KR101876625B1 - Steering system using a hydraulic motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자가 조작하는 조향휠과, 상단은 상기 조향휠의 하부에 연결하고, 하단은 차량의 조향계통과 연결하는 토션바와, 상기 토션바에 구비되어, 상기 조향휠이 회전함에 따라 작용하는 토션바의 조타 토크를 검출하고, 검출된 조타토크에 대응한 조타토크신호를 출력하는 토크센서와, 상기 토션바에 구비되어, 상기 조향휠이 회전함에 따라 작용하는 토션바의 앵글을 검출하고, 검출된 앵글에 대응하는 앵글신호를 출력하는 앵글센서와, 상기 토션바에 구비되어, 토션바의 회전에 따라 토션바에 조향 보조력을 제공하는 유압모터 및 상기 유압모터와 유체가 흐르는 라인으로 연결되어, 상기 토션바의 상대 각도 차에 따른 고압의 유압을 상기 유압모터로 제공하는 유압제어부를 포함하여, 종래 전동식 조향장치 및 조향 시스템(MDPS: Moter Driven Power Steering) 보다 자연스럽고 위화감 없는 조향감을 제공하고, 유압모터의 구동축이 곧 조향축을 이루도록 해 핸들을 통한 노면상태의 피드백이 실시간으로 가능하고, 유압펌프가 정상적인 구동을 하지 않아도 핸들 잠김 없이 조향이 가능하며, 사판식 유압모터를 채용하여, 사판각의 기울기를 통해 유압모터의 토크를 제어해 감속기 구조 없이도 큰 토크(조향 보조력)을 얻을 수 있고, 단위 질량당의 출력 동력이 매우 큰 유압 액추에이터의 사용으로 대형차량의 조향 시스템에 적용도 실현 가능한 유압모터를 이용한 조향 시스템을 제공한다.The torsion bar is connected to a lower portion of the steering wheel. The lower end of the torsion bar is connected to a steering system of the vehicle. The torsion bar includes a torsion bar A torque sensor for detecting a steering torque of the bar and outputting a steering torque signal corresponding to the detected steering torque; and an angle sensor for detecting an angle of a torsion bar provided on the torsion bar and acting as the steering wheel rotates, An angle sensor for outputting an angle signal corresponding to an angle; a hydraulic motor provided in the torsion bar for providing a steering assist force to the torsion bar in accordance with rotation of the torsion bar; and a line connected to the hydraulic motor, And a hydraulic control unit for providing a hydraulic pressure of a high pressure according to a relative angle difference of the bar to the hydraulic motor. In the conventional electric steering and steering system (MDPS: Moter Driven Pow er Steering), and the steering shaft of the hydraulic motor forms the steering shaft, so that feedback on the road surface through the steering wheel is possible in real time and the steering can be steered without steering lock even if the hydraulic pump does not operate properly. The swash plate type hydraulic motor is used to control the torque of the hydraulic motor through the inclination of the swash plate angle, so that a large torque (steering assist force) can be obtained without a reducer structure, and the use of a hydraulic actuator having a large output power per unit mass The present invention also provides a steering system using a hydraulic motor that can be applied to a steering system of a large-sized vehicle.
Description
본 발명은 유체를 사용한 조향 보조력으로 인해 종래 MDPS(Moter Driven Power Steering)보다 자연스럽고 위화감 없는 조향감을 제공하고, 유압모터의 구동축이 곧 조향축으로 구성해, 핸들을 통한 노면상태 피드백이 가능한 유압모터를 이용한 조향시스템에 관한 것이다.The present invention provides a steering feeling that is more natural and comfortable than a conventional MDPS (Moter Driven Power Steering) due to a steering assist force using a fluid, And more particularly, to a steering system using a motor.
일반적으로 차량의 조향장치 및 조향 시스템은 조향휠에서 발생된 회전력을 조향륜에 전달하여 운전자의 조작력을 작게 할 수 있는 장치이고, 차량의 진행방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임으로 바꿀 때 조작되는 모든 장치 및 시스템으로, 조향휠을 돌려서 바퀴의 각도를 바꾸어 차량의 진행 방향을 바꿀 수 있도록 한 것이다.Generally, a steering apparatus and a steering system of a vehicle are devices that can transmit a rotational force generated from a steering wheel to a steering wheel to reduce an operation force of a driver. When the steering direction of the vehicle is changed according to the driver's intention, In the device and system, the direction of the vehicle can be changed by changing the angle of the wheel by turning the steering wheel.
