KR102311670B1 - 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템 - Google Patents

태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 후륜 조향 시스템에 활용되는 유압을 쇽업소버와 공유하도록 하여, 별도의 동력 전달 시스템 없이 쇽업소버를 통한 롤 제어가 수행되도록 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템이 소개된다.

Description

태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템 {ROLL CONTROL SYSTEM OF TAG AXLE TYPE VEHICLE}
본 발명은 대형 차량의 푸셔 또는 태그액슬에 적용되는 후륜 조향 시스템에 제공되는 유압을 이용하여 차량의 롤 제어를 수행하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화물을 적재하여 운행하는 트럭에는 화물을 미적재한 공차시와 화물을 적재한 적차시에 따라 각각 하중의 분포가 달라진다. 이에 따라, 공차시 타이어의 구름 저항을 줄여 구동 차륜에 축하중을 전가하여 구동력의 향상을 도모함과 더불어 적차시 축하중의 고른 분포를 도모하여 주행의 안정성을 확보하기 위해 후륜 현가 장치에 있어 태그 액슬 장치가 적용된다.
태그 액슬 장치에는 후륜 조향 시스템이 적용되어 차량 선회 주행시 회전반경을 축소와 타이어 마모를 저감되도록 한다. 이러한 태그 액슬 장치는 유압이 제공됨에 따라 동작되고, 차량 주행시 안정성의 이유로 저속에서만 작동을 하고 고속에서는 작동하지 않는다.
한편, 트럭의 경우 화물 적재시 무게 중심이 상승하여 고속 코너링시 차량의 거동이 불안정해진다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 쇽업소버를 제어하기 위한 별도의 전동모터 또는 유압 시스템이 구비되어야 하는데, 이를 적용할 경우 무게의 상승 및 비용 상승의 문제가 발생된다.
따라서, 별도의 동력 전달용 시스템을 추가하지 않고도 차량의 고속 주행시 차량의 롤 거동이 불안정해지는 문제를 해소함이 바람직하며, 고속 주행 진입시 작동되지 않는 후륜 조향 시스템을 활용하는 방안이 필요하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2003-0083184 A (2003.10.30.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 후륜 조향 시스템에 활용되는 유압을 쇽업소버와 공유하도록 하여, 별도의 동력 전달 시스템 없이 쇽업소버를 통한 롤 제어가 수행되도록 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템은 유압 제공 여부에 따라 후륜 조향각을 조절하는 태그 액슬 유닛; 후륜에 설치되고 유압이 충진되어 차량의 롤 제어를 수행하는 쇽업소버; 유압을 생성하는 유압펌프로부터 유압을 공급받고, 공급받은 유압이 태그 액슬 유닛 또는 쇽업소버에 선택적으로 제공되도록 하는 유압제어밸브; 및 차량의 주행속도 정보를 입력받고, 유압제어밸브를 제어하며, 주행속도가 기설정된 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛에 유압이 제공되도록 하여 후륜 조향각이 조절되도록 하고, 설정속도 이상일 경우 쇽업소버에 유압이 제공되도록 하여 쇽업소버의 롤 제어가 수행되도록 유압제어밸브를 제어하는 제어기;를 포함한다.
유압제어밸브에는 태그 액슬 유닛에 유압을 제공하기 위해 연장된 제1유압라인과 쇽업소버에 유압을 제공하기 위해 연장된 제2유압라인이 구성된 것을 특징으로 한다.
태그 액슬 유닛은, 제1유압라인이 연결되어 유압을 공급받는 유압실린더; 유압실린더 내부에 슬라이딩되게 설치된 푸시로드; 및 푸시로드에 연결되어 푸시로드가 이동됨에 따라 후륜의 조향각이 조절되도록 하는 연결암;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
쇽업소버는, 오일이 충진된 내부관; 내부관의 외측에서 내부관을 감싸며 오일이 충진된 외부관; 및 일단이 내부관에 삽입되고 타단이 외부관의 외측으로 연장된 피스톤 로드;로 구성되며, 제2유압라인이 내부관 측에 연결되어 내부관으로 유압이 공급되는 것을 특징으로 한다.
