KR950013090B1 - 자동차용 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동차용 동력조향장치

제 1 도는 종래의 동력조향장치에서 채용하고 있는 유압반력장치의 횡단면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 유압반력장치를 구비한 동력조향장치의 개략 종단면도.

제 3 도는 제 2 도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도로서, 슬라이더가 유압에 의해 반경방향 내측으로 전진해 있는 상태를 나타내는 도면.

제 4 도는 제 3 도와 유사한 도면으로서, 입력축과 출력축간의 상대 각운동에 따라 슬라이더가 반력실내의 유압을 극복하고 후퇴해 있는 상태를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40 : 입력축 42 : 출력축

44 : 하우징 50 : 유압실린더

54 : 유압제어밸브 56 : 케이싱

58 : 밸브체 68 : 반력제어장치

70 : 다각형 단면부 72 : 반력실

74 : 차량속도펌프 80 : 슬라이더

82 : 축방향 홈 88 : 코일스프링

본 발명은 조향보조력의 발생원으로 유압 작동기를 사용하는 자동차용 동력조향장치에 관한 것으로, 특히 입력축과 출력축간의 상대운동을 소정의 각도 범위내로 제한하기 위한 스톱퍼장치와, 고속주행시 직진안전성을 부여함과 아울러 정지 및 저속주행시 조향보조력을 용이하게 발생시키기 위한 유압반력장치를 일체로 구성하여서 된 동력조향장치에 관한 것이다.

유압작동기를 조향보조력의 발생원으로 하는 유압식 동력조향장치(Power Steering System)는 다음과 같은 구성을 취하고 있는 것이 일반적이다. 즉, 조향차륜에 연결된 입력축과 핸들에 작동적으로 연결되는 출력축을 토어션바아를 통하여 동축상에 연결하고, 핸들에 조향토오크가 가해진 경우, 이에 수반된 토오션 바아의 비틀림에 따라서 입력축과 출력축간에 상대각 변위가 발생하도록 되어 있다.

또한, 통상의 동력조향장치는 입력축 및 출력축의 어느 한쪽과 연동하여 회전하는 원통형의 케이싱과, 이것의 내부에 동축적으로 설치되어 나머지 하나의 축과 연동하여 회전하는 밸브체로 이루어진 유압제어밸브를 갖추고 있다. 이 유압제어밸브의 작동에 의하여 상기 유압작동기의 송급유압을 조향토오크의 방향 및 크기에 따라서 제어하여 조향보조력을 얻는다.

그런데, 핸들의 조작에 필요한 힘의 크기는, 노면으로부터 핸들에 대하여 작용하는 반력의 크기에 대응하며, 이 반력의 크기는 차량의 주행속도에 비례하는 것으로 알려져 있다. 한편, 상기 구성의 동력조향장치에 있어서는, 핸들에 가해지는 조향 토오크와 유압작동기가 발생하는 조향 보조력간의 대응 관계는 토오션바아의 비틀림 특성만으로 결정된다. 따라서, 상기 토오션바아가 정지시 또는 저속주행시에 작용하는 큰 반력을 기준으로 선정되어 있는 경우, 고속주행시 핸들에 약한 반력이 작용하게 되어 직진 안정성의 악화를 초래한다고 하는 난점이 발생한다.

반대로, 상기 토오션바아가 고속조행시를 기준으로 하여 선정되어 있는 경우에는, 정지시 및 저속주행시에 충분한 조향보조력을 얻을 수 없다고 하는 난점이 발생한다.

이러한 난점을 해소하기 위하여, 상기 입력축과 출력축과의 연결부분에 유압제어밸브와는 별도로 유압반력장치를 설치한 동력조향장치가 개발된 바 있다. 이 유압반력장치를 이용해서 차량속도에 비례하는 유압반력을 동력조향장치에 작용시켜서, 입력축과 출력축의 상대각변위에 따른 유압제어밸브의 제어동작을 고속주행시에는 강한 힘으로, 저속주행시에는 약한 힘으로 구속하게 된다.

제 1 도는 종래의 유압반력장치의 일례를 나타내는 일부 확대단면도이다. 유압반력장치는 입력축(2)과 출력축(3)과의 연결부분에서 양쪽의 축을 지지하는 원통형의 하우징(10)내에 구성되어 있다. 출력축(3)과 하우징(10)의 내주면과의 사이에는 축방향으로 적당한 폭을 갖는 원환상 공간으로된 반력실(33)이 형성되어 있다.

