KR100221577B1 - 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치 - Google Patents

자동차의 서스펜션용 부시 제어장치 Download PDF

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Abstract

[목적] 본 발명은 맥퍼슨식 서스펜션 로어암의 차체측 연결부위에 유압부시를 장착하여, 부시의 본래기능인 진동절연 기능을 충분히 확보하면서 주행상황에 따라 유압부시를 차체의 상하방향으로 일정한 거리만큼 이동시키고 직진 및 고속주행의 안정성과 선회시의 차량 안전성을 확보할 수 있도록 한 자동차의 서스펜션부시 제어장치에 관한 것이다.
[구성] 노면입력 진동이 차륜에서 발생하여 로어암을 통해 차체로 전달되는 입력 조건에 따라 압력제어밸브(68)를 제어하여 제어신호의 크기에 따라 유압부시(40)내의 양 유체실의 압력을 제어하여 유압부시의 탄성계수를 조정하고, 주행조건에 따라 유압부시의 유체실의 압력을 제어하여 차량의 롤센터 위치를 제어하고, 시스템 고장시에도 선회안정성 및 직진주행안정성을 확보하도록 됨을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시제어장치.

Description

자동차의 서스펜션용 부시 제어장치
제1도는 종래의 서스펜션 제어장치의 시스템 구성도.
제2도는 종래 유압부시의 단면도.
제3도는 본 발명 실시예의 유압부시가 설치된 상태의 시스템도.
제4도는 제3도의 평면도.
제5도는 본 발명에 의한 유압부시의 단면도.
제6도는 본 발명에 의한 제어장치의 구성도.
제7도(a)(b)는 유압부시의 작동관계를 나타낸 동작상태도.
제8도는 로어암의 부시제어에 의한 롤센터 변화를 나타낸 개념도.
제9도는 본 발명에 의한 유압장치의 계략 단면도.
제10도는 본 발명에 의한 압력제어밸브의 단면도.
제11도는 압력제어밸브의 전류대 제어압력과의 관계를 나타낸 선도.
제12도는 본 발명에 의한 릴리프밸브의 단면도.
제13도는 릴리프밸브의 특성 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 바퀴 2 : 너클
3: 쇽업소버 31 : 코일스프링
4 : 로어암(A암) 40 : 유압부시
41 : 컨벤션널 부시 5 : 서스펜션 크로스멤버
10 : 차체 401 : 외통
402 : 고무 탄성체 403 : 내통
404, 405 : 유압부시내의 유체실 406 : 유압피팅
62 : 유압펌프 63 : 펌프구동장치
64 : 릴리프 밸브 68 : 압력제어밸브
7 : 전자제어장치 71 : 차속센서
72 : 조향각센서
본 발명은 맥퍼슨식 서스펜션 로어암의 차체측 연결부위에 유압부시를 장착하여, 부시의 탄성계수조절 및 위치변화에 의해 차량의 롤센터 높이를 제어하여 승차감, 주행안정성 및 선회시 차량의 안정성을 확보할 수 있도록 한 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치에 관한 것이다.
종래에는 맥퍼슨식 서스펜션 로어암의 차체연결부 부시내에 유체실을 2개 형성하여 유압에 의해 로어암의 차체연결부 위치를 상ㆍ하방향으로 변화시켜 선회시나 고속주행시 차량의 롤센터 위치를 상ㆍ하방향으로 가변시킬 수 있도록 서스팬션 제어장치가 제어되었다.
상기한 자동차 서스펜션 제어장치는 제1도에 도시한 바와 같이 횡가속도 센서(520), 차속센서(521) 및 제어장치(52)로 구성된 제어부(A)와, 유압원(6), 4포트 3포지션 방향제어 밸브(51)와 유압부시(50)로 구성된 유압장치부(B)로 구성되어 있다.
유압부시(50)는 제2도와 같이 금속재로 된 내통(500)과 외통(501)사이에 탄성체(503)를 압입시키고, 이 탄성체 내부에는 2개의 유체실(504)(505)이 설치되어 있으며, 외통은 로어암에, 내통은 차체에 각각 연결된 구성으로 되어 있다.
