KR100804916B1 - 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

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마사까즈 구라따
도오루 다까하시
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

파워 스티어링 시스템은 조향 메커니즘의 조향력을 보조하기 위해 제1 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와, 제1 및 제2 실린더 챔버에 각각 연결되는 제1 및 제2 오일 통로와, 작동 오일을 배출하고 제1 및 제2 오일 통로를 통하여 유압 실린더에 오일 압력을 제공하는 가역 펌프와, 가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터를 포함한다. 조향 부하 감지 유닛은 조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하고, 모터 제어 유닛은 제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시킨다. 가역 펌프의 회전당 배출량은 5cc 이하이다.
파워 스티어링 시스템, 유압 실린더, 오일 통로, 가역 펌프, 모터, 조향 부하 감지 유닛, 모터 제어 유닛

Description

파워 스티어링 시스템 {POWER STEERING SYSTEM}
도1은 본 발명에 따른 파워 스티어링 시스템의 개략도.
도2는 펌프의 종방향 단면도.
도3은 파워 조향 모터(고토크, 저분당회전수 모터)의 성능 곡선들.
도4는 파워 조향 모터(저토크, 고분당회전수 모터)의 성능 곡선들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 가역 펌프
2 : 스티어링 휠
3 : 조향 축
4 : 피니언 조향 기어(또는 피니언 축)
5 : 래크 축
6 : 토크 센서
7 : 전자 제어 유닛(ECU)
8 : 유압 실린더
9 : 위치 센서
21 : 제1 오일 통로
22 : 제2 오일 통로
81 : 제1 실린더 챔버
82 : 제2 실린더 챔버
83 : 피스톤
본 발명은 조향력을 보조하는 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
최근에, 다양한 파워 스티어링 시스템들이 제안되고 개발되어 왔다. 그러한 파워 스티어링 시스템의 일예가 일본 공개 특허 공보 제2004-276664호(이후에 "일본 제2004-276664호"로 언급됨)에서 개시되었다. 일본 제2004-276664호에서, 파워 스티어링 시스템은 파워 실린더와, 파워 실린더에 연결되고 작동 오일을 예비 탱크로부터 파워 실린더로 공급하는 가역 펌프와, 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키거나 구동하는 모터를 포함한다. 또한, 피스톤이 파워 실린더 안에 제공되고, 파워 실린더와 피스톤은 협동하여 두 개의 오른쪽 및 왼쪽 작동 압력 챔버들을 형성한다. 오일 압력(작동유 압력)은 모터에 의해 구동되는 가역 펌프에 의해 이들 오른쪽 및 왼쪽 압력 챔버들에 선택적으로 분배되고, 따라서 조향 보조력을 생성한다. 일본 제2004-276664호에서, 파워 스티어링 시스템은 실질적으로 가역 펌프로부터 배출된 모든 작동 오일이 파워 실린더에 공급되도록 구성된다.
한편, 제어 밸브를 채택한 다른 파워 스티어링 시스템들이 사용되었다. 이들 파워 스티어링 시스템들에서, 펌프로 가압된 작동 오일은 제어 밸브를 통하여 파워 실린더에 제공된다. 제어 밸브에 의해 제공될 때, 펌프로부터 배출된 작동 오일 중 조향 보조를 위해 필요한 양의 작동 오일만이 파워 실린더에 제공된다. 파워 실린더에 제공된 작동 오일이 아닌 잔여 오일은 압력을 유지하는 동안 예비 탱크로 배출된다.
