KR101364452B1 - 리바운드 행정이 제어되는 쇽업소버 시스템 및 그것의 제어방법 - Google Patents

리바운드 행정이 제어되는 쇽업소버 시스템 및 그것의 제어방법 Download PDF

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Abstract

리바운드 행정과 콤프레션 행정을 하는 쇽업소버를 갖는 시스템이 개시된다. 이 시스템은, 작동 튜브와; 상기 작동 튜브 내에서 상하로 운동하는 피스톤 로드와; 상기 피스톤 로드에 고정 설치된 지지 스토퍼와 ; 상기 지지 스토퍼와 마주하도록 상기 작동 튜브 내에 설치된 접촉 스토퍼와; 상기 지지 스토퍼에 지지되며, 리바운드 행정에 의해, 상기 접촉 스토퍼와 초기 접촉 후 압축되는 공압 리바운드 스프링과; 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압 및 그에 따른 스프링 상수를 가변하기 위한 공압장치를 포함한다.

Description

리바운드 행정이 제어되는 쇽업소버 시스템 및 그것의 제어방법{SHOCK ABSORBER SYSTEM AND ITS CONTROLLING METHOD}
본 발명은 리바운드 행정이 제어되는 차량용 쇽업소버에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 공압 리바운드 스프링의 스프링 상수 가변을 통해 쇽업소버의 리바운드 행정을 적절히 제어하는 기술에 관한 것이다.
쇽업소버는 노면으로부터 차체로 전해지는 진동을 억제, 감쇠하는 역할을 하는 것으로서 자동차 현가 시스템의 주요 구성요소를 이룬다. 이러한 쇽업소버는 특히 차체의 상하 방향 진동에너지를 흡수함으로써, 승차감 향상, 적재화물의 보호, 그리고, 차량의 각 부품을 보호하는데 기여한다.
통상 쇽업소버는 실린더와 그 실린더 내에 슬라이드 가능하게 수용되는 피스톤 밸브를 포함하되, 실린더는 현가 암 등을 통해 차륜 측에 연결되고 피스톤 밸브는 차체 측에 결합된 피스톤 로드와 실린더 내부에서 결합된다. 따라서, 쇽업소버는 차량이 불규칙한 노면을 주행할 때 연속적으로 콤프레션 행정과 리바운드 행정을 반복적으로 하면서 노면에서 차체로 전해지는 진동을 감쇠하는 기능을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 쇽업소버는 피스톤 밸브(2)에 의해 실린더의 작동 튜브(3) 내부가 콤프레션 챔버(3a)와 리바운드 챔버(3b)로 구획되고, 리바운드 챔버(3b) 내에는 쇽업소버의 리바운드 행정을 제어하는 리바운드 코일 스프링(7)이 피스톤 로드(4) 둘레로 설치된다. 이 리바운드 코일 스프링(7)은 피스톤 로드(3) 상의 스토퍼(6)와 작동 튜브(3) 상부의 로드가이드(5) 사이에 설치되어, 리바운드 행정시 로드가이드(5)와 작동 튜브(3) 사이에서의 압축에 의해 리바운드 행정을 제어한다. 또한, 종래에는 로드가이드(5)의 하부에 리바운드 코일 스프링(7)의 상단에 접하도록 쿠션 러버(5a)를 두기도 한다. 스프링 상수가 큰 리바운드 코일 스프링(7)을 이용하는 경우, 차량의 조정 안정성을 높일 수 있다. 하지만, 스프링 상수가 큰 리바운드 코일 스프링(7)은 접촉 노이즈를 발생시키게 된다.
