KR101028279B1 - 동력조향장치의 토션 강성 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량이 저속 주행 혹은 주차시에 조향핸들의 조작감이 가벼워지도록 토션바아의 강성을 작게 설정할 수 있는 반면에 고속 주행시에는 토션바아의 강성을 크게 설정할 수 있어서 차량의 조종 안정성을 향상시킬 수 있고, 조향핸들의 조작감 특성을 용이하게 튜닝할 수 있으며, 소비자의 취향에 적합하게 조향핸들의 조작감을 용이하게 변경할 수 있어서 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 동력조향장치의 토션 강성 제어장치를 제공하기 위해, 조향핸들과 연결된 입력축과 조향기어박스의 랙바아와 치합된 피니언기어를 구비한 피니언샤프트의 내부에 토션바아가 이동가능하게 삽입되어 상기 입력축과 피니언샤프트를 연결하되, 상기 토션바아의 직경은 길이방향을 따라 가변되게 형성되고, 상기 토션바아를 상기 입력축 혹은 피니언샤프트 쪽으로 이동시키는 이동수단이 구비된다.

토션바아, 유압챔버, 지지스프링, 강성

Description

동력조향장치의 토션 강성 제어장치{Torsion stiffness control device for power steering system}

본 발명은 차량의 동력조향장치에 관한 것으로, 특히 토션바아의 강성이 차량의 운행 상태에 따라 가변되어 조향핸들의 조종 안정성을 향상시키도록 한 동력조향장치의 토션 강성 제어장치에 관한 것이다.

종래 차량의 조향장치로서 운전자의 조향핸들의 조작력을 보조하는 동력조향장치가 널리 사용되고 있고, 상기 동력조향장치는 유압을 발생시켜 운전자의 핸들 조작력을 보조하는 유압식 동력조향장치가 일반적으로 적용되어 오고 있다.

상기 유압식 동력조향장치는 동력원이 되는 유압을 발생시키는 유압펌프와 압력조절밸브 및 유량조절밸브를 포함하는 밸브 유닛 등으로 구성된 동력장치와, 상기 유압펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 조향 보조력을 발생시키기 위해 동력실린더를 사용하는 작동장치 및, 이 작동장치에 이르는 유로를 개폐하고 조향핸들의 조작에 상응해서 유로를 변경하여 동력실린더의 작동방향과 작동상태를 제어하는 제어장치 등으로 구성된다.

상기 제어장치는 조향핸들과 연결되어 조향핸들과 함께 일체로 회전하는 입 력축과, 조향기어박스의 랙바아와 치합되어 상기 랙바아를 좌우 방향으로 이동시키는 피니언기어, 상기 입력축과 피니언기어를 일체로 회전되게 연결하는 토션바아, 상기 유압펌프에서 공급되는 유압을 조향핸들의 조작에 따라 상기 동력실린더로 유로를 적절히 변경하여 공급하는 제어밸브 등으로 이루어진다.

이에 따라 운전자가 조향핸들을 조작하면 상기 입력축이 조향핸들의 조작에 의해 회전하고, 상기 입력축의 회전은 상기 피니언기어에 전달되어 피니언기어가 회전하면서 상기 랙바아를 이동시켜 차륜이 조향되게 되는 데, 이 과정에 상기 제어밸브는 상기 입력축과 피니언기어의 피니언샤프트와의 상대 변위차로 제어밸브의 개폐량이 조절되면서 제어밸브를 통한 유량이 제어되어 동력실린더로 공급되어서 운전자의 조향핸들의 조작력을 유압으로 보조하는 된다.

상기와 같은 종래의 동력조향장치에서 토션바아의 강성에 따라 상기 제어밸브의 특성이 가변되는 바, 토션바아의 강성이 약한 경우에는 운전자가 조향핸들을 작은 힘으로 조작하여도 상기 입력축과 피니언샤프트의 상대 변위차가 커져서 제어밸브를 통한 유압 및 유량이 많아지게 되고, 이로 인해 동력실린더에서 발생하는 조향핸들의 보조력이 증대되어 조향핸들의 조작감이 가볍게 느껴지는 반면에, 토션바아의 강성이 강한 경우에는 운전자가 조향핸들을 큰 힘으로 조작하여도 상기 입력축과 피니언샤프트의 상대 변위차가 작아서 제어밸브를 통한 유압 및 유량이 적어지게 되고, 이로 인해 동력실린더에서 발생하는 조향핸들의 보조력이 감소되어 조향핸들의 조작감이 무겁게 느껴진다.

