KR20070040230A - 자동차의 조향력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향력 제어장치에 관한 것으로, 자동차의 고속 주행시에나 조향핸들의 중립 조작시에는 조향핸들의 조작력을 무겁게 하는 반면에 저속 주행시에나 조향핸들의 조향각이 중립을 벗어날 경우에는 조향핸들의 조작력을 가볍게 하여 차속에 따른 주행 안정성과 직진 주행성을 향상시킬 뿐만 아니라 주차시에 조향핸들을 큰 조향각으로 조작할 때에 조작이 편리해지고, 불규칙한 노면으로부터 진동이 조향핸들에 전달되어 조향핸들이 흔들릴 때에는 조향핸들의 진동을 감소시키면서 조향핸들의 조작감을 무겁게 하여 안정된 조향조작이 이루어질 수 있도록 하기 위해, 조향핸들과 일체로 회전되게 연결된 조향칼럼의 소정 부위에 유체가 충진되면서 상기 조향칼럼을 감싸는 형태로 고정되게 설치된 실린더와, 이 실린더내에서 상기 조향칼럼에 결합되어 상기 조향칼럼의 회전시에 조향칼럼을 따라 상하로 이동하게 설치된 피스톤, 이 피스톤의 외주벽과 상기 실린더의 내주벽 사이의 틈새에 의해 형성되는 오리피스 홀을 구비하고, 상기 오리피스 홀은 상기 조향핸들이 중립에 위치될 때에 가장 직경이 작게 형성되는 반면에 상기 조향핸들이 중립 위치를 벗어날수록 상기 오리피스 홀의 직경이 비례적으로 증가되게 형성된 구조로 되어 있다.

Description

자동차의 조향력 제어장치{Control device of steering force in automobile}

도 1은 본 발명에 따른 조향력 제어장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자기장인가장치의 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-조향칼럼 2-실린더

3-피스톤 4-자기장인가장치

5-차속감지센서 6-압전소자

본 발명은 자동차의 조향장치에 관한 것으로, 특히 차속과 조향핸들에 전해지는 진동 및 조향각에 따라 자기유변유체를 이용해서 운전자의 조향핸들의 조작력을 가변시켜 주도록 된 자동차의 조향력 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향 장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향 조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향 핸들과 조향축 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 상기 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방 향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어기구 및, 이 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래그 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 조향 조작을 하기 위해 동력 조향 장치를 사용하고 있는 바, 이와 같은 동력 조향 장치는 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.

그런데 상기한 종래의 기계식 조향 장치나 동력 조향 장치에서는 차속에 따라 운전자가 느끼는 조향 감각이 일정하게 되고, 이로 인해 고속 주행시에 필요한 무거운 조향 감각이나 저속주행시의 가벼운 조향 감각을 동시에 느끼도록 할 수 없는 결점이 있었다.

또한, 조향핸들의 조향각도에 따라서도 조향 감각이 일정하여 자동차를 주차시킬 때에 불편함을 느낄 뿐만 아니라 조향기구를 통해 노면의 진동이 조향핸들로 전달되어 조향핸들이 흔들릴 때에도 이를 적절히 제어할 수 없다고 하는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 자동차의 고속 주행시에나 조향핸들의 중립 조작시에는 조향핸들의 조작력을 무겁게 하는 반면에 저속 주행시에나 조향핸들의 조향각이 중립을 벗어날 경우에는 조향핸들의 조작력을 가볍게 하여 차속에 따른 주행 안정성과 직진 주행성을 향상시킬 뿐만 아니라 주차시에 조향핸들을 큰 조향각으로 조작할 때에 조작이 편리해지고, 불규칙한 노면으로부터 진동이 조향핸들에 전달되어 조향핸들이 흔들릴 때에는 조향핸들의 진동을 감소시키면서 조향핸들의 조작감을 무겁게 하여 안정된 조향조작이 이루어질 수 있도록 한 자동차의 조향력 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향핸들과 일체로 회전되게 연결된 조향칼럼의 소정 부위에 유체가 충진되면서 상기 조향칼럼을 감싸는 형태로 고정되게 설치된 실린더와, 이 실린더내에서 상기 조향칼럼에 결합되어 상기 조향칼럼의 회전시에 조향칼럼을 따라 상하로 이동하게 설치된 피스톤, 이 피스톤의 외주벽과 상기 실린더의 내주벽 사이의 틈새에 의해 형성되는 오리피스 홀을 구비하고, 상기 오리피스 홀은 상기 조향핸들이 중립에 위치될 때에 가장 직경이 작게 형성되는 반면에 상기 조향핸들이 중립 위치를 벗어날수록 상기 오리피스 홀의 직경이 비례적으로 증가되게 형성된 구조로 되어 있다.

