KR100534906B1 - 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치에 관한 것으로, 조향축에 유니버설죠인트로 연결된 피니언축의 외주에 자동차의 주행속도에 따라 피니언축에 걸리는 회전저항력을 유압으로 조절하는 피니언밸브를 이용해서 핸들조작감을 조절해주도록 하여, 간단한 구조로 중량 및 코스트를 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성을 향상시키고, 제작 및 보수 등이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위해 조향기어박스에 이동가능하게 삽입된 랙바아의 길이방향을 따라 소정부위에 랙기어가 형성되고, 이 랙바아에는 조향기어박스 내부를 2개의 오일체임버로 구획짓는 피스톤이 설치되며, 핸들의 조작력을 랙기어에 전달하기 위해 랙기어에 치합된 피니언기어를 갖춘 피니언축이 조향축에 유니버설죠인트로 연결되고, 이 피니언축에 탄력을 부여하기 위해 토오션바아가 설치되며, 상기 피니언축의 외주에 끼워져 조향기어박스에 일체로 장착된 밸브하우징에는 오일의 공급포트와 리턴포트 및 상기 2개의 오일체임버와 각각 연결된 2개의 오일체임버포트가 형성되고, 이 밸브하우징의 공급포트에 오일을 펌핑하여 공급하는 오일펌프가 구비되는 한편, 상기 밸브하우징속에 수납되어 상기 공급포트와 인접한 피니언축의 외주에는 압력판(18)이 끼워지고, 이 압력판에 대향되게 볼안내판(20)이 설치되며, 이 볼안내판과 상기 압력판의 대향면에는 각각 볼안내홈이 형성되고, 이 볼 안내홈에는 볼(21)이 수납되며, 상기 압력판을 가압하기 위해 압력판의 상부에는 스프링(19)이 설치되어 있다.

Description

피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치{POWER STEERING DEVICE TO VELOCITY USING PINION VALVE}

본 발명은 속도감응형 동력조향장치에 관한 것으로, 특히 조향축과 유니버설죠인트로 연결된 피니언축의 외주에 장착되는 피니언밸브를 이용해서 자동차의 주행속도에 따라 운전자가 느끼는 핸들조작감을 조절해주도록 하여, 구조가 간단하여 내구성을 향상시키고, 중량 및 코스트도 저감시킬 수 있도록 된 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향조작을하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향 휠과 조향 축 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어기구 및, 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래드 링크 및 너클 암과 타이로드 등으로 구성된 링크 기구를 갖추고 있다.

그리고 대형 자동차나 저압 타이어를 사용한 차량에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 핸들의 조작력이 크게 되고 신속한 조향 조작이 안될 염려가 있기 때문에 가볍고 신속한 조향조작을 하기 위해 동력조향장치를 사용하고 있는 바, 이와 같은 동력조향장치는 동력원이 되는 유압을 발생시키는 오일펌프와 압력조절밸브 및 유량제어밸브를 포함하는 밸브 유닛 등으로 구성된 동력장치와, 오일펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 조향력을 발생시키기 위해 실린더를 사용하는 작동장치 및, 이 작동장치에 이르는 유로를 개폐하고 핸들의 조작에 상응해서 유로를 바꾸어 동력실린더의 작동방향과 작동상태를 제어하는 제어장치 등으로 구성되어 있다.

그런데 상기한 종래의 기계식 조향장치나 동력조향장치에서는 차속에 따라 운전자가 느끼는 조향감각이 일정하게 되고, 이로 인해 고속주행시에 필요한 무거운 조향감각이나 저속주행시의 가벼운 조향감각을 동시에 느끼도록 할 수 없는 결점이 있었다.

상기한 결점을 해소하기 위해 종래에도 차속에 따라 조향감각이 달라지도록 하는 속도감응형 동력조향장치가 제안되어 있는 바, 즉 도 1에 도시된 바와 같이 조향핸들(11)이 장착된 조향축(12)이 조향기어박스(13)와 연결되고, 이 조향기어박스(13)의 상부에는 제어밸브가 설치되면서 이 제어밸브를 통해 유압펌프(14)에 의해 펌핑된 오일탱크(15)의 오일이 공급되게 되어 있으며, 상기 제어밸브는 제어유닛(16)에 의해 제어전류를 인가받아 작동되게 연결되어 있는 한편, 상기 제어유닛(16)에는 자동차의 속도를 감지하기 위한 속도계(17)가 연결되어 있다.

도 2는 상기와 같은 종래의 속도감응형 동력조향장치의 유압시스템을 도시한 것인 바, 이 유압시스템으로 속도감응형 동력조향장치의 작동원리를 설명하면, 먼저 자동차의 주행속도가 예컨대 20 ㎞ / h 이하인 경우에 상기 제어유닛(16)은 제어밸브(18)에 제어전류를 인가하여 유로를 폐쇄시키게 된다.

