KR100622486B1

KR100622486B1 - 스티어링휠 보타력 감소장치

Info

Publication number: KR100622486B1
Application number: KR1020040051081A
Authority: KR
Inventors: 신민철
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-09-19
Also published as: KR20060002150A

Abstract

본 발명은 스티어링휠 보타력 감소장치에 관한 것으로, 조향기어박스(3)의 양측 챔버에 유압차단부(10)가 각각 구비되어, 조향각이 일정시간 동안 일정하게 유지될 경우(조향각감지센서(30)에 의해 감지) 제어유니트(40)가 스텝모터(20)를 구동하여 상기 유압차단부(10)를 통과하는 유로를 차단시키도록 된 구조로 이루어진다.

따라서, 양측 유압차단부(10)의 사이에 오일이 충만한 밀폐공간이 형성되어 랙바(4)의 이동이 구속됨으로써 스티어링휠(1)이 고정되고, 이에 따라 보타력이 감소하거나 필요하지 않게 됨으로써 조정 안정성이 향상된다.

또한, 상기 밀폐공간내 오일에 의해 노면으로부터 전달되는 진동 및 충격이 흡수되어 스티어링휠(1)에 시미진동이 발생하지 않게 됨으로써 운전감이 향상된다.

Description

스티어링휠 보타력 감소장치{apparatus for decreasing a steering wheel holding force}

도 1은 일반적인 스티어링 시스템의 기구 구성도,

도 2는 일반적인 파워스티어링 시스템의 유압라인 설치 상태도,

도 3은 일반적인 파워스티어링 시스템의 내부 구조도,

도 4는 본 발명에 따른 스티어링휠 보타력 감소장치의 구성도,

도 5는 본 발명의 일 구성부인 유압차단부의 구성도,

도 6은 상기 유압차단부에 스텝모터가 연결되는 상태를 보인 개략도,

도 7은 상기 유압차단부의 작동 상태도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 스티어링휠, 2 : 스티어링샤프트,

3 : 조향기어박스, 4 : 랙바,

4a : 피스톤, 5 : 타이로드,

6 : 리저버탱크, 7 : 펌프,

8 : 토션바, 9 : 밸브어셈블리,

10 : 유압차단부, 11 : 고정판,

11a : 원형구멍, 12 : 회동판,

12a : 원형단주, 11b,12b : 오일홀,

12c : 기어이, 20 : 스텝모터,

21 : 구동기어, 30 : 조향각감지센서,

40 : 제어유니트.

본 발명은 자동차의 파워스티어링 시스템에 관한 것으로, 특히 운전중 스티어링휠의 조향상태를 유지하는데 필요한 힘을 감소시켜 줌으로써 운전 편의성이 향상될 수 있도록 된 파워스티어링휠 보타력 감소장치에 관한 것이다.

자동차에는 운전자의 의지대로 차량의 진행 방향을 제어하기 위한 스티어링 시스템이 구비되며, 근래에는 대부분 유압을 이용한 파워스티어링 시스템을 채택함으로써 운전자의 조타력을 보조하여 보다 작은 힘으로 간편하게 스티어링휠을 조작할 수 있도록 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 스티어링 시스템은 스티어링휠(1)과, 스티어링샤프트(2)와, 조향기어박스(3)로 구성되며, 이 조향기어박스(3)에는 스티어링샤프트(2)의 회전에 의해 좌우로 연동되는 랙바(4;도 3참조)가 내장되고, 그 양단에 타이로드(5)가 연결됨으로써 차륜이 조향될 수 있도록 되어 있다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 리저버탱크(6)와, 펌프(7)와 스티어링샤 프트(2)의 말단에 고정된 토션바(8;도 3참조)의 회전에 의해 유로가 조절되는 밸브어셈블리(9) 및 이들을 상호 연결하는 호스들이 부가되어 파워스티어링 시스템이 구성된다.

한편, 상기 펌프(7)에 의해 조향기어박스(3)의 내부로 가압 공급되는 오일의 유압이 조타력 보조를 위한 힘으로 작용케하기 위하여 조향기어박스(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 랙바(4)에 형성된 피스톤(4a)에 의해 내부 공간이 2개의 챔버로 구분되어 파워실린더 역할을 수행하게 된다.

즉, 스티어링휠(1) 회전과 동일 방향으로 상기 토션바(8)가 비틀려지면서 밸브어셈블리(9)내에 유로가 형성되어 해당 챔버로 오일이 주입됨과 동시에 반대쪽 챔버에서는 오일이 빠져나오도록 되어 있어, 유압에 의한 피스톤(4a) 가압작용에 의하여 랙바(4)가 이동됨으로써 조타력이 보조될 수 있도록 되어 있다.

한편, 차량이 직진 고속주행을 계속하는 경우(고속도로 주행의 경우와 같이), 스티어링휠의 조타각 변화는 거의 없으나, 노면의 작은 충격에도 휠이 회전하여 주행방향이 바뀔 수 있으므로 항상 스티어링휠을 잡고 있어야 한다.