바람직하기로는, 상기 조향칼럼이 상기 실린더내에 끼워진 부위에는 나선형 스크류가 형성되고, 상기 피스톤은 상기 나선형 스크류에 결합되게 그 내주면에 나 선형 스크류가 형성되며, 상기 피스톤의 일측 외주면에 가이드 돌기가 형성되면서 이 가이드 돌기가 끼워져 안내이동되는 가이드 홈이 상기 실린더의 내주벽에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체가 그에 인가되는 자기장에 따라 점성이 가변되는 자기유변유체로 이루어지고, 상기 자기유변유체에 전원을 공급받아 자기장을 형성하여 인가하는 자기장인가장치가 상기 실린더의 외주면에 설치되며, 상기 자기장인가장치에 차속을 감지해서 차속에 비례하는 제어전류를 공급하는 제어유니트가 연결된 것을 특징으로 하고, 상기 자기장인가장치가 상기 제어유니트로부터 제어전류를 공급받도록 제어유니트와 연결된 커넥터와, 이 커넉터에 연결된 다수개의 코일을 구비한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어유니트가 타이로드의 진동을 감지하는 압전소자를 구비하고서 상기 압전소자를 매개로 감지한 타이로드의 진동의 크기에 비례하는 제어전류를 상기 자기장인가장치에 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 조향력 제어장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있는 바, 즉 조향핸들과 일체로 회전되게 연결된 조향칼럼(1)의 길이방향을 따른 소정 부위에는 자기유변유체(Magneto-Rheological Fluid)가 충진되어 있는 실린더(2)가 조향칼럼(1)을 감싸는 형태로 고정되게 설치되어 있고, 상기 실린더(2)내에 끼워진 조향칼럼의 외주면에는 나선형 스크류(1a)가 형성되고, 이 나선형 스크류(1a)에 결합되도록 내주면에 나선형 스크류가 형성된 피스톤(3)이 상기 실린더(2)내에 서 조향칼럼(1)의 외주면에 끼워진 형태로 결합되어 있다.

또한, 상기 피스톤(3)의 일측면에는 전체 길이방향을 따라 가이드 돌기가 돌출되게 형성되어 있고, 상기 가이드 돌기가 끼워져서 안내이동되도록 상기 실린더(2)의 내주벽에는 길이방향을 따라 대체로 ??자 형상의 가이드 홈(2a)이 형성되어, 상기 조향칼럼(1)이 조향핸들의 회전조작에 의해 회전될 때에 상기 피스톤(3)은 상기 가이드 홈(2a)을 따라 상하로 안내이동되게 된다.

상기 실린더(2)에서 상기 가이드 홈(2a)이 형성된 부위의 맞은편 쪽에는 실린더(2)의 길이방향을 따라 오리피스 홀(2b)이 형성되는 데, 이 오리피스 홀(2b)은 상기 피스톤(3)의 외주벽과 상기 실린더(2)의 내주벽 사이의 틈새에 의해 형성되게 된다. 상기 실린더(2)의 내주벽은 실린더의 길이방향을 따른 중앙부위가 오목한 반면에 실린더의 양끝으로 갈수록 확장되는 형상을 하고 있기 때문에 상기 피스톤(3)이 실린더의 중앙부위에 위치될 경우에는 피스톤의 외주벽과 실린더의 내주벽 사이에 형성되는 오리피스 홀의 직경이 가장 작게 형성되는 반면에 피스톤이 실린더의 양끝으로 갈수록 피스톤의 외주벽과 실린더의 내주벽사이에 형성되는 오리피스 홀의 직경은 점차적으로 확경되게 된다.