그러나, 상기 제어 밸브를 채택한 파워 스티어링 시스템들에서, 조향 보조를 위해 필요한 오일이 아닌 잔여 오일은 압력을 유지하는 동안 배출된다. 따라서, 이는 비효율적일 수 있다. 또한, 부품 수가 제어 밸브를 구비함으로 인해 증가한다. 한편, 일본 제2004-276664호에서, 파워 스티어링 시스템은 제어 밸브를 구비하고 있지 않다. 따라서, 이는 상기 단점을 갖지 않는다. 대신, 제어 밸브를 갖지 않기 때문에, 작동 오일을 파워 실린더와 예비 탱크에 선택적으로 분배하는 것은 불가능하다. 즉, 실질적으로 펌프로부터 배출된 모든 작동 오일은 파워 실린더에 공급된다. 이 때문에, 펌프의 고유 배출량(회전당 펌프 배출량)이 너무 큰 경우에, 모터는 효율적인 범위에서 작동할 수 없다. 따라서 이는 전력 소비의 증가에 이른다. 또한, 모터의 관성이 커지기 때문에 모터는 효율적으로 반응할 수 없고, 따라서 조향감의 악화에 이른다. 한편, 상기 언급된 바와 같이, 실질적으로 모든 작동 오일이 파워 실린더에 공급되기 때문에, 필요보다 더 많은 작동 오일이 파워 실린더에 공급될 수 있다. 이러한 문제점을 피하기 위해, 펌프가 저분당회전수로 구동될 수 있다. 그러나, 펌프가 저분당회전수로 작동한다면, 모터의 효율이 감소된다. 또한 이 경우에, 전력 소비가 모터의 감소된 효율 때문에 증가한다. 또한 저분당회전수에서 모터의 응답은 부적절하고, 따라서 조향감의 악화에 이른다.
따라서 본 발명의 목적은 모터가 효율적인 범위에서 작동하는 조건 하에 응답성을 향상시켜서 조향감을 강화할 수 있는 파워 스티어링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파워 스티어링 시스템은 조향되는 로드 휠(road wheel)들에 연결되도록 구성된 조향 메커니즘의 조향력을 보조하기 위해 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와, 제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와, 제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와, 작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와, 가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와, 조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠(steering wheel)의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과, 제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과, 5cc 이하인 가역 펌프의 회전당 배출량을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파워 스티어링 시스템은 조향되는 로드 휠들에 연결되도록 구성된 조향 메커니즘의 조향력을 보조하기 위해 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와, 제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와, 제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와, 작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 내부 기어들과 외부 기어들을 갖고 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와, 가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와, 조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과, 제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과, 내부 및 외부 기어들 사이에 형성되고 5cc 이하인 가역 펌프의 체적을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파워 스티어링 시스템은 스티어링 휠에 연결되는 조향 축과, 조향축에 연결되는 피니언(pinion)과, 피니언의 회전 운동을 래크(rack) 축의 직선 축 운동으로 전환하기 위해 피니언과 결합하고 조향되는 로드 휠들에 연결되도록 구성된 래크 축과, 축 방향으로 래크 축에 추력을 제공하기 위해 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와, 제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와, 제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와, 작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 내부 기어들과 외부 기어들을 갖고 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와, 가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와, 조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과, 제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과, 5cc 이하인 가역 펌프의 회전당 배출량을 포함한다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면들을 참조한 다음의 기술로부터 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면들을 참조하여 아래에 설명될 것이다. 도1은 파워 스티어링 시스템의 개략도를 도시한다. 운전자가 스티어링 휠(2)을 돌릴 때(스티어링 휠(2)이 돌려질 때), 피니언 조향 기어(또는 피니언 축)(4)는 조향 축(3)을 통하여 구동된다. 그리고, 조향 메커니즘(회전 운동을 직선 축 운동으로 전환하는 소위 래크와 피니언 메커니즘)에 의하여, 래크 축(5)은 축 방향으로 이동하고, 따라서 앞 바퀴들(또는 조향되는 로드 휠들, 도시 않음)을 조정하거나 돌린다. 조향 축(3)과 피니언 조향 기어(4) 사이에, 조향 부하 감지 유닛으로 토크 센서(6)가 배치되어서 스티어링 휠(2)의 조향력(조향 부하)을 감지하고, 감지된 조향 부하에 대응하는 토크 신호를 전자 제어 유닛(ECU)(7)에 출력한다.
