KR20100117143A - 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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KR20100117143A
KR20100117143A KR1020107021899A KR20107021899A KR20100117143A KR 20100117143 A KR20100117143 A KR 20100117143A KR 1020107021899 A KR1020107021899 A KR 1020107021899A KR 20107021899 A KR20107021899 A KR 20107021899A KR 20100117143 A KR20100117143 A KR 20100117143A
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다까아끼 노다
야스또 야나기다
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

컨트롤 밸브는, 좌측 방향으로 조타된 상태에서, 제1 실린더 포트 A를 펌프 포트 P에 연통시킴과 함께 제2 실린더 포트 B를 배출 포트 T에 연통시키고, 우측 방향으로 조타된 상태에서, 제1 실린더 포트 A를 배출 포트 T에 연통시킴과 함께, 제2 실린더 포트 B를 펌프 포트 P에 연통시킨다. 상기 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때, 펌프 포트 P와 제1 실린더 포트 A 및 제2 실린더 포트 B가 연통되고, 펌프 포트 P와 제1 실린더 포트 A 및 제2 실린더 포트 B에 대하여 배출 포트 T가 차단된다.

Description

파워 스티어링 장치{POWER STEERING DEVICE}
본 발명은 파워 스티어링 장치에 관한 것이며, 특히 차량의 핸들 조작시에 전동 모터와 유압 펌프를 사용하여 조타 보조력을 발생시키는 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
종래, 파워 스티어링 장치로서는, 전동 모터와 유압 펌프를 사용하여 차량의 핸들 조타력을 경감시키는 것이 있다(예를 들어, 일본 특허 제2735743호 참조).
이러한 전동 모터와 유압 펌프를 사용한 파워 스티어링 장치의 구성예를 도 7의 모식도로 도시하고 있다. 이 파워 스티어링 장치는, 차량 ECU(전자 제어 유닛)(101)와, 인버터(102)와, 모터(103)와, 유압 펌프(104)와, 컨트롤 밸브(105)와, 파워 실린더(106)와, 오일을 축적하는 탱크(107)를 구비하고 있다. 상기 컨트롤 밸브(105)를 통해 유압 펌프(104)로부터 공급된 오일에 의해 피스톤(126)이 구동되어 조타 보조력을 발생시킨다.
또한, 상기 파워 스티어링 장치는, 핸들(111)이 일단부에 연결되고, 토션 바(113)의 한쪽에 타단부가 접속된 입력축(112)과, 토션 바(113)의 다른 쪽에 일단부가 접속된 도시하지 않은 웜 샤프트를 구비하고 있다. 웜 샤프트는 피스톤(126)에 축 방향으로 삽입되고, 도시하지 않은 볼 나사 기구에 의해 피스톤(126)과 끼워 맞추어져 있다. 피스톤(126)은, 출력축(114)과 연결되어 있거나, 일체로 성형되어 있고, 피스톤(126)의 축 방향으로 이동 가능하다. 상기 토션 바(113)를 통해 핸들(111)의 조타 방향의 움직임이 컨트롤 밸브(105)에 전달되어, 핸들(111)의 조타 방향에 따라서 컨트롤 밸브(105)를 전환한다.
상기 파워 스티어링 장치의 출력축(114)은 랙(115)을 갖고, 그 랙(115)에 섹터 기어(116)가 맞물려 있다. 상기 섹터 기어(116)의 축에 연결된 링크 기구에 의해 양측의 타이어(130, 130)의 각도를 동시에 바꾼다.
상기 파워 스티어링 장치의 유압 펌프(104)와 컨트롤 밸브(105)는, 펌프 포트와의 사이의 오일 공급 통로(131)를 통해 접속되어 있다. 또한, 컨트롤 밸브(105)의 한쪽의 실린더 포트와 파워 실린더(106)의 한쪽의 실린더실에 오일 통로(132)를 통해 접속됨과 함께, 컨트롤 밸브(105)의 다른 쪽의 실린더 포트와 파워 실린더(106)의 다른 쪽의 실린더실에 오일 통로(133)를 통해 접속되어 있다. 그리고, 상기 컨트롤 밸브(105)의 배출 포트를, 오일 통로(134)를 통해 탱크(107)에 접속하고 있다.