그리고, 상기 실린더(2)의 소정 외주면에는 상기 자기유변유체에 자기장을 인가할 수 있도록 자기장인가장치(4)가 설치되어 있고, 상기 자기장인가장치(4)는 제어유니트(CU)의 출력단에 접속되는 반면에 상기 제어유니트의 입력단에는 차속감지센서(5)와 압전소자(6)가 접속되어 있으며, 상기 압전소자(6)는 타이로드에 설치되어 차이로드의 진동을 감지하게 되어 있다.

도 2에는 상기 자기장인가장치(4)가 자세히 도시되어 있는 바, 즉 상기 실린더(2)의 외주면에는 상기 제어유니트로부터 커넥터(4a)를 통해 전원을 공급받아 자기장을 형성해서 상기 자기유변유체에 화살표로 도시된 바와 같이 자기장을 인가하는 다수개의 코일(4b)이 장착되어 있다.

이에 따라, 상기 제어유니트로부터 어떠한 전원이 공급되지 않아 자기유변유체에 자기장이 인가되지 않는 통상의 모드에서는 조향핸들의 회전조작에 따라 상기 조향칼럼(1)이 조향핸들의 조작방향으로 회전하게 되고, 조향칼럼(1)의 회전운동은 상기 피스톤(3)에 전달되어 피스톤(3)이 실린더(2)내에서 상하로 이동하게 되며, 상기 피스톤(3)의 상하운동에 따라 실린더(2)내의 자기유변유체가 상기 오리피스 홀(3b)을 통해 이동하게 하면서 피스톤(3)에 유동저항을 부여하여 운전자가 조향핸들을 조작할 때에 느끼는 조작감을 조절하게 되어 있다.

즉, 상기 피스톤(3)이 상기 실린더(2)의 중앙 부위에 위치하게 되면 조향핸들은 중립 위치에 있게 되고, 이 경우에 상기 오리피스 홀(3b)의 직경은 가장 작게 형성되게 되며, 이 상태에서 운전자가 조향핸들을 조작할 때에 가장 작은 직경의 오리피스 홀을 통해 자기유변유체가 유동함에 따라 피스톤에 가해지는 유체의 유동저항이 가장 커지게 되어, 운전자가 느끼는 조향핸들의 조작감이 가장 무겁게 된다.

따라서, 조향핸들이 중립위치에 있을 때에 조향핸들의 조작감이 가장 무거워져서 자동차의 직진 주행성을 향상시킬수 있게 되는 것이다.

그리고, 조향핸들을 중립위치에서 한 방향으로 조향조작을 할수록 상기 오일 피스 홀의 직경은 비례적으로 커지게 되고, 이에 따라 상기 피스톤에 가해지는 유체저항은 비례적으로 감소하게 되어, 운전자가 조향핸들을 크게 조작할수록 조향핸들의 조작감은 비례적으로 가볍게 됨에 따라 자동차를 예컨대 주차시킬 때에 조향핸들의 조작이 가볍게 되어서 주차가 용이해지게 되는 것이다.

한편, 자동차의 주행 중에 상기 제어유니트는 상기 차속감지센서(5)를 매개로 자동차의 주행 속도를 감지하고, 차속이 증가할 경우에는 차속에 비례하여 상기 자기장인가장치(4)에 제어전류를 공급하여 자기장을 형성시키며, 이로 인해 상기 자기유변유체의 점성이 가변되면서 상기 피스톤에 가해지는 유체저항이 가변되게 되어, 운전자가 느끼는 조향조작감이 차속에 따라 가변되게 된다.

즉, 차속이 고속일 경우에는 상대적으로 큰 자기장이 형성되어 상기 자기유변유체의 점성이 커지도록 하고, 이로 인해 피스톤에 가해지는 유체저항이 크게 되면서 운전자가 느끼는 조향핸들의 조향조작감을 무겁게 하여 고속 주행시에 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

차속이 저속일 경우에는 상기 제어유니트는 상대적으로 낮은 제어전류를 상기 자기장인가장치에 공급하여 상대적으로 작은 점성이 자기유변유체에 형성되도록 함으로써, 차속이 저속일 경우에는 고속일 경우에 비해 상대적으로 가벼운 조향조작감을 운전자가 느낄 수 있게 된다.

