KR100844686B1

KR100844686B1 - 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치

Info

Publication number: KR100844686B1
Application number: KR1020060123145A
Authority: KR
Inventors: 김승원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2008-07-07
Also published as: KR20080051653A

Abstract

본 발명은 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치에 관한 것으로, 저속 주행 선회 시 빠르게 회전시키는 조향 휠의 회전을 통해 유압을 발생시켜 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 해, 현가 장치의 변경 없이도 동력 조향 장치의 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 차량 선회에 따라 추종할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동력 조향 장치에 있어서, 조향 휠의 조작 시 작동되는 기어박스(2)와 차륜(W)에 결합된 타이로드(3)를 수용한 실린더 하우징(4)으로, 조향 컬럼(1)의 내부에 수용된 조향 축(1a)의 회전 방향에 대해 각각 다른 방향으로 회전되면서, 기 조작된 타이로드(3)를 이동시켜 주도록 실린더 하우징(4)으로 유압을 순환시키는 유압생성기(6)로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

Description

최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치{Optimize Ackerman tendency typed steering system in vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 조향 장치의 저속 시 유압 흐름 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향 컬럼 1a : 조향 축

2 : 기어박스 2a : 랙 바

3 : 타이로드 4 : 실린더 하우징

5 : 탄성부재 6 : 유압생성기

6a : 좌측 스크류 6b : 우측 스크류
7 : 오일 탱크

8 : 유압 라인 9,10 : 좌·우 스크류 연결라인

11,12 : 좌·우 오일 라인

13 : 압력조절밸브

W : 차륜

본 발명은 차량의 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향 장치는 주행중인 차량의 진행방향을 운전자가 바꾸기 위해서, 구동 차륜을 소정의 각도 내에서 좌우로 이동이 가능하도록 해주게 된다.

이와 같은 차량의 조향 장치는 조향시 조향륜이 조향각 크게 이루어지면 최소 회전반경을 줄일 수 있다는 장점이 있는 바, 자동차의 설계 시에는 당해 차량의 최소 회전반경을 차량의 선회시 안정성에 큰 영향을 미치지 않는 한도 내에서 조향각이 최대로 이루어지도록 하면서 액커맨(Ackerman)특성이 최대한 발휘 되도록 설계하고 있다

여기서, 액커맨(Ackerman)특성은 앞차축 양끝에 장치한 바퀴만이 킹핀(king pin)을 중심으로 요동하도록 해, 좌·우 앞차축의 연장선이 뒤차축의 연장선 위의 한 점에서 만나도록 요동하게 되므로 원활하게 회전할 수 있도록 하며 특히, 조향 시 작용 토크에 영향을 미치면서 조향 복원성에 영향을 주는 특성이다.

일예로, 조향 조작 시 양쪽 차륜의 변형이 동일하게 일어나는 경우 액커맨(Ackerman)특성이 없는 상태가 되며 이는, 조향 시 조향 조작력을 매우 크게 가해야 한다는 의미이다.

이러한 액커맨(Ackerman) 특성은 선회 시 액커맨 경향성(Ackerman Tendency) 을 유도하는데, 즉 바퀴의 슬립 각(Slip Angle)각이 발생하지 않도록 부드러운(Smooth)선회를 위해 내륜 꺽임 각이 외륜 꺽임 각보다 크게 형성시키게 되고, 이를 위해 조향 장치에서는 타이로드가 랙 바와 경사각을 두어서 선회 내륜각이 선히 외륜각보다 크게 하도록 설계 일례로, 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)은 100%일 경우에는 선회 시에 타이어의 방향이 타이어가 그리는 궤적과 일치하게 된다.

