KR101382844B1 - 차량용 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 보조밸브기구(50)를 구성하는 막대밸브(53)가 스티어링 휠의 조타 유무에 따라 동력실린더(12)와 연결된 유압파이프(18,19)의 단면적을 줄이거나 또는 줄어든 단면적을 정상상태로 복귀시킬 수 있게 됨으로써, 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에는 유체의 흐름에 큰 저항을 발생시켜 스티어링 휠이 회전방향의 좌우로 흔들리는 시미(shimmy) 현상과 저속 주행상태에서 차량이 직진 주행을 하지 않고 한쪽 방향으로 쏠리는 현상 및 급출발시 스티어링 휠이 한쪽 방향으로 회전하는 토크 스티어(torque steer) 현상이 발생하지 않도록 하고, 선회 주행을 위해 스티어링 휠의 조타가 있을 때에는 유체의 원활한 이동을 통해 원활한 조향 조작 및 복원성을 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

파워 스티어링, 동력실린더, 보조실린더, 보조피스톤, 보조밸브, 시미

Description

차량용 파워 스티어링 시스템{Power steering system for vehicle}

본 발명은 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태시 시미(shimmy) 진동을 없앨 수 있도록 하는 차량용 파워 스티어링 시스템에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량에 구비된 스티어링(steering; 조향장치)은 주행중인 차량의 진행방향을 운전자의 의지대로 전환시키기 위한 장치인 바, 특히 대형 자동차나 저압 타이어를 사용하는 차량에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 핸들의 조작력을 크게 하고 또한 가볍고 신속한 조향조작을 위한 파워 스티어링을 사용하는 것이 보편화되어 있다.

한편, 상기 파워 스티어링은 스티어링 샤프트의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 상기 스티어링 샤프트의 운동방향을 바꾸어 전달하는 기어박스장치를 포함하여 구성된다.

상기 파워 스티어링의 기어박스장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 유체(11)가 채워진 동력실린더(12) 및 밸브기구(13)를 일체로 구비한 기어박스몸체(14)와, 스티어링 샤프트(1)의 하단에 구비되면서 상기 기어박스몸체(14)내에 위치하도록 설치된 구동피니언(15)과, 상기 동력실린더(12) 및 상기 기어박스몸 체(14)의 좌우 양단을 일체로 관통하면서 상기 구동피니언(15)과 치합을 이루도록 설치되어 상기 구동피니언(15)의 회전 운동에 따라 직선운동을 하는 랙(16)과, 상기 동력실린더(12)내에 위치한 상기 랙(16)에 일체로 결합되어 상기 랙(16)의 직선 운동시 상기 동력실린더(12)를 따라 이동하는 피스톤(17)과, 상기 동력실린더(12)에서 상기 피스톤(17)을 기준으로 양분된 좌,우측의 챔버와 상기 밸브기구(13)를 각각 연결하는 복수개의 유압파이프(18,19)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 기어박스몸체(14)의 밸브기구(13)에는 오일펌프와 연결된 공급호스(21) 및 오일리저버와 연결된 리턴호스(22)가 각각 연결된다.

한편, 상기와 같은 파워 스티어링 시스템을 장착한 차량이 직진 주행을 할 때에는, 차량의 직진 안정성을 위해 스티어링 휠이 회전방향을 따라 흔들리는 시미(shimmy) 진동이 발생하지 않아야 한다.

시미 진동을 없애기 위한 방안으로는, 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태시 유체(11)의 흐름에 저항을 증가시켜서 스티어링 휠의 조타력이 무거워지도록 하는 방안이 있다.

