KR100352954B1 - 조향비 가변 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 고속 직진 주행시에는 핸들의 응답성을 떨어뜨리고, 그 외의 구간에서는 핸들의 응답성을 크게하는 조향비 가변 조향장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치는 출력축과 평행하게 설치되며 외주면에 나선홈이 형성된 나선축이 구비되고, 이 나선축이 회전될 수 있도록 나선축의 단부에 설치되는 피동베벨기어 및 입력축의 단부에 설치되는 구동베벨기어가 구비되며, 출력축의 외면에는 상기 나선축의 나선홈에 끼워져 걸리는 걸림돌기가 마련되었다. 그리고, 나선홈의 피치는 나선축의 중앙부에서 양측 단부 쪽으로 갈수록 커지도록 형성되었다. 따라서, 입력축이 회전되면 나선축이 회전을 하여 출력축이 직선운동을 하는데, 상기 나선홈의 피치가 양측으로 갈수록 커짐에 따라 조향비가 가변되어 고속 직진주행시 응답성이 떨어져 핸들 조작의 안정성을 확보하게 되고, 곡선 주행시 응답성이 빨라져 조타 바쁘기를 해소할 수 있게 된다.

Description

조향비 가변 조향장치

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 고속 직진 주행시에는 핸들의 응답성을 떨어뜨리고, 그 외의 구간에서는 핸들의 응답성을 크게하는 조향비 가변 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 동력 조향장치는 용이한 핸들조작을 위한 것으로, 차량의 엔진으로 오일펌프를 구동시켜 작동유압을 발생시키고, 이 작동유압을 기계적인 힘으로 변환시켜 핸들의 조작력을 가볍게 함으로써, 신속하고 용이한 조향조작을 가능하게 하는 장치이다.

그런데, 이러한 동력 조향장치는 핸들감이 가볍기 때문에 조작성능이 우수한 장점이 있지만, 차량이 고속 직진 주행상태에 있을 경우에는 핸들의 조작력이 너무 가벼워져서 오히려 주행 안정성을 저하시키는 문제가 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 핸들의 회전각에 대한 바퀴의 절환각이 가변되게 하여 고속 직진주행시 주행의 안정성을 기하는 조향비 가변 조향장치가 개발되었다.

즉, 차량이 직진 주행상태에 있을 경우에는 조향비를 적게하여 핸들의 응답성을 떨어뜨림으로써 조향의 안전성을 기하고, 차량이 곡선 주행상태에 있을 할 경우에는 다시 조향비를 크게 하여 핸들의 응답성을 높여 주는 것이다. 이러한 종래의 조향비 가변 조향장치로는 일본국에서 1994년 특허 출원된 특개평 6-234367호가 있다.

일본국 특개평 6-234367호에 개시된 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 핸들(200)의 축(200A)에 연결된 피니언(202)의 회동에 의해, 이와 맞물린 랙(204)이 그 축방향으로 이동하고, 이 이동에 의해 요동레버(206)에 형성된 장공(208)에 결합되는 습동핀(210)이 지지핀(212)을 중심으로 요동레버(206)를 요동시킨다. 이때, 핀(214)에 의해 요동레버(206)에 축지된 출력축(216)을 그 축방향으로 이동시켜서, 바퀴(218)를 조향하는 구성으로 되어 있다.

그래서, 지지핀(212)의 위치를 랙(204) 및 출력축(216)에 대하여 직교하는 방향(Y)으로 이동시켜 지지핀(212)과 습동핀(210)의 거리 W1과, 지지핀(212)과 핀(214)과의 거리 W2와의 비를 변화시키는 것에 의해 핸들(200) 회전각과 바퀴(218)의 절환각과의 비, 즉 조향비를 변환시킬 수 있도록 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 조향비 가변 조향장치는 출력축(216)과는 별도로 횡방향으로 왕복운동을 하는 랙(204)이 구비되고, 랙(204)과 출력축(216)사이에는 랙(204)의 운동을 출력축(216)에 전하는 요동레버(206)가 구비됨에 따라 장치의 구성이 복잡한 문제가 있었다.

