KR100964312B1 - 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치에 관한 것으로서, 인 휠 모터 구동 차륜의 드럼의 내주 상에 부착되는 적어도 하나 이상의 능동 구속 감쇠 패치; 및 차축에 고정되며 능동 구속 감쇠 패치를 통해 감지된 진동 신호에 따라 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시키도록 능동 구속 제어하는 제어기를 포함하고, 능동 구속 감쇠 패치는 드럼의 내주면에 부착되는 노면으로부터 전달되는 진동을 감지하는 능동 진동 감지 부재; 능동 진동 감지 부재 상측에 적층되는 점탄성 부재; 점탄성 부재 상측에 적층되는 경질의 구속 부재; 및 구속 부재 상측에 적층되며 상기 진동 신호에 따라 제어기에 의해 연산된 진동 상쇄 신호를 발생시키는 압전 세라믹 능동 부재를 포함하도록 구성되어, 노면에 의해 가진되어 차륜의 타이어 및 휠에 전달되는 진동뿐만 아니라, 인 휠 모터(In-wheel Motor)에 의한 진동까지도 능동 구속 제어될 수 있도록 하여, 차륜에 의한 구동 소음을 저감시킴과 동시에 충격 흡수로 인한 승차감을 동시에 개선할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
인 휠 모터 구동 차륜, 능동 구속 감쇠 패치, 능동 진동 감지 부재, 점탄성 부재, 구속 부재, 압전 세라믹 능동 부재

Description

인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치{ACTIVE VIBRATION REDUCTION DEVICE OF IN-WHEEL MOTOR DRIVING WHEEL}
본 발명은 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 인 휠 모터 구동 차륜의 주행 소음 및 승차감을 향상시킬 수 있도록 하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.
주지된 바와 같이, 기존 자동차의 차륜이 엔진 구동 방식인 것에 비해 미래형 자동차에 적용되는 인 휠 모터 구동 방식의 차륜은 타이어가 장착되는 휠 내부에 설치되는 모터에 의해 구동되는 방식이다.
따라서, 인 휠 모터 구동 차륜이 장착되는 미래형 자동차는 엔진 소음이 없는 대신에 상대적으로 노면과 마찰에 의한 주행 소음이 크게 부각되고 있다.
종래에는 자동차용 차륜의 타이어 내부의 공기압 유지를 위한 능동적인 대처할 수 있는 진동 저감 장치를 제공하거나, 자동차용 휠의 하우징 부근의 음성 신호를 전기적 신호로 바꾸거나, 차량 흡음재의 온도 제어를 통한 흡음재의 감쇠계수 변화 등을 이용하여 자동차/타이어의 소음을 능동적으로 제어하는 진동 저감 장치들을 제공하거나, 차륜을 이루는 각 단품들의 설계 변경을 통해 노면의 가진력에 의한 진동을 감쇠시키는 방법으로 타이어 소음을 저감시키고자 하였다.
그러나, 상기한 종래 차륜의 진동 및 소음 저감 장치들은 엔진 구동 방식의 차륜 즉, 타이어/림 구조에 대해 적용한 것들이어서, 상기한 미래형 자동차에 적용되는 인 휠 모터 구동 차륜이 장착되는 자동차에 적용할 수 없는 단점을 갖는다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 주행시 노면 가진력에 의해 발생하는 진동을 능동적으로 구속 제어할 수 있도록 하여 주행 소음을 저감시킴과 아울러 승차감을 향상시킬 수 있도록 하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치는 차량의 차축에 고정되는 허브; 허브의 외측에 이격 고정되는 드럼; 드럼의 외주 상에서 회전 가능하게 베어링 고정되는 림; 림에 고정되는 타이어; 차축에 고정되어 림에 회전력을 전달하는 구동 모터; 및 허브와 드럼 사이에 고정되는 복수의 탄성 수단을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜에 있어서, 드럼의 내주 상에 부착되는 적어도 하나 이상의 능동 구속 감쇠 패치; 및 차축에 고정되며, 능동 구속 감쇠 패치를 통해 감지된 진동 신호에 따라 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시키도록 능동 구속 제어하는 제어기를 포함하고, 능동 구속 감쇠 패치는, 드럼의 내주면에 부착되는 노면으로부터 전달되는 진동을 감지하는 능동 진동 감지 부재; 능동 진동 감지 부재 상측에 적층되는 점탄성 부재; 점탄성 부재 상측에 적층되는 경질의 구속 부재; 및 구속 부재 상측에 적층되며 상기 진동 신호에 따라 제어기에 의해 연산된 진동 상쇄 신호를 발생시키는 압전 세라믹 능동 부재를 포함한다.