이러한 조향장치 및 조향 시스템은 가볍고 신속한 조향 조작을 하기 위하여 별도의 오일펌프를 구비하여 오일펌프의 오일 압력을 이용한 유압식 장치를 주로 사용하고 있다.Such a steering system and a steering system mainly use a hydraulic device using an oil pressure of an oil pump with a separate oil pump in order to perform a light and quick steering operation.
즉, 종래의 조향장치는 자동차의 진행방향을 바꾸기 위하여 운전자가 조작하게 되는 조향핸들과, 조향핸들이 설치된 조향축이 들어있는 조향칼럼과, 조향칼럼에 연결되어 조향핸들의 회전운동을 직선운동으로 바꿈과 동시에 조향력을 증대시켜 링크기구를 매개로 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 동력원이 되는 유압을 발생시키는 오일펌프와, 오일펌프에서 발생한 유압을 기어박스로 공급하기 위한 오일라인과, 오일의 온도가 변화됨에 따라 오일의 체적이 변하는 것에 대비하여 설치된 리저버탱크 등으로 이루어져 있다.That is, the conventional steering apparatus includes a steering handle to be operated by the driver to change the traveling direction of the vehicle, a steering column having a steering shaft provided with the steering handle, and a steering column connected to the steering column, An oil line for supplying a hydraulic pressure generated in the oil pump to the gear box, and an oil pump for supplying oil to the gear box, And a reservoir tank provided for the change in the volume of the oil as the temperature of the oil changes.
유압식 동력 조향장치는 엔진의 동력을 벨트 등으로 구동되는 오일펌프를 이용하여 소정의 오일압을 형성하고, 이 오일압을 구동동력으로 작용하는 유압회로를 구성하여 운전자의 조향력에 대하여 배력된 힘으로서 차륜을 조향하는 유압작동회로로 구성된다.The hydraulic power steering apparatus forms a predetermined oil pressure by using an oil pump driven by a belt or the like by the power of the engine and constitutes a hydraulic circuit serving as a driving power to generate a force And a hydraulic operation circuit for steering the wheels.
그러나, 상기한 오일펌프는 엔진의 구동력으로 작동되기 때문에 엔진에 걸리는 부하를 증가시켜 차량의 연비를 떨어뜨리게 되는 역기능이 있다.However, since the above-described oil pump is operated by the driving force of the engine, the load on the engine is increased, and the fuel efficiency of the vehicle is lowered.
뿐만 아니라, 오일펌프는 엔진의 구동 회전수와 동일하도록 엔진과 연결됨에 따라 차량이 고속으로 주행하여 엔진의 회전수가 상승하여 오일펌프가 고속으로 운전되면, 오일펌프에서 토출되는 유량이 많아지고 그에 따라 유압도 상승하게 된다.In addition, since the oil pump is connected to the engine so as to be equal to the number of revolutions of the engine, when the vehicle runs at a high speed and the number of revolutions of the engine rises and the oil pump operates at a high speed, the flow rate discharged from the oil pump increases The hydraulic pressure is also increased.
따라서 차량이 고속으로 주행할 때에 오일펌프에서 토출되는 유압도 상승하여 조향핸들을 조작할 때에 높아진 유압으로 조향핸들의 조작력을 보조함에 따라 조향핸들의 조작감이 가벼워지고, 이는 차량의 조종안정성을 저하시키게 된다.Therefore, when the vehicle travels at a high speed, the hydraulic pressure discharged from the oil pump also rises, and when the steering wheel is operated, the operating force of the steering wheel is enhanced by the increased hydraulic pressure, so that the steering feeling of the steering wheel is lightened, do.
상기한 문제점을 해소하기 위해 근래에는 전동모터를 주로 하는 전동식 조향장치 및 조향 시스템(MDPS: Moter Driven Power Steering)은 조향휠의 회전에 의해 발생한 조향토크가 랙-피니언 기구부를 거쳐서 랙바에 전달되고, 발생된 조향토크에 따라 모터에서 발생한 조향보조동력이 랙바에 전달되도록 구성된다. In order to solve the above problem, in recent years, an electric steering system and a steering system (MDPS: Motors Driven Power Steering), which mainly use an electric motor, have been proposed in which the steering torque generated by the rotation of the steering wheel is transmitted to the rack bar via the rack- And the steering assist power generated by the motor is transmitted to the rack bar according to the generated steering torque.
즉, 조향휠에 의해 발생한 조향 토크와 모터에서 발생한 조향보조동력이 합쳐져서 랙바를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.That is, the steering torque generated by the steering wheel and the steering assist power generated by the motor are combined to move the rack bar in the axial direction.
