KR100477091B1 - 차량용 에어 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노면의 요철로부터 자동차의 차체로 전파되는 진동에 대해 순간적으로 응답하여 각종 진동을 실시간적이며 능동적으로 흡수 및 제어함으로써, 그 완충의 효과가 매우 상승되어 승차감을 향상시킬 뿐만 아니라 공기 스프링의 내구성을 향상시키는 에어 서스펜션에 관한 것이다.

본 발명은 자동차의 전, 후방 차축의 양단 부분에 설치된 리프 스프링의 중앙 상부면 상에 각각 장착된 공기 스프링과; 공기 스프링 상으로 공기를 제공하는 공기탱크와; 외부 공기를 유입하여 압축시켜 공기탱크에 압축공기를 이송하는 공기 압축기와; 차량의 키단자로부터 전기적으로 접속되어 공기 압축기의 작동을 제어하는 릴레이와; 공기 압축기의 유입구측에 장착되어 유입되는 외부 공기를 필터링하는 에어 필터와; 공기탱크의 토출구 측으로부터 연장된 배관라인 상에 설치된 압력조절밸브와; 공기탱크의 일측에 장착되어 공기탱크 내의 압력을 감지하여 그 감지신호를 릴레이로 전송하는 압력센서와; 공기 스프링 내의 압축공기 중 일부를 외부로 배출하는 배출포트가 일측에 구비되며, 내부에 고무 재질의 분리막이 구비된 배출밸브와; 배출밸브의 토출구 측에 장착된 안전밸브를 포함한다.

Description

차량용 에어 서스펜션{Automotive air suspension}

본 발명은 에어 서스펜션에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노면의 요철로부터 자동차의 차체로 전파되는 진동에 대해 순간적으로 응답하여 자동차의 차체측에 전파되는 각종 진동을 실시간적이며 능동적으로 흡수 및 제어함으로써, 그 완충의 효과가 매우 상승되어 승차감을 향상시킬 뿐만 아니라 공기 스프링의 내구성을 향상시키는 에어 서스펜션에 관한 것이다.

일반적으로, 차체와 바퀴를 연결하는 서스펜션은 차체에 대해 차륜을 상, 하 이외의 방향으로는 적당한 강성에 의해 지지되고, 상, 하 방향으로는 스프링, 감쇠기구에 의해 지지되는 장치로서, 노면으로부터의 충격을 흡수하는 스프링과, 이러한 스프링의 작동을 조정하는 쇽업소버와, 바퀴의 작동을 제어하는 암과 링크로 구성되어 있다. 이러한 서스펜션은 좌, 우 바퀴를 일체식 차축으로 연결하는 리지드 액슬 서스펜션과, 좌, 우 바퀴가 각각 작동하는 독립식 서스펜션으로 크게 대별된다. 이러한 리지드 액슬 서스펜션에는 평행 리프 스프링식, 드디온식, 링크식, 토크 튜브 드라이브식 등이 있으며, 독립식 서스펜션에는 스윙 암식, 더블 위시본식, 맥퍼슨 스트럿식 등이 있다. 이외에도 특수한 서스펜션으로는 공기 스프링을 이용한 에어 서스펜션과, 유체에 의해 힘을 전달하여 기체 스프링을 작동시키는 것으로 통상의 고압을 발생시키는 펌프 및 오토 레벨링의 기능을 구비한 유체 스프링식 서스펜션이 있었다.

이러한 서스펜션의 스프링에는 코일 스프링, 리프 스프링, 토션 바, 공기 스프링, 유체 스프링 등이 있으며, 이러한 스프링은 차체를 지지하고 노면의 요철로부터 전파되는 진동이나 충격 하중이 차체에 전파되는 것을 방지하는 완충의 기능을 수행하는 것이 주지된 사실이다.

이러한 스프링 중에서, 코일 스프링, 리프 스프링, 토션 바 등과 같은 강체 재질의 스프링은 그 탄성 계수가 고정되어 능동적인 완충의 제어효과가 저하되는 단점이 있어, 최근에는 공기 스프링이나 유체 스프링과 같은 탄성 계수의 조절이 용이한 스프링이 채용되고 있는 추세이다.