능동 진동 감지 부재는 속도 감지용 PVDF(polyvinylidene fluoride)인 것을 포함할 수 있다.
능동 구속 감쇠 패치는 드럼의 내주면 상에서 원주 방향으로 동일 간격을 두고 4개가 설치되는 것이 바람직하다.
능동 감지 부재, 점탄성 부재, 구속 부재, 및 압전 세라믹 능동 부재는 동일 폭을 가지고 적층되는 것이 바람직하다.
압전 세라믹 능동 부재의 길이는 구속 재료의 길이의 1/4 이상인 것을 포함할 수 있다.
구속 부재의 두께는 점탄성 부재의 두께의 2배인 것을 바람직하며, 구속 재료는 경질의 알루미늄 박판인 것을 포함할 수 있다.
제어기는 직접 반속도 되먹임 제어 알고리즘(direct negative velocity feedback control algorithm)을 통해 진동 감쇠 제어할 수 있다.
상기한 본 발명의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치에 따르면, 노면으로부터 가진되어 차륜의 타이어 및 휠에 전달되는 진동뿐만 아니라, 인 휠 모터 (In-wheel Motor)에 의한 진동까지도 능동 구속 제어될 수 있도록 하여, 차륜에 의한 구동 소음을 저감시킴과 동시에 충격 흡수로 인한 승차감을 동시에 개선할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한 다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시에의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치는 인 휠 모터 구동 차륜(10)의 드럼 내주 상에 부착되는 능동 구속 감쇠 패치(20) 및 능동 구속 감쇄 패치를 감지된 진동 신호에 따라 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시켜 능동 구속 제어하는 제어기(30)를 포함하여 구성된다.
먼저, 인 휠 모터 구동 차륜(10)은 허브(12), 드럼(13), 림(14), 타이어(15), 구동 모터(미도시), 및 탄성 수단을 포함하여 구성된다.
상기 허브(12)는 차축(11)에 고정되어 차륜을 차량에 고정한다. 그리고 드럼(13)은 탄성 수단에 의해 허브(12)의 외주상에 이격 고정된다.
한편, 드럼(13)의 외주 상에는 타이어(15)를 고정하기 위한 림(14)이 회전 가능하게 베어링 고정되고, 구동 모터(미도시)는 로터(rotor)가 림(14)에 회전력을 전달할 수 있도록 스테이터(stator)가 차축(11)에 고정되게 설치된다.
본 실시예에서 탄성 수단은 4개의 코일 스프링(16)과 4개의 댐퍼(17)로 이루어지는 것을 예시한다.
코일 스프링(16)은 허브(12)의 수평 방향 양측으로 연장 결합되는 각 고정 플레이트(19)와, 드럼(13) 내주에서 고정 플레이트(19)에 대응하며 형성되는 고정 브래킷(18) 사이에 설치된다.
코일 스프링(16)들은 수직 방향의 하중을 지지함과 아울러 수직 방향으로 작용하는 저주파 진동을 흡수 및 감쇠시키게 된다.
또한, 댐퍼들(17)은 차륜(10)의 가상의 수직 중심선과 수평 중심선을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 2시, 5시, 7시, 및 10시 방향으로 각각 경사지게 설치 된다.