이러한 구동 방식은 등록특허 제10-1608938호(2016.03.29)에서 확인할 수 있고, 기존의 엔진동력을 이용한 유압식에 비해 3~5%정도의 연비 향상 효과가 있으며 전체적으로 컴팩트하고 가벼운 시스템의 실현으로 경량화가 가능해졌다.Such a driving method can be confirmed in Patent No. 10-1608938 (2013.03.29), and it is possible to improve the fuel efficiency by about 3 to 5% compared to the hydraulic type using the existing engine power. The whole system is light and compact .
하지만, 상기한 전동식 조향장치 및 조향 시스템(MDPS: Moter Driven Power Steering) 역시, 여러 문제점이 발생하였는데, 그 중 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다.However, the above-mentioned motor-driven steering system (MDPS) also has various problems.
먼저, 운전자는 핸들을 통해 전해지는 피드백으로 노면 상태 및 타이어의 상태를 간접으로 파악할 수 있다.First, the driver indirectly grasps the state of the road surface and the state of the tire by the feedback transmitted through the steering wheel.
하지만, 전동식 조향장치 및 조향 시스템은 조향축이 윔과 웜휠 구조로 모터와 연결되어 있으므로 모터제어를 통해 그러한 피드백 효과를 재현해주지 않는 한 그러한 현상이 단절되었다. However, the electric steering system and the steering system are disconnected unless the steering shaft is connected to the motor with a worm and worm wheel structure, so that the feedback effect is reproduced through the motor control.
이와 같은 맥락에서 어색한 조작감을 들 수 있는데, 핸들을 크게 꺾은 후 풀 때 자기복귀가 상대적으로 느린 편이고, 이는 모터제어를 통해 조작감을 재현해내는 방식에 있어서 한계를 나타내었다.In this context, it can be said that the feeling of operation is awkward. The self-return is relatively slow when the steering wheel is folded and released, which is a limitation in the manner of reproducing the feeling of operation through the motor control.
그리고 가장 중요한 안전에 관한 문제로, 윔과 웜휠을 사용한 감속기 구조로 인해, 만약 모터과열 등으로 고장이 발생했을 시 운전자의 핸들 조작으로는 조향축을 쉽게 돌릴 수 없게 되는데(웜으로 웜휠을 돌리기는 쉬우나, 반대로 윔휠로 웜을 회전시키기는 힘듬), 이 같은 경우 평소의 핸들 조작력보다 수십 배의 힘을 들여야 하며, 이는 고속주행시 사고로 이어질 가능성이 있다. And the most important safety problem is that if the motor is overheated due to motor overheat, the steering shaft can not be easily turned by the driver's steering wheel due to the reducer structure using wim and worm wheel (it is easy to turn worm wheel with worm , It is difficult to rotate the worm by the worm wheel.) In this case, it is necessary to apply tens of times more force than usual handle operation force, which may lead to accidents at high speed.
이외에도 모터출력 및 기어연결방식의 한계로 인해 아직까지는 대형차 적용이 힘든 점 등을 꼽을 수 있다.In addition, due to limitations of motor output and gear connection method, it is still difficult to apply large-sized car.
따라서 본 발명은 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 사판의 기울기를 변화시켜, 회전축의 회전토크를 조절하여 토션바에 조향 보조력을 제공하면서, 토크센서 및 앵글센서에서 기준보다 커진 조타력이 감지되면, 선택적으로 상기 방향전환밸브가 제어되어, 유압어큐뮬레이터에서 저장하고 있는 유압(에너지)이 유압모터로 제공됨에 따라 유체를 사용한 조향 보조력으로 인해 종래 전동식 조향장치 및 조향 시스템(MDPS: Moter Driven Power Steering)보다 자연스러운 조향감을 제공하고, 유압모터의 구동축이 곧 조향축을 이루도록 해 핸들을 통한 노면상태의 피드백이 실시간으로 가능하고, 유압펌프가 정상적인 구동을 하지 않아도 핸들 잠김 없이 조향이 가능하며, 사판식 유압모터를 채용하면서 사판의 기울기를 제어하는 액츄에이터가 포함되어, 상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 상기 액츄에이터의 길이 신축으로 사판각의 기울기 가변으로 유압모터의 토크를 제어해 감속기 구조 없이도 큰 토크(조향 보조력)을 얻을 수 있고, 단위 질량당의 출력 동력이 매우 큰 유압 액추에이터의 사용으로 대형차량의 조향 시스템에 적용도 실현 가능한 유압모터를 이용한 조향 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a steering assist force control apparatus and method for a steering control apparatus that changes a slope of a swash plate according to a hydraulic pressure applied by a hydraulic control unit, adjusts a rotation torque of the rotation shaft to provide a steering assist force to the torsion bar, The directional control valve is selectively controlled so that the oil pressure (energy) stored in the hydraulic accumulator is supplied to the hydraulic motor, so that the steering assist force using the fluid causes the conventional motor-driven steering system (MDPS: Moter Driven Power Steering) The steering shaft of the hydraulic motor forms the steering shaft and the feedback of the road surface state through the steering wheel can be realized in real time and the steering without the steering wheel lock can be performed without the normal operation of the hydraulic pump, And an actuator for controlling the inclination of the swash plate, It is possible to obtain a large torque (steering assist force) without controlling the reduction gear mechanism by controlling the torque of the hydraulic motor by varying the slope of the swash plate angle by elongating and contracting the actuator according to the hydraulic pressure applied by the pressure control unit, And it is an object of the present invention to provide a steering system using a hydraulic motor that can be applied to a steering system of a large vehicle by using a hydraulic actuator.