파워 스티어링 시스템에서, 파워 스티어링 메커니즘은 스티어링 휠(2)의 조향력에 응답하여 래크 축(5)의 이동을 보조하기 위해 제공된다. 파워 스티어링 메커니즘은 위치 센서(9)를 갖춘 모터(M), 가역 펌프(1), 그리고 실린더(유압 실린더)(8)를 포함한다. 실린더(8)는 래크 축(5)을 수용하고, 래크 축(5)에 축 방향으로 추력을 제공한다(또는 조향 메커니즘의 조향력을 보조한다). 또한, 피스톤(83)이 실린더(8) 안에 제공된다. 피스톤(83)은 실린더(8) 안에서 축 방향으로 이동가능하거나 활주가능하다. 래크 축(5)의 이동은 축 방향 피스톤(83)의 이동에 의하여 보조된다. 실린더(8) 안에서, 두 개의 실린더 챔버들(또는 유압 챔버들, 작동 압력 챔버들), 제1 실린더 챔버(81) 및 제2 실린더 챔버(82)가 피스톤(83)에 의해 형성된다. 제1 및 제2 실린더 챔버들(81,82)은 각각 제1 오일 통로(21) 및 제2 오일 통로(22)와 연통한다. 이들 제1 및 제2 오일 통로들(21,22)은 가역 펌프(1)의 한 쌍의 출구들 각각에 연결된다.
상기 언급된 바와 같이, 토크 신호는 토크 센서(6)로부터 전자 제어 유닛(7)으로 입력된다. 또한, 점화 스위치로부터의 스위치 신호, 엔진 분당회전수 센서에 의해 감지된 엔진 분당회전수 신호, 차량 속도 센서에 의해 감지된 차량 속도 신호 등이 전자 제어 유닛(7)에 입력된다. (모터 제어 유닛으로서의)전자 제어 유닛(7)은 이들 다양한 정보 신호들에 기초하여 조향 보조력을 결정하고, 모터에 제어 신호 또는 명령 신호를 출력한다. 따라서 모터가 구동되고 모터는 가역 펌프(1)를 구동하여서 소정의 오일 압력이 가역 펌프(1)에 의해 생성되도록 한다.
모터에 관해서, 저토크, 고분당회전수 브러시리스(brushless) 타입의 모터가 이러한 파워 스티어링 시스템에 사용되고, 모터의 회전수가 3000rpm(3000 분당회전수)를 초과하는 범위에서 사용된다. 도4에서 도시된 바와 같이, 모터의 회전수가 3000rpm 이상일 때, 모터는 고효율 범위(모터 효율은 60 퍼센트(%) 이상임)에서 작동할 수 있다. 또한, 브러시리스 타입의 모터는 관성 특성이 우수하다. 따라서, 브러시리스 타입 모터를 사용함으로써, 정방향 및 역방향으로 조향 방향의 변화가 빈번하게 일어나는 파워 스티어링 시스템의 응답이 향상된다. 이는 조향감의 향상에 이른다.
또한, 모터가 고효율 범위에서 작동하기 위해서, 파워 스티어링 시스템은 모 터가 스티어링 휠(2)의 회전당(또는 피니언 축(4)의 회전당) 15 회전과 38 회전 사이에서 회전하도록 구성된다. 즉, 감속비가 15부터 38까지 설정된다. 감속비를 15 이상으로 설정함으로써, 모터의 토크 부하가 감소되거나 작아진다. 이는 상기 언급된 저토크 고분당회전수 모터를 사용할 수 있게 하고, 모터의 관성을 감소시킨다. 한편, 감속비를 38 이하로 설정함으로써, 관성 증가가 감소되거나 한정될 수 있다. 만약 감속비가 너무 큰 값으로 설정된다면, 모터의 관성은 필연적으로 커진다. 이러한 경우에, 이는 조향감의 악화에 이른다. 따라서, 감속비는 38 이하로 설정된다. 따라서, 감속비를 적절한 비율(15와 38사이)로 설정함으로써, 조향감이 향상될 수 있다.
