KR102074749B1 - 차량용 에어 스프링 유닛 - Google Patents

차량용 에어 스프링 유닛 Download PDF

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Abstract

차량용 에어 스프링 유닛이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛은 차체 측에 설치되는 상부 패드; 휠 측에 설치되는 하부 패드; 상기 상부 패드와 하부 패드 사이를 연결하여 내부에 공압실을 형성하는 에어 튜브; 및 상기 에어 튜브 내에서, 상기 상부 패드와 하부 패드의 중앙에 각각 설치되어 상호 연결되는 피스톤이 차체의 상하 바운스 운동을 이용하여 상기 에어 튜브 내에 에어를 공급하거나 하중 제거 시 에어를 배출하는 다단 피스톤수단을 포함한다.

Description

차량용 에어 스프링 유닛{AIR SPRING UNIT FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 에어 스프링 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 주행 시 발생하는 상하 바운스 운동을 에너지원으로 이용하여 에어 스프링의 압력을 높이도록 하여 차량의 후륜 측 하중 변화에도 차고가 스스로 조절되도록 하는 차량용 에어 스프링 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 설치되는 서스펜션은 노면에서 전달되는 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키거나, 요철이 심한 노면을 주행할 때 차륜의 불규칙적인 운동을 제어하여 타이어의 접지력을 높임으로 구동력 및 제동력을 노면에 전달하도록 하는 것이다.
이러한 서스펜션의 기본 요소로는 차체와 휠 사이에 장착되는 쇽 업소버(Shock Absorber)와 스프링으로 구성된다.
상기 스프링은 차고를 유지하고, 차량의 무게를 지탱하여 차량이 지면으로부터 받는 충격을 완화하며, 상기 쇽 업소버는 스프링의 상하 왕복운동을 댐핑하여 타이어가 항상 지면과 밀착하도록 한다.
한편, 후륜 측에 승객이 승차하거나 무거운 짐을 실을 경우, 후륜측 차고는 낮아지게 되며, 이에 따라 조종 안정성이 떨어지며, 특히, 긴급 상황 시 회피성능이 떨어지게 되며, 이에 대한 대처 방안으로 전자식 서스펜션(에어 스프링) 또는 차고 조절용 쇽 업소버가 개발되어 적용 중이다.
그런데, 후륜 차고 조절을 위하여 적용되는 전자식 서스펜션(에어 스프링)은 에어 스프링, 리저버 탱크, ECU, 컴프레셔, 솔레노이드 밸브 등, 복잡한 구성으로 되어있으며, 이에 따라 전자적으로 차고를 제어할 수 있으나 그 비용이 매우 비싸다는 단점이 있다.
또한, 후륜 차고 조절용 쇽 업소버의 경우에도 쇽 업소버가 유압으로 차고를 조절하는 방식으로 제작되어 구성이 매우 복잡하고, 비용 또한 매우 비싸다는 단점이 있다.
본 발명의 실시 예는 차체 측에 설치되는 상부 패드와 휠 측에 설치되는 하부 패드 사이를 연결하는 에어 튜브 내에 다단 피스톤수단을 구성하여 차체의 상하 바운스 운동을 이용하여 에어 튜브 내에 에어를 공급 및 배출하여 차체에 가해지는 하중과 상관없이 차고를 유지할 수 있도록 하는 차량용 에어 스프링 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량용 에어 스프링 유닛에 있어서, 차체 측에 설치되는 상부 패드; 휠 측에 설치되는 하부 패드; 상기 상부 패드와 하부 패드 사이를 연결하여 내부에 공압실을 형성하는 에어 튜브; 및 상기 에어 튜브 내에서, 상기 상부 패드와 하부 패드의 중앙에 각각 설치되어 상호 연결되는 피스톤이 차체의 상하 바운스 운동을 이용하여 상기 에어 튜브 내에 에어를 공급하거나 하중 제거 시 에어를 배출하는 다단 피스톤수단을 포함하는 차량용 에어 스프링 유닛을 제공할 수 있다.
또한, 상기 에어 튜브는 벨로우즈 튜브로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 다단 피스톤수단은 상단이 상기 상부 패드의 중앙에 설치되며, 하단이 개구된 중공의 상부 피스톤; 하단이 개구되어 상기 하부 패드의 중앙을 관통하여 설치되고, 상부가 상기 상부 피스톤의 개구된 하단을 통하여 삽입되며, 일측에 릴리즈 홀이 형성되는 중공의 하부 피스톤; 상기 상부 피스톤의 상단부에 구성되어 상부 피스톤 내의 압력과 공압실의 압력 및 밸브 스프링의 탄성력에 따라 상단부를 개폐 제어하는 상부 피스톤 밸브; 상기 하부 피스톤의 상단부에 구성되어 상부 피스톤 내의 압력과 대기압 및 밸브 스프링의 탄성력에 따라 상단부를 개폐 제어하는 하부 피스톤 밸브을 포함할 수 있다.
