KR920004047B1 - 4륜 조향시스팀 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

4륜 조향시스팀

제 1 도는 본 발명 조향시스팀을 개략적으로 나타내는 구성도.

제 2 도는 제 1 도의 컨트롤유니트 구성을 도시하는 블럭도.

제 3 도는 제 1 도의 솔레노이드 밸브 구동전류와 차량속도 변화 사이의 관계를 나타내는 그래프.

제 4 도는 전륜 조향시 전륜액츄에이터의 실린더 좌우압력에 대한 후륜액츄에이터의 특성을 나타내는 그래프.

제 5 도는 후륜액츄에이터의 압력과 스트로크의 특성을 나타내는 그래프.

제 6 도는 차량속도에 대한 전, 후륜의 조향각비를 나타내는 그래프.

제 7 도는 후륜측 방향제어밸브의 구동전류와 후륜 액츄에이터의 압력특성을 나타내는 그래프.

제 8 도는 차량속도에 대한 후륜 액츄에이터의 압력특성을 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 전륜액츄에이터 5 : 조향핸들

6 : 전륜측 방향제어밸브 7 : 전륜조향부

11 : 후륜조향부 12 : 후륜액츄에이터

13 : 후륜측 방향제어밸브 23 : 컨트롤유니트

26 : 스피드센서 170 : 코일스프링

230 : 주파수발진 변환회로 231 : 오차증폭회로

233 : 솔레노이드구동회로 234 : 전류검출회로

본 발명은 차량의 조향시스팀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전륜과 후륜을 동시에 적절히 조향시켜서 고속주행중의 조향시에 발생되는 차량의 진동 및 소위 요오잉(Yawing)이라 일컬어지는 차체중심의 불안정을 방지하는 4륜 조향시스팀에 관한 것이다.

차량의 조향장치는 통상적으로 스티어링휘일, 스티어링샤프트, 컬럼 등으로 이루어지는 조작기구와, 프레임에 설치되는 조향기어, 링크등으로 이루어지는 기어기구, 그리고 피트먼아암, 드래그링크, 타이로드, 등으로 이루어진 링크기구로 구성되어 있다.

상술한 조향장치는 스티어링 샤프트 종단에 축 설치된 기어의 회전방향에 따라 타이로드를 좌측 또는 우측으로 연동시켜서 전륜의 방향을 변환시키게 되는 것으로서, 최근까지 이러한 차량 조향장치의 기술적 개선은 스티어링 휘일의 조작감각을 부드럽게 하기 위한 파워스티어링, 또는 조향시 차체 안정유지에 중점을 두고 있다.

그런데, 종래의 일반적인 조향장치는 전륜의 방향만을 변환시키게 되어 있어서, 커브 주행시 후륜은 차체에 이끌려서 선회하는 경향을 나타내기 때문에 고속주행에서의 조향시 차체안정유지에는 이렇다 할 성과가 없는 실정이다.

다시 말해서 상기한 문제점은 정속주행의 경우, 후륜측 차동장치의 작용으로 어느 정도 완화될 수 있으나, 고속주행시의 급조향에서는 차체 중심이 급작스럽게 조향 내측으로 편중되어짐에 따라, 차동반응이 늦어져서 차체의 요오잉현상을 일으키는 주원인이 되는 것이다.

전술한 문제점은 전후륜의 조향상태에 비례하여 후륜을 조향시키는 4륜 조향시스팀에 의해 해소될 수 있다.

이 종류 4륜 조향시스팀으로서 일본국 공개특허공보 소58-20565호에 개시된 바와같이, 운전자가 스티어링 휘일을 조작할 때 가해지는 조향입력이 전, 후륜으로 동시에 전달되게 하여, 후륜이 후륜조향장치에 의해 전륜의 조향각과 같은 값으로 조향되도록 한 것이 있으나, 이 방식은 구조가 비교적 간단한 이점이 있는 반면, 조향입력과 전륜조향각 사이의 전통특성 및 조향입력과 후륜조향각 사이의 전통특성을 동일하게 비가 변적으로 설정하고 있는 관계로, 전륜과 후륜이 개별적으로 조향되지 않기 때문에 만족할 만한 차량의 조향 안정성을 얻지 못하는 단점이 있다.

