KR100646397B1 - 입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치 - Google Patents

입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 유압식 동력 보조 조향장치에 있어서, 운전자로부터 조향 조작을 위한 조향휠, 조향휠의 회전 토크를 전달해 주는 조향축, 조향축과 연결된 입력축으로부터 입력받은 회전 토크를 직선 운동으로 변환하는 랙 기어가 형성된 랙바와 피니언 기어를 포함하는 기어 박스, 기어 박스를 관통하고 랙바를 감싸는 랙하우징, 랙 바의 직선 운동을 휠과 타이어에 전달하기 위한 링크 기구, 파워 스티어링 오일의 압력을 생성하고 순환시키는 파워 스티어링 펌프, 파워 스티어링 오일의 입출력을 제어하는 콘트롤 밸브 하우징, 콘트롤 밸브 하우징의 작동에 따라 상기 랙 바로 작용력을 인가하는 실린더 및 실린더 내부의 랙 바와 결합하여 좌우 왕복 운동하는 피스톤을 포함하되, 상기 입력축에 형성된 리턴 홀(Return Hall)이 2개인 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 리턴 홀에서 발생하는 노이즈를 감소하여 노이즈에 의해 발생하는 운전자의 불쾌감을 제거하는 효과가 있다.
입력축, 조향장치, 소음감소, 리턴 홀

Description

입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치{Low Hiss Noise Input Shaft and Hydraulic Power Steering Apparatus Having The Same}
도 1은 유압식 동력 보조 조향장치의 일반적인 구성을 나타낸 개략 구성도,
도 2는 유압식 동력 보조 조향장치의 콘트롤 밸브 하우징 및 기어 박스의 종단면도,
도 3a는 조향휠 중립시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 3b는 조향휠 우회전시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 3c는 조향휠 좌회전시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 4는 도 2의 B-B' 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 도 2의 B-B' 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 조향휠 105: 조향축
110: 콘트롤 밸브 하우징 115: 기어 박스
120: 피니언 기어 125: 랙기어
130: 랙하우징 135: 피스톤
140: 타이로드 145: 너클 암
150: 바퀴 160: 파워 스티어링 오일 탱크
165: 엔진 170: 회수 유로
175: 공급 유로 180: 좌측 유로
185: 우측 유로 190: 랙바
195: 실링부 200: 토션바
210: 입력축 220: 피니언 샤프트
230: 밸브 바디 250: 리턴 홀
본 발명은 입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 입력축에 형성된 리턴 홀의 개수를 2 개로 형성하여 초기 조향시 기어박스에 인가되는 최소 압력의 증대를 통해 소음을 감소시키는 입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 조향장치는 핸들 조향에 따른 조향축의 회전력을 조향장치에 전달하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 선회할 수 있도록 하는 장치로서, 크게는 전동식 동력 보조 조향장치와 유압식 동력 보조 조향장치로 구분된다.
전동식 동력 보조 조향장치는 차량의 주행 속도에 따라 핸들의 조타력을 모 터의 회전력을 이용해 정차시나 저속시에는 조타력을 가볍게 해주고, 고속시에는 조타력을 무겁게 하여 고속 주행 안정성을 운전자에게 제공하는 조향장치의 일종이다.
한편 유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 구동력을 이용해 파워 스티어링 펌프를 구동하고, 파워 스티어링 펌프에서 출력되는 파워 스티어링 오일을 실린더에 선택적으로 주입하여 정차시나 저속시에는 조타력을 가볍게 해주고, 고속시에는 조타력을 무겁게 하여 고속 주행 안정성을 운전자에게 제공하는 조향장치의 일종이다.
도 1은 유압식 동력 보조 조향장치의 일반적인 구성을 나타낸 개략 구성도이다.
유압식 동력 보조 조향장치는 엔진(165)에서 발생시킨 동력 에너지를 파워 스티어링 펌프(155)에 전달하여 파워 스티어링 오일 탱크(160)에 저장된 파워 스티어링 오일을 흡입 유로(173)를 통하여 흡입한 후 공급 유로(175)를 통해서 콘트롤 밸브 하우징(110)으로 공급한다.