본 발명에 따른 유압모터를 이용한 조향 시스템은 사용자가 조작하는 조향휠과, 상단은 상기 조향휠의 하부에 연결하고, 하단은 차량의 조향계통과 연결하는 토션바와, 상기 토션바에 구비되어, 상기 조향휠이 회전함에 따라 작용하는 토션바의 조타 토크를 검출하고, 검출된 조타토크에 대응한 조타토크신호를 출력하는 토크센서와, 상기 토션바에 구비되어, 상기 조향휠이 회전함에 따라 작용하는 토션바의 앵글을 검출하고, 검출된 앵글에 대응하는 앵글신호를 출력하는 앵글센서와, 상기 토션바에 구비되어, 토션바의 회전에 따라 토션바에 조향 보조력을 제공하는 유압모터, 및 상기 유압모터와 유체가 흐르는 라인으로 연결되어, 상기 토크센서 및 앵글센서의 측정값에 따라 유압으로 상기 유압모터의 토크를 제어하는 유압제어부를 포함하고, 상기 유압모터는 하우징 중심에 회전 가능하게 구비되면서, 상기 토션바와 스플라인 구조로 축 연결되어 조향축을 이루는 회전축과, 상기 회전축에 힌지축을 축으로 회전 가능하게 결합된 사판과, 상기 하우징 내에 형성되어 유체가 인입되는 실린더에 각각 내장된 상태로 상기 사판에 연결되는 복수 개의 피스톤과, 상기 사판의 일측에 구비되고, 상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 길이가 신축되어, 상기 사판의 기울기를 제어하는 액츄에이터를 포함하고, 상기 유압제어부는 외부의 전기로 회전력을 발생하는 구동모터와, 상기 구동모터와 연결되어, 구동모터에서 발생한 회전력으로 유체를 고압으로 전환시키는 유압펌프와, 상기 유압펌프와 유압라인으로 연결되어, 고압의 유체를 저장하는 유압탱크를 포함하며, 상기 유압모터의 입,출라인과 병렬로 연결하는 방향전환밸브, 및 상기 방향전환밸브에 의해 선택적으로 유압을 수용하거나, 배출하는 유압어큐뮬레이터를 포함하여, 상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 사판의 기울기를 변화시켜, 상기 회전축의 회전토크를 조절하여 토션바에 조향 보조력을 제공하면서, 상기 토크센서 및 앵글센서에서 기준보다 커진 조타력이 감지되면, 선택적으로 상기 방향전환밸브가 제어되어, 상기 유압어큐뮬레이터에서 저장하고 있는 유압(에너지)이 유압모터로 제공되는 것을 특징으로 한다.A steering system using a hydraulic motor according to the present invention comprises a steering wheel operated by a user, a torsion bar connected to a lower portion of the steering wheel at an upper end thereof and a steering system of the vehicle, A torque sensor for detecting a steering torque of a torsion bar that acts as the wheel rotates and outputting a steering torque signal corresponding to the detected steering torque; and a torsion bar provided on the torsion bar, An angle sensor for detecting an angle of the torsion bar and outputting an angle signal corresponding to the detected angle; a hydraulic motor provided in the torsion bar for providing a steering assist force to the torsion bar in accordance with rotation of the torsion bar; And an oil pressure control unit connected to the line through which the torque of the hydraulic motor is controlled by the hydraulic pressure according to the measured values of the torque sensor and the angle sensor, The hydraulic motor is rotatably provided at the center of the housing, and includes a rotary shaft that is axially connected to the torsion bar and the spline structure to form a steering shaft, a swash plate coupled to the rotary shaft to be rotatable about a hinge axis, A plurality of pistons connected to the swash plate in a state in which the swash plate is installed in the cylinder, and an actuator provided at one side of the swash plate and controlling the inclination of the swash plate according to the hydraulic pressure applied by the hydraulic control portion A hydraulic pump connected to the hydraulic pump for switching the fluid to a high pressure by a rotational force generated by the drive motor; And a hydraulic tank for storing a high-pressure fluid, wherein the inlet and outlet lines of the hydraulic motor And a hydraulic accumulator for selectively receiving and discharging the hydraulic pressure by the direction switching valve, wherein the inclination of the swash plate is changed according to the hydraulic pressure applied by the hydraulic control unit, And the directional valve is selectively controlled when the torque sensor and the angle sensor detect a steering force larger than a reference while the steering assist force is provided to the torsion bar by adjusting the torque so that the hydraulic pressure (energy) stored in the hydraulic accumulator, Is provided as a hydraulic motor.