위와 같이 종래의 쇽업소버는 스프링 상수가 고정된 코일 스프링을 리바운드 스프링으로 이용하므로 조정 안정성의 저하를 막는 것과 접촉 노이즈를 줄이는 것을 모두 만족시키는 것이 어렵다. 따라서, 스프링 상수가 적절히 가변될 수 있는 리바운드 스프링의 개발이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 쇽업소버의 거동에 따라 리바운드 스프링의 스프링 상수가 적절히 가변되어 조정 안정성 향상과 접촉 노이즈 저감을 모두 만족시킬 수 있는 쇽업소버 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 다른 과제는 쇽업소버의 거동에 따라 리바운드 스프링의 스프링 상수를 적절히 가변하여 조정 안정성 향상과 접촉 노이즈 저감을 모두 만족시킬 수 있는 리바운드 스프링의 제어 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따라 리바운드 행정과 콤프레션 행정을 하는 쇽업소버를 갖는 시스템이 제공되며, 이 시스템은, 작동 튜브와; 상기 작동 튜브 내에서 상하로 운동하는 피스톤 로드와; 상기 피스톤 로드에 고정 설치된 지지 스토퍼와; 상기 지지 스토퍼와 마주하도록 상기 작동 튜브 내에 설치된 접촉 스토퍼와; 상기 지지 스토퍼에 지지되며, 리바운드 행정에 의해, 상기 접촉 스토퍼와 초기 접촉 후 압축되는 공압 리바운드 스프링과; 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압 및 그에 따른 스프링 상수를 가변하기 위한 공압장치를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 공압장치는 상기 작동 튜브 외부에 위치하며, 상기 작동 튜브와 상기 공압장치 사이를 연결하는 공기 통로가 상기 피스톤 로드에 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 쇽업소버의 거동에 따라 변화되는 높이 정보를 얻기 위한 높이센서와, 상기 높이센서로부터 얻은 높이 정보를 기초로 상기 공압장치를 제어하는 전자제어유닛을 더 포함하되, 상기 전자제어유닛은 상기 초기 접촉 후 리바운드 행정이 이루어질 때 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압을 증가시키고, 상기 리바운드 행정으로부터 콤프레션 행정으로 바뀐 후 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압을 낮추도록 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따라 리바운드 행정과 콤프레션 행정을 하는 쇽업소버를 제어하는 방법이 제공된다. 이 제어방법은, 상기 쇽업소버의 거동에 따라 변화되는 높이 정보를 획득하는 단계와; 상기 획득된 높이 정보를 기초로, 접촉 스토퍼에 상기 공압 리바운드 스프링이 초기 접촉하는지를 판단하는 단계와; 상기 공압 리바운드 스프링이 상기 접촉 스토퍼에 초기 접촉한 것으로 판단될 때, 상기 공압 리바운드 스프링에 공기를 주입하여 스프링 상수를 증가시키는 단계를 포함한다. 이에 더하여, 상기 방법은 상기 초기 접촉 후 리바운드 행정으로부터 콤프레션 행정으로 바뀌는 것을 판단하는 단계와, 상기 리바운드 행정으로부터 상기 콤프레션 행정으로 바뀐 후 상기 공압 리바운드 스프링 내 공기 일부를 배출하여 스프링 상수를 감소시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 공기압의 가변에 의해 스프링 상수가 가변될 수 있는 공압 스프링을 리바운드 스프링으로 이용함으로써, 조정 안정성의 저하를 막을 수 있음과 동시에 리바운드 스프링의 접촉 노이즈를 줄이는 것을 모두 만족시킬 수 있다. 또한, 높이센서에 의해 측정된 정확한 높이 정보를 기초로 하여, 공압 리바운드 스프링의 초기 접촉이 이루어지는 시점에 공압 리바운드 스프링의 스프링 상수를 정밀하고 신뢰성 있게 조절할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 쇽업소버를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇽업소버 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 쇽업소버 시스템의 리바운드 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇽업소버를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 쇽업소버 시스템은, 쇽업소버(10)와, 콤프레서 및 밸브 등을 포함하는 공압장치(20)와, 높이센서(30)와, 전자제어유닛(40)을 포함한다. 도 2에 있어서, 쇽업소버(10)는 중요 부분이 부분적으로 확대되어 도시되어 있다.
