KR100986463B1 - 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

차량의 유압식 파워 스티어링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 스티어링 휠이 조작되는 경우에만 파워 스티어링 시스템에 유압이 공급되도록 하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로서, 차량의 조향 조작에 따라 유압을 공급하여 조타가 용이하도록 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 스티어링 휠의 회전 정도를 감지하고 해당하는 신호를 출력하는 조타각 센서(10), 상기 조타각 센서(10)의 출력신호를 입력받고 이에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부(20), 상기 제어부(20)의 제어 신호에 의해 동작하는 모터(M), 상기 모터(M)의 구동축 단부에 설치되는 피니언 기어(30), 파이프 형태로 형성되고 상기 피니언 기어(30)를 통해 모터(M)의 구동력을 전달받아 중심축상으로 이동하는 제 1 구동축(40), 파이프 형태로 형성되고 상기 제 1 구동축(40)의 내측 중심부에 설치되되 일단부는 콘트롤 밸브(110)와 연결되며 타단부 내측에는 테이퍼 형태의 제 1 결합부(55)가 형성되어 있는 제 2 구동축(50), 상기 제 2 구동축(50)의 내측에 위치되고 일단부에는 상기 제 2 구동축(50)의 제 1 결합부(55)와 접하는 테이퍼 형태의 제 2 결합부(75)가 형성되어 있는 스티어링 구동축(70)으로 구성된다.
파워 스티어링

Description

차량의 유압식 파워 스티어링 시스템{A vehicle power steering system}
도 1은 종래 유압식 파워 스티어링 작동원리를 나타내는 도면.
도 2a는 파워 스티어링 시스템에서 사용되는 콘트롤 밸브의 구성을 나타내는 단면도.
도 2b는 도 2a에 도시되어 있는 콘트롤 밸브 내측에 설치되어 있는 구동축의 형태를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템의 일실시예의 구성을 나타내는 도면.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 동작 상태를 나타내는 동작 상태도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 조타각 센서 20 : 제어부
20 : 피니언 기어 40 : 제 1 구동축
50 : 제 2 구동축 60 : 베어링 링
70 : 스티어링 구동축 M : 모터
본 발명은 차량의 유압식 파워 스티어링 구조에 관한 것으로서, 특히 차량의 스티어링 휠이 조작되는 경우에만 파워 스티어링 시스템에 유압이 공급되도록 하여 차량의 연비를 향상시키고 소음이 저감되는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 랙 앤드 피니언 형식의 파워 스티어링 시스템은 매뉴얼 시스템의 랙 앤드 피니언 형식 스티어링에 오일펌프, 콘트롤밸브 및 파워 실린더로 구성되고, 유압시스템에 대해서는 랙 앤드 피니언 하우징 자체를 파워 실린더로 하고 오일펌프에서 발생한 유압을 콘트롤 밸브가 제어하여 배력을 시키는 것이고, 오일펌프는 엔진의 풀리벨트에 의해 구동되고 유량조절 밸브로써 차량이 고속(즉 엔진회전수가 높은 경우)으로 주행하는 경우 무거운 조향력을 확보하기 위해 엔진 회전수에 대해 유량을 제어하는 것이다.
도 1은 종래 파워 스티어링 작동원리를 나타내는 도면으로서, 엔진(100)의 풀리(102)와 벨트(104)에 의해 구동되는 오일펌프(106)가 일측에 설치되고, 상기 오일펌프(106) 내부에는 엔진회전수 감응작용으로 유량을 제어하는 유량조절 밸브(108)가 설치되며, 상기 오일펌프(106)와 콘트롤 밸브(110) 사이에는 유량조절 밸브(108)에 의해 제어된 오일이 흐르는 하이프레스 라인이 설치되고, 상기 콘트롤 밸브(110)와 파워 실린더(114) 사이에는 파이프(116)(118)가 각각 설치되며, 상기 파워 실린더(114) 내부에는 랙 샤프트(120)에 끼워진 랙 피스톤(122)으로써 제 1,2 작동실(124)(126)로 구획하여 이루어진 것이다.
도 2a는 파워 스티어링 시스템에서 사용되는 콘트롤 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 콘트롤 밸브(110)는 피니언 샤프트(128)에 연결되어 스티어링 휠(130)의 조향시 작동되고 조향 방향에 따라 오일의 회로가 형성되는 것이고, 또한 상기 콘트롤 밸브(110)와 리저버 탱크(132) 사이에는 리턴파이프(134)가 설치되어 파워 실린더(114) 내부의 제 1,2 작동실(124)(126)의 오일이 리턴되어 리저버 탱크(132)로 되돌아오게 되는 것이다.
도 2b는 도 2a에 도시되어 있는 콘트롤 밸브 내측에 설치되어 있는 구동축(112)의 형태를 나타내는 사시도로서, 도면에 도시되어 있는 바와 같이 피니언 샤프트의 회전력에 의해 오일의 공급이 이루어지도록 형성되어 있음을 알 수 있다.