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본 발명 유압모터를 이용한 조향 시스템의 일 실시에 따른 효과는 다음과 같다.Advantageous effects of the steering system using the hydraulic motor of the present invention are as follows.
첫째, 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 사판의 기울기를 변화시켜, 회전축의 회전토크를 조절하여 토션바에 조향 보조력을 제공하면서, 토크센서 및 앵글센서에서 기준보다 커진 조타력이 감지되면, 선택적으로 상기 방향전환밸브가 제어되어, 유압어큐뮬레이터에서 저장하고 있는 유압(에너지)이 유압모터로 제공됨에 따라 유체를 사용한 조향 보조력으로 인해 종래 전동식 조향장치 및 조향 시스템(MDPS: Moter Driven Power Steering)보다 자연스러운 조향감 조향감을 제공하는 효과를 가진다.First, if the torque sensor and the angle sensor detect a steering force larger than a reference while varying the slope of the swash plate in accordance with the hydraulic pressure applied from the hydraulic pressure control unit and adjusting the rotation torque of the rotary shaft to provide the steering assist force to the torsion bar, Since the directional valve is controlled and the hydraulic pressure (energy) stored in the hydraulic accumulator is supplied to the hydraulic motor, the steering assist force using the fluid makes it possible to provide a more natural Steering feeling and steering feel.
둘째, 유압모터의 구동축이 곧 조향축을 이루도록 해 핸들을 통한 노면상태의 피드백이 실시간으로 가능하고, 유압펌프가 정상적인 구동을 하지 않아도 핸들 잠김 없이 조향이 가능한 효과를 가진다.Second, the driving shaft of the hydraulic motor forms a steering shaft so that the feedback of the road surface through the steering wheel can be realized in real time, and the steering pump can be steered without locking the steering wheel even if the hydraulic pump is not driven normally.
셋째, 사판식 유압모터를 채용하면서 사판의 기울기를 제어하는 액츄에이터가 포함되어, 상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 상기 액츄에이터의 길이 신축으로 사판각의 기울기 가변으로 유압모터의 토크를 제어해 감속기 구조 없이도 큰 토크(조향 보조력)을 얻을 수 있는 효과를 가진다.Thirdly, an actuator for controlling the inclination of the swash plate is employed while employing a swash plate type hydraulic motor, and the torque of the hydraulic motor is controlled by varying the inclination angle of the swash plate by extending the length of the actuator according to the hydraulic pressure applied by the hydraulic pressure control unit, It is possible to obtain a large torque (steering assist force) without the need.
넷째, 단위 질량당의 출력 동력이 매우 큰 유압 액추에이터의 사용으로 대형차량의 조향 시스템에 적용도 실현 가능한 효과를 가진다.Fourth, the use of a hydraulic actuator having a very large output power per unit mass can be applied to a steering system of a large-sized vehicle.
다섯째, 유압을 수용하는 유압어큐뮬레이터를 더 채용하여, 유압펌프를 구동하는 구동모터의 고장으로 인해 운전자의 조타력이 평소보다 커진 것을 감지하면 경고표시등을 출력하면서, 유압어큐뮬레이터에 수용된 유압을 조향축에 제공하여 안전하게 차량을 피신시킬 수 있는 효과를 가진다.Fifth, when a hydraulic accumulator for receiving hydraulic pressure is further adopted and a driver's driving force for driving the hydraulic pump is detected to be greater than normal due to a failure of the driving motor, a warning indicator is outputted, and the hydraulic pressure stored in the hydraulic accumulator is transmitted to the steering shaft So that the vehicle can be safely escaped.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 유압모터를 이용한 조향 시스템의 실시 상태를 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 유압모터를 이용한 조향 시스템의 유압제어부의 유압회로를 보인 유압회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 사판식 유압펌프를 보인 예시도이다.Brief Description of the Drawings FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a steering system using a hydraulic motor according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic circuit of a hydraulic control unit of a steering system using a hydraulic motor according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing a swash plate type hydraulic pump according to one embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, at the time of the present application, It should be understood that variations can be made.