4륜 조향시스팀의 다른 방식으로는, 근자에 발달된 전자기술을 응용도입한 것으로서, 차량속도와 조향입력 사이의 관계에 따라, 전자컨트롤회로가 전륜 및 후륜을 각각 개별적으로 제어하도록 한 방식이 있다.

이와같은 전자제어방식 4륜 조향시스팀의 예로는 미국 특허 제4687214호, 제4705131호, 제4715466호를 들수 있으며, 이들 대부분은 차량의 고속주행시 차량속도에 상응하는 가장 최적한 전, 후륜 조향각비를 데이터화하여 컨트롤유니트에 메모리시키고, 또 한편으로 전륜과 후륜에는 유압에 의해 작동되는 조향액츄에이터를 각각 독립되게 설치하여서, 고속주행시의 조향에 있어서, 차량속도센서를 통하여 입력되는 신호에 따라, 컨트롤유니트가 각각의 전, 후륜액츄에이터로 공급되는 유압을 조절하는 방식으로 되어 있다.

그런데 상술한 전자제어방식은 어느 것이나 전륜과 후륜을 개별적으로 조향제어시키는 유압회로가 복잡한 방식으로 되어 있고, 고속주행시의 최적한 전, 후륜조향상태를 데이터화하기에 필요한 외적 요인, 예컨대 차량속도, 노면상태, 우천 또는 빙판여부, 운전자의 운전취향 등에 관련된 데이터를 선정해야 하는 어려움이 있고, 특히 구조의 복잡화에 기인하는 조립생산성 저하 및 제조원가 상승 그리고 고장수리 및 정비의 난해성과 같은 문제를 내포하게 된다.

본 발명의 목적은 전자제어에 의해 전, 후륜이 개별적으로 제어되는 4륜 조향시스팀에 있어서, 상술한 종래 방식에 비하여 간단한 구조로 됨과 아울러 전후륜을 개별적으로 제어할 수 있는 4륜 조향시스팀을 제공함에 그 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명은 구동축의 회전수에 비례하는 펄스를 계산하여 차량속도를 산출하는 스피드센서와, 이 스피드센서에서 송출되는 검출신호를 주파수변환하고 계수하는 주파수발진 변환회로와, 이 주파수발진 변환회로에서 송출되는 신호에서 미리 설정된 펄스수(차량의 기준속도)보다 상회하는 오차만을 증폭하는 오차증폭회로와, 후륜측 방향제어밸브의 유압통로를 개폐하는 솔레노이드 밸브를 전기한 오차증폭회로의 신호에 따라 구동시키는 솔레노이드 구동회로, 그리고 전기한 솔레노이드에 흐르는 전류를 감지하여 전기한 오차증폭회로로 피이드 백시키는 전류검출회로로 이루어진 컨트롤유니트에 의해, 차량속도가 설정기준 이상일 때, 유압원과 후륜액츄에이터 사이에 개재된 후륜측 방향제어밸브가 개방됨과 아울러 통상적인 전륜조향부의 좌, 우측 포트 압력차에 따라 후륜액츄에이터로의 유체가압방향이 제어되도록 구성함을 특징으로 한다.

상술한 구성에 있어서, 후륜측 방향제어밸브는 오픈 센터형 3방향 4포트밸브를 사용하는 것이 좋다.

이하 본 발명을 첨부도면에 따라 실시예로서 상세히 설명한다.

제 1 도는 본 발명의 전체 시스팀을 나타내는 개략도로서, 양 전륜(1a)(1b)는 볼조인트된 타이로드(2)와 샤프트(3)을 개재하여 전륜액츄에이터(4)와 연결되어 있다.

스티어링 휘일(5)의 조작방향에 따라 유체의 가압방향을 제어하는 전륜측 방향제어밸브(6)은 전기한 전륜액츄에이터(4)와 함께 전륜조향부(7)을 구성한다.

전륜액츄에이터(4)에서 좌, 우측포트(4a)(4b)는 각각 전륜측 방향제어 밸브(6)의 좌, 우측포트(6a)(6b)와 연결되어 있다.

