KR101971532B1 - 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, 토크 측정 장치의 조립이 용이한 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공하기 위한 것으로서, 구동 모터 및 상기 구동 모터를 수용하는 하우징을 구비하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 상기 하우징 양단에서 각각 연장되는 제1 및 제2 스테빌라이저 바; 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나를 상기 구동 모터와 연결하기 위한 중공형 연결 부재로서, 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나의 일부가 삽입되는 삽입홈을 형성하는 실린더 형상의 둘레부 및 상기 둘레부의 일단에 연결되는 연결부를 구비하는 상기 중공형 연결 부재; 및 상기 연결 부재의 내부에 배치되어 상기 연결 부재에 적용되는 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치를 포함하며, 상기 토크 측정 장치는 소경부, 상기 소경부의 양단부에 마련되고 상기 소경부 보다 더 큰 직경을 갖는 한 쌍의 대경부로서, 상기 중공형 연결 부재의 내측 표면에 고정되는 상기 한 쌍의 대경부, 및 상기 소경부에 고정적으로 부착되는 스트레인 게이지를 구비하는, 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, 토크 측정 장치의 조립이 용이한 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공한다.
또한, 조립시 발생될 수 있는 오프셋(offset)을 감소시킬 수 있고, 작동시 외부 환경에 영향을 덜 받고 내구성이 향상된 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 제공한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 있어서, 구동 모터 및 상기 구동 모터를 수용하는 하우징을 구비하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 상기 하우징 양단에서 각각 연장되는 제1 및 제2 스테빌라이저 바; 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나를 상기 구동 모터와 연결하기 위한 중공형 연결 부재로서, 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나의 일부가 삽입되는 삽입홈을 형성하는 실린더 형상의 둘레부 및 상기 둘레부의 일단에 연결되는 연결부를 구비하는 상기 중공형 연결 부재; 및 상기 연결 부재의 내부에 배치되어 상기 연결 부재에 적용되는 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치를 포함하며, 상기 토크 측정 장치는 소경부, 상기 소경부의 양단부에 마련되고 상기 소경부 보다 더 큰 직경을 갖는 한 쌍의 대경부로서, 상기 중공형 연결 부재의 내측 표면에 고정되는 상기 한 쌍의 대경부, 및 상기 소경부에 고정적으로 부착되는 스트레인 게이지를 구비하고, 상기 한 쌍의 대경부 중 적어도 하나는 내부에 수용공간이 형성된 중공형으로 마련되고, 상기 토크 측정 장치는 상기 중공형의 대경부의 내측과 상기 연결부재를 관통하는 결합요소에 의해 상기 연결부재의 내측 표면에 고정되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저가 제공된다.
상기 중공형 연결 부재의 자유단 측은 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 상기 적어도 하나와 세레이션에 의해서 연결될 수도 있다.
상기 중공형 연결 부재와 상기 구동 모터 사이에는 상기 중공형 연결 부재를 상기 구동 모터의 바닥부에 연결하기 위한 댐핑 조립체가 상기 하우징 내부에 배치될 수도 있다.
상기 중공형 연결 부재와 상기 구동 모터 사이에는 상기 중공형 연결 부재를 상기 구동 모터의 로터에 연결하기 위한 감속기 및 커플러가 상기 하우징 내부에 배치될 수도 있다.
상기 소경부 및 상기 한 쌍의 대경부는 중공형일 수도 있다.
상기 한 쌍의 대경부 중 적어도 하나는 상기 연결 부재의 내측 표면에 리벳에 의해서 고정될 수도 있다.
상기 리벳의 헤드가 밀착되는 상기 중공형 연결 부재의 외측 표면에는 상기 리벳 헤드가 수용될 수 있는 오목부가 형성될 수도 있다.
상기 리벳의 상기 헤드와 상기 중공형 연결 부재의 상기 외측 표면 사이에는 오-링 또는 패킹 플레이트가 배치될 수도 있다.
상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부는 상기 연결 부재의 상기 자유단에 더 근접할 수도 있다.
상기 한 쌍의 대경부 중에서 상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부 이외의 대경부는 용접에 의해서 상기 중공형 연결 부재의 상기 내측 표면에 고정될 수도 있다.