상기 파워 스티어링 장치에서는, 중립 위치에 있어서 펌프 포트와 양쪽 실린더 포트 및 배출 포트가 연통되어 있기 때문에, 직진 주행 중이나 정차 중의 어시스트가 작용하고 있지 않은 상태에서도 오일이 흘러, 모터(103)에 의해 필요 이상의 전력이 소비된다고 하는 문제가 있다. 또한, 상기 파워 스티어링 장치에서는, 조타시에 중립 위치를 통과하는 복귀 작동에서는, 중립 위치를 통과할 때에 실린더실로부터 탱크측으로 복귀하는 오일의 흐름에 인입되어, 펌프 포트측으로부터의 오일이 탱크측으로 빠지는 상태가 발생하기 때문에, 조타자에게 걸리는 느낌이 생기는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 간단한 구성으로 에너지 절약화가 도모됨과 함께 복귀 조타시의 걸리는 느낌을 없앨 수 있는 파워 스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 파워 스티어링 장치는,
유압 펌프와,
상기 유압 펌프를 구동시키는 전동 모터와,
상기 전동 모터에 구동 신호를 출력하는 인버터와,
상기 유압 펌프로부터 공급되는 오일의 유로를 전환하는 컨트롤 밸브와,
상기 컨트롤 밸브를 통해 상기 유압 펌프로부터 공급된 오일에 의해 피스톤이 구동되어 조타 보조력을 발생시키는 파워 실린더와,
상기 인버터의 상기 구동 신호를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 컨트롤 밸브는,
상기 유압 펌프로부터의 오일이 공급되는 펌프 포트와, 상기 피스톤의 한쪽측의 제1 실린더실에 접속된 제1 실린더 포트와, 상기 피스톤의 다른 쪽측의 제2 실린더실에 접속된 제2 실린더 포트와, 배출 포트를 갖고,
일방향으로 조타된 상태에서는, 상기 제1 실린더 포트를 상기 펌프 포트에 연통시킴과 함께 상기 제2 실린더 포트를 상기 배출 포트에 연통시키고, 타방향으로 조타된 상태에서는, 상기 제1 실린더 포트를 상기 배출 포트에 연통시킴과 함께 상기 제2 실린더 포트를 상기 펌프 포트에 연통시키고,
상기 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때, 상기 펌프 포트와 상기 제1 실린더 포트 및 상기 제2 실린더 포트가 연통되고, 상기 펌프 포트와 상기 제1 실린더 포트 및 상기 제2 실린더 포트에 대하여 상기 배출 포트가 차단되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 일방향으로 조타되었을 때, 컨트롤 밸브의 제1 실린더 포트를 펌프 포트에 연통시킴과 함께 제2 실린더 포트를 배출 포트에 연통시켜, 유압 펌프로부터 펌프 포트에 공급된 오일을 제1 실린더 포트로부터 파워 실린더의 제1 실린더실로 공급한다. 그와 같이 하여, 상기 컨트롤 밸브를 통해 유압 펌프로부터 공급된 오일에 의해 파워 실린더의 피스톤을 구동하여 조타 보조력을 발생시킨다. 이때, 파워 실린더의 제2 실린더실 내의 오일은 배출 포트로부터 배출된다. 또한, 타방향으로 조타되었을 때에는, 컨트롤 밸브의 제1 실린더 포트를 배출 포트에 연통시킴과 함께 제2 실린더 포트를 펌프 포트에 연통시켜, 유압 펌프로부터 펌프 포트에 공급된 오일을 제2 실린더 포트로부터 파워 실린더의 제2 실린더실로 공급한다. 그와 같이 하여, 상기 컨트롤 밸브를 통해 유압 펌프로부터 공급된 오일에 의해 파워 실린더의 피스톤을 역방향으로 구동하여 조타 보조력을 발생시킨다. 이때, 파워 실린더의 제1 실린더실 내의 오일은 배출 포트로부터 배출된다.
그리고, 직진 주행 중이나 정차 중의 핸들이 중립 위치에서 조타되지 않을 때, 컨트롤 밸브가 중립 상태로 되어, 펌프 포트와 제1 실린더 포트 및 제2 실린더 포트가 연통되고, 펌프 포트와 제1 실린더 포트 및 제2 실린더 포트에 대하여 배출 포트가 차단된 상태에서, 상기 제어부에 의해 인버터의 구동 신호를 제어하여, 예를 들어 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지할 정도로 유압 펌프를 구동시킨다. 그와 같이 함으로써, 어시스트가 작용하고 있지 않은 상태에서 오일이 거의 흐르지 않아, 불필요한 오일의 유량을 억제할 수 있고, 전동 모터의 발열을 억제하면서 전력 소비량을 저감할 수 있어 에너지 절약화가 도모된다.
또한, 복귀 조타시, 컨트롤 밸브의 중립 상태에 있어서, 펌프 포트와 제1 실린더 포트 및 제2 실린더 포트가 연통되고, 펌프 포트와 제1 실린더 포트 및 제2 실린더 포트에 대하여 배출 포트가 차단되어 있으므로, 복귀 조타에 의해 중립 위치를 통과할 때에 제1, 제2 실린더실의 오일이 제1, 제2 실린더 포트와 배출 포트를 통해 탱크측으로 복귀되는 일이 없어, 펌프 포트측으로부터 배출 포트를 통해 탱크측으로 오일이 빠지지 않는다. 이에 의해, 복귀 조타시에 핸들 조작이 걸리는 현상을 억제할 수 있다.
