KR102617278B1 - 액티브 롤 컨트롤 장치 - Google Patents

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Abstract

차량의 롤 강성을 능동적으로 제어하여 차량의 선회 안정성을 향상시키기 위하여, 차량의 좌우 차륜 사이에 설치되고 제 1 방향으로 연장 형성되는 스태빌라이저 바 및 스태빌라이저 바와 연결되는 스태빌라이저 링크를 이동시켜 스태빌라이 바의 강성 값을 조절하는 액티브 롤 제어장치로서, 일단이 스태빌라이저 바의 양단에 각각 연결되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트가 내부에 삽입되어 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 회전 샤프트의 외측면을 따라 이동 가능한 이동부와, 회전 샤프트를 회전시켜 이동부를 이동시키는 구동부를 포함하는 액티브 롤 제어장치를 제공한다.

Description

액티브 롤 컨트롤 장치{ACTIVE ROLL CONTROL APPARATUS}
본 발명은 액티브 롤 컨트롤 장치에 관한 것으로, 특히 차량의 롤 강성을 능동적으로 제어하여 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 액티브 롤 컨트롤 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 현가장치는 차축과 차체를 연결하여 주행 중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 차체에 직접적으로 전달되지 않도록 제어하여 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다.
이러한 현가장치는 노면으로부터 충격을 완화시키는 샤시 스프링과, 샤시 스프링의 자유 진동을 감쇠 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버 및 차량의 롤링을 억제하는 스태빌라이저 바 등을 포함하여 이루어진다.
이 중에서 스태빌라이저 바는 직선부 양측이 차체에 고정되고, 양단은 스태빌라이저 링크를 통하여 로워 암 또는 스트럿 바에 고정된다. 이에 따라 스태빌라이저 바는 좌, 우측 휠이 서로 동시에 상하 운동하는 경우에는 작용하지 않고, 좌, 우측 휠이 서로 상대적으로 상하 운동하는 경우에는 비틀리면서 비틀림 탄성력으로 차체의 롤을 억제하는 안티 롤 기능을 수행한다.
즉, 스태빌라이저 바는 차량의 선회 주행 시에 차체의 선회 외측이 원심력으로 기울어지거나 혹은 주행 중에 범프 또는 리바운드로 인해 좌, 우측 휠이 상대적으로 위상차를 가질 때에 비틀리면서 그 비틀림 탄성력을 이용하여 차체의 자세를 안정화시켜 주게 된다.
그러나 스태빌라이저 바는 강성 값이 일정하여 자체 비틀림 탄성력만으로는 여러 조건에서 선회 안정성을 확보해 주기에는 미흡함으로, 최근에는 스태빌라이저 바의 선단에 유압 실린더 또는 모터 등으로 이루어지는 액추에이터를 연결하여 능동적인 롤 제어가 가능하도록 한 액티브 롤 컨트롤 유닛(Active Roll Control Unit)이 개발되어 적용되고 있다.
다만, 종래의 액티브 롤 제어장치는 스태빌라이저 링크의 레버비를 조절할 때 레버비가 커지는 정 방향 또는 레버비가 작아지는 역방향으로도 제어해야 하기 때문에 액추에이터의 용량이 커야 하고, 이는 곧 모터의 용량이 커야 한다.
이때 모터의 용량이 크다는 의미는 곧 모터의 크기가 커야 한다는 것이고, 이로 인해서 원가가 증가하고, 모터의 장착성이 떨어질 수 있어 차량의 안정성을 도모하기 어렵다.
본 발명은 구동부의 구동에 의해 스태빌라이저 링크의 연결위치를 조정하여 스태빌라이저 링크의 레버비를 가변함으로써, 차량의 롤 강성을 능동적으로 제어하여 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 액티브 롤 컨트롤 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 액티브 롤 제어장치의 설치 공간의 제약에서 벗어나 설치 공간의 유연성을 확보할 수 있는 액티브 롤 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 차량의 좌우 차륜 사이에 설치되고 제 1 방향으로 연장 형성되는 스태빌라이저 바 및 스태빌라이저 바와 연결되는 스태빌라이저 링크를 이동시켜 스태빌라이 바의 강성 값을 조절하는 액티브 롤 제어장치로서, 일단이 스태빌라이저 바의 양단에 각각 연결되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트가 내부에 삽입되어 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 회전 샤프트의 외측면을 따라 이동 가능한 이동부와, 회전 샤프트를 회전시켜 이동부를 이동시키는 구동부를 포함하는 액티브 롤 제어장치를 제공한다.
