KR100764167B1 - 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력조향장치에 관한 것으로서, 그 목적은 피니언과 하우징의 사이에서 축방향으로 동작되는 피스톤과 이의 동작에 따라 반경방향으로 동작되어 피니언과 그 내부에 설치되는 입력축 사이에 밀착력을 조절하는 스틸볼을 구비한 반력구조를 마련하여 설치공간을 최소화하고 이로 인해 부피를 소형화하는 동력조향장치를 제공하는 것이며, 외부 회전력을 전달받도록 하우징의 내부에 설치된 입력축과, 소정의 회전방향 유격을 가지도록 상기 입력축과 연결되어 회전력을 전달받는 피니언과, 상기 피니언과 입력축의 내부에 비틀림 가능하도록 설치된 토션바와, 상기 토션바의 비틀림에 따라 상기 입력축과의 상대변위가 발생되도록 그 외부에 설치된 밸브바디와, 상기 밸브바디와 입력축 사이로 공급되는 유압을 제어하도록 상기 하우징의 일측에 설치된 유량제어밸브를 구비한 동력조향장치에 있어서, 내부에 설치되는 상기 입력축과 마주할 수 있도록 상기 피니언의 내,외부측으로 관통하여 형성되는 안내홀과, 상기 안내홀의 내부에 반경방향 내,외측으로 이동 가능하도록 삽입 설치되는 스틸볼과, 상기 유량제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 피니언과 하우징의 사이에서 축방향 이동되되 상기 스틸볼을 반경방향으로 이동시킬 수 있도록 그 선단측에는 경사면이 형성된 피스톤과, 상기 피스톤과 상기 밸브바디의 사이에 설치되는 복원스프링이 구비되는 구성이다.

입력축, 피니언, 유압제어밸브, 유량제어밸브, 반력구조, 실린더, 피스톤

Description

동력조향장치{POWER STEERING SYSTEM}

도 1은 종래의 동력조향장치를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 동력조향장치를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반력부구조를 확대도시한 단면도이다.

도 4는 도 3의 A-A선을 보인 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 반력부구조를 보인 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 유압제어밸브 111: 하우징

112: 입력축 113: 피니언

114: 토션바 115: 밸브바디

120: 유량제어밸브 121: 스풀

122: 솔레노이드 180: 반력부

181: 안내홀 182: 스틸볼

183: 피스톤 184: 경사면

185: 복원스프링

본 발명은 동력조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피니언과 입력축 사이의 밀착력을 조절하여 차속에 따라 조향력을 제어하는 반력구조를 개선하여 설치공간을 최소화하고 이로 인해 부피를 소형화하는 동력조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 동력조향장치는 별도의 동력을 이용하여 조향력을 배가시키는 것으로서, 엔진의 동력으로 구동되는 유압펌프와, 이로 부터 전달되는 유압에 의해 그 내부에 설치된 피스톤과 랙바가 좌,우측으로 이동되어 차량의 타이어휠을 동작시키는 파워실린더 및 회송된 유압을 저장하여 유압펌프로 재공급하는 리저버탱크 등으로 구성된다.

한편, 파워실린더의 중간 일측에는 조향휠에 의해 동작되어 유압펌프와 파워실린더 사이로 이동되는 유압의 흐름을 전환시킬 수 있도록 유압제어밸브가 설치되는데, 이의 일측에는 솔레노이드에 의해 상,하방향으로 동작되는 스풀에 의해 유압제어밸브와 사이의 유로의 개도를 조절하는 유량제어밸브가 설치된다.

도 1은 이러한 종래 동력조향장치를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 유압제어밸브(10)를 형성하는 하우징(11)의 내부 상측으로는 회전 가능하도록 입력축(12)이 삽입 설치되고, 이 입력축(12)의 하측으로는 피니언(13)이 설치되며, 입력축(12)과 피니언(13)의 사이에는 토션바(14)가 설치된다.

