KR100738393B1 - 반력식 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치 - Google Patents

반력식 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은, 자동차의 주행 조건에 따라 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하되 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하는 압력 제어 밸브에 있어서, 상기 제 1 밸브는, 외주측에 공급 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디; 상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 공급 포트와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀; 상기 제 1 스풀의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재; 및 상기 제 1 스풀의 상측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고, 상기 제 2 밸브는, 외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디; 상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하는 제 2 스풀; 및 상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브를 제공한다.
본 발명에 의하면, 차속에 따라 반력압을 조절할 수 있는 제 1 밸브와, 제 1 밸브에서 조절된 반력압에 따라 유압 반력부에서 작용하는 작동유의 최대 반력압을 제어하는 제 2 밸브를 구비함으로써 차속 변화에 따라 운전자에게 전달되는 조향감의 차이가 현저하게 느껴지도록 하는 효과가 있다.
압력 제어 밸브, 차속 센서, 솔레노이드, 유압, 반력

Description

반력식 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치{Reaction Type Pressure Control Valve and Electronically Controllable Power Steering Apparatus for Vehicle Including Same}
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 2a는 종래 기술에 따른 유로 전환 밸브의 일측면을 나타내는 단면도,
도 2b는 종래 기술에 따른 유로 전환 밸브의 타측면 및 압력 제어 밸브(PCV: Pressure Control Valve)의 일측면을 나타내는 단면도,
도 3은 자동차가 저속으로 주행하는 경우의 압력 제어 밸브의 작동 상태를 나타내는 단면도,
도 4는 자동차가 고속으로 주행하는 경우의 압력 제어 밸브의 작동 상태를 나타내는 단면도,
도 5는 종래 기술에 따른 압력 제어 밸브가 작동하는 경우 입력되는 토크와 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력 간의 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 종래 기술에 따른 압력 제어 밸브가 작동하는 경우 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력(공급압)과 유압 반력부에서 작동하는 작동유의 압력(반력압) 간의 관계를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브를 나타내는 단면도,
도 8은 입력되는 토크와 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력 간의 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력(공급압)과 유압 반력부에서 작동하는 작동유의 압력(반력압) 간의 관계를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 제어 밸브를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 유압 펌프103: 유로 전환 밸브
105: 작동 실린더107: 차속 센서
109: 전자 제어 장치111: 압력 제어 밸브
203: 입력축205: 피니언축
207: 반력 플런저209: 유압 반력부
217: 솔레노이드221: 공급 포트
223: 배출 포트224: 반력 포트
701: 제 1 밸브 바디703: 제 1 스풀
705: 제 1 탄성 부재707: 제 1 유로
709: 캡710: 제 1 밸브
711: 제 2 밸브 바디713: 제 2 스풀
715: 제 2 탄성 부재717: 제 2 유로
718: 필터719: 막힘 방지 홈
720: 제 2 밸브721: 지지체
723: 조절 플러그730: 밸브 하우징
731: 차단턱1001: 연결 포트
1003: 공급 관로
본 발명은 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차속에 따라 반력압을 조절할 수 있는 제 1 밸브와, 제 1 밸브에서 조절된 반력압에 따라 유압 반력부에서 작용하는 작동유의 최대 반력압을 제어하는 제 2 밸브를 구비함으로써 차속 변화에 따라 운전자에게 전달되는 조향감의 차이가 현저하게 느껴지도록 하는 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
한편, 동력 보조 조향장치는 운전자가 자동차의 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 배력 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 차량의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.
이와 같은 동력 보조 조향장치는 유압식 동력 보조 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering Apparatus)와 전기식 동력 보조 조향장치(EPS: Electric Power Steering Apparatus)로 크게 구분된다.
유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 회전축에 연결된 유압 펌프가 작동유를 랙 바(Rack Bar)와 연결되어 있는 작동 실린더로 공급하면, 작동유를 공급받은 작동 실린더의 피스톤이 움직임으로써 조향 조작력을 보조하게 되어 운전자로 하여금 작은 힘으로 조향 조작을 할 수 있도록 하는 장치이다. 반면, 전기식 동력 보조 조향장치는 유압 펌프와 작동 실린더 대신에 랙 바 또는 컬럼에 모터 및 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하고 있어 모터의 힘으로 조작력을 보조해 주는 장치이다.
