KR19990040239A - 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치에 관한 것으로, 조향핸들의 중립시에는 핸들의 조작력이 무겁게 되도록하여 탄력감을 주는 반면에 조향각이 일정치 이상으로 클 때에는 핸들조작력을 보완해서 핸들의 조작력이 거의 일정하게 되도록 하여 조향핸들의 운전조작이 안정되면서 편리하게 이루어지도록 하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위해 조향축(2)의 외주에는 하나의 극성을 가진 다수개의 영구자석(6)이 일정한 각변위를 두고 부착되고, 이 영구자석과 대향하는 조향칼럼의 내주면에는 다수개의 전자석(8)이 일정한 각변위를 두고 부착되며, 차속감지센서(10)와 조향각속도 센서(9)가 입력단자에 연결되는 반면에 출력단자에는 상기 전자석이 연결된 콘트롤러(ECU)는 차속과 핸들의 조향각에 따라 상기 전자석에 제어전류를 인가하여 전자석과 영구자석사이의 자기력으로 조향핸들의 조작력을 제어하게 되어 있다.

Description

자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치

본 발명은 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치에 관한 것으로, 특히 전자석과 영구자석의 자기력을 이용해서 조향핸들의 중립시에는 핸들의 조작력이 무겁게 되도록하여 탄력감을 주는 반면에 조향조작각이 클 때에는 핸들조작력을 보완해서 핸들의 조작력을 가볍게 만들어 줌으로써, 조향핸들의 운전조작이 안정되면서 편리하게 이루어지도록 된 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향 휠과 조향 축 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어기구 및, 이 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래드 링크 및 너클 암과 타이로드 등으로 구성된 링크 기구를 갖추고 있다.

그리고 대형 자동차나 저압 타이어를 사용한 차량에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 핸들의 조작력이 크게 되고 신속한 조향 조작이 안될 염려가 있기 때문에 가볍고 신속한 조향조작을 하기 위해 동력조향장치를 사용하고 있는 바, 이와 같은 동력조향장치는 동력원이 되는 유압을 발생시키는 오일펌프와 압력조절밸브 및 유량제어밸브를 포함하는 밸브 유닛 등으로 구성된 동력장치와, 오일펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 조향력을 발생시키기 위해 실린더를 사용하는 작동장치 및, 이 작동장치에 이르는 유로를 개폐하고 핸들의 조작에 상응해서 유로를 바꾸어 동력실린더의 작동방향과 작동상태를 제어하는 제어장치 등으로 구성되어 있다.

도 1은 상기한 종래 동력조향장치의 개략적인 구성도인 바, 즉 조향핸들(101)에 연결된 조향축의 하단부는 유니버설죠인트(102)를 통해 연장축(103)과 연결되고, 이 연장축(103)의 하단부는 조향기어박스(104)내로 삽입되게 설치되며, 상기 조향기어박스내에는 조향축의 하단부와 치합된 조향 랙기어가 좌우로 이동가능하게 내장됨과 더불어 운전자의 조향 조작력을 보완해주는 동력실린더가 설치되어 있다.

그리고 상기 동력실린더에 압유를 공급하는 압유공급장치가 연결되어 있고, 상기 압유공급장치로부터 토출되어 동력실런더로 공급되는 압유를 조향핸들의 조작방향에 따라 적절히 제어하기 위해 조향기어박스의 상부에는 제어밸브가 설치되어 있다.

이에 따라 예컨대 운전자가 상기 조향핸들을 조작하면, 압유공급장치에서 토출된 압유가 제어밸브를 통해 조향기어박스내의 동력실린더로 공급됨과 더불어 이렇게 공급된 압유는 피스톤을 통해 랙기어에 작용하여 운전자의 핸들 조작력을 보완해주게 된다.

그리고 상기와 같은 동력조향장치를 사용해서 핸들을 조작할 경우에 차속에 따라 운전자가 느끼는 핸들조작력이 달라지게 하기 위해 유압을 제어하는 속도감응형 동력조향장치도 제안되어 있는 바, 이 속도감응형 동력조향장치는 차속이 저속일 경우에는 운전자가 느끼는 핸들조작력이 가볍게 되도록 하는 반면에 차속이 고속일 경우에는 핸들조작감이 무겁게 되도록 제어하게 되어 있다.

