파워 스티어링

Power steering

파워 스티어링은 운전자가 스티어링 휠을 돌리는 데 필요한 스티어링 힘을 줄여 차량을 조종할 수 있도록 도와주는 자동차에 장착된 기계 장치입니다. 따라서 차량이 더 낮은 속도로 회전하거나 조종할 수 있습니다.

유압식 또는 전기식 액추에이터는 스티어링 메커니즘에 제어된 에너지를 추가하여 운전자가 일반적인 속도로 주행할 때 스티어링 휠을 회전시키는 데 필요한 힘을 줄이고 차량이 정지하거나 느리게 움직일 때 휠을 회전시키는 데 필요한 물리적 힘을 상당히 줄일 수 있습니다.파워 스티어링은 스티어링 휠에 작용하는 힘에 대한 인위적인 피드백을 제공하도록 설계될 수도 있습니다.

자동차용 유압 파워 스티어링 시스템은 서보 시스템의 일부인 유압 실린더인 액추에이터를 통해 스티어링 힘을 증가시킵니다.이러한 시스템은 스티어링 휠과 휠을 조타하는 링크 사이에 직접 기계적 연결이 있습니다.즉, 파워 스티어링 시스템 고장(힘을 증가시키는 것)이 발생하더라도 수동 작업만으로 차량을 조향할 수 있습니다.

전자식 파워 스티어링 시스템은 유압 시스템 대신 전기 모터를 사용합니다.유압 유형과 마찬가지로 액추에이터(이 경우 모터)에 대한 전원은 파워 스티어링 시스템의 나머지 부분에 의해 제어됩니다.

다른 파워 스티어링 시스템(예: 가장 큰 오프로드 건설 차량에 장착된 시스템)은 스티어링 링크에 직접 기계적으로 연결되어 있지 않으므로 전원이 필요합니다.기계적 연결이 없는 이런 종류의 시스템은 항공의 "플라이 바이 와이어(fly-by-wire)"와 유사하게 "전선에 의한 주행" 또는 "전선에 의한 조향"으로 불리기도 합니다.이 문맥에서 "와이어"는 얇은 와이어 로프 기계 제어 케이블이 아니라 전원 및 데이터를 전달하는 전기 케이블을 의미합니다.

일부 건설 차량에는 중앙에 견고한 힌지가 있는 2부 프레임이 있으며, 이 힌지를 통해 프론트 및 리어 액슬이 평행하지 않게 되어 차량을 조종할 수 있습니다.마주보는 유압 실린더는 프레임의 반쪽을 서로 상대적으로 움직여 방향을 잡습니다.

역사

차량에 최초의 파워 스티어링 시스템은 1876년 핏츠라는 성을 가진 남자가 설치한 것으로 보이지만 그에 대해서는 [1]거의 알려져 있지 않다.다음 파워 스티어링 시스템은 1903년 콜롬비아 5톤 트럭에 장착되었고, 그곳에서 운전자가 앞바퀴를 [1][2]돌리는 것을 돕기 위해 별도의 전기 모터가 사용되었다.

로버트 E.펜실베이니아주 피츠버그에 거주하는 트위포드는 1900년 4월 3일 최초의 4륜 구동 시스템에 [4]대해 특허(미국 특허 646,477)[3]의 일부로 기계적 파워 스티어링 메커니즘을 포함시켰다.

피어스 애로우의 트럭 부문의 엔지니어인 프랜시스 W. 데이비스는 핸들이 어떻게 더 쉬워질 수 있는지를 탐구하기 시작했고 1926년에 최초의 실용적인 파워 스티어링 [5][6][7]시스템을 발명하고 시연했다.데이비스는 제너럴 모터스로 옮겨 유압 보조 파워 스티어링 시스템을 개선했지만, 자동차 회사는 생산 비용이 [6]너무 많이 든다고 계산했습니다.데이비스는 그 후 자동차 회사들을 위한 부품 제조업체인 Bendix와 계약을 맺었다.제2차 세계대전 중 무거운 차량을 보다 쉽게 조종할 수 있는 군사적 필요성은 영국과 미국 육군을 [6]위한 장갑차와 탱크 회수 차량에 대한 전력 지원의 필요성을 증가시켰다.

크라이슬러사는 1951년형 크라이슬러 임페리얼에 "Hydraguide"[8]라는 이름으로 상용화된 최초의 승용차 파워 스티어링 시스템을 도입했다.크라이슬러 시스템은 데이비스의 만료된 특허 중 일부를 기반으로 했다.General Motors는 데이비스가 거의 20년 전에 회사를 위해 했던 작업을 사용하여 파워 스티어링 시스템을 갖춘 1952년형 캐딜락을 선보였다.