최근 전기식 동력 보조 조향장치를 탑재한 자동차가 늘어나고 있는 실정이기는 하나 아직 대부분의 자동차에는 유압식 동력 보조 조향장치가 사용되고 있다.
자동차가 저속으로 주행하거나 정지 상태에 있는 경우에는 타이어와 노면의 마찰 저항이 크기 때문에 큰 조향 보조 동력이 요구되지만 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 타이어와 노면 사이의 마찰 저항이 작기 때문에 큰 조향 보조 동력이 필요하지 않다. 그런데, 일반적인 유압식 동력 보조 조향장치는 자동차가 저속인 경우든 고속인 경우든 동일한 조향 보조 동력을 공급하기 때문에 고속의 경우 필요 이상으로 조향 휠이 가벼워져서 오히려 조향 안정성이 나빠지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 최근에는 자동차의 주행 속도에 따라 조향 보조 동력의 공급을 제어함으로써 고속에서도 조향 안정성을 유지할 수 있도록 하는 전자 제어 동력 보조 조향장치(ECPS: Electronically Controllable Power Steering Apparatus)가 도입되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치의 구성도이고, 도 2a 및 2b는 각각 종래 기술에 따른 유로 전환 밸브의 일측면 및 타측면과 압력 제어 밸브(PCV: Pressure Control Valve)의 일측면을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 2b에서 각각 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치는, 자동차의 엔진(미도시)에 의해 구동되는 유압 펌프(101)와, 토션 바(201)가 내장되는 중공 형상의 입력축(203)과, 토션 바(201)를 매개로 입력축(203)과 연결되는 피니언축(205)과, 입력축(203)과 피니언축(205)의 상대 변위에 따라 작동유의 유로를 변환하는 유로 전환 밸브(103)와, 유로 전환 밸브(103)로부터 전달되는 작동유에 의해 조향 보조 동력을 공급하는 작동 실린더(105)와, 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(107)와, 차속 센서(107)로부터 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치(109)와, 유압에 의해 앞뒤로 운동하는 반력 플런저(Plunger: 207)를 통해 입력축(203)과 피니언축(205)의 상대 변위를 규제하는 유압 반력부(209)와, 유로 전환 밸브(103)의 일측에 구비되되 전자 제어 장치(109)에 의해 유압 반력부(209)로의 작동유의 공급을 제어하는 압력 제어 밸브(111)를 포함하여 구성된다.
압력 제어 밸브(111)는 공급 포트(221), 배출 포트(223) 및 반력 포트(224)를 외주측에 구비하되 중공 형상으로 이루어진 밸브 바디(211)와, 밸브 바디(211)의 내측에 상부에 내장되고 스풀(215)에 하측 방향으로 탄성력을 가하는 스프링(213)과, 상단이 스프링(213)에 의해 지지되되 밸브 바디(211)의 내측에서 슬라이딩 가능하도록 하단이 솔레노이드(217)에 의해 지지되며, 외주면 상에서 소정 깊이를 가지되 소정 거리 이격되어 형성되고 유로공(229)을 통해 서로 연통되도록 형성되는 제 1 단차부(225) 및 제 2 단차부(227)를 구비하는 스풀(215)과, 스풀(215)을 하측에서 지지하며 전자 제어 장치(109)에 의해 제어되는 솔레노이드(217)를 포함하여 구성된다.
또한, 이러한 구성을 가지는 전자 제어 동력 보조 조향장치는 운전자가 조향 휠(113)을 조작함으로써 조향 휠(113)에 연결된 조향축(115)이 회전하고, 유니버설 조인트(117)를 매개로 조향축(115)과 연결되는 입력축(203)이 피니언축(205)과 상대 변위를 일으키면서 회전하며, 그에 따라 작동유가 작동 실린더(105)의 좌우 압력실(105a, 105b)에 선택적으로 공급됨으로써 랙 바(119)에 조향 보조 동력이 가해지는 기본 작동 원리는 일반적인 유압식 동력 보조 조향장치와 차이가 없다.
그러나, 전자 제어 동력 보조 조향장치는 자동차의 속도에 따라 작동 상태가 달라지는 바, 이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 자동차가 저속으로 주행하는 경우의 종래 기술에 따른 압력 제어 밸브의 작동 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 자동차가 고속으로 주행하는 경우의 종래 기술에 따른 압력 제어 밸브의 작동 상태를 나타내는 단면도이다.
