KR20030032367A - 소음 저감 구조를 가지는 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파워 스티어링 시스템의 유압 변동에 의해 발생되는 노이즈를 저감시키기 위한 구조를 가지는 자동차용 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다. 리턴 파이프(62)와 리턴 호스(64)의 결합부에는 리턴 파이프의 내부에 수용되도록 리턴 파이프의 내경(Dp)과 동일한 외경을 가지는 몸체(72)와 리턴 호스의 내부에 수용되도록 리턴 호스의 내경(Dh)과 동일한 외경을 가지는 머리(74)를 가지며, 리턴 파이프로부터 리턴 호스로 이동되는 유압 유체의 압력 및 유속을 제어하여 소음을 저감하기 위한 좁은 단면적의 오리피스(76)가 몸체와 머리를 관통하여 형성된 오리피스 부재(70)가 설치된다.

Description

소음 저감 구조를 가지는 파워 스티어링 시스템{Power steering system with noise reduction}

본 발명은 자동차용 파워 스티어링 시스템에 관한 것이고, 구체적으로는 파워 스티어링 시스템의 유압 변동에 의해 발생되는 소음을 저감시키기 위한 구조에 관한 것이다.

파워 스티어링 시스템은 운전자의 조작력을 유압 펌프를 이용하여 증폭시킴으로써 작은 힘으로도 운전자가 자동차를 조향할 수 있게 하는 시스템이다.

이러한 파워 스티어링 시스템의 일 예가 미국특허 5,531,287에 개시되어 있다. 미국특허 5,531,287에 의하면, 스티어링 휠이 회전은 스티어링 기어를 이루는 피니언과 랙에 의해 랙의 직선 이동으로 변환된다. 또한, 스티어링 휠의 회전에 작동되는 제어 밸브가 유압 유체원으로부터 공급된 유압 유체를 한 쌍의 유압 라인을 통해 선택적으로 실린더로 보낸다. 이에 따라 랙과 작동적으로 결합된 실린더의 피스톤이 일 방향으로 직선 이동되는 것에 의해 피스톤의 양측에 연결된 타이 로드가 조작되어 스티어링 작용이 이루어진다. 제어 밸브의 유압 유체는 또한 리턴 라인을 통해 유압 유체원으로 리턴된다.

그런데, 자동차의 운행 중 노면 상태에 따라 스티어링 기어에서 떨림에 의한 노이즈가 발생된다. 이러한 노이즈(noise)는 소위 "래틀(rattle)"음이라 불리며, 특히 자동차가 비포장 도로에서 저속으로 주행할 때 심하게 발생된다. 이는 노면으로부터의 외력이 타이어와 스티어링 기어, 및 스티어링 칼럼을 통해 스티어링 휠로 전달되는 과정에서, 콘트롤 밸브가 연속적으로 개폐되면서 유압 라인 계통의 유압이 크게 변화되는 것에 의해 발생된다.

이러한 노이즈를 저감시키기 위하여 미국 특허 5,531,287은 리턴 호스와 결합되는 리턴 파이프의 단부에 파이프의 내경보다 좁은 내경을 가지는 오리피스를형성하였다. 파이프의 단부는 파이프의 최대 내경으로부터 오리피스의 내경까지 그 내경이 점차로 작아지는 대략 콘 형상을 이루도록 형성되어 있다. 이에 따라, 리턴 라인을 통해 유압 유체원으로 리턴되는 유압 유체는 오리피스를 통과하면서 그 흐름의 단면적이 변화되는 것에 의해 압력 및 유속이 변동되어 노이즈가 저감된다.

상술한 바와 같이 유체의 흐름 통로에 오리피스를 제공하여 노이즈를 감소시키는 방식에 있어서, 흐름 통로와 오리피스 사이의 단면적 변화가 급격하고도 큰 것이 좋은 것으로 알려져 있다. 즉, 유체 흐름의 단면적 변화가 급격할수록 압력파의 난류가 잘 발생되므로 노이즈의 감소 효과가 크다.

그러나, 상술한 미국 특허 5,531,287의 경우, 리턴 파이프의 단부가 콘형상으로 이루어져 있기 때문에, 단면적 변화가 점진적으로 일어난다. 따라서, 노이즈의 저감 효과가 그리 크지 않다.

또한, 미국 특허 5,531,287에 있어서, 이 오리피스는 리턴 라인 중에서도 리저버 탱크에 가까운 쪽에 설치되어 있다. 따라서, 노이즈의 원인이 되는 스티어링 기어와 노이즈를 저감시키기 위한 수단인 오리피스 간의 거리가 멀어 유압 유체가 제어 밸브로부터 오리피스까지 이동되는 동안의 노이즈는 저감시키지 못하므로 노이즈의 저감 효과가 낮아진다.