제어기는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받고, 주행속도가 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛에 유압이 제공되도록 유압제어밸브를 제어하여 전륜 조향각에 대응하여 후륜 조향각이 반대방향으로 조향되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 주행속도가 설정속도 이상일 경우 유압제어밸브를 제어하여 후륜이 직진 방향을 향한 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받고, 주행속도가 설정속도 이상일 경우 주행속도와 전륜 조향각을 토대로 롤 모멘트값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 롤 모멘트값이 산출되면, 차량의 롤 강성 특성에 따라 미리 실험을 통해 설정된 필요압력산출식을 통해 쇽업소버에 제공되어야 하는 유압량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
필요압력산출식은 차량의 중량, 쇽업소버의 장착 수량, 쇽업소버의 장착 위치, 쇽업소버의 장착 거리를 고려하여 설정된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 따르면, 태그 액슬 유닛에 제공되는 유압이 쇽업소버에 제공 가능하도록 함으로써 차량의 저속 주행 상황에서는 태그 액슬 유닛에 유압이 전달되도록 하여 선회 성능이 향상되도록 하고, 차량의 고속 주행 상황에서는 태그 액슬 유닛에 제공되는 유압이 쇽업소버로 전달되도록 하여 롤 제어가 수행된다.
이와 같이, 태그 액슬 유닛에 제공되는 유압으로 쇽업소버를 통한 롤 제어가 수행됨으로써 롤 제어를 수행하기 위한 별도의 전동모터 또는 유압시스템이 삭제됨에 따라 제작비용 절감 및 무게 감소의 효과가 발생된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 따른 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 따른 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 유압 제공 여부에 따라 후륜 조향각을 조절하는 태그 액슬 유닛(10); 후륜에 설치되고 유압이 충진되어 차량의 롤 제어를 수행하는 쇽업소버(20); 유압을 생성하는 유압펌프(30)로부터 유압을 공급받고, 공급받은 유압이 태그 액슬 유닛(10) 또는 쇽업소버(20)에 선택적으로 제공되도록 하는 유압제어밸브(40); 및 차량의 주행속도 정보를 입력받고, 유압제어밸브(40)를 제어하며, 주행속도가 기설정된 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛(10)에 유압이 제공되도록 하여 후륜 조향각이 조절되도록 하고, 설정속도 이상일 경우 쇽업소버(20)에 유압이 제공되도록 하여 쇽업소버(20)의 롤 제어가 수행되도록 유압제어밸브(40)를 제어하는 제어기(50);를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 태그 액슬 유닛(10), 쇽업소버(20), 유압펌프(30), 유압제어밸브(40), 제어기(50)로 구성되며, 유압펌프(30)에서 생성되는 유압은 제어기(50)에 의해 제어되는 유압제어밸브(40)에 의해 태그 액슬 유닛(10) 또는 쇽업소버(20)를 향해 선택적으로 제공된다. 여기서, 유압펌프(30)는 태그 액슬 유닛(10)에 유압을 제공하기 위해 마련되는 것으로, 종래에는 태그 액슬 유닛(10)과 쇽업소버(20)가 별개의 부품으로 구성되나, 본 발명에서는 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압을 활용하여 쇽업소버(20)의 롤 제어까지 수행되도록 한다.
즉, 종래의 태그 액슬 유닛(10)의 경우 유압펌프(30)에서 생성된 유압을 공급받아 후륜 조향각이 조절되도록 하는데, 차량의 주행속도가 고속으로 진입할 경우 롤 발생이 커지는 문제가 있음에 따라 차량이 저속으로 주행할 경우에 한하여 동작된다. 이에 따라, 차량의 주행속도가 고속으로 주행하는 경우 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압은 활용되지 못한다.