또한, 상기 릴리즈 홀은 상기 하부 피스톤의 중간부 일측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 및 하부 피스톤 밸브는 상기 상부 피스톤 및 하부 피스톤의 각 상단부에 형성되는 개구홀을 통하여 에어가 공급 및 배출되도록 밸브 스프링에 의해 지지되어 일단이 상기 상부 및 하부 피스톤에 각각 힌지 연결되는 밸브판으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차체 측에 설치되는 상부 패드와 휠 측에 설치되는 하부 패드 사이를 연결하는 에어 튜브 내의 다단 피스톤수단에 의해 차체의 상하 바운스 운동으로부터 에어 튜브 내에 에어를 공급 및 배출하여 차체의 후륜 측에 가해지는 하중과에 상관없이 차고를 항상 일정하게 유지할 수 있어 조종 안정성 및 긴급 상황의 회피 성능을 유지할 수 있다.
또한, 종래에 비하여 복잡한 기계적 메커니즘이 불필요하고, 더욱이 전자적 메커니즘을 적용하지 않아 구조가 간단하며, 차종별 공용화가 가능하여 생산단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 통해 차고 증대 메커니즘을 순차적으로 나타낸 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 통해 차고 복귀 메커니즘을 순차적으로 나타낸 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링(1)은 차체 측과 휠 측을 연결하여 차고를 조정하는 것으로 상부 패드(3), 하부 패드(5), 에어 튜브(7) 및 다단 피스톤수단(10)으로 구성된다.
상기 상부 패드(3)는 차체 측에 설치되며, 상기 하부 패드(5)는 휠 측에 설치된다.
그리고 상기 에어 튜브(7)는 상기 상부 패드(3)와 하부 패드(5) 사이를 연결하여 내부에 공압실(AC)을 형성한다.
이러한 에어 튜브(7)는 신축 변형이 가능한 고무소재인 벨로우즈 튜브로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기한 에어 튜브(7)를 벨로우즈 튜브로 적용하는 예를 설명하였으나, 일반적인 슬리브 튜브를 적용하여 제작될 수 있다.
상기 다단 피스톤수단(10)은 상기 에어 튜브(7) 내에서 상기 상부 패드(3)와 하부 패드(5)의 중앙에 각각 설치되어 상호 연결되는 각각의 피스톤이 차체의 상하 바운스 운동을 이용하여 상기 에어 튜브(7) 내에 에어를 공급하거나 하중 제거 시 에어를 배출하도록 구성된다.
즉, 상기 다단 피스톤수단(10)은 상부 피스톤(20)과 하부 피스톤(30)으로 구성된다.
상기 상부 피스톤(20)은 상단이 상기 상부 패드(3)의 중앙에 설치되고, 하단이 개구된 중공형상으로 이루어진다.
상기 상부 피스톤(20)의 상단부에는 상부 피스톤 밸브(21)가 구성되어 상기 상부 피스톤(20) 내의 압력에 따라 상단부를 개폐 제어한다.
즉, 상기 상부 피스톤 밸브(21)는 상부 피스톤(20)의 상단부에 형성되는 개구홀(23)을 통하여 에어가 공급 및 배출되도록 밸브 스프링(25)에 의해 지지되며, 일단이 상기 상부 피스톤(20)에 힌지(27a) 연결되는 밸브판(27)으로 이루어진다.
그리고 상기 하부 피스톤(30)은 중공으로 이루어지며, 하단이 개구되어 상기 하부 패드(5)의 중앙을 관통하여 설치된다.
상기 하부 피스톤(30)은 상부가 상기 상부 피스톤(20)의 개구된 하단을 통하여 삽입되고, 일측에 릴리즈 홀(39)이 형성된다.
이때, 상기 하부 피스톤(30)의 외주면 중간부 일측에는 릴리즈 홀(39)이 형성되는데, 상기 릴리즈 홀(39)은 상기 상부 피스톤(20)에 의해 개폐 제어된다.
상기 하부 피스톤(30)의 상단부에는 하부 피스톤 밸브(31)가 구성되어 상부 피스톤(20) 내의 압력에 따라 하부 피스톤(30)의 상단부를 개폐 제어한다.
