KR101338718B1 - 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치에 관한 것으로, 시스템에 작동유로서 자기유변유체(20)가 충진되고, 스티어링휠 온-센터시 기어박스(1) 좌/우 챔버(1a,1b)의 작동유 출입구 전방에 해당되는 랙바아(4) 상의 위치에 자석(30)이 장착된 것을 특징으로 한다.

따라서, 직진 및 미소 조타 구간에서는 상기 자석(30)에 의한 자기장의 영향으로 작동유 출입구 주변의 작동유 점도가 증가하여 유동저항이 증가함으로써 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상이 개선되고, 선회 조타시에는 상기 자석(30)이 이동하여 좌/우 챔버(1a,1b)로의 작동유 공급 및 리턴이 원활하게 이루어짐으로써 스티어링휠 반력이 감소되어 조작이 용이하고 스티어링휠의 센터 복귀 성능이 향상된다.

유압식 파워 스티어링 시스템, 자기유변유체, MR유체

Description

파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치{variable flow resistance power steering gear box}

본 발명은 유압식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 특히 기어박스의 작동유 출입구측 작동유 점도가 조타량의 대소에 따라 적절히 가변될 수 있도록 된 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치에 관한 것이다.

유압식 파워 스티어링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 파워실린더 역할을 하는 기어박스(1)에 의해 조향방향에 따른 보타력(보조 조타력)이 작용하도록 되어 있다.

상기 기어박스(1)의 내부에는 스티어링샤프트(2)에 연결된 피니언(3a)이 구비되고, 이 피니언(3a)에 치합된 랙바아(4)가 기어박스(1)에 내장되어 있다.

상기 랙바아(4)의 양단에는 조향 너클과 연결되는 타이로드(5)가 연결된다.

상기 랙바아(4)의 기어박스(1) 내 소정 부분에는 피스톤(4a)이 구비되어 기어박스(1)의 내부 공간을 좌/우 챔버(1a,1b ; 좌/우의 구분은 운전자가 바라보는 상태에서 판단함)로 분할하며, 분할된 좌/우 챔버(1a,1b)는 각각의 튜브(6a,6b)를 매개로 상기 피니언(3a)의 상부에 구성되어 피니언어셈블리(3)의 회동에 의해 상기 좌/우 챔버(1a,1b)들과 파워 스티어링펌프(8) 및 리저버(9) 사이의 유로를 형성하는 로터리밸브(7)가 설치된다.

상기 파워 스티어링펌프(8)는 엔진에 의해 구동되어 작동유를 상기 좌/우 챔버(1a,1b)로 압송하며, 상기 리저버(9)는 상기 좌/우 챔버(1a,1b)로부터 리턴되는 작동유가 저장된다.

좌회전시를 예로 들어 상기 파워 스티어링 기어박스에 의한 보타력의 작용을 설명한다.

운전자가 스티어링휠(10)을 좌측 방향으로 회전시키면 스티어링샤프트(2)와 피니언어셈블리(3)가 일체로 회전되어 피니언(3a)에 의해 랙바아(4)가 우측으로 이동하면서 타이로드(5)를 매개로 좌측 너클을 당기고 우측 너클을 밀게 되고, 이에 양쪽 차륜이 모두 좌측을 향하게 됨으로써 좌측으로의 선회가 이루어진다.

이때 상기 피니언어셈블리(3)의 회동에 의해 파워 스티어링펌프(8)로부터 좌측 챔버(1a)로 유로가 형성되어 좌측 챔버(1a)에 작동유가 공급됨으로써 피스톤(4a)의 좌측면에 유압이 작용하여 랙바아(4)를 우측으로 이동시키게 된다.(우회전의 경우에는 상기의 작동과 반대 방향의 작동이 이루어진다.)

즉, 조향시 랙바아(4)가 이동하는 방향으로 유압을 작용시킴으로써 운전자가 보다 작은 힘으로 스티어링휠(10)을 조작할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 파워 스티어링 시스템의 유로에 충진된 작동유의 점성(viscosity)에 따른 유동저항에 의해 스티어링 시스템의 다양한 성능이 변화된다.

예를 들어 작동유의 점도가 높으면 유동저항이 커서 스티어링휠 반력이 크므로 스티어링휠 조작에 힘이 많이 들고 스티어링휠의 센터로의 복귀 성능도 저하된다.

반면, 작동유의 점도가 낮으면 유동저항이 작아서 스티어링휠이 회전방향으로 진동하는 시미(shimmy)와, 시미와 동일한 방향으로 충격이 작용하는 킥백(kick back)이 증가하고, 양쪽 휠의 구동력 차이로 인해 차량 가속시 차량이 한쪽으로 조향되는 토크스티어 및 그 외 다양한 원인에 의한 주행 중 차량 쏠림이 악화된다.

