KR100267353B1 - 현수 장치용 가변 댐퍼 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재 사용중인 댐퍼 기구들이 온-오프 형식이거나 고압의 환경에서는 사용할 수 없는 문제점이 있기 때문에,

프레임측에 설치되고 내부가 가스실과 압력실로 구분되는 실린더와, 일단은 차륜측에 결합되고 다른 일단은 상기 실리더의 압력실에 내재되어 차륜측의 충격력을 압력실로 전달하는 피스톤과, 상기 실린더의 내부에 설치되어 압력실과 가스실 사이를 왕복하는 유체의 유량을 조절하여 댐핑력을 제어하는 유량 조절 수단으로 구성되고;

상기 유량 조절 수단은 압력실과 가스실을 연결하는 유로에 설치되어 댐핑 작용을 하는 제1 오리피스와, 상기 제1 오리피스에 병렬로 설치된 제2 오리피스와 직렬로 설치되어 제2 오리피스를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 솔레노이드 밸브로 구성됨으로써,

사용 조건에 거의 구속을 받지 않고 저렴한 비용으로 설계/제작할 수 있으며 차량의 주행 안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구에 관한 것이다.

Description

현수 장치용 가변 댐퍼 기구

차량의 주행 안정성 및 승차감 향상을 위한 현수 장치에 사용되는 댐퍼 기구에 관한 것으로서, 특히 솔레노이드 제어를 통해 고정 오리피스의 댐핑량을 조절할 수 있도록 하여 사용 조건에 구애받지 않고 저렴한 비용으로 설계 제작이 가능하며 주행 안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 주행 안정성 및 승차감의 향상을 위해 반능동 현수 장치 및 능동 현수 장치가 사용된다. 상기 능동 현수 장치는 많은 성능 향상을 기대할 수 있으나 제어를 위해 많은 전력을 소모하므로, 실용화의 측면에서 살펴볼 경우 제어를 위한 동력 손실이 없으면서도 상당한 성능 향상을 기대할 수 있는 반능동 현수 장치가 유리하다. 여기서, 상기 반능동 현수 장치는 현수 장치를 통해 전달되는 외부의 에너지를 댐퍼를 통해 발산시키는 방법을 사용한다.

종래의 자동차용 현수 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 차륜측에 연결되어 현수 장치로 충격력을 전달하는 피스톤 로드(1)와, 프레임에 고정된 베이스 셀(2)과, 상기 베이스 셀(2)의 내부에 위치되어 상하 이동되는 실린더(3)와, 상기 실린더(3)의 내부에 위치되어 실린더(3)의 내부를 반동실(a)과 압력실(b)로 구분하고 상기 피스톤 로드(1)에 연결된 피스톤 밸브(4)와, 상기 실린더(3)의 하측부에 설치되어 상기 압력실(b)의 압력중 일부가 축압실(c)로 전달되도록 하는 바디 밸브(5)와, 상기 베이스 셀(4)에 연결되어 상기 축압실(c)의 압력을 흡수함으로써 완충 작용이 일어나도록 하는 축압기(6)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 피스톤 밸브(4)와 바디 밸브(5)는 댐퍼 밸브로서 댐퍼 밸브의 얇은 플레이트가 압력차에 의해 변형될 때 원주 방향으로 발생되는 틈새가 가변 오리피스 역할을 하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 자동차용 현수 장치는 바퀴의 충격이 피스톤 로드를 통해 프레임측으로 전달될 경우 댐퍼 밸브의 댐핑 작용을 통해 충격을 완화시키도록 되어 있다.

차량의 주행 도중 차륜측에 충격이 발생되면 이는 피스톤 로드(1)를 통해 프레임측으로 전달된다. 차륜의 충격으로 상기 피스톤 로드(1)가 하강되면 실린더(3) 내부의 압력실(b)과 반동실(a) 사이의 압력차가 발생되므로 피스톤 밸브(4)가 댐핑 작용을 하게 된다. 이와 동시에 상기 실린더(3)가 하강하게 되므로 상기 압력실(b)과 축압실(c) 사이의 압력차에 의해 바디 밸브(5)도 댐핑 작용을 하게 된다.

여기서, 상기 실린더(3)의 하강에 따라 축압실(c)에 가해지는 압력은 축압기(6)에 의해 흡수되므로, 상기 피스톤 밸브(4)와 바디 밸브(5)의 댐핑 작용으로 인한 댐핑력은 차륜축의 충격을 완화시키는 역할을 한다. 따라서, 차륜축에 발생된 충격이 프레임측으로 전달되지 않게 된다.

그러나, 상기한 종래의 자동차용 현수 장치는 압력에 따른 플레이트의 변화를 정확히 예측해야 하므로 설계가 쉽지 않고 능동적으로 댐핑력을 제어할 수 없으며 사용 압력이 10 bar 이하로 제한되는 문제점이 있다.