상기 쇽업소버(10)는 피스톤 밸브(12)와, 오일이 채워진 작동 튜브(13)와, 피스톤 로드(14)를 포함한다. 도시하지는 않았지만, 상기 작동 튜브(13) 외측에는 가스와 오일이 함께 채워지는 외부 튜브가 더 설치될 수 있다. 또한, 상기 작동 튜브(13)의 하부에는 외부 튜브와 작동 튜브(13) 간에 오일의 흐름을 허용하는 유로 형성된다. 더 나아가서는, 상기 유로가 상기 작동 튜브(13)의 하부에 설치된 바디 밸브에 적용될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 외부 튜브를 더 두는 것은 작동 튜브(13) 내의 압력 보상을 위한 것이며, 바디 밸브는 외부 튜브와 작동 튜브(13) 사이의 오일 교환을 통한 압력 보상 과정에서도 감쇠력을 발생시키기 위해 적용된다. 물론 외부 튜브 없는 쇽업소버도 본 발명의 범위 내에 있으며, 외부 튜브 없이 작동 튜브(13)만으로 이루어진 쇽업소버는 흔히 모노튜브형 쇽업소버로 칭해지고 있다. 상기 작동 튜브(13) 내에서 상기 피스톤 로드(14)는 피스톤 밸브(12)와 결합되며, 상기 피스톤 밸브는 작동 튜브(13)의 내부를 리바운드 챔버(13a)와 콤프레션 챔버(13b)로 구획한다.
또한, 상기 쇽업소버(10)는, 리바운드 행정시 급격한 리바운드에 의한 충격에 대처하도록, 접촉 스토퍼(15)와, 지지 스토퍼(16)와, 공압 리바운드 스프링(17)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 접촉 스토퍼(15)는 작동 튜브(13)의 상부에 설치되어 피스톤 로드(14)를 가이드하는 로드가이드가 이용되며 그것이 선호된다. 그러나, 상기 접촉 스토퍼(15)는, 공압 리바운드 스프링(17)과의 선택적인 접촉에 의해, 그 공압 리바운드 스프링(17)의 상부 높이를 규제하는 것으로도 제 역할을 할 수 있으므로, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 상부와 선택적으로 접촉할 수 있도록 작동 튜브(13) 내에 고정 설치된 임의의 다른 요소가 이용될 수 있다. 상기 지지 스토퍼(16)는, 상기 공압 리바운드 스프링(17)을 고정 상태로 지지하기 위한 것으로, 상기 피스톤 로드(14)에 설치된 채 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 하부에 고정 결합된다.
또한, 상기 피스톤 로드(14)에는 홀 가공을 통해 외부로부터 이어져서 상기 공압 리바운드 스프링(17)에 접속되는 공기통로(142)가 형성된다. 상기 공기통로(142)는 전술한 공압장치(20)와 연결된다. 상기 공기통로(142)를 통해 공압장치(20)에 의해 만들어진 압축공기가 상기 공압 리바운드 스프링(17) 내로 공급되면, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 공기압이 증가되고, 이에 따라, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수가 커질 수 있다. 반대로, 상기 공기통로(142)를 통해 상기 공압 리바운드 스프링(17) 내의 공기가 외부로 배출되면, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수는 작아질 수 있다.