이러한 유로구성에 의해, 스티어링휘일(5)의 조향방향에 따라, 전륜측 방향제어밸브(6)의 좌, 우측 포트(6a)(6b)가 선택적으로 개방되어진다.

예컨대, 전진 좌향으로 조작한 경우에는 전륜측 방향제어밸브(6)의 좌측포트(6a)가 개방되어 전륜액츄에이터(4)의 좌측포트(4a)와 연통된다.

따라서, 메인펌프(8)로 부터의 유체압은 전륜측 방향제어밸브(6)의 좌측포트(6a)를 경유하여 전륜액츄에이터(4)의 좌측포트(4a)로 유입되어, 피스톤(9)를 우측으로 밀게 되는 바, 이러한 작용의 결과로 피스톤(9)와 연결된 샤프트(3)이 우측으로 연동되어져서 양 전륜(1a)(1b)는 좌측방으로 조향되는 것이다.

또, 스티어링 휘일(5)를 전진우향으로 조작한 경우에는 전륜측 방향제어 밸브(6)의 우측포트(6b)와 전륜액츄에이터(4)의 우측포트(4b)가 연통되므로, 양 차륜(1a)(1b)는 우측방으로 조향된다.

한편, 차량의 직진시에는 전륜측 방향제어밸브(6)의 좌, 우측포트(6a)(6b)가 양쪽 모두 폐쇄되어지고, 바이패스포트(6c)가 개방되어 유체압은 저장탱크(10)으로 보내지게 된다.

따라서, 직진주행시에는 전륜액츄에이터(4)의 피스톤(9)가 중립위치에 놓여지게 되므로, 양 차륜(1a)(1b)는 직진자세를 유지하게 된다.

전기한 전륜액츄에이터(4)에서 피스톤(9)에 의해 구획되는 좌, 우측 압력실은, 후륜조향부(11)의 후륜액츄에이터(12)로 가해지는 유체압의 방향을 선택적으로 제어하는 후륜측 방향제어밸브(13)의 좌, 우측포트(13a)(13b)로 유압라인(15)(16)을 통하여 연통되어 있다.

전기한 후륜측 방향제어밸브(13)은 오픈 센터형의 3방향 4포트밸브를 사용함이 바람직하며, 이를 사용한 경우에, 직진 주행시에는 유체압이 저장탱크(10)으로 흐르게 되고, 조향시에는 전륜액츄에이터(4)와 좌우압력실로 부터 가해지는 압력차에 상응하여 포트 접속단이 변환되는 이점을 얻을 수 있다.

예컨대, 전륜액츄에이터(4)의 좌측 압력실 압력치가 우측 압력실 압력치보다 클 때는 후륜측 방향제어밸브(13)의 포트(RL), (HL) 및 포트(RR), (HR)이 연통되며, 그 반대인 경우에는 포트(RL), (HR), 그리고 포트(RR)(HL)이 각각 연통된다.

전기한 포트(RL)(RR)은 후륜액츄에이터(12)의 좌, 우측포트(12a)(12b)에 각각 연통되어 있다.

후륜조향부(11)의 후륜액츄에이터(12)는 전기한 전륜조향부(7)의 구성과 동일하게 피스톤(17)에 의해 좌우 이동이 가능한 타이로드(20)을 샤프트(18)에 볼조인트하여 후륜(19a)(19b)와 연결시키고 있다.

전기한 후륜측 방향제어밸브(13)은 유압라인(21)을 경유하여 서브펌프(22)와, 연통 설치되어지고, 또 유압라인(21)에는 컨트롤유니트(23)에 의해 구동되는 솔레노이드 밸브(24)가 설치되어 있다.

솔레노이드 밸브(24)는 P, Q, R 접속형과 오픈 센터형이 조합된 밸브로서, 서브펌프(22)에서 공급되는 유체압은 차량이 직진자세인 경우, 복귀라인(25)을 통하여 저장탱크(10)으로 바이패스된다.