다음으로, 실린더에 작동 오일(오일 압력)을 제공하는 펌프가 설명된다. 도2는 펌프(1)의 종방향 단면도를 도시한다. 펌프(1)는 소위 양방향 트로코이드(trochoid) 펌프이고, 펌프의 회전당 배출의 수(펌핑 챔버의 수)는 베인(vane) 펌프의 수보다 크다. 따라서, 트로코이드 펌프는 펌프 맥동과 펌프 소음을 감소시킬 수 있다. 트로코이드 펌프를 사용함으로써, 진동이 억제될 수 있고, 조향감이 향상된다.
펌프(1)는 하우징(11), 외부 로터(13), 내부 로터(14), 캠 링(15), 그리고 구동 축(16)을 갖는다. 내부 로터(14), 외부 로터(13), 캠 링(15)은 이러한 순서로 하우징의 중심에서부터 배치되고 축 방향(Z축)으로 삽입되고, 하우징(11)에 수용된다. 구동 축(16)은 모터의 출력 축에 직접 연결된다. 즉, 구동 축(16)과 모터 출력 축 사이에 감속 기어가 없다. 전달 손실이 감소된다.
외부 로터(13)는 로터 내부 주연에 다수의 내부 치(또는 내부 기어들)(131)로 형성되고, 캠 링(15) 안에 회전가능하게 배치된다. 내부 로터(14)는 로터 외부 주연에 다수의 외부 치(또는 외부 기어들)(141)로 형성되고, 외부 로터(13) 안에 배치된다.
펌프 맥동에 관하여, 이는 내부-외부 치 맞물림에 의해 발생한다. 보다 구체적으로, 펌프 맥동은 펌프(1)의 회전당 내부 및 외부 치(131,141)의 맞물림 수에 관련된다. 만약 펌프(1)의 회전당 맞물림 수가 크다면, 펌프 맥동은 감소된다. 따라서, 외부 치(141)의 수는 펌프 맥동을 감소시키기 위해 가능한 한 큰 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 외부 치(141)의 수는 8 이상으로 설정되고, 펌프 맥동은 감소된다.
한편, 내부 치(131)의 수에 관하여, 내부 치의 수는 외부 치(141)의 수보다 한 개 더 많다. 그러나, 이는 한 개에 한정되지 않는다. 내부 치(131)의 수는 외부 치(141)의 수보다 두 개 이상 많을 수 있다. 내부 치와 외부 치의 수 차이로 인해, 내부 및 외부 치(131,141)는 서로 편심으로 맞물리거나 결합된다. 도2에서 도시된 바와 같이, 펌핑 챔버(맞물림 간격 또는 기어 맞물림 영역)(160)가 치 맞물림에 의해 형성되거나 한정된다.
내부 및 외부 치(131,141)은 윗 부분에서 서로 잘 맞물리고, 이들은 도2에 도시된 지점(A)에서 서로 정확하게 맞물린다. 이 때에(지점(A)에서 맞물릴 때), 펌핑 챔버(160)의 체적은 가장 작다(최소 펌핑 챔버 체적). 지점(B)(지점(B)의 양면)에 있는 동안, 펌핑 챔버(160)의 체적은 가장 크다(최대 펌핑 챔버 체적). 즉, 내부 및 외부 치(131,141)의 편심 맞물림에 의해, 펌핑 챔버(160)의 체적이 변한다. 지점(A) 및 지점(B)에서, 펌핑 챔버(160)의 체적은 각각 최소 및 최대가 된다. 보다 구체적으로, 예를 들면, 내부 로터(14)와 외부 로터(13)가 시계반대방향으로 회전할 때, 선Ⅰ-Ⅰ에 대해 왼쪽 편(X 축의 음의 방향)에서 펌핑 챔버들 각각은 흡입 영역 또는 흡입 공간(또는 유입 영역, 수렴 영역)(161)이 되고, 선Ⅰ-Ⅰ에 대해 오른쪽 편(X 축의 양의 방향)에서 펌핑 챔버들 각각은 배출 영역 또는 배출 공간(또는 출구 영역, 발산 영역)(162)이 된다. 배출 영역의 각각의 체적은 시계반대방향 회전에 의해 지점(B)에서부터 지점(A)을 향하여 점진적으로 작아지는 반면, 흡입 영역의 각각의 체적은 지점(A)에서부터 지점(B)을 향하여 점진적으로 커진다.