하지만, 상기에 전술한 종래의 파워 스티어링 시스템은, 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에도 유체(11)가 유압파이프(18,9)를 통해 동력실린더(12)와 밸브기구(13)를 아무런 저항없이 자유로이 이동하는 구성으로 되어 있는 바, 이로 인해 스티어링 휠의 조타력이 가벼워지고, 이 결과 시미(shimmy) 진동이 발생할 뿐만 아니라, 저속 주행상태에서 차량이 직진 주행을 하지 않고 한쪽 방향으로 쏠리는 현상 및, 급출발시 스티어링 휠이 한쪽 방향으로 회전하는 토크 스티어(torque steer) 현상도 함께 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은, 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에는 유체의 흐름에 저항을 증가시켜 스티어링 휠의 조타력이 무거워지도록 함으로써 시미 진동과 쏠림 현상 및 토크 스티어 현상 없앨 수 있도록 하고, 아울러 스티어링 휠의 조타가 발생하는 상황시에는 추가적인 동력의 증가가 없더라도 조향 조작이 원활하게 이루어질 수 있도록 하여 선회 안정성을 개선할 수 있도록 하는 차량용 파워 스티어링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 파워 스티어링 시스템은, 동력실린더에서 기어박스몸체의 밸브기구를 연결하는 복수개의 유압파이프와 각각 연결되도록 설치된 보조실린더와; 상기 보조실린더를 따라 왕복이동이 가능하도록 상기 보조실린더내에 설치된 보조피스톤과; 상기 보조실린더 및 상기 보조피스톤에 일체로 구비되면서 상기 복수개의 유압파이프를 관통하여 설치됨과 더불어 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에는 유체의 흐름에 저항을 증가시키기 위해 상기 유압파이프를 단면적을 줄일 수 있도록 하고 스티어링 휠의 조타가 발생하는 상황시에는 상기 보조피스톤과 함께 움직이면서 좁혀진 상기 유압파이프의 단면적을 정상상태로 복귀시키도록 동작하는 보조밸브기구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 보조밸브기구를 구성하는 막대밸브가 스티어링 휠의 조타 유무에 따라 동력실린더와 연결된 유압파이프의 단면적을 줄이거나 또는 줄어든 단면적을 정상상태로 복귀시킬 수 있게 됨으로써, 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에는 유체의 흐름에 큰 저항을 발생시켜 스티어링 휠이 회전방향의 좌우로 흔들리는 시미(shimmy) 현상과 저속 주행상태에서 차량이 직진 주행을 하지 않고 한쪽 방향으로 쏠리는 현상 및 급출발시 스티어링 휠이 한쪽 방향으로 회전하는 토크 스티어(torque steer) 현상이 발생하지 않도록 하고, 선회 주행을 위해 스티어링 휠의 조타가 있을 때에는 유체의 원활한 이동을 통해 원활한 조향 조작 및 복원성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

차량의 파워 스티어링을 구성하는 기어박스장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 유체(11)가 채워진 동력실린더(12) 및 밸브기구(13)를 일체로 구비한 기어박스몸체(14)와, 스티어링 샤프트(1)의 하단에 구비되면서 상기 기어박스몸체(14)내에 위치하도록 설치된 구동피니언(15)과, 상기 동력실린더(12) 및 상기 기어박스몸체(14)의 좌우 양단을 일체로 관통하면서 상기 구동피니언(15)과 치합을 이루도록 설치되어 상기 구동피니언(15)의 회전 운동에 따라 직선운동을 하는 랙(16)과, 상기 동력실린더(12)내에 위치한 상기 랙(16)에 일체로 결합되어 상기 랙(16)의 직선 운동시 상기 동력실린더(12)를 따라 이동하는 피스톤(17)과, 상기 동력실린더(12)에서 상기 피스톤(17)을 기준으로 양분된 좌,우측의 챔버와 상기 밸브기구(13)를 각각 연결하는 복수개의 유압파이프(18,19)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 기어박스몸체(14)의 밸브기구(13)에는 오일펌프와 연결된 공급호스(21) 및 오일리저버와 연결된 리턴호스(22)가 각각 연결된다.

한편, 본 발명의 실시예는 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에 유체(11)의 흐름에 저항을 증가시킴으로써 스티어링 휠의 조타력이 무거워지도록 하고, 이를 통해 시미 진동과 쏠림 현상 및 토크 스티어 현상 없앨 수 있는 구성을 포함한다.

이를 달성하기 위한 본 발명 실시예의 파워 스티어링 시스템은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 보조실린더(30)와 보조피스톤(40) 및 보조밸브기구(50)를 더 포함하여 구성된다.

상기 보조실린더(30)는 상기 유압파이프(18,19)사이에 위치하면서 상기 동력실린더(12)에 고정 설치되며, 상기 보조피스톤(40)은 상기 보조실린더(30)를 따라 왕복이동이 가능하도록 상기 보조실린더(30)내에 설치된다.

상기 보조실린더(30)는 상기 보조피스톤(40)에 의해 양분된 좌,우측의 챔버(미도시)를 구비하고 있으며, 상기 좌,우측의 챔버는 연결파이프(31)를 매개로 상기 유압파이프(18,19)와 각각 한 개씩 연결된 구성을 갖게 된다.

상기 보조밸브기구(50)는 밸브하우징(51)과 막대밸브(53) 및 리턴스프링(55)을 포함하여 구성된다.

상기 밸브하우징(51)은 두 개로 구성되며, 각각의 일단은 상기 보조실린더(30)에서 서로 마주 대하는 양쪽의 측면에 연결되고, 각각의 타단은 상기 동력실린더(12)의 길이방향을 따라 배치되면서 상기 유압파이프(18,19)를 각각 관통하여 설치된다.

상기 밸브하우징(51)에는, 상기 동력실린더(12)의 길이방향을 따라 관통되어 상기 보조실린더(40)와 연결되는 가이드구멍(51a) 및, 상기 가이드구멍(51a)을 관통하면서 상기 유압파이프(18,19)와 연결되는 복수개의 유체통로(51b)가 형성된다.