컨트롤유니트(23)은 구동축의 회전수에 비례하는 펄스를 계산하여 차량속도를 감지하여 송출하는 스피드센서(26)으로 부터의 펄스신호를 인가받아서 기준설정치 이상의 오차만을 증폭하고, 이 증폭된 오차신호에 따라 전기한 솔레노이드 밸브(24)의 밸브 스풀을 변위시켜서 제어하는 것으로서, 제 2 도는 이러한 컨트롤유니트(23)의 회로구성예를 나타낸다.

즉, 컨트롤유니트(23)은 스피드센서(26)에서 보내지는 펄스신호를 인가받아 주파수를 발진변환하는 주파수발진 변환회로(230)과, 이 주파수발진 변환회로(230)에서 송출되는 신호에 기준설정치 이상의 오차가 포함된 경우(차량이 고속주행일 때), 이를 증폭하여 신호를 발하는 오차 증폭회로(231)과, 이 오차증폭펄스를 펄스폭 변조하여 일정전류를 솔레노이드(232)로 인가해 주는 솔레노이드 구동회로(233) 및, 전기한 솔레노이드(232)에 전류가 흐르게 될 때, 이를 감지하여 전기한 오차증폭회로(231)에 전류를 피이드 백시켜서 오차증폭회로(231)의 출력주파수 증폭율을 안정화시키는 전류검출회로(234)로 구성되어 있다.

상술한 컨트롤유니트(23)에서 솔레노이드 구동전류는 차량속도가 기준설정치를 초과할 때, 오차증폭회로에서 증폭되는 오차 증폭분에 따라 제 3 도의 도시와 같이, 증속단계 X점에서 고속단계 X'점까지의 차량속도 증가에 대하여 비례적으로 증가된다.

이와같이 구성되는 본 발명은 차량이 정속주행하는 경우와 고속주행하는 경우로 나뉘어 작동하게 된다.

먼저, 정속주행시에 있어서는, 스티어링휘일(5)를 조향함에 따라 전륜조향부(7)의 전륜측 방향제어밸브(6)이 변위된다.

이에따라 전륜측 방향제어밸브(6)의 좌측, 또는 우측포트(6a)(6b)가 열려져서, 메인펌프(8)로 부터 송급되는 유압은 전륜액츄에이터(4)의 좌측, 또는 우측포트(4a)(4b)를 통해 좌측 또는 우측 압력실로 유입된다.

그 결과로, 피스톤(9)는 유압이 가해지는 방향에 따라 좌측, 혹은 우측으로 밀려가게 되므로, 이 피스톤(9)와 연결된 샤프트(3)이 연동되어져 전륜(1a)(1b)의 조향이 이루어지게 되는 것이다.

물론 차량의 조향방향은 전술한 바와같이, 스티어링휘일(5)의 조향방향에 따르는 유체의 가압방향으로 결정된다.

상기한 동작 과정에서 차량의 주행속도는 스피드 센서(26)에 의해 검출되고, 이 검출치에 따라 컨트롤유니트(23)이, 솔레노이드 밸브(24)의 오픈센터가 개방된 상태로 되도록 해주므로, 서브펌프(22)로 부터 압송되는 유압은 복귀라인(25)를 통하여 저장탱크(10)으로 바이패스 되고, 후륜조향부(11)은 비동작되어 조향되지 않은 상태로 유지된다.

그러나, 차량속도가 기준이상의 증속주행으로 접어들게 되면, 컨트롤유니트(23)의 주파수발진 변환회로(230)이, 스피드센서(26)에서 보내지는 펄스신호를 인가받아 주파수를 발진 변환하고, 이 발진 변환된 펄스에 포함된 기준치 이상의 오차를 오차증폭회로(231)이 증폭하여 솔레노이드 구동회로(232)로 보내주면, 솔레노이드 구동 회로(232)는 이 오차증폭펄스에 따라 펄스폭 변조하여 얻어지는 일정전류를 솔레노이드(232)로 인가해 줌으로써, 솔레노이드 밸브(24)의 P, Q, R접속형 포트가 구동 개방되어, 서브펌프(22)에서 압송되는 유압이 후륜조향부(11)의 후륜측 방향제어밸브(13)으로 가해지게 된다.