도2에서 도시된 바와 같이, 선Ⅰ-Ⅰ에 대해 왼쪽 편(X 축의 음의 방향)에서 제1 포트(111)가 제공된다. 선Ⅰ-Ⅰ에 대해 오른쪽 편(X 축의 양의 방향)에서 제2 포트(112)가 제공된다.
또한, 구동 축(16)은 Z 축에 평행하게 설정되고, Z 축에 대해 회전한다. 이전에 기술된 바와 같이, 구동 축(16)은 도1에 도시된 모터의 출력 축에 연결되고, 내부 로터(14)를 구동하거나 회전시킨다. 내부 로터(14)가 회전할 때, 외부 로터(13)는 내부 및 외부 치(131,141)의 맞물림에 의해 구동되고 회전된다. 즉, 내부 및 외부 로터들(14,13)은 구동 축(16)에 의해 구동된다. 또한, 구동 축(16)의 회전 방향이 시계방향에서 시계반대방향으로 바뀌거나 또는 그 반대로 바뀔 때, 구동 축(16)의 회전 방향 변화에 응답하여 내부 및 외부 로터들(14,13)의 회전 방향 이 변한다. 따라서, 구동 축(16)의 시계방향-시계반대방향 회전에 의해, 펌프(1)는 작동 오일을 배출하기 위한 양방향 펌프로서 작동한다.
본 실시예에서, 펌프(1)의 회전당 배출량, 즉 펌프의 고유한 배출량은 펌프(1)의 한 회전당 1cc(입방 센티미터)이상 5cc 이하가 되도록 설정된다. 또는, 내부 및 외부 치(131,141)는 펌핑 챔버(160)의 체적(맞물림 간격 또는 기어 맞물림 영역의 체적, 또는 내부 및 외부 치(131,141) 사이에 형성된 펌프(1)의 체적)이 1cc 이상 5cc 이하가 되도록 형성될 수 있다.
다음으로, 토크, 회전 수 및 파워 조향 모터의 효율 사이의 관계가 설명된다. 도3 및 도4는 파워 스티어링 시스템에서 통상적인 펌프 구동용 모터의 성능 곡선들이다. 도3 및 도4는 각각 고토크 저분당회전수 모터의 성능 곡선들 및 저토크 고분당회전수 모터의 성능 곡선들을 도시한다.
펌프의 고유 배출량이 크다면, 펌핑 챔버(160)로부터 실린더(8)를 향하여 작동 오일을 배출하는 높은 모터 토크가 요구된다. 따라서, 내부 배출량이 커질수록 고토크 저분당회전수 모터의 사용이 더욱 바람직하다. 그러나, 고토크 저분당회전수 모터라도, 모터의 효율은 특정값부터 토크 부하의 증가와 함께 감소한다. 예를 들면, 도3에 도시된 고토크 저분당회전수 모터에서, 모터 효율은 부하 토크가 약 1 N·m(뉴턴 미터) 일 때 최대(80% 보다 큼)가 된다. 한편, 부하 토크가 약 5 N·m 일 때, 모터 효율은 현저하게 많이 감소하고, 40% 정도가 된다. 따라서, 펌프의 고유 배출량의 증가를 위해 필요한 최대 모터 토크가 5 N·m인 경우에, 고토크 저분당회전수 모터의 효율 유용 범위는 80 부터 40 퍼센트까지 이다. 이는 효율 이 유로 바람직하지 않다.