운전자가 예컨대 조향핸들(11)을 우측으로 돌리면, 조향축(12)이 시계방향으로 회전되면서 밸브피스톤(19)을 아래쪽으로 눌러주게 되고, 이에 따라 압력오일은 우측 작동실(20)로 유입됨과 동시에 체크밸브(21)를 거쳐 우측 반작용실(22)로 유입됨과 더불어 2개의 스로틀(23,24)를 통해 좌측 반작용실(25)로도 유입된다.

그러므로 상기 2개의 반작용실(20,22)내의 유압은 서로 동일하게 될 뿐만 아니라 토션바(26)에는 반작용 모멘트가 발생되지 않게 되며, 유압배력을 손실없이 이용할 수 있게 되어, 운전자 느끼는 핸들의 조작력이 가볍게 된다.

한편 고속주행시에는 상기 제어유닛(16)에 의해 제어밸브(18)가 완전히 개방되고, 우측작동실(20)의 오일은 우측 체크밸브(21)와 스로틀(23) 및 제어밸브(18)를 통해 오일탱크로 리턴되며, 상기 우측 반작용실(22)은 스로틀(23)의 스로틀작용에 의해 좌측 반작용실(25)보다 큰 압력이 걸리게 된다.

이에 따라 조향축에는 좌측으로 회전시킬려는 반작용 모멘트가 발생되고, 이 모멘트는 밸브피스톤(19,27)을 중립위치로 리턴시키므로, 결국에는 동력조향용 유압배력이 더 이상 발생되지 않게 되므로, 운전자가 느끼는 조향조작력이 무겁게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 속도감응형 동력조향장치에서는 복잡한 유압시스템 및 전자장치를 사용하고 있기 때문에 구조가 복잡하고, 중량 및 코스트도 증대되는 등의 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 조향축에 유니버설죠인트로 연결된 피니언축의 외주에 자동차의 주행속도에 따라 피니언축에 걸리는 회전저항력을 유압으로 조절하는 피니언밸브를 이용해서 핸들조작감을 조절해주도록 하여, 간단한 구조로 중량 및 코스트를 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 내구성을 향상시키고, 제작 및 보수 등이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향기어박스에 이동가능하게 삽입된 랙바아의 길이방향을 따라 소정부위에 랙기어가 형성되고, 이 랙바아에는 조향기어박스 내부를 2개의 오일체임버로 구획짓는 피스톤이 설치되며, 핸들의 조작력을 랙기어에 전달하기 위해 랙기어에 치합된 피니언기어를 갖춘 피니언축이 조향축에 유니버설죠인트로 연결되고, 이 피니언축에 탄력을 부여하기 위해 토오션바아가 설치되며, 상기 피니언축의 외주에 끼워져 조향기어박스에 일체로 장착된 밸브하우징에는 오일의 공급포트와 리턴포트 및 상기 2개의 오일체임버와 각각 연결된 2개의 오일체임버포트가 형성되고, 이 밸브하우징의 공급포트에 오일을 펌핑하여 공급하는 오일펌프가 구비되는 한편, 상기 밸브하우징속에 수납되어 상기 공급포트와 인접한 피니언축의 외주에는 압력판이 끼워지고, 이 압력판에 대향되게 볼안내판이 설치되며, 이 볼안내판과 상기 압력판의 대향면에는 각각 볼안내홈이 형성되고, 이 볼 안내홈에는 볼이 수납되며, 상기 압력판을 가압하기 위해 압력판의 상부에는 스프링이 설치되어 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치의 개략적인 구성도인 바, 즉 조향기어박스(1)에는 랙기어(2)가 형성되어 있는 랙바아(3)가 전후로 이동가능하게 삽입되면서 그 양단에 타이로드가 각각 연결되고, 상기 랙바아(3)의 길이방향을 따른 소정부위에는 피스톤(4)이 일체로 장착되어 2개의 오일체임버(5,6)를 구획지우게 되어 있다.

그리고 상기 랙기어(2)에는 피니언(7)이 조향핸들의 동력을 전달할 수 있도록 치합되어 있고, 상기 피니언이 장착된 피니언축(8)은 유니버설죠인트를 매개로 조향축과 연결되어, 조향핸들의 조작력이 조향축을 통해 피니언축을 매개로 피니언에 전달되어, 조향핸들의 조작방향에 따라 랙바아가 좌측 혹은 우측으로 이동하게 되어 있다.

또 상기 피니언축이 삽입되는 조향기어박스에는 피니언밸브 하우징(9)이 일체로 형성되고, 이 피니언밸브 하우징을 관통해서 삽입되는 피니언축이 삽입되어 베어링(10)을 매개로 상대회전가능하게 지지되며, 상기 피니언축(8)에는 토오션바아(8a)가 일체로 장착되어 있는 한편, 상기 베어링의 상부에는 오일의누유를 방지하기 위해 씨일(11)이 피니언축의 외주에 끼워져 있다.