자동차가 주차를 하거나 저속으로 주행하는 경우에는, 차속 센서(107)로부터 감지된 차속 신호를 전달받은 전자 제어 장치(109)가 압력 제어 밸브(111)의 솔레노이드(217)를 제어함으로써 스풀(215)이 상방향으로 슬라이딩하도록 한다. 이 경우 제 1 단차부(225)가 상방향으로 이동되어 공급 포트(221)로부터 이격됨으로써 작동유가 유로공(229)으로 전달되지 못하게 된다. 따라서, 유압 반력부(209)에 작동유가 공급되지 않기 때문에 반력 플런저(207)가 입력축(203)으로부터 이격되게 되고, 그에 따라 입력축(203)은 반력 플런저(207)와의 마찰 없이 회전할 수 있게 된다. 즉, 이 경우 조향 휠(113)이 가벼워지기 때문에 운전자는 일반적인 유압식 동력 보조 조향장치가 작동하는 경우와 마찬가지의 조향감을 느끼게 된다.
그러나, 자동차가 중속 또는 고속으로 주행하는 경우에는, 차속 센서(107)로부터 감지된 차속 신호를 전달받은 전자 제어 장치(109)가 압력 제어 밸브(111)를 제어함으로써 스풀(215)이 하방향으로 슬라이딩하도록 한다. 이 경우 제 1 단차부(225)가 하방향으로 이동되어 공급 포트(221)와 연통되게 되고 그에 따라 작동유가 유로공(229)에 전달된다. 유로공(229)을 지나는 작동유는 제 2 단차부(227) 및 반력 포트(224)를 지나 유압 반력부에 전달된다. 이렇게 유압 반력부(209)에 작동유가 공급되기 때문에 작동유의 압력을 받는 반력 플런저(207)가 입력축(203)에 밀착하게 되고, 그에 따라 입력축(203)은 반력 플런저(207)에 의해 회전이 규제되게 된다. 즉, 이 경우 조향 휠(113)이 무거워지기 때문에 운전자는 일반적인 유압식 동력 보조 조향장치가 작동하는 경우와 달리 고속에서 안정적인 조향감을 느끼게 된다.
도 5는 종래 기술에 따른 압력 제어 밸브가 작동되는 경우 입력되는 토크와 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력 간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 6은 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력(공급압)과 유압 반력부에서 작동하는 작동유의 압력(반력압) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 전자 제어 동력 보조 조향장치에 있어서는 차속이 증가함에 따라 반력압도 역시 증가하며, 특히 차속 증가에 따른 반력압의 증가 비율이 일정하게 나타난다.
따라서, 이렇게 차속 변화에 따른 반력압의 증가 비율이 일정한 경우에는 차속이 변화하더라도 운전자가 느끼는 조향감에 있어서는 별다른 차이가 없게 되어 운전자가 조향감의 변화만으로는 현재의 주행 상태를 잘 느낄 수 없게 되는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 차속에 따라 반력압을 조절할 수 있는 제 1 밸브와, 제 1 밸브에서 조절된 반력압에 따라 유압 반력부에서 작용하는 작동유의 최대 반력압을 제어하는 제 2 밸브를 구비함으로써 차속 변화에 따라 운전자에게 전달되는 조향감의 차이가 현저하게 느껴지도록 하는 압력 제어 밸브 및 이를 구비한 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 주행 조건에 따라 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하되 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하는 압력 제어 밸브에 있어서, 상기 제 1 밸브는, 외주측에 공급 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디; 상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 공급 포트와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀; 상기 제 1 스풀의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재; 및 상기 제 1 스풀의 상측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고, 상기 제 2 밸브는, 외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디; 상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하는 제 2 스풀; 및 상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브를 제공한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상단이 조향 휠에 연결되는 토션 바와, 상기 토션 바가 내장되는 중공 형상의 입력축과, 상기 토션 바를 매개로 입력축과 연결되는 피니언축과, 상기 입력축과 상기 피니언축의 상대 변위에 따라 작동유의 유로를 변환하는 유로 전환 밸브와, 상기 유로 전환 밸브로부터 전달되는 작동유에 의해 조향 보조 동력을 공급하는 작동 실린더와, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 차속 센서로부터 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치와, 상기 입력축과 상기 피니언축의 상대 변위를 규제하는 유압 반력부과, 상기 전자 제어 장치에 의해 상기 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하는 압력 제어 밸브를 포함하는 상기 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 압력 제어 밸브는 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하되, 상기 제 1 밸브는, 외주측에 공급 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디; 상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 공급 포트와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀; 상기 제 1 스풀의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재; 및 상기 제 1 스풀의 상측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고, 상기 제 2 밸브는, 외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디; 상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하는 제 2 스풀; 및 상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 7에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브는, 외주측에 공급 포트(221)가 형성되어 있고 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디(701), 제 1 밸브 바디(701)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 공급 포트(221)와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로(707)를 내측에 구비하는 제 1 스풀(703), 제 1 스풀(703)의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재(705) 및 제 1 스풀(703)의 상측에 구비되는 솔레노이드(217)를 포함하는 제 1 밸브(710)와, 외주측에 반력 포트(224) 및 배출 포트(223)가 각각 형성되어 있고 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디(711), 제 2 밸브 바디(711)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 반력 포트(224)와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로(717)를 내측에 구비하고 있는 제 2 스풀(713) 및 제 2 스풀(713)의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재(715)를 포함하는 제 2 밸브(720)를 포함하여 구성되고 밸브 하우징(730)에 내장된다.