이러한 효율 문제 때문에, 펌프의 고유 배출량이 작다면, 필요한 최대 모터 토크가 감소될 수 있다. 이는 저토크 고분당회전수 모터의 사용을 가능하게 한다. 도4에 도시된 바와 같이, 저토크 고분당회전수 모터의 효율이 특정값부터 부하 토크가 증가하면서 감소할지라도, 효율은 저토크 범위에서 고토크 저분당회전수 모터의 효율에 비해 더 높다. 예를 들면, 필요한 최대 모터 토크가 3 N·m일 때, 모터의 효율은 60퍼센트를 넘는다. 모터 토크가 3 N·m 미만일 때, 효율은 고토크 저분당회전수 모터의 효율보다 더 높다. 따라서, 필요한 최대 모터 토크 자체를 낮은 값으로 설정함으로써, 저토크 고분당회전수 모터는 고효율 범위에서 작동할 수 있다. 즉, 펌프의 고유 배출량을 가능한 한 작은 값으로 설정하고 모터의 필요한 최대 토크를 낮춤으로써, 저토크 고분당회전수 모터를 고효율 범위에서 구동하는 것이 가능하다. 본 실시예에서, 펌프의 고유 배출량은 5cc 이하로 설정되어서 필요한 최대 모터 토크는 3 N·m 이하가 된다. 이러한 설정이 같은 작업부하(출력)을 생성하기에 필요한 전력 소비를 감소시킨다.
한편, 고유 배출량에 관하여, 펌프(1)의 고유 배출량이 작을수록, 오일 유동양이 작아진다. 이 때문에, 파워 스티어링 시스템에 필요한 실린더 추력을 보장하기 위해, 실린더의 체적을 감소시키고 오일 압력(작동유 압력)을 높이거나 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 만약 오일 압력이 증가한다면, 시일 부재, 파이프, 튜브 등의 압력에 대한 내성이 증가될 필요가 있다. 따라서, 만약 펌프(1)의 고유 배출량이 너무 작다면(1cc 미만이라면), 이로 인해 압력에 대한 내성을 향상시키기 위 해 높은 제작 단가에 이르게 된다. 따라서, 본 실시예에서, 실린더 추력을 생성하기에 필요한 오일 유동의 최소량을 보장할 수 있기 위해, 펌프(1)의 고유 배출량은 1cc 이상으로 설정된다. 이러한 설정에 의해, 실린더 추력을 보장하기 위해 오일 압력을 증가시킬 필요가 없다.
상기 설명된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 펌프(1)의 고유 배출량은 최적화, 즉 배출량은 1cc 이상 5cc 이하로 설정되어서, 펌프를 구동하기에 필요한 모터 토크를 3 N·m 이하로 설정하고, 또한 오일 유동의 필요한 양을 보장한다. 또한, 모터는 필요한 최대 모터 토크가 3 N·m인 조건하에 60% 효율을 넘어 작동할 수 있고, 전력 소비가 감소될 수 있다. 또한, 그러한 조건하에 모터의 사용 효율을 향상시킬 수 있고, 소형의 저출력 모터라도 파워 스티어링 시스템을 위해 충분히 사용될 수 있다. 또한, 펌프(1)의 고유 배출량이 소량(즉, 5cc 이하)으로 설정되기 때문에, 펌프 맥동이 감소될 수 있고 조향감이 향상될 수 있다. 한편 펌프(1)의 고유 배출량이 1cc 이상으로 설정되기 때문에, 오일 유동의 필요한 최소량이 획득되고, 실린더 추력을 보장하기 위한 오일 압력 증가가 방지될 수 있다. 따라서, 높은 제작 단가에 이르는 압력에 대한 내성을 제공할 필요가 없고, 시스템은 저가로 구현될 수 있다.