이와 같이, 간단한 구성으로 에너지 절약화가 도모됨과 함께 복귀 조타시의 걸리는 느낌을 없앨 수 있는 파워 스티어링 장치를 실현할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 상기 제어부는, 상기 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때, 상기 파워 실린더의 상기 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지하기 위해 상기 전동 모터를 조타시보다도 저속으로 회전시키도록 상기 인버터를 제어한다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때, 제어부에 의해 인버터를 제어함으로써, 전동 모터를 조타시보다도 저속으로 회전시켜, 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지함으로써, 컨트롤 밸브가 중립 상태로부터 조타 상태로 옮겼을 때의 응답성을 저소비 전력으로 유지할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 상기 컨트롤 밸브가 로터리 밸브이다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 컨트롤 밸브에 로터리 밸브를 사용함으로써, 핸들의 조타시의 회전을 그대로 컨트롤 밸브의 전환 동작에 이용할 수 있어, 회동 운동을 직동 운동으로 변환할 필요가 없어, 구성을 더 간략화할 수 있으며 소형화가 도모된다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는,
상기 로터리 밸브는, 슬리브와, 상기 슬리브 내에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 원기둥 형상의 로터를 갖고,
상기 로터의 회전에 따라서 상기 슬리브에 설치된 복수의 포트 중 소정의 포트 사이가 연통되도록, 상기 로터의 외주에 홈이 형성되고,
상기 로터의 홈이, 상기 로터의 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사져 형성되어 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 로터리 밸브의 슬리브 내에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 로터의 외주에, 로터의 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사진 홈을 형성함으로써, 로터의 회전에 따라서 슬리브에 설치된 복수의 포트 중 소정의 포트 사이가 상기 홈에 의해 연통될 때에, 로터의 회전에 수반하여 상기 홈과 그 홈에 대향하는 포트와의 사이의 개구 면적이 서서히 확대되어, 로터리 밸브의 전환시에 유압이 매끄럽게 변화되므로, 유압이 급변하여 핸들 조작에 위화감이 발생하는 일이 없다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 상기 유압 펌프가 기어 펌프이다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 유압 펌프에 기어 펌프를 사용함으로써, 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때에 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지하기 위해 매우 저속 회전으로 오일을 공급하는 것이 가능해져, 저소비 전력화가 도모된다. 또한, 파워 스티어링 장치에 통상 사용되는 베인 펌프에 비해, 자흡성 등의 관점에서 저속 동작에 적합하고, 구조가 간단하여 소형화와 저비용화에 적합하다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는,
상기 유압 펌프로부터 상기 컨트롤 밸브에 공급되는 오일의 압력을 검출하는 유압 센서를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 유압 센서에 의해 검출된 상기 오일의 압력에 기초하여, 상기 인버터의 상기 구동 신호를 제어한다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 유압 센서에 의해 검출된 오일의 압력에 기초하여, 제어부에 의해 인버터의 구동 신호를 제어함으로써, 조타 보조력에 필요한 압력의 오일을 유압 펌프로부터 파워 실린더에 공급할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 상기 제어부는, 상기 유압 센서에 의해 검출된 상기 오일의 압력이, 차속을 나타내는 신호 또는 조타각을 나타내는 신호 중 적어도 한쪽에 따른 목표값이 되도록, 상기 인버터의 상기 구동 신호의 주파수를 제어한다.
상기 실시 형태에 따르면, 상기 제어부는, 인버터로부터 출력되는 구동 신호의 주파수를 제어하여, 유압 센서에 의해 검출된 오일의 압력을, 차속을 나타내는 신호 또는 조타각을 나타내는 신호 중 적어도 한쪽에 따른 목표값으로 함으로써, 차속이나 조타각에 따른 최적의 조타 보조력을 발생시키는 것이 가능해져 조타성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 고속 주행일 때에는 조타 보조력을 약하게 하고, 저속 주행 또는 정차시에는 조타 보조력을 강하게 하거나, 조타각이 작을 때에는 조타 보조력을 약하게 하고, 조타각이 클 때에는 조타 보조력을 강하게 한다.
이상으로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 파워 스티어링 장치에 따르면, 간단한 구성으로 에너지 절약화가 도모됨과 함께 복귀 조타시의 걸리는 느낌을 없앨 수 있는 파워 스티어링 장치를 실현할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때, 제어부에 의해 인버터를 제어하여, 전동 모터를 조타시보다도 저속으로 회전시켜, 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지함으로써, 컨트롤 밸브가 중립 상태로부터 조타 상태로 바뀌었을 때의 응답성을 저소비 전력으로 유지할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 상기 컨트롤 밸브에 로터리 밸브를 사용함으로써, 핸들의 조타시의 회전을 그대로 컨트롤 밸브의 전환 동작에 이용할 수 있어, 회동 운동을 직동 운동으로 변환할 필요가 없어, 구성을 더 간략화할 수 있으며 소형화가 도모된다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 상기 로터리 밸브의 슬리브 내에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 로터의 외주에, 로터의 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사진 홈을 형성함으로써, 로터의 회전에 따라서 슬리브에 형성된 복수의 포트 중 소정의 포트 사이가 상기 홈에 의해 연통될 때에, 로터의 회전에 수반하여 상기 홈과 그 홈에 대향하는 포트와의 사이의 개구 면적이 서서히 확대되어, 로터리 밸브의 전환시에 유압이 매끄럽게 변화되므로, 유압이 급변하여 핸들 조작에 위화감이 발생하는 일이 없다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 상기 유압 펌프에 기어 펌프를 사용함으로써, 컨트롤 밸브가 중립 상태일 때에 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지하기 위해 매우 저속 회전으로 오일을 공급하는 것이 가능해져, 저소비 전력화가 도모된다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 상기 유압 센서에 의해 검출된 오일의 압력에 기초하여, 제어부에 의해 인버터의 구동 신호를 제어함으로써, 조타 보조력에 필요한 압력의 오일을 유압 펌프로부터 파워 실린더에 공급할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 파워 스티어링 장치에 따르면, 상기 제어부는, 인버터로부터 출력되는 구동 신호의 주파수를 제어하여, 유압 센서에 의해 검출된 오일의 압력을, 차속을 나타내는 신호 또는 조타각을 나타내는 신호 중 적어도 한쪽에 따른 목표값으로 함으로써, 차속이나 조타각에 따른 최적의 조타 보조력을 발생시키는 것이 가능해져 조타성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 일 형태의 파워 스티어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브와 파워 실린더가 일체로 된 파워 스티어링 본체의 단면도.
