KR100552728B1 - 자동차의 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 동력조향장치에 관한 것으로, 제어밸브축(20)의 중심부에 고정되도록 설치되는 고정전자석(31)과, 이 고정전자석(31)을 중심으로 하여 제어밸브축(20)의 외주면으로 관통되는 다수개의 가이드구멍(21)내에 각각 설치되는 이동전자석(33)과, 이 이동전자석(33)의 선단에 연결되어 가이드구멍(21)을 통해 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되도록 설치됨은 물론 상기 가이드구멍(21)을 따라 이동하는 이동전자석(33)의 방향에 따라 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되는 정도가 결정되는 밸브축기어(35)와, 차속센서(41)와 하중센서(43)로부터 입력신호를 전달받는 콘트롤러(51)와, 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33) 중 어느 한 개의 전자석이 지니는 극성을 배터리(53)의 전원을 이용하여 가변시키도록 하는 릴레이수단(55)과, 이 릴레이수단(55)과 상기 고정전자석(31)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 상기 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기를 가변시키도록 하는 가변저항(57)을 포함하도록 구성되어져, 스티어링휠의 조작감이 향상되게 되고 아울러 주행안정성이 대폭적으로 향상되어 안전운행에 도움을 줄 수 있도록 된 것이다.

Description

자동차의 동력조향장치{power steering system of vehicle}

도 1은 일반적으로 사용되는 로터리밸브식 조향기어를 도시한 단면도,

도 2는 도 1의 조향기어를 사용하는 차량의 직진주행시 압력포트와 리턴포트의 형성과정을 설명하기 위한 개략적인 유압회로도,

도 3과 도 4는 도 1의 조향기어를 사용하는 차량의 우회전 상태시와 좌회전 상태시에 각각 해당하는 유압회로도,

도 5는 종래의 제어밸브축을 설명하기 위한 종단면도,

도 6과 도 7은 본 발명에 따라 밸브축기어의 돌출양이 가변될 수 있도록 구성되는 동력조향장치의 개략적인 구성도 및 회로도,

도 8 내지 도 11은 차량의 주행속도 및 적재하중에 따라 밸브축기어의 돌출양이 가변되는 단계를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 - 제어밸브축 21 - 가이드구멍

31 - 고정전자석 33 - 이동전자석

35 - 밸브축기어 41 - 차속센서

43 - 하중센서 51 - 콘트롤러

53 - 배터리 55 - 릴레이수단

55a - 제1릴레이 55b - 제2릴레이

57 - 가변저항

본 발명은 자동차의 동력조향장치에 관한 것으로, 특히 제어밸브축의 나사산에 해당하는 밸브축기어가 차속 및 적재하중에 따라 제어밸브축의 외주면으로 돌출되는 길이가 가변될 수 있도록 구성하여 운전자의 조향력에 도움을 줄 수 있도록 하는 자동차의 동력조향장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에 구비된 조향장치는 주행중인 차량의 진행방향을 운전자의 의지대로 전환시키도록 하는 것인 바, 이를 위해 상기 조향장치는 운전자가 직접 조향조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향핸들과 조향축 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 상기 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크기구에 전달하는 기어기구 및, 이 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래그 링크 및 너클 암과 타이로드 등으로 구성된 링크기구를 포함하여 구성된다.

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, 이 와 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.

한편, 도 1은 로터리밸브식 조향기어를 단면도로 도시하고 있는 도면이며, 도 2는 도 1의 조향기어를 사용하는 차량의 직진주행시 압력포트와 리턴포트의 형성과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3과 도 4는 우회전 상태시와 좌회전 상태시를 각각 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 대한 설명은 동신출판사에서 1993년 6월 20일자로 발행한(2쇄) 자동차 구조학에서 섀시의 구조편 중 5장 조향장치에 상세하게 서술되어 있으며, 이에 따라 본 명세서에서는 설명을 생략하기로 한다.(참고로 위의 책자는 일본자동차정비전문학교협회에서 편자한 것이며, 도 1 내지 도 4에 대한 설명은 섀시의 구조편 중 P233 ∼ P237에 자세하게 기재되어 있다.)

그리고, 도 1 내지 도 4에 도시된 미설명부호 1은 동력실린더이고, 2는 제어밸브축이며, 3은 로터리밸브, 4는 토션바, 5는 웜샤프트, 6은 동력피스톤, 7은 섹터축, 8은 오일펌프, 9는 오일리저버탱크이다.