제 1 밸브(710)는 제 1 밸브 바디(701), 제 1 스풀(703), 제 1 탄성 부재(705) 및 솔레노이드(217)를 포함하여 구성된다.
제 1 밸브 바디(701)는 직경이 일정하고 중공의 원통 형상이며, 외주측에 공급 포트(221)를 구비하고 있다. 공급 포트(221)는 유압 펌프로부터 전달되는 작동유가 공급되는 통로이다.
제 1 스풀(703)은 원통 형상으로서 제 1 밸브 바디(701)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 형성되고, 내측에는 공급 포트(221)와 연통되는 제 1 유로(707)가 형성되어 있다.
또한, 제 1 유로(707)는 제 1 스풀(703)의 하측으로 개방되어 있는데, 공급 포트(221)를 통해 제 1 밸브(710)로 공급되는 작동유가 제 1 유로(707)를 거쳐서 제 1 밸브(710)의 하측에 형성된 제 2 밸브(720)로 전달된다. 제 1 유로(707)를 통해 제 1 밸브(710)와 제 2 밸브(720)가 서로 연통되게 하는 방식은 다양할 것이나, 제 1 유로(707)가 제 1 밸브(710) 및 제 2 밸브(720)를 서로 직렬로 연결하도록 함이 바람직하다.
제 1 탄성 부재(705)는 제 1 스풀(703)의 하측과 제 1 밸브 바디(701)의 하부 내측 사이에 형성되어 제 1 스풀(703)에 축 방향 상측으로 탄성력을 가한다. 제 1 탄성 부재(705)로는 스프링을 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 1 탄성 부재(705)의 하측과 제 1 밸브 바디(701)의 하부 내측 사이에는 제 1 유로(707)와 연통되는 중공 형상의 캡(709)을 구비하여 후술할 솔레노이드(217)의 작동에 따라 제 1 스풀(703)이 축 방향 하측으로 슬라이딩하는 과정에서 제 1 탄성 부재(705)가 제 1 밸브 바디(701)의 내측으로부터 튕겨나가지 않도록 제 1 탄성 부재(705)를 지지함이 바람직하다. 캡(709)은 제 1 밸브 바디(701)의 내측에 압입할 수도 있고, 캡(709)의 외주면과 제 1 밸브 바디(701)의 내주면에 각각 수나사 및 암나사를 구비하여 나사 결합을 할 수도 있다.
솔레노이드(217)는 제 1 스풀(703)의 상단에서 제 1 스풀(703)과 동축 상에 형성된다. 솔레노이드(217)는 차속 센서로부터 전자 제어 장치로 차속 신호가 전달되면 전자 제어 장치에 의해 작동된다.
이러한 구성을 가지는 제 1 밸브(710)는, 공급 포트(221)를 통해 작동유가 제 1 밸브(710)에 공급되면 솔레노이드(217)의 작동에 따라 제 1 스풀(703)이 상하로 운동하면서 공급 포트(221)에 대한 제 1 유로(707)의 개방 정도를 조절함으로써 차속에 따라 제 2 밸브(720)로 전달되는 작동유의 압력을 조절한다.