즉, 상기 하부 피스톤 밸브(31)는 상기 하부 피스톤(30)의 상단부에 형성되는 개구홀(33)을 통하여 에어가 공급 및 배출되도록 밸브 스프링(35)에 의해 지지되며, 일단이 상기 하부 피스톤(30)에 힌지(37a) 연결되는 밸브판(37)으로 이루어진다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링(1)의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 통해 차고 증대 메커니즘을 순차적으로 나타낸 작동 상태도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 이용한 차고 증대 메커니즘은 공차 시(S1), 하중적재 시(S2), 하중적재 및 추가 범프 시(S3), 및 하중적재 및 추가 리바운드 시(S4)로 나누어 설명한다.
먼저, 공차 시(S1)에는 상기 에어 튜브(7)의 공압실(AC)의 압력과 상부 패드(3)에 작용하는 차체 하중이 균형을 이루어 상기 하부 피스톤(30)의 릴리즈 홀(39)이 상부 피스톤(20)에 의해 폐쇄된 상태이다.
하중 적재 시(S2)에는 상기 상부 패드(3)에 하중이 증가하여 전체적인 에어 스프링(1)의 높이가 낮아지면서 에어 튜브(7)내의 공압실(AC)의 압력도 높아진다. 이때, 상기 하부 피스톤(30)은 상부 피스톤(20)로 삽입되면서 상부 피스톤의 상단부 공간의 압력과 에어 튜브(7) 내의 공압실(AC)의 압력이 동일하게 유지된다.
그리고 하중적재 및 추가 범프 시(S3)에는 상기 하부 피스톤(30)이 상부 피스톤(20)의 내부로 더 압입되면서 상부 피스톤(20)의 상단부 공간의 압력이 더 높아져 상부 피스톤 밸브(21)가 열리고 상부 피스톤(20) 상단부 공간의 압축공기가 에어 튜브(7)의 공압실(AC)로 이동하여 공압실(AC)의 압력을 높이게 된다.
반대로, 하중적재 및 추가 리바운드 시(S4)에는 상기 하부 피스톤(30)이 상부 피스톤(20)으로부터 빠져 나오면서 상부 피스톤 밸브(21)가 닫히고, 하부 피스톤 밸브(31)가 열리면서 상부 피스톤(20) 상단부 공간으로 에어가 유입된다.
즉, (S1)단계의 공차 상태에서 하중을 적재하면, (S2)단계가 되고, (S2)단계 상태에서 차량이 주행되면, (S3)단계, (S4)단계와 같이, 범프 및 리바운드 운동을 반복하게 된다.
이때, (S3)단계와 (S4)단계가 반복되면서 에어 튜브(7) 내의 공압실(AC)에는 공기 유입량이 증가하게 되고, 이에 따라 압력이 증가하여 차고가 최초(S1)단계까지 증가하게 된다.
이후, 최초(S1)단계까지 차고가 증가한 후에는 추가 범프하여도 릴리즈 홀(39)이 열리게되어 (S1)단계 이상의 차고 증가는 없게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 통해 차고 복귀 메커니즘을 순차적으로 나타낸 작동 상태도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 에어 스프링 유닛을 이용한 차고 복귀 메커니즘은 적재 후, 차고 보상 완료(S5), 적재 하중 해소 시(S6), 및 차고 복귀(S7)로 나누어 설명한다.
즉, 상기와 같이, 차고 증대 메커니즘에 의해 하중적재 후, 차고 보상이 완료(S5)되면, 에어 튜브(7) 내의 공압실(AC)에는 압력이 높아진 상태가 된다.
이러한 상태에서, 적재 하중 해소 시(S6)에는 상부 패드(3)에 가해지던 하중에 줄어들어 전체적인 에어 스프링(1)의 높이가 높아지게 된다.
그러면, 상기 상부 피스톤(20)은 상승하면서 하부 피스톤(30)의 릴리즈 홀(39)을 개방하여 에어 튜브(7) 내 공압실(AC)의 에어가 릴리즈 홀(39)을 통해 외부로 배출된다.
이에, 차고 복귀(S7)는 상기 에어 튜브(7)의 공압실(AC) 내 에어가 상기 릴리즈 홀(39)을 통해 외부로 배출되어 전체적인 에어 스프링(1)의 높이가 낮아지면서 상부 피스톤(20)이 상기 하부 피스톤(30) 상의 릴리즈 홀(39)을 다시 폐쇄시키면서 초기 상태의 차고로 복귀하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예는 다단 피스톤수단(10)이 차량의 주행 중 발생하는 차체의 상하 바운스 운동을 통하여 에어 튜브(7) 내에 에어를 펌핑하여 화물적재로 낮아진 차고를 초기 위치로 복귀시켜 조종 안정성을 유지할 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 에어 스프링
3: 상부 패드
5: 하부 패드
7: 에어 튜브
10: 다단 피스톤수단
20: 상부 피스톤
21: 상부 피스톤 밸브
23: 개구홀
25: 밸브 스프링
27: 밸브판
27a: 힌지
30: 하부 피스톤
31: 하부 피스톤 밸브
33: 개구홀
35: 밸브 스프링
37: 밸브판
37a: 힌지
39: 릴리즈 홀
AC: 공압실