따라서, 운전자가 스티어링휠을 돌려주게 되면 압력포트를 통해 입력되는 유압은 도 5에 도시된 바와 같이 제어밸브축(2)에 형성된 밸브축기어(2a)의 일면에 작용하게 되는데, 이때 밸브축기어(2a)에 작용하는 유압의 힘은 제어밸브축(2)의 회전을 더욱 더 회전시켜 주는 힘으로서 작용을 하게 되며, 이에 따라 운전자가 스티어링휠을 돌려주게 되는 조향력은 밸브축기어(2a)에 작용하는 유압의 힘만큼 덜어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 동력조향장치는 밸브축기어(2a)가 제어밸브축(2)의 외주면에 일체로 형성되는 구조로 되어 있어, 상기 밸브축기어(2a)의 일면에 작용하는 유압의 힘은 차량의 주행속도 및 적재하중에 상관없이 항상 일정한 힘으로 고정되게 되며, 이에 따라 밸브축기어(2a)에 작용하는 유압의 힘은 운전자의 조향력에 별로 도움을 주지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 차량이 저속주행이거나 또는 적재하중이 많아 차량의 중량이 무거워진 경우에는 큰 조향력이 필요하게 되며, 이와 같은 큰 조향력은 운전자가 스티어링휠을 돌려주는 힘이 작더라도 밸브축기어(2a)에 작용하는 유압의 힘이 크게 되면 가능하게 된다.

그러나, 종래의 동력조향장치는 유압이 작용하는 밸브축기어(2a)의 일면의 단면적(도 5에 화살표가 지시하는 단면적)이 항상 고정된 크기로 결정되어 있음으로 인해 상기 밸브축기어(2a)에 작용하는 유압의 힘도 항상 일정하게 되고, 이에 따라 큰 조향력을 얻기 위해서는 스티어링휠을 돌려주는 운전자의 힘에 대부분 의존할 수 밖에 없으므로, 종래의 동력조향장치는 비현실적인 문제점이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 주행속도 및 적재하중의 증감에 따라 제어밸브축으로부터 돌출되는 밸브축기어의 돌출양이 자동적으로 조절되도록 하고, 이에 따라 밸브축기어의 일면에 작용하는 유압의 힘이 가변되도록 하여, 운전자가 스티어링휠을 돌려주는 힘이 작더라도 필요에 따라 큰 조향력을 얻을 수 있도록 하는 자동차의 동력조향장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 동력조향장치는, 제어밸브축의 중심부에 고정되도록 설치되는 고정전자석과, 이 고정전자석을 중심으로 하여 제어밸브축의 외주면으로 관통되는 다수개의 가이드구멍내에 각각 설치되는 이동전자석과, 이 이동전자석의 선단에 연결되어 가이드구멍을 통해 제어밸브축의 외주면으로 돌출되도록 설치됨은 물론 상기 가이드구멍을 따라 이동하는 이동전자석의 방향에 따라 제어밸브축의 외주면으로 돌출되는 정도가 결정되는 밸브축기어와, 차속센서와 하중센서로부터 입력신호를 전달받는 콘트롤러와, 이 콘트롤러의 제어에 따라 상기 고정전자석과 이동전자석 중 어느 한 개의 전자석이 지니는 극성을 배터리의 전원을 이용하여 가변시키도록 하는 릴레이수단과, 이 릴레이수단과 상기 고정전자석사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 상기 이 콘트롤러의 제어에 따라 고정전자석이 지니는 극성의 세기를 가변시키도록 하는 가변저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 6과 도 7은 본 발명에 따라 밸브축기어의 돌출양이 가변될 수 있도록 구성되는 동력조향장치의 개략적인 구성도 및 회로도로서, 본 발명에 따라 로터리밸브식 조향기어를 사용하는 동력조향장치는 제어밸브축(20)의 중심부에 고정되도록 설치되는 고정전자석(31)과, 이 고정전자석(31)을 중심으로 하여 제어밸브축(20)의 외주면으로 관통되는 다수개의 가이드구멍(21)내에 각각 설치되는 이동전자석(33)과, 이 이동전자석(33)의 선단에 연결되어 가이드구멍(21)을 통해 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되도록 설치됨은 물론 상기 가이드구멍(21)을 따라 이동하는 이동전자석(33)의 방향에 따라 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되는 정도가 결정되는 밸브축기어(35)와, 차속센서(41)와 하중센서(43)로부터 입력신호를 전달받는 콘트롤러(51)와, 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33) 중 어느 한 개의 전자석이 지니는 극성을 배터리(53)의 전원을 이용하여 가변시키도록 하는 릴레이수단(55)과, 이 릴레이수단(55)과 상기 고정전자석(31)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 상기 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기를 가변시키도록 하는 가변저항(57)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제어밸브축(20)에 형성되는 다수개의 가이드구멍(21)은 고정전자석(31)을 중심으로 하여 방사상의 모양으로 형성되며, 서로간에는 등간격을 이루도록 형성된다.