상기 막대밸브(53)는 두 개로 구성되면서 상기 가이드구멍(51a)을 각각 관통하여 설치되고, 상기 보조실린더(30)내에 위치하는 상기 막대밸브(53)의 일단은 각각 상기 보조피스톤(40)의 양측면에 일체로 결합되어 설치된다.

상기 막대밸브(53)는 상기 보조피스톤(40)이 상기 보조실린더(30)를 따라 이동할 때에 상기 보조피스톤(40)과 함께 동일방향으로 상기 가이드구멍(51a)을 따라 슬라이드 이동할 수 있도록 설치된다.

상기 막대밸브(53)는,스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태시 즉 상기 보조피스톤(40)이 중립위치에서 움직이지 않을 때에는 상기 밸브하우징(51)의 유체통로(51b)의 단면적을 줄임으로써 상기 동력실린더(12)와 연결된 상기 유압파이프(18,19)의 단면적을 줄일 수 있도록 하고, 스티어링 휠의 조타가 발생하는 상황시 즉 상기 보조피스톤(40)이 상기 보조실린더(30)를 따라 이동할 때에는 상기 보조피스톤(40)과 함께 상기 가이드구멍(51a)을 따라 슬라이드 이동하여 줄어든 상기 유체통로(51b)의 단면적을 정상상태로 복귀시키고 이를 통해 줄어든 상기 유압파이 프(18,19)의 단면적을 정상상태로 복귀시키게 된다.

한편, 상기 막대밸브(53)는 또 다른 예로,스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태시에는 상기 밸브하우징(51)의 유체통로(51b)를 밀폐시킴으로써 상기 유압파이프(18,19)를 밀폐시켜 상기 동력실린더(12)와 상기 유압파이프(18,19)의 연결을 차단하고, 스티어링 휠의 조타가 발생하는 상황시에는 상기 보조피스톤(40)과 함께 상기 가이드구멍(51a)을 따라 슬라이드 이동하여 밀폐된 유체통로(51b)를 개방시키고 이를 통해 밀폐된 상기 유압파이프(18,19)를 개방시키며 동시에 상기 동력실린더(12)와 상기 유압파이프(18,19)를 연결시킬 수도 있는 구성이다.

이를 실현하기 위하여, 상기 막대밸브(53)에는 길이방향을 따라 다수개의 관통구멍(53a)이 일정간격으로 형성된다.

한편, 상기 밸브하우징(51)의 위치는 상기 연결파이프(31)보다 상기 동력실린더(12)쪽으로 더 근접되게 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 리턴스프링(55)은 상기 막대밸브(53)의 이동에 탄력적인 복원력을 부여하기 위한 것으로, 그 일단은 상기 밸브하우징(51)을 관통하여 기어박스몸체(14)쪽으로 돌출된 상기 막대밸브(53)의 일단에 지지되어 설치되고, 반대편의 타단은 상기 기어박스몸체(14)에 지지되어 설치된다.

상기 리턴스프링(55)의 설치를 위해 상기 막대밸브(53)의 일단과 상기 기어박스몸체(14)에 스프링홈(미도시)을 구비하도록 함이 바람직할 것이다.

이하, 본 발명 실시에의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 도 3은 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태시이다.

이때, 피스톤(17)은 도시된 바와 같이 동력실린더(12)의 중간위치 즉 중립위치에서 고정된 상태를 유지하고 있으며, 보조피스톤(40)도 보조실린더(30)내에서 중립위치에서 고정된 상태를 유지하고 있게 된다.

상기 보조피스톤(40)이 중립위치에 있으면, 막대밸브(53)에 의해 밸브하우징(51)의 유체통로(51b) 및 유압파이프(18,19)는 그 단면적이 줄어든 상태(밀폐된 상태를 포함한다)를 유지하고 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 막대밸브(53)에 의해 유압파이프(18,19)의 단면적이 줄어든 상태가 되면, 유체(11)의 흐름에 저항이 크게 증가하게 되고, 이로 인해 스티어링 휠의 조타력이 무거워지며, 이 결과 스티어링 휠이 회전방향을 따라 흔들리는 시미(shimmy) 현상, 저속 주행상태에서 차량이 직진 주행을 하지 않고 한쪽 방향으로 쏠리는 현상, 급출발시 스티어링 휠이 한쪽 방향으로 회전하는 토크 스티어(torque steer) 현상이 발생하지 않게 된다.

