KR20030079329A - 파워스티어링용 조타력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파워스티어링용 조타력 제어장치에 관한 것으로서,

핸들(10)의 회전력을 파워실린더(30)의 입력축에 전달하는 컬럼(20)이 구비된 통상의 파워스티어링에 있어서, 차량속도를 감지하는 속도센서(41); 상기 속도센서(41)의 감지값에 의한 제어신호를 전송하는 ECU(40); 상기 ECU(40)로부터의 제어신호에 의해 작동되어 전류의 세기를 가변 조절하는 컨트롤러(50); 상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류세기에 의해 제어되어 상기 컬럼(20)의 축(22)에 마찰 반력을 작용하되, 전류를 공급받는 코일이 상호 반대방향으로 감겨진 제1 및 제2코일부(61a,61b)와, 상기 제1 또는 제2코일부(61a,61b)와 일체로 형성되며 전력공급시 상기 컬럼축(22)의 외경면에 밀착되어 마찰력을 작용하는 제1 및 제2마찰부(62a,62b)를 구비한 조타력 제어부(60);를 포함하여 구성되며,

차속 변동에 따라 파워스티어링의 컬럼에 적절한 크기의 마찰 반력을 부여함으로써, 저속에서는 핸들 조작이 가볍게 이루어지고, 고속에서는 핸들 조작이 무겁게 이루어지도록 하는 방식으로 조향 특성을 향상하여, 운전자의 편의성 및 안정감을 향상시켜주는 효과를 제공한다.

Description

파워스티어링용 조타력 제어장치{STEERING FORCE CONTROL APPARATUS FOR POWER STEERING}

본 발명은 파워스티어링용 조타력 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 속도 변동에 따라 파워스티어링의 컬럼에 적절한 크기의 마찰 반력을 부여함으로써, 저속에서는 핸들 조작이 가볍게 이루어지고, 고속에서는 핸들 조작이 무겁게 이루어지도록 하는 방식으로 조향 특성을 향상하여, 운전자의 편의성 및 안정감을 향상시켜주는 파워스티어링용 조타력 제어장치에 관한 것이다.

파워스티어링(Power Steering, 동력조향)이란 차량의 조향장치의 도중에 배력장치(유압 피스톤)를 설치하여 핸들의 조타력을 그 배력작용에 의하여 경감시키는 장치를 말하는데, 엔진이 오일펌프를 구동하여 발생한 유압을 이용하여 작동되는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 파워스티어링의 구성도이다.

종래의 파워스티어링은 핸들(10)의 조타력을 가볍게 하기 위하여 엔진 회전수(RPM)에 의해 비례적으로 유량이 제어되는 오일펌프(32)를 이용하였다.

그런데, 이러한 방식의 파워스티어링은 엔진 회전수에 의해 영향을 받는 제어구조를 이용하게 되므로, 고속에서는 핸들이 가볍게 되어 사고의 위험에 노출되며, 저속 또는 파킹시에는 핸들이 상대적으로 무겁게 되어 운전자가 조향시 힘이 드는 문제점을 안고 있었다.

즉, 핸들(10)이 중립상태에서 좌/우측으로 움직일 경우, 밸브(36)의슬로트(SLOT)부에 형성된 오리피스경 내부를 통해 고압의 오일이 파워실린더(30) 일측 내부에 전달되어 조타력을 돕게 되는데, 이때 오일펌프(32)의 유압은 엔진(34)의 회전수에 비례적으로 증가하게 된다. 이러한 구조로 인해, 저속 및 파킹시에는 유압이 낮으므로 파워 어시스트력(F=P*A, 단, P는 유압, A는 실린더 단면적)이 낮아지게 되고, 고속시에는 파워 어시스트력이 높아지게 된다.

그러므로, 이러한 종래의 파워스티어링은 전체적으로 운전자가 핸들(10)을 조작함에 있어서 조타력을 가볍게 해주는 잇점은 있으나, 상대적으로 고속시에는 핸들이 가볍고 저속시에는 핸들이 무겁게 되는 구조를 갖고 있었다.