본 발명은 유체를 사용한 조향 보조력으로 인해 종래 MDPS(Moter Driven Power Steering)보다 자연스럽고 위화감 없는 조향감을 제공하고, 유압모터의 구동축이 곧 조향축으로 구성해, 핸들을 통한 노면상태 피드백이 가능한 유압모터를 이용한 조향시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The present invention provides a steering feeling that is more natural and comfortable than a conventional MDPS (Moter Driven Power Steering) due to a steering assist force using a fluid, The present invention relates to a steering system using a motor, and will be described with reference to the drawings.
도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 조향시스템은 운전자가 조작하는 조향휠(10)과 연결되고, 차량의 양측 바퀴(20)를 포함하는 조향계통 및 이 조향계통에 조향보조동력을 공급하는 보조동력부를 포함한다.1 to 3, the steering system according to an embodiment of the present invention includes a steering system, which is connected to a
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 조향계통은 일측이 상기 조향휠(10)에 연결하여 조향휠(10)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(31)를 매개로 피니언축(32)에 연결되는 조향축인 토션바(30)를 포함한다.1, one side of the steering system is connected to the
그리고, 피니언축(32)은 랙-피니언부를 통해 랙바(40)에 연결하고 랙바(40)의 양단은 타이로드(22)와 너클암(21)을 통해 차량의 바퀴(20)에 연결한다.The
여기서, 랙-피니언부는 토션바(30)로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하기 위해 피니언축(32)에 형성한 피니언기어(33)와 랙바(40)의 외주면 일측에 형성한 랙기어(41)가 서로 맞물려서 구비한다.The rack-and-pinion portion includes a
따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 조향계통은 운전자가 조향휠(10)을 조작하면 조향계통에서 토크가 발생하고, 발생된 토크에 의해서 랙-피니언부와 타이로드(22)를 통하여 바퀴(20)를 조향할 수 있다.Accordingly, in the steering system according to the embodiment of the present invention, when the driver operates the
또한, 보조동력부는 운전자가 조향휠(10)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크센서(110), 상기 토크센서(110)로부터 전해지는 전기적 신호를 기초하여 제어 신호를 발생하는 제어부(100: ECU Electronic Control Unit), 상기 제어부(100)로부터 전해지는 제어신호에 기초하여 보조동력을 발생시키는 유압모터(210) 및 상기 유압모터(210)가 보조동력을 발할 수 있도록 유압을 제공하는 유압제어부(200)를 포함한다.The auxiliary power unit includes a
따라서, 본 발명에 따른 유압모터를 이용한 조향 시스템은 사용자가 조작하는 조향휠(10)을 포함하고, 상기 조향휠(10)의 하부에는 토션바(30)의 상단을 연결하고, 상기 토션바(30)의 하단은 랙-피니언부 및 바퀴(20)를 포함하는 차량의 조향계통과 연결한다. Therefore, the steering system using the hydraulic motor according to the present invention includes a
이때, 상기 토션바(30)에 토크센서(110) 및 앵글센서(120)를 구비하는데, 상기 토크센서(110)는 조향휠(10)이 회전함에 따라 작용하는 토션바(30)의 조타 토크를 검출하고, 검출된 조타토크에 대응한 조타토크신호를 제어부(100)인 ECU로 출력한다.The
그리고, 상기 앵글센서(120) 역시, 상기 토션바(30)에 구비하여 상기 조향휠(10)이 회전함에 따라 작용하는 토션바(30)의 앵글을 검출하고, 검출된 앵글에 대응하는 앵글신호를 제어부(100)인 ECU로 출력한다.The
여기서, 상기 토크센서(110) 및 앵글센서(120)에서 출력된 조타토크신호 및 앵글신호는 제어부로 출력되어 상기 제어부에서 이를 상대 각도 차로 산출하여, 산출된 제어부의 상대 각도 차를 토대로 유압모터(210)의 회전방향 및 토크를 제어하는데, 상기 유압모터(210)는 상기 토션바(30)에 구비되어, 토션바(30)의 회전에 따른 조타토크 및 앵글을 토대로 토션바(30)에 조향 보조력을 제공한다.Here, the steering torque signal and the angle signal output from the
이때, 상기 유압모터(210)의 구동축은 토션바(30)와 스플라인 구조로 축 연결되어 조향축을 이루거나, 또는 상기 유압모터(210)의 구동축이 길이방향으로 연장형성되어 구동축 자체가 단일로 조향축을 이룰 수도 있다.At this time, the driving shaft of the
또한, 상기 유압모터(210)와 유체가 흐르는 라인으로 유압제어부(200)를 연결하는데, 상기 유압제어부(200)는 토션바(30)의 상대 각도 차에 따른 생성된 고압의 유압을 상기 유압모터(210)로 제공한다.The