찰스 F.디트로이트의 Hammond는 1958년 [9][10][11]캐나다 지적재산청에 파워 스티어링 개선을 위한 몇 가지 특허를 출원했습니다.

1950년대 중반부터 미국 제조업체들은 이 기술을 옵션 또는 표준 장비로 제공했지만, 현대 차량에서는 전륜 구동, 차량 중량 증가, 조립 라인 생산 비용 절감, 그리고 필요한 조향 작업량 증가 추세로 인해 국제적으로 널리 제공되었습니다.일부 국가에서 흔히 볼 수 있는 것처럼 무거운 차량은 저속 주행에서 조작하기가 매우 어려운 반면, 가벼운 차량의 경우 동력 보조 스티어링이 전혀 필요하지 않을 수 있습니다.

1999년 조향력 피드백의 지각적 충실도에 대한 연구에 따르면, 일반 실제 트럭과 자동차 운전자들은 속도가 증가함에 따라 피드백 토크의 증가를 자연스럽게 예상하며, 이러한 효과가 없는 초기 형태의 파워 스티어링이 [12][13]거부감을 느끼게 되었다.

유압 시스템

파워 스티어링 오일 탱크 및 풀리 구동 펌프

유압 파워 스티어링 시스템은 유압 시스템을 사용하여 스티어링 휠 입력에 가해지는 힘을 차량의 스티어링 휠([14]일반적으로 프론트)에 곱하는 방식으로 작동합니다.유압은 일반적으로 차량의 엔진에 의해 구동되는 제로터 또는 로터리 베인 펌프에서 발생합니다.이중 작동 유압 실린더가 스티어링 기어에 힘을 가하고, 스티어링 기어가 로드휠을 스티어링합니다.스티어링 휠은 밸브를 작동하여 실린더로의 흐름을 제어합니다.운전자가 스티어링 휠과 칼럼에 더 많은 토크를 가할수록 밸브가 실린더를 통해 더 많은 오일을 허용하므로 [15]휠을 조종하는 데 더 많은 힘이 가해집니다.

스티어링 휠에 가해지는 토크를 측정하기 위한 한 가지 설계에는 토크 센서(스티어링 칼럼 하단부에 토션 바)가 있습니다.스티어링 휠이 회전하면 스티어링 칼럼과 토션 바의 상단도 회전합니다.토션 바는 비교적 얇고 유연하며 하단부가 일반적으로 회전에 저항하기 때문에 바가 적용되는 토크에 비례하는 양만큼 비틀립니다.토션 바의 반대쪽 끝단 사이의 위치 차이가 밸브를 제어합니다.이 밸브를 통해 오일이 실린더로 흘러들어 스티어링을 보조할 수 있습니다. 토션 바가 "틀림"이 클수록 힘이 커집니다.

유압 펌프는 포지티브 변위형이기 때문에 유량은 엔진 속도에 정비례합니다.즉, 높은 엔진 속도에서는 낮은 엔진 속도보다 자연스럽게 스티어링이 더 빠르게 작동합니다.이는 바람직하지 않기 때문에 오리피스 및 유량 조절 밸브는 펌프의 출력 중 일부를 높은 엔진 속도에서 유압 탱크로 되돌립니다.감압 밸브는 유압 실린더의 피스톤이 스트로크 끝에 도달할 때 위험한 압력 증가를 방지합니다.

스티어링 부스터는 부스터가 고장 나더라도 스티어링이 계속 작동하도록 배열되어 있습니다(휠이 더 무겁게 느껴지지만).파워 스티어링의 상실은 차량 핸들링에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.각 차량 사용자 매뉴얼에는 오일 레벨 점검 및 파워 스티어링 시스템의 정기적인 유지 관리 지침이 나와 있습니다.

작동 액체는 "유압 유체" 또는 "오일"이라고도 하며 압력이 전달되는 매체입니다.일반적인 작동 액체는 미네랄 오일을 기반으로 합니다.

또한 일부 최신 시스템에는 전자식 컨트롤 밸브가 포함되어 있어 차량 속도가 증가함에 따라 유압 공급 압력을 낮춥니다. 이는 가변 보조 파워 스티어링입니다.

DIRAVI 가변 보조 파워 스티어링

주요 기사: DIRAVI

DIRAVI는 속도 감응 [16]스티어링의 현재 일반적인 장점을 혁신했습니다.