한편, 상용차 및 대형 차량의 경우에는 공기의 탄성을 이용하여 미세한 진동을 흡수하고, 공기압의 제어에 의한 차고를 일정하게 유지시키는 에어 서스펜션이 장착되어 그 승차감을 향상시키려는 추세이다.

이러한 종래의 에어 서스펜션(air suspension)은 공기 스프링, 서지 탱크, 및 레벨링 밸브 등으로 구성되며, 하중이 감소하여 차의 높이가 높아지면 레벨링 밸브가 작동하여 공기 스프링 내의 공기가 방출되고, 하중이 증가하여 차의 높이가 낮아지면 공기 탱크로 공기가 보충되어 차의 높이를 일정하게 유지하도록 구성된다.

하지만, 이러한 종래의 에어 서스펜션은 복잡한 구조의 레벨링 밸브에 의해 공기 스프링 내로 압축공기를 선택적으로 공급 및 배출함으로써, 차량의 거동에 따라 실시간적으로, 그리고 능동적인 응답이 이루어지는 못하여 불규칙한 노면 상으로 주행하는 차량의 경우, 그 완충의 효과가 크지 못하여 탑승객의 승차감을 향상시키지 못하는 단점이 있었다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 최근에는 전자 제어 시스템은 이용한 액티브 서스펜션(active suspension)이 출시되었다. 이러한 액티브 서스펜션은 스프링 및 댐퍼 대신에, 공기압이나 유압으로 작동하는 액츄에이터를 이용하여 각종 센서(차속센서, 핸들각센서, 하중센서 등)로부터 자동차 및 노면 사이의 상관 관계를 감지하여, 제어부에 의해 이들의 움직임을 제어하면서 서스펜션의 역할을 수행하는 장치이다.

하지만, 이러한 액티브 서스펜션은 능동적인 응답성이 뛰어나 보다 향상된 승차감, 조종의 안전성을 제공하는 장점이 있지만, 제조 비용이 매우 고가인 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 단순한 구조로 인해, 저가로 제작가능하고, 노면의 요철로부터 자동차의 차체로 전파되는 진동에 대해 순간적으로 응답하여 자동차의 차체측에 전파되는 각종 진동을 실시간적이며 능동적으로 흡수 및 제어함으로써, 그 완충의 효과가 매우 상승되어 승차감을 향상시킬 뿐만 아니라 공기 스프링의 내구성을 향상시키는 에어 서스펜션을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자동차의 전, 후방 차축의 양단 부분에 설치된 리프 스프링의 중앙 상부면 상에 각각 장착된 공기 스프링과; 공기 스프링 상으로 공기를 제공하는 공기탱크와; 외부 공기를 유입하여 압축시켜 공기탱크에 압축공기를 이송하는 공기 압축기와; 차량의 키단자로부터 전기적으로 접속되어 공기 압축기의 작동을 제어하는 릴레이와; 공기 압축기의 유입구측에 장착되어 유입되는 외부 공기를 필터링하는 에어 필터와; 공기탱크의 토출구 측으로부터 연장된 배관라인 상에 설치된 압력조절밸브와; 공기탱크의 일측에 장착되어 공기탱크 내의 압력을 감지하여 그 감지신호를 릴레이로 전송하는 압력센서와; 공기탱크의 토출구 측로부터 각 공기 스프링으로 분기되는 배관 상에 설치되고, 유입구및 토출구를 구비하며, 공기 스프링 내의 압축공기 중 일부를 외부로 배출하는 배출포트가 일측에 구비되고, 내부에 공기 스프링 내의 압력에 따라 상기 배출포트를 개폐하는 고무 재질의 분리막이 구비된 배출밸브와; 배출밸브의 토출구 측에 장착된 안전밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 압력조절밸브는 자동차의 운전석 상의 인스트루먼트 패널 상에 설치되어, 사용자가 수동으로 공기 스프링으로 제공되는 압축공기의 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명의 에어 서스펜션의 공기 스프링이 리프 스프링의 중앙 상부면 상에 장착된 것을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 에어 서스펜션의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 에어 서스펜션의 공기 스프링(1)은 그 하부면이 리프 스프링(2)의 중앙 상부면 상에 고정 브라켓(3)에 의해 안착되어지고, 그 상부면은 차체의 프레임(4) 상에 고정 브라켓(5)에 의해 고정된다.