또한, 핸들(200)의 회전운동을 랙(204)의 직선운동으로 변환시키고, 이 랙(204)의 직선운동를 요동레버(206)의 요동운동으로 변환시키며, 요동레버(206)의 요동운동을 출력축(216)의 직선운동으로 변환시킴에 따라, 각 구성부재의 이동범위가 커서 장치가 대형화될 뿐만 아니라 동력전달 손실이 큰 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 주행상태에 따라 핸들의 회전각과 바퀴의 절환각과의 비를 변화시킬 수 있고, 구조가 간단하여 장치가 소형화 될 수 있으며, 전달손실이 적어 조작성이 우수한 조향비 가변 조향장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 조향비 가변 조향장치의 구성을 보인 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 조향비 가변수단이 장착된 동력 조향장치의 구성을 보인 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 조향비 가변수단의 구성을 보인 분해 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 파워실린더, 11,12: 오일 유입포트,

20: 기어박스, 30: 출력축,

31: 타이로드, 32: 피스톤,

40: 조향비 가변수단, 41: 나선축,

42: 나선홈, 43: 피동베벨기어,

44: 구동베벨기어, 45: 걸림돌기,

51: 입력축, 60: 제어밸브.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 핸들의 조작에 따라 회전되는 입력축과, 상기 입력축의 회전에 따라 그 축선 방향으로 직선운동을 하여 바퀴를 조향시키는 출력축과, 상기 출력축과 상기 입력축 사이에 설치되어 상기 입력축의 회전운동을 상기 출력축의 직선운동으로 변환하는 동시에 조향비를 가변되게 하는 조향비 가변수단을 구비하는 조향비 가변 조향장치에 있어서,

상기 조향비 가변수단은 상기 출력축과 평행하게 설치되며 외주면에 나선홈이 형성된 나선축과, 상기 나선축의 일단부에 설치되는 피동베벨기어와, 상기 피동베벨기어를 회전시키도록 상기 입력축의 단부에 설치되어 상기 피동베벨기어와 이물림되는 구동베벨기어와, 상기 나선축의 회전에 의해 상기 출력축이 직선운동되도록 상기 출력축의 외면에 돌출되게 형성되며 상기 나선홈에 끼워져 걸리는 걸림돌기를 포함하며, 상기 나선홈의 골과 골사이의 거리는 상기 나선축의 중앙부에서 양측 단부 쪽으로 갈수록 크게 형성된 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 조향비 가변수단이 장착된 동력 조향장치의 구성을 보인 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 조향비 가변수단의 구성을 보인 사시도이다.

본 발명이 적용되는 동력 조향장치는 이에 도시된 바와 같이, 밀폐구조를 이루도록 양단부가 폐쇄된 원통상의 파워실린더(10)가 구비되고, 이 파워실린더(10)의 일측방에는 내부에 복수의 기어와 나선축이 설치되는 기어박스(20)가 일체로 형성된다. 그리고, 상기 파워실린더(10)의 내측에는 이를 관통하여 양측으로 길게 연장되며 그 축선 방향으로 직선운동하는 출력축(30)이 설치된다. 그리고, 기어박스(20)와 파워실린더(10)의 외측으로 연장되는 출력축(30)의 양단부에는 출력축(30)의 동작에 의해 바퀴(미도시)를 조향시킬 수 있도록 바퀴 쪽에서 연장된 타이로드(31)가 연결된다.

또한, 상기 파워실린더(10)의 내측에 위치되는 출력축(30)의 외면에는 파워실린더(10)의 내부공간을 양측으로 구획하는 동시에, 상기 출력축(30)과 함께 파워실린더(10)의 내부를 직선 왕복운동하는 피스톤(32)이 설치된다. 그리고, 파워실린더(32)에는 오일펌프(미도시)에서 공급되는 오일이 피스톤(32)에 의해 구획된 파워실린더(10)의 양측 내부 공간으로 유입될 수 있도록 오일 유입포트(11,12)가 형성된다.