그런데 상기와 같은 동력조향장치나 혹은 기계식 조향장치를 사용해서 운전자가 핸들을 조작할 경우에 핸들의 조향각에 따른 핸들조작력이 도 2에 도시되어 있는 바, 즉 핸들의 조작각이 클수록 핸들조작에 많은 힘이 필요하게 되고, 또 핸들이 거의 완전히 돌아가게 되면 그에 비례해서 핸들조작력에 매우 큰 힘이 필요하게 되므로, 신속한 핸들조작시에 조작이 어렵다고 하는 결점이 있었다.

또 핸들이 중립이나 그와 가까운 위치로 조작될 경우에는 핸들조작력이 적게 되어, 핸들 중립시의 탄력감이 미흡하다고 하는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 결점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 조향핸들의 중립시에는 핸들의 조작력이 무겁게 되도록하여 탄력감을 주는 반면에 조향각이 일정치 이상으로 클 때에는 핸들조작력을 보완해서 핸들의 조작력이 거의 일정하게 되도록 하여 조향핸들의 운전조작이 안정되면서 편리하게 이루어지도록 된 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 동력조향장치의 개략적인 구성도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 동력조향장치에서 핸들조향각에 대한 핸들조작력의 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치의 개략적인 구성도,

도 4은 도 3의 A-A선 단면도,

도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 핸들조향각에 대한 핸들조작력의 비교선도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-조향핸들 2-조향축

3-유니버설죠인트 4-연장축

5-조향기어박스 6-영구자석

7-조향칼럼 8-전자석

9-조향각속도 센서 10-차속감지센서

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향축의 외주에는 하나의 극성을 가진 다수개의 영구자석이 일정한 각변위를 두고 부착되고, 이 영구자석과 대향하는 조향칼럼의 내주면에는 다수개의 전자석이 일정한 각변위를 두고 부착되며, 차속감지센서와 조향각속도 센서가 입력단자에 연결되는 반면에 출력단자에는 상기 전자석이 연결된 콘트롤러는 차속과 핸들의 조향각에 따라 상기 전자석에 제어전류를 인가하여 전자석과 영구자석사이의 자기력으로 조향핸들의 조작력을 제어하게 되어 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치의 개략적인 구성도이고, 도 4은 도 3의 A-A선 단면도인 바, 즉 조향핸들(1)에 연결된 조향축(2)의 하단부는 유니버설죠인트(3)를 통해 연장축(4)과 연결되고, 이 연장축(4)의 하단부는 조향기어박스(5)내로 삽입되게 설치되며, 상기 조향기어박스내에는 조향축의 하단부와 치합된 조향 랙기어가 좌우로 이동가능하게 내장됨과 더불어 운전자의 조향 조작력을 보완해주는 동력실린더가 설치되어 있다.

그리고 상기 동력실린더에 압유를 공급하는 압유공급장치가 연결되어 있고, 상기 압유공급장치로부터 토출되어 동력실런더로 공급되는 압유를 조향핸들의 조작방향에 따라 적절히 제어하기 위해 조향기어박스의 상부에는 제어밸브가 설치되어 있다.

또 상기 조향축(2)의 길이방향을 따른 소정부위에는 도 4에 도시된 바와 같이 일정한 극을 가진 다수개의 영구자석(6)이 소정의 각변위를 두고 고정되게 부착되어 있고, 상기 조향축을 감싸고 있는 조향칼럼(7)의 내주면에는 역시 다수개의 전자석(8)이 전자석이 일정한 각변위를 두고 고정되게 부착되어 있다.

그리고 상기 각 전자석(8)은 콘트롤러(ECU)의 출력단자에 연결되어 있고, 이 콘트롤러의 입력단자에는 조향각속도 센서(9)와 차속감지센서(10)가 각각 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 운전자가 조향핸들을 조작할 때에 그 조향각도와 차속에 따라 상기 전자석을 적절히 제어해서 전자석과 영구자석의 자력으로 핸들조작력을 제어하게 되어 있다.