따라서, 운전자의 조향핸들의 조작력은 차속에 비례해서 무거워지게 되므로, 고속 주행시에 조향핸들의 조작력을 무겁게 해서 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기 제어유니트는 상기 압전소자(6)를 매개로 타이로드를 통해 조향핸들에 가해지는 진동을 감지하고, 상기 진동의 크기에 비례하는 제어전류를 상기 자기장인가장치에 인가하여, 조향핸들의 진동이 클 경우에는 자기유변유체의 점성을 크게 하여 자기유변유체를 통해 피스톤에 가해지는 유체의 감쇄력을 크게 함으로써, 조향핸들의 진동을 감소시킴과 더불어 조향핸들의 조작력도 무겁게 하여 안정된 조향조작이 이루어지게 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 조향력 제어장치에 의하면, 자동차의 차속에 따라 운전자의 조향핸들의 조작력을 가변시켜 고속 주행시에 주행 안정성을 향상시키고, 조향핸들의 중립 조작시에는 조향핸들의 조작력을 무겁게 하여 직진 주행성을 향상시키며, 조향핸들의 조향각이 중립을 벗어날 경우에는 조향핸들의 조작력을 가볍게 하여 주차시에 조향핸들을 큰 조향각으로 조작할 때에 조작이 편리해지고, 불규칙한 노면으로부터 진동이 조향핸들에 전달되어 조향핸들이 흔들릴 때에는 조향핸들의 진동을 감소시키면서 조향핸들의 조작감을 무겁게 하여 안정된 조향조작이 이루어지게 되는 등의 효과가 있게 된다.

Claims (5)

1. 조향핸들과 일체로 회전되게 연결된 조향칼럼의 소정 부위에 유체가 충진되면서 상기 조향칼럼을 감싸는 형태로 고정되게 설치된 실린더와, 이 실린더내에서 상기 조향칼럼에 결합되어 상기 조향칼럼의 회전시에 조향칼럼을 따라 상하로 이동하게 설치된 피스톤, 이 피스톤의 외주벽과 상기 실린더의 내주벽 사이의 틈새에 의해 형성되는 오리피스 홀을 구비하고, 상기 오리피스 홀은 상기 조향핸들이 중립에 위치될 때에 가장 직경이 작게 형성되는 반면에 상기 조향핸들이 중립 위치를 벗어날수록 상기 오리피스 홀의 직경이 비례적으로 증가되게 형성된 자동차의 조향력 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조향칼럼이 상기 실린더내에 끼워진 부위에는 나선형 스크류가 형성되고, 상기 피스톤은 상기 나선형 스크류에 결합되게 그 내주면에 나선형 스크류가 형성되며, 상기 피스톤의 일측 외주면에 가이드 돌기가 형성되면서 이 가이드 돌기가 끼워져 안내이동되는 가이드 홈이 상기 실린더의 내주벽에 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향력 제어장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 유체가 그에 인가되는 자기장에 따라 점성이 가변되는 자기유변유체로 이루어지고, 상기 자기유변유체에 전원을 공급받아 자기장을 형성하여 인가하는 자기장인가장치가 상기 실린더의 외주면에 설치되며, 상기 자기장 인가장치에 차속을 감지해서 차속에 비례하는 제어전류를 공급하는 제어유니트가 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향력 제어장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 자기장인가장치가 상기 제어유니트로부터 제어전류를 공급받도록 제어유니트와 연결된 커넥터와, 이 커넉터에 연결된 다수개의 코일을 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 조향력 제어장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어유니트가 타이로드의 진동을 감지하는 압전소자를 구비하고서 상기 압전소자를 매개로 감지한 타이로드의 진동의 크기에 비례하는 제어전류를 상기 자기장인가장치에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 조향력 제어장치.

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