그러나, 일반적으로 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)이 저속에서는 크게 나타나고 고속에는 적게 나타날 수 있도록 하는 것이 필요한데, 일반적으로 조향 장치에서는 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 변화시킬 수 없으므로 차량 속도에 따른 최적화가 불가능 한 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 저속 주행 선회 시 빠르게 회전시키는 조향 휠의 회전을 통해 유압을 발생시켜 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 해, 현가 장치의 변경 없이도 동력 조향 장치의 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 차량 선회에 따라 추종할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동력 조향 장치가 일단에 조향 휠이 장착된 조향 컬럼에 결합되어 조향 휠의 조작 시 유압이 순환되면서 차륜을 조작하는 타이로드를 이동시키는 기어박스와;

상기 기어박스를 통해 이동되는 랙 바와 차륜으로 연결된 타이로드사이를 탄발 지지하는 탄성부재가 구비되면서 오일이 충진된 좌·우 공간을 양쪽으로 형성한 실린더 하우징 및;

조향 축에 서로 간격을 두고 장착되어져 조향 축의 회전 방향에 대해 각각 다른 방향으로 회전되는 한 쌍의 좌측 스크류와 우측 스크류, 실린더 하우징으로 공급되고 실린더 하우징에서 배출되는 오일을 저장한 오일 탱크, 상기 오일 탱크에서 좌측 스크류와 우측 스크류를 거쳐 실린더 하우징의 좌·우 공간 쪽으로 오일이 순환되도록 연결되는 유압 라인 및 상기 유압 라인이 연결되는 실린더 하우징의 좌·우 공간부위로 구비되어 오일 흐름 통로를 개폐하는 압력조절밸브로 이루어진 유압생성기;

로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유압 라인은 오일 탱크에서 좌측 스크류를 지나 실린더 하우징의 좌측 공간으로 연결되는 좌측 스크류 연결라인과, 실린더 하우징의 좌측 공간에 구비된 압력조절밸브에 연결되어 오일 탱크로 이어지는 좌측 오일 라인으로 이루어진 좌측유압라인과;

오일 탱크에서 우측 스크류를 지나 실린더 하우징의 우측 공간으로 연결되는 우측 스크류 연결라인과, 실린더 하우징의 우측 공간에 구비된 압력조절밸브에 연결되어 오일 탱크로 이어지는 우측 오일 라인으로 이루어진 우측유압라인;

으로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명에 따른 동력 조향 장치는 일단에 조향 휠이 장착된 조향 컬럼(1)에 결합되어 조향 휠의 조작 시 유압이 순환되면서 차륜(W)을 조작하는 타이로드(3)를 이동시키는 기어박스(2)와, 상기 기어박스(2)를 수용하면서 양쪽으로 타이로드(3)가 결합되어진 실린더 하우징(4), 상기 실린더 하우징(4)내에서 기어박스(2)를 통해 이동되는 랙 바(2a)와 타이로드(3)사이에 형성된 좌·우 공간(4a,4b)에 구비되어 탄발 지지하는 탄성부재(5) 및 조향 컬럼(1)의 내부에 수용된 조향 축(1a)의 회전 방향에 대해 각각 다른 방향으로 회전되면서, 기 조작된 타이로드(3)를 이동시켜 주도록 실린더 하우징(4)으로 유압을 순환시키는 유압생성기(6)로 구성되어진다.

여기서, 상기 유압생성기(6)는 조향 축(1a)에 서로 간격을 두고 장착되어져 조향 축(1a)의 회전 방향에 대해 각각 다른 방향으로 회전되는 한 쌍의 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b), 실린더 하우징(4)으로 공급되고 실린더 하우징(4)에서 배출되는 오일을 저장한 오일 탱크(7), 상기 오일 탱크(7)에서 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)를 거쳐 실린더 하우징(4)의 좌·우 공간(4a,4b) 쪽으로 오일이 순환되도록 연결되는 유압 라인(8) 및 상기 유압 라인(8)이 연결되는 실린더 하우징(4)의 좌·우 공간(4a,4b)부위로 구비되어 오일 흐름 통로를 개폐하는 압력조절밸브(13)로 구성되어진다.