도 3a는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 좌측 조타시의 동작을 설명하는 모식도.
도 3b는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 중립시(직진시)의 동작을 설명하는 모식도.
도 3c는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 우측 조타시의 동작을 설명하는 모식도.
도 3d는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 기호를 설명하는 모식도.
도 4는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 교축을 고려한 비틀림각에 대한 밸브 개방도의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 상기 로터의 측면도.
도 6은 다른 실시 형태의 로터의 측면도.
도 7은 종래의 파워 스티어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
이하, 본 발명의 파워 스티어링 장치를 도시한 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시의 일 형태의 파워 스티어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
본 실시 형태의 파워 스티어링 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제어부의 일례로서의 차량 ECU(전자 제어 유닛)(1)와, 상기 차량 ECU(1)로부터의 제어 신호를 받아 구동 신호를 출력하는 인버터(2)와, 상기 인버터(2)로부터의 구동 신호에 의해 회전하는 전동 모터(3)와, 상기 전동 모터(3)에 의해 구동되는 유압 펌프(4)와, 상기 유압 펌프(4)로부터의 오일이 펌프 포트에 공급되는 컨트롤 밸브(5)와, 상기 컨트롤 밸브(5)를 통해 유압 펌프(4)로부터 공급된 오일에 의해 피스톤(26)이 구동되어 조타 보조력을 발생시키는 파워 실린더(6)와, 오일을 축적하는 탱크(7)를 구비하고 있다. 상기 유압 펌프(4)로는, 기어 펌프를 사용하고 있다.
또한, 상기 파워 스티어링 장치는, 핸들(11)이 일단부에 연결되고, 토션 바(13)의 한쪽에 타단부가 접속된 입력축(12)과, 토션 바(13)의 다른 쪽에 일단부가 접속된 도시하지 않은 웜 샤프트를 구비하고 있다. 웜 샤프트는 피스톤(26)에 축 방향으로 삽입되고, 도시하지 않은 볼 나사 기구에 의해 피스톤(26)과 끼워 맞추어져 있다. 피스톤(26)은, 출력축(14)과 연결되어 있거나, 일체로 성형되어 있고, 피스톤(26)의 축 방향으로 이동 가능하다. 상기 토션 바(13)를 통해 핸들(11)의 조타 방향의 움직임이 컨트롤 밸브(5)에 전달되어, 핸들(11)의 조타 방향에 따라서 컨트롤 밸브(5)를 전환한다.
상기 파워 스티어링 장치의 출력축(14)의 타단부측에 랙(15)을 갖고, 그 랙(15)에 섹터 기어(16)가 맞물린다. 섹터 기어(16)의 축에 일단부가 연결된 피트먼 아암(21)이 요동하고, 드래그 링크(22), 너클 아암(23), 타이로드 아암(24), 및 타이로드(25)와 연동하여, 양측의 타이어(30, 30)의 각도를 동시에 바꾼다.
상기 차량 ECU(1)는, 예를 들어 토션 바(13)의 왜곡을 왜곡 센서에 의해 검출하고, 그 왜곡 센서의 출력 신호에 기초하여, 컨트롤 밸브(5)의 좌우 어느 한쪽으로 조타되었을 때의 상태인지 또는 중립 상태인지를 판별한다. 또는, 핸들부에 장착된 도시하지 않은 타각 센서의 출력 신호로부터 조타 상태인지 중립 상태인지를 판별한다.