댐퍼들(17)은 수직 방향 이외에도 수평 방향으로 작용하는 일부 하중을 지지함과 아울러 경사진 방향으로 작용하는 저주파 진동을 흡수 및 감쇠시킬 수 있도록 한다.
능동 구속 감쇠 패치(20)는 드럼 내주면 상에서 적어도 하나 이상이 부착되어 노면 또는 구동 모터로부터 전달되는 진동 신호(진동의 파형)를 감지하고, 아울러 감지된 진동 신호(진동의 파형)를 상쇄시키도록 한다.
그리고, 제어기(30)는 능동 구속 감쇠 패치(20)를 통해 드럼의 진동감지 부재(20)으로부터 감지된 진동 신호에 대응되는 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시켜 능동 구속 감쇠 제어하도록 한다.
한편, 제어기(30)는 능동 제어 신호 처리를 위한 케이블의 설치가 용이하도록 인 휠 모터 구동 차륜(10)의 비구동부인 차축(11)에 고정되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 능동 구속 감쇠 패치(20)는 드럼 내주면 상에서 원주 방향을 따라 동일 간격을 두고 3시, 6시, 9시, 및 12시 방향에 4개가 설치되는 것을 예시 한다.
각각의 능동 구속 감쇠 패치(20)는 독립적으로 진동 감지 및 감지된 진동에 대해 능동 구속 제어 기능을 수행할 수 있게 설치된다.
능동 구속 감쇠 패치(20)는 드럼(13) 내주면 상에서 부착되는 능동 진동 감지 부재(21), 능동 진동 감지 부재(21) 상에 적층되는 점탄성 부재(22), 점탄성 부재(22) 상에 적층되는 경질의 구속 부재(23), 및 구속 부재(23) 상에 적층되는 압전 세라믹 능동 부재(24)로 이루어진다.
이때, 능동 진동 감지 부재(21), 점탄성 부재(22), 구속 부재(23), 및 압전 세라믹 능동 부재(24) 모두 동일 폭을 가지며 시트 형태로 적층되게 구성된다.
그리고, 능동 진동 감지 부재(21), 점탄성 부재(22), 및 구속 부재(23)는 동일 길이를 가지며, 압전 세라믹 능동 부재(24)의 길이(L2)는 구속 부재(23)의 길이(L1)의 1/4 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 구속 재료(23)의 두께(t2)는 점탄성 부재(22) 두께(t1)의 2배로 이루어지고, 구속 재료(23)은 경질의 알루미늄 박판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 능동 구속 감쇠 패치(20)의 능동 진동 감지 부재(21)는 드럼(13)의 내주면 상에 부착되어 타이어(15)를 통해 노면으로부터 전달된 진동 및 구동 모터로부터 전달되는 진동을 감지하고, 제어기(30)를 연결하는 케이블을 통해 감지된 진동 신호를 제어기(30)로 전달한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치의 능동 구속 진동 제어 흐름도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상기한 제어기(30)는 A/D 변환부(31), 연산부(32), 및 D/A변환부(33) 포함하여 구성된다.
능동 진동 감지 부재(21)로부터 감지된 아날로그 진동 신호는 A/D 변환부(31)를 거쳐 디지털 진동 신호 형태로 연산부(32)로 전달한다.
그리고 연산부(32)는 직접 반 속도 되먹임 제어 알고리즘(Direct negative velocity feedback control)를 통해 감지된 진동 신호와 위상이 180도인 역상의 진동 상쇄 신호를 연산하고, D/A 변환부(33)을 통해 작동기인 압전 세라믹 능동 재료(24)로 전달한다.
따라서, 능동 구속 감쇠 패치(20)의 압전 세라믹 능동 재료(24)는 제어기(30)의 D/A 변환기(33)을 통해 전달된 역상의 진동 상쇄 신호에 따라 점탄성 부재(22) 상측에 형성된 구속 부재(23)를 통해 점탄성 부재(22)의 전단 변형을 능동적으로 부가하여 인 휠 모터 구동 차륜(10)의 드럼(13)으로 전달되는 진동을 상쇄시키게 된다.