또한, 상기 유압 라인(8)은 오일 탱크(7)에서 좌측 스크류(6a)를 지나 실린 더 하우징(4)의 좌측 공간(4a)에서 다시 오일 탱크(7)로 이어지는 좌측유압라인과, 오일 탱크(7)에서 우측 스크류(6b)를 지나 실린더 하우징(4)의 우측 공간(4b)에서 다시 오일 탱크(7)로 이어지는 우측유압라인으로 구성되어진다.

여기서, 상기 좌측유압라인은 오일 탱크(7)에서 좌측 스크류(6a)를 지나 실린더 하우징(4)의 좌측 공간(4a)으로 연결되는 좌측 스크류 연결라인(9)과, 실린더 하우징(4)의 좌측 공간(4a)에 구비된 압력조절밸브(13)에 연결되어 오일 탱크(7)로 이어지는 좌측 오일 라인(11)으로 구성되어진다.

또한, 상기 우측유압라인은 오일 탱크(7)에서 우측 스크류(6b)를 지나 실린더 하우징(4)의 우측 공간(4b)으로 연결되는 우측 스크류 연결라인(10)과, 실린더 하우징(4)의 우측 공간(4b)에 구비된 압력조절밸브(13)에 연결되어 오일 탱크(7)로 이어지는 우측 오일 라인(12)으로 구성되어진다.

그리고, 상기 압력조절밸브(13)는 도 1(나)에 도시된 바와 같이, 오일 흐름 통로(13a)가 별 모양을 이루고 큰 유압이 가해짐에 따라 변형되면서 통로 면적이 증가되어진다.

또한, 상기 유압생성기(6)를 통해 발생되는 유압이 가해지는 실린더 하우징(4)을 통한 타이로드(3)가 이동되는 거리는, 차륜(W)이 약 3°미만으로 거동될 수 있는 정도이다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본원 발명은 차량의 선회 시 현가장치의 액커맨 경향성(Ackerman Tendency) 이, 동력 조향 장치를 이용하여 저속에서는 크게 나타나고 고속에는 적게 나타나도록 구현해, 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 차량 속도에 따른 최적화시킬 수 있는 특징이 있게 된다.

이는 차량 속도에 따라 동력 조향 장치에 구비된 유압생성기(6)를 통해 유압이 발생되고, 이러한 유압을 통해 타이로드(3)를 이동시켜 강제적으로 차륜(W)을 약 3°미만으로 거동시킴에 따라 이루어지게 된다.

이와 같은 작용은 저속 시에는 조향 휠을 빠르게 돌리는 반면, 고속 시에는 조향 휠을 천천히 돌리는 운전 특성을 이용 즉, 저속 주행 시 선회 외륜 쪽의 꺾임각을 줄이도록 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 하는 것으로, 도 2를 참조하여 설명한다.

일반적으로, 저속 주행 차량의 선회 시 조향 휠 회전에 따라 차륜(W)이 선회 방향으로 꺾이게 되고, 이로 인해 차륜(W)에 연결된 타이로드(3)는 기어박스(2)를 이루는 실린더 하우징(4)내에서 그 위치가 변화 즉, 선회 안쪽에서는 실린더 하우징(4)로부터 인출되는 반면 선회 바깥쪽에서는 실린더 하우징(4)안으로 들어오게 되는데, 특히 선회 바깥쪽 차륜(W)의 경우 실린더 하우징(4)안으로 들어오는 타이로드(3)로 인해 꺾이면서 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 작아지게 한다.

하지만, 본원 발명의 유압생성기(6)가 조향 휠의 조작에 따라 실린더하우징(4)의 좌·우 공간(4a,4b)내 압력을 조절하여, 선회 바깥쪽 차륜(W)의 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 하는데, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 저속 주행 차량의 선회 시 빠르게 회전되는 조향 휠을 통해 조향 컬럼(1)과 함께 한 쌍의 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)가 회전되면, 상기 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)는 조향 컬럼(1)의 회전방향을 따라 회전 방향이 서로 반대로 발생되어 진다.