이와 같은 종래 파워 스티어링 구조는 도면에 도시한 바와 같이, 엔진(100)의 풀리(102)와 벨트(104)에 의해 오일펌프(106)가 구동되어 오일이 토출되고, 이 토출된 오일은 오일펌프(106) 내부에 장착된 유량조절 밸브(108)의 엔진 회전수 감응 작용으로 유량이 제어되어 오일펌프(106)와 콘트롤 밸브(110) 사이에 설치된 하이프레스 라인(112)를 경유하여 콘트롤 밸브(110)의 내부로 공급하게 되는 것이다.
이러한 상태에서 스티어링 휠(130)을 일정 방향으로 회전시키면, 피니언 샤프트(128)에 연결된 콘트롤 밸브(110)가 작동되고 스티어링 휠(130)의 조향 방향에 따라 회로가 형성되고, 회로가 형성된 이 오일은 콘트롤 밸브(110)와 파워 실린더(114)에 설치된 파이프(116)를 통해 랙 샤프트(120)에 끼워진 랙 피스톤(122)으로써 구획된 제 1 작용실(124)에 가해지거나 파이프(118)를 통해 제 2 작용실(126)로 가해지게 되는데, 제 1 작용실(124)에 오일이 가해질 경우에는 제 2 작용실(126)에 있는 오일은 파이프(118)와 콘트롤 밸브(110) 및 리턴 파이프(134)를 통하여 리저 버 탱크(132)로 되돌아 오게 되고 제 2 작용실(126)에 오일이 가해질 경우에는 제 1 작용실(124)에 있는 오일은 파이프(116)와 콘트롤 밸브(110) 및 리턴 파이프(134)를 통하여 리저버 탱크(132)로 되돌아오게 되는 일련의 반복 과정으로 오일이 순환되면서 흐르게 되어 파워 스티어링의 동작이 이루어지게 되는 것이다.
상기와 같이 차량의 유압식 파워 스티어링 구조는 차량의 엔진이 시동되는 동안 계속적으로 유압이 작용하게 된다. 스티어링을 위한 유압은 차량의 조향 동작이 이루어지지 않는 경우에도 계속적으로 인가되므로 유압 공급을 위해서는 동력이 필요하므로 차량의 연비가 저하되고, 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 차량의 스티어링 장치를 조향하는 경우에만 파워 스티어링 시스템에 유압이 인가되도록 하여 차량의 연비를 향상시키고 소음을 저감시키는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템의 일실시예의 구성을 나타내는 도면으로서, 차량의 조향 조작에 따라 유압을 공급하여 조타가 용이하도록 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 스티어링 휠의 회전 정도를 감지하고 해당하는 신호를 출력하는 조타각 센서(10), 상기 조타각 센서(10)의 출력신호를 입력받고 이에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부(20), 상기 제어부(20)의 제어 신호에 의해 동작하는 모터(M), 상기 모터(M)의 구동축 단부 에 설치되는 피니언 기어(30), 파이프 형태로 형성되고 상기 피니언 기어(30)를 통해 모터(M)의 구동력을 전달받아 중심축상으로 이동하는 제 1 구동축(40), 파이프 형태로 형성되고 상기 제 1 구동축(40)의 내측 중심부에 설치되되 일단부는 콘트롤 밸브(110)와 연결되며 타단부 내측에는 테이퍼 형태의 제 1 결합부(55)가 형성되어 있는 제 2 구동축(50), 상기 제 2 구동축(50)의 내측에 위치되고 일단부에는 상기 제 2 구동축(50)의 제 1 결합부(55)와 접하는 테이퍼 형태의 제 2 결합부(75)가 형성되어 있는 스티어링 구동축(70)으로 구성되어 있음을 도시하고 있다.
상기 제 1 구동축(40)의 표면에는 상기 피니언 기어(30)와 맞물리는 래크 기어(45)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제 1 구동축(40)의 제 1 결합부(55)는 상기 스티어링 구동축(70)의 제 2 결합부(75)와의 접촉이 용이하도록 하기 위해 경사 각도가 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 구동축(50)은 콘트롤 밸브(110)의 구동력을 전달받아 회전하게 된다.
상기 제 1 구동축(40)과 제 2 구동축(50)의 사이에는 베어링 링(60)이 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
차량의 파워 스티어링 장치의 동작과 그 작용은 종래의 기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
차량의 주행이 시작되고 차량이 직선 주행을 하는 동안에는 파워 스티어링은 장치는 별도의 동작을 하지 않는다.
차량의 주행 방향을 변경하기 위해 운전자가 스티어링 휠(미도시)을 조작하면 조타각 센서(10)는 스티어링 휠의 조작을 감지하여 이에 해당하는 신호를 출력한다.