이에, 본 발명에서는 고속주행시 활용되지 못하는 태그 액슬 유닛(10)의 유압을 이용하여 쇽업소버(20)의 롤 제어를 수행함으로써 고속 주행시 발생되는 롤 발생을 저감하도록 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 상술한 태그 액슬 유닛(10)은 도 1에서 볼 수 있듯이, 유압을 공급받는 유압실린더(11); 유압실린더(11) 내부에 슬라이딩되게 설치된 푸시로드(13); 및 푸시로드(13)에 연결되어 푸시로드(13)가 이동됨에 따라 후륜 조향각이 조절되도록 하는 연결암(15);으로 구성될 수 있다.
여기서, 유압실린더(11)는 유압펌프(30)에서 생성되는 유압을 공급받고, 유압실린더(11) 내부에 마련된 푸시로드(13)가 공급받은 유압에 의해 유압실린더(11)에서 인출 또는 인입되도록 슬라이딩 이동된다. 이러한 푸시로드(13)는 후륜에 연결되어 푸시로드(13)가 이동됨에 따라 후륜 조향각이 조절된다. 여기서, 푸시로드(13)와 후륜의 연결시 힌지 구조를 포함한 연결 구조를 통해 회전 가능하게 연결되며, 이러한 태그 액슬에서 유압에 의해 후륜의 조향각이 전환되는 연결 구조는 이미 공지된 기술인바, 그 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 쇽업소버(20)는 도 2에서 볼 수 있듯이, 오일이 충진된 내부관(21); 내부관(21)의 외측에서 내부관(21)을 감싸며 오일이 충진된 외부관(23); 및 일단이 내부관(21)에 삽입되고 타단이 외부관(23)의 외측으로 연장된 피스톤 로드(25);로 구성된다. 이러한 쇽업소버(20)는 후륜의 차축과 차체에 연결되어 충격을 흡수하는 것으로, 내부관(21), 외부관(23), 피스톤 로드(25)의 구성뿐만 아니라, 내부관(21)의 하측에 구성되는 베이스 밸브(27)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에서 쇽업소버(20)는 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압을 전달받아 롤 제어를 수행할 수 있다. 이에 대해서는 하기에 자세히 설명하도록 하겠다.
본 발명의 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 있어서, 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압을 이용한 롤 제어 구조에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 유압제어밸브(40)에는 태그 액슬 유닛(10)에 유압을 제공하기 위해 연장된 제1유압라인(41)과 쇽업소버(20)에 유압을 제공하기 위해 연장된 제2유압라인(43)이 구성될 수 있다.
유압제어밸브(40)는 유압펌프(30)로에서 생성된 유압을 전달받고, 하기 설명할 제어기(50)의 제어에 의해 공급받은 유압이 태그 액슬 유닛(10) 또는 쇽업소버(20)에 선택적으로 제공되도록 구성된다. 이를 위해, 유압제어밸브(40)에는 태그 액슬 유닛(10)에 유압을 제공하기 위해 연장된 제1유압라인(41)과 쇽업소버(20)에 유압을 제공하기 위해 연장된 제2유압라인(43)이 구성된다.
여기서, 제1유압라인(41)은 태그 액슬 유닛(10)의 유압실린더(11)에 연결되어 유압제어밸브(40)가 제1유압라인(41) 측으로 유체가 흐르도록 개방될 경우 유압실린더(11) 내부의 푸시로드(13)가 이동되어 후륜 조향각이 조절되도록 한다.
한편, 제2유압라인(43)은 쇽업소버(20)의 내부관(21) 측에 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 유압제어밸브(40)에서 연장된 제2유압라인(43)은 내부관(21)의 하단에 관통되어 연결될 수 있으며, 또는 내부관(21)의 하측에 구성되는 베이스 밸브(27)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 쇽업소버(20)를 통한 롤 제어의 필요시 유압제어밸브(40)가 제2유압라인(43) 측으로 유체가 흐르도록 개방될 경우 내부관(21)에는 유체가 추가 충진됨으로써 쇽업소버(20)의 감쇠력을 조절에 따른 롤 제어를 수행할 수 있다. 여기서, 제2유압라인(43)에는 체크밸브(29)가 더 구비되어 내부관(21)에 충진된 유압이 격리되어 원하는 감쇠력 조절이 원활히 수행되도록 할 수 있다.
