KR101971528B1 - 전자식 능동형 롤 스테빌라이저 - Google Patents

전자식 능동형 롤 스테빌라이저 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테빌라이저 바에 인가되는 토크를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 비용이 비싸지 않고 내구성이 우수한 토크 측정 장치를 포함하는 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면, 스테이터와 로터를 구비하는 구동 모터와, 상기 구동 모터를 수용하는 하우징으로서, 상기 스테이터가 상기 하우징과 고정되는, 상기 하우징을 구비하는 액츄에이터; 일단이 상기 하우징의 일단에 연결되는 제1 스테빌라이저 바로서, 직선부 및 상기 직선부에 이어지는 곡선부를 구비하고, 상기 직선부에는 중공부가 상기 일단으로부터 상기 직선부의 축선방향을 따라서 형성되는, 제1 스테빌라이저 바; 일단이 상기 로터로부터 구동력을 전달받도록 연결되는 제2 스테빌라이저 바; 상기 제1 스테빌라이저 바에 인가된 토크를 측정하기 위해서 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 비틀림의 크기를 측정하기 위한 비틀림 측정부를 구비하는 토크 측정 장치를 포함하는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저가 제공된다.

Description

전자식 능동형 롤 스테빌라이저{ELECTRONIC ACTIVE ROLL STABILIZER}
본 발명은 차량의 롤링을 억제하기 위한 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 스테빌라이저 바의 비틀림을 사용하여, 스테빌라이저 바에 인가된 토크를 측정하여 액츄에이터를 제어할 수 있는 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 관한 것이다.
일반적으로 롤 스테빌라이저는 차량이 주행 중 주행 방향을 변경하는 경우 차체가 롤링하는 현상을 억제하여 승차감 및 차량 안정성을 향상시키기 위한 장치로서, 이의 양단이, 예를 들어 현가 암에 연결되고, 중앙부는 프레임에 장착되어, 예를 들어, 선회 시와 같이 좌우 바퀴가 서로 다르게 상하로 작동하는 경우, 스테빌라이저 바가 비틀려짐으로써 토크 형태로 발생되는 복원력에 의해 차체의 롤링이 억제될 수 있다.
한편, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저는, 기존에 고정된 값의 토크를 발생시키는 스테빌라이저 바에 비하여, 주행 환경, 예를 들어 차량의 주행 속도 등에 따라 액츄에이터를 제어하여, 예를 들어 900 내지 1500 Nm 범위의 토크를 출력하도록 함으로써, 스테빌라이저 바에 인가되는 토크의 크기를 조절할 수 있어, 승차감 및 차량 주행 안정성을 더욱 향상시킬 수 있어, 양산되는 차량에 대한 적용이 확대되고 있다.
그런데, 이와 같은 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 경우, 액츄에이터에서 발생되는 힘을 조절하기 위해서, 피드백 신호로서 스테빌라이저 바에 인가된 토크를 측정할 필요가 있다. 일례로서, 미국 특허 US 8,967,643 B2을 참조하면, 스테빌라이저 바에 인가되는 토크를 측정하기 위해서, 스테빌라이저 바의 일부분, 특히 액츄에이터에 고정되는 플랜지에 연결되는 부분이 자기변위(magnetorestrictive)형 물질로 형성되고, 여기서 발생되는 자기력선의 경사 변화를 측정하기 위한 센서가 이 일부분에 인접하게 배치된다.
그러나, 이와 같이 자기변위형 물질을 이용하는 스테빌라이저 바는, 스테빌라이저 바를 새롭게 설계해야 하고, 또한 설계 자체도 어려울 뿐만 아니라, 비용이 많이 드는 단점이 있다.
미국 특허 번호 US 8,967,643 (2013. 10. 17 미국 공개)
본 발명은 상술된 바와 같은 문제를 해소하기 위해서 발명된 것으로서, 스테빌라이저 바에 인가되는 토크를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 비용이 비싸지 않은 토크 측정 장치를 포함하는 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공한다.
또한, 외부 환경에 영향을 덜 받고 내구성 내지 강건성이 향상된 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 있어서, 스테이터와 로터를 구비하는 구동 모터와, 상기 구동 모터를 수용하는 하우징으로서, 상기 스테이터가 상기 하우징과 고정되는, 상기 하우징을 구비하는 액츄에이터; 일단이 상기 하우징의 일단에 연결되는 제1 스테빌라이저 바로서, 직선부 및 상기 직선부에 이어지는 곡선부를 구비하고, 상기 직선부에는 중공부가 상기 일단으로부터 상기 직선부의 축선방향을 따라서 형성되는, 제1 스테빌라이저 바; 일단이 상기 로터로부터 구동력을 전달받도록 연결되는 제2 스테빌라이저 바; 상기 제1 스테빌라이저 바에 인가된 토크를 측정하기 위해서 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 비틀림의 크기를 측정하기 위한 비틀림 측정부를 구비하는 토크 측정 장치를 포함하는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저가 제공된다.