이 경우에, 후륜측 방향제어밸브 후륜조향부(13)을 통과하는 유체의 가압방향과 유압은, 유압라인(15), (16)을 개재하여 후륜측 방향제어밸브(13)으로 가해지는 전기한 전륜액츄에이터(4)의 좌, 우측압력실 압력에 따라 제어된다.

즉, 전륜액츄에이터(4)의 좌측 압력실 압력치가 우측 압력실 압력치보다 클때(좌향)는 유압라인(15)을 통하여 전륜액츄에이터(4)의 우측 압력실 압력이 후륜측 방향제어밸브(13)의 좌측 입력포트(13a)로 가해져서, 포트(RL), (HL) 및 포트(RR), (HR)이 연통되므로 서브펌프(22)의 유압은 후륜액츄에이터(12)의 좌측포트(12a)를 통해 좌측 압력실로 공급되어, 후륜(19a)(19b)는 좌향으로 된다.

또한, 그 반대인 경우(전륜 유향)에는 전륜액츄에이터(4)의 좌측 압력실 압력이 유압라인(16)을 통하여 후륜측 방향제어밸브(13)의 좌측 입력포트(13A)로 가해지기 때문에 후륜측 방향제업래브(13)의 포트(RL), (HR), 그리고 포트(RR)(HL)이 각각 연통되어져서, 서브펌프(22)의 유압은 후륜액츄에이터(12)의 우측포트(12b)로 공급되어, 후륜(19a)(19b)는 우향으로 된다.

그 결과, 후륜액츄에이터(12)의 피스톤(17)은 전륜액츄에이터(4)의 피스톤(9)가 이동된 스토르크에 상응하는 거리만큼 연동되면서, 후륜(19a)(19b)를 좌측 혹은 우측으로 조향시켜서 전륜(1a)(1b)와 동위상이 되도록 개방되어, 서브펌프(22)에서 압송되는 유압이 후륜조향부(11)의 후륜측 방향 제어밸브(13)으로 가해지게 된다.

이 경우에, 후륜측 방향제어밸브(13)을 통과하는 유체의 가압방향과 유압은, 우압라인(15), (16)을 개재하여 후륜측 방향제어밸브(13)으로 가해지는 전기한 전륜액츄에이터(4)의 좌, 우측압력실 압력에 따라 제어된다.

즉, 전륜액츄에이터(4)의 좌측 압력실 압력치가 우측 압력실 압력치보다 클 때(좌향)는 유압라인(15)을 통하여 전륜액츄에이터(4)의 우측 압력실 압력이 후륜측 방향제어밸브(13)의 좌측 입력포트(13a)로 가해져서, 포트(RL), (HL) 및 포트(RR), (HR)이 연통되므로 서브펌프(22)의 유압은 후륜액츄에이터(12)의 좌측포트(12a)를 통해 좌측 압력실로 공급되어, 후륜(19a)(19b)는 좌향으로 된다.

또한 그 반대인 경우(전륜 우향)에는 전륜액츄에이터(4)의 좌측 압력실 압력이 유압라인(16)을 통하여 후륜측 방향제어밸브(13)의 좌측 입력포트(13a)로 가해지기 때문에 후륜측 방향제어밸브(13)의 포트(RL), (HR), 그리고 포트(RR)(HL)이 각각 연통되어져서, 서브펌프(22)의 유압은 후륜액츄에이터(12)의 우측포트(12b)로 공급되어, 후륜 (19a)(19b)는 우향으로 된다.

그 결과, 후륜액츄에이터(12)의 피스톤(17)은 전륜액츄에이터(4)의 피스톤(9)가 이동된 스트로크에 상응하는 거리만큼 연동되면서, 후륜(19a)(19b)를 좌측 혹은 우측으로 조향시켜서 전륜(1a)(1b)와 동위상이 되도록해준다.

여기서 후륜측 방향제어밸브(13)의 유압제어 특성은 제 4 도의 도시와 같이, 파일러트 압력과 제어압력이 일정치에 이를 때까지 상호 비례하여 증가된다.