출력축(3) 내부에는 입력축(2)의 일부가 움직일 수 있게 끼워져 있고, 그 외주면에는 원주방향으로 등간격으로 배치된 복수개의 오목부(22)가 형성되어 있다. 또한, 출력축(3)에는 상기 각 오목부(22)에 대응하는 위치에 반경방향으로 관통된 관통구멍(31)이 원주방향으로 대략 등간격으로 배치되어 있다. 이들 관통구멍(31)의 각각에는 그에 대응하는 플런저(32)가 미끄럼운동 가능하게 끼워진다. 각각의 플런저(32)는 그 내측단부에 반구형의 볼록부를 구비하고 있으며, 이 볼록부는 입력축(2)의 외주면에 형성된 오목부(22)와 계합하고 있다. 도면중 미설명부호(4)는 입력축과 출력축을 연결하는 토오션바아이다.

제 1 도의 유압반력장치에 의하면, 상기 반력실(33)에 차량속도에 대응하는 크기의 유압을 도입함으로써, 고속주행시 핸들에 적정한 강성을 부여하여 차량의 직진 안정성을 향상시킬 수 있고, 정지시 및 저속주행시, 충분한 조향보조력을 얻어서 핸들의 조작에 요하는 힘을 저감시킬 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 동력조향장치에 있어서는, 조향핸들에 반력을 부여하기 위한 유압반력장치와는 별도로, 토오션바아의 파손시 수동조향을 가능케하기 위한 스톱퍼장치를 유압제어밸브와 유압반력장치 사이에 구비하고 있기 때문에, 동력조향장치의 전체구조가 복잡해지고 가공 및 제작상 어려움이 있다. 또한, 출력축의 플런저와 입력축의 오목부간에 다수의 접점이 존재하기 때문에, 양자간에 확실한 접촉이 이루어지지 않으면 반력실내에 유압이 형성될때 토어션바아가 미세하게 흔들릴 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 구조가 단순하고 제작이 용이하면서도 작동의 신뢰성이 높은 유압반력장치를구비한 동력조향장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은, 유압펌프로부터의 유압에 의해서 조향보조력을 발생시키는 유압작동기와, 이 유압작동기로부터의 송급유압을 핸들의 조작에 따른 밸브체와 케이싱간의 상대 이동량에 비례해서 제어하는 유압제어밸브와, 차량의 운행속도에 따라 상기 밸브체와 상기 케이싱간의 상대운동을 가변적으로 구속하는 유압반력장치를 구비한 자동차용 동력조향장치에 있어서, 상기 유압반력장치는, 상기 밸브체의 하단에 형성된 다각형의 단면부와, 상기 케이싱의 외주면과 하우징의 내부면 사이에 위치한 반력실과, 상기 반력실내에 차량의 운행속도에 비례하여 압력유체를 공급하는 차량속도펌프와, 상기 케이싱의 벽을 관통해서 형성된 한쌍의 대향관통공과, 상기 각각의 관통공내에 반경방향으로 미끄럼운동 가능하게 끼워지는 것으로, 반경방향내측 표면에는 상기 다각형 단면부의 모서리에 대략 부합하는 형상의 축방향 홈이 형성되어 있는 한쌍의 슬라이더로 구성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 의해서 달성될 수 있다.

이하에서는 제 2 도 내지 제 4 도를 참조하여 본 발명의 대표적인 실시예를 상세하게 설명한다.

제 2 도에 종단면도로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 동력조향장치는 중공의 입력축(40)과, 이 입력축에 작동적으로 연결된 출력축(42)을 구비한다. 이들의 축(40)(42)은 공통의 하우징(44)내에 회동가능하게 지지되어 있고, 입력축(40)내에는 토오션바아(46)가 삽입되어서 당해 입력축(40)과 출력축(42)을 서로 연결시켜 준다. 하우징(44)의 외부로 돌출하는 입력축(40)의 상단부는 도면에 도시하지 않은 조향핸들에 연결되어서 조향핸들에 가해지는 토오크를 전달받는다. 한편, 출력축(42)은 그것의 회동량에 따른 조향이 이루어지도록 도면에 도시하지 않은 조향차륜에 연결되어 있다.