그런데 시스템 내에 주입되는 작동유의 점도는 일정하므로(온도에 따른 변화는 무시) 서로 상반되는 점성 조건에서 유리한 상기 성능들을 모두 만족시킬 수는 없으며, 따라서 상반되는 특성의 성능들을 적절한 수준에서 만족시키기 위해 중간 정도의 점도를 가지는 작동유를 사용하였다.

즉, 종래의 파워 스티어링 시스템에서는 상기 여러 성능들을 최적화하지 못한다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 직진 및 미소 조타 구간에서는 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상이 개선되어 직진 안정성이 향상되고, 선회 조타 구간에서는 스티어링휠 반력이 감소되고 센터 복귀 성능이 향상되어 선회 성능 및 스티어링휠 조작 편의성이 향상될 수 있도록 하는 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

실린더형 기어박스와;

상기 기어박스에 내장되고, 피스톤을 구비하여 상기 기어박스의 내부 공간을 좌/우 챔버로 분할하는 랙바아와;

스티어링샤프트에 연결되고, 하부에 상기 랙바아에 치합되는 피니언이 구비된 피니언어셈블리와;

상기 기어박스의 일측에 설치되어 상기 좌/우 챔버에 각각의 튜브로 연결되고, 파워 스티어링펌프와 리저버에 또 다른 튜브 및 호스로 연결되며, 상기 피니언어셈블리가 내장되어 그 피니언어셈블리의 회전에 의해 유로 연결상태가 전환되는 로터리밸브와;

상기 기어박스와 로터리밸브와 파워 스티어링펌프와 리저버 및 이들 사이의 유로에 충진된 자기유변유체 및;

스티어링휠이 온-센터 상태일 때 상기 좌/우 챔버의 작동유 출입구와 대응하는 랙바아 상의 위치에 설치된 자석;

을 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 직진 및 미소 조타 구간에서는 작동유의 유동저항이 증가하여 시미, 킥백, 토크스티어, 쏠림 현상이 개선되고, 선회 조타 구간에서는 유동저항이 감소하여 스티어링휠 반력이 감소되고 스티어링휠의 센터 복귀 성능이 향상된다.

따라서, 직진 및 선회 성능이 향상됨은 물론 스티어링휠 조작 편의성이 증대되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 2에 본 발명 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치의 구성이 도시되어 있다.

기어박스(1)를 포함한 파워 스티어링 시스템의 구성은 종래 기술과 동일하다.

즉, 상기 기어박스(1)에 랙바아(4)가 내장되고, 기어박스(1)에 장착된 로터리밸브(7)에 스티어링샤프트(2)에 연결된 피니언어셈블리(3)가 삽입되며, 그 피니언어셈블리(3) 하부의 피니언(3a)이 상기 랙바아(4)에 치합되고, 상기 랙바아(4)에 피스톤(4a)이 구비되어 좌/우 챔버(1a,1b)가 형성되며, 그 좌/우 챔버(1a,1b)는 각 각의 튜브(6a,6b)를 매개로 상기 로터리밸브(7)에 연결되고, 또한 상기 로터리밸브(7)는 또 다른 튜브와 호스들을 매개로 파워 스티어링펌프와 리저버(도시생략, 도 1 참조)에 연결된 구성으로 이루어져 있다.

상기와 같은 구성에 있어서, 본 발명은 작동유로서 자기유변유체(MR유체, Magneto-Rheological Fluid ; 20)를 사용하고, 그 자기유변유체의 점도를 변화시키는 수단으로서 자석(30)을 구비하는 것에 특징이 있다.(자기유변유체는 나노 사이즈의 자성 입자를 특수 코팅하여 오일에 혼합하였을 때 가라앉지 않도록 만든 것으로 자기장 하에서 상기 자성 입자가 배열하여 체인을 형성함으로써 유체의 점도가 증가하는 특성을 가진다.)

즉, 본 발명은 상기 기어박스(1)에 자기유변유체(20)가 충진되어 작동유로서 사용된다. 상기 자기유변유체(20)가 기어박스(1)를 포함하여 로터리밸브(7), 파워 스티어링펌프, 리저버 및 이들을 연결하는 유로(튜브, 호스)에 모두 충진되어 있음은 물론이다.

한편, 상기 자석(30)은 상기 랙바아(4)에 설치되는데, 스티어링휠이 조작되지 않은 상태 즉, 스티어링휠이 온-센터(on-center) 상태에 있을 때 기어박스(1) 좌/우 챔버(1a,1b)의 작동유 출입구―좌/우 챔버(1a,1b)를 로터리밸브(7)에 연결시키는 튜브(6a,6b)가 연결되는 부분―와 마주보는 부분에 장착된다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

전술한 바와 같이 도 2는 스티어링휠이 온-센터 상태에 있을 때를 도시한 것이다. 즉, 직진 주행이나 미소 조타 구간에서 상기 자석(30)은 좌/우 챔버(1a,1b) 의 작동유 출입구 전방에 위치하게 된다.