그리고, 상기의 가이드구멍(21)은 본 발명의 실시예에 따라 여섯 개가 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고 더 많은 개수로서 형성될 수 있음 은 물론이다.

또한, 상기의 이동전자석(33)과 밸브축기어(35)는 로드(34)를 통해 서로 연결되는 구조로 되어 있다.

한편, 상기의 릴레이수단(55)은 콘트롤러(51)와 가변저항(57)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되는 제1릴레이(55a)와, 상기 콘트롤러(51)와 이동전자석(33)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 콘트롤러(51)의 제어에 따라 상기 이동전자석(33)이 지니는 극성을 가변시키는 제2릴레이(55c)로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 작동과정은 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 콘트롤러(51)의 제어시 가변저항(57)을 통해 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기가 가변되는 조건은, 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 0㎞/h 일 경우에는 하중센서(43)로부터 검출된 차량의 적재하중에 의해서만 결정되게 되고, 차량의 주행속도가 0㎞/h 이상일 경우에는 적재하중에 상관없이 주행속도에 의해서만 결정되게 된다.

상기의 조건은 콘트롤러(51)의 제어시 제2릴레이(55c)를 통해 이동전자석(33)의 극성이 가변되는 조건과 동일하게 된다.

따라서, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 0㎞/h 이고, 상기 하중센서(43)로부터 검출된 적재하중이 최대 적재하중에 대해 30％이하인 경우에는, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로의 극성에 대해 영향을 받지 상태이며, 이로 인해 상기 이동전자석(33)의 위치는 고정된 상태를 유지하게 되고, 이때 상기 가이드구멍(21)으로부터 돌출되는 밸브축기어(35)의 돌출양은 도 8에 도시된 바와 같이 밸브축기어(35)의 축방향 전체길이에 대해 50％를 유지하도록 돌출되게 된다.

여기서, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로의 극성에 대해 영향을 받지 상태란, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)은 서로에 대해 인력과 척력이 모두 작용하지 않는 상태이며, 이와 같은 상태를 유지하기 위해서는 상기 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기가 이동전자석(33)에 영향을 주지 못하여야 한다.

한편, 밸브축기어(35)가 축방향의 전체길이에 대해 50％로 돌출된 상태일 때 유압의 힘을 받는 밸브축기어(35)의 단면적 크기는 A라고 기재하고, 상기 밸브축기어(35)의 돌출양에 따라 단면적의 크기가 증가될 때에는 +A라고 기재하며, 단면적의 크기가 감소될 때에는 -A라고 기재한다.

그리고, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 0㎞/h 이고, 상기 하중센서(43)로부터 검출된 적재하중이 최대 적재하중에 대해 30％를 초과하는 경우에는, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로에 대해 척력을 가지도록 이동전자석(33)의 극성이 가변되고, 동시에 상기 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기는 적재하중의 증가분에 비례하여 점차적으로 커지게 되며, 이에 따라 가이드구멍(21)으로부터 돌출되는 밸브축기어(35)의 돌출양은 도 9에 도시된 바와 같이 밸브축기어(35)의 축방향 전체길이에 대해 50％에서부터 최대 90％까지 점차적으로 증가되도록 돌출되게 된다.

이때, 유압의 힘을 받는 밸브축기어(35)의 단면적은 점차적으로 증가되어 +A 의 단면적을 갖게 되며, 이에 따라 스티어링휠을 돌려주는 운전자의 힘이 작게 들더라도 큰 조향력을 얻을 수 있게 되어, 결국에는 운전자의 조향 조작이 대폭 향상되는 잇점이 있게 된다.

또한, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 저속주행(1㎞/h ∼ 20㎞/h) 상태일 경우에는, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로에 대해 척력을 가지도록 이동전자석(33)의 극성이 가변되게 되고, 동시에 상기 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기는 주행속도가 1㎞/h 일 때 최대인 상태를 유지하다가 주행속도의 증가에 따라 반비례 관계를 가지면서 점차적으로 작아지게 되며, 이에 따라 가이드구멍(21)으로부터 돌출되는 밸브축기어(35)의 돌출양은 도 10에 도시된 바와 같이 밸브축기어(35)의 축방향 전체길이에 대해 최대 90％에서부터 50％에 이르기까지 점차적으로 감소되게 된다.