그리고, 입력축(12)의 외부측으로는 밸브바디(15)가 설치되어 이들 사이의 회전각에 따라 이들을 통해 이동되는 유압의 개도를 조절하게 되는데, 이를 위해 유압제어밸브(10)의 외주면 일측에는 유압펌프(미도시)가 연결되고, 유압제어밸브(10)의 타측에는 파워실린더(20)가 연결된다.

아울러, 유압제어밸브(10)의 일측에는 입력축(12)과 밸브바디(15) 사이의 유로와 연결되어 그 사이의 개도를 조절할 수 있도록 스풀(31)을 구비한 유량제어밸브(30)가 설치되고, 그 하측에는 이 스풀(31)을 축방향으로 동작시키도록 콘트롤러(미도시)에 연결된 솔레노이드(32)가 설치된다.

한편, 피니언(13)의 상단측에는 그 내부에 설치된 입력축(12)과 연통되도록 반경방향으로 관통된 반력실린더(41)가 형성되고, 이 반력실린더(41)의 내부에는 반력피스톤(42)이 설치되는데, 이 반력피스톤(42)의 선단에는 라운딩된 돌기가 형성된다.

이때, 반력실린더(41)의 후방측은 유량제어밸브(30)측과 연결되어 유량제어밸브(30)의 동작에 따라 공급되는 유압에 의해 반력실린더(41)와 입력축(12)의 밀착되는 정도를 조절하여 피니언(13)과 입력축(12) 사이의 비틀림을 조절하고 이로 인해 입력축(12)과 밸브바디(15) 사이의 유로를 조절하여, 결국 차속에 따라 파워실린더(20)로 공급되는 유압을 조절한다.

그러나, 이러한 종래의 동력조향장치는, 반력피스톤이 동작되는 구간을 형성하기 위해 반력실린더를 입력축의 반경방향으로 형성하므로, 그 설치공간이 반경방향으로 확대 형성되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 피니언과 하우징의 사이에서 축방향으로 동작되는 피스톤과 이의 동작에 따 라 반경방향으로 동작되어 피니언과 그 내부에 설치되는 입력축 사이에 밀착력을 조절하는 스틸볼을 구비한 반력구조를 마련하여 설치공간을 최소화하고 이로 인해 부피를 소형화하는 동력조향장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동력조향장치는, 외부 회전력을 전달받도록 하우징의 내부에 설치된 입력축과, 소정의 회전방향 유격을 가지도록 상기 입력축과 연결되어 회전력을 전달받는 피니언과, 상기 피니언과 입력축의 내부에 비틀림 가능하도록 설치된 토션바와, 상기 토션바의 비틀림에 따라 상기 입력축과의 상대변위가 발생되도록 그 외부에 설치된 밸브바디와, 상기 밸브바디와 입력축 사이로 공급되는 유압을 제어하도록 상기 하우징의 일측에 설치된 유량제어밸브를 구비한 동력조향장치에 있어서, 내부에 설치되는 상기 입력축과 마주할 수 있도록 상기 피니언의 내,외부측으로 관통하여 형성되는 안내홀과, 상기 안내홀의 내부에 반경방향 내,외측으로 이동 가능하도록 삽입 설치되는 스틸볼과, 상기 유량제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 피니언과 하우징의 사이에서 축방향 이동되되 상기 스틸볼을 반경방향으로 이동시킬 수 있도록 그 선단측에는 경사면이 형성된 피스톤과, 상기 피스톤과 상기 밸브바디의 사이에 설치되는 복원스프링이 구비된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 동력조향장치를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 유압제어밸브(110)의 하우징(111) 내부 상측에는 입력축(112)이 설치되고, 그 하단으로는 피니언(113)이 설치되며, 입력축(112)과 피니언(113)의 내부에는 토션바(114)가 설치된다.

이때, 외부 회전력을 전달받도록 하우징(111)의 내부에 설치된 입력축(112)과, 이로부터 회전력을 전달받는 피니언(113)은 소정의 회전방향 유격을 가지도록 연결되고, 그 내부의 토션바(114)는 비틀림 가능하도록 마련된다.