상기 파워 스티어링 장치의 유압 펌프(4)와 컨트롤 밸브(5)는, 펌프 포트와의 사이의 오일 공급 통로(31)를 통해 접속되어 있다. 이 오일 공급 통로(31) 내의 오일의 압력을 검출하는 유압 센서(10)를 오일 공급 통로(31)에 배치하고 있다. 또한, 컨트롤 밸브(5)의 제1 실린더 포트를 파워 실린더(6)의 제1 실린더실 CA에 오일 통로(32)를 통해 접속함과 함께, 컨트롤 밸브(5)의 제2 실린더 포트를 파워 실린더(6)의 제2 실린더실 CB에 오일 통로(33)를 통해 접속하고 있다. 그리고, 상기 컨트롤 밸브(5)의 배출 포트를 오일 통로(34)를 통해 탱크(7)에 접속하고 있다.
도 2는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브(5)와 파워 실린더(6)가 일체로 된 파워 스티어링 본체의 단면도를 도시하고 있다. 또한, 도 2에 있어서, 도 1에 도시한 파워 스티어링 장치와 동일한 구성부는 동일 참조 번호를 부여하고 있다. 또한, 도 1은 모식적으로 파워 스티어링 장치의 구성을 도시하고 있고, 이 도 2에 도시한 파워 스티어링 본체에서는, 피스톤(26)이 출력축(14)에 상당한다.
이 파워 스티어링 본체는, 도 2에 도시한 바와 같이, 보디(41)의 실린더부(41a) 내에 피스톤(26)을 미끄럼 이동 가능하게 배치하고 있다. 상기 피스톤(26)은 실린더부(41a)를 2개의 제1, 제2 실린더실 CA, CB로 구획하고 있다. 상기 피스톤(26)의 한쪽면에 형성된 랙(15)에 섹터 기어(16)가 맞물려 있다.
상기 피스톤(26)의 축부에 형성된 구멍에, 복수의 볼(45)을 개재하여 웜 샤프트(43)의 소직경부(43a)가 나사 결합되어 있다. 그 웜 샤프트(43)의 대직경부(43b)를, 보디(41)에 고정된 밸브 하우징(42)에 의해 회전 가능하게 지지하고 있다. 상기 웜 샤프트(43)의 회전에 의해 피스톤(26)이 실린더부(41a) 내를 축 방향으로 미끄럼 이동한다.
상기 웜 샤프트(43)의 대직경부(43b)에 슬리브(51)를 일체 성형하고 있다. 상기 슬리브(51) 내에, 입력축(12)에 일단부가 연결된 로터(52)를 회전 가능하게 배치하고 있다. 입력축(12)은 토션 바(13)의 일단부와 도시하지 않은 멈춤 핀에 의해 고정되어 있고, 웜 샤프트(43)는 토션 바(13)의 타단부와 멈춤 핀(44)에 의해 고정되어 있다.
상기 밸브 하우징(42)에는, 펌프 포트(61)와, 2개의 제1, 제2 실린더 포트(62, 63)와, 배출 포트(도시하지 않음)를 설치하고 있다. 펌프 포트(61)와 제1, 제2 실린더 포트(62, 63) 및 배출 포트는, 웜 샤프트(43)의 대직경부(43b)의 슬리브(51)에 설치된 복수의 오일 통로를 통해 로터(52)측으로 개구되어 있다. 또한, 제1 실린더 포트(62)는, 보디(41)에 설치된 오일 통로(65)를 통해 제1 실린더실 CA에 연통되고, 제2 실린더 포트(63)는 제2 실린더실 CB에 연통되어 있다.
상기 입력축(12)의 회전에 수반하여 로터(52)가 회전함과 함께, 토션 바(13)가 비틀어지면서 웜 샤프트(43)에 회전을 전달한다. 이 토션 바(13)의 비틀림만큼 로터(52)가 슬리브(51)에 대하여 상대적으로 회전하여, 소정의 포트가 연통된다.
도 3a 내지 도 3d는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브(5)의 동작을 설명하는 모식도를 도시하고 있고, 도 3a는 좌측 조타시의 슬리브(51)와 로터(52)를 도시하고, 도 3b는 중립시(직진시)의 슬리브(51)와 로터(52)를 도시하고, 도 3c는 우측 조타시의 슬리브(51)와 로터(52)를 도시하고, 도 3d는 컨트롤 밸브(5)의 기호를 도시하고 있다. 도 3d에 있어서, 부호 A는 제1 실린더 포트, B는 제2 실린더 포트, P는 펌프 포트, T는 배출 포트이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 좌측 조타시에는, 로터(52)가 슬리브(51)에 대하여 반시계 방향으로 소정 각도 회전하여, 제1 실린더 포트 A와 펌프 포트 P가 연통됨과 함께 제2 실린더 포트 B와 배출 포트 T가 연통된다.
또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 중립시에는, 펌프 포트 P와 제1 실린더 포트 A 및 제2 실린더 포트 B가 연통되고, 펌프 포트 P와 제1 실린더 포트 A 및 제2 실린더 포트 B에 대하여 배출 포트 T가 차단되어 있다.
또한, 도 3c에 도시한 바와 같이, 우측 조타시에는, 로터(52)가 슬리브(51)에 대하여 시계 방향으로 소정 각도 회전하여, 제1 실린더 포트 A와 배출 포트 T가 연통됨과 함께 제2 실린더 포트 B와 펌프 포트 P가 연통된다.