구성 요소를 콘트롤 밸브 하우징(110)을 기준으로 전단과 후단으로 구분하면, 전단은 파워 스티어링 펌프(155)에서 공급되는 파워 스티어링 오일의 유로가 되는 공급 유로(175), 공급 유로(175)를 통해서 공급된 파워 스티어링 오일이 회수되는 회수 유로(170)와 공급 유로(175)에 파워 스티어링 오일을 공급하는 파워 스티어링 펌프(155), 파워 스티어링 펌프(155)에 구동력을 제공하는 엔진(165), 파워 스티어링 펌프(155)가 파워 스티어링 오일을 흡입하는 흡입 유로(173), 일측은 회 수 유로(170)와 연결되어 있고 타측은 흡입 유로(173)와 연결되어 회수된 파워 스티어링 오일이 흡입 유로(173)로 주입되기 전에 임시로 머무는 파워 스티어링 오일 탱크(160)를 포함하여 구성된다.
한편 후단은 랙바(190)의 외주면에 랙바(190)의 좌우 직선 운동을 가이드하고 랙바(190)를 감싸는 랙하우징(130), 랙바(190)가 좌우 직선 운동할 때 내주면이 랙바(190)의 외주면에 고정되며 외주면이 랙하우징(130)의 내주면과 상대 피스톤 운동하는 링 형태의 피스톤(180), 랙하우징(130)의 길이 방향으로 피스톤(180)을 중심으로 좌우 양쪽으로 랙하우징(130)에 고정되며 랙바(190)에 밀착하여 랙바(190)가 좌우 직선 운동할 때 랙바(190)를 감싸면서 파워 스티어링 오일의 누유를 막는 실링부(195), 랙하우징(130)에서 피스톤(180)을 중심으로 좌우 양쪽의 실링부(195) 사이에 좌측 실린더(A)와 우측 실린더(B)가 형성된다. 좌측 실린더(A)는 좌측 유로(180)와 연결되고 우측 실린더(B)는 우측 유로(185)에 연결된다.
도 2는 유압식 동력 보조 조향장치의 콘트롤 밸브 하우징 및 기어 박스의 종단면도이다.
기어 박스(115)는 피니언 기어(120)의 회전 운동을 랙바(190)의 직선 운동으로 전환시키는 구조로 되어 있고, 입력축(210)의 내부는 중공 형상으로 일측이 조향축(105)과 연결된다. 토션바(200)의 일측은 입력축(210)의 내부 중공으로 삽입 고정되어 조향축(105)과 연결된 입력축(210)과 연동되고, 타측은 피니언 샤프트(220)와 연결되어 있으며 피니언 샤프트(220)는 랙바(190)와 치합되는 피니언 기어(120)를 형성하고 있다.
운전자가 조향휠(100)을 회전시키면 입력축(210), 토션바(200), 피니언 샤프트(220) 및 피니언 기어(120)가 연동하여 회전하는 구조를 가진다. 토션바(200)는 조향축(105)과 피니언 샤프트(220) 사이에 회전차로 생기는 비틀림을 발생시키는 일종의 스프링으로서, 토션바(200)의 비틀림으로 콘트롤 밸브 하우징(110)의 유로를 변경시키는 기능을 가진다.
입력축(210)의 외주면에는 중공 형상의 밸브 바디(230)가 감싸고 있는데, 밸브 바디(230)는 피니언 샤프트(220)와 연동하여 회전한다. 즉, 피니언 샤프트(220), 피니언 기어(120) 및 밸브 바디(230)는 연동하여 회전하는 구조를 가진다. 또한, 밸브 바디(230)의 외주면에는 콘트롤 밸브 하우징(110)이 감싸고 있는데, 이 콘트롤 밸브 하우징(110)에는 공급 유로(175), 회수 유로(170), 좌측 유로(180) 및 우측 유로(185)가 형성되어 있다. 운전자가 조향휠(100)을 작동하지 않을 경우에는 공급 유로(175)를 통해서 들어온 파워 스티어링 오일이 회수 유로(170)를 통해서 나가지만, 조향축(105)이 회전하여 토션바(200)에 비틀림이 생길 경우 입력축(210)의 외주면과 밸브 바디(230)의 내주면 간의 회전 차이에 의해서 생기는 유로의 변화로 공급 유로(175)로 공급된 파워 스티어링 오일이 좌측 유로(180)나 우측 유로(185)로 주입된다.