본 발명은, 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 노이즈의 저감 효과가 크게 개선될 수 있도록 리턴 라인을 통해 리턴되는 유압 유체의 흐름의 단면적이 급격하게 변화되는 자동차용 파워 스티어링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 노이즈의 발생원과 노이즈를 저감하기 위한 오리피스 간의 거리가 짧은 자동차용 파워 스티어링 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템을 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ부분을 상세하게 도시한 확대 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스티어링 기어12 : 피니언

14 : 랙20 : 유압 실린더

22 : 피스톤30 : 제어 밸브

42 : 리저버 탱크44 : 펌프

52, 53 : 유압 라인54 : 압력 라인

60 : 리턴 라인62 : 리턴 파이프

64 : 리턴 호스70 : 오리피스 부재

76 : 오리피스

상기와 같은 목적은 스티어링 휠에 의해 회전되는 피니언과 피니언과 맞물리는 랙을 가지는 스티어링 기어; 피스톤이 랙과 작동적으로 연결된 유압 실린더; 제 1 및 제 2 유압 라인을 통해 유압 유체를 선택적으로 유압 실린더로 보내기 위한 제어 밸브; 가압된 유압 유체를 공급하기 위한 유압 유체원; 가압된 유압 유체를 유압 유체원으로부터 제어 밸브로 보내기 위한 압력 라인; 및 일단이 제어 밸브와 연결된 강성 재질의 리턴 파이프와, 일단은 유압 유체원에 연결되고 타단은 리턴 파이프의 타단과 결합되는 가요성 재질의 리턴 호스를 가지고, 제어 밸브로부터 유압 유체원까지 유압 유체를 리턴시키기 위한 리턴 라인을 포함하며, 리턴 파이프와 리턴 호스의 결합부에는 리턴 파이프의 내부에 수용되도록 리턴 파이프의 내경과 동일한 외경을 가지는 몸체와 리턴 호스의 내부에 수용되도록 리턴 호스의 내경과 동일한 외경을 가지는 머리를 가지며, 리턴 파이프로부터 리턴 호스로 이동되는 유압 유체의 압력 및 유속을 제어하여 소음을 저감하기 위한 좁은 단면적의 오리피스가 몸체와 머리를 관통하여 형성된 오리피스 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 자동차용 파워 스티어링 시스템에 의해 달성된다.

바람직하게는, 리턴 파이프의 내경은 9.4 내지 9.8mm이고, 리턴 호스의 내경은 11.4 내지 11.8..이며, 오리피스 부재의 내경은 3.4 내지 3.6mm이다.

본 발명의 다른 목적은, 오리피스 부재가 스티어링 기어에 가까운 일측에 설치되는 것에 의해 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템은 스티어링 기어(10)와, 유압 실린더(20)와, 제어 밸브(30), 유압 유체원, 각종 라인들 및 오리피스 부재(70)를 포함한다.

스티어링 기어(10)는 스티어링 칼럼(2)의 하단에 형성되어 스티어링 휠(1)에 의해 회전가능한 피니언(12)과, 이 피니언(12)에 맞물리는 랙(14)을 가진다. 스티어링 휠(1)의 회전은 피니언(12)을 통해 랙(14)의 선형 운동으로 변환된다.

유압 실린더(20)는 스티어링 기어(10)의 랙(14)과 평행하게 설치되어 있고, 실린더(20)의 피스톤(22)은 랙(14)과 작동적으로 연결되어 있다. 피스톤(14)의 양측은 각각 실린더(20)의 외부로 연장되어 타이어와 결합된 타이 로드(3, 4)에 연결된다. 피스톤(22)의 구획 돌기(23)에 의해 둘로 구획된 실린더(20)의 내부 공간은 각각 후술하는 유압 라인(52, 53)에 의해 제어 밸브(30)와 소통된다.

제어 밸브(30)는 스티어링 칼럼(2)의 피니언(12) 상부에 설치되어 있으며, 한 쌍의 유압 라인들(52, 53)을 통해 유압 실린더(20)와 연결되고, 압력 라인(54) 및 리턴 라인(60)을 통해 유압 유체원과 연결된다. 제어 밸브(30)의 상세한 구성과작용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 이미 충분히 공지되어 있으므로, 여기서는 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.

유압 유체원은 유압 유체를 저장하는 리저버 탱크(42)와, 리저버 탱크(42)의 유압 유체를 가압하여 제어 밸브(30)로 공급하는 가압 펌프(44)를 가진다. 가압 펌프(44)와 제어 밸브(30)는 압력 라인(54)을 통해 연결되고, 또한 제어 밸브(30)와 리저버 탱크(42)는 리턴 라인(60)을 통해 연결된다.

스티어링 휠(1)의 회전이 스티어링 기어(10)에서 랙(14)의 수평 방향 이동으로 전환될 때, 동시에 가압 펌프(44)로부터 제어 밸브(30)로 공급된 유압 유체가 유압 라인(54)을 통해 유압 실린더(20)로 선택적으로 공급되도록 제어 밸브(30)를 작동시킨다. 이에 따라 피스톤(22)은 랙(14)이 이동되는 방향과 동일한 방향으로 이동된다. 실린더(20)로부터 제어 밸브(30)로 리턴되는 유압 유체는 리턴 라인(60)을 따라 리저버 탱크(42)로 리턴된다.