이와 같이, 밸브축기어(35)의 돌출양이 90％에서부터 50％에 이르기까지 점차적으로 줄어들게 되면 유압의 힘을 받는 밸브축기어(35)의 단면적은 점차적으로 감소되어 -A의 단면적을 갖게 된다.

그리고, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 중속주행(21㎞/h ∼ 60㎞/h) 상태일 경우에는, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로의 극성에 대해 영향을 받지 상태이며, 이로 인해 상기 이동전자석(33)의 위치는 고정된 상태를 유지하게 되고, 이때 가이드구멍(21)으로부터 돌출되는 밸브축기어(35)의 돌출양은 도 8에 도시된 바와 같이 밸브축기어(35)의 축방향 전체길이에 대해 50％를 유지하도록 돌출되게 된다.

또한, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 고속주행(61㎞/h 이상) 상태일 경우에는, 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33)이 서로에 대해 인력을 가지도록 이동전자석(33)의 극성이 가변되게 되고, 동시에 상기 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기는 주행속도가 61㎞/h 일 때 최소인 상태를 유지하다가 주행속도의 증가에 비례하여 점차적으로 커지게 되며, 이에 따라 가이드구멍(21)으로부터 돌출되는 밸브축기어(35)의 돌출양은 도 11에 도시된 바와 같이 밸브축기어(35)의 축방향 전체길이에 대해 50％에서부터 최소 10％에 이르기까지 점차적으로 감소되게 된다.

이와 같이, 밸브축기어(35)의 돌출양이 50％에서부터 최소 10％에 이르기까지 점차적으로 줄어들게 되면, 유압의 힘을 받는 밸브축기어(35)의 단면적도 점차적으로 감소되어 -A의 단면적을 갖게 되고, 이에 따라 고속주행 중 스티어링휠이 가벼워지는 결점을 해소할 수 있게 됨으로써 차량의 주행안정성이 대폭적으로 향상되는 잇점이 있게 된다.

이후, 주행중인 차량이 다시 주정차를 하여 차량의 주행속도가 0㎞/h 가 될 때 상기 밸브축기어(35)의 돌출량은 전술한 바와 같이 적재하중에 의해 전적으로 결정되게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제어밸브축에 구비되는 밸브축기어가 차량의 주행속도 및 적재하중에 따라 제어밸브축의 외측으로 돌출되는 양이 가변적으로 조절됨으로써, 스티어링휠의 조작감이 향상되게 되고 아울러 주행안정성이 대폭적으로 향상되어 안전운행에 도움을 줄 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (8)

1. 제어밸브축(20)의 중심부에 고정되도록 설치되는 고정전자석(31)과, 이 고정전자석(31)을 중심으로 하여 제어밸브축(20)의 외주면으로 관통되는 다수개의 가이드구멍(21)내에 각각 설치되는 이동전자석(33)과, 이 이동전자석(33)의 선단에 연결되어 가이드구멍(21)을 통해 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되도록 설치됨은 물론 상기 가이드구멍(21)을 따라 이동하는 이동전자석(33)의 방향에 따라 제어밸브축(20)의 외주면으로 돌출되는 정도가 결정되는 밸브축기어(35)와, 차속센서(41)와 하중센서(43)로부터 입력신호를 전달받는 콘트롤러(51)와, 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 상기 고정전자석(31)과 이동전자석(33) 중 어느 한 개의 전자석이 지니는 극성을 배터리(53)의 전원을 이용하여 가변시키도록 하는 릴레이수단(55)과, 이 릴레이수단(55)과 상기 고정전자석(31)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 상기 이 콘트롤러(51)의 제어에 따라 고정전자석(31)이 지니는 극성의 세기를 가변시키도록 하는 가변저항(57)을 포함하여 구성되는 자동차의 동력조향장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 릴레이수단(55)은 콘트롤러(51)와 가변저항(57)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되는 제1릴레이(55a)와, 상기 콘트롤러(51)와 이동전자석(33)사이에 전기적으로 연결되도록 구성되어 콘트롤러(51)의 제어에 따라 상기 이동전자석(33)이 지니는 극성을 가변시키는 제2릴레이(55c)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력조향장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고정전자석(31)의 극성세기가 가변되는 것과 상기 이동전자석(33)의 극성이 가변되는 것은, 상기 차속센서(41)로부터 검출된 차량의 주행속도가 0㎞/h 일 경우에는 적재하중에 의해서만 결정되고, 차량의 주행속도가 0㎞/h 이상일 경우에는 적재하중에 영향을 받지 않고 주행속도에 의해서만 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력조향장치.
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