여기서, 본 발명에 따른 상기 유압모터(210)는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 유압제어부(200)에서 인가하는 유압에 따라 사판의 기울기를 변화시켜, 회전축의 회전토크를 조절하는 사판식 유압모터(210)로 구성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, the
상기 사판식 유압모터(210)는 하우징 중심에 회전하는 회전축을 구비하고, 상기 회전축에는 사판이 힌지축을 축으로 회전 가능하게 결합하며, 상기 사판에는 복수개의 피스톤을 상기 하우징 내에 형성된 실린더에 각각 내장한 상태로 연결한다.The swash plate type
그리고, 상기 사판의 일측에는 상기 유압제어부(200)에서 인가하는 유압에 따라 길이가 신축되는 액츄에이터를 구비하여, 상기 액츄에이터 길이의 신축 조절하여 사판의 기울기를 제어한다. The swash plate is provided at one side thereof with an actuator whose length is expanded and contracted according to the hydraulic pressure applied by the hydraulic
따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 조향 시스템은 종래의 전동모터를 동력원으로 하는 전동식 조향시스템의 웜과 웜휠로 조향축에 직결되있던 방식을 유압모터(210) 및 유압제어부(200)로 대체하고, 토크센서(110) 및 앵글센서(120)에 의해 검출된 토션바(30)의 토크 및 앵글을 토대로 상대 각도 차를 제어부(100)인 ECU로 산출하여, 제어부(100)가 이를 바탕으로 유압모터(210)를 제어해 상기 토션바(30)에 조향 보조력을 전달한다. Therefore, the steering system according to an embodiment of the present invention replaces the
이때, 본 발명에 따른 상기 유압제어부(200)는 도 2에 도시한 바와 같이 외부의 전기로 회전력을 발생하는 구동모터(220)를 포함하고, 상기 구동모터(220)는 유압펌프(230)와 기어물림 또는 조인트와 같은 수단으로 기계적으로 연결된다.2, the
상기 유압펌프(230)는 상기 구동모터(220)에서 발생한 회전력을 받아 유체를 고압으로 전환 시킨 후, 유압라인(201)으로 연결된 유압탱크(240)로 송출하고, 상기 유압탱크(240)는 고압의 유체를 수용하면서 오일의 온도가 변화됨에 따라 오일의 체적이 변하는 것을 상쇄시킨다.The
따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 상기 유압펌프(230)는 상기 토크센서(110) 및 앵글센서(120)에 의해 검출된 토션바(30)의 토크 및 앵글을 토대로 상대 각도 차를 제어부(100)인 ECU로 산출하여, 제어부(100)가 이를 바탕으로 상기 유압펌프(230)의 유압이 조절되고, 조절된 유압은 유압모터(210)의 사판의 기울기를 조절하여, 상기 유압모터(210)의 회전토크를 조절해 상기 토션바(30)로 전달되는 조향 보조력을 제어할 수 있다.Therefore, the
그리고 본 발명에 따른 상기 유압모터(210)의 입, 출라인과 병렬로 방향전환밸브(250)을 연결하고, 상기 방향전환밸브(250)의 일측에는 유압어큐뮬레이터(260)를 연결 구비하여, 상기 방향전환밸브(250)에 의해 유압어큐뮬레이터(260)에 선택적으로 유압을 수용하거나, 수용된 유압을 다시 배출하도록 한다.The
상기한 유압어큐뮬레이터(260)는 안전보조장치 중 하나로, 평소에는 유압어큐뮬레이터(260)가 유압(에너지)이 저장되어 있는 상태로 있지만, 상기 구동모터(220) 또는 유압펌프(230)의 고장으로 인해, 운전자의 조타력이 기준(평소)보다 커진 것을 토크센서(110) 및 앵글센서(120)가 감지하게 되면, 상기 제어부(100)에서는 경고표시등을 출력함과 동시에 상기 유압어큐뮬레이터(260)에서 저장하고 있는 유압(에너지)이 유압모터(210)로 제공될 수 있도록 방향전환밸브(250)를 제어한다. The
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 조향휠 20: 바퀴
21: 너클암 22: 타이로드
30: 토션바 31: 유니버설 조인트
32: 피니언축 33: 피니언기어
40: 랙바 41: 랙기어
100: 제어부 110: 토크센서
120: 앵글센서 200: 유압제어부
210: 유압모터 220: 구동모터
230: 유압펌프 201: 유압라인
240: 유압탱크 250: 방향전환밸브
260: 유압어큐뮬레이터10: steering wheel 20: wheel
21: knuckle arm 22: tie rod
30: Torsion bar 31: Universal joint
32: Pinion shaft 33: Pinion gear
40: Rack bar 41: Rack gear
100: control unit 110: torque sensor
120: Angle sensor 200: Hydraulic pressure control unit
210: Hydraulic motor 220: Drive motor
230: Hydraulic pump 201: Hydraulic line
240: Hydraulic tank 250: Directional switching valve
260: Hydraulic accumulator
Claims (4)
상기 유압모터는 하우징 중심에 회전 가능하게 구비되면서, 상기 토션바와 스플라인 구조로 축 연결되어 조향축을 이루는 회전축과;
상기 회전축에 힌지축을 축으로 회전 가능하게 결합된 사판과;
상기 하우징 내에 형성되어 유체가 인입되는 실린더에 각각 내장된 상태로 상기 사판에 연결되는 복수 개의 피스톤과;
상기 사판의 일측에 구비되고, 상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 길이가 신축되어, 상기 사판의 기울기를 제어하는 액츄에이터를 포함하고,
상기 유압제어부는 외부의 전기로 회전력을 발생하는 구동모터와;
상기 구동모터와 연결되어, 구동모터에서 발생한 회전력으로 유체를 고압으로 전환시키는 유압펌프와;
상기 유압펌프와 유압라인으로 연결되어, 고압의 유체를 저장하는 유압탱크를 포함하며,