즉, 자동차가 저속으로 주행하는 경우에는 솔레노이드(217)가 제 1 스풀(703)을 축 방향 상측으로 이동시켜서 작동유가 제 2 밸브(720)로 적게 공급되도록 하고, 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 제 1 스풀(703)을 축 방향 하측으로 이동시켜 작동유가 제 2 밸브(720)로 많이 공급되도록 하는 것이다.
제 2 밸브(720)는 제 2 밸브 바디(711), 제 2 스풀(713) 및 제 2 탄성 부재(715)를 포함하여 구성된다.
제 2 밸브 바디(711)는 직경이 일정하고 중공의 원통 형상이며, 외주측에 반력 포트(224) 및 배출 포트(223)를 구비하고 있다. 반력 포트(224)는 유압 펌프로부터 전달되는 작동유가 유압 반력부(미도시)로 공급되는 통로이고, 배출 포트(223)는 오일 탱크로 전달되는 작동유가 배출되는 통로이다.
한편, 작동유에 섞인 채 유압 반력부(미도시)로 작동유와 함께 유입되는 이물질을 걸러내기 위해 반력 포트(224)의 출구에는 필터(718)를 구비할 수 있다.
또한, 필터(718)에 의해 반력 포트(224)가 막히는 것을 방지하기 위해 제 2 밸브 바디(711)의 외주면으로부터 반력 포트(224)의 내측까지 소정 깊이로 막힘 방지 홈(719)을 형성할 수도 있다.
이와 같은 필터(718) 및 막힘 방지 홈(719)은 제 2 밸브 바디(711)의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성되게 할 수도 있다.
제 2 스풀(713)은 원통 형상으로서 제 2 밸브 바디(711)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 형성되고, 내측에는 반력 포트(224)와 연통되는 제 2 유로(717)가 형성되어 있다.
또한, 제 2 유로(717)는 제 2 스풀(713)의 상측으로 개방되어 있는데, 제 1 밸브(710)에 공급된 작동유가 제 1 유로(707) 및 제 2 유로(717)를 통해 제 2 밸브(720)로 전달된다. 한편, 제 1 유로(707) 및 제 2 유로(717)가 제 1 밸브(710) 및 제 2 밸브(720)를 서로 직렬로 연결하도록 함이 바람직하다.
제 2 탄성 부재(715)는 제 2 스풀(713)의 하측과 제 2 밸브 바디(711)의 하부 내측 사이에 형성되어 제 2 스풀(713)에 축 방향 상측으로 탄성력(F)을 가한다. 그런데, 제 2 스풀(713)의 상측에서 제 2 스풀(713)에 자용하는 작동유의 압력(P)과 제 2 스풀(713)의 단면적(A)을 곱한 값(P × A)이 제 2 탄성 부재(713)의 탄성력(F)보다 큰 경우에는 제 2 스풀(713)이 축 방향 하측으로 이동하게 되고, 반대의 경우에는 상측으로 이동하게 된다. 이렇게 제 2 스풀(713)이 작동유의 압력에 따라 축 방향으로 직선 운동을 함에 따라 제 2 유로(717)가 반력 포트(224)와 연통되기도 하고 차단되기도 하면서 작동유의 흐름이 제어되는 것이다.
또한, 제 2 스풀(713)의 제 2 유로(717) 및 반력 포트(224)를 지나는 작동유는 유압 반력부(미도시)에 공급됨으로써 입력축(미도시)의 회전을 제어하게 되는데, 상술한 바와 같이 제 2 밸브(720)의 작동에 의해 작동유의 압력이 제어된다.
즉, 최초에 제 2 탄성 부재(715)의 탄성력을 일정한 값으로 설정하게 되면 제 2 스풀(713)의 상측에서 작용하는 작동유의 최대 압력을 제어할 수 있게 되는 것이다.
제 2 탄성 부재(715)로는 일정한 탄성력을 갖는 스프링을 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 2 탄성 부재(715)의 하측에는 제 2 탄성 부재(715)를 지지하도록 지지체(721)를 구비하고, 지지체(721)의 하측에는 제 2 밸브 바디(711)에 나사 결합되는 조절 플러그(723)를 구비함으로써 조절 플러그(723)의 조절을 통해 지지체(721)를 상하로 운동시켜서 제 2 탄성 부재(715)의 탄성력을 조절할 수도 있다.
한편, 제 2 탄성 부재(715)의 하측에 조절 플러그(723) 대신 제 2 밸브 바디(711)에 압입되는 고정 마개를 구비할 수도 있다.
