KR20070062327A

KR20070062327A - 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛

Info

Publication number: KR20070062327A
Application number: KR1020050122143A
Authority: KR
Inventors: 박상돈
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-15
Also published as: KR100748669B1

Abstract

본 발명은 고속 주행시 강제로 조향할 경우, 유압펌프로부터의 공급유압을 스프링실로 공급함과 동시에, 그 공급유압을 이용하여 상기 인풋 샤프트의 절개면과 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이에 가이드 핀을 삽입하여 토션바의 비틀림을 순간적으로 차단하여 로터리 밸브가 작동되지 않도록 함으로써 최적의 조향 안정성을 얻기 위한 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛을 제공한다.

파워 스티어링 시스템, 가이드 핀, 인풋 샤프트, 피니언 샤프트

Description

파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛{A STEERING GEAR UNIT FOR POWER STEERING SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 파워 스티어링 시스템에서 스티어링 기어유닛의 내부 단면도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 스티어링 기어유닛 내부의 인풋 샤프트와 피니언 샤프트의 결합 단면 사시도이다.

도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 기어유닛의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 기어유닛의 작동 상태도이다.

도 6은 도 5의 B-B 선에 따른 단면도이다.

본 발명은 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 주행시 강제로 조향할 경우, 유압펌프로부터의 공급유압을 스프링실로 공급함과 동시에, 그 공급유압을 이용하여 상기 인풋 샤프트의 절개면과 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이에 가이드 핀을 삽입하여 토션바의 비틀림을 순 간적으로 차단하여 로터리 밸브가 작동되지 않도록 함으로써 최적의 조향 안정성을 얻기 위한 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛에 관한 것이다.

일반적으로 파워 스티어링 시스템은 가벼운 핸들 조작력으로 자동차를 선회시킬 수 있도록 하는 장치로서, 유압을 공급하는 유압펌프와, 이 유압펌프에서 공급되는 유압을 제어하는 스티어링 기어유닛과, 이 스티어링 기어유닛에서 제어된 유압이 공급되어 조향력을 증대시키고, 조향기어 메커니즘과 연결되어 있는 좌우측 파워 실린더를 포함하여 이루어진다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 상기한 스티어링 기어유닛은 하우징(101)의 내부에 조향핸들(미도시)과 연결되는 토션바(103)의 상단이 인풋 샤프트(105)와 연결되고, 토션바(103)의 하단은 피니언 샤프트(107)와 연결되며, 이 피니언 샤프트(107)는 피니언 기어(109)를 통하여 랙바(미도시) 상에 형성된 랙기어(미도시)와 기어물림되며, 상기 인풋 샤프트(105)의 외주연에는 로터리 밸브(111)가 구성된다.

그리고 상기 하우징(101)의 내부에는 상기 로터리 밸브(111)의 상측으로 인풋 샤프트(105) 상에 커플링 수단(113)이 개재되며, 상기 커플링 수단(113)은 포지티브 센터링 스프링(115, PCS; Positive Centring Spring)에 의해 지지된다.

또한, 상기 인풋 샤프트(105)과 피니언 샤프트(107)는 각각 상기 하우징(101)에 대하여 각각 베어링(B)과 오일시일(OS)을 개재하여 설치된다.

그리고 상기 하우징(101)에는 유압펌프(117)로 연결되는 공급유로(L1)와, 컷 오프 밸브(119)가 장착되는 컷오프 밸브실(121), 및 상기 공급유로(L1)부터 분기되어 유압을 상기 포지티브 센터링 스프링(115)이 장착되는 스프링실(123)로 공급하 는 스프링실 유로(L2), 상기 스프링실 유로(L2)를 개폐하도록 상기 하우징(101)의 일측에 설치되어 제어기(125)(즉, ECU)에 의해 제어되는 스티어링 솔레노이드 밸브(127)를 포함한다.