상기 유압모터의 입,출라인과 병렬로 연결하는 방향전환밸브; 및 상기 방향전환밸브에 의해 선택적으로 유압을 수용하거나, 배출하는 유압어큐뮬레이터를 포함하여,
상기 유압제어부에서 인가하는 유압에 따라 사판의 기울기를 변화시켜, 상기 회전축의 회전토크를 조절하여 토션바에 조향 보조력을 제공하면서, 상기 토크센서 및 앵글센서에서 기준보다 커진 조타력이 감지되면, 선택적으로 상기 방향전환밸브가 제어되어, 상기 유압어큐뮬레이터에서 저장하고 있는 유압(에너지)이 유압모터로 제공되는 유압모터를 이용한 조향 시스템.A torsion bar that is connected to a lower portion of the steering wheel and has a lower end connected to a steering system of the vehicle; a torsion bar provided in the torsion bar, the steering wheel of the torsion bar acting as the steering wheel rotates; A torque sensor for detecting a torque and outputting a steering torque signal corresponding to the detected steering torque; and an angle sensor for detecting an angle of a torsion bar provided on the torsion bar and acting as the steering wheel rotates, A hydraulic motor provided in the torsion bar for providing a steering assist force to the torsion bar in accordance with the rotation of the torsion bar and a line connected to the hydraulic motor and connected to the torque sensor, 1. A steering system using a hydraulic motor, comprising a hydraulic pressure control unit for controlling a torque of the hydraulic motor with hydraulic pressure according to a measured value of an angle sensor,
The hydraulic motor is rotatably provided at the center of the housing, and is rotatably connected to the torsion bar and the spline structure to form a steering shaft.
A swash plate rotatably coupled to the rotary shaft about a hinge axis;
A plurality of pistons formed in the housing and connected to the swash plate in a state where the pistons are respectively housed in a cylinder into which fluid is introduced;
And an actuator provided on one side of the swash plate and controlling the inclination of the swash plate according to a hydraulic pressure applied by the hydraulic control unit,
The hydraulic control unit includes: a driving motor for generating an external electric rotating force;
A hydraulic pump connected to the drive motor for switching the fluid to a high pressure by a rotational force generated by the drive motor;
And a hydraulic tank connected to the hydraulic pump by a hydraulic line for storing a high-pressure fluid,
A direction switching valve connected in parallel to the inlet and outlet lines of the hydraulic motor; And a hydraulic accumulator selectively receiving and discharging the hydraulic pressure by the direction switching valve,
When the torque sensor and the angle sensor detect a steering force larger than a reference while changing the inclination of the swash plate in accordance with the hydraulic pressure applied from the hydraulic pressure control unit and adjusting the rotation torque of the rotary shaft to provide the steering assist force to the torsion bar, Wherein the directional control valve is controlled so that the hydraulic pressure (energy) stored in the hydraulic accumulator is provided as a hydraulic motor.
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| 일본 공표특허공보 특표2013-520367호(2013.06.06.) 1부. * |
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