한편, 유압제어밸브(40)의 개폐 동작을 제어하는 제어기(50)는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받는다. 여기서, 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보와 차량의 주행속도는 일반적으로 차량에 적용되는 조향각 센서(S1)와 속도 센서(S2)를 통해 입력받는다.
이러한 제어기(50)는 주행속도가 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛(10)에 유압이 제공되도록 유압제어밸브(40)를 제어하여 전륜 조향각에 대응하여 후륜 조향각이 반대방향으로 조향되도록 할 수 있다. 여기서 제어기(50)에 기저장된 설정속도는 저속 영역인 50km/h 이하가 될 수 있고, 차량의 주행속도가 설정속도 이하일 경우 전륜 조향각을 따라 후륜 조향각이 대응하여 조향되도록 함으로써 선회 성능이 확보되도록 할 수 있다. 즉, 제어기(50)는 차량의 주행속도가 설정속도 이하일 경우 유압제어밸브(40)를 제어하여 제1유압라인(41)을 통해 태그 액슬 유닛(10)으로 유압에 공급되도록 하여 전륜 조향각을 따라 후륜 조향각이 조향되도록 하는 것이다. 이때, 타이어 마모 감소를 위해 후륜 조향각의 조향시 에커만 각을 이루며 조향되도록 할 수 있다.
한편, 제어기(50)는 주행속도가 설정속도 이상일 경우 유압제어밸브(40)를 제어하여 후륜이 직진 방향을 향한 상태가 유지되도록 할 수 있다. 즉, 차량의 주행속도가 높아지면 롤 발생이 커지는바, 제어기(50)는 주행속도가 설정속도 이상일 경우 후륜의 조향각이 직진 방향을 향한 상태가 유지되도록 함으로써 고속 주행시 차량이 안정적으로 주행되도록 할 수 있다.
상세하게, 제어기(50)는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받고, 주행속도가 설정속도 이상일 경우 주행속도와 전륜 조향각을 토대로 롤 모멘트값을 산출할 수 있다.
여기서, 롤 모멘트 값은 아래의 식을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112017042485713-pat00001
R:선회반경
L:휘 베이스
sinα:외륜 조향각
r:킹핀 중심에서 타이어 중심선까지의 거리
이렇게, 선회반경이 산출되면, 측정된 차량의 주행속도를 적용하여 하기의 수식을 통해 원심력을 산출한다.
Figure 112017042485713-pat00002
m:차체 질량
V:주행속도
R:선회반경
이렇게, 원심력이 산출되면, 차량의 무게 중심과 롤 중심의 차이인 롤 모멘트암의 길이에 산출된 원심력을 곱하여 롤 모멘트값을 연산할 수 있다.
제어기(50)는 롤 모멘트값이 산출되면, 차량의 롤 강성 특성에 따라 미리 실험을 통해 설정된 필요압력산출식을 통해 쇽업소버(20)에 제공되어야 하는 유압량을 결정할 수 있다. 여기서, 필요압력산출식은 쇽업소버(20)의 유효면적과 작용되는 유압으로부터 도출된 작용력과 롤 모멘트값의 변화에 따라 필요 압력을 산출할 수 있다. 또한, 필요압력산출식은 차량의 중량, 쇽업소버(20)의 장착 수량, 쇽업소버(20)의 장착 위치, 쇽업소버(20)의 장착 거리를 고려하여 설정될 수 있으며, 미리 정해진 쇽업소버(20)의 장착 수량, 쇽업소버(20)의 장착 위치, 쇽업소버(20)의 장착 거리에 대해 롤 모멘트값의 변화를 데이터베이스화하여 쇽업소버(20)에 제공되어야 하는 유압량이 설정될 수 있다.
즉, 차량의 중량, 쇽업소버(20)의 장착 수량, 쇽업소버(20)의 장착 위치, 쇽업소버(20)의 장착 거리, 쇽업소버(20)의 사양은 차량의 특성에 따라 미리 결정되는 것인바, 차량의 선회반경 및 주행속도에 따라 변화되는 롤 모멘트값을 이용하여 안정적인 자세가 유지되도록 쇽업소버(20)에 제공되는 유압량이 결정된다.