물론, 고정 마개를 사용하는 경우에는 고정 마개가 제 2 밸브 바디(711)에 압입된 상태를 유지하기 때문에 최초에 제 2 탄성 부재(715)의 탄성력을 일정한 값으로 고정할 수 있을 뿐 제 2 탄성 부재(715)의 탄성력을 조절할 수는 없다.
그러나, 고정 마개를 사용함으로써 본 발명에 따른 압력 제어 밸브의 양산 과정에서는 조절 플러그(723)를 제 2 밸브 바디(711)에 나사 결합하는 경우에 비해 생산 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
한편, 제 2 스풀(713)의 상측에는 제 2 유로(717)와 연통되는 중공 형상의 캡(709)을 구비하여 제 2 탄성 부재(715)의 탄성력에 의해 제 2 스풀(713)이 제 2 밸브 바디(711)의 내측으로부터 튀어 나가는 것을 방지할 수 있다.
캡(709)은 제 2 밸브 바디(711)의 내측에 압입할 수도 있고, 캡(709)의 외주면과 제 2 밸브 바디(711)의 내주면에 각각 수나사 및 암나사를 구비하여 나사 결합을 할 수도 있다.
한편, 유압 펌프로부터 전달되는 작동유가 맥동을 수반하는 경우 이를 감쇠시키기 위해 캡(709)의 내측에 오리피스를 구비할 수도 있다.
제 1 밸브(710)와 제 2 밸브(720)는 모두 밸브 하우징(730)에 내장되는데, 제 1 스풀(703)과 제 2 스풀(713)이 슬라이딩 과정에서 서로 충돌하는 것을 막기 위해 밸브 하우징(730)의 내주면과 제 1 밸브(710)의 하측 및 제 2 밸브(720)의 상측 사이에 밸브 하우징(730)의 내주면으로부터 직경 방향으로 소정 거리 돌출되는 차단턱(731)을 구비할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브가 작동하는 경우 입력되는 토크와 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력 간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브가 작동하는 경우 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 압력(공급압)과 유압 반력부에서 작동하는 작동유의 압력(반력압) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9에서 각각 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 제어 밸브가 작동하는 경우에는 차속이 증가함에 따라 반력압이 증가하는 것은 종래 기술과 다름없으나, 본 발명의 경우 종래 기술과는 달리 차속의 증가에 따른 반력압의 증가 비율이 변화한다. 따라서, 이렇게 차속 변화에 따른 반력압의 증가 비율이 변화하기 때문에 운전자가 느끼는 조향감의 차이가 현저하게 되고, 그에 따라 운전자는 조향감의 변화를 통해 현재의 주행 상태를 잘 느낄 수 있게 되는 것이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 제어 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 10에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 제어 밸브는, 외주측에 연결 포트(1001)가 형성되어 있고 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디(701), 제 1 밸브 바디(701)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 연결 포트(1001)와 연통되되 공급 관로(1003) 측으로 개방된 제 1 유로(707)를 내측에 구비하는 제 1 스풀(703), 제 1 스풀(703)의 일측에 구비되는 제 1 탄성 부재(705) 및 제 1 스풀(703)의 타측에 구비되는 솔레노이드(217)를 포함하는 제 1 밸브(710)와, 제 1 밸브 바디(701)의 축 방향과 수직으로 형성되되 외주측에 반력 포트(224) 및 배출 포트(223)가 각각 형성되어 있고 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디(711), 제 2 밸브 바디(711)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 반력 포트(224)와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로(717)를 내측에 구비하고 있는 제 2 스풀(713) 및 제 2 스풀(713)의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재(715)를 포함하는 제 2 밸브(720)를 포함하여 구성되고 밸브 하우징(730)에 내장된다.
제 1 밸브(710)는 제 2 밸브(720)의 축 방향에 수직하게 형성되는데, 제 1 밸브 바디(701)의 외주측에 연결 포트(1001)가 형성되어 있어서 공급 관로(1003)를 통해 제 1 밸브(710)로 공급되었던 작동유가 제 1 유로(707) 및 연결 포트(1001)를 통해 제 2 밸브(720)의 내부로 유입된다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 제어 밸브의 경우 제 1 실시예와 달리 제 1 밸브(710)가 제 2 밸브(720)의 축 방향에 수직하게 형성되므로 공간적 제약이 있는 경우 이를 극복할 수 있게 한다.