본 발명에 따르면, 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수를 가변함으로써. 조정 안정성 향상과 접촉 노이즈 저감을 모두 만족시킬 수 있는 적절한 제어가 가능하다. 이러한 적절한 제어를 위해, 상기 공압 리바운드 스프링(17) 및 공압장치(20) 등과 함께 높이센서(30)와 전자제어유닛(40)이 이용된다. 상기 높이센서(30)로 차량의 차고 제어에 이용되어 왔던 차고 센서를 이용할 수 있고 별도의 다른 높이센서를 더 이용할 수도 있음에 유의한다. 상기 높이센서(30)는 리바운드 행정 및 콤프레션 행정에 의한 쇽업소버(또는, 차량)의 거동과 관련한 높이 정보를 연속적으로 획득하여 그 획득된 정보를 상기 전자제어유닛(40)에 제공한다. 상기 전자제어유닛(40)은 상기 정보를 기초로 쇽업소버(10)의 거동이 리바운드 행정인지 또는 콤프레션 행정인지를 판단한다. 또한, 상기 전자제어유닛(40)은 리바운드 행정 중 공압 리바운드 스프링(17)과 접촉 스토퍼(15) 사이의 초기 접촉을 판단한다.
상기 전자제어유닛(40)은, 전술한 판단에 따라, 상기 공압 리바운드 스프링(17)과 상기 접촉 스토퍼(15)의 초기 접촉이 있은 다음의 리바운드 행정 중에는 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수를 점진적으로 증가시키는 제어를 하며, 상기 접촉 후 리바운드 행정으로부터 콤프레션 행정으로 바뀌면, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수를 최초 상태로 낮추는 제어를 한다. 최초 상태의 스프링 상수는 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 초기 공기압으로 결정될 수 있다. 상기 전자제어유닛(40)은, 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수를 낮추고자 하는 경우, 상기 공압장치(20)를 달리 제어하여 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 공기를 상기 공압장치(20) 측으로 배출한다.
상기 공압 리바운드 스프링(17)과 상기 접촉 스토퍼(15)의 접촉 전에 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수를 낮춰 유지함으로써, 리바운드 행정에 의해 상기 공압 리바운드 스프링(17)과 상기 접촉 스토퍼(15)가 초기 접촉할 때, 접촉 노이즈를 줄일 수 있다. 초기 접촉이 있은 후, 리바운드 행정이 지속될 때에는, 상기 공압 리바운드 스프링(17)과 상기 접촉 스토퍼(15)의 스프링 상수를 증가시킴으로써, 급속한 리바운드로 인한 차량의 조정 안정성 저하를 막을 수 있다.
도 3은 전술한 쇽업소버 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 3에는 한번의 리바운드 행정과 한번의 콤프레션 행정 사이에서 전자제어유닛의 제어에 따라 이루어질 수 있는 각 단계들을 나타내었지만, 리바운드 행정과 콤프레션 행정이 계속 반복적으로 이루어지는 경우에도 상기 단계들의 반복을 통해 쇽업소버의 시스템의 제어가 이루어질 수 있음에 유의한다.
도 2와 도 3을 참조하여 쇽업소버 시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
공압 리바운드 스프링(17)은 미리 정해진 초기 공기압을 갖도록 설정된다(S101). 차량 주행 중 높이센서(30)는 예를 들면 차고 정보와 같은 높이 정보를 연속적으로 획득한다(S103). 이 높이 정보는 전자제어유닛(40)에 연속적으로 제공되며, 이 높이 정보를 기초로, 상기 전자제어유닛(40)은 공압 리바운드 스프링(17)과 상기 접촉 스토퍼(15) 사이의 초기 접촉이 있는지를 판단한다(S105). 초기 접촉이 있다는 것은 리바운드 행정 중이라는 것을 의미하므로, 쇽업소버의 거동은 리바운드 행정 중인 것으로 판단될 수 있다.
상기 초기 접촉이 판단되면, 전자제어유닛(40)은 공압장치(20)를 제어해 공압 리바운드 스프링(17) 내에 공기를 주입한다(S107). 이 공기 주입에 의해 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수는 증가한다. 상기 공압 리바운드 스프링(17)이 상기 접촉 스토퍼(15)와 상기 지지 스토퍼(16) 사이에서 압축되면서 급격한 리바운드로 인한 충격을 흡수하되, 상기 공압 리바운드 스프링(17)이 압축되는 과정에서 스프링 상수가 증가되므로 차량의 조종 안정성을 더욱 증가시킬 수 있다. 상기 초기 접촉 전에는 상기 공압 리바운드 스프링(17)은 초기 공기압에 의해 낮은 스프링 상수를 가지므로 접촉 노이즈의 발생을 억제 또는 줄일 수 있다.