이 파워 스티어링 시스템에서 휠의 포스 스티어링은 차량의 고압 유압 시스템에서 발생하며 주행 속도에 관계없이 항상 동일합니다.스티어링 휠을 돌리면 휠이 유압 실린더를 통해 해당 각도로 동시에 이동합니다.인위적인 스티어링 느낌을 주기 위해 스티어링 휠을 중앙 위치로 되돌리는 별도의 유압 작동 시스템이 있습니다.가해지는 압력의 양은 주행 속도에 비례하므로 저속에서는 스티어링이 매우 가볍고 고속에서는 중앙에서 소량 이상 이동하기가 매우 어렵습니다.

그것은 프랑스의 시트로엥에 의해 발명되었다.

차량의 유압 시스템에 압력이 있는 한 스티어링 휠과 로드 휠 사이에 기계적 연결이 없습니다.이 시스템은 1970년 시트로엥 SM에 처음 도입되었으며, 영국에서는 '바리안 파워', 미국에서는 '스피드 필'로 알려졌다.

전기 유압 시스템

때로는 EHPS 또는 "하이브리드" 시스템이라고도 하는 전기 유압 파워 스티어링 시스템은 표준 시스템과 동일한 유압 어시스트 기술을 사용하지만, 유압은 엔진의 구동 벨트가 아닌 전기 모터로 구동되는 펌프에서 발생합니다.

1965년 포드는 기존의 대형 스티어링 휠을 2개의 5인치(127mm) 링, 15:1의 빠른 기어비, 그리고 엔진이 [17][18]정지할 경우에 대비하여 전기 유압 펌프로 대체하는 "스트 트위스트 인스턴트 스티어링" 장착 머큐리 파크 레인을 실험했다.

1988년, Subaru XT6에는 차량의 속도에 따라 보조 수준을 변경하는 독특한 싸이브리드 어댑티브 전기 유압 스티어링 시스템이 장착되었습니다.

1990년, 토요타는 전기 유압 파워 스티어링을 탑재한 2세대 MR2를 발표했습니다.이를 통해 엔진에서(MR2의 운전자 뒤에 있는) 스티어링 랙까지 유압 라인이 흐르지 않게 되었습니다.

1994년 폭스바겐은 전기 펌프가 달린 골프 Mk3 에코매틱을 생산했다.이것은 연료를 절약하기 위해 [19]엔진이 컴퓨터에 의해 정지되어 있는 동안에도 파워 스티어링이 여전히 작동한다는 것을 의미했다.포드, 폭스바겐, 아우디, 푸조, 시트로엥, 시트, 슈코다, 스즈키, 오펠, MINI, 도요타, 혼다, 마츠다의 일부 자동차에서 전기 유압 시스템을 사용할 수 있습니다.

전기 시스템

부분적으로 분해된 스티어링 칼럼이 있는 EPS 모듈

전자식 파워 스티어링(EPS) 또는 모터 구동 파워 스티어링(MDPS)은 유압 시스템 대신 전기 모터를 사용하여 차량 운전자를 지원합니다.센서가 스티어링 칼럼 내부에서 가해지는 위치 및 토크를 감지하고, 컴퓨터 모듈이 모터를 통해 보조 토크를 인가하여 스티어링 기어 또는 스티어링 칼럼에 연결합니다.따라서 주행 조건에 따라 다양한 양의 지원을 받을 수 있습니다.따라서 엔지니어는 가변 속도 및 가변 감쇠 서스펜션 시스템에 맞춰 스티어링 기어 반응을 맞춤화할 수 있으며,[20] 각 차량에 대한 승차감, 핸들링 및 스티어링을 최적화할 수 있습니다.이 새로운 기술적 기능은 또한 엔지니어들에게 새로운 운전자 지원 기능을 추가할 수 있는 능력을 부여했습니다.여기에는 차선 보조, 바람의 드리프트 보정 [21]등의 기능이 포함됩니다.피아트 그룹 차량에서는 보조의 양이 두 개의 서로 다른 보조 곡선을 전환하는 "CITY"라는 버튼을 사용하여 조절될 수 있으며, 대부분의 다른 EPS 시스템은 가변 보조 기능을 갖추고 있습니다.차량의 속도가 느려질수록 더 많은 도움을 주고 속도가 빨라질 때는 더 적은 도움을 줍니다.

스티어링 휠과 스티어링 기어 사이의 기계적 링크는 EPS로 유지됩니다.보조 기능을 제공하지 못하는 구성 요소 고장 또는 전원 고장 시 기계적 링크가 백업 역할을 합니다.EPS가 고장나면 운전자는 조종에 많은 노력이 필요한 상황에 직면하게 됩니다.이 무거운 힘은 작동하지 않는 유압 스티어링 어시스트[citation needed] 시스템의 힘과 유사합니다.운전 상황, 운전 기술 및 운전자의 체력에 따라 스티어링 어시스트 손실이 충돌로 이어질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.파워 스티어링이 작동하지 않을 때 스티어링의 어려움은 보조 스티어링 기어와 완전 수동 스티어링 기어에서 스티어링 비율을 선택할 경우 더욱 복잡해집니다.NHTSA는 [22]고장이 발생하기 쉬운 EPS 시스템을 리콜하는 자동차 제조사를 지원했다.