또한, 도 2는 전차에서 사용되는 유기압 현수 장치의 댐퍼인 고정 오리피스를 이용한 수동 댐퍼를 도시하고 있다.

즉, 유기압 댐퍼는 무한 궤도 차량의 캐터필러의 위치에 따라 상하 이동되는 보기륜(11)과, 상기 보기륜(11)에 연동되어 전후 이동되고 유압을 발생시키는 피스톤(15)과, 상기 피스톤(15)에 의해 발생된 유압에 의해 이동되어 스프링 역할을 하는 질소를 압축하는 플로팅 피스톤(16)과, 오일이 이동될 수 있도록 일측에 오리피스(17')가 형성되고 상기 피스톤(15)이 내재되는 제1실린더(17)와, 유압실(18b)측에 오리피스(18')가 형성되고 상기 플로팅 피스톤(16)에 의해 질소 챔버(18a)와 유압실(18b)로 구분되는 제2실린더(18)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 유기압 댐퍼의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

보기륜(11)이 상승되면 아암(12)으로 연결된 크랭크(13)가 반시계 방향으로 회전되고, 상기 크랭크(13)의 회전에 따라 크랭크(13)에 링크(14)로 연결된 피스톤(15)이 전진하게 된다. 상기 피스톤(15)이 전진되면서 제1실린더(17)의 유체를 압축하여 유압을 형성시키게 되므로, 제1실린더(17)와 제2실린더(18) 사이에 압력차가 발생된다. 이 압력차에 의해 제1실린더(17)의 유체가 댐퍼의 오리피스(17',18')를 거쳐 제2실린더(18)의 유압실(18b)로 흐르게 되므로 댐핑력이 발생된다.

보기륜(11)이 하강되면 질소 챔버(18a)의 질소가 스프링 역할을 하여 플로팅 피스톤(16)을 밀게 되므로 제2실린더(18)의 유압실(18b)에 유압이 형성된다. 따라서, 제1실린더(17)와 제2실린더(18) 사이에 압력차가 발생되고, 이 압력차에 의해 제2실린더(18)의 유체가 댐퍼의 오리피스(18',17')를 거쳐 제1실린더(17)로 흐르게 되므로 댐핑력이 발생된다.

상기와 같이 구성된 유기압 댐퍼는 사용 압력이 300 내지 800 bar로서 고압에의 적용이 용이하지만 오리피스의 직경을 매우 작게해야 할 뿐 아니라 오리피스의 직경을 변화시키는 가변 댐퍼의 설계가 곤란한 문제점이 있다.

이와는 달리, 유압 실린더 몸체를 전극으로 이용하여 자기장을 형성한 후 보이스 코일에 전류를 인가함에 따라 밸브가 열리고 닫히면서 댐핑력이 변화되도록 하는 온-오프 형식의 댐퍼가 사용되기도 한다.

상기한 온-오프 형식의 댐퍼는 밸브의 응답 속도를 매우 빠르게 할 수 있으나, 유압 실린더 전체를 전극으로 이용하도록 설계해야 하므로 단순한 기능에 비해 가격이 너무 비싼 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고정 오리피스와 솔레노이드 밸브를 이용하여 고정 오리피스를 통과하는 유체의 유량을 제어함으로써 현수 장치 내부의 압력이 매우 높은 환경에서 댐핑력을 임의로 변화시킬 수 있는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 자동차의 현수 장치가 도시된 구성도,

도 2는 종래의 전차에서 사용되는 유기압 댐퍼가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 현수 장치용 댐퍼 기구가 개략적으로 도시된 구성도,

도 4는 본 발명의 요부 구성인 솔레노이드의 제어 신호가 도시된 온-오프선도,

도 5는 솔레노이드의 상태에 따른 압력-유량 변화선도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 실린더 51 : 압력실

52 : 가스실 60 : 피스톤

70 : 유량 조절 수단 71 : 제1 오리피스

72 : 제2 오리피스 73 : 솔레노이드 밸브

74 : 체크 밸브

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 프레임측에 설치되고 내부가 가스실과 압력실로 구분되는 실린더와, 일단은 차륜측에 결합되고 다른 일단은 상기 실리더의 압력실에 내재되어 차륜측의 충격력을 압력실로 전달하는 피스톤과, 상기 실린더의 내부에 설치되어 압력실과 가스실 사이를 왕복하는 유체의 유량을 조절하여 댐핑력을 제어하는 유량 조절 수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유량 조절 수단은 압력실과 가스실을 연결하는 유로에 설치되어 댐핑 작용을 하는 제1 오리피스와, 상기 제1 오리피스에 병렬로 설치된 제2 오리피스와 직렬로 설치되어 제2 오리피스를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 솔레노이드 밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 현수 장치용 가변 댐퍼 기구는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임측에 설치되고 내부가 가스실(52)과 압력실(51)로 구분되는 실린더(50)와, 일단은 차륜측에 결합되고 다른 일단은 상기 실린더(50)의 압력실(51)에 내재되어 차륜측의 충격력을 압력실(51)로 전달하는 피스톤(60)과, 상기 실린더(50)의 내부에 설치되어 압력실(51)과 가스실(52) 사이를 왕복하는 유체의 유량을 조절하여 댐핑력을 제어하는 유량 조절 수단(70)으로 구성된다.