로어암(4)의 차체연결부 부시(50)내에 유체실을 2개 형성하고 유압에 의해 로어암의 차체연결부 위치를 상하방향으로 변화시켜 선회시나 고속주행시 차량의 롤센터 위치를 상하로 가변시킬 수 있도록 한 서스펜션 제어장치로 되어 있었다.
따라서 상기와 같은 종래의 것은 차량의 주행상태를 센서로부터 입력받아 제어장치가 방향제어밸브를 작동시키면, 유압부시 내의 한쪽 유체실에는 압력이 걸리게 되고, 반대쪽 유체실에는 대기압 상태로 되어 양유체실 사이에는 압력차이가 발생하게 된다.
이때 압력이 인가된 유체실은 팽창하게 되고 압력이 걸리지 않은 유체실은 수축하게 되어 유압부시의 외통 즉, 로어암의 차체연결부는 유압부시의 내통 즉, 차체에 대하여 상대적인 위치변화를 발생시키게 되고, 이로 인하여 로어암의 차체연결부 위치가 상하방향으로 변하게 된다.
로어암의 차체측 장착위치가 상기와 같이 변화하면, 서스펜션장치의 기구학적인 특성 변화로 인하여 차량의 롤센터(Roll center)의 위치가 상ㆍ하방향으로 변하게 되며, 차량의 직진주행 안정성이나 선회시롤(Roll)발생을 억제할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 것은, 통상의 차량주행시 유압부시 내에는 일정한 압력이 결려 있어야 하지만, 방향제어밸브(51)의 특성상 유압부시(50)내의 양쪽 유체실(504)(505)에 균등한 압력이 인가된 상태로 유지되지 못하는 단점이 있다.
또 유압부시(50)내의 양쪽 유체실(504)(505)에 균등한 압력이 인가된다고 하더라도 서스펜션 부시의 본래 기능인 차륜의 진동이 차체로 전달되는 것을 차단하는 진동절연의 관점에서 보면, 제1도에서와 같이 방향제어밸브(51)가 중립위치에 있을 때 유압부시(50)내의 양쪽 유체실(504)(505)은 외부와 차단되어 폐쇄된 유로를 형성하여 유체의 비압축성 특성에 의해 마치 유체가 고무부시 내에 봉입된 상태가 되므로 진동절연시 적절히 유압부시의 특성을 설정할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.
만약 주행중 시스템 고장이 발생하면, 상기와 같은 문제점으로 인해 유압부시의 본래 기능을 할 수 없어 승차감 및 주행안정성에 악영향을 미쳐 심각한 문제를 초래하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안 해소하기 위하여 안출한 것으로, 맥퍼슨식 서스펜션 로어암의 차체측 연결부위에 유압부시를 장착하여 부시의 본래기능인 진동절연 기능뿐만 아니라 노면에서 입력되는 주파수에 따라 부시의 탄성계수를 조절하여 조종안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 주행상황에 따라 유압부시를 차체의 상하방향으로 일정한 거리만큼 이동시켜 차량의 롤센터 높이를 제어하게 하므로서 직진 주행 안정성, 고속 주행 안정성 및 선회시의 차량안정성을 확보할 수 있도록 한 자동차의 서스펜션부시 제어장치를 제공함에 있는 것이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면과 실시 예에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 제3도 내지 제13도는 본 발명에 따른 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치를 설명하기 위한 참고 도면을 도시하고 있다.
제3도 및 제4도에 도시와 같이 서스펜션의 로어암(4)의 차체측 연결부시중 차륜의 중심에서 가까운 쪽의 부시에 유압부시(40)를 적용함에 그 특징이 있는 것이다.
상기 유압부시(40)는 제5도에 나타낸 바와 같이 부시외통(401), 부시내통(403), 부시측판(407), 상기 부시외통(401)과 내통(403) 사이에 설치되는 탄성체(402) 및 탄성체(402) 내에 서로 대칭으로 설치된 유체실(404, 405), 유압부시(40)의 이상변형을 방지하는 스토퍼(408), 상기 유체실(404, 405)에 외부로부터 유압유를 공급ㆍ배기시키기 위하여 외통부에 유압용 피팅(406)을 장착하여 되는 구성으로 이루어지고 있다.