즉, 본 발명의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치는 타이어 대비 고강성 구조물인 드럼(13)의 직접 변형을 인위적으로 유도하는 대신에, 연성 재료인 점탄성 재료(22)의 능동적 전단 변형을 통해 압전 세라믹 능동 재료(24)의 작은 제어력을 이용하여 진동의 제어가 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치에 의해 능동 구속 진동 제어된 상태를 종래와 비교하여 도시한 그래프이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치는 상기한 바와 같이 노면 또는 구동 모터로부터 가진되어 차륜의 타이어 및 휠로 전달되는 진동 신호에 대응하는 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시켜 진동이 감쇠되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 실시예의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치는 노면으로부터 가진되어 인 휠 모터 구동 차륜(10)의 타이어 및 휠을 통해 전달되는 진동뿐만 아니라, 인 휠 모터 (In-wheel Motor)에 의한 진동까지도 능동 구속 제어될 수 있도록 함으로써, 인 휠 모터 구동 차륜(10)에 의한 구동 소음을 저감시킴과 동시에 충격 흡수 등으로 인한 승차감을 동시에 개선할 수 있게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치의 능동 구속 진동 제어 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치에 의해 능동 구속 진동 제어된 상태를 종래와 비교하여 도시한 그래프이다.
<주요 도면 부호의 설명>
10; 인 휠 모터 구동 차륜 11; 차축
12; 허브 13; 드럼
14; 림 15; 타이어
16; 코일 스프링 17; 댐퍼
20; 능동 구속 감쇠 패치 21; 능동 진동 감지 부재
22; 점탄성 부재 23; 구속 부재
24; 압전 세라믹 능동 부재 30; 제어기
31; A/D 변환기 32; 연산부
33; D/A 변환기

Claims (8)

  1. 차량의 차축에 고정되는 허브;
    상기 허브의 외측에 이격 고정되는 드럼;
    상기 드럼의 외주 상에서 회전 가능하게 베어링 고정되는 림 ;
    상기 림에 고정되는 타이어;
    상기 차축에 고정되어 상기 림에 회전력을 전달하는 구동 모터; 및
    상기 허브와 상기 드럼 사이에 고정되는 복수의 탄성 수단을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜에 있어서,
    상기 드럼의 내주 상에 부착되는 적어도 하나 이상의 능동 구속 감쇠 패치; 및
    상기 차축에 고정되며, 상기 능동 구속 감쇠 패치를 통해 감지된 진동 신호에 따라 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시키도록 능동 구속 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 능동 구속 감쇠 패치는,
    상기 드럼의 내주면에 부착되며, 진동을 감지하여 상기 제어부로 전달하는 능동 진동 감지 부재;
    상기 능동 진동 감지 부재 상측에 적층되는 점탄성 부재;
    상기 점탄성 부재 상측에 적층되는 경질의 구속 부재; 및
    상기 구속 부재 상측에 구비되어 상기 진동 신호에 따라 상기 제어기에 의해 연산된 역상의 진동 상쇄 신호를 발생시키는 압전 세라믹 능동 부재를 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 능동 진동 감지 부재는 속도 감지용 PVDF(Polyvinylidene fluoride)인 것을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 능동 구속 감쇠 패치는 상기 드럼의 내주면 상에서 동일 간격을 두고 4개가 설치되는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 능동 진동 감지 부재, 상기 점탄성 부재, 상기 구속 부재, 및 상기 압전 세라믹 능동 부재는 동일 폭을 가지고 적층되는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감소 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 압전 세라믹 능동 부재의 길이는 상기 구속 재료의 길이의 1/4 이상인 것을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 구속 부재의 두께는 상기 점탄성 부재의 두께의 2배인 것을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 구속 재료는 경질의 알루미늄 박판인 것을 포함하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제어기는 직접 반속도 되먹임 제어 알고리즘 (direct negative velocity feedback control algorithm)을 통해 진동 감쇠 제어하는 인 휠 모터 구동 차륜의 능동 진동 감쇠 장치.
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