그리고, 선회 주행을 위해 스티어링 휠의 조향 조작이 이루어지면 중립상태에 있던 피스톤(17)은 도 4와 같이 동력실린더(12)를 따라 좌우 방향 중 어느 한 방향으로 이동하게 되고, 아울러 보조실린더(30)내에서 중립위치에 있던 보조피스톤(40)도 보조실린더(30)를 따라 좌우 방향 중 어느 한 방향으로 이동하게 된다.

상기 보조피스톤(40)이 보조실린더(30)를 따라 이동하면, 동시에 상기 보조피스톤(40)과 결합된 막대밸브(53)는 밸브하우징(51)의 가이드구멍(51a)을 따라 상기 보조피스톤(40)과 함께 동일방향으로 슬라이드 이동하게 된다.

상기 막대밸브(53)가 가이드구멍(51a)을 따라 이동하면, 단면적이 줄어든 상 태로 존재하고 있던 상기 밸브하우징(51)의 유체통로(51b) 및 유압파이프(18,19)는 정상상태의 단면적으로 복귀하게 되고, 이를 통해 유체(11)는 동력실린더(12)로 원활히 공급되고 아울러 오일리저버로 원활히 리턴된다.

이와 같이, 상기 밸브하우징(51)의 유체통로(51b)가 완전히 개방되어 유체통로(51b) 및 유압파이프(18,19)의 단면적이 정상상태로 복귀하면, 유체는 큰 저항없이 원활히 이동하고, 이로 인해 원활한 조향 조작이 가능해져 차량은 선회 안정성이 그만큼 좋아지게 되며, 아울러 복원성도 좋아지게 된다.

또한, 본 발명의 실시예는 차량의 직진 안정성 및 선회 안정성의 향상을 위해 추가적인 전자 제어 장치가 필요 없는 구성이므로 비용이 저렴한 장점이 있고, 아울러 오작동이나 잦은 고장의 문제를 해결할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 일반적인 파워 스티어링 시스템의 기어박스장치를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따라 보조실린더와 보조피스톤 및 보조밸브기구를 구비한 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명 실시예의 상세도,

도 4는 본 발명 실시예의 작동상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 - 기어박스장치 11 - 유체

12 - 동력실린더 18,19 - 유압파이프

30 - 보조실린더 40 - 보조피스톤

50 - 보조밸브기구 51 - 밸브하우징

53 - 막대밸브 55 - 리턴스프링

Claims (5)

1. 동력실린더에서 기어박스몸체의 밸브기구를 연결하는 복수개의 유압파이프와 각각 연결되도록 설치된 보조실린더와;

   상기 보조실린더를 따라 왕복이동이 가능하도록 상기 보조실린더내에 설치된 보조피스톤과;

   상기 보조실린더 및 상기 보조피스톤에 일체로 구비되면서 상기 복수개의 유압파이프를 관통하여 설치됨과 더불어 스티어링 휠의 조타가 없는 중립상태 시에는 유체의 흐름에 저항을 증가시키기 위해 상기 유압파이프를 단면적을 줄일 수 있도록 하고 스티어링 휠의 조타가 발생하는 상황시에는 상기 보조피스톤과 함께 움직이면서 좁혀진 상기 유압파이프의 단면적을 정상상태로 복귀시키도록 동작하는 보조밸브기구;를 포함하고,

   상기 보조실린더는 상기 보조피스톤에 의해 양분된 좌,우측의 챔버가 상기 복수개의 유압파이프와 각각 한 개씩 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 보조실린더는,

   상기 복수개의 유압파이프사이에 위치하면서 상기 동력실린더에 고정 설치된 것;

   을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 보조밸브기구는,

   일단은 상기 보조실린더에서 서로 마주 대하는 양쪽의 측면에 연결되고 타단은 상기 동력실린더의 길이방향을 따라 배치되면서 상기 복수개의 유압파이프를 각각 관통하여 설치되는 한편 상기 동력실린더의 길이방향을 따라 관통되어 상기 보조실린더와 연결되는 가이드구멍 및 상기 가이드구멍을 관통하면서 상기 유압파이프와 연결되는 복수개의 유체통로를 구비한 밸브하우징과;

   일단은 상기 보조피스톤의 양측면에 일체로 결합되고 타단은 상기 가이드구멍을 따라 슬라이드 이동할 수 있도록 상기 가이드구멍을 관통하여 설치됨과 더불어 상기 가이드구멍을 따라 이동할 때에 좁혀진 상기 유압파이프의 단면적을 정상상태로 복귀시킬 수 있도록 상기 가이드구멍의 길이방향을 따라 다수개의 관통구멍이 일정간격으로 형성된 막대밸브;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 보조밸브기구는,

   상기 막대밸브의 일단과 상기 기어박스몸체에 양단이 각각 지지 설치되어 상기 막대밸브의 이동에 탄력적인 복원력을 부여하는 리턴스프링;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워 스티어링 시스템.

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