조타각 센서(10)에서 출력되는 신호는 제어부(20)로 입력되고, 스티어링 휠의 동작 개시를 감지한 제어부(20)는 제어 신호를 출력하여 모터(M)가 회전 동작하도록 한다. 모터(M)의 회전 동작에 의해 모터(M)의 구동축 단부에 설치되어 있는 피니언 기어(30)가 회전하면서 래크 기어(45)가 이동되도록 한다.
또한, 스티어링 휠의 동작 개시를 감지한 제어부(20)는 유압 장치가 동작되도록 하여 유압이 공급될 수 있도록 한다.
래크 기어(45)는 제 1 구동축(40)의 표면에 형성되어 있으므로, 제 1 구동축(40)의 중심축을 따라 A 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 제 1 구동축(40)의 내측에 위치되어 있는 제 2 구동축(50)도 제 1 구동축(40)과 동일한 방향으로 이동하게 된다. 이때 제 1 구동축(40)과 제 2 구동축(50)의 사이에는 베어링 링(60)이 설치되어 있어, 제 1 구동축(40)과 제 2 구동축(50)은 중심축을 따라 동시에 이동할 수는 있고, 회전 운동은 별도로 이루어진다.
제 2 구동축(50)이 A 방향으로 계속적으로 이동하게 되면, 제 1 구동축(40)의 제 1 결합부(55)와 제 2 구동축(50)의 제 2 결합부(75)가 서로 맞닿게 된다. 본 실시예에서는 제 1 결합부(55)와 제 2 결합부(75)가 각각 테이펴 형태로 형성되어 있으나, 서로 맞닿아 동력을 전달할 수 있는 다른 형태로 형성되어도 무방하다.
제 1 결합부(55)와 제 2 결합부(75)가 서로 맞닿은 상태에서는 유압식 파워 스티어링 시스템의 콘트롤 밸브(110)를 통해 제 2 구동축(50)으로 회전력이 전달되고 회전력은 랙샤프트(120)로 전달되도록 하여 차량의 조타 조작이 용이하게 된다.
차량의 선회가 완료되어 스티어링 휠이 원래의 위치로 복귀되면 조타각 센서(10)에서는 더 이상의 신호가 출력되지 않으므로 제어부(20)는 모터(M)가 역회전 하도록 제어 신호를 출력한다.
모터(M)의 역회전에 의해 제 1 구동축(40)은 B 방향으로 이동하게 되어, 제 1 구동축(40)의 제 1 결합부(45)와 제 2 구동축(50)의 제 2 결합부(55)는 서로 이격된다.
제 1 결합부(55)와 제 2 결합부(75)가 서로 이격되어 있는 상태에서는 콘트롤 밸브(110)의 회전력이 랙샤프트(120)로 인가되지 않으므로 유압 장치는 동작하지 않아도 무방하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 차량의 스티어링 휠이 조작되는 경우 에만 파워 스티어링 시스템에 유압이 공급되도록 하여 차량의 연비를 향상시키고 소음이 저감되는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 차량의 조향 조작에 따라 유압을 공급하여 조타가 용이하도록 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 스티어링 휠의 회전 정도를 감지하고 해당하는 신호를 출력하는 조타각 센서(10), 상기 조타각 센서(10)의 출력신호를 입력받고 이에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부(20), 상기 제어부(20)의 제어 신호에 의해 동작하는 모터(M), 상기 모터(M)의 구동축 단부에 설치되는 피니언 기어(30), 파이프 형태로 형성되고 상기 피니언 기어(30)를 통해 모터(M)의 구동력을 전달받아 중심축상으로 이동하는 제 1 구동축(40), 파이프 형태로 형성되고 상기 제 1 구동축(40)의 내측 중심부에 설치되되 일단부는 콘트롤 밸브(110)와 연결되며 타단부 내측에는 테이퍼 형태의 제 1 결합부(55)가 형성되어 있는 제 2 구동축(50), 상기 제 2 구동축(50)의 내측에 위치되고 일단부에는 상기 제 2 구동축(50)의 제 1 결합부(55)와 접하는 테이퍼 형태의 제 2 결합부(75)가 형성되어 있는 스티어링 구동축(70)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구동축(40)의 표면에는 상기 피니언 기어(30)와 맞물리는 래크 기어(45)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구동축(40)의 제 1 결합부(55)는 상기 스티어링 구동축(70)의 제 2 결합부(75)와의 접촉이 용이하도록 하기 위해 경사 각도가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 구동축(50)은 콘트롤 밸브(110)의 구동력을 전달받아 회전하는 것을 특징으로 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템..
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구동축(40)과 제 2 구동축(50)의 사이에는 베어링 링(60)이 설치되는 것는 것을 특징으로 하는 차량의 유압식 파워 스티어링 시스템.
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