또, 후륜액츄에이터(12)로 가해지는 압력에 의한 피스톤(17)의 스트로크도 제 5 도의 도시와 같이, 후륜액츄에이터(12)로 공급되는 압력에 비례하여 피스톤(17)의 스트로크가 좌, 우측실린더 내에서 대칭방향으로 증가하게 된다.

제 6 도는 본 발명 실시예에 설정시킨 차량속도에 대한 전, 후륜의 조향각비를 나타내며, 전륜(1a)(1b)에 대한 후륜(19a)(19b)의 조향은 증속단계 X점에서 개시되어 고속단계 X'점까지는 거의 속도증가에 비례하여 증가되어서, 고속단계 X'점 이후에는 일정하게 유지된다.

여기서, 후륜(19a)(19b)의 조향이 증속단계 X점에서 고속단계 X'점까지 비례적으로 행해지려면, 후륜액츄에이터(12)로 가해지는 파일러트 압력은 제 7 도의 도시와 같이, 증속단계 X점에서 고속단계 X'점까지 비례적으로 증가되도록 해야 하고, 또한 후륜액츄에이터(12)측으로의 압력도 제 8 도의 도시와 같이 증속단계 X점에서 고속단계 X'점까지 비례적으로 증가되도록 해야 하는 바, 이것은 본 발명 실시예에서와 같이, 솔레노이드 밸브(24)의 솔레노이드 구동전류를 제어함으로써 용이하게 구현된다.

한편, 전술한 후륜액츄에이터(12)에는 피스톤(17)의 양측에 탄성부재, 예컨대 코일스프링(17)과 같은 부재를 배치하여 대향방향으로의 탄성력이 가해지도록 하는 것이 좋다.

전기한 탄성부재에 의하면, 피스톤(17)은 비동작시(직진 주행이나 정속주행시) 항상 후륜액츄에이터(12)의 중립위치를 유지하게 되어, 비포장도로 주행시에 노면을 통한 외력으로 후륜액츄에이터(12)가 오동작되는 일이 없게 된다.

이상과 같이 본 발명은 4륜 조향시스팀에 필요한 유압회로를 간단하게 구성할 수 있음에 따라, 종래 방식과는 달리 부품수를 줄일 수 있어서 조립작업이 용이하고 제조단가를 대폭 절감할 수 있으면서도, 고속주행에서 요오잉 현상없이 안정되게 조향이 이루어지는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 전, 후륜을 각각 전륜액츄에이터와 후륜액츄에이터로 연동 조향시키는 전, 후륜조향부를 보유하고, 이들 전, 후륜 조향부의 유압회로가 컨트롤 유니트에 의해 제어되어 차량의 속도에 따라 전, 후륜을 개별적으로 조향시키게 구성된 4륜 조향시스팀에 있어서, 통상의 스피드센서(26)을 통하여 검출되는 차량속도 검출신호를 주파수발진 변환회로(230)이 주파수변환 및 계수하고, 오차증폭회로(231)에서 전기한 주파수발진 변환회로(230)의 송출신호중, 미리 설정된 펄스수를 상회하는 오차만을 증폭하여 펄스폭 변조 솔레노이드 구동회로(233)가 구동되게 하고, 전기한 펄스폭 변조 솔레노이드 구동회로(233)에 의해 설정기준 이상의 차량속도에서 솔레노이드 밸브(24)가 유압방향을 전환시켜서 전륜액츄에이터(4)의 좌, 우측 압력실간의 압력차에 따라 후륜측 방향제어밸브(13)이 후륜액츄에이터(12)로 가해지는 유체의 가압방향을 제어함을 특징으로 하는 4륜 조향시스팀.
2. 제 1 항에 있어서, 후륜측 방향제어밸브(13)의 유압제어 특성을 파일러트 압력과 제어압력이 일정치에 이를때 까지 상호 비례하여 증가되게 함을 특징으로 하는 4륜 조향시스팀.
3. 제 1 항에 있어서, 후륜액츄에이터(12)의 피스톤(17) 스트로크가 전기한 후륜액츄에이터(12)로 공급되는 압력에 비례하여 좌, 우측실린더내에서 대칭방향으로 증가되게 함을 특징으로 하는 4륜 조향시스팀.

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