여기서, 회전 샤프트는 리드 스크류이고, 이동부는 리드 스크류에 맞물림 되는 너트형으로 이루어질 수 있다.
또한, 구동부는. 회전 샤프트의 타단에 연결되어 회전 샤프트를 회전시키는 웜 휠과, 웜 휠과 맞물림 되어 웜 휠을 회전시키는 웜 샤프트를 포함할 수 있다.
또한, 구동부는, 모터와, 웜 샤프트 및 모터의 회전축 사이에 연결되는 구동 샤프트를 더 포함할 수 있다.
여기서, 구동 샤프트는 모터의 회전력을 상기 웜 샤프트에 전달할 수 있으며, 플렉서블 샤프트일 수 있다.
또한, 이동부는 모터의 회전 방향에 따라 다른 방향으로 이동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스태빌라이저 링크의 레버비가 커지는 정 방향 또는 레버비가 작아지는 역방향으로도 제어할 때 모터의 용량이 커지는 것을 방지할 수 있고, 비교적 용량이 큰 모터 구비에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구동 샤프트를 플렉서블(Flexible) 샤프트로 구현함으로써, 액티브 롤 제어장치의 설치 공간의 제약에서 벗어나 설치 공간의 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동부가 회전 샤프트의 외측면을 따라 이동된 후 동력 전달이 끊긴 경우, 회전 샤프트가 리드 스크류이고 이동부가 너트형으로 이루어지기 때문에 이동부의 외력에 의한 이동을 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스태빌라이저 바의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치의 회전 샤프트, 이동부, 구동부 및 스태빌라이저 바를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 구동부 중 웜 휠과 웜 샤프트를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치의 작동 상태를 도시한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스태빌라이저 바의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이 스태빌라이저 바(10)는 차체의 폭 방향으로 연장되어 형성되며, 양단에 일 방향으로 굴곡된 레버 암(11)이 각각 구비된다. 그리고, 스태빌라이저 바(10)는 그 양측이 마운터(15)를 통하여 차체에 장착된다.
이와 같은 스태빌라이저 바(10)를 구비하는 액티브 롤 제어장치는 스태빌라이저 바(10)의 비틀림 강성을 변화시켜 차량의 롤을 능동적으로 제어한다.
한편, 스태빌라이저 바(10)의 비틀림 강성(K1)은 아래의 수학식1에 의해 정의된다.
[수학식 1]
K1=K2*(L2/b2)
여기서, K2는 스태빌라이저 바(10)를 이루는 재료에 따라 달라지는 값으로 일정한 상수이고, L은 스태빌라이저 바(10)의 횡 길이이고, b는 레버암(11)의 길이이다.
상기 수학식1에 의하면, 스태빌라이저 바(10)의 강성은 스태빌라이저 바(10)의 횡 길이의 제곱에 비례하고, 레버 암(11)의 길이의 제곱에 반비례함을 알 수 있다. 즉, 스태빌라이저 바(10)의 횡 길이를 늘리거나, 레버 암(11)의 길이를 줄이면 스태빌라이저 바(10)의 강성을 높일 수 있음을 알 수 있다.
한편, 스태빌라이저 바(10)는 강성이 비교적 높은 경우 차량의 선회 주행 시 롤을 억제하여 안정성을 증대시키지만, 차량의 직진 주행 시에는 노면으로부터의 충격으로 인해 승차감을 저감시킨다.
이에 따라, 차량의 선회 주행과 진진 주행에 따라 스태빌라이저 바(10)의 강성을 다르게 적용할 필요가 있다.
그리고, 스태빌라이저 바(10)는 차체의 폭 방향으로 장착되고, 차체의 폭 길이에 따른 제약으로 인해 스태빌라이저 바(10)의 강성을 높이기 위해 스태빌라이저 바(10)의 횡 길이를 늘리는 데는 한계가 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치는 레버 암(11)의 길이를 조절함으로써, 스태빌라이저 바(10)의 강성을 조절한다. 즉, 차량이 선회 주행하는 경우에는 롤각을 최소화하기 위하여 스태빌라이저 바(10)의 강성을 높여주도록 레버 암(11)의 길이를 줄이고, 차량이 직진 주행하는 경우에는 승차감 개선을 위해서 스태빌라이저 바(10)의 강성을 낮추어주도록 레버 암(11)의 길이를 늘린다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치를 도시한 사시도이다.