전기 시스템은 벨트 구동식 유압 펌프가 상시 가동되지 않기 때문에 연비 면에서 유리하며, 보조가 필요한지 여부에 관계없이 전기 시스템이 도입되는 주요 이유입니다.또 다른 주요 장점은 엔진에 장착된 유압 펌프와 섀시에 장착된 스티어링 기어 사이에 벨트 구동식 엔진 액세서리와 여러 개의 고압 유압 호스가 없다는 것입니다.이것에 의해, 제조와 유지보수가 큰폭으로 심플화됩니다.전자식 스태빌리티 컨트롤이 통합되어 있어 전자식 파워 스티어링 시스템이 토크 어시스트 레벨을 즉각적으로 변화시켜 운전자가 교정 [23]기동을 할 때 도움이 됩니다.

1986년 NSK는 세계 최초의 배터리 지게차용 전동 파워 스티어링 시스템을 실용화했다.[24]1988년, 코요 세이코(현 JTEKT)와 NSK는,[25] 일본 국내 시장 전용의 미니카 전용 칼럼 시스템을 공동 개발했다.양산형 승용차의 최초의 전동 파워 스티어링 시스템은 [26]1988년 스즈키 서보에 등장했다.그러나 이 간단한 방법은 저속 주행 시 위험을 회피하기 위해 급조타 시 관성에 의한 모터의 부자연스러운 조타감, 그리고 전자 클러치로 인해 조타력을 sma로 만드는 고속 주행 시 모터의 부자연스러운 조타감 때문에 초기 몇 년 동안 다른 자동차 회사들에 널리 채택되지 않았다.ller, 수동 스티어링 모드로 돌아갑니다.1990년, 클러치가 없는 랙 어시스트의 직접 풀 컨트롤 시스템이 Honda NSX에 실용화되었습니다(처음에는 자동차에만 장착되었습니다).이후 일반 차량용 랙형에서 브러시 장착 모터에서 브러시리스 모터로 트렌드가 바뀌면서 이 방식이 주류가 됐다.

이후 1990년 이후 혼다 NSX, 1991년 혼다 전주곡 및 스바루 SVX, 닛산 300ZX(Z32, 버전 3 이후 이후), 1993년 실비아, 스카이라인 및 로렐, 1999년 MGF, FIAT Punto Mk2에 4WS 포함됨2003년 마츠다 RX-8.

이 시스템은 다양한 자동차 제조업체에 의해 사용되어 왔으며, 연료 소비와 제조 비용을[citation needed] 줄이기 위해 소형차에 가장 많이 적용되었다.

전기 가변 기어비 시스템

2000년, 혼다 S2000 타입 V는 최초의 전동 가변 기어비 스티어링(VGS)[27] 시스템을 채용했습니다.도요타는 2002년 렉서스 LX 470과 랜드크루저 시그너스에 '가변 기어비 스티어링'(VGRS) 시스템을 도입했으며, 스티어링 기어비와 스티어링 어시스트 레벨을 변경하기 위한 전자식 스태빌리티 컨트롤 시스템도 통합했다.BMW는 2003년 5시리즈에 [28]액티브 스티어링 시스템을 도입했다.

이 시스템은 스티어링비가 아닌 스티어링 어시스트 토크를 변화시키는 가변 어시스트 파워 스티어링 또는 기어비가 스티어링 각도의 함수로만 변화되는 시스템과 혼동해서는 안 됩니다.이러한 마지막 유형을 더 정확하게 비선형 유형(예: Mercedes-Benz에서 제공하는 다이렉트 스티어)이라고 부릅니다. 스티어링 휠 위치 대 액슬 스티어링 각도의 그래프는 점진적으로 곡선(및 대칭)됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Schultz, Mort (May 1985). "Steering: A Century of Progress". Popular Mechanics. 162 (5): 59. ISSN 0032-4558. Retrieved 8 November 2014.
  2. ^ Wren, James A.; Wren, Genevieve J. (1979). Motor Trucks of America. University of Michigan Press. p. 23. ISBN 9780472063130. Retrieved 8 November 2015.
  3. ^ "Driving-gear for motor-carriages".
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외부 링크

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