본 출원은 2005년 5월 10일에 출원된 선행 일본 특허 출원 제2005-136965호에 기초하고 있다. 일본 특허 출원 제2005-136965호의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 통합된다.
본 발명이 발명의 특정 실시예를 참조하여 상기에 기술되었지만, 본 발명은 상기 기술된 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 실시예에 기초한 기술 변경 또는 설계 변경은 본 발명에 포함된다. 상기 교시에 따라 기술 분야에서 숙련된 자들은 본 실시예를 변경 및 변형할 수 있다. 본 발명의 범위는 다음 청구항들을 참조하여 한정된다.
본 발명에 따르면 모터가 효율적인 범위에서 작동하는 조건 하에 응답성을 향상시켜서 조향감을 강화할 수 있는 파워 스티어링 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 조향되는 로드 휠들에 연결되도록 구성된 조향 메커니즘의 조향력을 보조하기 위해 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와,
    제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와,
    제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와,
    작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와,
    가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와,
    조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과,
    제어 신호를 모터로 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과,
    1cc 이상 5cc 이하인 가역 펌프의 회전당 배출량을 포함하는 파워 스티어링 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 가역 펌프는 트로코이드 펌프인 파워 스티어링 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 트로코이드 펌프는 8개 이상의 외부 기어들을 갖는 파워 스티어링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 모터의 회전수는 3000rpm 이상인 파워 스티어링 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 가역 펌프는 모터의 출력 축에 직접 연결되는 구동 축을 갖는 파워 스티어링 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 모터는 브러시리스 모터인 파워 스티어링 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 모터는 스티어링 휠의 회전당 15회전 이상 38회전 이하로 회전하는 파워 스티어링 시스템.
  9. 조향되는 로드 휠들에 연결되도록 구성된 조향 메커니즘의 조향력을 보조하기 위해 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와,
    제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와,
    제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와,
    작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 내부 기어들과 외부 기어들을 갖고, 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와,
    가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와,
    조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과,
    제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과,
    내부 및 외부 기어들 사이에 형성되고 1cc 이상 5cc 이하인 가역 펌프의 체적을 포함하는 파워 스티어링 시스템.
  10. 스티어링 휠에 연결되는 조향 축과,
    조향 축에 연결되는 피니언과,
    피니언의 회전 운동을 래크 축의 직선 축 운동으로 전환하기 위해, 피니언과 결합하고, 조향되는 로드 휠들에 연결되도록 구성된 래크 축과,
    축 방향으로 래크 축에 추력을 제공하기 위해, 제1 실린더 챔버 및 제2 실린더 챔버를 갖는 유압 실린더와,
    제1 실린더 챔버에 연결되는 제1 오일 통로와,
    제2 실린더 챔버에 연결되는 제2 오일 통로와,
    작동 오일을 배출하고 유압 실린더에 오일 압력을 제공하기 위해 내부 기어들과 외부 기어들을 갖고, 제1 및 제2 오일 통로들 각각으로 연결되는 한 쌍의 출구들을 갖는 가역 펌프와,
    가역 펌프에 연결되고 가역 펌프를 정방향 및 역방향으로 회전시키는 모터와,
    조향되는 로드 휠들을 조향하기 위해 스티어링 휠의 조향 부하를 감지하는 조향 부하 감지 유닛과,
    제어 신호를 모터에 출력하여 가역 펌프에 의한 실제 오일 압력을 감지된 조향 부하에 기초하여 결정된 소정의 오일 압력에 근접시키는 모터 제어 유닛과,
    1cc이상 5cc 이하인 가역 펌프의 회전당 배출량을 포함하는 파워 스티어링 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 모터는 피니언 축의 회전당 15회전 이상 38회전 이하로 회전하는 파워 스티어링 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
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