상기 비틀림의 크기는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 축선을 중심으로 한 각도의 변화일 수도 있다.
상기 토크 측정 장치는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 상기 중공부 내부에 상기 축선방향과 나란하게 배치되고, 일단이 상기 중공부의 폐쇄부와 고정적으로 연결되는 입력 로터를 포함할 수도 있다.
상기 비틀림 측정부는 싱크로(synchro)로서, 상기 입력 로터의 타단과 상기 입력 로터의 축선에 수직하게 고정되는 회전 디스크 및 상기 회전 디스크로부터 미리결정된 간격을 두고 이격되어 대향되게 배치되는 회로 기판으로서, 상기 구동 모터의 상기 로터의 회전력을 전달받는 연결 부재에 고정되는 상기 회로 기판을 구비할 수도 있다.
상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 단부는 오목한 고정 홈을 갖는 플랜지부에 의해서 상기 하우징에 고정될 수도 있다.
상기 플랜지부의 바닥부에는 상기 입력 로터가 통과되는 관통공이 형성될 수도 있다.
상기 관통공에는 상기 입력 로터를 회전가능하게 지지하는 회전 지지 부재가 장착될 수도 있다.
상기 입력 로터는 상기 중공부의 상기 폐쇄부에 고정 지지 부재를 통해서 연결될 수도 있다.
상기 회전 디스크에는 트랜스미터 코일(transmitter coil)이 배치되고, 상기 회로기판에는 리시버 코일(receiver coil)이 배치될 수도 있다.
상기 비틀림 측정부는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 비틀림 각도의 변위를 나타내는 각도 변위 신호를 송신하고, 상기 전자식 능동형 롤 스테빌라이저는 상기 각도 변위 신호에 따라서 상기 구동 모터가 출력되는 힘을 변경하도록 상기 구동 모터를 제어하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.
상기 중공부의 단면과 상기 고정 지지 부재의 단면이 동일한 형상 및 사이즈의 다각형일 수도 있다.
상기 제1 스테빌라이저 바와 상기 고정 지지 부재는 동일한 재료로 형성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 토크 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 토크 측정 장치의 측정부의 원리를 도시하는 개략적인 분해도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 실시형태는 본 발명을 한정하기 위해서가 아니라 이해를 돕기 위해서 설명된다. 어떤 실시형태의 특징은 다른 어떤 실시형태에서 단독으로 사용되거나 또는 다양하게 조합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 개략적인 사시도이고, 도 2는 토크 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이고, 도 3은 토크 측정 장치의 측정부의 원리를 도시하는 개략적인 분해도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저(100)는 구동 모터(90)와 이를 수용하는 하우징(40)으로 구성되는 액츄에이터(70), 하우징(40)에 일단이 고정되는 제1 스테빌라이저 바(20; 도 1에서 왼쪽), 구동 모터(90)의 로터(미도시)의 구동력을 전달받도록 구동 모터(90)에 일단이 연결되는 제2 스테빌라이저 바(20; 도 1에서 오른쪽), 제1 스테빌라이저 바(20)의 비틀림을 측정하기 위한 비틀림 측정부(300), 및 비틀림 측정부(300)로부터의 비틀림 크기, 즉 제1 스테빌라이저 바(20)의 비틀림 각도의 변화를 나타내는 각도 변위 신호에 따라 구동 모터(90)에서 출력되는 힘을 조절하는, 예를 들어, 각도 변위 신호를 피드백 제어를 위한 피드백 신호로서 사용하는 제어부(10)를 포함한다.
구동 모터(90)는 도시되지 않은 스테이터 및 로터를 구비하고, 스테이터는 하우징(40)에 고정되고, 로터의 회전력은 제2 스테빌라이저 바(20)에, 예를 들어, 기어부(미도시)를 통해서 전달되도록 하우징(40) 내에 수용된다.
