스티어링 기어계에는 기계적인 장치만 부착하므로 유체의 흐름에 따른 진동 및 소음 발생을 원천적으로 개선할 수 있게 된다. 한편 유압라인이 피니언을 거치지 않으므로 엔진 및 펌프소음이 밸브에서 증폭되어 발생하는 부밍 등 각종 소음이 개선됨에 의해 운전자의 피로도 감소시킬 수 있게 된다.

Claims

유압파워스티어링을 갖춘 차량용 조향시스템에 있어서, 펌프부(100)의 펌프(102)에서 발생된 유압을 실린더(401)로 전달하면서, 유량을 리저버(103)로 순환하기 위한 유로가 리저버(103)로 연결되는 유량제어밸브(201)와, 스티어링부(400)의 좌우 실린더(401)에 유량을 공급하는 선형밸브(202)로 이루어지는 밸브부(200)와;

차량속도와 토크센서(302) 출력을 입력으로 취하여 밸브부(200)를 제어하는 컨트롤러(301)와, 운전자의 조향의도의 판별을 위해 설치되는 토크센서(302)로 이루어지는 제어부(300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 토크센서와 전자식밸브를 갖춘 차량용 조향시스템.