이하의 설명에서, 도 2에서 볼 때 x방향을 제 1 방향으로 규정하고, y방향을 제 2 방향으로 규정하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 스태빌라이저 바(10), 회전 샤프트(32), 이동부(34) 및 구동부(70)를 포함할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 차륜에 연결된 스태빌라이저 바(10)를 이동시켜 스태빌라이저 링크(미도시)의 레버비(lever ratio)를 가변시킴으로써 스태빌라이저 바(10)의 강성 값을 조절하여 차량의 안정성을 도모할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 스태빌라이저 바(10)는 차량의 전륜 및 후륜에 각각 설치될 수 있다. 또한, 스태빌라이저 바(10)는 제 1 방향으로 연장 형성되고, 차량 운행시 구동부(70)로부터 회전력을 전달받아 차량의 롤 거동을 제어할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에서 제 1 방향은 도시되지는 않았지만 차량의 폭 방향일 수 있고, 제 2 방향은 차량의 폭 방향에 수직한 방향일 수 있다.
한편, 스태빌라이저 바(10)의 양단에는 후술할 회전 샤프트(32)와 연결되기 위한 결합부(12)가 형성될 수 있다. 여기서, 결합부(12)는 회전 샤프트(32)의 일단이 삽입될 수 있는 관통공(미도시)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 회전 샤프트(32) 및 이동부(34)를 통해서 차량의 주행 조건에 따라 스태빌라이저 링크(미도시)가 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 이동됨으로써 스태빌라이저 링크(미도시)의 레버비(lever ratio)가 가변되고, 이를 통해 스태빌라이저 바(10)의 강성 값을 조절하여 차량의 롤 거동을 능동적으로 개선할 수 있다.
회전 샤프트(32)는 원통 형상으로 형성되고, 한 쌍으로 이루어져 스태빌라이저 바(10)의 양단에 형성된 결합부(12)를 통해 회전 가능하도록 각각 결합될 수 있다.
또한, 회전 샤프트(32)는 제 2 방향으로 연장 형성되어, 차량의 폭 방향에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 구동부(70)는 회전 샤프트(32)를 회전시켜 이동부(34)를 이동시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치의 회전 샤프트, 이동부, 구동부 및 스태빌라이저 바를 도시한 측면도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 구동부 중 웜 휠과 웜 샤프트를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이동부(34)는 내부에 회전 샤프트(32)가 삽입되어 회전 샤프트(32)의 외측면을 따라 이동이 가능하게 형성될 수 있다. 여기서, 회전 샤프트(32)는 리드 스크류(Lead Screw)이고, 이동부(34)는 리드 스크류에 맞물림 되는 너트(Nut)형으로 이루어질 수 있다.
여기서, 회전 샤프트(32)가 회전하면 이동부(34)는 회전 샤프트(32)와 맞물림 되어 회전 샤프트(32)의 외측면을 따라 이동하게 된다. 이 때, 회전 샤프트(32)의 회전 방향에 따라 이동부(34)는 다른 방향으로 이동된다.
예를 들어, 도 2를 참고하면, 회전 샤프트(32)가 레버비가 커지는 정방향으로 회전하면 이동부(34)는 (L) 방향으로 이동하고, 반대로 레버비가 작아지는 역방향으로 회전하면 이동부(34)는 (H) 방향으로 이동할 수 있다.
이 때, 이동부(34)가 회전 샤프트(32)의 외측면을 따라 이동된 후 동력 전달이 끊긴 경우, 회전 샤프트(32)가 리드 스크류이고 이동부(34)가 너트형으로 이루어지기 때문에 이동부(34)의 외력에 의한 이동이 억제될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 이동부(34)는 일측면에 스태빌라이저 링크(미도시)의 일단과 연결되기 위한 연결부(48)가 형성될 수 있다. 이와 같이 이동부(34)가 연결부(48)를 통해 스태빌라이저 링크(미도시)와 연결됨으로써 이동부(34)가 회전 샤프트(32) 외측면을 따라 이동 시 스태빌라이저 링크(미도시)의 레버비를 변화시킬 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 스태빌라이저 바(10)의 강성 값을 변화시키게 된다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 구동부(70)는, 회전 샤프트(32)를 회전시켜 이동부(34)를 이동시키기 위하여, 웜 휠(71), 웜 샤프트(73), 모터(75) 및 구동 샤프트(77)를 포함할 수 있다.
여기서, 웜 휠(71)은 회전 샤프트(32)의 타단에 연결되어 회전 샤프트(32)를 회전 시키고, 웜 샤프트(73)는 웜 휠(71)과 맞물림 되어 웜 휠(71)을 회전시킨다. 그리고, 구동 샤프트(77)는 웜 샤프트(73) 및 모터(75)의 회전축 사이에 연결되어 모터(75)의 회전력을 웜 샤프트(73)에 전달한다.
