KR101218834B1 - 차체 거동 감응형 에어 스프링 - Google Patents

차체 거동 감응형 에어 스프링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차체의 거동을 감지하여 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킴으로써 스프링 상수가 가변될 수 있도록 하여 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 에어 스프링에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서, 상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체와; 상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체와; 상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브와; 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 복수의 챔버를 형성하며 차량의 거동에 따른 관성에 의해 작동하여 복수의 상기 챔버를 선택적으로 연결하거나 차단하는 밸브 구조체; 를 포함하는 차체 거동 감응형 에어 스프링이 제공된다.

Description

차체 거동 감응형 에어 스프링{BODY AMPLITUDE SENSITIVE AIR SPRING}
본 발명은 압축 공기를 이용하여 자동차의 진동이나 충격을 흡수하는 에어 스프링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차체의 거동을 감지하여 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킴으로써 스프링 상수가 가변될 수 있도록 하여 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 에어 스프링에 관한 것이다.
일반적으로 현가장치는 차체의 하부와 바퀴의 축 사이에 설치되어 차량의 바퀴로부터 차체에 전달되는 진동 또는 충격을 완충시키는 동시에 감쇠시키기 위한 것으로서, 스프링과 쇽업소버 등으로 이루어진다.
현가장치에 사용되는 스프링으로서는 코일 스프링이나 에어 스프링(air spring)을 들 수 있는데, 에어 스프링을 가지는 공기현가장치의 경우 엔진 또는 모터에 의해 압축기가 구동되며, 압축기에서 압축된 공기는 워터 트랩 및 체크 밸브 등을 거쳐서 메인 에어 탱크에 저장된다. 그리고, 메인 에어 탱크 내부의 압력은 압력 조정기에 의해 일정한 범위 내로 조정되며, 일측에는 공기 압력의 이상 발생시 이를 해소하기 위한 안전 밸브가 설치된다. 메인 에어 탱크의 공기는 공기 파이프, 레벨링 밸브 및 서지 탱크 등을 경유하여 현가장치의 에어 스프링으로 도입된다.
종래 기술에 따른 에어 스프링은 통상적으로 코일 스프링에 비해 낮게 설정된 스프링 상수값을 가지며, 그에 따라 차량의 고유진동수가 낮아져 승차감을 향상시키는 효과를 거둘 수 있다. 그러나, 스프링 상수값이 지나치게 낮게 설정될 경우 차량의 조정안정성이 저하되는 문제가 있다. 이와 같이 승차감과 조정안정성이라는 2가지 특성은 어느 한쪽이 좋아지면 다른 한쪽이 나빠지는 관계에 있다.
그런데 종래 기술에 따른 에어 스프링은 스프링 상수가 일정한 값으로 고정되어 있기 때문에, 승차감이 개선되면 조정안정성이 희생되고 조정안정성이 개선되면 승차감이 희생되는 문제가 있다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 차체의 거동을 감지하여 차체의 거동이 발생하면 에어 스프링의 챔버 체적을 작게 하여 스프링 상수값을 크게 하고 차륜의 거동이 발생하면 에어 스프링의 챔버 체적을 크게 하여 스프링 상수값을 작게 변화시킴으로써 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 차체 거동 감응형 에어 스프링을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서, 상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체와; 상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체와; 상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브와; 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 복수의 챔버를 형성하며 차량의 거동에 따른 관성에 의해 작동하여 복수의 상기 챔버를 선택적으로 연결하거나 차단하는 밸브 구조체; 를 포함하는 차체 거동 감응형 에어 스프링이 제공된다.
상기 밸브 구조체는 중공의 내부를 가지는 제1 몸체에 설치되어 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하는 것이 바람직하다.