따라서 상기 핸들(미도시)을 조작하면, 토션바(103)에 비틀림이 발생하게 되고, 인풋 샤프트(105)는 로터리 밸브(111)에 대해 상기 토션바(103)의 비틀림만큼 상대적으로 회전하여 각각의 포트와 연결상태를 변화시켜 좌우측 파워 실린더(미도시)로 공급되는 유량을 제어하여 조향을 행하게 되는 것이다.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 피니언 샤프트(107)와 인풋 샤프트(105)의 연결부는 상기 피니언 샤프트(107)의 양측 내단면(f1)에 대하여 상기 인풋 샤프트(105)의 단부 양측에 약 3°정도의 경사진 절개면(f2)을 형성하여 토션바(103)의 비틀림에 의한 각변위을 수용하도록 구성되는데, 이는 핸들의 조향 시, 토션바(103)가 먼저 비틀리고 그 비틀림각이 ±3°가 넘으면 상기 인풋 샤프트(105)의 절개면(f2)이 피니언 샤프트(107)이 양측 내단면(f1)에 접촉하여 회전함으로써 랙바(미도시)를 좌우로 이동시키게 된다.

이 때, 상기 로터리 밸브(111)는 토션바(103)의 비틀림에 따라 먼저 작동하여 유압펌프(117)의 유압을 좌우측 파워 실린더(미도시)로 공급하여 파워 어시스트가 이루어진다.

그리고 이러한 스티어링 기어유닛은, 저속시에 제어기(125)가 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(127)를 제어하여 스프링실 유로(L2)를 차단하여 유압펌프(117)에서 공급된 유압을 상기 스프링실(123)로는 공급하지 않고, 100% 좌우측 파워 실린 더(미도시)로 공급하여 파워 어시스트(POWER ASSIST)에 사용하여 핸들을 가볍게 한다.

또한, 고속시에는 제어기(125)가 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(127)를 제어하여 스프링실 유로(L2)를 개방하여 상기 유압펌프(117)에서 공급된 유압을 상기 스프링실(123)로 공급하게 되며, 상기 유압은 포지티브 센터링 스프링(115)을 밀어 커플링 수단(113)과의 마찰을 증대하여 핸들이 무거워지도록 하여 고속시 핸들에 무게감을 제공하게 된다.

그러나 상기와 같은 고속시에 증가된 마찰력은 토션바(103)가 비틀리는 구간인 ±3°내에서 작용함으로 고속 주행시 단지 마찰력의 증가분 만큼만 조향력을 무겁게하여 안정감을 얻고자함이나 보다 큰 힘으로 핸들의 조향 작동을 이루는 경우에는 저속시와 동일하게 로터리 밸브(111)가 선행 조작되어 좌우측 파워 실린더(미도시) 측으로 유압이 공급되어 고속 주행시 핸들에 무게감을 주는 것과는 반대로 저속 시와 마찬가지로 파워 어시스트를 이루어 고속 시 조향 안정감을 얻는 효과가 없어지게 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속 주행시 강제로 조향할 경우, 유압펌프로부터의 공급유압을 스프링실로 공급함과 동시에, 그 공급유압을 이용하여 상기 인풋 샤프트의 절개면과 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이에 가이드 핀을 삽입하여 토션바의 비틀림을 순간적으로 차단하여 로터리 밸브가 작동되지 않도록 함으로써 최적의 조향 안정성을 얻기 위한 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛은 하우징의 내부에서 토션바의 상단이 인풋 샤프트와 연결되고, 토션바의 하단은 피니언 샤프트와 연결되며, 상기 인풋 샤프트의 외주연에는 로터리 밸브가 구성되며, 상기 로터리 밸브의 상측으로 인풋 샤프트 상에 커플링 수단이 개재되어 포지티브 센터링 스프링에 의해 지지되며, 상기 인풋 샤프트과 피니언 샤프트에는 각각 상기 하우징과의 사이에 베어링과 오일시일을 개재하여 설치되며, 상기 하우징에는 오일펌프로 연결되는 공급유로와, 컷 오프 밸브가 장착되는 컷오프 밸브실, 상기 공급유로부터 분기되어 유압을 상기 포지티브 센터링 스프링이 장착되는 스프링실로 공급하는 스프링실 유로, 및 상기 스프링실 유로를 개폐하도록 상기 하우징의 일측에 설치되어 제어기에 의해 제어되는 스티어링 솔레노이드 밸브를 포함하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛에 있어서,

상기 인풋 샤프트와 피니언 샤프트의 연결부 상에서, 상기 인풋 샤프트의 단부에 양측에 형성되는 절개면과 상기 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이의 공간부에 대하여, 상기 스티어링 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급되는 공급유압을 연결하여 가이드 핀이 삽입 및 이탈이 가능하도록 하여 상기 토션바의 비틀림 작동을 차단하는 비틀림 방지수단을 포함한다.