기타의 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하기 때문에 동일한 구성 요소에 대하여는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명 및 작용의 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차속에 따라 반력압을 조절할 수 있는 제 1 밸브와, 제 1 밸브에서 조절된 반력압에 따라 유압 반력부에서 작용하는 작동유의 최대 반력압을 제어하는 제 2 밸브를 구비함으로써 차속 변화에 따라 운전자에게 전달되는 조향감의 차이가 현저하게 느껴지도록 하는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 자동차의 주행 조건에 따라 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하되 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하는 압력 제어 밸브에 있어서,
    상기 제 1 밸브는,
    외주측에 공급 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디;
    상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 공급 포트와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀;
    상기 제 1 스풀의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재; 및
    상기 제 1 스풀의 상측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고,
    상기 제 2 밸브는,
    외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디;
    상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하는 제 2 스풀; 및
    상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 중공 형상의 밸브 하우징의 내측에 밀착하여 내장되고,
    상기 밸브 하우징은 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브 사이에 차단턱을 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 탄성 부재의 하측에는 조절 플러그(Plug)가 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조절 플러그는 상기 제 2 밸브 바디에 압입 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 조절 플러그는 상기 제 2 밸브 바디에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 조절 플러그의 상측과 상기 제 2 탄성 부재의 하측에 각각 접하는 지지체가 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스풀의 상측에는 상기 제 2 유로와 연통되는 중공 형상의 캡(Cap)이 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캡의 내측에는 오리피스(Orifice)가 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반력 포트의 출구에는 필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 밸브 바디의 외주면으로부터 상기 반력 포트의 내측까지 소정 깊이로 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 축 방향으로 서로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 동축 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  13. 자동차의 주행 조건에 따라 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하되 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하는 압력 제어 밸브에 있어서,
    상기 제 1 밸브는,
    외주측에 연결 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디;
    상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 연결 포트와 연통되되 공급 관로 측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀;
    상기 제 1 스풀의 일측에 구비되는 제 1 탄성 부재 및
    상기 제 1 스풀의 타측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고,
    상기 제 2 밸브는,
    상기 제 1 밸브 바디의 축 방향과 수직으로 형성되되 외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디;
    상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하고 있는 제 2 스풀 및
    상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성 부재의 하측과 제 1 밸브 바디의 하부 내측 사이에는 상기 제 1 유로와 연통되는 중공 형상의 캡이 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 밸브는 상기 제 1 밸브의 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브.
  16. 자동차의 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상단이 조향 휠에 연결되는 토션 바와, 상기 토션 바가 내장되는 중공 형상의 입력축과, 상기 토션 바를 매개로 입력축과 연결되는 피니언축과, 상기 입력축과 상기 피니언축의 상대 변위에 따라 작동유의 유로를 변환하는 유로 전환 밸브와, 상기 유로 전환 밸브로부터 전달되는 작동유에 의해 조향 보조 동력을 공급하는 작동 실린더와, 상기 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서와, 상기 차속 센서로부터 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치와, 상기 입력축과 상기 피니언축의 상대 변위를 규제하는 유압 반력부과, 상기 전자 제어 장치에 의해 상기 유압 반력부로의 작동유의 공급을 제어하는 압력 제어 밸브를 포함하는 상기 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브는 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 포함하되,
    상기 제 1 밸브는,
    외주측에 공급 포트가 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 1 밸브 바디;
    상기 제 1 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 공급 포트와 연통되되 하측으로 개방된 제 1 유로를 내측에 구비하는 제 1 스풀;
    상기 제 1 스풀의 하측에 구비되는 제 1 탄성 부재; 및
    상기 제 1 스풀의 상측에 구비되는 솔레노이드를 포함하여 형성되고,
    상기 제 2 밸브는,
    외주측에 반력 포트 및 배출 포트가 각각 형성되어 있고, 중공 형상으로 이루어진 제 2 밸브 바디;
    상기 제 2 밸브 바디의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고, 상기 반력 포트와 연통되되 상측으로 개방된 제 2 유로를 내측에 구비하는 제 2 스풀; 및
    상기 제 2 스풀의 하측에 구비되는 제 2 탄성 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100215238B1 (ko) 1996-12-07 1999-08-16 오상수 전자제어 파워 스티어링의 반력장치

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