제1 스테빌라이저 바(20) 및 제2 스테빌라이저 바(20)는 서로 대칭적으로 하우징(40)의 양단에 장착된다. 또한, 제1 및 제2 스테빌라이저 바(20)는 하우징(40)에 인접한 부분의 직선부(25) 및 이 직선부(25)로부터 절곡되어 연장되는 곡선부(26)를 구비할 수 있다. 직선부(25)에는 베어링(80)이 배치되어 제1 및 제2 스테빌라이저 바(80)를 차량의 프레임(미도시)에 회전가능하게 지지한다.
제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25)에는 자유단으로부터 축선 방향으로 연장되는 중공부(21)가 형성된다. 반면, 중공부(21)를 제외한 직선부(25) 및 곡선부(26)는 중실로 형성될 수 있다. 중공부(21)의 단면 형상은 원형일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 중공부(21)의 폐쇄부에 인접한 부분은 후술되는 고정 지지 부재(22)의 단면 형상과 정합할 수 있도록 원형 또는 사각형과 같은 다각형 형상일 수도 있어, 고정 지지 부재(22)가 직선부(25)와 별개로 회전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25)의 자유단은 후술되는 플랜지(60)의 홈(62)에 고정적으로 삽입될 수 있다.
하우징(40)의 일단에는 제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25) 일단을 하우징(40)의 일단과 고정적으로 연결시키기 위한 플랜지(60)가 고정적으로 배치될 수 있다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 플랜지(60)는 제1 스테빌라이저 바(20)의 일 단부가 삽입되어 고정되는 홈(62), 및 바닥부(63)를 구비한다.
플랜지(60)의 바닥부(63)에는 관통공(64)이 형성된다. 이 관통공(64)을 통해서 후술되는 입력 로터(23)가 통과된다. 또한 관통공(64)에는 입력 로터(23)를 회전가능하게 지지하는 회전 지지 부재(75)가 배치될 수 있다. 회전 지지 부재(75)는, 예를 들어 차량의 진동에 의해서 입력 로터(23)가 진동될 수 있는 것을 방지할 수 있다.
제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25)의 중공부(21) 내부에는 입력 로터(23)가 배치된다. 입력 로터(23)의 일단은 중공부(21)의 밀폐부에 고정되어, 직선부(25)가 비틀릴 때 함께 회전될 수 있다. 또한, 입력 로터(23)의 일단은, 중공부(21)의 밀폐부에, 예를 들어 압입과 같은 방식으로 또는 볼트 체결 방식으로 밀착되게 고정되는 고정 지지 부재(22)를 통해서 고정될 수 있다. 고정 지지 부재(22)는 스테빌라이저 바(20)와 동일한 재료로 형성될 수도 있다. 또한, 입력 로터(23)도 스테빌라이저 바(20)와 동일한 재료로 형성될 수도 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25)가 비틀릴 때, 중공부(21) 내부에 밀폐부에 고정적으로 연결된 입력 로터(23)가 회전될 수 있다. 또한, 이 비틀림의 크기에 따라 입력 로터(23)의 회전되는 변위도 커지거나 작아질 수 있다. 따라서, 이와 같은 입력 로터(23)의 회전 변위 또는 비틀림 크기를 사용하여, 제1 스테빌라이저 바(20)에 인가된 토크를 결정할 수 있다. 이와 같이 결정된 토크는 제어부(10)가 구동 모터(90)를 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있어, 보다 정확한 토크 발생이 가능하다.
입력 로터(23)의 타단 측의 하우징(40)의 내부에는 비틀림 측정부(300)가 배치된다. 비틀림 측정부(300)는, 예를 들어 싱크로(synchro)(예를 들어, 미국 특허 US 6,384,598 및 US 5,406,155 등에 개시) 로서 구성될 수 있다. 입력 로터(23)의 타단에 입력 로터(23)의 축선에 수직하게 연결되는 회전 디스크(30) 및 구동 모터(90)의 로터의 회전력을 전달 받는 연결 부재(50)의 일단에 고정되는 회로 기판(31)을 구비할 수 있다. 또한, 회로 기판(31)은 기준 디스크(32)를 통해서 연결 부재(50)에 고정될 수도 있다. 회로 기판(31)은 회전 디스크(30)와 미리결정된 간격을 사이에 두고 대향되도록 배치된다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1 스테빌라이저 바(20)의 직선부(25)가 비틀릴 때, 입력 로터(23)가 상술된 바와 같이 회전되고, 입력 로터(23)의 타단에 부착된 회전 스크(30)와 연결 부재(50)에 고정된 회로 기판(31) 사이에서 상대적인 회전 변위가 발생될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 디스크(30)에는 트랜스미터 코일(transmitter coil; 34)이 배치되고, 회로 기판(31)에는 리시버 코일(receiver coil; 35)이 배치되므로, 상대적인 회전 변위의 크기가, 예를 들어 ASIC(주문형 반도체; 36)등을 통해서 토크 값으로 결정 또는 변환될 수 있다.