그러나 상기한 종래의 동력조향장치에서는 토션바아의 강성이 설계시에 특정 한 값으로 고정되어 있기 때문에 원하는 유압 토크 특성을 나타내는 데에 한계가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차량이 저속 주행 혹은 주차시에 조향핸들의 조작감이 가벼워지도록 토션바아의 강성을 작게 설정할 수 있는 반면에 고속 주행시에는 토션바아의 강성을 크게 설정할 수 있어서 차량의 조종 안정성을 향상시킬 수 있고, 조향핸들의 조작감 특성을 용이하게 튜닝할 수 있으며, 소비자의 취향에 적합하게 조향핸들의 조작감을 용이하게 변경할 수 있어서 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 동력조향장치의 토션 강성 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향핸들과 연결된 입력축과 조향기어박스의 랙바아와 치합된 피니언기어를 구비한 피니언샤프트의 내부에 토션바아가 이동가능하게 삽입되어 상기 입력축과 피니언샤프트를 연결하되, 상기 토션바아의 직경은 길이방향을 따라 가변되게 형성되고, 상기 토션바아를 상기 입력축 혹은 피니언샤프트 쪽으로 이동시키는 이동수단이 구비된다.

바람직하기로는 상기 이동수단이 상기 토션바아를 하부에서 탄력적으로 지지하는 지지스프링과, 상기 토션바아를 상부에서 유압으로 가압하는 유압챔버를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 유압챔버는 상기 입력축의 내부에서 상기 입력축의 외주에 장착되는 밸브바디를 통해 유압펌프로부터 유압을 공급받도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 토션바아는 직경이 길이방향을 따라 가변되는 직경가변바아와, 이 직경가변바아의 양측에 형성된 직사각 형상의 플랜지를 구비하고, 상기 입력축과 상기 피니언샤프트의 내부에는 상기 플랜지가 이동가능하게 삽입되는 장착홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동력조향장치의 토션 강성 제어장치에 의하면, 조향핸들에 연결된 입력축과 조향기어박스의 랙바아에 치합된 피니언기어를 갖춘 피니언샤프트를 토션바아가 일체로 회전될 수 있도록 연결하되, 상기 토션바아는 그 길이방향을 따라 직경이 가변되는 가변바아를 구비하고, 상기 토션바아의 하부는 지지스프링에 의해 탄력적으로 지지되는 반면에 상기 토션바아의 상부에는 유압이 작용하도록 하여 차량이 저속 주행 혹은 주차시에는 상기 토션바아에 작용하는 유압이 작아서 입력축과 피니언샤프트를 연결하는 토션바아의 강성이 작게 설정됨에 따라 조향핸들의 조작감이 가벼워지는 반면에, 차량이 고속으로 주행할 경우에는 토션바아에 작용하는 유압이 커져서 입력축과 피니언샤프트를 연결하는 토션바아의 강성이 크게 설정됨에 따라 조향핸들의 조작감이 무거워져 차량의 주행 안정성을 향상시키게 되며, 상기 가변바아의 직경을 적절히 조절함으로써 동력조향장치의 성능 튜닝이 용이해질 뿐만 아니라 설계자유도도 증대되고, 소비자의 취향에 맞추어서 조향핸들의 조작감을 용이하게 조절할 수 있어서 차량의 상품성도 향상되는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1과 도 2에는 각각 본 발명에 따른 동력조향장치의 토션 강성 제어장치의 분해 사시도와 조립 단면도가 도시되어 있는 바, 즉 조향핸들의 조작력을 전달받아 조향핸들과 함께 일체로 회전되게 연결되는 입력축(1)은 본 발명에 따른 가변 토션바아(2)를 매개로 피니언샤프트(3)와 일체로 회전되게 연결되며, 상기 피니언샤프트(3)의 하단부에는 피니언기어(3a)가 형성되어서 조향기어박스의 랙바아와 치합되게 된다.

이에 따라 조향핸들을 조작하면 상기 입력축이 함께 동일한 방향으로 회전하고, 상기 입력축의 회전운동은 상기 가변 토션바아를 통해 피니언샤프트에 전달되어 피니언샤프트가 함께 회전하며, 상기 피니언샤프트의 회전운동은 피니언기어를 통해 랙바아에 전달되어, 랙바아가 조향기어박스의 내부에서 좌우로 움직여서 차륜을 조향하게 된다.

상기 입력축(1)의 외주에는 밸브바디(4)가 끼워져 결합되고, 상기 밸브바디(4)에는 오일이 유입되는 다수개의 유입구(4a)가 밸브바디의 외측면에서부터 내측면까지 관통해서 형성된다.

상기 입력축(1)의 내부에는 상기 가변 토션바아(2)가 삽입되어 장착되는 장착홈(1d)이 형성되고, 이 장착홈에 상기 가변 토션바아(2)가 상하로 이동가능하게 장착되었을 때에 가변 토션바아(2)의 상단부 위에 토션바아(2)를 유압으로 가압하기 위한 유압챔버(1a)가 형성되며, 상기 유압챔버(1a)로 오일을 공급하기 위해 유 압챔버(1a)로부터 입력축의 외주면까지 유로(1b)가 형성되며, 이 유로(1b)의 끝에는 상기 입력축(1)의 상기 유입구(4a)와 연결되는 오일 유입구(1c)가 내측으로 파여진 형태로 형성된다.