그리고 상기 하우징(9)내에 수납되어 피니언축의 외주에 설치되는 피니언밸브는 상기 하우징에 오일을 오일탱크로 드레인시키기 위해 오일탱크(12)와 연결된 리턴포트(13)와, 오일펌프(14)의 펌핑된 압유를 공급하기 위해 오일펌프(14)와 연결된 공급포트(15) 및, 상기 조향기어박스의 2개의 오일체임버(5,6)와 각각 튜브나 호스를 매개로 연결된 오일체임버포트(16,17)를 갖추고 있다.

또 상기 하우징(9)의 내부에는 피니언축의 외주에 끼워진 압력판(18)이 스프링(19)을 매개로 탄지되어 있고, 상기 압력판과 대향해서 볼 안내판(20)이 고정되게 설치되어 있으며, 이 볼 안내판과 압력판의 서로 대향하는 면에는 각각 볼안내홈이 형성되면서 이 볼안내홈속에 볼(21)이 수납되어 있다.

이에 따라 조향핸들의 조작시에 상기 펌프를 통해 펌핑된 압유가 피니언밸브의 공급포트를 통해 유입된 다음에 조향핸들의 조작방향에 따라 2개의 오일체임버포트중에 어느 하나의 포트를 통해서 조향기어박스내의 한쪽 오일체임버로 유입되어 피스톤을 밀어주게 되고, 이 피스톤에 가해지는 유압력은 피스톤을 통해 랙바아에 전달되어 조향핸들의 조작력을 보완해주게 된다.

그리고 조향기어박스내의 다른쪽 오일체임버내의 오일은 상기 피니언밸브로 유입된 다음에 리턴포트를 통해 오일탱크로 드레인되게 된다.

한편 차속이 저속일 때에는 오일펌프에서 펌핑되는 오일의 압력이 높아지고, 압력이 높은 압유가 공급포트를 통해 유입될 때에 압력판에 작용하는 유압력이 크게 되어, 압력판은 오일의 유압력에 의해 스프링을 압축시키면서 들어올려지게 되며, 이로 인해 볼에 가해지는 압력판의 가압력이 작아져서 피니언축을 회전시키는 데에는 저항토오크가 작게 됨으로써, 핸들조작력이 가볍게 되는 것이다.

이와 반대로 차속이 고속일 경우에는 오일펌프에서 토출하는 압유의 압력이 낮아지고, 압력이 낮은 오일이 공급포트를 통해 유입되면 압력판에 작용하는 유압력이 작게 되어, 압력판은 오일의 유압력보다 스프링의 탄성력에 의해 볼쪽으로 강하게 눌려져서 볼을 가압시키게 되며, 이로 인해 볼에 작용하는 스프링의 가압력이 피니언축을 회전시키는 데에 회전저항력을 강하게 작용하게 되어, 핸들조작력이 상대적으로 무겁게 된다.

따라서 구조가 간단하면서도 차속에 따라 운전자가 느끼는 핸들조작력을 용이하게 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치에 의하면, 피니언밸브에 공급되는 압유의 압력이 피니언축에 회전저항력으로 작용하도록 하여 차속에 따라 적절한 핸들조작감을 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 또 중량 및 코스트도 저감시킬 수 있으면서 제작과 보수 등이 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 속도감응형 동력조향장치의 개략적인 구성도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 속도감응형 동력조향장치의 유압시스템,

도 3은 본 발명에 따른 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치의 개략적인 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-조향기어박스 2-랙

3-랙바아 4-피스톤

5,6-오일체임버 7-피니언

8-피니언축 9-밸브하우징

10-베어링 11-씨일

12-오일탱크 13-공급포트

14-오일펌프 15-리턴포트

16,17-오일체임버포트 18-압력판

19-스프링 20-볼안내판

21-볼

Claims (1)

1. 조향기어박스에 이동가능하게 삽입되면서 길이방향을 따라 소정부위에 랙기어가 형성된 랙바아와, 이 랙바아에 장착되어 조향기어박스내부를 2개의 오일체임버로 구획짓는 피스톤, 핸들의 조작력을 랙기어에 전달하기 위해 랙기어에 치합된 피니언기어를 갖추고서 조향축에 연결된 피니언축, 이 피니언축에 탄력을 부여하기 위해 설치된 토오션바아, 상기 피니언축의 외주에 끼워져 조향기어박스에 일체로 장착되면서 공급포트와 리턴포트 및 상기 2개의 오일체임버와 각각 연결된 2개의 오일체임버포트를 가진 밸브하우징 및, 이 밸브하우징의 공급포트에 오일을 펌핑하여 공급하는 오일펌프를 구비한 동력조향장치에 있어서,

   상기 밸브하우징속에 수납되어 상기 공급포트와 인접한 피니언축의 외주에 끼워지는 압력판과, 이 압력판에 대향되게 설치된 볼안내판, 이 볼안내판과 상기 압력판의 대향면에 각각 형성된 볼안내홈, 이 볼 안내홈에 수납된 볼 및, 상기 압력판을 가압하는 스프링을 갖춘 것을 특징으로 하는 피니언밸브를 이용한 속도감응형 동력조향장치.