상기 한 쌍의 대경부 중에서 상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부 이외의 대경부는 세레이션에 의해서 상기 중공형 연결 부재의 상기 내측 표면에 고정될 수도 있다.
도 1은 기존의 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 개략적인 구성을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 사용되는 토크 측정 장치의 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 능동형 롤 스테빌라이저에 사용되는 토크 측정 장치의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 다른 변형예에 따른 능동형 롤 스테빌라이저에 사용되는 토크 측정 장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 대해서 설명한다. 아래의 실시형태에 대한 설명은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 또한, 아래에서 설명되는 어떤 실시형태의 특징은 다른 실시형태에서 다양하게 조합되어 또는 단독으로 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기존의 전자식 능동형 롤 스테빌라이저의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도가 제공된다. 도시된 바와 같이, 기존의 전자식 능동형 롤 스테빌라이저는 액츄에이터(100), 및 액츄에이터(100)의 양단으로부터 연장되는 제1 및 제2 스테빌라이저 바(50a, 50b)를 포함한다.
제1 스테빌라이저(10a)는 액츄에이터(100)를 구성하는 하우징(105)의 내부에 수용되는 구동 모터(110)로부터 구동 모터(110)의 로터(미도시) 및 다양한 구동력 전달 기어장치, 예를 들어 감속기(120) 및 커플러(130)를 통해서, 구동 모터(110)의 회전력 또는 토크를 전달받는다. 따라서, 구동 모터(110)의 출력이 감속기(120)의 기어 비에 의해 증폭되어 제1 스테빌라이저(50a)에 전달될 수 있다. 이때, 제1 스테빌라이저(10a)는 구동력 전달 기어 장치에 직접 연결되지 않고, 연결 부재(240)를 통해서 연결된다.
연결 부재(240)는 제1 스테빌라이저 바(50a)가 삽입될 수 있는 삽입홀(245)이 형성되는 둘레부(243) 및 구동력 전달 기어 장치와 고정적으로 연결되는 연결부(247)를 구비한다. 삽입홀(245)과 삽입홀(245)에 삽입되는 제1 스테빌라이저 바(50a)의 일 부분은, 예를 들어 세레이션에 의해서 연결될 수도 있다.
한편, 제2 스테빌라이저 바(50b)는 하우징(105)의 타측에서 액츄에이터(100)에 연결되며, 예를 들어 댐퍼 조립체(150)를 거쳐서 구동 모터(110)의 바닥부에 연결될 수 있다. 따라서, 제2 스테빌라이저 바(50b)는 제1 스테빌라이저 바(50a)의 회전에 대한 반작용으로 제1 스테빌라이저 바(50a)의 반대 방향으로 회전된다.
또한, 제2 스테빌라이저 바(50b)와 댐퍼 조립체(150) 또는 구동 모터(110)의 바닥부는 연결 부재(140)를 통해서 연결된다. 연결 부재(140)는 상술된 연결 부재(240)와 유사하게, 제2 스테빌라이저 바(50b)가 삽입될 수 있는 삽입홀(145)이 형성되는 둘레부(143) 및 댐퍼 조립체(150) 또는 구동 모터(110)의 바닥부와 고정적으로 연결되는 연결부(147)를 구비한다. 삽입홀(145)과 삽입홀(145)에 삽입되는 제2 스테빌라이저 바(50b)의 일 부분은, 예를 들어 세레이션에 의해서 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 중공형 연결 부재(340) 및 이 내부에 배치되는 토크 측정 장치(500)의 개략적인 단면도가 도시된다.
도시된 바와 같이, 중공형 연결 부재(340)는 도 1에 도시되는 종래의 연결 부재(140, 240)에 비하여, 실린더 형상의 둘레부(343)가 길게 형성되어, 내부에 토크 측정 장치(500)가 배치될 수 있다.
중공형 연결 부재(340)의 자유단 측의 장착홀(345)에는 제2 스테빌라이저 바(50b)의 일부가, 예를 들어, 상술된 바와 같이 삽입되고, 세레이션 연결될 수 있다.
토크 측정 장치(500)는 스트레인 게이지(550)가 부착되는 소경부(510) 및 소경부(510)의 양단에 형성되는 한 쌍의 대경부(520, 525)로서, 상기 중공형 연결 부재(340)의 내측 표면에 밀착되도록 중공형 연결 부재(340)의 내측 직경과 같은 외측 직경을 갖는 대경부(520, 525)를 포함한다.