따라서, 상기 자석(30)에 의해 형성된 자기장에 의해 좌/우 챔버(1a,1b)의 작동유 출입구 부근의 작동유 점도가 증가함으로써 이 부분의 유동저항이 증가하여 작동유의 유동이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

따라서, 스티어링휠 조작에 따라 로터리밸브(7)의 유로가 전환되어도 상기 좌/우 챔버(1a,1b)로의 작동유 공급과 리턴이 원활하게 이루어지지 않게 됨으로써 랙바아(4)의 좌우 이동이 억제된다.

따라서, 직진 주행이나 미소 조타 구간에서는 스티어링휠의 좌우(원주 방향)방향으로 발생하는 시미나 킥백이 감소됨은 물론 주행 중 다양한 원인에 의한 차량 쏠림이나 좌우륜의 구동력 차이에 의한 토크스티어 현상이 개선된다.

따라서, 차량의 직진 성능이 향상되고, 직진 및 미소 조타 주행시 운전자의 스티어링휠 조작이 안정적이고 용이해진다.

한편, 도 3은 스티어링휠 조작에 따라 선회 주행이 이루어지고 있을 때의 상태를 도시한 것이다.

랙&피니언 작용에 의해 랙바아(4)가 이동하면 상기 자석(30)도 좌/우 챔버(1a,1b)의 작동유 출입구로부터 멀어진다. 자석(30)의 자기장에 의해 자석(30) 주변의 작동유 점도는 증가하지만 작동유 출입구 전방의 작동유 점도는 감소하므로 좌/우 챔버(1a,1b)로의 작동유 공급과 리턴은 원활하게 이루어지게 된다.

따라서, 랙바아(4)에 작동유에 의한 보타력이 정상적으로 작용함으로써 운전자는 보다 작은 힘으로 스티어링휠을 선회방향으로 조작할 수 있게 되며, 선회 종 료후에는 스티어링휠이 원활하게 센터위치로 복귀하게 된다.

따라서, 차량의 선회 주행이 원활하게 이루어지고, 선회 주행시의 스티어링휠 조작이 용이해지며, 스티어링휠의 온-센터 성능이 향상된다.

한편, 상기 자석(30)은 영구자석을 사용할 수도 있고, 다른 방식으로서 전자석을 사용할 수도 있다.

상기 자석(30)을 전자석 방식으로 구현할 경우, 전력공급선은 랙바아(4)를 중공형으로 형성하여 그 내부공간을 통해 기어박스(1) 외측으로 인출할 수 있으며, 배터리 및 발전기와 연결된 회로에 온-오프 스위치를 포함시키되 그 설치위치를 운전석 부근(예를 들어 인스트루먼트패널)으로 하면 본 발명 장치를 운전자가 선택적으로 사용하도록 할 수 있다.

도 1은 일반적인 파워 스티어링 시스템의 구성도 및 그 요부인 기어박스의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치의 구성도로서, 직진 및 미소 조타 상태의 도면,

도 3은 선회 조타 상태의 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 기어박스 1a,1b : 좌/우 챔버

2 : 스티어링샤프트 3 : 피니언어셈블리

3a : 피니언 4 : 랙바아

4a : 피스톤 5 : 타이로드

6a,6b : 튜브 7 : 로터리밸브

8 : 파워스티어링펌프 9 : 리저버

10 : 스티어링휠 20 : 자기유변유체

30 : 자석

Claims (2)

1. 실린더형 기어박스와;

   상기 기어박스에 내장되고, 피스톤을 구비하여 상기 기어박스의 내부 공간을 좌/우 챔버로 분할하는 랙바아와;

   스티어링샤프트에 연결되고, 하부에 상기 랙바아에 치합되는 피니언이 구비된 피니언어셈블리와;

   상기 기어박스의 일측에 설치되어 상기 좌/우 챔버에 각각의 튜브로 연결되고, 파워 스티어링펌프와 리저버에 또 다른 튜브 및 호스로 연결되며, 상기 피니언어셈블리가 내장되어 그 피니언어셈블리의 회전에 의해 유로 연결상태가 전환되는 로터리밸브와;

   상기 기어박스와 로터리밸브와 파워 스티어링펌프와 리저버 및 이들 사이의 유로에 충진된 자기유변유체 및;

   스티어링휠이 온-센터 상태일 때 상기 좌/우 챔버의 작동유 출입구와 대응하는 랙바아 상의 위치에 설치된 자석;

   을 포함하여 이루어진 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 자석이 영구자석인 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 기어박스의 유동저항 가변장치.

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