상기 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 비조타시(중립시)에, 전동 모터(3)에 의해 유압 펌프(4)를 저속으로 구동함으로써, 파워 실린더(6)의 제1, 제2 실린더실 CA, CB 내에 오일이 충전된 상태를 유지할 정도로 유압 펌프(4)를 구동시킨다. 그와 같이 함으로써, 어시스트가 작용하고 있지 않은 상태에서 오일이 거의 흐르지 않아, 불필요한 오일의 유량을 억제할 수 있고, 전동 모터(3)의 발열을 억제하면서 전력 소비량을 저감할 수 있어 에너지 절약화가 도모된다.
이때, 유압 센서(10)에 의해 검출된 압력이 목표압 PS가 되도록, 인버터(2)를 제어하여 전동 모터(3)에 의해 유압 펌프(4)를 구동한다. 이 목표압 PS는, 컨트롤 밸브(5) 등의 압력 손실을 고려하여,
PS>PA
PS>PB
의 관계를 유지하면서 설정한다. 또한, 급조타시에 필요한 압력이나 정차 조타시에 필요한 압력에 기초하여, 피스톤(26)의 수압 면적과, 파워 실린더(6)로부터 타이어(30)에 이르기까지의 링크 기구의 구성에 의해 결정할 수도 있다.
도 4는 상기 파워 스티어링 장치의 컨트롤 밸브의 교축을 고려한 비틀림각에 대한 밸브 개방도의 관계를 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 횡축은 비틀림각(deg)을 나타내고, 종축은 밸브 개방도(deg)를 나타내고 있다. 도 4의 하측에, 교축을 고려한 경우의 컨트롤 밸브(5)의 기호를 도시하고 있다. 여기서, 밸브 개방도는, 연통되는 포트간의 개구 면적에 상당하는 각도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 좌측 조타시에 비틀림각이 마이너스인 값의 절대값이 커져, 컨트롤 밸브(5)의 기호가 좌측의 위치로 이동하는 한편, 우측 조타시에 비틀림각이 플러스인 값의 절대값이 커져, 컨트롤 밸브(5)의 기호가 우측의 위치로 이동한다.
도 5는 상기 로터(52)의 측면도를 도시하고 있고, 이 로터(52)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 홈(70)이 형성되어 있다. 또한, 홈(70)의 양측의 모서리부를 따라 단차부(71, 71)를 형성하고 있다. 이 단차부(71, 71)에 의해, 펌프 포트 P와 제1 실린더 포트 A(또는 제2 실린더 포트 B) 사이의 개구 면적을 서서히 변화시킨다. 상기 홈(70)의 양측의 모서리부의 단차부(71, 71)에 의해, 조타에 의해 로터리 밸브의 로터(52)가 회전할 때, 오일이 유압 펌프로부터 제1 실린더 포트 A(또는 제2 실린더 포트 B)에 급격히 공급되지 않고, 유압이 매끄럽게 변화된다. 이에 의해, 조타에의 위화감(쇼크)이나 유압의 서지에 의한 이음(異音)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 다른 실시 형태의 로터의 측면도를 도시하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 로터(80)의 홈(81)을, 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사지게 하고 있다. 이에 의해, 평면을 가공하지 않고, 펌프 포트 P와 제1, 제2 실린더 포트 A, B 사이의 개구 면적을 서서히 변화시킬 수 있다. 또한, 로터(80)의 홈의 모선 방향에 대한 각도 θ는, 밸브의 구성 등에 따라서 적절히 설정된다.
상기 구성의 파워 스티어링 장치에 따르면, 간단한 구성으로 파워 실린더(6)의 제1, 제2 실린더실 CA, CB 내에 오일이 충전된 상태를 유지하여 응답성을 유지하면서, 소형이며 저비용의 파워 스티어링 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 밸브(5)가 중립 상태일 때, 차량 ECU(1)에 의해 인버터(2)를 제어함으로써, 전동 모터(3)를 조타시보다도 저속으로 회전시켜, 파워 실린더(6)의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지함으로써, 컨트롤 밸브(5)가 중립 상태로부터 조타시로 바뀌었을 때의 응답성을 저소비 전력으로 유지할 수 있다. 여기서, 전동 모터(3)에 의해 구동되는 유압 펌프(4)의 조타시의 회전수는, 예를 들어 2000 내지 4000rpm으로 하고, 중립시에는 400rpm으로 한다.
또한, 상기 컨트롤 밸브(5)에 로터리 밸브를 사용함으로써, 핸들의 조타시의 회전을 그대로 컨트롤 밸브(5)의 전환 동작에 이용할 수 있어, 회동 운동을 직동 운동으로 변환할 필요가 없어, 구성을 더 간략화할 수 있으며 소형화가 도모된다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 로터리 밸브의 슬리브 내에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 로터(80)의 외주에, 로터(80)의 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사진 홈(81)을 형성함으로써, 로터(80)의 회전에 따라서 슬리브에 형성된 복수의 포트 중 소정의 포트 사이가 상기 홈(81)에 의해 연통될 때에, 로터(80)의 회전에 수반하여 상기 홈(81)과 그 홈(81)에 대향하는 포트와의 사이의 개구 면적이 서서히 확대되어, 로터리 밸브의 전환시에 유압이 매끄럽게 변화되므로, 유압이 급변하여 핸들 조작에 위화감이 발생하는 일이 없다.