이로 인해, 고속시에는 핸들이 가벼우므로 급작스런 조향각 변화로 사고의 위험에 노출되어 운전자에게 불안한 조향감을 주며, 저속 또는 파킹시에 핸들이 무거우므로 운전자가 핸들을 조작함에 있어 많은 조타력이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 차량의 속도 변동에 따라 파워스티어링의 컬럼에 적절한 크기의 마찰 반력을 부여함으로써, 저속에서는 핸들 조작이 가볍게 이루어지고, 고속에서는 핸들 조작이 무겁게 이루어지도록 하는 방식으로 조향 특성을 향상하여, 운전자의 편의성 및 안정감을 향상시켜주는 파워스티어링용 조타력 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 파워스티어링의 구성도,

도 2는 본 발명의 조타력 제어장치가 적용된 파워스티어링의 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 조타력 제어장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 조타력 제어장치의 작동흐름을 나타낸 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 핸들20: 컬럼

22: 컬럼축30: 파워실린더

32: 오일펌프33: 오일탱크

34: 엔진36: 밸브

38: 휠40: ECU

41: 속도센서42: 조타각센서

50: 컨트롤러60: 조타력 제어부

61a: 제1코일부61b: 제2코일부

62a: 제1마찰부62b: 제2마찰부

63: 하우징64: 증폭기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 핸들(10)의 회전력을 파워실린더(30)의 입력축에 전달하는 컬럼(20)이 구비된 통상의 파워스티어링에 있어서, 차량속도를 감지하는 속도센서(41); 상기 속도센서(41)의 감지값에 의한 제어신호를 전송하는 ECU(40); 상기 ECU(40)로부터의 제어신호에 의해 작동되어 전류의 세기를 가변 조절하는 컨트롤러(50); 상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류세기에 의해 제어되어 상기 컬럼(20)의 축(22)에 마찰 반력을 작용하되, 전류를 공급받는 코일이 상호 반대방향으로 감겨진 제1 및 제2코일부(61a,61b)와, 상기 제1 또는 제2코일부(61a,61b)와 일체로 형성되며 전력공급시 상기 컬럼축(22)의 외경면에 밀착되어 마찰력을 작용하는 제1 및 제2마찰부(62a,62b)를 구비한 조타력 제어부(60);를 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게는, 상기 조타력 제어부(60)는 상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류를 일정 비율로 증폭하여 코일부로 공급하는 증폭기(64)를 더 구비한다.

또한 보다 바람직하게는, 상기 ECU(40)는 상기 속도센서(41)로부터의 감지값이 소정의 설정값 이상이 되는 때에만 상기 조타력 제어부(60)를 작동시킨다.

또한 보다 바람직하게는, 상기 ECU(40)는 상기 컨트롤러(50)가 속도센서(41)로부터의 감지값의 크기에 비례하여 조타력 제어부(60)로 공급하는 전류를 가변시키도록 한다.

한편, 보다 바람직하게 본 발명은, 핸들(10)의 조타각을 감지하는 조타각센서(42)가 더 구비되어 그 감지값에 의해 ECU(40)가 제어신호를 전송하되, 감지된 조타각 감지값이 소정의 설정 범위 이내인 경우에는 조타력 제어부(60)가 작동하지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 조타력 제어장치가 적용된 파워스티어링의 구성도, 도 3은 본 발명에 의한 조타력 제어장치의 구성도, 도 4는 본 발명에 의한 조타력 제어장치의 작동흐름을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 종래에 일반적으로 적용되어왔던 파워스티어링의 구조자체를 크게 변경시키지 않으면서, 소정의 구성요소를 추가적으로 구비하여 차량 속도에 따라 핸들의 조타력이 제어되도록 구성된다.

종래의 일반적인 파워스티어링은 상술한 바와 같이, 운전자가 조향을 하기 위해 직접 조작하는 핸들(10), 상기 핸들(10)의 회전력을 파워실린더(30)의 입력축(Input Shaft)의 연결부에 전달하는 컬럼(20), 상기 컬럼(20)의 회전력을 받아 휠(38)에 조향력을 배력 전달하는 파워실린더(30), 엔진(34)의 회전력에 의해 구동되면서 파워실린더(30) 내부의 피스톤의 일측면에 유압을 전달하여 조타력을 돕는 오일펌프(32), 상기 오일펌프(32)내로 오일을 공급하며 오일을 보관하는 오일탱크(33)로 구성된다.

본 발명에서는 상기와 같은 파워스티어링의 기본 구성에 다음과 같은 구성요소들을 추가적으로 구비한다.