상기 밸브 구조체에 의해 형성되는 복수의 상기 챔버는, 상기 밸브 구조체 및 제1 몸체에 의해 구획 형성되어 체적이 고정되어 있는 고정 챔버와, 상기 밸브 구조체, 에어 슬리브, 및 제2 몸체에 의해 구획 형성되어 상기 에어 슬리브가 변형되면서 체적이 변화될 수 있는 작동 챔버를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 밸브 구조체는, 상기 제1 몸체의 말단에 설치되며 관통구멍을 가지는 고정 플레이트와, 관성이 작용할 때 상기 관통구멍을 폐쇄할 수 있도록 상기 고정 플레이트에 설치되는 밸브체와, 관성이 작용하지 않을 때 상기 밸브체를 상기 고정 플레이트로부터 이격시켜 상기 관통구멍을 개방된 상태로 유지하기 위해 상기 고정 플레이트와 상기 밸브체 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 밸브체는, 관성에 의한 운동을 발생하기 위한 질량을 갖는 상부 질량체 및 하부 질량체와, 상기 상부 질량체 및 상기 하부 질량체를 서로 연결하는 연결축을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 에어 스프링의 챔버 내부에 밸브를 설치하고 필요에 따라 차체의 거동에 따라 이 밸브를 개폐시킴으로써, 차체의 거동이 발생하면 에어 스프링의 챔버 체적을 작게 하여 스프링 상수값을 크게 하고 차륜의 거동이 발생하면 에어 스프링의 챔버 체적을 크게 하여 스프링 상수값을 작게 변화시킬 수 있는 차체 거동 감응형 에어 스프링이 제공될 수 있다.
그에 따라 본 발명의 에어 스프링에 의하면, 스프링 상수가 가변될 수 있어 필요에 따라 승차감을 향상시키거나 조종안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링의 측단면도, 그리고
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링의 밸브 개폐를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 스프링을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
차량의 차체측 혹은 차륜측의 거동은 조정안정성이나 승차감에 영향을 미친다. 즉, 코너링, 가속 혹은 제동시의 차체의 거동이 발생하는 경우에는 조정안정성에 악영향을 미칠 우려가 있으므로 에어 스프링의 스프링 상수값을 크게 하여 차량의 움직임이 생기지 않도록 억제할 필요가 있다. 반대로, 험로를 주행하거나 둔덕을 지날 때와 같이 차륜의 거동이 발생하는 경우에는 승차감에 악영향을 미칠 우려가 있으므로 에어 스프링의 스프링 상수값을 작게 하여 차륜의 움직임에 의해 하중이 차체에 전달되는 것을 최소화할 필요가 있다.
에어 스프링은 내부 챔버에 채워진 공기의 압축성을 이용하여 스프링 작용을 수행한다. 따라서, 챔버의 체적이 작으면 스프링 상수가 큰 값을 가지며, 챔버의 체적이 크면 스프링 상수가 작은 값을 가진다. 이러한 에어 스프링의 특성을 이용하여 내부 챔버의 체적을 변화시킨다면 스프링 상수를 가변시키는 것이 가능하며, 그에 따라 본 발명에 의하면 승차감을 향상시킬 필요가 있는 경우에는 챔버의 체적을 크게 변화시키고 조정안정성을 향상시킬 필요가 있는 경우에는 챔버의 체적을 작게 변화시킴으로써 필요에 따라 승차감 또는 조정안정성에 대한 요구를 선택적으로 만족시킬 수 있는 에어 스프링이 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링은, 차체 측에 고정되는 제1 몸체(1)와, 차륜 측에 고정되는 제2 몸체(2)와, 이들 제1 및 제2 몸체(1, 2) 사이에 설치되는 고무재질의 에어 슬리브(air sleeve)(3)를 포함한다. 고무재질의 에어 슬리브는, 에어 스프링의 내부압력 변화에 따라 그 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행한다.
본 발명의 차체 거동 감응형 에어 스프링은, 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 복수의 챔버를 형성하기 위한 밸브 구조체를 더 포함하고 있다. 이 밸브 구조체는 차체 측에 고정되며 중공의 내부를 가지는 제1 몸체(1)에 설치되어 있다.
