KR101564304B1 - 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 스프링 좌굴조건 검출방법에 관한 것으로, 에어 스프링에 좌굴이 발생하는 조건을 안전하고 용이하게 검출할 수 있도록 한 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 실제 에어 스프링의 장착 구조와 동일한 구조를 갖도록 제작된 차량 모듈이 장착된 좌굴 시험 장비에 에어 스프링을 장착하고, 상기 차량 모듈과 연결된 엑추에이터를 이용하여 차량 모듈에 하중을 가하면서 에어 스프링의 좌굴 발생 조건을 검출함에 있어서, 상기 에어 스프링을 차량 모듈에 장착하기 전, 상기 차량 모듈과 결합되도록 에어 스프링에 마련된 시트판에 다수개의 면압 센서를 설치하는 단계(S110); 상기 액추에이터에 의한 차량 모듈의 거동시 다수개의 면압 센서로부터 측정되는 각 지점의 압력값을 검출하는 단계(S120); 상기 S120 단계에서 다수개의 면압 센서로부터 측정되는 압력값에 따른 시트판의 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 벗어난 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 검출하는 단계(S130);로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법을 제공한다.

Description

에어 스프링의 좌굴조건 검출방법{Method for inspecting buckling of air spring}

본 발명은 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어 스프링에 좌굴이 발생하는 조건을 안전하고 용이하게 검출할 수 있도록 한 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 현가장치는 차체의 중량을 지지하면서 주행 중 발생되는 진동이나 충격을 흡수하여 차체 및 운전자에게로 전달되는 진동이나 충격을 완화시킴으로서, 승차감 및 주행 안정성을 확보하기 위한 것으로, 차체와 차축 사이에 설치되고 있다.

한편, 가장 일반적인 형태의 현가장치는 코일 스프링과 댐퍼(Shock absorber)가 조합된 구조를 가지며, 이러한 현가장치는 코일 스프링과 댐퍼의 상호 보완작용을 통하여 향상된 승차감을 탑승자에게 제공하게 된다.

그러나, 코일 스프링과 댐퍼를 이용한 현가장치의 경우, 스프링강으로 만들어지는 코일 스프링의 특성 상 현가장치의 특성을 자유롭게 바꿀 수 없고, 적재하중의 변화나 탑승자수의 변화에 따라 승차감에 차이가 발생되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 고려하여 코일 스프링 대신 에어 스프링을 이용한 현가장치가 일부 고급차와 대형차에 적용되고 있다.

상기 에어 스프링은 차체측에 조립되는 상부조립체와 차륜측에 조립되는 하부조립체의 사이에 에어 슬리브가 설치된 것으로 이루어지며, 차량의 주행조건에 따라 에어 슬리브의 내부로 공기를 주입하거나, 내부의 공기를 외부로 배출하면서 에어 슬리브의 내부가 일정한 압력조건을 유지할 수 있도록 하는 것과 함께 슬리브의 압축과 팽창을 통해 진동과 충격을 완화하는 구조를 갖고 있다.

이러한 에어 스프링에는 차량의 운행과정에서 불규칙한 방향으로 하중이 작용하게 되며, 에어스프링에 작용하는 하중의 크기가 부분적으로 차이가 큰 경우, 에어 스프링이 좌굴되면서 파손되어 기능을 상실하게 된다.

위와 같은 에어 스프링의 좌굴에 의한 파손시 에어 슬리브에 충전된 공기의 압력으로 인하여 에어 슬리브가 폭발하듯 터지게 됨에 따라 차량에 손상을 주는 것은 물론이고, 심한 경우 탑승자의 신체손상을 유발하게 되는 문제점이 있다.

이에 따라 에어 스프링의 설계과정에서 시제품을 실제 차량에 장착하고 에어 스프링에 다양한 하중이 가해지도록 차량의 운행조건을 변화시키면서 에어 스프링의 좌굴 검사를 실시하고 있다.