이와 같이 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)의 회전방향이 서로 반대로 발생되면, 상기 좌측 스크류(6a)의 회전에 따라 오일 탱크(7)로부터 오일이 빠져나와 좌측 스크류 연결라인(9)쪽으로 유입되고, 상기 좌측 스크류 연결라인(9)이 압력조절밸브(13)를 매개로 연결된 실린더하우징(4)의 확장된 좌측 공간(4a)쪽으로 유입되어진다.

이때, 상기 압력조절밸브(13)는 좌측 스크류 연결라인(9)으로부터 유입되는 오일 압력에 의해 오일 흐름 통로(13a)가 열려 유입되는 반면, 실린더하우징(4)의 좌측 공간(4a)쪽에서 오일 탱크(7)로 이어지는 좌측 오일 라인(11)에 구비된 압력조절밸브(13)는 작은 압력이 작용되므로, 오일 탱크(7)쪽으로 오일의 배출이 거의 일어나지 않게 된다.

이와 더불어 선회 외륜(W)의 경우 유입되는 타이로드(3)로 인해 실린더하우징(4)의 우측 공간(4b)이 좁아져 내부 압력이 상승되고, 동시에 우측 스크류(6b)의 회전에 따라 우측 공간(4b)내 오일이 압력조절밸브(13)를 거쳐 우측 스크류 연결라인(10)을 통해 오일 탱크(7)로 복귀되어진다.

이때, 상기 실린더하우징(4)의 우측 공간(4b)에서 오일 탱크(7)쪽으로의 오일 배출 작용은, 상기 우측 공간(4b)과 우측 스크류 연결라인(10)사이에 구비된 압력조절밸브(13)의 작용에 따른 것으로, 즉 상기 압력조절밸브(13)에 우측 공간(4b)내 증간된 유압이 작용함에 따라 별 모양을 이루는 오일 흐름 통로(13a)가 벌어지게 되고, 이에 따라 우측 스크류(6b)의 회전에 따른 펌핑(Pumping) 작용으로 인해 우측 공간(4b)내 오일이 오일 흐름 통로(13a)의 증가된 통로 면적을 통해 배출되어진다.

반면에 상기 오일 탱크(7)에서 실린더하우징(4)의 우측 공간(4b)으로 이어진 우측 오일 라인(12)을 통한 오일 유입이 미약하게 이루어지는데, 이는 상기 우측 공간(4b)과 우측 오일 라인(12))사이에 구비된 압력조절밸브(13)의 작용에 따른 것으로, 즉 상기 압력조절밸브(13)는 단순히 오일 탱크(7)로부터 유입되는 유압만이 작용하게 되고, 이로 인해 우측 공간(4b)으로 연통되는 오일 흐름 통로(13a)의 통로 면적 변화가 없어 오일 유입이 거의 이루어지지 않게 된다.

이에 따라, 실린더 하우징(4)의 우측 공간(4b)내 오일이 조향 휠의 빠른 회전에 따라, 우측 스크류(6b)에서 발생된 펌핑(Pumping) 현상에 따라 오일 탱크(7)쪽으로 빠져나가므로, 배출된 오일 유량으로 인해 우측 공간(4b)에서는 타이로드(3)가 더 진입하게 되고, 이러한 타이 로드(3)의 진입으로 인해 도 2에 도시된 바와 같이, 차륜이 잡아 당겨지면서 미 작동 위치 상태에서 작동 위치 상태로 변환되어 선회 바깥쪽 차륜(W)의 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 해 조종 안정성을 향상시켜 주게 된다.

이때, 실린더 하우징(4)의 유량 변화에 따른 타이로드(3)의 이동으로 인한 차륜(W)변화는 약 3°미만으로 이루어진다.

그러나, 고속 주행 선회 시에는 저속 주행 선회 시 경우와 같은 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)의 변화가 거의 없고 또한, 고속 주행 선회를 하는 경우 운전자의 조향 휠 조작이 저속 선회 시에 비해 상대적으로 느리게 조작됨에 따라 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)의 회전력도 약하게 발생되므로, 압력조절밸브(13)에 가해지는 압력도 작아 실린더 하우징(4)의 좌·우 공간(4a,4b)내 유량의 배출과 공급이 거의 발생되지 않게 된다.