상기 유량 조절 수단(70)은 압력실(51)과 가스실(51)을 연결하는 유로에 설치되어 댐핑 작용을 하는 제1 오리피스(71)와, 상기 제1 오리피스(71)에 병렬로 설치된 제2 오리피스(72)와 직렬로 설치되어 제2 오리피스(72)를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 솔레노이드 밸브(73)로 구성된다. 이때, 상기 유량 조절 수단(70)은 유체의 이동 방향에 따라 각기 따로 설치되고, 다른 방향의 유동을 차단하기 위해 각 유로에 체크 밸브(74)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 현수 장치용 가변 댐퍼 기구는 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 댐핑력을 변화시킬 수 있게 된다.

차륜측에 충격이 발생되면 피스톤(60)이 압력실(51) 내부에서 이동되어 유체에 압력을 발생시키게 되고, 상기 피스톤(60)의 이동에 따라 압력실(51)의 유체가 유로를 통해 가스실(52)로 이동된다. 이때, 상기 유로에는 오리피스(71)(72)가 설치되어 있으므로 오리피스(71)(72)의 작용에 의해 댐핑력이 발생된다. 상기 피스톤(60)이 후퇴할 경우에도 압력실(51)에 발생된 부압에 의해 가스실(52)의 유체가 유로를 통해 압력실(51)로 이동되는데, 이때도 역시 오리피스(71)(72)의 작용으로 댐핑력이 발생된다.

여기서, 유체가 유로를 통해 이동되는 것을 살펴보면, 솔레노이드 밸브(73)의 개폐에 따라 유체가 제1 오리피스(71)만을 통과하거나 제1 오리피스(71)와 제2 오리피스(72)를 동시에 통과하는 것을 알 수 있다. 유체가 하나의 오리피스만을 통과하는 경우 유체의 압력이 커(high damping)지고, 2개의 오리피스를 통과하는 경우 유체의 압력이 작아(low damping)진다.

이를 그림으로 표현하면 도 5의 H와 L로 나타낼 수 있는데, 상기 솔레노이드 밸브(73) 인가 신호의 펄스 변조율을 제어하면 곡선 H와 곡선 L 사이의 곡선 O를 얻을 수 있게 된다. 즉, 상기 솔레노이드 밸브(73)에 도 4와 같이 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방법과 유사하게 일정 주파수를 갖는 신호의 1 주기 중에 온(ON) {또는 오프(OFF)} 시간의 비를 변화시키면 곡선 H와 곡선 L의 중간 특성을 나타내는 곡선 O의 특성을 솔레노이드 밸브(73)의 인가 신호의 펄스 변조율에 따라 변화시킬 수 있다.

여기서, 고속 응답 솔레노이드 밸브의 응답 속도가 10ms 이하인 것을 감안하면 펄스 폭 변조에 의한 댐핑력의 구현이 용이함을 알 수 있다. 또한, 구조적으로도 고정 오리피스를 사용하므로 사용 압력의 제한이나 하드 웨어 구현상의 문제점이 없어진다. 즉, 단순한 고정 오리피스 2개와 솔레노이드 밸브 1개를 이용하여 매우 간단한 댐퍼 기구를 구성하여 온-오프 댐퍼는 물론 솔레노이드 인가 펄스 신호에 의해 댐핑력을 변화시킬 수 있는 가변 댐퍼 기구를 구현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 현수 장치용 가변 댐퍼 기구는 사용 조건에 거의 구속을 받지 않고 저렴한 비용으로 설계/제작할 수 있으며 차량의 주행 안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 프레임측에 설치되고 내부가 가스실과 압력실로 구분되는 실린더와, 일단은 차륜측에 결합되고 다른 일단은 상기 실리더의 압력실에 내재되어 차륜측의 충격력을 압력실로 전달하는 피스톤과, 상기 실린더의 내부에 설치되어 압력실과 가스실 사이를 왕복하는 유체의 유량을 조절하여 댐핑력을 제어하는 유량 조절 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유량 조절 수단은 압력실과 가스실을 연결하는 유로에 설치되어 댐핑 작용을 하는 제1 오리피스와, 상기 제1 오리피스에 병렬로 설치된 제2 오리피스와 직렬로 설치되어 제2 오리피스를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 솔레노이드 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유량 조절 수단은 쌍으로 설치되고, 각각 다른 방향의 유동을 차단하기 위해 각 유로에 체크 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 현수 장치용 가변 댐퍼 기구.