또한, 상기 로터(80)의 외주에 경사진 홈(81)을 형성하는 경우, 도 5에 도시한 홈(70)의 양측의 모서리부를 따라 단차부(71, 71)를 가공하는 공정이 필요 없게 되어, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 유압 펌프(4)에 저회전으로부터 높은 자흡성이 얻어지는 기어 펌프를 사용함으로써, 컨트롤 밸브(5)가 중립 상태일 때에 파워 실린더(6)의 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지하기 위해 매우 낮은 회전수로 오일을 공급하는 것이 가능해져, 저소비 전력화가 도모된다. 또한, 기어 펌프는, 베인 펌프에 비해 구성이 간단하기 때문에 동일 성능에서는 가격이 저렴하고, 또한 파워 실린더(6)의 제1, 제2 실린더실 내에 오일을 보급할 정도의 저속 운전이 가능하다. 또한, 베인 펌프를 마찬가지로 저속 운전한 경우, 원심력 부족에 의해 베인이 충분히 돌출되지 않기 때문에 오일을 충분히 흡입할 수 없어, 소정의 오일량을 공급할 수 없다.
또한, 상기 유압 센서(10)에 의해 검출된 오일의 압력에 기초하여, 제어부인 차량 ECU(1)에 의해 인버터(2)의 구동 신호를 제어함으로써, 조타 보조력에 필요한 압력의 오일을 유압 펌프(4)로부터 파워 실린더(6)에 공급할 수 있다. 구체적으로는, 차량 ECU(1)는, 유압 센서(10)에 의해 검출된 오일의 압력이, 목표압 PS가 되도록 인버터(2)의 구동 신호의 주파수를 제어하는 피드백 제어를 행하고 있다.
또한, 상기 차량 ECU(1)는, 인버터(2)로부터 출력되는 구동 신호의 주파수를 제어하여, 유압 센서(10)에 의해 검출된 오일의 압력을, 차속을 나타내는 신호 또는 조타각을 나타내는 신호 중 적어도 한쪽에 따른 목표값으로 함으로써, 차속이나 조타각에 따른 최적의 조타 보조력을 발생시키는 것이 가능해져 조타성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 차속이 일정값 이상이며 또한 조타각이 일정 이하인 상태에서, 소정의 시간이 계속되었을 때에는, 직진 주행하고 있는 것으로서, 목표압 PS를 저압측으로 시프트시킴으로써, 조타각이 제로의 부근에서 조타에 대한 응답을 둔하게 하여, 조타각에 대한 타이어(30)의 기울기 각도를 통상보다도 작게 할 수 있다. 이에 의해, 고속 직진 주행시에 필요한 안정성을 실현할 수 있다.
또한, 차속이 일정값 이하이며 또한 조타각이 일정 이상인 상태이면, 차고 입고나 정차 조타하고 있는 것으로서, 목표압 PS를 고압측으로 시프트시킴으로써, 작은 조타각에 대한 응답성이 향상되어, 필요한 조타 보조력을 응답성 좋게 공급할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 컨트롤 밸브(5)에 로터리 밸브를 사용한 파워 스티어링 장치에 대하여 설명하였지만, 컨트롤 밸브는 이것에 한정되지 않고, 다른 구성의 컨트롤 밸브를 사용한 파워 스티어링 장치에 본 발명을 적용하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 유압 센서(10)에 의해 검출된 압력을 차량 ECU(1)에 입력하고, 차량 ECU(1)가 인버터(2)의 구동 신호를 제어하는 구성을 도시하였지만, 유압 센서(10)에 의해 검출된 압력을 직접 인버터(2)에 입력하여 전동 모터(3)를 제어 운전하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태의 파워 스티어링 장치에서는, 컨트롤 밸브(5)의 중립시에 전동 모터(3)의 회전수가 매우 저속이며,
목표압 PS=1MPa
유압 펌프(4)의 밀어내기 용적 q=5㎤/rev
전동 모터(3)의 회전 속도 N=400/min(토출 유량=2리터/min)
으로 한 경우, 소비 전력은 0.03kW로 모터 구동에 필요한 전력은 매우 작다.
따라서, 필요할 때에만 모터를 구동시키는 종래의 파워 스티어링 장치에 비해, 본 발명의 파워 스티어링 장치는, 구성을 간략화함으로써 소형화, 경량화가 도모되어, 중량 증가에 의한 연비 악화를 해소할 수 있는 장점이 있고, 이러한 소형화, 경량화 및 저비용화에 의한 상승 효과에 비해, 컨트롤 밸브의 중립시에도 모터를 저속으로 구동하는 것에 의한 소비 전력의 증가라고 하는 단점은 미미한 것으로, 문제가 되지 않는다.
