KR20000032367A - 조향비 가변 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 고속 직진 주행시에 조향비를 적게 하고, 그 외의 구간에서는 조향비를 크게하는 조향비 가변 조향장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치는 출력축의 랙기어부에 치합되는 피니언기어와, 피니언기어의 지지축 일측에 편심 장착되는 아이들기어와, 이 아이들기어와 이물림되며 핸들에서 연장된 입력축의 단부에 편심 장착되는 입력기어로 구성된 조향비 가변기어가 마련되었다. 따라서, 핸들의 입력축이 회전될 때 피니언기어의 감속 또는 증속이 이루어져 조향비가 점진적으로 가변됨으로써 고속 직진주행시 핸들 조작의 안정성을 확보하게 되고, 곡선 주행시 조타 바쁘기를 해소할 수 있게 된다.

Description

조향비 가변 조향장치

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 고속 직진 주행시에 조향비를 적게 하고, 그 외의 구간에서는 조향비를 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 복수의 편심기어을 사용하여 핸들의 회전에 따른 바퀴의 절환각이 가변되게 함으로써, 구조가 간단하고, 장치가 소형화 되며, 전달손실이 적어 조작성이 우수한 조향비 가변 조향장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 조향비 가변 조향장치의 구성을 보인 도면이다.

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

도 3은 본 발명에 따른 조향비 가변기어의 구조를 보인 사시도이다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 조향비 가변기어의 동작을 보인 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치의 핸들회전수에 대한 랙변위 선도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 파워실린더, 11,12: 오일 유입포트,

20: 기어박스, 30: 출력축,

31: 타이로드, 32: 피스톤,

33: 랙기어, 40: 오일펌프,

50: 핸들, 51: 입력축,

60: 조향비 감속기어, 61: 피니언기어,

62: 지지축, 63: 아이들기어,

64: 입력기어, 70: 제어밸브,

L1,L1': 입력기어의 피치원 반경,

L2,L2': 아이들기어의 피치원 반경.

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 조향비가 가변되게 하는 조향비 가변수단을 구비하는 조향비 가변 조향장치에 있어서,

상기 조향비 가변수단은 상기 출력축의 일측에 형성된 랙기어부와, 상기 랙기어부에 이물림되는 피니언기어와, 상기 피니언기어와 함께 회동하도록 상기 피니언기어가 지지되는 지지축의 일측에 편심 장착되는 아이들기어와, 상기 아이들기어와 이물림되며 상기 입력축의 일측에 편심 장착되는 입력기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 조향비 가변기어 장착된 동력 조향장치의 구성을 보인 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 조향비 가변기어의 구조를 보인 사시도이며, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 조향비 가변기어의 동작을 보인 측면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 조향비 가변 조향장치의 핸들회전수에 대한 랙변위 선도이다.

본 발명이 적용되는 동력 조향장치는 이에 도시된 바와 같이, 밀폐구조를 이루도록 양단부가 폐쇄된 원통상의 파워실린더(10)가 구비되고, 이 파워실린더(10)의 일측방에는 내부에 다수의 기어가 설치되는 기어박스(20)가 일체로 형성된다. 그리고, 상기 파워실린더(10)와 상기 기어박스(20)의 내측에는 이들을 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)의 양단부에는 오일펌프(40)에서 공급되는 오일이 파워실린더(10)의 양측 내부 공간으로 유입될 수 있도록 오일 유입포트(11,12)가 형성된다.

또한, 상기 기어박스(20)의 내측에 위치되는 상기 출력축(30)에는 랙기어부(33)가 형성되고, 이 랙기어부(33)에는 핸들(50)과 함께 회전되는 입력축(51)의 회전운동을 축력축(30)의 직선운동으로 변환시키는 동시에 조향비가 가변될 수 있도록 상기 랙기어부(33)에 이물림되는 피니언기어(61) 및 복수의 편심기어로 구성된 조향비 가변기어(60)가 설치된다.

그리고, 상기 조향비 가변기어(60)에는 차량의 핸들(50)로부터 연장된 입력축(51)이 연결되며, 입력축(51)의 일측에는 상기 파워실린더(10)의 오일 유입포트(11,12)로 유입되는 오일의 유입 방향을 결정하는 제어밸브(70)가 설치된다. 이 제어밸브(70)는 핸들(50)의 회전 방향에 따라 밸브의 개도가 조절되어, 오일펌프(40)의 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 가변기어(60)는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 출력축(30)의 랙기어부(33)에 이물림되는 피니언기어(61)와, 피니언기어(61)의 지지축(62) 일측에 편심 장착되는 아이들기어(63)와, 이 아이들기어(63)와 이물림되며 핸들(50)에서 연장된 입력축(51)의 단부에 편심 장착되는 입력기어(64)로 구성된다.

이때, 입력기어(64)가 설치되는 입력축(51)과 피니언기어의 지지축(62)은 되도록 평행하게 설치되는 것이 바람직하며, 입력기어(64)와 아이들기어(63)는 기어의 잇수, 피치원의 지름, 그리고 편심량이 상호 동일하게 구성된다.