그리고, 인터체인지와 같이 고속으로 곡률반경이 큰 도로를 주행할 경우에도 일정 각도 스티어링휠을 회전시킨 다음 그 상태를 지속적으로 유지해야만 하므로 스티어링휠을 계속 잡고 있어야 한다.

또한, 정지 상태라 할지라도 스티어링휠을 한쪽으로 완전히 회전시킨 상태로 U턴을 대기하고 있는 경우에는 스티어링휠을 계속 잡고 있게 된다.

이와 같이 주행 또는 정지 중 스티어링휠 조향각을 일정하게 유지하는데 필 요한 힘을 보타력이라 하며, 이는 차속이 고속일수록 증가하여 심한 경우에는 운전자에게 조정 불안정을 야기시킬 수도 있다.

또한, 차량이 고속으로 달릴수록 노면의 충격이 스티어링휠에 전달되는 양이 커져서 흔히 쉬미(shimmy)라고 불리는 스티어링휠 진동을 유발시킴으로써 운전감을 저하시키는 원인이 되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 조향각이 일정 시간동안 일정하게 유지될 경우 보타력을 감소시키고, 또한 고속주행시 노면으로부터 전달되는 충격이 흡수되도록 함으로써 조정 안정성과 운전감을 향상시킬 수 있도록 된 스티어링휠 보타력 감소장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향기어박스의 양측 챔버내에 각각 설치되는 유압차단부와, 이 유압차단부를 개방 또는 차단 상태로 작동시키는 스텝모터와, 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각감지센서와, 이 조향각감지센서를 통하여 조향각을 인지하고 설정된 일정 시간동안 조향각이 일정하게 유지되면 상기 스텝모터를 정회전시켜 유압차단부를 차단하고 운전자의 조향의지가 입력되면 스텝모터를 역회전시켜 유압차단부를 개방하는 제어유니트를 포함하여 이루어진다.

상기 유압차단부는 조향기어박스의 내벽에 고정되는 고정판과, 이 고정판에 회동가능하도록 밀착설치되는 회동판으로 구성되며, 고정판과 회동판의 동일위치에 각각 오일홀들이 형성되어, 회동판이 정회전되면 오일홀들이 어긋나고 역회전되면 일치되도록 된 구조로 이루어진다.

상기 회동판의 외주에는 기어이가 형성되어 스텝모터의 회전축에 고정된 구동기어에 치합됨으로써 스텝모터에 의해 회동판이 회동된다.

따라서, 일정 시간동안 조향각이 일정하게 유지될 경우 양쪽 유압차단부를 차단시켜 피스톤 양측의 공간을 밀폐공간으로 형성함으로써 랙바의 이동을 구속하여 보타력을 감소시킬 수 있게 되고, 유압차단부들 사이에 충만된 오일에 의해 노면으로부터 전달되는 진동을 흡수할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 구성도로서, 종래 구조와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 조향기어박스(3)의 내부에 랙바(4)의 이동을 구속할 수 있도록 밀폐공간을 형성하는 유압차단부(10)가 설치되는 것에 그 특징이 있다.

상기 유압차단부(10)는 조향기어박스(3)의 내부에서 랙바(4)에 형성된 피스톤(4a)의 양측 공간 즉, 양측 챔버에 각각 설치된다.

유압차단부(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 원형판으로 구성되는데, 그중 상대적으로 지름이 큰 원형판은 고정판(11)으로서 조향기어박스(3)의 내벽면에 고정되고, 지름이 작은 원형판은 회동판(12)으로서, 중앙에 형성된 원형 단주(12a)가 고정판(11)의 중앙에 형성된 원형 구멍(11a)에 삽입되는 상태로 고정판(11)에 밀착설치된다.

또한, 상기 고정판(11)과 회동판(12)에는 상호 동일한 위치에 오일홀(11b,12b)들이 형성되는데, 본 장치가 작동되지 않는 상태에서 오일홀(11b,12b)들은 서로 연통되어 있어서, 오일이 통과할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 회동판(12)의 외주면에는 기어이(12c)가 형성되어, 스텝모터(20)의 회전축에 장착된 구동기어(21)에 치합됨으로써 스텝모터(20)에 의한 회동 작동이 가능하도록 되어 있다.

상기 스텝모터(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 조향기어박스(3)의 외측면에 장착되는데, 회동판(12)이 기어이(12c)와 구동기어(21)가 치합되어야 하므로 회전축의 일부와 구동기어(21)는 조향기어박스(3)의 내측공간에 위치하게 된다. 이를 위해 조향기어박스(3)의 몸체 형상을 적절히 변형하는 것은 당업자에 의해 용이하게 변경 실시 가능한 것이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 스텝모터(20)는 제어유니트(40)에 의해 작동 제어되는데, 제어유니트(40)는 스티어링샤프트(2)에 설치된 조향각감지센서(30)로부터 측정된 조향각 정보에 의해 스텝모터(20)를 작동시키게 된다.