상기 실시 형태에서는, 토션 바(13)의 왜곡을 왜곡 센서에 의해 조타 상태인지 중립 상태인지를 판별하거나, 타각 센서에 의해 조타 상태인지 중립 상태인지를 판별하여, 중립 상태일 때에 차량 ECU(1)에 의해 인버터(2)를 제어하여 전동 모터(3)를 조타시보다도 저속으로 회전시켰지만, 조타 상태나 중립 상태에 한정되지 않고, 파워 실린더의 제1, 제2 실린더실 내 등이 소정의 압력이 되도록, 인버터를 제어하여 전동 모터의 회전수를 제어하여도 된다.
1: 차량 ECU
2: 인버터
3: 전동 모터
4: 유압 펌프
5: 컨트롤 밸브
6: 파워 실린더
7: 탱크
10: 유압 센서
11: 핸들
12: 입력축
13: 토션 바
14: 출력축
15: 랙
16: 섹터 기어
21: 피트먼 아암
22: 드래그 링크
23: 너클 아암
24: 타이로드 아암
25: 타이로드
26: 피스톤
30: 타이어
31: 오일 공급 통로
32 내지 34: 오일 통로
41: 보디
41a: 실린더부
42: 밸브 하우징
43: 웜 샤프트
43a: 소직경부
43b: 대직경부
44: 멈춤 핀
45: 볼
51: 슬리브
52: 로터
61, P: 펌프 포트
62, A: 제1 실린더 포트
63, B: 제2 실린더 포트
T: 배출 포트
CA: 제1 실린더실
CB: 제2 실린더실

Claims (7)

  1. 유압 펌프(4)와,
    상기 유압 펌프(4)를 구동시키는 전동 모터(3)와,
    상기 전동 모터(3)에 구동 신호를 출력하는 인버터(2)와,
    상기 유압 펌프(4)로부터 공급되는 오일의 유로를 전환하는 컨트롤 밸브(5)와,
    상기 컨트롤 밸브(5)를 통해 상기 유압 펌프(4)로부터 공급된 오일에 의해 피스톤(26)이 구동되어 조타 보조력을 발생시키는 파워 실린더(6)와,
    상기 인버터(2)의 상기 구동 신호를 제어하는 제어부(1)를 구비하고,
    상기 컨트롤 밸브(5)는,
    상기 유압 펌프(4)로부터의 오일이 공급되는 펌프 포트와, 상기 피스톤(26)의 한쪽측의 제1 실린더실에 접속된 제1 실린더 포트와, 상기 피스톤(26)의 다른 쪽측의 제2 실린더실에 접속된 제2 실린더 포트와, 배출 포트를 갖고,
    일방향으로 조타된 상태에서는, 상기 제1 실린더 포트를 상기 펌프 포트에 연통시킴과 함께 상기 제2 실린더 포트를 상기 배출 포트에 연통시키고, 타방향으로 조타된 상태에서는, 상기 제1 실린더 포트를 상기 배출 포트에 연통시킴과 함께 상기 제2 실린더 포트를 상기 펌프 포트에 연통시키고,
    상기 컨트롤 밸브(5)가 중립 상태일 때, 상기 펌프 포트와 상기 제1 실린더 포트 및 상기 제2 실린더 포트가 연통되고, 상기 펌프 포트와 상기 제1 실린더 포트 및 상기 제2 실린더 포트에 대하여 상기 배출 포트가 차단되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(1)는, 상기 컨트롤 밸브(5)가 중립 상태일 때, 상기 파워 실린더(6)의 상기 제1, 제2 실린더실 내에 오일이 충전된 상태를 유지하기 위해 상기 전동 모터(3)를 조타시보다도 저속으로 회전시키도록, 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브(5)가 로터리 밸브인 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로터리 밸브는, 슬리브(51)와, 상기 슬리브(51) 내에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 원기둥 형상의 로터(80)를 갖고,
    상기 로터(80)의 회전에 따라서 상기 슬리브(51)에 설치된 복수의 포트 중 소정의 포트 사이가 연통되도록, 상기 로터(80)의 외주에 홈(81)이 형성되고,
    상기 로터(80)의 홈(81)이, 상기 로터(80)의 외주면에 접하는 평면을 따라 모선 방향에 대하여 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유압 펌프(4)가 기어 펌프인 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 유압 펌프(4)로부터 상기 컨트롤 밸브(5)에 공급되는 오일의 압력을 검출하는 유압 센서(10)를 구비하고,
    상기 제어부(1)는, 상기 유압 센서(10)에 의해 검출된 상기 오일의 압력에 기초하여, 상기 인버터(2)의 상기 구동 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부(1)는, 상기 유압 센서(10)에 의해 검출된 상기 오일의 압력이, 차속을 나타내는 신호 또는 조타각을 나타내는 신호 중 적어도 한쪽에 따른 목표값이 되도록, 상기 인버터(2)의 상기 구동 신호의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
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