상기 토션바아(2)는 상부에서부터 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 직경가변바아(2a)와, 이 직경가변바아(2a)와 일체로 결합되면서 직사각 형상을 이루는 좌우 양측 플랜지(2b)를 구비한다. 상기 양측 플랜지(2b)는 직경가변바아의 길이보다 짧게 형성된다.

상기 피니언샤프트(3)의 내부에는 상기 직경가변바아(2)가 장착되는 장착홈(3b)이 형성되어, 입력축의 장착홈(1d)과 피니언샤프트의 장착홈(3b)에 상기 토션바아(2)의 플랜지가 장착홈을 따라 상하로 이동가능하게 설치되며, 상기 토션바아의 하단부는 피니언샤프트의 내부에서 지지스프링(5)을 매개로 탄력적으로 지지된다.

상기와 같이 가변 토션바아(2)가 입력축(1)과 피니언샤프트(3)의 내부에 삽입되어서 일체로 연결한 상태에서 피니언샤프트(3)의 상부 끝면과 밸브바디(4)의 하부 끝면이 만나는 경계면(a)에서 토션바아의 비틀림이 주로 발생한다.

도 3에는 차량이 저속 주행 혹은 주차시에 본 발명에 따른 토션 강성 제어장치의 작동이 도시되어 있는 바, 차량이 저속 주행 혹은 주차시에 엔진의 회전동력을 전달받아 구동되는 유압펌프에서 토출되는 상대적으로 작은 유압과 유량은 상기 밸브바디의 유입구(4a)를 통해 상기 입력축(1)의 유로(1b)를 거쳐서 유압챔버(1a)로 유입되고, 이렇게 유입된 유압은 토션바아(2)의 상단부에 작용해서 토션바아를 하방으로 가압하여 토션바아가 피니언샤프트 쪽으로 장착홈을 따라 이동하지만, 토션바아의 하단부는 지지스프링에 의해 지지되어 있으므로, 토션바아의 상부에 작용하는 유압과 하부에 작용하는 스프링의 탄성력이 평형을 이룰 때까지 토션바아가 이동하며, 상기 유압의 작용력보다 지지스프링의 탄성력이 토션바아는 입력축(1) 쪽으로 이동하여 상기 경계면에 위치하는 직경가변바아(2a)가 직경이 상대적으로 작아짐에 따라 토션바아의 토션 강성이 작아지게 된다.

따라서 차량이 저속 주행 혹은 주차시에는 토션바아의 강성이 작아서 조향핸들의 조작감이 가벼워지게 되는 것이다.

한편 차량이 고속으로 주행할 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이 유암펌프에서 토출되는 유압과 유량이 증가하여 상기 유압챔버에 작용하는 유압도 커지게 되고, 이로 인해 토션바아(2)는 피니언샤프트(3) 쪽으로 이동하여 경계면(a)에서의 토션바아(2)의 직경이 도 3에 비해 증가함으로써 토션바아의 강성이 증대되고, 이에 따라 조향핸들의 조작감이 무거워지게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 동력조향장치의 토션 강성 제어장치의 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 동력조향장치의 토션 강성 제어장치의 조립 단면도,

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 동력조향장치의 토션 강성 제어장치의 작동 설명도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-입력축 2-토션바아

3-피니언샤프트 4-밸브바디

5-스프링

Claims (4)

1. 삭제
2. 조향핸들과 연결된 입력축과 조향기어박스의 랙바아와 치합된 피니언기어를 구비한 피니언샤프트의 내부에 토션바아가 이동가능하게 삽입되어 상기 입력축과 피니언샤프트를 연결하되, 상기 토션바아의 직경은 길이방향을 따라 가변되게 형성되고, 상기 토션바아를 상기 입력축 혹은 피니언샤프트 쪽으로 이동시키는 이동수단이 구비하여 구성되는데;

   상기 이동수단은 상기 토션바아를 하부에서 탄력적으로 지지하는 지지스프링과, 상기 토션바아를 상부에서 유압으로 가압하는 유압챔버로 구성된 것

   을 특징으로 하는 동력조향장치의 토션 강성 제어장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 유압챔버는 상기 입력축의 내부에서 상기 입력축의 외주에 장착되는 밸브바디를 통해 유압펌프로부터 유압을 공급받도록 형성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 토션 강성 제어장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 토션바아는 직경이 길이방향을 따라 가변되는 직경가변바아와, 이 직경가변바아의 양측에 형성된 직사각 형상의 플랜지를 구비하고, 상기 입력축과 상기 피니언샤프트의 내부에는 상기 플랜지가 이동가능하게 삽입되는 장착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 토션 강성 제어장치.

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