그리고, 입력축(112)의 외부측으로는 밸브바디(115)가 설치되어 유압의 개도를 조절하는데, 유압제어밸브(110)의 외주면 일측에는 유압펌프(130)가 연결되고, 타측에는 파워실린더(140)가 연결되며, 또 다른 타측에는 리저버탱크(150)가 연결된다.

또, 유압제어밸브(110)의 일측에는 입력축(112)과 밸브바디(115) 사이의 유로와 연결되어 그 사이의 개도를 조절할 수 있도록 스풀(121)을 구비한 유량제어밸브(120)가 설치되고, 그 하측에는 이 스풀(121)을 축방향으로 동작시키도록 콘트롤러(160)의 지시에 따라 동작되는 솔레노이드(122)가 설치된다.

이때, 콘트롤러(160)는 토크센서(161)와 속도센서(162)와 각속도센서(163)와 연결되어 이들이 감지한 차량의 현재 상황을 전기신호로 전달받게되고, 이에 맞게 솔레노이드(122)로 신호를 보내 이를 제어한다.

한편, 본 발명에서는 유량제어밸브(120)를 통해 전달되는 유압으로 인해 동작되도록 입력축(112)과 피니언(113)의 사이에 반력부(180)를 설치하여 그 사이의 밀착력을 조절하여 차속에 따른 조향력을 제어함과 동시에 축방향으로 동작되어 입 력축(112)과 밸브바디(115)와의 밀착력 및 공간효율을 향상시키게 된다.

즉, 입력축(112)이 회전되면, 토션바(114)의 비틀림 후 피니언(113)이 동력을 전달받아 회전하는데, 반력부(180)는 피니언(113)에 설치되어 유량제어밸브(120)로부터 공급된 유압에 의해 입력축(112)에 외주면에 밀착되어 입력축(112) 및 밸브바디(115)의 회전각도를 직접 제어한다.

이 반력부(180)는 도 3, 4, 5에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 유동되어 피니언(113)과 입력축(112)간의 밀착정도를 조절할 수 있도록 마련되는 스틸볼(182)과, 축방향으로 이동되어 이 스틸볼(182)을 유동시킬 수 있도록 마련되는 피스톤(183)을 구비한다.

즉, 피니언(113)의 상단측에는 내,외부측으로 관통 형성되어 그 내부에 설치되는 입력축(112)과 마주할 수 있도록 안내홀(181)이 형성되는데, 이 안내홀(181)은 스틸볼(182)이 삽입되어 반경방향 내,외측으로 이동될 수 있도록 원통형으로 마련된다.

아울러, 이 안내홀(181)의 내부에 삽입되는 스틸볼(182)은 안내홀(181)의 두께에 비해 크게 형성되어 그 중간측은 안내홀(181)의 내부에 배치되고 전,후 양측은 안내홀(181) 외부로 돌출된다.

또, 피니언(113)과 하우징(111)의 사이에는 유량제어밸브(120)로부터 유압이 공급될 수 있도록 이와 연결 형성되고, 그 사이에는 축방향으로 동작되는 피스톤(183)이 설치되며, 스틸볼(182)과 인접하게 배치되는 피스톤(183)의 일단측 내경에는 피스톤(183)의 축방향 상,하측으로 발생되는 이동력을 스틸볼(182)의 반경방향 내,외측으로의 이동력으로 전환시킬 수 있도록 하기 위해 상기 스틸볼(182)의 외주면에 대응하는 경사면(184)이 형성된다.

그리고, 피스톤(183)이 상향이동된 후 다시 하향이동되어 원위치로 복원될 수 있도록 이 피스톤(183)의 상단측과 이와 축방향으로 마주하는 밸브바디(115)의 사이에는 코일형의 복원스프링(185)이 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동력조향장치는, 조향휠의 동작이 없을 때는 유압펌프(130)에서 공급된 유압이 밸브바디(115)와 입력축(112)을 통과한 후 리저버탱크(150)로 복귀되어 파워실린더(140)의 양측은 평형상태를 유지하게 된다.