이와 같이, 차량이 고속으로 주행하는 경우 태그 액슬 유닛(10)에 제공되지 않는 유압을 쇽업소버(20)에 제공함으로써, 고속 주행시 활용되지 못하는 유압을 이용하여 롤 제어를 수행함에 따라 고속 주행에서 안정적인 주행 성능을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템에 따르면, 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압이 쇽업소버(20)에 제공 가능하도록 함으로써 차량의 저속 주행 상황에서는 태그 액슬 유닛(10)에 유압이 전달되도록 하여 선회 성능이 향상되도록 하고, 차량의 고속 주행 상황에서는 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압이 쇽업소버(20)로 전달되도록 하여 롤 제어가 수행된다.
이와 같이, 태그 액슬 유닛(10)에 제공되는 유압으로 쇽업소버(20)를 통한 롤 제어가 수행됨으로써 롤 제어를 수행하기 위한 별도의 전동모터 또는 유압시스템이 삭제됨에 따라 제작비용 절감 및 무게 감소의 효과가 발생된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:태그 액슬 유닛
20:쇽업소버
30:유압펌프
40:유압제어밸브
41:제1유압라인
43:제2유압라인
50:제어기

Claims (9)

  1. 유압 제공 여부에 따라 후륜 조향각을 조절하는 태그 액슬 유닛;
    후륜에 설치되고 유압이 충진되어 차량의 롤 제어를 수행하는 쇽업소버;
    유압을 생성하는 유압펌프로부터 유압을 공급받고, 공급받은 유압이 태그 액슬 유닛 또는 쇽업소버에 선택적으로 제공되도록 하는 유압제어밸브; 및
    차량의 주행속도 정보를 입력받고, 유압제어밸브를 제어하며, 주행속도가 기설정된 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛에 유압이 제공되도록 하여 후륜 조향각이 조절되도록 하고, 설정속도 이상일 경우 쇽업소버에 유압이 제공되도록 하여 쇽업소버의 롤 제어가 수행되도록 유압제밸브를 제어하는 제어기;를 포함하며,
    유압제어밸브에는 태그 액슬 유닛에 유압을 제공하기 위해 연장된 제1유압라인과 쇽업소버에 유압을 제공하기 위해 연장된 제2유압라인이 구성된 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    태그 액슬 유닛은, 제1유압라인이 연결되어 유압을 공급받는 유압실린더;
    유압실린더 내부에 슬라이딩되게 설치된 푸시로드; 및
    푸시로드에 연결되어 푸시로드가 이동됨에 따라 후륜의 조향각이 조절되도록 하는 연결암;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    쇽업소버는, 오일이 충진된 내부관;
    내부관의 외측에서 내부관을 감싸며 오일이 충진된 외부관; 및
    일단이 내부관에 삽입되고 타단이 외부관의 외측으로 연장된 피스톤 로드;로 구성되며,
    제2유압라인이 내부관 측에 연결되어 내부관으로 유압이 공급되는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받고,
    주행속도가 설정속도 미만일 경우 태그 액슬 유닛에 유압이 제공되도록 유압제어밸브를 제어하여 전륜 조향각에 대응하여 후륜 조향각이 반대방향으로 조향되도록 하는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 주행속도가 설정속도 이상일 경우 유압제어밸브를 제어하여 후륜이 직진 방향을 향한 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 조향 휠 조작에 따른 전륜 조향각 정보를 입력받고, 주행속도가 설정속도 이상일 경우 주행속도와 전륜 조향각을 토대로 롤 모멘트값을 산출하는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 롤 모멘트값이 산출되면, 차량의 롤 강성 특성에 따라 미리 실험을 통해 설정된 필요압력산출식을 통해 쇽업소버에 제공되어야 하는 유압량을 결정하는 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    필요압력산출식은 차량의 중량, 쇽업소버의 장착 수량, 쇽업소버의 장착 위치, 쇽업소버의 장착 거리를 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 태그 액슬 차량의 롤 제어 시스템.
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