다음, 상기 전자제어유닛(40)에 의해 계속해서 리바운드 행정인지 콤프레션 행정으로 바뀌었는지 여부가 판단된다(S109). 콤프레션 행정으로 바뀐 것으로 판단되면, 상기 전자제어유닛(40)은 상기 공압장치(20)를 제어해 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 공기를 일부 배출시킨다(S101), 이에 의해 상기 공압 리바운드 스프링(17)의 스프링 상수는 감소된다. 도 3에서 종료는 상기 공압 리바운드 스프링(17) 내 압력이 초기 공기압으로 되어 리셋되었을 나타낸다. 그리고, 전술한 것과 같은 제어 흐름은 차량이 주행하는 동안 연속적으로 반복된다.
10: 쇽업소버 12: 피스톤 밸브
13: 작동 튜브 14: 피스톤 로드
16: 지지 스토퍼 15: 접촉 스토퍼(로드가이드)
17: 공압 리바운드 스프링 142: 공기 통로
20: 공압장치 30: 높이센서
40: 전자제어유닛

Claims (5)

  1. 리바운드 행정과 콤프레션 행정을 수행하는 쇽업소버를 포함하는 시스템으로서,
    작동 튜브;
    상기 작동 튜브 내에서 상하로 운동하는 피스톤 로드;
    상기 피스톤 로드에 고정 설치된 지지 스토퍼;
    상기 지지 스토퍼와 마주하도록 상기 작동 튜브 내에 설치된 접촉 스토퍼;
    상기 지지 스토퍼에 지지되며, 리바운드 행정에 의해, 상기 접촉 스토퍼와 초기 접촉 후 압축되는 공압 리바운드 스프링; 및
    상기 공압 리바운드 스프링의 공기압 및 그에 따른 스프링 상수를 가변하기 위한 공압장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 공압장치는 상기 작동 튜브 외부에 위치하며, 상기 작동 튜브와 상기 공압장치 사이를 연결하는 공기 통로가 상기 피스톤 로드에 형성된 것을 특징으로 하는 쇽업소버 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 쇽업소버의 거동에 따라 변화되는 높이 정보를 얻기 위한 높이센서와, 상기 높이센서로부터 얻은 높이 정보를 기초로 상기 공압장치를 제어하는 전자제어유닛을 더 포함하되, 상기 전자제어유닛은 상기 초기 접촉 후 리바운드 행정이 이루어질 때 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압을 증가시키고, 상기 리바운드 행정으로부터 콤프레션 행정으로 바뀐 후 상기 공압 리바운드 스프링의 공기압을 낮추는 것을 특징으로 하는 쇽업소버 시스템.
  4. 리바운드 행정과 콤프레션 행정을 수행하는 쇽업소버를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 쇽업소버의 거동에 따라 변화되는 높이 정보를 획득하는 단계와;
    상기 획득된 높이 정보를 기초로, 접촉 스토퍼에 공압 리바운드 스프링이 초기 접촉하는지를 판단하는 단계와;
    상기 공압 리바운드 스프링이 상기 접촉 스토퍼에 초기 접촉한 것으로 판단될 때, 상기 공압 리바운드 스프링에 공기를 주입하여 스프링 상수를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버 시스템의 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 초기 접촉 후 리바운드 행정으로부터 콤프레션 행정으로 바뀌는 것을 판단하는 단계와, 상기 리바운드 행정으로부터 상기 콤프레션 행정으로 바뀐 후 상기 공압 리바운드 스프링 내 공기 일부를 배출하여 스프링 상수를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버 시스템의 제어방법.
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