상기 비틀림 방지수단은 상기 하우징 내에서, 상기 피니언 샤프트의 단부 일 측에 그 오일시일과 함께 유압챔버를 형성하도록 설치되는 보조 오일시일; 상기 스티어링 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 상기 유압챔버로 공급유압을 공급하도록 상기 스프링실 유로의 반대측으로 상기 공급유로로부터 분기되어 형성되는 바이패스 유로; 상기 피니언 샤프트의 내부에는 상기 인풋 샤프트의 절개면과 상기 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이의 공간부에 대응하며, 상기 유압챔버와 유로가 연결되도록 형성되는 유압 작동실; 상기 유압 작동실 내부에서 상기 공간부를 향하여 피니언 사프트를 관통하여 설치되며, 하부에는 리테이너를 형성하는 가이드 핀; 상기 유압 작동실 내부에서 상기 가이드 핀에 끼워진 상태로 리테이너를 지지하는 리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 리테이너는 가이드 핀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 리턴 스프링은 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛의 구성은 하우징(1)의 내부에 핸들(미도시)과 연결되는 토션바(3)의 상단이 인풋 샤프트(5)와 연결되고, 토션바(3)의 하단은 피니언 샤프트(7)와 연결되며, 이 피니언 샤프트(7)는 피니언 기어(9)를 통하여 랙바 상에 형성된 랙기어(미도시)와 기어물림되며, 상기 인풋 샤프트(5)의 외주연에는 로터리 밸브(11)가 구성된다.

그리고 상기 하우징(1)의 내부에는 상기 로터리 밸브(11)의 상측으로 인풋 샤프트(5) 상에 커플링 수단(13)이 개재되며, 상기 커플링 수단(13)은 포지티브 센터링 스프링(15)(PCS; Positive Centring Spring)에 의해 지지된다.

또한, 상기 인풋 샤프트(5)과 피니언 샤프트(7)는 각각 상기 하우징(1)에 대하여 각각 베어링(B)과 오일시일(OS)을 개재하여 설치된다.

그리고 상기 하우징(1)에는 유압펌프(17)로 연결되는 공급유로(L1)와, 컷 오프 밸브(19)가 장착되는 컷오프 밸브실(21), 및 상기 공급유로(L1)부터 분기되어 유압을 상기 포지티브 센터링 스프링(15)이 장착되는 스프링실(23)로 공급하는 스프링실 유로(L2), 및 상기 스프링실 유로(L2)를 개폐하도록 상기 하우징(1)의 일측에 설치되어 제어기(25)(즉, ECU)에 의해 제어되는 스티어링 솔레노이드 밸브(27)를 포함한다.

그리고 상기 인풋 샤프트(5)와 피니언 샤프트(7)의 연결부 상에는, 도 6에서와 같이, 상기 피니언 샤프트(7)의 양측 내단면(f1)에 대하여 상기 인풋 샤프트(5)의 단부 양측에 약 3°정도의 경사진 절개면(f2)을 형성하여 토션바(3)의 비틀림에 의한 각변위을 수용하도록 구성되며, 이는 핸들의 조향 시, 토션바(3)가 먼저 비틀리고 그 비틀림각이 ±3°가 넘으면 상기 인풋 샤프트(5)의 절개면(f2)이 피니언 샤프트(7)이 양측 내단면(f1)에 접촉하여 회전함으로써 랙기어(미도시)를 통하여 랙바를 좌우로 이동시키도록 구성된다.

여기서, 상기 피니언 샤프트(7)와 하우징(1)에는 상기 인풋 샤프트(5)의 단부 양측에 형성되는 절개면(f2)과 상기 피니언 샤프트(7)의 양측 내단면(f1) 사이의 공간부(S)에 대하여, 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(27)의 작동에 따라 공급되 는 공급유압을 연결하여 가이드 핀(31)이 삽입 및 이탈이 가능하도록 하여 토션바(3)의 비틀림 작동을 차단하는 비틀림 방지수단을 구성한다.