제어부(10)는 비틀림 측정부(300)로부터 상대적인 회전 변위의 크기 또는 토크 값을 나타내는 신호를 받아, 기준값과 비교하여 구동 모터(90)에서 출력되는 힘의 크기를 조절할 수 있다.
상술된 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 스테빌라이저 바 내부에 입력 축을 배치하므로, 외부의 교란에 영향을 거의 받지 않고, 스테빌라이저 바에 인가되는 토크를 측정하기 때문에 정확도가 향상될 수 있다. 또한, 직선부가 중공이고, 또는/및 회전 디스크 및 회로 기판을 하우징 내부에 배치시킬 수 있어 이들의 직경이 크기 때문에, 비틀림 측정부의 레절류젼(resolution)을 높일 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명하였으나, 이러한 실시형태는 당업자에 의해서 용이하게 변경 내지 수정되거나, 또는 균등한 구성요소로 치환되어 변경된 실시형태가 만들어질 수 있으나, 이러한 변경된 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있음에 주의한다.
10 제어부
20 스테빌라이저 바
200 토크 측정 장치
21 중공부
22 고정 지지 부재
23 입력 로터
25 직선부
26 곡선부
30 회전 디스크
300 비틀림 측정부
31 회로 기판
32 기준 디스크
34 트랜스미터 코일
35 리시버 코일
36 ASIC
40 하우징
50 연결 부재
70 액츄에이터
75 회전 지지 부재
80 베어링

Claims (12)

  1. 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 있어서,
    스테이터와 로터를 구비하는 구동 모터와, 상기 구동 모터를 수용하는 하우징으로서, 상기 스테이터가 상기 하우징과 고정되는, 상기 하우징을 구비하는 액츄에이터;
    일단이 상기 하우징의 일단에 연결되는 제1 스테빌라이저 바로서, 직선부 및 상기 직선부에 이어지는 곡선부를 구비하고, 상기 직선부에는 중공부가 상기 일단으로부터 상기 직선부의 축선방향을 따라서 형성되는, 제1 스테빌라이저 바;
    일단이 상기 로터로부터 구동력을 전달받도록 연결되는 제2 스테빌라이저 바; 및
    상기 제1 스테빌라이저 바에 인가된 토크를 측정하기 위해서 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 비틀림의 크기를 측정하기 위한 비틀림 측정부를 구비하는 토크 측정 장치를 포함하고,
    상기 토크 측정 장치는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 상기 중공부 내부에 상기 축선방향과 나란하게 배치되고, 일단이 상기 중공부의 폐쇄부와 고정적으로 연결되는 입력 로터를 포함하는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비틀림의 크기는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 축선을 중심으로 한 각도의 변화인, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 비틀림 측정부는 싱크로(synchro)로서, 상기 입력 로터의 타단과 상기 입력 로터의 축선에 수직하게 고정되는 회전 디스크 및 상기 회전 디스크로부터 미리결정된 간격을 두고 이격되어 대향되게 배치되는 회로 기판으로서, 상기 구동 모터의 상기 로터의 회전력을 전달받는 연결 부재에 고정되는 상기 회로 기판을 구비하는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 단부는 오목한 고정 홈을 갖는 플랜지부에 의해서 상기 하우징에 고정되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 플랜지부의 바닥부에는 상기 입력 로터가 통과되는 관통공이 형성되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 관통공에는 상기 입력 로터를 회전가능하게 지지하는 회전 지지 부재가 장착되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 입력 로터는 상기 중공부의 상기 폐쇄부에 고정 지지 부재를 통해서 연결되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  9. 청구항 4에 있어서, 상기 회전 디스크에는 트랜스미터 코일(transmitter coil)이 배치되고, 상기 회로기판에는 리시버 코일(receiver coil)이 배치되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 비틀림 측정부는 상기 제1 스테빌라이저 바의 상기 직선부의 비틀림 각도의 변위를 나타내는 각도 변위 신호를 송신하고,
    상기 전자식 능동형 롤 스테빌라이저는 상기 각도 변위 신호에 따라서 상기 구동 모터가 출력되는 힘을 변경하도록 상기 구동 모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 중공부의 단면과 상기 고정 지지 부재의 단면이 동일한 형상 및 사이즈의 다각형인, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 스테빌라이저 바와 상기 고정 지지 부재는 동일한 재료로 형성되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
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