또한 유압부시(40)의 각 유체실(404, 405)에 유압을 공급하기 위한 유압시스템은 제6도에 나타낸 바와 같이 오일탱크(6), 유압펌프(62), 상기 유압펌프(62)를 구동시키기 위한 동려원인 전기모터(63), 유압부시(40)의 각 유체실(404, 405)에 압력을 공급할 것인지 배기 시킬 것인지를 결정하는 릴리프밸브(64)로 되고 있다.
상기 유압부품은 조립성, 장착성 등을 고려하여 유압 모듈레이터로 집적화하여 장착공간을 최소화하고 있다.
또한 이러한 유압부시를 제어하기 위한 제어장치는 차속센서(71), 조향각센서(72)로부터 차량의 주행상태를 감지후 방향제어밸브(65, 66), 전기모터(63)에 전기적 명령신호를 내어 보내는 전자제어장치(7)로 되어 있다.
압력제어밸브(68)은 제10도에서와 같이 비례솔레노이드밸브(680)과 슬리이브(686), 포펫(682), 오리피스(684, 685)로 이루어진 포펫피트(686) 및 복귀오리피스(683)로 구성되어 있다.
그리고 시스템 압력을 설정하는 릴리프밸브(64)는 제12도와 같이 스프링(645), 포펫(641), 포펫피트(644) 및 스프링의 탄성력을 조절할 수 있는 스프링 조정기(643) 및 캡(642)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명을 첨부도면 제6도를 기초로하여 설명하면 다음과 같다.
1) 유압부시의 탄성계수 제어 방법
차량의 통상주행시 유압부시(40)의 작동상태는 제6도에 도시한 바와 같이 압력제어밸브(68) 및 전기모터(63)에는 전자제어장치(7)로부터 전기적인 제어신호(IUP, IDN, INU, IMR)에 의해 유압부시(40)내의 2개 유체실의 압력을 동일하게 제어하여 탄성계수를 조정한다.
노면입력 진동이 차륜에서 발생하여 로어암을 통해 차체로 전달되게 되는데 입력되는 조건에 따라 압력제어밸브(68)를 제어하여 제어신호의 크기에 따라 유압부시(40)내의 양 유체실의 압력을 제어하여 압력을 높이면 유압부시의 탄성특성은 하드(Hard)해지고, 만약 제어신호를 작게하여 압력을 낮추면 유압부시의 탄성특성은 소프트(soft)해진다.
따라서, 유체의 댐핑특성으로 인하여 저주파 대진폭 뿐만아니라 고주파 미소진폭 등 외부입력진동 조건에 따라 유압부시의 압력을 제어하여 탄성계수를 조절함으로서 로어암으로부터 차체로 전달되는 것을 현저히 줄일 수 있다.
2) 차량의 롤센터 위치를 낮추는 방법
로어암의 차체측 연결부의 위치를 아랫방향으로 이동시키는 작동은 제7a도를 기초로 설명한다.
일반적으로, 고속 전진 주행시에는 롤센터의 위치를 낮추는 것이 차량의 직진주행안정성 및 노면으로부터의 외란 등에 의한 2차외란 등이 작아져 승차감 측면에서 유리하다.
따라서 본 발명에서는 제7도와 같이 차속센서(71), 조향각센서(72)로부터 차량의 고속직진 주행상태를 감지하여 전자제어장치(7)에서는 전기모터(63)에 의해 전기적인 동작신호(IMR)를 보내 전기모터와 유압펌프(62)를 작동시켜 유압이 발생하면 압력제어밸브(68)에 전기적인 동작신호(IDN)를 주어 이 밸브들을 작동시키게 된다. 이때 유압부시(40)내의 아랫쪽 유체실(405)의 압력은 상승되고, 윗쪽 유체실(404)의 압력은 저하되게 된다.
