KR100629801B1 - 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터 - Google Patents

액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 선회시 전기적으로 작동하는 액추에이터를 이용하여 차량 리어 서스펜션의 지오메트리를 변경하고 롤 스티어 량을 증대시켜 차량핸들링 성능을 대폭적으로 개선시켜 주는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션(AGCS, Active Geometry Control Suspension) 시스템에 있어서, 액추에이터에 유성기어부를 장착함으로써, 조립편차로 인한 작동불량을 개선하고 액추에이터에 리드스크류를 사용하지 않아 효율을 높일 수 있는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터에 관한 것이다.
액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템, 액추에이터, 유성기어, 웜휠.

Description

액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터 { ACTUATOR FOR ACTIVE GEOMETRY CONTROL SUSPENSION SYSTEM }
도1은 종래의 AGCS 시스템을 도시한 사시도,
도2는 종래 액추에이터와 제어레버의 결합구조를 도시한 사시도,
도3은 본 발명에 의한 액추에이터의 결합구조를 도시한 사시도,
도4는 본 발명에 의한 액추에이터의 분리 사시도,
도5는 도 3의 A-A선을 취하여 본 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 동력발생부, 110 : 웜,
200 : 운동변환부, 210 : 하우징,
220 : 리미트센서, 230 : 웜휠,
242 : 선기어, 244 : 유성기어,
246 : 캐리어, 248 : 링기어,
250 : 베어링, 260 : 어시스트암 고정부,
300 : 어시스트암.
본 발명은 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션(AGCS, Active Geometry Control Suspension)시스템에 있어서, 액추에이터에 유성기어부를 장착하여, 조립편차로 인한 작동불량을 개선하고 액추에이터에 리드스크류를 사용하지 않아 효율을 높일 수 있는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터에 관한 것이다.
자동차에 있어서의 현가장치는 차체와 차륜사이에 존재하면서 이 2개의 강체를 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 스프링과 쇽업소버 및 트레일링 암과 너클, 컨트롤 아암 등으로 구성되어 있다.
이러한 현가장치는 첫째, 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자의 안락한 승차감을 제공하고, 둘째, 운전자의 운전 행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하여야 하며, 셋째, 불규칙한 노면의 주행시 타이어 접지면에서의 수직 하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 구동시 차량의 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조건을 만족시켜야 한다.
액티브 지오메트리 컨트롤 서스펜션(Active Geometry control Suspension, AGCS) 시스템은 전기적으로 작동되는 액추에이터를 이용하여 차량 리어 서스펜션의 지오메트리를 변경하고 결과적으로 선회시 롤 스티어량을 증대시켜 차량 핸들링 성능을 대폭적으로 개선시켜 주는 기능을 하는 시스템을 말하는 것으로, 차량 선회시 토우 아웃(Toe Out)경향이 나타나 조정성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해 선회 시 후륜을 토우 인(Toe In)으로 유도하여 차량의 롤(Roll) 발생시 조종 안정성을 향상시킨다.
종래 AGCS 시스템의 구조는 공개특허공보 제10-2004-0075481, 공개특허공보 제 2003-0017668호 등을 통해 자세히 공개되어 있다.
이러한 AGCS 시스템은 후륜 링크(link)구조에 선형 운동을 시킬 수 있는 액추에이터(actuator)를 차량의 좌/측에 장착하며, 또한 차속 및 조향각 센서를 각각 4륜에 장착한 후, 이 센서에 의해 감지된 값을 활용하여 차량의 거동과 운전 상황을 판단하도록 구성된다.
이 중, 차량의 회전 방향 외륜 측은 롤(roll) 거동에 따른 차량의 하중 이동에 의해 서스펜션이 범프(bump)하게 되고, 비로서, 액추에이터가 제어 레버를 회전시켜주게 된다.
즉, 차량의 외륜 측 토우(toe)각이 조향 방향에 의해 변화되는 것이며, 이로서, 후륜의 슬립 앵글(slip angle)이 증가함과 동시에 접지력이 증가하게 되어 회전시 안정된 코너링(cornering)을 수행하게 되는 것이다.
도1은 일반적인 종래 AGCS 시스템을 도시한 것이다.