여기서, 리프 스프링(2)은 "U"자형 볼트에 의해 차량의 액슬(20) 상에 체결되고, 미설명 부호 21은 차량의 휠을 도시한다.

이러한 리프 스프링(2)은 차체의 전, 후방향의 강성을 지지하는 역할을 하고, 차량의 선회시 발생하는 차체의 롤링을 감소시키는 작용을 하며, 차체의 상, 하방향으로의 진동을 흡수한다.

한편, 본 발명의 공기 스프링(1)은 프레임(4)과 리프 스프링(2) 사이를 연장하며 장착됨으로써, 리프 스프링(2)의 상, 하 방향으로의 진동 흡수율을 보다 보강하는 구조적 특징이 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에어 서스펜션은 시동키 단자(6) 상에 전기적으로 접속된 릴레이(7)와, 이러한 릴레이(7)가 전기적으로 접속된 공기 압축기(8)와, 공기 압축기(8)의 유입구 측에 장착된 에어 필터(9)와, 공기 압축기(8)의 토출구로부터 연장된 배관 상에 장착된 공기탱크(10)와, 공기탱크(10)의 일측에 장착되어 릴레이(7) 상에 전기적으로 접속된 압력센서(11)와, 공기탱크(10)의 토출구측으로부터 연장된 배관 상에 장착된 압력조절밸브(12)와, 압력조절밸브(12)의 토출구측으로부터 연장된 배관 상에 장착된 배출밸브(13)와, 이러한 배출밸브(13)의 토출구 측에 장착된 안전밸브(14)와, 배출밸브(13)로부터 분기된 배관 단부 상에 밀봉적으로 결합된 공기 스프링(1)으로 이루어진다.

공기 압축기(8)는 릴레이(7)로부터 전원이 인가되면, 작동되어 외부 공기를 흡입하여 소정의 설정된 압력으로 공기를 압축한다.

에어 필터(9)는 공기 압축기(8)의 유입구 측에 장착되어 유입되는 외부 공기 내에 함유된 각종 먼지 등과 같은 이물질을 제거함으로써, 배관 상에 이물질이 침입하여 배관 및 각 부품들을 마멸시키는 것을 방지하고, 또한 소음 저감의 기능을 수행한다.

공기탱크(10)는 공기 압축기(8)의 토출구 측에 장착되어, 공기 압축기(8)로부터 압축된 소정량의 압축 공기를 저장한 후에, 공기 스프링(1)으로 공급한다.

압력센서(11)는 공기탱크(10)의 일측에 장착되어, 공기탱크(10) 내의 압력을 감지하고, 그 감지된 신호를 릴레이(7)측으로 전송한다.

릴레이(7)는 시동키 단자(6) 상에 전기적으로 접속되어 시동키가 온 작동되면, 자동차의 전원으로부터 공기 압축기(8) 상에 전원을 인가하여, 공기 압축기(8)를 온 작동시키고, 압력센서(11)에서 감지한 압력 신호와 미리 설정된 압력을 비교판단하여, 설정된 압력을 초과할 경우 공기 압축기(8)를 오프 작동시키도록 구성된다.

압력조절밸브(12)는 공기탱크(10)의 토출구측으로부터 연장된 배관 상에 장착되고, 공기 스프링(1)으로 공급되는 압축공기의 압력 및 유량을 조절한다. 한편, 이러한 압력조절밸브(12)는 운전석의 인스트루먼트 패널 상에 장착되어, 사용자가 적재되는 하중에 따라 임의적으로 공기 스프링(1)의 압력을 조절할 수도 있다.