유압부시(40)의 내통(403)은 볼트로 차체측에 고정되어 있기 때문에 유압부시(40)의 외통(401)은 내통(403)에 대하여 차량 아랫방향으로 상대 운동을 하게 되며, 결과적으로 외통과 연결된 로어암(4)과 차체측 장착위치가 "h1"만큼 차량 아랫쪽으로 내려가게되어 제8도와 같이 로러암(4)과 스러스트(3)의 기하학적인 형상에 의해 결정되는 롤센터의 위치를 "H"에서 "H2"로 낮출 수 있게 된다.
이로 인해 차량의 직진주행 안정성 및 노면으로부터의 외란 등에 의한 2차외관 등이 작아져 승차감을 향상시키게 된다.
3) 차량의 롤센터 위치를 높이는 방법
로어암의 차체측 연결부의 위치를 윗방향으로 이동시키는 작동은 제7b도를 기초로 하여 설명한다.
일반적으로 선회시 및 고속직진주행시에는 롤센터의 위치를 높이는 것이 롤강성(Roll Stiffness)이 커져 롤억제가 가능하여 차량의 선회안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 첨부도면에서 볼 수 있는 바와 같이 차속센서(71), 조향각센서(72)로부터 차량 선회시 횡가속도를 연산할 수 있으며, 이에 따라 차량의 선회여부를 감지하여 전자제어장치(7)에서는 전기모터(63)에 전기적 동작신호(IMR)를 보내 전기모터와 유압펌프(62)를 작동시켜 유압을 발생한다.
또한 압력제어밸브(68)에 전기적인 동작신호(IUP)를 주어 작동시킨다. 이때는 유압부시내의 윗쪽 유체실(404)의 압력은 상승되고, 아랫쪽 유체실(405)의 압력은 저하되어 결과적으로 로어암의 차체측 장착위치가 차량 윗방향으로 "h2"만큼 올라가게 되어 로어암(4)과 스러스트(3)의 기하학적인 형상에 의해 결정되는 롤센터의 위치를 "H"에서"H1"으로 높아져 롤강성이 커져 롤 억제가 가능하여 차량선회시 선회안전성을 확보할 수 있게 된다.
4) 시스템 고장시 진동절연 및 안정성 확보 방법
시스템 고장시 유입부시(40)의 작동상태는 제6도에 기초하여 설명한다.
주행중 시스템 고장이 발생하면, 압력제어밸브(68) 및 전기모터(63)에는 전자제어장치(7)로부터 전기적인 제어신호(IUP, IDN, IMR=off)가 전달되지 않으므로 압력제어밸브(68)는 복귀스프링에 의해 절환되어 유압원으로부터 유로는 차단됨과 동시에 유압부시(40)내의 2개의 유체실(404, 405)은 "0"(Zero)압력이 되고, 유압모터는 동작하지 않게 된다.
따라서 유압부시의 탄성특성을 소프트해지며, 유체의 댐핑특성으로 인하여 진동을 로어암으로부터 차체로 전달되는 것을 줄일 수 있어 안정성을 확보할 수 있게 된다.
상기의 방법을 실형하기 위한 각 유압부품의 동작 설명은 다음과 같다.
제10도의 압력제어밸브(68)는 제어신호(IUP, IDN)에 따라 제어관로의 압력을 선형적으로 제어 가능하다.
비례솔레노이드(680)은 제어신호에 따라 플런저(681)에 발생하는 힘이 선형적으로 변하기 때문에 포펫개도(687)와 포펫(682)은 다음식에 의해 제어관로의 압력을 제어한다.
FS= PC× A
(FS: 솔레노이드 힘, PC: 제어압력, A : 포펫개도의 단면적)
위의 식에 의해 부하조건에 따라 제어압력과 비례솔레노이드와 포펫개도에 의해 압력제어밸브를 개발할 수 있다.
본 발명의 압력제어밸브(68)는 제11도에서와 같이 제어신호가 Imim에서 Imax까지 변할 때, 제어관로의 압력은 0에서 Pmax까지 선형적인 제어 가능함으로 유압부시의 양유체실의 압력제어가 가능하다.