도1을 보면 액추에이터(10)의 직선 왕복운동은 제어 레버의 요크(YOKE)부(20)를 통해 제어 레버(30)의 회전 운동으로 변환되며 이것은 다시 제어 레버(30)의 어시스트암 (ASSIST ARM, 40) 고정 부위의 상하 직선운동으로 전달되고, 따라서 어시스트암(40) 하드 포인트 변경에 의해 선회시 리어 외륜측의 Roll Steer량(Toe In)을 AGCS가 작동하지 않을 때보다 훨씬 많이 발생되도록 하여, 선회시의 리어측 코너링 포스를 증가시키고 따라서 차량 특성이 Under Steer 경향이 되게끔하여 핸들링 성능을 개선시키는 기능을 수행한다. 도면부호50은 너클을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 도1의 액추에이터(10)와 제어레버(20)의 결합부분만을 따로 도시하고 있다.
도2a 및 도2b와 같이 종래 시스템은, 장홀(21)과 조인트핀(22)에 의해 결합되었기 때문에 액추에이터(10)와 제어레버(30)를 조립한 후 조립공차가 발생될 시 장홀(21)에 의해 상하 방향의 공차가 흡수 가능하였으며, 스냅핀(SNAP PIN)부(22)의 유격에 의해 좌우 방향의 편차가 흡수 가능하였다.
그러나 비틀어짐이 발생될 시에는 이를 흡수하여 제어 레버(30)의 작동이 원활하게 되도록 하는 구조를 갖고 있지 못하며, 장홀(21) 구조는 액추에이터 작동시, 장홀(21)과 상기 장홀에 삽입되는 핀(22)의 선접촉에 의한 마모로 인해 내구적으로 바람직하지 못하다는 단점이 있다.
또한, 액추에이터에 내재된 모터에 의한 회전운동을 직선운동화 시키기 위해 상기 액추에이터에는 리드스크류가 장착된다.
그러나, 이러한 리드스크류는 저항이 크기 때문에, 리드스크류의 직선운동을 제어레버의 회전운동으로 변환하는데 있어 효율이 낮고, 부피도 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어레버와 액추에이터의 조립편차로 인한 작동불량을 개선하고, 리드스크류를 사용하지 않아 부피를 줄이고 효율이 높은 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 의 액추에이터는, 모터가 장착된 동력발생부와; 상기 동력발생부에 장착되어 너클과 연결된 어시스트암에 연결되는 운동변환부로 이루어지되, 상기 운동변화부는 하우징과 상기 하우징 내부에 장착되는 유성기어부로 이루어지고, 상기 유성기어부에 의해 상기 동력발생부의 운동을 상기 어시트암에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터에 내재된 모터에는 웜이 장착되고, 상기 운동변화부에는 상기 웜과 맞물리는 웜휠이 장착되며, 상기 웜휠은 상기 유성기어부와 연결되어 있다.
상기 유성기어부는, 선기어와; 상기 선기어를 중심으로 회전하는 유성기어와; 상기 유성기어의 외곽에 장착되는 링기어와; 상기 유성기어와 결합되고 어시스트암 고정부가 형성된 캐리어로 이루어지되, 상기 링기어는 상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 선기어의 회전에 따라 상기 유성기어에 의해 상기 캐리어가 회전하며, 상기 캐리어의 회전에 의해 상기 어시스트암 고정부가 편심 회전한다.
상기 웜휠과 상기 선기어는 동축에 결합 형성되도록 함이 바람직하다.
상기 웜휠에는 원점을 감지하기 위한 리미트센서가 장착되고, 상기 모터에는 모터의 회전에 따라 펄스를 발생시키는 엔코더가 부착됨이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 액추에이터의 결합구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 액추에이터의 분리 사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A선을 취하여 본 단면도이다.
도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션은 액추에이터와 상기 액추에이터에 연결된 어시스트암(300)으로 구성되고, 상기 어시스트암(300)은 너클(미도시)과 연결되어 있다.
상기 액추에이터(100)는 동력을 발생시키는 동력발생부(100)와 상기 동력발생부(100)로부터 발생된 동력을 상기 어시스트암(300)에 전달하는 운동변환부(200)로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동력발생부(100)에는 모터(미도시)가 내장되어 있고, 상기 모터의 회전축에는 웜(110, worm)이 장착되어 있다.