배출밸브(13)는 압력조절밸브(12)의 토출구측으로부터 좌, 우 양측의 공기 스프링(1)으로 분기되는 배관 상에 장착되고, 유입구(13a) 및 토출구(13b)를 구비함과 더불어 일측에 배출포트(13c)를 구비한다. 이러한 배출밸브(13)의 내부에는 고무 재질로 이루어진 분리막(13d)이 개재되어, 공기 스프링(1) 내의 압력 상태에 따라 상술한 배출포트(13c)의 개구를 개,폐하도록 구성된다.

안전밸브(14)는 배출밸브(13)의 토출구(13b)측에 장착되어, 상술한 배출밸브(13)에 고장이 발생할 경우, 또는 긴급한 상황 발생시 공기 스프링(1)이 내압에 의해 파손되는 것을 방지한다.

공기 스프링(1)은 상술한 바와 같이, 리프 스프링(2)의 중앙 상부면 상에 안착되어지고, 그 유입구가 상술한 배출밸브(13)로부터 분기된 배관 단부 상에 밀봉적으로 결합된다.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 에어 서스펜션의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.

먼저, 사용자가 시동키 단자(6)를 온 작동시키면, 차량의 전원으로부터 전류가 인가되어 공기 압축기(8)가 작동된다. 이러한 공기 압축기(8)는 에어필터(9)를 통해 유입된 외부공기를 소정 압력으로 압축한다. 다음, 이러한 압축된 공기는 공기탱크(10) 내로 저장된 후에, 공기탱크(10)의 일측에 장착된 압력센서(11)가 공기탱크(10) 내의 압력을 감지하여, 그 감지된 신호를 릴레이(7)측으로 전송한다.

그에 따라, 릴레이(7)는 상술한 압력센서(11)에 의해 감지된 압력신호와 미리 설정된 압축공기의 압력과 비교 판단하여, 감지된 압력신호가 설정된 압력보다 높으면, 상술한 공기 압축기(8)의 작동을 오프 작동시킨다.

다음, 사용자가 선택적으로 압력조절밸브(12)를 조절하여, 공기 스프링(1) 내의 압력 및 유량을 조절한다. 이러한 압력조절밸브(12)에 의해 적당한 압력으로 조절된 압축공기는 배출밸브(13)의 토출구(13b)를 통해 각 공기 스프링(1)으로 공급되어진다.

적당한 압력 및 유량의 압축공기가 공기 스프링(1) 내에 저장된 후에, 차량이 불규칙한 노면 상으로 주행할 때, 노면의 불규칙한 표면으로부터 발생하는 진동 즉, 공기 스프링(1)의 외부면 상에 작용하는 외압이 공기 스프링(1) 내부의 압력보다 높게 반응되면, 공기 스프링(1) 내의 압축공기 중 일부가 상술한 외압과 평형을 유지하도록 배출밸브(13)를 통해 외부로 실시간적으로 배출된다.

한편, 공기탱크(10)로부터 압축공기가 공기 스프링(1)으로 공급되면, 배출밸브(13)는 그 내부의 분리막(13d)이 후퇴하여 배출포트(13c)를 폐쇄하게 되고, 이에 따라 압축공기는 외부로 누설됨이 없이 공기 스프링(1)으로 공급된다.

다음, 압축공기가 저장된 공기 스프링(1)의 외부에 외압이 발생하게 되면, 공기 스프링(1) 내부의 내압이 상승하고, 이에 따라, 공기 스프링(1) 내의 압축공기는 상술한 배출밸브(13)의 분리막(13d)을 배출밸브(13)의 유입구(13a)측으로 이동시켜 유입구(13a)를 폐쇄하고, 반대로 배출밸브(13)의 배출포트(13c)는 개방되어 공기 스프링(1) 내의 압축공기 중 일부가 외부로 배출되어, 공기 스프링(1)의 내압 및 외압은 압력 평형을 이루게 된다. 다음, 이렇게 배출된 압축공기의 양 만큼 압축공기가 압력조절밸브(12)에 의해 공기 스프링(1) 내로 신속히 보충된다.