즉, 차량속도를 감지하는 속도센서(41), 핸들(10)의 조타각을 감지하는 조타각센서(42), 상기 속도센서(41) 및 조타각센서(42)에 의해 감지된 정보를 판단하여 제어하는 ECU(Electronic Controlled Unit, 40), 상기 ECU(40)에서 보내온 정보에 의해 작동되면서 전류의 세기를 조절하는 컨트롤러(50), 상기 컨트롤러(50)에서 가변적으로 공급되는 전류세기에 비례하여 컬럼축(22)에 작용하는 반력을 제어하는 조타력제어부(60)로 구성된다. 상기 각 센서는 전자 제어방식의 차량에 사용되는 일반적인 형태의 것이면 되고, 그 구체적인 타입이 어느 한가지의 것으로 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 조타력 제어부(60)는 상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류를 일정 비율로 증폭하는 증폭기(64), 소정의 코일이 상호 반대방향으로 감겨진 제1코일부(61a)와 제2코일부(61b), 상기 제1 또는 제2코일부(61a,61b)와 일체로 형성되어 전력공급유무에 따라 컬럼축(22)의 외경면의 수직면상에서 이동되면서 컬럼축(22)의 외경면에 밀착하여 마찰력을 작용하는 제1 및 제2마찰부(62a,62b)와, 이들 코일부와 마찰부를 외부에서 감싸는 하우징(63)으로 구성된다.

상기 코일부 및 이와 일체로 형성되는 마찰부는 본 실시예에서는 컬럼축을 둘러싸는 외주면을 2부분으로 분할하여 구성되는 것으로 도시하였으나, 컬럼축의 외경면에 보다 양호하게 밀착되기 위하여 동일한 작용 원리로 작동 가능한 상태로 더 많은 갯수의 부분으로 분할하여 구성될 수도 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 파워스티어링용 조타력 제어장치의 동작원리를 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 구성을 통해, 차량이 주행할 때에 차량의 속도를 감지하는 속도센서(41)와 핸들(10)의 조타각을 감지하는 조타각센서(42)에서 입력되는 신호를 ECU(40)에서 감지하며, ECU(40)에 의해 제어되는 컨트롤러(50)는 감지된 차속 및 조타각 값에 따라 발생되는 전류의 세기를 달리하여 컬럼축(22)상의 외경부 일측면에 위치하며 차량본체에 고정 장착되어 있는 조타력 제어부(60)에 가변 전류를 공급하게 된다.

본 발명에서는 우선적으로 차량의 속도에 의해 조타력을 제어하고자 하므로, 상기와 같은 작동시 ECU(40)는 속도센서(41)의 감지값만을 가지고 조타력 제어부(60)가 작동하도록 제어할 수 있으며, 이때 저속 주행시에는 굳이 조타력 제어부(60)를 작동시킬 필요가 없으므로, 속도 감지값이 소정의 설정값(예를 들어, 50km/h) 이상이 될 때부터 컨트롤러(50)를 통해 조타력 제어부(60)가 작동되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 설정값은 본 발명이 적용되는 차량의 사양에 따라 변동될 수 있는 것으로서, 통상적으로는 운전자가 불안한 조향감을 느끼기 시작하는 속도값이 될 것이다.

또한, 상기 ECU(40)는 속도센서(41)로부터의 감지값의 크기에 비례하여 상기 컨트롤러(50)가 조타력 제어부(60)로 공급하는 전류를 가변시키도록 함으로써, 속도가 높아질수록 컬럼축(22)에 더 큰 마찰 반력이 작용될 수 있도록 한다.

한편, 상기한 바와 같이 차량의 속도가 소정의 설정값 이상이 될 때부터 조타력 제어부(60)가 작동되도록 구성하는 경우에도, 조타각의 변동이 미미하여 굳이 조타력 제어부(60)가 작동될 필요가 없는 경우에까지 전류를 인가하는 것은 에너지의 낭비이므로, 조타각센서(42)에서 감지한 조타각 감지값이 소정의 설정 범위(예를 들어, 중립위치일 때의 센서값이 0, 최좌측 핸들 회전시일 때는 -50, 최우측 핸들 회전시일 때는 +50의 값으로 설정될 때, -5 ~ +5의 범위) 이내인 경우에는 조타력 제어부(60)에 전류를 공급하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기의 경우와 마찬가지로, 이러한 설정 범위는 본 발명이 적용되는 차량의 사양에 따라 변동될 수 있는 것이며, 통상적으로는 차속이 증가하더라도 운전자가 불안한 조향감을 느끼지 않는 조타각 범위가 될 것이다.