본 발명에 따라 분할되어 형성되는 복수의 챔버는 그 체적이 고정되어 있는 고정 챔버(5)와 그 체적이 변화할 수 있는 작동 챔버(6)를 포함한다. 고정 챔버(5)는 밸브 구조체와 제1 몸체(1)의 내부벽에 의해 구획 형성되며, 작동 챔버(6)는 밸브 구조체, 에어 슬리브(3), 및 제2 몸체(2)에 의해 구획 형성된다. 전술한 바와 같이 고정 챔버(5)는 그 형태가 일정한 강체인 제1 몸체(1)의 내부에 형성되어 있으므로 그 체적이 고정되어 있으며, 작동 챔버(6)는 제2 몸체(2)가 부착되어 있는 차륜측의 거동에 따라 고무 소재의 에어 슬리브(3)가 변형되면서 그 체적이 변화될 수 있다.
밸브 구조체는, 제1 몸체(1)의 말단에 설치되며 하나 이상의 관통구멍(11a)을 가지는 고정 플레이트(11)와, 관성이 작용할 때 상기 관통구멍(11a)을 폐쇄할 수 있도록 고정 플레이트(11)에 설치되는 밸브체(13)와, 관성이 작용하지 않을 때 밸브체(13)를 고정 플레이트(11)로부터 이격된 상태로 유지하기 위해 고정 플레이트(11)와 밸브체(13) 사이에 개재되는 상하 한쌍의 탄성부재(15)를 포함한다.
밸브체(13)는, 상부 질량체(13a) 및 하부 질량체(13b)와, 이들 상부 및 하부 질량체(13a, 13b)를 서로 연결하는 연결축(13c)으로 이루어질 수 있다.
밸브체(13)가 고정 플레이트(11)와 맞닿아 관통구멍(11a)을 폐쇄하면 고정 챔버(5)와 작동 챔버(6)는 각각 별개의 챔버로 작용하고, 밸브체(13)가 고정 플레이트(11)로부터 이격된 상태이면 고정 챔버(5)와 작동 챔버(6)는 관통구멍(11a)을 통하여 서로 연결되어 하나의 챔버로 작용한다.
고정 챔버(5)와 작동 챔버(6)가 서로 연결되어 하나의 챔버로 작용하면 챔버의 체적이 증가하는 효과를 거둘 수 있어 에어 스프링의 스프링 상수값이 작아진다. 역으로, 고정 챔버(5)와 작동 챔버(6)가 서로 분리된 별개의 챔버로 작용하면 챔버의 체적이 감소하는 효과를 거둘 수 있어 에어 스프링의 스프링 상수값이 커진다.
밸브 구조체는 제1 몸체(1)를 통하여 차체측에 연결되어 있으므로 차체 거동의 영향을 받는다. 그에 따라 차체가 일정거리 이상 움직이면 자체 질량을 가지는 밸브체(13)는 관성에 의해 차체의 움직임보다 늦게 움직임이 일어나며, 이 순간에 있어서 밸브체(13)와 제1 몸체(1) 즉 차체의 상대적인 움직임 방향은 서로 반대이다.
차체가 지면의 위쪽으로 움직이는 순간의 모습을 도시하고 있는 도 2를 참조하면, 차체와 함께 제1 몸체(1)가 위쪽으로 움직일 때 밸브체(13)는 관성에 의해 아래쪽으로 상대운동을 하여 상부 질량체(13a)가 고정 플레이트(11)와 맞닿으면서 관통구멍(11a)을 폐쇄할 수 있다.
관통구멍(11a)이 폐쇄되면 고정 챔버(5)는 압력을 유지하지만 작동 챔버(6)는 체적이 증가함에 따라 압력이 낮아지므로 압력차에 의해 관통구멍(11a)을 폐쇄하고 있는 상부 질량체(13a)는 더욱더 그 폐쇄상태를 유지할 수 있게 된다.
또, 관통구멍(11a)이 폐쇄되면 에어 스프링의 내부 공간이 작아지는 효과를 거둘 수 있으므로 체적변화율이 더욱 커져 스프링 상수값이 커지므로 차체의 위쪽 방향으로의 움직임을 억제하고 조정안정성을 개선하는 효과를 나타낸다.