랙/피이온식의 조향기구를 구비한 차량에 있어서, 출력축(42)과 조향차륜과의 연결은 제 1 도에 도시한 것처럼 출력축(42)의 외주에 형성된 피니온(42a)을 랙축(48)에 맞물리게 함으로써 실현된다. 출력축(42)의 회전운동은 피니온(42a)을 경유하여 랙축(48)의 길이방향 운동으로 변환되고, 이에 따라서 차륜의 조향이 이루어지도록 되어 있다. 랙축(48)의 중도에는 조향보조력 발생용의 유압작동기, 예를들면 유압실린더(50)가 설치되어 양쪽 유체실의 압력차에 따라 랙축(48)의 운동을 보조한다.

출력축(42)은 그 상단부에 원통부(52)를 구비하고 있으며, 이 원통부(52)내에는 입력축(40)의 하단부가 적정한 길이로 유동가능하게 끼워져 있다.

상기한 유압실린더(50)에의 송급유압은 유압제어밸브(54)에 의해 제어되며, 이 유압제어밸브(54)는 하우징(44)내에 회전가능하게 삽입된 원통형 케이싱(56)과, 이 케이싱에 끼워지도록 입력축(40)의 일부에 형성된 밸브체(58)로 이루어진다. 케이싱(56)은, 그 내주면에, 소정의 폭을 가지고 원주방향으로 등간격으로 배치되며 축방향으로 연장하는 복수개의 긴 홈(60)을 구비한다.

또한, 케이싱(56)의 하단부는 상기 출력축(42)의 원통부(52)에 타설된 회전정지핀(62)과 계합하고 있으므로, 출력축(42)의 회전운동에 따라 케이싱(56)도 회전하게 된다. 밸브체(58)의 외주면에는 상기 각각의 긴홈(60)과 대응하는 위치에 복수개의 긴홈(64)이 원주방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다.

상기한 바와 같이 케이싱(56)과 밸브체(58)로 이루어진 유압제어밸브(54)는, 유압펌프(66)로부터 공급되는 압력유체의 유로 및 유량을 핸들의 조작에 따라 적절히 조절하므로써 유압실린더(50)의 좌측 또는 우측 유체실중 어느 한쪽에 압력유체를 공급하고 이에 의해서 피스톤로드(50a)를 어느 일방향으로 이동시켜 조향보조력이 랙축(48)에 가해지도록 한다. 물론, 조향핸들을 조작하지 않았을때에는, 유압실린더(50)의 양쪽유체실에 균등한 유압이 가해지며, 조향보조력은 발생되지 않는다. 유압제어밸브(54)의 작동원리는 본 기술분야에 널리 공지된 것이므로 이에 관한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

다시 제 2 도를 보면, 유압제어밸브(54)의 하측에는 본 발명의 특징인 유압반력장치(68)가 설치되어 있는것을 알 수 있다.

이 유압반력장치(68)는 차량의 주행속도에 비례하는 유압반력을 동력 조향장치에 작용시켜서 고속주행시에는 직진 안전성을 보장하고, 정지시 또는 저속주행시에는 충분한 크기의 조향보조력을 얻을 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 유압반력장치(68)는 토오션바아(46)의 파손시 입력축(40)이 출력축(42)에 대하여 자유회전하는 것을 방지함으로써 수동조향을 가능케 하는 스톱퍼로서의 기능을 겸하고 있다.

제 2 도 및 제 3 도에 확대해서 나타낸 바와 같이, 유압 반력장치(68)는 밸브체(58)의 하단에 형성된 다각형, 예를들면 대략 마름모형의 단면부(70)와, 케이싱(56)의 외주면과 하우징(10)의 내주면과의 사이에 위치한 반력실(72)을 갖추고 있다. 상기 반력실(72)내에는 차량의 운행속도에 비례하는 유압이 차량속도펌프(74)로부터 도입구(76)을 통해서 공급된다. 케이싱(56)에는 한쌍의 대향 관통공(78)이 그 두께를 관통해서 천공되어 있으며, 이들 각각의 관통공(78)내에는 한쌍의 슬라이더(80)가 케이싱(56)의 반경방향으로 미끄럼운동가능하게 끼워져 있다. 각 슬라이더(80)의 반경방향 내측표면에는 상기 다각형 단면부(70)의 모서리에 대략 부합하는, 예를들면, V자 형상의 축방향 홈(82)이 형성되어 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 슬라이더(80)의 반경방향 외측표면에는 유압의 작용면적을 넓힐 수 있도록 단차부(84)를 형성시킬 수도 있다. 또한, 상기 다각형 단면부(72)의 모서리(72a)와 상기 슬라이더(80)의 축방향 홈(82) 사이에는 소정의 폭을 갖는 공간부(86)를 형성시키고, 여기에 코일스프링(88)을 조립하는 것도 가능하다. 코일스프링(88)은 반력실(72)내의 유압이 감소할 경우, 슬라이더(80)에 탄성복원력을 부여하는 기능을 수행한다.