소경부(510) 및 대경부(520, 525)는 중공이고, 연결 부재(340)와 같은 재료 또는 연결 부재(340)보다 비틀림 강성이 낮은 재료로 형성될 수 있다.
한 쌍의 대경부(520, 525)는 중공형 연결 부재(340)의 내측 표면에 리벳(540)에 의해서 고정된다. 따라서, 토크 측정 장치(500)와 중공형 연결 부재(340)의 조립은 용이하게 될 수 있다. 또한, 유지 보수 등을 위해 스트레인 게이지를 교체하는 경우, 토크 측정 장치(500)를 교체함으로써, 스트레인 게이지가 스테빌라이저 바에 부착되는 경우에 비하여, 용이하게 실시될 수 있다.
중공형 연결 부재(340)의 외측 표면에는 리벳 헤드(545)가 수용될 수 있는 리벳 헤드(545)의 두께와 동일하거나 약간 더 깊은 리벳 헤드용 오목부(342)가 형성될 수 있다. 따라서, 연결 부재(340)가 회전될 때, 리벳 헤드(545)가 외부의 다른 부품의 간섭을 받지 않으면서 회전될 수 있다. 리벳(540)의 변형부(546)는 대경부(520)의 내측 표면에 접촉된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 리벳 헤드(545)와 중공형 연결 부재(340)의 오목부(342) 외측 표면 사이에는 패킹 플레이트(541)가 배치되어, 리벳 연결부를 통한 액체의 침투를 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 토크 측정 장치(500)의 개략적인 단면도가 제공된다.
도 2에 도시된 실시형태와 차이점은 중공형 연결 부재(340)의 자유단 측에 더 근접한 대경부(520)는 리벳(540)에 의해서 중공형 연결 부재(340)에 연결되나, 나머지 대경부(525)는 용접에 의해서 또는 세레이션에 의해서 중공형 연결 부재(340)와 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태의 다른 변형예에 따른 토크 측정 장치(500)의 개략적인 단면도가 제공된다.
도 2에 도시된 실시형태와 차이점은 중공형 연결 부재(340)의 자유단 측에 더 근접한 대경부(520)는 리벳(540)에 의해서 중공형 연결 부재(340)에 연결되나, 나머지 대경부(525)는 용접에 의해서 또는 세레이션에 의해서 중공형 연결 부재(340)와 연결될 수 있다. 또한, 리벳 헤드(545)와 중공형 연결 부재(340)의 외측 표면 사이에는 오-링(543)이 배치될 수 있다.
위 설명에서, 중공형 연결 부재(340)는 댐핑 조립체(150)에 의해서 구동 모터(110)의 바닥부에 연결되는 종래 기술의 연결 부재(140)에 대응되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1의 연결 부재(240)에도 적용될 수도 있다.
또한, 위 설명에서, 중공형 연결 부재(340)가 구동 모터(110)에 연결되는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 중공형 연결 부재가 하우징(105)에 연결되는 경우에도 적용될 수도 있다.
또한, 상술된 실시형태 또는 변형예에서, 리벳(540)은 대경부(520)를 연결 부재(340)에 고정시키나, 이에 한정되지 않고, 소경부(510)를 연결 부재(340)에 고정시키도록 체결될 수도 있다.
또한, 위 설명에서, 스트레인 게이지(550)는 소경부(510)의 외측 표면에 부착되는 것으로 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 소경부(510)의 내측 표면에 부착될 수도 있다. 이 경우, 스트레인 게이지(510)를 위한 배선이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저의 작동에 대해서 간략히 설명 드리면, 차량의 선회시 롤이 발생될 때, 도시되지 않은 전자 제어 장치가, 예를 들어, 차고 센서로부터의 정보를 받아, 차체의 롤을 검출하고, 이를 억제하는 방향으로 전자식 능동형 롤 스테빌라이저를 작동시키기 위해서, 구동 모터(110)에 적절한 절류가 인가되도록 하면, 구동 모터(110)의 작동에 의해서, 감속기(120) 및 커플러(130)가 회전되어, 증폭된 토크가 제1 스테빌라이저 바(50a)에 인가되고, 반작용에 의해서 제2 스테빌라이저 바(50b)에도 반대 방향의 토크가 인가된다. 이 때, 연결 부재가 비틀리게 되며, 따라서, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(500)의 소경부(510)도 비틀리게 된다. 그러면, 소경부(510)에 부착된 스트레인 게이지(550)에를 통한 전류 변화 값 등을 측정함으로써, 연결 부재(340) 및/또는 스테빌라이저 바에 인가되는 토크를 결정할 수 있다. 이를 통해서, 제어부는 액츄에이터(100)를 피드백 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 이러한 실시형태는 당업자에 의해서 용이하게 변경 또는 수정될 수 있고, 또한 일부 구성요소가 균등한 다른 구성요소에 의해서 치환될 수 있으나, 이러한 변형된 실시형태 또는 균등한 실시형태 또한 본 발명에 해당될 수 있음에 유의한다.