그러나, 상기와 같이 종래의 검사방식은 에어 스프링의 좌굴 발생 여부로만 판단하는 방식으로, 정량적 평가 및 좌굴 발생 조건에 대한 경향 파악이 어렵고, 좌굴 발생시 시험자의 상해 위험이 큰 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2013-0003728호 (2013.01.09. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 에어 스프링에 좌굴이 발생하는 조건을 안전하고 용이하게 검출할 수 있도록 한 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 실제 에어 스프링의 장착 구조와 동일한 구조를 갖도록 제작된 차량 모듈이 장착된 좌굴 시험 장비에 에어 스프링을 장착하고, 상기 차량 모듈과 연결된 엑추에이터를 이용하여 차량 모듈에 하중을 가하면서 에어 스프링의 좌굴 발생 조건을 검출함에 있어서, 상기 에어 스프링을 차량 모듈에 장착하기 전, 상기 차량 모듈과 결합되도록 에어 스프링에 마련된 시트판에 다수개의 면압 센서를 설치하는 단계(S110); 상기 액추에이터에 의한 차량 모듈의 거동시 다수개의 면압 센서로부터 측정되는 각 지점의 압력값을 검출하는 단계(S120); 상기 S120 단계에서 다수개의 면압 센서로부터 측정되는 압력값에 따른 시트판의 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 벗어난 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 검출하는 단계(S130);로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법을 제공한다.

한편 상기 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법에 있어서, 상기 S120 단계는, 차량의 범프, 리바운드, 급정지, 급출발 조건에 따라 미리 설정된 방향과 크기의 하중을 차량 모듈에 가하는 것과 함께 에어 스프링 내부 공기 압력이 미리 설정된 압력조건을 갖도록 공기를 주입하거나 배출할 수 있다.

한편 상기 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법에 있어서, 상기 S110 단계는, 다수개의 면압 센서가 시트판의 중심을 기준으로 원형의 배열 구조를 갖도록 설치될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 차량의 운행조건에 따라 에어 스프링의 시트판 각 부분에 작용하는 압력의 크기차를 면압 센서로 측정하여 에어 스프링의 좌굴 발생 조건을 검출할 수 있으므로, 면압 측정을 통한 정량적 평가가 가능하고, 에어 스프링에 실제 좌굴이 발생되지 않더라도 발생가능성이 높은 위험조건에 대한 경향 파악이 가능하며, 검사과정에서 시험자의 상해 위험이 없는 효과가 있다.

도 1 은 좌굴 시험 장비에 에어 스프링이 장착된 상태를 보인 정면도,
도 2 는 좌굴 시험 장비에 에어 스프링이 장착된 상태를 보인 측면도,
도 3 은 면압 센서가 설치되는 위치를 나타낸 좌굴 시험 장비의 평면도,
도 4 는 에어 스프링의 시트판에 다수개의 면압 센서가 설치된 구조를 보인 사시도,
도 5 는 면압 센서에서 측정되는 압력 분포를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 에어 스프링 좌굴조건 검출방법은 에어 스프링의 설계를 통해 시제품으로 제작된 에어 스프링에 대한 좌굴 평가를 실시하는 과정에서 에어 스프링의 시트판에 작용하는 압력분포를 다수개의 면압 센서로 측정하고, 상기 면압 센서로부터 측정되는 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 초과하는 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 하여 시제품의 설계를 수정할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 좌굴 시험 장비에 에어 스프링이 장착된 상태를 보인 정면도를, 도 2는 좌굴 시험 장비에 에어 스프링이 장착된 상태를 보인 측면도를 도시하고 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 좌굴 시험 장비는 이미 상용화된 장비로써, 실제 차량의 에어 스프링 장착 구조와 동일한 구조를 갖도록 제작된 차량 모듈(20)이 프레임(10)에 장착된 것으로 구성되며, 상기 차량 모듈(20)에 형성된 휠 장착부(21)에 유압식 엑추에이터(41)가 연결되어 차량 모듈(20)에 하중을 부가함으로써, 실제 차량의 범프 및 리바운드 조건을 그대로 차량 모듈(20)에 구현하게 된다.