또한, 상기 기어박스(20)의 내측에는 핸들(50)과 함께 회전되는 입력축(51)의 회전운동을 축력축(30)의 직선운동으로 변환시키는 동시에 조향비가 가변될 수 있도록 복수의 베벨기어와 나선축으로 구성된 조향비 가변수단(40)이 마련된다.

그리고, 상기 기어박스(20)의 내측으로 진입되는 입력축(51)의 일측에는 상기 파워실린더(10)의 오일 유입포트(11,12)로 유입되는 오일의 유입 방향을 결정하는 제어밸브(60)가 설치된다. 이 제어밸브(60)는 핸들(50)의 회전 방향에 따라 밸브의 개도가 조절되어, 오일펌프의 오일이 파워실린더(10)의 좌측포트(11) 또는 우측포트(12)로 공급될 수 있게 하여, 조향하고자 하는 방향쪽에 보조배력이 생성되게 한다.

한편, 상기 기어박스(20)의 내측에 설치되는 조향비 가변수단(40)은 도 3에 도시된 바와 같이, 외주면에 나선홈(42)이 형성된 나선축(41)이 구비되고, 이 나선축(41)의 일단부에는 피동베벨기어(43)가 설치되며, 피동베벨기어(43)를 회전시키는 구동베벨기어(44)가 입력축(51)의 단부에 고정된다.

또한, 나선축(41)은 상기 출력축(30)과 평행하게 설치되며 그 양측 단부가 기어박스(20)에 회동 가능하게 지지되게 된다. 그리고, 출력축(30)의 외면에는 돌출된 걸림돌기(45)가 마련되어 상기 나선축(41)의 나선홈(42)에 끼워지게 된다.

따라서, 입력축(51)이 회전되면 구동베벨기어(44)와 피동베벨기어(43)에 의해 나선축(41)이 회전을 하게 되고, 출력축(30)의 걸림돌기(45)는 나선홈(42)을 따라 이동을 하게 되어 출력축(30)의 직선운동이 발생되게 된다. 즉, 핸들(50)과 함께 입력축(51)이 회전될 때 출력축(30)은 핸들(50)의 회전방향에 따라 왼쪽 또는 오른쪽으로 직선운동을 하여 바퀴를 조향할 수 있게 된다.

또한, 상기 나선축(41)의 외면에 형성된 나선홈(42)의 피치(골과 골사이의 거리, P1,P2)는 나선축(41)의 중앙부에서 양측 단부 쪽으로 갈수록 커지도록 형성된다. 이는 차량이 직진 주행상태에 있을 때 핸들의 응답성을 떨어뜨려 주행 안정성을 기하고, 차량이 곡선 주행상태에 있을 때 핸들의 응답성을 높여주어 조타바쁘기를 해소할 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 입력축(51) 및 나선축(41)의 회전속도가 일정하게 유지되는 상태에서, 출력축(30)의 외면에 형성된 걸림돌기(45)가 나선축(41)의 중앙부에 걸려 있을 때에는 나선홈(42)의 피치(P1)가 짧기 때문에 출력축(30)이 느리게 움직이게 되고, 나선축(41)이 회전이 되어 걸림돌기(45)가 나선축의 양측 단부 쪽으로 이동이 되었을 경우에는 나선홈(42)의 피치(P2)가 커지게 되어 출력축(30)의 움직임이 빨라지게 된다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치의 동작을 설명한다.

운전자가 핸들(50)을 좌측 또는 우측으로 회전시키면, 제어밸브(60)의 개도가 조절되어 오일펌프의 오일이 파워실린더(10)의 일측으로 유입되게 된다. 이때, 파워실린더(10) 내부의 피스톤(32)은 오일의 작동압에 밀리게 되어, 핸들(50)을 조작하는 방향으로 출력축(30)을 밀어주게 됨으로써 핸들(50)의 조작이 용이해지게 된다.