또한 릴리프밸브(64)는 시스템 압력을 설정하는 밸브로서 그 특성선도는 제13도에 나타낸 바와 같다.
제13도의 특성선도에 니타낸 바와 같이 입력 오버라이드(Over-ride)특성으로 크랭킹 압력(Pcrk)에서 전유량 압력(Pmax)까지의 압력 변화 특성으로 압력 오버라이드 특성이 우수할수록 동일 압력에서 사용유량이 증가하기 때문에 에너지 효율이 좋게되며, 전기모터 및 유압펌프의 고장에 의한 시스템관로의 압력 급상승을 방지할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명은 유압부시의 유압제어장치를 동일한 압력제어밸브 2개의 제어로 유압부시의 탄성특성을 가변할 수 있게 하고, 유압원과 압력제어밸브를 이용하여 유압부시의 유체실 압력을 제어하여 로어암측의 차체장착부위의 위치를 상ㆍ하로 이동에 의한 롤센터를 가변시킴으로서 차량선회시 선회안정성을 부여하고, 주행중 시스템 고장이 발생해도 선회안정성 및 직진주행 안정성을 확보할 수 있게 되어, 종래와 같이 서스펜션 로어암의 차체측 장착위치를 가변시키기 위한 유압시스템이 4포트 3포지션 방향제어밸브 1개만으로 구성하므로서 비롯되었던 실제 시스템 작동시 많은 문제점이 간단히 해소되는 장점이 있게 된다.
또한 본 발명은 시스템구조가 간단하여 유압모듈레이터를 집적화하여 제조단가가 낮고, 무게 및 크기가 작아 적용시스템에 대한 제한이 없다는 이점이 있어 신뢰성을 크게 높일 수 있게한 것이다.

Claims (5)

  1. 로어암과 차체의 장착부위에 유압부시를 설치하고, 상기 유압부시에 유압을 공급하는 유압원과, 공급되는 유압을 제어하는 제어밸브와, 차량의 주행상황에 따라 전기적인 제어신호를 유압 제어밸브에 인가하는 전자 제어장치가 구비되는 것에 있어서, 상기 유압부시의 탄성계수를 조정하고, 주행조건에 따라 유압부시의 유체실의 압력을 제어하여 차량의 롤센터 위치를 제어하고, 시스템 고장 시에도 선회안정성 및 직진주행안정성을 확보하도록 하기 위해 유압부시(40)의 각 유체실(404, 405)에 유압을 공급하기 위한 유압시스템은 유압펌프(62)와 상측 유체실(404)의 사이에 연결한 압력제어밸브(68), 유압폄프(62)와 하측 유체실(405)의 사이에 연결한 또 다른 압력제어밸브(68), 상기한 각각의 압력제어밸브(68)들과 오일탱크(6)의 사이에 연결한 릴리프밸브(64)로 구성하여 상기 유체실(404)(405)의 압력을 각각 제어할 수 있도록 하여서 됨을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유압부시(40)는 부시외통(401), 부시내통(403), 부시측판(407), 상기 부시외통(401)과 내통(403)사이에 설치되는 탄성체(402) 및 탄성체(402)내에 서로 대칭으로 설치하되, 피팅(406)을 가진 유체실(404, 405), 유압부시(40)의 이상변형을 방지하는 스토퍼(408)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 압력제어밸브(68)는 비례 솔레노이드밸브(680)와 슬리이브(686), 포펫(682), 오리피스(684, 685)로 이루어진 포펫피트(686) 및 복귀오리피스(683)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 시스템 압력을 설정하는 상기 릴리프밸브(64)는 스프링(645), 포펫(641), 포펫피트(644) 및 스프링의 탄성력을 조절할 수 있는 스프링 조정기(643) 및 캡(642)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 압력제어밸브(68) 및 릴리프밸브(64)는 장착공간을 최소화하도록 하기 위해 집적화한 유압모듈레이터(60)로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차의 서스펜션용 부시 제어장치.
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