제어유니트(40)는 조향각감지센서(30)로부터 감지된 조향각이 설정된 일정시간(예를 들면 1~2초)동안 변하지 않고 일정하게 유지되면, 상기 스텝모터(20)를 정회전시켜 회동판(12)을 정회전시킴으로써 양측 오일홀(11b,12b)들을 서로 어긋나게 함으로써 유압차단부(10)를 통해 오일이 통과할 수 없도록 유로를 차단한다.

이후, 조향각감지센서(30)로부터 조향각 변화 신호가 입력되면 스텝모터(20)를 역회전시켜 회동판(12)을 역회전시킴으로써 양측 오일홀(11b,12b)들을 다시 일치시켜 유압차단부(10)를 통해 오일이 통과할 수 있는 상태를 만든다.

이제 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

차량 운행 중 고속도로 직진 주행이나 인터체인지 진입 및 U턴 대기 시와 같이 스티어링휠을 일정 각도로 조작 후 그 상태를 계속 유지할 필요가 있을 경우, 제어유니트(40)는 전술한 바와 같이 조향각감지센서(30)로부터 입력되는 신호에 의하여 이를 판단한다.

이어, 제어유니트(40)에 의해 스텝모터(20)가 회동판(12)을 정회전시켜 유로를 차단시킴으로써 양측 유압차단부(10)들의 사이에는 오일이 충만한 밀폐공간이 형성된다.

그런데 이때, 랙바(4)의 피스톤(4a)이 상기 밀폐공간내에 위치함으로써 피스톤(4a)의 좌우이동이 불가능하게 되어 랙바(4)이 거동이 구속된다.

따라서, 랙바(4)와 피니언기어, 스티어링샤프트 등을 매개로 기구적으로 연결되어 있는 스티어링휠(1)이 조향된 상태 그대로 일정한 조향각을 유지할 수 있게 된다. 즉, 운전자에 의한 보타력이 필요 없게 된다.

한편, 상기와 같은 스티어링휠(1) 고정상태라 할지라도, 스티어링샤프트(2)가 토션바(8)에 연결되어 있기 때문에 스티어링휠(1)은 중립 위치를 기준으로 좌우 4°정도씩은 회동될 수 있다.

따라서, 운전자가 조향조작을 위해 스티어링휠(1)을 회전시키려 하면, 상기 작동범위 내의 조향각 변화를 조향각감지센서(30)가 감지하여 제어유니트(40)로 전달하며, 제어유니트(40)는 이를 운전자의 조향조작 의지로 판단하고, 스텝모터(20)를 역회전시켜 양측 유압차단부(10)를 개방시킴으로써 오일이 흐름을 가능케 하여 정상적인 파워스티어링 작동이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 양측 유압차단부(10)에 의하여 이들의 사이에 밀폐공간이 형성되었을 때는 여기에 충만한 오일에 의하여 노면으로부터 전달되는 진동 및 충격이 흡수된다.(기존의 조향기어박스는 개방된 회로이므로 오일에 의한 충격흡수기능이 떨어진다.)

따라서, 장시간 직진도로를 고속주행하는 경우, 상기와 같이 밀폐공간이 형성되어 노면으로부터의 전달 진동 및 충격이 흡수됨으로써 스티어링휠의 시미진동이 감소되며, 이에 따라 운전감이 향상된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 조향각이 일정 시간동안 일정하게 유지될 경우 스티어링휠이 고정됨으로써 보타력이 감소하거나 필요없게 됨으로써 조정 안정성이 향상되어 운전 편의성이 향상되고, 안전운행에 도움이 된다.

또한, 조향기어박스내에 오일이 충만한 밀폐공간이 형성되어 노면으로부터 전달되는 진동 및 충격이 흡수됨으로써 스티어링휠에 시미진동이 감소되어 운전감이 향상되는 효과가 있다.

Claims

조향기어박스(3)의 양측 챔버내에 각각 설치되는 유압차단부(10)와, 이 유압차단부(10)를 개방 또는 차단 상태로 작동시키는 스텝모터(20)와, 스티어링휠(1)의 조향각을 감지하는 조향각감지센서(30)와, 이 조향각감지센서(30)를 통하여 조향각을 인지하고 설정된 일정 시간동안 조향각이 일정하게 유지되면 상기 스텝모터(20)를 정회전시켜 유압차단부(10)를 차단하고 운전자의 조향의지가 입력되면 스텝모터(20)를 역회전시켜 유압차단부(10)를 개방하는 제어유니트(40)를 포함하여 이루어진 스티어링휠 보타력 감소장치.
제 1항에 있어서, 상기 유압차단부(10)는 조향기어박스(3)의 내벽에 고정되는 고정판(11)과, 이 고정판(11)에 회동가능하도록 밀착설치되는 회동판(12)으로 구성되며, 고정판(11)과 회동판(12)의 동일위치에 각각 오일홀(11b,12b)들이 형성되어, 회동판(12)이 정회전되면 오일홀(11b,12b)들이 어긋나고 역회전되면 일치되도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링휠 보타력 감소장치.
제 2항에 있어서, 상기 회동판(12)의 외주에 기어이(12c)가 형성되어 스텝모터(20)의 회전축에 고정된 구동기어(21)에 치합된 것을 특징으로 하는 스티어링휠 보타력 감소장치.