이와 같이 실린더 하우징(4)의 유량 변화가 거의 발생되지 않음에 따라, 선회 시 내·외륜(W)의 꺾임 각이 거의 같게 되어 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)이 나타나지 않는 즉, 고속 선회 시에는 유압발생기(6)가 작동되지 않더라도 선회 반경이 커지는 현상이 일어나지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고속 선회 시에 비해 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)이 발생되어 안정성을 저하시키는 저속 선회 시, 운전자의 빠른 조향 휠 조작을 이용하여 오일 탱크와 타이로드가 결합된 기어박스의 실린더 하우징 내 유압을 순환시켜, 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 크게 하도록 선회 외륜 쪽으로 연결된 타이로드를 안쪽으로 더 잡아 당겨 선회 차량의 조종 안정성을 향상시켜 줄 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 주행 속도에 따른 운전자의 조향 휠 습관을 이용한 조향 휠 조작을 통해 발생되는 유압 순환 동력을 이용해 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)을 조절함에 따라, 액커맨 경향성(Ackerman Tendency)제어를 위한 별도의 동력발생장치 추가에 따른 에너지 손실이 방지되는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 액커맨 경향성(Ackerman Tendency) 조절을 위한 유압 순화 구조가 타이로드가 결합된 기어박스의 실린더 하우징에 설치됨에 따라, 바퀴에서 타이로드를 타고 전달되는 시미(Shimmy)진동을 감쇠시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

일단에 조향 휠이 장착된 조향 컬럼(1)에 결합되어 조향 휠의 조작 시 유압이 순환되면서 차륜(W)을 조작하는 타이로드(3)를 이동시키는 기어박스(2)와;

상기 기어박스(2)를 통해 이동되는 랙 바(2a)와 차륜(W)으로 연결된 타이로드(3)사이를 탄발 지지하는 탄성부재(5)가 구비되면서 오일이 충진된 좌·우 공간(4a,4b)을 양쪽으로 형성한 실린더 하우징(4) 및;

조향 축(1a)에 서로 간격을 두고 장착되어져 조향 축(1a)의 회전 방향에 대해 각각 다른 방향으로 회전되는 한 쌍의 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b), 실린더 하우징(4)으로 공급되고 실린더 하우징(4)에서 배출되는 오일을 저장한 오일 탱크(7), 상기 오일 탱크(7)에서 좌측 스크류(6a)와 우측 스크류(6b)를 거쳐 실린더 하우징(4)의 좌·우 공간 쪽으로 오일이 순환되도록 연결되는 유압 라인(8) 및 상기 유압 라인(8)이 연결되는 실린더 하우징(4)의 좌·우 공간부위로 구비되어 오일 흐름 통로를 개폐하는 압력조절밸브(13)로 이루어진 유압생성기(6);

로 구성되어진 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 유압 라인(8)은 오일 탱크(7)에서 좌측 스크류(6a)를 지나 실린더 하우징(4)의 좌측 공간으로 연결되는 좌측 스크류 연결라인(9)과, 실린더 하우징(4)의 좌측 공간에 구비된 압력조절밸브(13)에 연결되어 오일 탱 크(7)로 이어지는 좌측 오일 라인(11)으로 이루어진 좌측유압라인과;

오일 탱크(7)에서 우측 스크류(6b)를 지나 실린더 하우징(4)의 우측 공간으로 연결되는 우측 스크류 연결라인(10)과, 실린더 하우징(4)의 우측 공간에 구비된 압력조절밸브(13)에 연결되어 오일 탱크(7)로 이어지는 우측 오일 라인(12)으로 이루어진 우측유압라인;

으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 압력조절밸브(13)는 별 모양을 이루는 오일 흐름 통로(13a)를 형성한 것을 특징으로 하는 최적 액커맨 경향성을 갖는 차량의 조향장치.