상기 비틀림 방지수단의 구체적인 구성은 상기 하우징(1) 내에서, 상기 피니언 샤프트(7)의 단부 일측에 그 오일시일(OS)과 함께 유압챔버(OC)를 형성하도록 보조 오일시일(33)이 추가하여 설치된다.

그리고 상기 하우징(1)에는 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(27)의 작동에 따라 상기 유압챔버(OC)로 공급유압을 공급하도록 상기 스프링실 유로(L2)의 반대측으로 상기 공급유로(L1)로부터 분기되는 바이패스 유로(L3)를 형성한다.

또한, 상기 피니언 샤프트(7)의 내부에는 상기 인풋 샤프트(5)의 절개면(f2)과 상기 피니언 샤프트(7)의 양측 내단면(f1) 사이의 공간부(S)에 대응하며, 상기 유압챔버(OC)와 유로가 연결되도록 유압 작동실(35)을 형성한다.

상기 유압 작동실(35) 내부에서 상기 공간부(S)를 향하여 피니언 샤프트(7)를 관통하여 가이드 핀(31)이 설치되며, 상기 가이드 핀(31)의 하부에는 리테이너(37)를 형성한다.

여기서, 상기 리테이너(37)는 가이드 핀(31)과 일체로 형성되어 유압이 작용하도록 구성된다.

그리고 상기 유압 작동실(35) 내부에서 상기 가이드 핀(31)에 끼워진 상태로 리테이너(37)를 지지하는 리턴 스프링(39)이 개재된다.

여기서, 상기 리턴 스프링(39)은 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛은 상기 핸들(미도시)을 조작하면, 토션바(3)에 비틀림이 발생하게 되고, 인풋 샤프트(5)는 로터리 밸브(11)에 대해 상기 토션바(3)의 비틀림만큼 상대적으로 회전하여 각각의 포트와 연결상태를 변화시켜 좌우측 파워 실린더(미도시)로 공급되는 유량을 제어하여 조향작동을 수행하게 되는 것이다.

즉, 핸들 조향 시, 토션바(3)가 먼저 비틀리고 그 비틀림각이 ±3°가 넘으면 상기 인풋 샤프트(5)의 절개면(f2)이 피니언 샤프트(7)이 양측 내단면(f1)에 접촉하여 회전함으로써 랙바(미도시)를 좌우로 이동시키게 된다.

이 때, 상기 로터리 밸브(11)는 토션바(3)의 비틀림에 따라 먼저 작동하여 유압펌프(17)의 유압을 좌우측 파워 실린더(미도시)로 공급하여 파워 어시스트가 이루어진다.

그리고 상기한 스티어링 기어유닛은, 도 4에서와 같이, 저속시에 제어기(25)가 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(27)를 제어하여 스프링실 유로(L2)와 바이패스 유로(L3)를 차단하여 유압펌프(17)에서 공급된 유압을 상기 스프링실(23)과 유압챔버(OC)로는 공급하지 않고, 100% 좌우측 파워 실린더(미도시)로 공급하여 파워 어시스트(POWER ASSIST)에 사용하여 핸들을 가볍게 한다.

또한, 고속시에는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 제어기(25)가 상기 스티어링 솔레노이드 밸브(27)를 제어하여 스프링실 유로(L2)과 바이패스 유로(L3)를 개방하여 상기 유압펌프(17)에서 공급된 유압을 상기 스프링실(23)과 유압챔버(OC)로 각각 공급하게 된다.

그러면, 상기 스프링실(23)로 공급된 유압은 포지티브 센터링 스프링(15)을 밀어 커플링 수단(13)과의 마찰을 증대하여 핸들이 무거워지도록 하며, 동시에 상기 유압챔버(OC)로 공급된 유압은 피니언 샤프트(7) 내부의 각 유압 작동실(35)로 공급되어 도 6에서와 같이, 가이드 핀(31)을 전진시켜 상기 인풋 샤프트(5)의 단부 양측에 형성되는 절개면(f2)과 상기 피니언 샤프트(7)의 양측 내단면(f1) 사이의 공간부(S)로 삽입되어 인풋 샤프트(5)와 피니언 샤프트(7)가 일체로 회전하도록 작동한다.