한편, 리턴 라인(60)은 제어 밸브(30) 측에 연결된 강성 재질의 리턴 파이프(62)와 리저버 탱크(42) 측에 연결된 가요성 재질의 리턴 호스(64)를 가진다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 리턴 파이프(62)와 리턴 호스(64)의 결합부에 본 발명의 주요부인 오리피스 부재(70)가 삽입된다.

좀더 구체적으로 살펴보면, 오리피스 부재(70)는 몸체(72)와 머리(74)로 이루어져 있다. 몸체(72)는 리턴 파이프(62)에 삽입되어 수용되도록 리턴 파이프(62)의 내경과 동일한 외경을 가지고 있으며, 머리(74)는 리턴 호스(74)에 삽입되어 수용되도록 리턴 호스(74)의 내경과 동리한 외경을 가진다. 그리고, 리턴 파이프(72)및 호스(74)의 내경(Dp, Dh)보다 작은 내경(Do)을 가지는 오리피스(76)가 몸체(72)와 머리(74)를 관통하여 형성됨으로써, 리턴 파이프(62)와 호스(64)는 서로 소통된다. 오리피스 부재(70)의 몸체(72)가 리턴 파이프(62)에 삽입된 다음, 오리피스 부재(70)의 머리(74)와 리턴 파이프(62)의 단부가 리턴 호스(64)의 단부에 삽입된 다음 가요성 밴드(66) 등으로 리턴 호스(64)의 단부가 죄여지는 것에 의해 리턴 파이프(62)와 리턴 호스(64)는 결합된다.

여기서, 리턴 파이프(62)의 내경(Dp)은 대략 9.4 내지 9.8mm, 바람직하게는 9.6mm이다. 리턴 호스(64)의 내경(Dh)은 11.4 내지 11.8mm, 바람직하게는 11.6mm이다. 그리고, 오리피스(76)의 내경(Do)은 3.4 내지 3.8mm, 바람직하게는 3.6mm이다.

이에 따라, 리턴 라인(60)을 통해 제어 밸브(30)로부터 리저버 탱크(42)로 리턴되는 유압 유체는 리턴 파이프(62)로부터 오리피스 부재(70)의 오리피스(76)를 통과하여 리턴 호스(62)로 이동될 때, 그 흐름의 단면적이 급격하게 변화되면서 압력 및 유속이 변화된다. 그 결과, 리턴 라인(60)을 통해 리턴되는 유압 유체에서 발생되는 노이즈는 크게 저감될 수 있다.

또한, 리턴 라인(60) 상에서의 오리피스 부재(70)의 위치, 즉 리턴 파이프(72)와 리턴 호스(74)의 결합부의 위치는 스티어링 기어(10)에 인접하도록 설정된다. 이와 같이, 스티어링 기어(10)와 오리피스 부재(70) 간의 거리가 짧아질수록 노이즈 저감 효과는 더 커진다.

상기된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스티어링 시스템은, 리턴 라인을 통해 리턴되는 유압 유체의 흐름의 단면적이 오리피스 부재를 통과할 때 급격하게 변화되므로 노이즈 저감 효과가 큰 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면 노이즈를 저감하기 위한 오리피스 부재가 별도의 부품으로 제공되기 때문에, 조립이 용이하고 자동차 별로 상이한 단면적의 오리피스를 사용할 수 있어 자동차의 특성에 맞추어 튜닝하는 것이 가능하다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 스티어링 휠에 의해 회전되는 피니언과 상기 피니언과 맞물리는 랙을 가지는 스티어링 기어;

   피스톤이 상기 랙과 작동적으로 연결된 유압 실린더;

   제 1 및 제 2 유압 라인을 통해 유압 유체를 선택적으로 상기 유압 실린더로 보내기 위한 제어 밸브;

   가압된 유압 유체를 공급하기 위한 유압 유체원;

   가압된 유압 유체를 상기 유압 유체원으로부터 상기 제어 밸브로 보내기 위한 압력 라인; 및

   일단이 상기 제어 밸브와 연결된 강성 재질의 리턴 파이프와, 일단은 상기 유압 유체원에 연결되고 타단은 상기 리턴 파이프의 타단과 결합되는 가요성 재질의 리턴 호스를 가지고, 상기 제어 밸브로부터 유압 유체원까지 유압 유체를 리턴시키기 위한 리턴 라인을 포함하며,

   상기 리턴 파이프와 상기 리턴 호스의 결합부에는 상기 리턴 파이프의 내부에 수용되도록 상기 리턴 파이프의 내경과 동일한 외경을 가지는 몸체와 상기 리턴 호스의 내부에 수용되도록 상기 리턴 호스의 내경과 동일한 외경을 가지는 머리를 가지며, 상기 리턴 파이프로부터 리턴 호스로 이동되는 유압 유체의 압력 및 유속을 제어하여 소음을 저감하기 위한 좁은 단면적의 오리피스가 몸체와 머리를 관통하여 형성된 오리피스 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 파워 스티어링시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 리턴 파이프의 내경은 9.4 내지 9.8mm이고, 상기 리턴 호스의 내경은 11.4 내지 11.8..이며, 상기 오리피스 부재의 내경은 3.4 내지 3.6mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 파워 스티어링 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오리피스 부재는 상기 스티어링 기어에 가까운 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 파워 스티어링 시스템.