Claims (5)

  1. 차량용 에어 스프링 유닛에 있어서,
    차체 측에 설치되는 상부 패드와, 휠 측에 설치되는 하부 패드와, 상기 상부 패드와 하부 패드 사이를 연결하여 내부에 공압실을 형성하는 에어 튜브와, 상기 에어 튜브 내에서 상기 상부 패드와 하부 패드의 중앙에 각각 설치되어 상호 연결되는 피스톤이 차체의 상하 바운스 운동을 이용하여 상기 에어 튜브 내에 에어를 공급하거나 하중 제거 시 에어를 배출하는 다단 피스톤수단을 포함하며,
    상기 다단 피스톤수단은, 상단이 상기 상부 패드의 중앙에 설치되며, 하단이 개구된 중공의 상부 피스톤과, 하단이 개구되어 상기 하부 패드의 중앙을 관통하여 설치되고, 상부가 상기 상부 피스톤의 개구된 하단을 통하여 삽입되며, 일측에 릴리즈 홀이 형성되는 중공의 하부 피스톤과, 상기 상부 피스톤의 상단부에 구성되어 상부 피스톤 내의 압력과 공압실의 압력 및 밸브 스프링의 탄성력에 따라 상단부를 개폐 제어하는 상부 피스톤 밸브와, 상기 하부 피스톤의 상단부에 구성되어 상부 피스톤 내의 압력과 대기압 및 밸브 스프링의 탄성력에 따라 상단부를 개폐 제어하는 하부 피스톤 밸브를 포함하는 차량용 에어 스프링 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어 튜브는
    벨로우즈 튜브로 이루어지는 차량용 에어 스프링 유닛.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 릴리즈 홀은
    상기 하부 피스톤의 중간부 일측에 형성되는 차량용 에어 스프링 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 피스톤 밸브는
    상기 상부 피스톤 및 하부 피스톤의 각 상단부에 형성되는 개구홀을 통하여 에어가 공급 및 배출되도록 밸브 스프링에 의해 지지되어 일단이 상기 상부 및 하부 피스톤에 각각 힌지 연결되는 밸브판으로 구성되는 차량용 에어 스프링 유닛.
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