또한, 도 1 및 도 2에는 구체적인 도시가 생략되어 있으나, 차량 모듈에 장착된 에어 스프링(30)을 전방 또는 후방으로 당기거나 밀어내는 또 다른 유압식 엑추에이터(42)를 이용하여 차량 모듈(20)에 차량의 급정지 및 급출발 조건을 구현하게 된다.

아울러 차량 모듈(20)에 장착된 에어 스프링(30)에는 미도시된 공기 조절밸브가 연결되어 범프, 리바운드, 급출발, 급정지 조건에 맞추어 에어 스프링의 내부가 미리 설정된 압력조건을 갖도록 공기를 주입하거나 배출하게 된다.

상기와 같이 구성된 좌굴 시험 장비를 이용하여 에어 스프링에 대한 좌굴 평가를 실시함에 있어서, 차량 모듈에 에어 스프링을 장착하기 전, 차량 모듈에 장착되도록 에어 스프링에 마련된 시트판에 다수개의 면압 센서를 설치하게 된다.

도 3은 면압 센서가 설치되는 위치를 나타낸 좌굴 시험 장비의 평면도를, 도 4는 에어 스프링의 시트판에 다수개의 면압 센서가 설치된 구조를 보인 사시도를 도시하고 있다.

상기 다수개의 면압 센서(50)는 유압식 엑추에이터(41,42)의 작동에 의한 차량 모듈(20)의 거동시 시트판(31) 전체에 작용하는 압력분포를 검출할 수 있도록 시트판(31)에 전체적으로 균일하게 분산된 구조로 설치되는 것이 바람직하며, 도 4에는 시트판(31)의 중심을 기준으로 다수개의 면압 센서(50)가 원형 구조로 배열된 상태가 도시되어 있으며, 이처럼 에어 스프링의 시트판(31)에 설치된 다수개의 면압 센서(50)는 도 3에 표시된 프레임(10)의 A부분에 위치하게 된다.

상기와 같은 좌굴 시험 장비와 면압 센서(50)를 이용하여 구현되는 본 발명에 따른 에어 스프링 좌굴조건 검출방법은 상기 에어 스프링을 차량 모듈(20)에 장착하기 전, 상기 차량 모듈과 결합되도록 에어 스프링(30)에 마련된 시트판(31)에 다수개의 면압 센서(50)를 설치하는 단계(S110); 상기 차량 모듈(20)에 가해지는 하중 변화 및 에어 스프링(30) 내부 압력 변화 따라 다수개의 면압 센서(50)로부터 측정되는 각 지점의 압력값을 검출하는 단계(S120); 및 상기 S120 단계에서 다수개의 면압 센서(50)로부터 측정되는 압력값에 따른 시트판(31)의 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 초과하는 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 검출하는 단계(S130);로 구성된다.

상기 S110 단계는 도 3 및 도 4를 참조하여 이미 설명된 바 있으므로, S110 단계에 대한 설명은 생략한다.

상기 S120 단계는 면압 센서(50)로부터 검출되는 압력값을 이용하여 시트판(31)에 작용하는 압력분포를 획득하는 과정으로, 각각의 면압 센서(50)에서 측정되는 압력값은 미도시된 제어컴퓨터로 입력되며, 제어컴퓨터는 각각의 면압 센서(50)로부터 획득되는 압력값을 모아 시트판(31)의 압력분포정보를 획득하게 된다.

상기 S130 단계는 제어컴퓨터가 획득되는 압력분포정보를 분석하여 에어 스프링에 좌굴 발생의 위험이 있는지 판단하고, 좌굴 발생의 위험이 큰 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 검출하여 시제품으로 제작된 에어 스프링에 대한 설계의 수정이 이루어질 수 있도록 하는 과정이다.

참고로, 에어 스프링의 시트판(31)에 작용하는 압력분포가 전체적으로 균일한 경우에는 에어 스프링의 좌굴이 발생되지 않는 반면, 시트판(31)의 어느 한 쪽 부분의 압력이 나머지 다른 부분에 비하여 현저하게 낮아지게 되는 경우, 에어 스프링의 좌굴 발생 위험이 높아지게 된다.