한편, 차체가 지면의 아래쪽으로 움직이는 순간의 모습을 도시하고 있는 도 3을 참조하면, 차체와 함께 제1 몸체(1)가 아래쪽으로 움직일 때 밸브체(13)는 관성에 의해 위쪽으로 상대운동을 하여 하부 질량체(13b)가 고정 플레이트(11)와 맞닿으면서 관통구멍(11a)을 폐쇄할 수 있다.
관통구멍(11a)이 폐쇄되면 고정 챔버(5)는 압력을 유지하지만 작동 챔버(6)는 체적이 증가함에 따라 압력이 낮아지므로 압력차에 의해 관통구멍(11a)을 폐쇄하고 있는 상부 질량체(13a)는 더욱더 그 폐쇄상태를 유지할 수 있게 된다.
또, 관통구멍(11a)이 폐쇄되면 에어 스프링의 내부 공간이 작아지는 효과를 거둘 수 있으므로 체적변화율이 더욱 커져 스프링 상수값이 커지므로 차체의 아래쪽 방향으로의 움직임을 억제하고 조정안정성을 개선하는 효과를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시된 상태와는 달리, 차체측의 움직임이 없고 차륜측만 움직일 때는 도 1에 도시된 초기상태와 같이 밸브체(13)가 관성에 의해 움직이지 않으므로 고정 챔버(5)와 작동 챔버(6)는 서로 연결되어 하나의 챔버로서 작용한다. 그에 따라 에어 스프링의 체적이 증가하는 효과를 거둬 스프링 상수값이 작으므로 승차감이 향상될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 에어 스프링을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1: 제1 몸체, 2: 제2 몸체, 3: 에어 슬리브, 5: 고정 챔버, 6: 작동 챔버, 10: 밸브 구조체, 11: 고정 플레이트, 11a: 관통구멍, 13: 밸브체, 13a: 상부 질량체, 13b: 하부 질량체, 13c: 연결축, 15: 탄성부재

Claims (5)

  1. 차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서,
    상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체(1)와; 상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체(2)와; 상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브(3)와; 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 복수의 챔버(5, 6)를 형성하며 차량의 거동에 따른 관성에 의해 작동하여 복수의 상기 챔버를 선택적으로 연결하거나 차단하는 밸브 구조체(10); 를 포함하며,
    상기 밸브 구조체는, 상기 제1 몸체(1)의 말단에 설치되며 관통구멍(11a)을 가지는 고정 플레이트(11)와; 관성이 작용할 때 상기 관통구멍을 폐쇄할 수 있도록 상기 고정 플레이트에 설치되는 밸브체(13)와; 관성이 작용하지 않을 때 상기 밸브체를 상기 고정 플레이트로부터 이격시켜 상기 관통구멍을 개방된 상태로 유지하기 위해 상기 고정 플레이트와 상기 밸브체 사이에 개재되는 탄성부재(15); 를 포함하며,
    상기 밸브체는, 관성에 의한 운동을 발생하기 위한 질량을 갖는 상부 질량체(13a) 및 하부 질량체(13b)와; 상기 상부 질량체 및 상기 하부 질량체를 서로 연결하는 연결축(13c); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 거동 감응형 에어 스프링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 구조체는 중공의 내부를 가지는 제1 몸체에 설치되어 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하는 것을 특징으로 하는 차체 거동 감응형 에어 스프링.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브 구조체에 의해 형성되는 복수의 상기 챔버는,
    상기 밸브 구조체 및 제1 몸체에 의해 구획 형성되어 체적이 고정되어 있는 고정 챔버와,
    상기 밸브 구조체, 에어 슬리브, 및 제2 몸체에 의해 구획 형성되어 상기 에어 슬리브가 변형되면서 체적이 변화될 수 있는 작동 챔버
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 거동 감응형 에어 스프링.
  4. 삭제
  5. 삭제
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