이와는 달리 운전자가 조향휠을 좌측방향 내지 우측방향으로 회전시키게되면 타이어에 접지저항이 작용하고 있기 때문에 토션바(114)가 비틀리고, 밸브바디(115)와 입력축(112) 사이에 상대변위가 일어나, 유압펌프(130)에서 공급된 유압은 밸브바디(115)를 통해 파워실린더(140)의 일측으로 이동되어 배력을 발생시키게 된다.

한편, 차량이 저속으로 운행할 때는 반력부(180)측으로 전달되는 유압이 낮아 반력부(180)는 입력축(112)에 별다른 영향을 주지 못하므로, 입력축(112)과 피니언(113)은 토션바(114)에 의해 비틀리게되고, 이로 인해 입력축(112)과 밸브바디(115)를 통해 파워실린더(140)로 유압이 전달되어 배력을 발생시킴으로써 운전자에게 가벼운 조향감을 느끼게 한다.

또한, 차량이 고속으로 운행할 때는 이를 감지한 콘트롤러(160)에서 솔레노이드(122)를 동작시키고, 이로 인해 유량제어밸브(120)의 스풀(121)이 축방향 이동되어 반력부(180)측으로 공급되는 유압이 높아지게 된다.

그리고, 유량제어밸브(120)를 통해 피스톤(183)측으로 공급되는 유압이 피스톤(183)을 통해 이의 상단에 설치된 볼을 이동시켜, 피니언(113)과 입력축(112) 사이에 밀착력을 높임과 동시에 이들을 연동시킴으로써, 입력축(112)과 밸브바디(115) 사이의 상대변위를 줄게 된다.

이로써, 동력조향장치의 응답성이 증가됨과 동시에, 조향력이 직선적으로 증가하므로, 운전자는 안정정인 조향감을 느끼게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 동력조향장치는, 입력축과 피니언 사이의 밀착력을 조절하는 반력부를 구성함에 있어서 피니언의 외부측에 단순한 구조의 안내홀을 형성함으로 인해 스틸볼의 반경방향 이동을 안내함과 동시에 축방향으로 유동되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 유압에 의해 그 내부에 설치되는 피스톤을 동작시킬 수 있도록 마련되는 실린더가 하우징과 피니언의 사이에 축방향으로 형성되어 하우징의 부피가 반경방향 및 전체적으로 커지는 것을 방지하여 동력조향장치를 소형화할 수 있는 이점이 있다.

또, 피스톤의 신속한 복원을 위해 이의 선단과 이에 마주하는 밸브바디의 사이에 복원스프링을 구비함으로 인해 고속 및 저속시 이에 따른 조향력 제어의 전환이 신속해져, 안정적인 조향 및 조향감을 향상시킬 수 있어 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 외부 회전력을 전달받도록 하우징의 내부에 설치된 입력축과, 소정의 회전방향 유격을 가지도록 상기 입력축과 연결되어 회전력을 전달받는 피니언과, 상기 피니언과 입력축의 내부에 비틀림 가능하도록 설치된 토션바와, 상기 토션바의 비틀림에 따라 상기 입력축과의 상대변위가 발생되도록 그 외부에 설치된 밸브바디와, 상기 밸브바디와 입력축 사이로 공급되는 유압을 제어하도록 상기 하우징의 일측에 설치된 유량제어밸브를 구비한 동력조향장치에 있어서,

   내부에 설치되는 상기 입력축과 마주할 수 있도록 상기 피니언의 내,외부측으로 관통하여 형성되는 안내홀과, 상기 안내홀의 내부에 반경방향 내,외측으로 이동 가능하도록 삽입 설치되는 스틸볼과, 상기 유량제어밸브에서 공급되는 유압에 따라 상기 피니언과 하우징의 사이에서 축방향 이동되되 상기 스틸볼을 반경방향으로 이동시킬 수 있도록 하기 위해 상기 스틸볼에 인접한 일측 내경에는 상기 스틸볼의 외주면에 대응하는 경사면이 형성된 피스톤과, 상기 피스톤과 상기 밸브바디의 사이에 설치되는 복원스프링이 구비된 것을 특징으로 하는 동력조향장치.

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