따라서, 제어부는 압력분포정보를 구성하는 각 지점의 압력값 중 일부 지점의 압력값이 나머지 지점의 압력에 비하여 현저하게 낮아 압력값이 차이가 미리 설정된 기준범위를 벗어난 경우, 즉 시트판(31)의 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 벗어난 경우, 해당 운행조건에서 에어 스프링의 좌굴이 발생될 위험성이 큰 것으로 판단하고, 이를 좌굴 발생 조건으로 검출하게 된다.

이처럼 좌굴 발생 조건이 검출될 때의 운행조건과 에어 스프링의 내부 압력 그리고 시트판(31)에 작용하는 압력분포 정보를 이용하여 시제품의 보완이 요구되는 부분을 찾고, 좌굴 발생 조건에서 검출된 운행조건에서 좌굴이 발생되지 않도록 설계를 수정하게 된다.

참고로, 도 5에는 에어 스프링의 시트판에 8개의 면압 센서를 45도 간격으로 설치하고, 차량 모듈에 급제동과 리바운드 조건을 구현하되, 에어 스프링 내부 압력을 8bar에서 1bar로 서서히 감소하도록 조건을 설정한 상태로 좌굴 평가를 수행하는 과정에서 8개의 면압 센서(50)로부터 검출되는 압력값의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

상기 도 5의 그래프를 참조하면, 에어 스프링의 내부 압력이 2bar로 감압되는 시점에 270도 지점의 면압이 나머지 다른 지점의 면압에 비하여 상대적으로 현저하게 낮아지면 0 N에 도달하게 되는 것을 확인할 수 있으며, 이처럼 특정 지점의 면압이 나머지 다른 지점의 면압 보다 현저히 낮아지게 될 때를 좌굴 발생 조건으로 검출하게 된다.

아울러, 에어 스프링의 좌굴 발생에 따른 충격으로 인하여 225도 지점의 면압이 순간적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 프레임 20: 차량 모듈
30: 에어 스프링 31: 시트판
41, 42: 액추에이터 50: 면압 센서

Claims (3)

1. 실제 에어 스프링의 장착 구조와 동일한 구조를 갖도록 제작된 차량 모듈(20)이 장착된 좌굴 시험 장비에 에어 스프링(30)을 장착하고, 상기 차량 모듈(20)과 연결된 액추에이터(41,42)를 이용하여 차량 모듈(20)에 하중을 가하면서 에어 스프링의 좌굴 발생 조건을 검출함에 있어서,
   상기 에어 스프링(30)을 차량 모듈(20)에 장착하기 전, 상기 차량 모듈과 결합되도록 에어 스프링(30)에 마련된 시트판(31)에 다수개의 면압 센서(50)를 설치하는 단계(S110);
   상기 액추에이터에 의한 차량 모듈(20)의 거동시 다수개의 면압 센서(50)로부터 측정되는 각 지점의 압력값을 검출하는 단계(S120);
   상기 S120 단계에서 다수개의 면압 센서(50)로부터 측정되는 압력값에 따른 시트판(31)의 압력분포가 미리 설정된 기준범위를 벗어난 경우, 해당 운행조건을 에어 스프링의 좌굴 발생 조건으로 검출하는 단계(S130);로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 S120 단계는, 차량의 범프, 리바운드, 급정지, 급출발 조건에 따라 미리 설정된 방향과 크기의 하중을 차량 모듈에 가하는 것과 함께 에어 스프링 내부 공기 압력이 미리 설정된 압력조건을 갖도록 공기를 주입하거나 배출하는 것을 특징으로 하는 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법.
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 S110 단계는, 다수개의 면압 센서(50)가 시트판(31)의 중심을 기준으로 원형의 배열 구조를 갖도록 설치하는 것을 특징으로 하는 에어 스프링의 좌굴조건 검출방법.

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