즉, 상기와 같이, 고속 주행시에 증가된 포지티브 센터링 스프링(15)의 마찰력에 의해 토션바(3)가 비틀리는 구간인 ±3°내에서 작용하여 마찰력의 증가분 만큼만 조향력을 무겁게하여 안정감을 얻을 수 있으며, 동시에 큰 힘으로 핸들의 조향 작동을 이루는 경우에도, 상기 토션바(3)가 비틀리지 않도록 인풋 샤프트(5)와 피니언 샤프트(7)를 회전방향으로 서로 고정함으로써 로터리 밸브(11)가 미리 조작되지 않도록 하여 좌우측 파워 실린더(미도시) 측으로 유압이 공급되지 않도록 한다.

이에 따라, 고속 주행시 핸들을 큰 힘으로 갑자기 조작하여도 핸들은 무게감을 유지할 수 있게 되며, 이에 따라 고속 주행시 최적의 조향 안정감을 얻게 된다.

상술한 바와 같은 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛에 의하면, 고속 주행시 강제로 핸들을 조향할 경우, 유압펌프로부터의 공급유압을 스프링실로 공급함과 동시에, 그 공급유압을 이용하여 상기 인풋 샤프트의 절개면과 피니언 샤 프트의 양측 내단면 사이에 가이드 핀을 삽입하여 토션바의 비틀림을 순간적으로 차단하여 로터리 밸브가 작동되지 않도록 하며, 이에 따라 유압에 의한 파워 어시스트가 이루어지지 않도록 하여 고속 주행시에 최적의 조향 안정성을 얻는 효과가 있다.

Claims

하우징의 내부에서 토션바의 상단이 인풋 샤프트와 연결되고, 토션바의 하단은 피니언 샤프트와 연결되며, 상기 인풋 샤프트의 외주연에는 로터리 밸브가 구성되며, 상기 로터리 밸브의 상측으로 인풋 샤프트 상에 커플링 수단이 개재되어 포지티브 센터링 스프링에 의해 지지되며, 상기 인풋 샤프트과 피니언 샤프트에는 각각 상기 하우징과의 사이에 베어링과 오일시일을 개재하여 설치되며, 상기 하우징에는 오일펌프로 연결되는 공급유로와, 컷 오프 밸브가 장착되는 컷오프 밸브실, 상기 공급유로부터 분기되어 유압을 상기 포지티브 센터링 스프링이 장착되는 스프링실로 공급하는 스프링실 유로, 및 상기 스프링실 유로를 개폐하도록 상기 하우징의 일측에 설치되어 제어기에 의해 제어되는 스티어링 솔레노이드 밸브를 포함하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛에 있어서,

상기 인풋 샤프트와 피니언 샤프트의 연결부 상에서, 상기 인풋 샤프트의 단부 양측에 형성되는 절개면과 상기 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이의 공간부에 대하여, 상기 스티어링 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급되는 공급유압을 연결하여 가이드 핀이 삽입 및 이탈이 가능하도록 하여 상기 토션바의 비틀림 작동을 차단하는 비틀림 방지수단을 포함하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛.
제1항에 있어서,

상기 비틀림 방지수단은

상기 하우징 내에서, 상기 피니언 샤프트의 단부 일측에 그 오일시일과 함께 유압챔버를 형성하도록 설치되는 보조 오일시일;

상기 스티어링 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 상기 유압챔버로 공급유압을 공급하도록 상기 스프링실 유로의 반대측으로 상기 공급유로로부터 분기되어 형성되는 바이패스 유로;

상기 피니언 샤프트의 내부에는 상기 인풋 샤프트의 절개면과 상기 피니언 샤프트의 양측 내단면 사이의 공간부에 대응하며, 상기 유압챔버와 유로가 연결되도록 형성되는 유압 작동실;

상기 유압 작동실 내부에서 상기 공간부를 향하여 피니언 사프트를 관통하여 설치되며, 하부에는 리테이너를 형성하는 가이드 핀;

상기 유압 작동실 내부에서 상기 가이드 핀에 끼워진 상태로 리테이너를 지지하는 리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛
제2항에 있어서,

상기 리테이너는 가이드 핀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛.
제2항에 있어서,

상기 리턴 스프링은 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 시스템용 스티어링 기어유닛.