또한, 입력기어(64)와 아이들기어(63)는 입력축(51)이 회전될 때 피니언기어(61)의 회전수가 가변될 수 있도록, 입력기어(64)의 최소반경부(L1)와 아이들기어(63)의 최대반경부(L2)가 맞물리는 구조로 설치되어, 입력축(51)과 피니언기어(61) 지지축(62) 사이의 거리가 각 기어의 피치원의 지름과 같아지도록 해야 한다.

즉, 이러한 구성은 피니언기어(61)가 랙기어부(33)의 중앙부에 위치되고, 차량의 바퀴가 직진 주행상태로 나란히 정열이 된 상태에서, 입력기어(64)의 최소반경부(L1)와 아이들기어(63)의 최대반경부(L2)가 맞물리게 설치되는 것이다. 이는 직진 주행시 피니언기어(63)의 회전속도가 감속되어 핸들(50)의 응답성을 떨어뜨리고, 곡선 주행시 피니언기어(61)의 회전속도가 증속되게 하여 핸들(50)의 응답성을 높여주도록 하기 위함이다.

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

운전자가 핸들(50)을 좌측 또는 우측으로 회전시키면, 제어밸브(70)의 개도가 조절되어 오일펌프(40)의 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, 기어박스(20)의 내측에 설치된 조향비 가변기어(60)는 입력기어(64)와 아이들기어(63), 그리고 피니언기어(61)와 랙기어(33)가 상호 맞물려 있기 때문에 입력축(51)이 회전될 때, 출력축(51)이 직선 운동을 하게 된다.

이때, 피니언기어(61)가 랙기어부(33)의 중앙부에 위치되어 바퀴가 직진주행 상태로 정열되어 있는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 입력기어(63)의 최소반경부(L1)와 아이들기어의 최대반경부(L2)가 맞물려 있기 때문에 피니언기어(61)의 감속이 이루어지게 된다. 즉, 랙기어(33)의 중앙부에 피니언기어(61)가 물린 상태에서는 피니언기어(61)가 감속되어 출력축(30)이 느리게 움직이게 된다.

그리고, 핸들(50)이 회전되어 피니언기어(61)가 랙기어부(33)의 양측에 위치될 때는 도 5에 도시된 바와 같이, 입력기어(64)의 최대반경부(L1')와 아이들기어(63)의 최소반경부(L2')가 맞물린 상태가 되어 피니언기어(64)의 증속이 이루어지게 되어 출력축(30)의 움직임이 빨라지게 된다.

이러한 현상은 입력기어(64)와 아이들기어(63)가 동일한 편심량을 가지며, 또한 동일한 잇수로 구성되기 때문에, 이들이 회전될 때, 이들이 맞물리는 이물림부의 거리가 변화되면서 기어비가 점진적으로 변화됨으로써 가능하게 된다. 즉, 피니언기어(61)가 랙기어부(33)의 양측으로 이동될수록 입력기어(64)의 피치원 반경(L1)은 점차 증가되고, 아이들기어(63)의 피치원 반경(L2)은 점차 감소됨으로써 입력축(51)의 회전보다 피니언기어(61)의 회전이 빠르게 일어나게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 조향비 가변기어(60)가 장착된 조향장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 핸들(50)의 회전에 따른 랙기어(33)의 움직임은 중앙부에서 느리게 움직이고 양측에서 빠르게 움직이게 되어, 차량이 고속 직진 주행상태일 때 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 출력축의 랙기어부에 치합되는 피니언기어와, 피니언기어의 지지축 일측에 편심 장착되는 아이들기어와, 이 아이들기어와 이물림되며 핸들에서 연장된 입력축의 단부에 편심 장착되는 입력기어로 구성된 조향비 가변기어가 마련되었다. 따라서, 핸들의 입력축이 회전될 때 피니언기어의 감속 또는 증속이 이루어져 조향비가 점진적으로 가변됨으로써 고속 직진주행시 핸들 조작의 안정성을 확보하게 되고, 곡선 주행시 조타 바쁘기를 해소할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 조향비 가변기어는 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 (3)

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 조향비가 가변되게 하는 조향비 가변수단을 구비하는 조향비 가변 조향장치에 있어서,

   상기 조향비 가변수단은 상기 출력축(30)의 일측에 형성된 랙기어부(33)와, 상기 랙기어부에 이물림되는 피니언기어(61)와, 상기 피니언기어와 함께 회동하도록 상기 피니언기어가 지지되는 지지축(62)의 일측에 편심 장착되는 아이들기어(63)와, 상기 아이들기어와 이물림되며 상기 입력축(51)의 일측에 편심 장착되는 입력기어(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향비 가변 조향장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 아이들기어(63)와 상기 입력기어(64)는 피치원의 지름, 기어의 잇수, 편심량이 동일하게 마련된 것을 특징으로 하는 조향비 가변 조향장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 조향비 가변수단은 상기 피니언기어(61)가 상기 랙기어부(33)의 중앙부에 위치되고 차량의 바퀴가 직진 주행상태로 나란히 정열이 된 상태에서 상기 입력기어(64)의 최소반경부(L1)와 상기 아이들기어(64)의 최대반경부(L2)가 맞물리게 설치된 것을 특징으로 하는 조향비 가변 조향장치.