바퀴(150)와 노면 사이에 발생하는 마찰력으로 인하여 피니언 기어(120)는 정지 마찰력 이상의 회전력을 가해야 회전하는데 운전자가 조향휠(100)을 우측으로 회전시키면 이에 따라 입력축(210)도 우측으로 회전하지만, 피니언 기어(120)가 회전하지 않을 경우 토션바(200)는 비틀리게 된다. 결국, 밸브 바디(230)는 피니언 샤프트(220)와 연결 고정되어 회전하지 않고 조향축(105)에 연결되어 입력축(210)과 토션바(200)의 일단만 회전하게 된다. 따라서 입력축(210)과 밸브 바디(230)사이에 토션바(200)의 비틀림만큼 회전 차이가 생겨서, 밸브 바디(230)의 내주면과 입력축(210)의 외주면 사이에 형성된 홈의 단차가 발생하게 된다.
도 3a는 조향휠 중립시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도이다. 조향장치가 작동되지 않을 경우에는 입력축(210)의 외주면과 밸브 바디(230)의 내주면 사이에 회전 차이가 없어서 공급 유로(175)를 통해서 들어온 파워 스티어링 오일이 밸브 바디(230)의 내주면에 형성된 홈을 통하여 토션바(200)의 길이 방향으로 이동하여 리턴 홀(250)을 통해 회수 유로로 이동하게 된다.
도 3b는 조향휠 우회전시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 조향휠(100)을 우측으로 회전하여 입력축(210)과 밸브 바디(230) 사이에 회전 차이가 발생하면 공급 유로(175)를 통해서 들어온 파워 스티어링 오일이 밸브 바디(230)의 내주면에 형성된 홈과 입력축(210)의 외주면에 형성된 홈을 통해서 우측 유로(185)로 공급되게 된다. 따라서 우측 실린더(B)에 공급된 파워 스티어링 오일의 압력으로 랙바(190)가 좌측으로 움직이고 바퀴는 우측으로 조향된다. 이때, 좌측 실린더(A)에 있던 파워 스티어링 오일은 좌측 유로(180)를 통해서 밸브 바디(230)로 유입되며 결국 회수 유로를 통해서 파워 스티어링 오일 탱크(160)로 순환되게 된다.
도 3c는 조향휠 좌회전시 도 2의 A-A' 단면도를 포함한 유압식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 조향휠(100)을 좌측으로 회전하여 입력축(210)과 밸브 바디 (230) 사이에 회전 차이가 발생하면 공급 유로(175)를 통해서 들어온 파워 스티어링 오일이 밸브 바디(230)의 내주면에 형성된 홈과 입력축(210)의 외주면에 형성된 홈을 통해서 좌측 유로(180)로 공급되게 된다. 따라서 좌측 실린더(A)에 공급된 파워 스티어링 오일의 압력으로 랙바(190)가 우측으로 움직이고 바퀴는 좌측으로 조향된다. 이때, 우측 실린더(B)에 있던 파워 스티어링 오일은 우측 유로(180)를 통해서 밸브 바디(230)로 유입되며 결국 회수 유로를 통해서 파워 스티어링 오일 탱크(160)로 순환되게 된다.
도 4는 도 2의 B-B' 단면도이다.
종래의 입력축(210)에는 입력축(210) 내부에 구비된 토션바(200)의 중심축을 중심으로 방사상으로 입력축(210) 내부로부터 외부로 관통한 원형의 리턴 홀(250)이 4 개 형성되어 있었다.