이와 동시에, 핸들(50)과 함께 회전되는 입력축(51)의 회전력은 구동베벨기어(44)와 피동베벨기어(43)를 통해 나선축(41)으로 전해지게 되어 나선축(41)의 회전이 이루어지게 된다. 이때, 출력축(30)의 외면에 돌출된 걸림돌기(45)가 나선축의 나선홈(42)을 따라 횡방향으로 이동을 하게 되어 출력축(30)이 직선운동을 하게 된다.

이때, 본 발명에 따른 조향장치는 나선홈(42)의 피치가 나선축(41)의 중앙부에서 양측 단부로 갈수록 커지도록 되어 있어 나선축(41)이 동일한 회전수로 회전을 하여도 출력축(30)의 움직임이 가변되게 된다.

즉, 걸림돌기(45)가 나선축(41)의 중앙부에 위치되어 바퀴가 직진주행 상태로 정렬되어 있는 경우에는 나선홈(42)의 피치(P1)가 작아 출력축(30)이 느리게 움직이게 되고, 걸림돌기(45)가 나선축(41)의 양측 단부 쪽에 위치되어 바퀴가 어느 일측 방향으로 절환된 상태에서는 나선홈(42)의 피치(P2)가 크기 때문에 출력축이 빨리 움직이게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 조향장치는 핸들(50)의 회전에 따른 출력축(30)의 움직임이 중립상태에서 느리고 양측에서 빠르게 되어, 차량이 고속 직진 주행상태일 때에는 핸들(50)의 응답성이 감소되어 주행의 안정성을 기할 수 있게 되고, 차량이 회전을 할 때에는 응답성이 빨라지게 되어 조타 바쁘기가 해소할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치는 나선축의 외면에 형성된 나선홈의 피치가 나선축의 중앙부에서 양측 단부 쪽으로 갈수록 커지도록 형성됨에 따라 나선축이 일정한 회전속도로 회전되더라도 출력축의 움직임이 가변되게 됨으로써, 차량의 고속 직진주행시에는 핸들의 응답성이 떨어져 조작의 안정성을 확보하게 되고, 차량의 곡선 주행시에는 응답성이 빨라져 조타 바쁘기를 해소할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치는 종래의 구성에 비하여 구조가 단순하고, 부피 및 운동범위가 작아 장치가 소형화될 수 있기 때문에 그 제조비용 및 설치가 용이할 뿐만 아니라, 동력 전달손실이 적은 이점이 있다.

Claims (2)

1. 핸들(50)의 조작에 따라 회전되는 입력축(51)과, 상기 입력축의 회전에 따라 그 축선 방향으로 직선운동을 하여 바퀴를 조향시키는 출력축(30)과, 상기 출력축과 상기 입력축 사이에 설치되어 상기 입력축의 회전운동을 상기 출력축의 직선운동으로 변환하는 동시에 조향비를 가변되게 하는 조향비 가변수단을 구비하는 조향비 가변 조향장치에 있어서,

   상기 조향비 가변수단은 상기 출력축(30)과 평행하게 설치되며 외주면에 나선홈(42)이 형성된 나선축(41)과, 상기 나선축의 일단부에 설치되는 피동베벨기어(43)와, 상기 피동베벨기어를 회전시키도록 상기 입력축(51)의 단부에 설치되어 상기 피동베벨기어와 이물림되는 구동베벨기어(44)와, 상기 나선축(41)의 회전에 의해 상기 출력축(30)이 직선운동되도록 상기 출력축의 외면에 돌출되게 형성되며 상기 나선홈(42)에 끼워져 걸리는 걸림돌기(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향비 가변 조향장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 나선홈(42)의 피치(골과 골사이의 거리)는 상기 나선축(41)의 중앙부에서 양측 단부 쪽으로 갈수록 크게 형성된 것을 특징으로 하는 조향비 가변 조향장치.