다음에는, 제 3 도 및 제 4 도에 의거하여 유압반력장치(68)의 작동에 관하여 설명하기로 한다. 제 3 도는 조향핸들에 어느방향으로도 조작력을 작용시키지 않았을때 슬라이더(80)가 다각형 단면부(70)의 표면에 밀착되어 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 차량속도펌프(74)로부터 공급되는 반력실(72)내의 압력 유체에 의해서 슬라이더(80)가 다각형 단면부(70)쪽으로 가압된다.

이때 작용하는 가압력의 크기는 차량의 운행속도에 비례하도록 설정하는 것이 바람직하다.

제 4 도는 조향핸들을 반시계방향으로 조작하였을때, 슬라이더(80)가 반력실(72)내의 유압을 극복하고 반경반향 외측으로 밀려난 상태를 도시한다. 이때, 스프링(88)은 탄성변형을 일으키게 되며, 반력실(72)내의 유압이 감소됨에 따라, 슬라이더(80)에 복원력을 가하게 된다. 통상의 동력조향장치에 있어서, 슬라이더(80)에 대한 다각형 단면부(70)의 상대 회전각도는 3∼4.8°로 설정되어 있다. 본 발명의 반력제어장치에 있어서, 슬라이더(80)는 다각형 단면부(70)의 모서리와 계합하여 입력축의 자유회전을 방지하고 있으므로, 만약의 경우, 토오션바아(46)가 파손된다고 하더라도 차량의 수동조향이 가능하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 동력조향장치에 따르면, 단지 2개의 슬라이더에 의해서 유압제어밸브의 작동을 구속시킬 수 있기 때문에 유압반력장치의 구조가 극히 단순해지고, 또한 그 제작이 용이해진다. 더욱이, 토오션바아의 파손에 대비한 스톱퍼장치를 별도로 설치할 필요가 없으므로 동력조향장치의 전체적인 구성을 단순화시켜서 생산성의 향상 및 원가절감을 도모할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 유압펌프로부터의 유압에 의해서 조향보조력을 발생시키는 유압 실린더(50)와, 이 유압실린더(50)로부터의 송급유압을 핸들의 조작에 따른 밸브체(58)와 케이싱(56)간의 상대이동량에 비례해서 제어하는 유압제어밸브(54)와, 차량의 운행속도에 따라 상기 밸브체(58)와 상기 케이싱(56)간의 상대운동을 가변적으로 구속하는 유압반력장치(68)를 구비한 자동차용 동력조향장치에 있어서, 상기 유압반력장치(68)는, 상기 밸브체(58)의 하단에 형성된 다각형의 단면부(70)와, 상기 케이싱(56)의 외주면과 하우징(44)의 내주면 사이에 위치한 반력실(72)과, 상기 반력실(72)내에 차량의 운행속도에 비례하여 압력유체를 공급하는 차량속도펌프(74)와, 상기 케이싱(56)의 벽을 관통해서 형성된 한쌍의 대향 관통공(78)과, 상기 각각의 관통공(78)내에 반경방향으로 미끄럼운동 가능하게 끼워지는 것으로, 반경방향내측 표면에는 상기 다각형 단면부(70)의 모서리에 대략 부합하는 형상의 축방향 홈(82)이 형성되어 있는 한쌍의 슬라이더(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다각형의 단면부(70)와 상기 각각의 슬라이더(80)와의 사이에는 공간부(86)가 형성되어 있고, 상기 공간부(86)내에는 반력실 유압의 감소시 슬라이더(80)에 탄성복원력을 부여하기 위한 스프링(88)이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 동력조향장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다각형 다연부(70)의 형상이 대략 마름모형인 것을 특징으로 하는 동력조향장치.