파워 스티어링 펌프(155)로부터 생성된 압력에 의해 공급 유로(175)로 들어와 밸브 바디(230)와 입력축(210)의 회전 방향에 따라 선택적으로 좌측 또는 우측 실린더로 유압을 전달하고 회수되는 파워 스티어링 오일은 입력축(210)에 형성된 리턴 홀(250)을 통해 빠져나와 회수 유로(170)를 통해 파워 스티어링 오일 탱크(160)로 되돌아간다. 이때, 입력축(210)이 회전함으로 인해 파워 스티어링 오일이 이동하는 동안 밸브 바디(230)와 입력축(210) 사이의 유로 단면적은 확대 및 축소를 지속적으로 반복한다. 유로 단면적의 변화는 유속의 변화를 일으키면서 파워 스티어링 오일이 이동함에 따라 강한 소음(Hiss Noise)을 발생시키고, 이러한 소음은 엔진 소음이 비교적 작게 발생하는 정차시의 조향이나 주차시 조향하는 데 있어서 운전자로 하여금 불쾌감을 느끼게 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 입력축에 형성된 리턴 홀(Return Hole)의 개수를 2 개로 형성하여 초기 조향시 기어박스에 걸리는 최소압력의 증대를 통해 소음을 감소시키는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 유압식 동력 보조 조향장치에 있어서, 운전자로부터 조향 조작을 위한 회전 토크를 전달받는 조향휠, 조향휠의 회전 토크를 전달해 주는 조향축, 조향축과 연결된 입력축, 입력축으로부터 입력받은 회전 토크를 직선 운동으로 변환하는 랙 기어가 형성된 랙바와 피니언 기어를 포함하는 기어 박스, 기어 박스를 관통하고 랙바를 감싸는 랙하우징, 랙 바의 직선 운동을 바퀴에 전달하기 위한 너클과 연결해 주는 타이로드와 볼 조인트를 포함하는 링크 기구, 파워 스티어링 오일의 압력을 생성하고 파워 스티어링 오일을 순환시키는 파워 스티어링 펌프, 조향시 파워 스티어링 오일의 입출력을 제어하는 콘트롤 밸브 하우징, 콘트롤 밸브 하우징의 작동에 따라 랙 바로 작용력을 인가하는 실린더 및 실린더 내부의 랙 바와 결합하여 좌우 왕복 운동하는 피스톤을 포함하되, 입력축에 형성된 리턴 홀(Return Hall)이 2개인 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 B-B' 횡단면도이다.
종래의 4 개였던 리턴 홀(250)을 2 개로 줄임으로써 조향시 기어 박스(115)에 걸리는 초기 최소 압력의 증대를 통해 소음을 감소시킨다.
2 개의 리턴 홀(250)은 입력축(210) 내부에 구비된 토션바(200)의 중심축을 기준으로 서로 대향하도록 형성한다.
종래의 입력축과 본 발명에 따른 입력축을 이용한 조향장치를 각각 실험해 본 결과 종래의 입력축을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치는 40 dB을 약간 상회하는 소음치였고 본 발명에 따른 입력축을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치는 종래와 비교하여 소음이 2~3 dB 감소하였다.
40 dB라는 임계치 이하로 소음이 낮아졌을 경우 운전자는 조향시 발생하는 소음을 거의 인식하지 못하기 때문에 조향시 발생하는 소음에 의해 운전자가 느끼는 불쾌감은 완전히 사라진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 입력축에 형성된 리턴 홀의 개수를 2 개로 형성하여 조향시 발생하는 소음을 임계치 이하로 낮추어 조향시 운전자가 느끼는 불쾌감을 없애고 작업공정을 단순화하여 제작비용을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 유압식 동력 보조 조향장치에 구비된 입력축에 있어서,
    상기 입력축에 형성된 리턴 홀(Return Hall)이 2 개인 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치에 구비된 입력축.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 리턴 홀은 상기 입력축의 중심축을 중심으로 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치에 구비된 입력축.
KR1020050110992A 2005-11-18 2005-11-18 입력축 및 그를 구비한 유압식 동력 보조 조향장치 KR100646397B1 (ko)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6056668A (ja) 1983-09-06 1985-04-02 Toyoda Mach Works Ltd 動力舵取装置用サ−ボ弁装置
JPH05105096A (ja) * 1991-10-15 1993-04-27 Toyota Motor Corp パワーステアリング用コントロールバルブ
JP2000219144A (ja) 1999-01-29 2000-08-08 Showa Corp パワーステアリング装置

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