상기 모터에는 모터의 회전에 따라 펄스를 발생시키는 엔코더(미도시)를 부착함이 바람직하다.
그리고, 상기 운동변환부(200)는 크게 하우징(210)과, 웜휠(230)과, 유성기어부와, 어시스트암고정부(260)로 이루어진다.
상기 하우징(210)은 상기 동력발생부(100)에 결합되는 부분으로써, 상기 하우징(210) 내부에는 상기 웜휠(230)과 상기 유성기어부의 일부분이 내재된다.
상기 웜휠(230)은 상기 웜(110)과 맞물리도록 장착되어 있고, 상기 유성기어부와 연결되어 있다.
이때, 상기 웜휠(230)은 상기 유성기어부의 선기어(242)와 동축에 결합 형성되어 하나의 구성부품으로 이루어지도록 함이 바람직하다.
그리고, 상기 웜휠(230)에는 원점을 감지하기 위한 리미트센서(220, 위치센서)가 장착됨이 바람직하다.
상기 유성기어부는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 선기어(242, Sun Gear)와, 상기 선기어(242)를 중심으로 회전하는 다수의 유성기어(244)와, 상기 유성기어(244)와 결합되어 지지하는 캐리어(246)와 상기 유성기어(244)의 외곽에 장착되는 링기어(248)로 이루어진다.
이때, 상기 링기어(248)은 상기 하우징(210)과 별도의 부재로 형성될 수도 있으나, 상기 하우징(210)의 내경에 형성되도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 캐리어(246)에는 상기 유성기어(244)와 결합되기 위한 지지축(미도시)이 형성되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캐리어(246)의 일부는 상기 하우징(210) 내부에 장착되는데, 상기 캐리어(246)의 원활한 회전을 위해 상기 캐리어(246)와 상기 하우징(210) 사이에는 베어링(250)이 장착된다.
상기 캐리어(246)에는 상기 어시스트암(300)이 고정되는 어시스트암 고정부(260)가 형성되어 있는데, 상기 어시스트암 고정부(260)는 상기 캐리어(246)의 중심축에 대하여 편심되어 있다.
따라서, 상기 어시스트암 고정부(260)가 편심 회전하면 서스펜션 포인트가 변경된다.
이하, 상술한 구성요소로 이루어진 본원발명의 실시예의 작동에 대하여 알아본다.
액추에이터에 내재된 모터에 전원이 인가되면, 상기 모터가 회전하게 되고, 이로 인해 상기 모터에 장착되어 있는 웜(110)이 회전하게 된다.
상기 웜(110)이 회전함에 따라 상기 웜(110)과 맞물려 있는 상기 웜휠(230)이 회전하게 되고, 이로 인해 상기 모터의 회전운동이 90도 틀어진 회전운동으로 변환하게 된다.
상기 웜휠(230)에는 선기어(242)가 결합되어 있는바, 상기 웜휠(230)의 회전에 의해 상기 선기어(242)가 회전하고, 상기 선기어(242)의 회전과 링기어(248)에 의해 상기 유성기어(244)가 자전과 공전을 동시에 하며, 최종적으로 상기 유성기어(244)의 공전에 의해 상기 캐리어(246)가 회전하게 된다.
상기 캐리어(246)가 회전하게 되면, 상기 캐리어(246)에 편심되어 형성된 상기 어시스트암 고정부(260)가 편심 회전하게 되고, 이로 인해 상기 어시스트암 고정부(260)에 장착된 어시스트암(300)의 포인트가 변경하게 되어 서스펜션 지오메트리를 변경할 수 있다.
상기 유성기어부를 사용함으로써, 어시스트암(300)으로부터 전달되는 차량의 충격을 적절히 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 작은 부피로 큰 동력을 전달 할 수 있 으며, 큰 부하하중에서도 강도면에서나 성능면에서 안정적인 특정을 갖는다.
이때, 상기 모터에 부착된 엔코더와 웜휠(230)에 장착된 리미트센서(220)에 의해 모터의 위치를 제어할 수 있다.