또한, 모터(75)는 차체에 고정될 수 있다. 이때, 모터(75)는 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 양방향 서보 모터일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
이 때, 이동부(34)는 모터(75)의 회전 방향에 따라 다른 방향으로 이동한다.
한편, 액티브 롤 제어장치(1)가 설치될 수 있는 공간은 제한적이고 협소하며 복잡할 뿐만 아니라, 액티브 롤 제어장치(1)에 동력을 전달하는 방법도 제한적일 수 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 구동 샤프트(77)를 플렉서블(Flexible) 샤프트로 구현함으로써, 액티브 롤 제어장치(1)의 설치 공간의 제약에서 벗어나 설치 공간의 유연성을 확보할 수 있다. 즉, 모터(75)를 제외한 액티브 롤 제어장치(1)는 일정 공간에 설치하고, 모터(75)는 플렉서블 샤프트를 이용해 이와 다른 위치의 잉여 공간에 설치함으로써 설치 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 설치 공간 선택의 자유도가 높아지게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치의 작동 상태를 도시한 개략도이다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 모터(75)가 레버비가 커지는 정방향으로 회전하면 구동 샤프트(77)는 모터의 회전력을 웜 샤프트(73)에 전달하고, 웜 휠(71)은 훰 샤프트(73)와 맞물림 되어 회전된다. 그러면, 웜 휠(71)과 연결된 회전 샤프트(32)가 회전되어 이동부(34)가 회전 샤프트(32)의 외측면을 따라 (L) 방향으로 이동된다.
이에 따라, 스태빌라이저 링크(미도시)의 길이가 증가되고, 이를 통해, 스태빌라이저 바(10)의 강성 값을 감소시킬 수 있다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이, 모터(75)가 레버비가 작아지는 역방향으로 회전하면 구동 샤프트(77)는 모터의 회전력을 웜 샤프트(73)에 전달하고, 웜 휠(71)은 훰 샤프트(73)와 맞물림 되어 회전된다. 그러면, 웜 휠(71)과 연결된 회전 샤프트(32)가 회전되어 이동부(34)가 회전 샤프트(32)의 외측면을 따라 (H) 방향으로 이동된다.
이에 따라, 스태빌라이저 링크(미도시)의 길이가 감소되고, 이를 통해, 스태빌라이저 바(10)의 강성 값을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 롤 제어장치(1)는 스태빌라이저 링크(미도시)의 레버비가 커지는 정 방향 또는 레버비가 작아지는 역방향으로 제어할 때 모터(75)의 용량이 커지는 것을 방지할 수 있고, 비교적 용량이 큰 모터(75) 구비에 따른 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 액티브 롤 제어장치 71 : 웜 휠
10 : 스태빌라이저 바 73 : 웜 샤프트
32 : 회전 샤프트
34 : 이동부
70 : 구동부

Claims (6)

  1. 차량의 좌우 차륜 사이에 설치되고 제 1 방향으로 연장 형성되는 스태빌라이저 바 및 상기 스태빌라이저 바와 연결되는 스태빌라이저 링크를 이동시켜 상기 스태빌라이 바의 강성 값을 조절하는 액티브 롤 제어장치로서,
    일단이 상기 스태빌라이저 바의 양단에 각각 연결되는 회전 샤프트;
    상기 회전 샤프트가 내부에 삽입되어 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 상기 회전 샤프트의 외측면을 따라 이동 가능한 이동부; 및
    상기 회전 샤프트를 회전시켜 상기 이동부를 이동시키는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는
    모터; 및
    상기 모터의 회전축에 연결되며 상기 회전 샤프트에 상기 모터의 회전력을 전달하는 구동 샤프트를 포함하는
    액티브 롤 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 샤프트는 리드 스크류이고, 상기 이동부는 상기 리드 스크류에 맞물림 되는 너트형으로 이루어지는
    액티브 롤 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 회전 샤프트의 타단에 연결되어 상기 회전 샤프트를 회전시키는 웜 휠; 및
    상기 웜 휠과 맞물림 되어 상기 웜 휠을 회전시키는 웜 샤프트
    를 더 포함하는 액티브 롤 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트는 상기 웜 샤프트 및 상기 모터의 회전축 사이에 연결되며 상기 모터의 회전력을 상기 웜 샤프트에 전달하는
    액티브 롤 제어장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 모터의 회전 방향에 따라 다른 방향으로 이동되는
    액티브 롤 제어장치.
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