100 액츄에이터
110 구동 모터
120 감속기
130 커플러
140; 240; 340 연결 부재
143; 243; 343 둘레부
145; 245 삽입홈
345 장착 홀
147; 247; 347 연결부
50a; 50b 제1 및 제2 스테빌라이저 바
500 토크 측정 장치
510 소경부
520 대경부
540 리벳
550 스트레인 게이

Claims (11)

  1. 전자식 능동형 롤 스테빌라이저에 있어서,
    구동 모터 및 상기 구동 모터를 수용하는 하우징을 구비하는 액츄에이터;
    상기 액츄에이터의 상기 하우징 양단에서 각각 연장되는 제1 및 제2 스테빌라이저 바;
    상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나를 상기 구동 모터와 연결하기 위한 중공형 연결 부재로서, 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 적어도 하나의 일부가 삽입되는 삽입홈을 형성하는 실린더 형상의 둘레부 및 상기 둘레부의 일단에 연결되는 연결부를 구비하는 상기 중공형 연결 부재; 및
    상기 연결 부재의 내부에 배치되어 상기 연결 부재에 적용되는 토크를 측정하기 위한 토크 측정 장치를 포함하며,
    상기 토크 측정 장치는 소경부, 상기 소경부의 양단부에 마련되고 상기 소경부 보다 더 큰 직경을 갖는 한 쌍의 대경부로서, 상기 중공형 연결 부재의 내측 표면에 고정되는 상기 한 쌍의 대경부, 및 상기 소경부에 고정적으로 부착되는 스트레인 게이지를 구비하고,
    상기 한 쌍의 대경부 중 적어도 하나는 내부에 수용공간이 형성된 중공형으로 마련되고,
    상기 토크 측정 장치는 상기 중공형의 대경부의 내측과 상기 연결부재를 관통하는 결합요소에 의해 상기 연결부재의 내측 표면에 고정되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 중공형 연결 부재의 자유단 측은 상기 제1 스테빌라이저 및 상기 제2 스테빌라이저 중 상기 적어도 하나와 세레이션에 의해서 연결되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 중공형 연결 부재와 상기 구동 모터 사이에는 상기 중공형 연결 부재를 상기 구동 모터의 바닥부에 연결하기 위한 댐핑 조립체가 상기 하우징 내부에 배치되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 중공형 연결 부재와 상기 구동 모터 사이에는 상기 중공형 연결 부재를 상기 구동 모터의 로터에 연결하기 위한 감속기 및 커플러가 상기 하우징 내부에 배치되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 소경부 및 상기 한 쌍의 대경부는 중공형인, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 결합요소는 리벳인, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 리벳의 헤드가 밀착되는 상기 중공형 연결 부재의 외측 표면에는 상기 리벳 헤드가 수용될 수 있는 오목부가 형성되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 리벳의 상기 헤드와 상기 중공형 연결 부재의 상기 외측 표면 사이에는 오-링 또는 패킹 플레이트가 배치되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부는 상기 연결 부재의 상기 자유단에 더 근접한, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 한 쌍의 대경부 중에서 상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부 이외의 대경부는 용접에 의해서 상기 중공형 연결 부재의 상기 내측 표면에 고정되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 한 쌍의 대경부 중에서 상기 리벳에 의해서 고정되는 상기 대경부 이외의 대경부는 세레이션에 의해서 상기 중공형 연결 부재의 상기 내측 표면에 고정되는, 전자식 능동형 롤 스테빌라이저.
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