한편, 상기 캐리어(246)를 상기 어시스트암고정부(260)가 장착되어 있는 이동부와 그렇지 않은 지지부로 분할하고, 상기 지지부에 유압실린더를 장착하여 상기 유압실린더의 로드와 상기 이동부를 결합한다.
이렇게 함으로써, 상기 유압실린더의 왕복운동에 의해 상기 이동부가 왕복운동할 수 있게 되고, 이로 인해 상기 이동부에 형성된 어시스트암 고정부도 왕복운동하게 되어 결국 서스펜션 포인트를 변경할 수 있다.
이는 상기 유성기어부에 의한 상기 어시스트암 고정부(260)의 편심 회전운동과 상기 유압실린더에 의한 어시스트암 고정부(260)의 왕복운동으로 인해 3차원적으로 서스펜션 포인트를 변경할 수 있어 더욱 효과적인 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템을 구축할 수 있다.
이때, 상기 캐리어를 분할하지 않고, 상기 캐리어와 어시스트암 고정부를 분할하여 상기 캐리어에 유압실린더를 장착하고 유압실린더의 로드와 상기 어시스트암 고정부를 연결하여 상기와 효과를 얻을 수 있다.
본 발명인 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유성기어부를 사용함으로써, 종래의 작동불량 문제가 없으며 시스트암으로부터 전달되는 차량의 충격을 적절히 흡수할 수 있어 시스템의 신뢰도를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 서스펜선 시스템의 부피로 최소화할 수 있기 때문에 패키지 측면에서 매우 유리하며, 이로 인해 어떠한 차종에도 적용할 수 있는 호환성이 우수한 효과가 있다.
둘째, 기존 시스템에서는 모터의 회전운동을 거쳐 리드스크류의 직선운동을 거쳐 제어레버의 회전운동에 의해 동력을 전달하였는바, 상기 리드스크류 구조에 의해 효율이 매우 낮았다.
본원발명은 웜과 웜휠을 사용함으로써, 모터의 회전운동을 웜휠의 회전운동으로 변환하고 다시 유성기어부의 회전운동으로 변환하는바, 리드스크류 구조가 없어 기존 시스템보다 효율이 우수하다.
셋째, 웜휠과 선기어를 동축에 결합 형성함으로써, 부품의 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 구조를 간단하게 할 수 있다.
넷째, 리미트센서와 엔코더를 장착함으로써 모터의 위치를 제어할 수 있다.
다섯째, 액추에이터의 효율 향상에 따른 작동속도가 신속해지고, 유성기어부를 사용하기 때문에 허용 작동 부하가 증대되며, 구조가 간단해서 제작 공정을 단순화 시킬 수 있다.
또한, 종래 제어레버를 구성하는 각종 부품들이 불필요하여 부품수를 감소시킬 수 있어 비용절감의 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 모터가 장착된 동력발생부와;
    상기 동력발생부에 장착되어 너클과 연결된 어시스트암에 연결되는 운동변환부로 이루어지되,
    상기 운동변화부는 하우징과 상기 하우징 내부에 장착되는 유성기어부로 이루어지고, 상기 유성기어부에 의해 상기 동력발생부의 운동을 상기 어시트암에 전달하며,
    상기 모터에는 모터의 회전에 따라 펄스를 발생시키는 엔코더가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터에 내재된 모터에는 웜이 장착되고,
    상기 운동변화부에는 상기 웜과 맞물리는 웜휠이 장착되며,
    상기 웜휠은 상기 유성기어부와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성기어부는,
    선기어와;
    상기 선기어를 중심으로 회전하는 유성기어와;
    상기 유성기어의 외곽에 장착되는 링기어와;
    상기 유성기어와 결합되고 어시스트암 고정부가 형성된 캐리어로 이루어지되,
    상기 링기어는 상기 하우징 내부에 형성되고,
    상기 선기어의 회전에 따라 상기 유성기어에 의해 상기 캐리어가 회전하며,
    상기 캐리어의 회전에 의해 상기 어시스트암 고정부가 편심 회전하는 것을 특징으로 하는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웜휠과 상기 선기어는 동축에 결합 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 웜휠에는 원점을 감지하기 위한 리미트센서가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 지오메트리 콘트롤 서스펜션 시스템의 액추에이터.
  6. 삭제
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