즉 먼저 조향핸들의 조향각도는 상기 조향각속도 센서(9)를 매개로 콘트롤러가 인지하게 되는 바, 만일에 조향각도가 중립에 가깝게 되면 콘트롤러가 상기 전자석에 제어전류를 인가하여 핸들의 조작감이 무겁게 느껴지도록 한다. 예컨대 상기 영구자석의 극성을 -로 만들고, 상기 콘트롤러가 전자석에 제어전류를 인가하여 +극성으로 만들어주면, 전자석과 영구자석의 극성은 서로 상이하게 되면서 이들사이에 당기는 힘이 작용하게 되어, 이러한 자기력을 이기고 핸들을 조작할려면 핸들의 조작력이 그만큼 무겁게 되는 것이다.

여기서 상기 자기력의 크기는 상기 전자석에 가해지는 제어전류의 세기로 적절히 조절할 수 있으므로, 조향핸들의 조향각에 따라 운전자가 느끼는 핸들조작감을 용이하게 제어할 수 있게 되는 것이다.

또 조향핸들의 조향각이 클 경우에는 상기 전자석의 극성이 영구자석과 동일하게 되도록 콘트롤러가 전자석에 제어전류를 인가해주게 되는 데, 이렇게 전자석과 영구자석의 극성이 동일하게 되면 각 자석사이에 반발력이 작용하게 되므로, 핸들의 조작감이 상대적으로 가볍게 느껴지게 된다.

한편 차량이 주행중일 때에 차속에 따라서도 핸들의 조작감을 제어할 수 있는 바, 상기 콘트롤러는 차속감지센서를 매개로 차속을 인지함과 더불어 차속에 따라 상기 전자석에 인가시키는 제어전류의 크기를 적절히 조절해서 핸들조작감을 조절할 수 있게 되는 것이다.

즉 차속이 저속일 때에는 상기 전자석에 인가시키는 제어전류를 작게하는 반면에 차속이 고속일 경우에는 제어전류를 크게 함으로써, 상기 전자석에 의한 자력의 크기를 조절하여 저속일 경우에는 핸들조작감이 가벼운 반면에 고속일 때에는 무겁게 할 수 있는 것이다.

또 핸들의 조작속도에 따라서도 핸들의 조작감을 달리할 수 있는 바, 예컨대 차속이 저속이면서 급조향되는 경우에는 상기 제어전류의 크기를 작게하여 핸들의 조작감을 가볍게 할 수 있고, 차속이 고속이면서 급조향될 경우에는 제어전류를 크게하여 핸들조작감을 무겁게 만들 수 있다.

상기와 같은 일련의 제어를 통한 핸들의 조향각에 대한 조향조작력의 크기가 도 5에서 그래프로 도시되어 있는 바, 즉 핸들이 중립에 가깝게 위치되면 조향조작력이 급상승하여 핸들의 조작감에 탄력을 주게 되어 있고, 핸들의 조향각이 일정치 이상으로 클 경우에는 조향조작력이 거의 일정하게 유지되어 핸들조작에 편리성을 주게 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치에 의하면, 핸들이 중립에 가깝게 위치될 경우에는 핸들의 조작감이 무겁게 되어 탄력을 주는 반면에 핸들의 조향각이 일정치 이상으로 클 경우에는 핸들 조작력이 거의 일정하게 되어 신속한 조향이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 조향조작이 편리해지게 되며, 또 차속에 따라서도 핸들조작력을 제어해서 속도감응형 조향장치를 간단하게 구성시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 조향축의 외주에 부착된 하나의 극성을 가진 다수개의 영구자석과, 이 영구자석과 대향하는 조향칼럼의 내주면에 일정한 각변위를 두고 부착된 다수개의 전자석 및, 차속감지센서와 조향각속도 센서를 갖추고서 차속과 핸들의 조향각에 따라 상기 전자석에 제어전류를 인가하여 전자석과 영구자석사이의 자기력으로 조향핸들의 조작력을 제어하는 콘트롤러를 구비한 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 영구자석이 (-)극성을 가지고, 상기 전자석이 차속과 조향핸들의 조향각에 따라 (+) 혹은 (-) 극성을 가지도록 된 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 조향핸들 조작력 제어장치.