즉, 이와 같이 본 발명은 공기 스프링(1)의 외부에서 가해지는 외압과 내압 사이의 압력 평형을 실시간적이고 능동적으로 달성함으로써, 차체의 상, 하방향으로의 진동흡수율을 매우 상승시켜, 보다 향상된 승차감을 제공함과 더불어 공기 스프링(1)의 내구성을 향상시키는 특징이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 배출밸브(13) 뿐만 아니라, 별도로 안전밸브(14)가 배출밸브(13)의 토출구(13b)측에 장착되어, 배출밸브(13)의 고장시 또는 긴급상황 발생시도 차량의 완충 작용을 수행할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 사용자가 자기 취향에 따라 적재하중에 따라 선택적으로 공기 스프링(1) 내의 압력을 조절할 수 있으므로, 개인별 취향에 따른 승차감을 극복할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 단순하며 제조가 용이하고 그 설치작업 또한 용이하여, 저가의 서스펜션 시스템을 제공하는 특징이 있으며, 트럭이나 버스와 같은 대형 차량 뿐만 아니라 승용차량 등에도 적용가능한 그 사용상의 적용 범위가 매우 넓은 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명은, 단순한 구조로 인해, 저가로 제작가능하고, 노면의 요철로부터 자동차의 차체로 전파되는 진동에 대해 순간적으로 응답하여 자동차의 차체측에 전파되는 각종 진동을 실시간적이며 능동적으로 흡수 및 제어함으로써, 그 완충의 효과가 매우 상승되어 승차감을 향상시킬 뿐만 아니라 공기 스프링의 내구성을 향상시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.

또한, 본 발명은 긴급 상황 발생시에도 공기 스프링이 양호하게 작동하도록 별도의 안전밸브가 장착되어 그 안전성에 대한 신뢰도가 향상된 장점이 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 서스펜션의 공기 스프링이 리프 스프링의 중앙 상부면 상에 장착된 상태를 도시한 개략적인 측면도.

도 2는 본 발명의 에어 서스펜션의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 공기 스프링 2 : 리프 스프링

3 : 고정 브라켓 4 : 프레임

5 : 고정 브라켓 6 : 시동키 단자

7 : 릴레이 8 : 공기 압축기

9 : 에어 필터 10 : 공기탱크

11 : 압력센서 12 : 압력조절밸브

13 : 배출밸브 14 : 안전밸브

20 : 액슬 21 : 휠

Claims (2)

1. 자동차의 전, 후방 차축의 양단 부분 상에 설치된 리프 스프링의 중앙 상부면 상에 각각 장착된 공기 스프링과;

   상기 공기 스프링 상으로 공기를 제공하는 공기탱크와;

   외부 공기를 유입하여 압축시켜 상기 공기탱크에 압축공기를 이송하는 공기 압축기와;

   차량의 키단자로부터 전기적으로 접속되어 상기 공기 압축기를 제어하는 릴레이와;

   상기 공기 압축기의 유입구측에 장착되어 유입되는 외부 공기를 필터링하는 에어 필터와;

   상기 공기탱크의 토출구 측으로부터 연장된 배관라인 상에 설치된 압력조절밸브와;

   상기 공기탱크의 일측에 장착되어 상기 공기탱크 내의 압력을 감지하여 그 감지신호를 상기 릴레이로 전송하는 압력센서와;

   상기 공기탱크으로 부터 압축공기가 공기스프링으로 공급되면, 배출밸브 내부의 분리막이 후퇴하여 유입구를 개방하면서 배출포트를 폐쇄하고, 압축공기가 저장된 공기스프링의 외부에 외압이 발생하게 되면 공기스프링 내의 압축공기가 배출밸브의 분리막을 배출밸브의 유입구측으로 이동시켜 배출포트를 개방하면서 유입구를 폐쇄하여 공기스프링을 일정한 공기압력으로 조절하는 배출밸브와;

   상기 배출밸브의 토출구 측에 장착된 안전밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력조절밸브는 자동차의 운전석 상의 인스트루먼트 패널 상에 설치되어, 사용자가 수동으로 공기 스프링으로 제공되는 압축공기의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션.