도 3에 도시된 조타력 제어부(60)의 작동을 보면, 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류는 증폭기(64)를 통하여 소정의 요구되는 전류의 세기로 비례적으로 증폭되며, 증폭된 전류는 제1 및 제2마찰부(62a,62b)의 외면에 고정 위치하는 제1 및 제2코일부(61a,61b)로 공급된다. 이때 제1 또는 제2코일부(61a,61b)에 감기는 코일의 권선수 및 면적은 요구되는 마찰력이 발생할 수 있도록 적절한 값으로 설정되어 구성되며, 각 코일부의 권선방향은 상호 반대방향으로 구성되어, 전류 공급시 상호 인력이 작용하여 마찰부가 컬럼축에 마찰력을 작용하게 된다.

상기 제1 또는 제2코일부(61a,61b)와 일체로 구성되는 제1마찰부(62a)와 제2마찰부(62b)는 컬럼축(22) 외경부 면과 밀착되면서 운전자가 핸들(10)을 조작함에 있어 요구되는 조타력이 증가되도록 함으로써, 고속 주행시 보다 안정적인 조향 특성을 갖도록 한다.

한편, 파워실린더(30) 및 오일펌프(32)는 종래의 것과 그 구조 및 작동원리가 동일한 것을 적용해도 되지만, 유량 또는 유압은 종래의 것과 비교하여 높게 세팅함으로 저속 또는 파킹시에는 핸들이 가볍도록 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 통해, 차량의 고속 주행시에 핸들이 더욱 가벼워지는 문제점이 컬럼축상에 장착된 상기 조타력 제어부(60)의 작동으로 방지될 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 구체적인 구성의 각각은 상기한 실시예의 형태에 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명에서 권리로서 청구하는 기술적 사상의 범위내에 물론 포함되는 것이다.

이와 같은 본 발명 파워스티어링용 조타력 제어장치는, 전자제어식 조향장치의 일종으로서, 센서 감지값에 의해 조타력 제어부에 공급되는 전류량을 정교하면서 비례적으로 정확하게 제어하는 반력제어방식을 택함으로써, 종래의 속도제어방식의 조향장치에 비교하여 속도 및 조타각의 감지에 의해 보다 적절한 조타력을 부여할 수 있으며, 종래의 DC모터 제어방식의 문제점인 급작스런 조타각 변화에 따른 모터 제어의 곤란함을 해결하고, 솔레노이드 밸브에 의한 유량제어방식 사용시 정교한 제어가 곤란하다는 문제점을 해결해준다.

Claims (5)

1. 핸들(10)의 회전력을 파워실린더(30)의 입력축에 전달하는 컬럼(20)이 구비된 통상의 파워스티어링에 있어서,

   차량속도를 감지하는 속도센서(41);

   상기 속도센서(41)의 감지값에 의한 제어신호를 전송하는 ECU(40);

   상기 ECU(40)로부터의 제어신호에 의해 작동되어 전류의 세기를 가변 조절하는 컨트롤러(50);

   상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류세기에 의해 제어되어 상기 컬럼(20)의 축(22)에 마찰 반력을 작용하되, 전류를 공급받는 코일이 상호 반대방향으로 감겨진 제1 및 제2코일부(61a,61b)와, 상기 제1 또는 제2코일부(61a,61b)와 일체로 형성되며 전력공급시 상기 컬럼축(22)의 외경면에 밀착되어 마찰력을 작용하는 제1 및 제2마찰부(62a,62b)를 구비한 조타력 제어부(60);를 포함하여 구성된 파워스티어링용 조타력 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 조타력 제어부(60)는 상기 컨트롤러(50)에서 공급되는 전류를 일정 비율로 증폭하여 코일부로 공급하는 증폭기(64)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 파워스티어링용 조타력 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 ECU(40)는 상기 속도센서(41)로부터의 감지값이 소정의 설정값 이상이 되는 때에만 상기 조타력 제어부(60)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 파워스티어링용 조타력 제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 ECU(40)는 상기 컨트롤러(50)가 속도센서(41)로부터의 감지값의 크기에 비례하여 조타력 제어부(60)로 공급하는 전류를 가변시키도록 하는 것을 특징으로 하는 파워스티어링용 조타력 제어장치.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   핸들(10)의 조타각을 감지하는 조타각센서(42)가 더 구비되어 그 감지값에 의해 ECU(40)가 제어신호를 전송하되, 감지된 조타각 감지값이 소정의 설정 범위 이내인 경우에는 조타력 제어부(60)가 작동하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 파워스티어링용 조타력 제어장치.