KR19980087066A

KR19980087066A - 현가 장치

Info

Publication number: KR19980087066A
Application number: KR1019980017463A
Authority: KR
Inventors: 쟌-약크 샤라우듀; 데니엘 라우렌트; 쟌-루이스 린다; 피레르 바렌느
Original assignee: 데니엘 라우렌트; 콘셉션 에뜨 디벨로프먼트 미쉐린
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1998-12-05
Also published as: EP0878333A1; DE69817439D1; CA2235736A1; CA2235736C; DE69817439T2; JP2007223601A; JPH1128923A; KR100528556B1; ES2206785T3; BR9801626A; US6161844A; EP0878333B1; JP4070875B2

Abstract

본 현가 장치는 바디(3)에 연결된 지지점과 바퀴(2)에 연결된 비지지점 사이의 운동 영역을 제어한다. 상기 현가 장치는 상기 지지점과 비지지점 사이에 고정된 탄성 링크(1)를 구비하며, 상기 탄성 링크는 기준 부하하에서 예정된 길이를 가지는 강성도 K의 스프링과 지지점과 비지지점 사이의 운동을 제어하기 위하여 스프링(4)에 평행하게 작용하는 역전가능한 전기 잭(5)으로 구성된다. 상기 현가 장치는 지지점과 비지지점의 상대 변위에 의해 발생된 상기 지지점과 비지지점 사이의 거리에서 관측된 변화에 기초하여 전기 잭을 제어하는 수단을 구비하므로써, 변위의 방향에 상관없이 먼저 스프링을 따라가며 변위와 동일한 방향으로 배향된 힘을 발현시키도록 전기 에너지를 전기 잭(5)에 공급한 다음, 예정된 경감 시간내에 상기 힘을 소멸시키도록 상기 전기 잭에 의해 발현된 힘을 해제한다.

Description

현가 장치

본 발명은 서스펜션의 영역에 관한 것이며, 특히 세단과 같은 차량의 서스펜션에 관한 것이다. 더 상세하게는, 지지점의 기준점에서 보여지는 서스펜션에 의해 발현된 힘의 어떤 변화를 감소시키도록 노력하면서, 두 개의 지점(자동차의 바디 또는 샤시 등에 연결된 지지점과 바퀴 캐리어의 부품인 지점과 같은 비지지점)사이의 운동을 허용하도록 사용되는 수단에 관한 것이다.

차량의 서스펜션이 그것에 의해 샤시에 대한(또는 차량의 바디에 대한) 바퀴 또는 바퀴들의 변위가 안내되는 설계 형상을 포함하고, 또한 소정의 가요성 및 감쇠를 갖는 서스펜션을 제공하는 수단을 포함한다는 것은 공지되어 있다. 편리하기 위한 목적으로 후자의 수단은 스프링 기능 및 감쇠 기능으로 적용될 수 있다.

더 일반적으로, 이 수단은 바퀴와 샤시 사이에 존재하는 운동에 작용한다. 이 명세서 전반에 걸쳐서 우리의 제시를 간소화하기 위하여 단지 직립식으로 적용되는 차량 서스펜션의 형태가 제안된다. 물론, 이 특정한 언급은 그것이 바람직한 범위을 이룰지라도 본 발명을 제한하지는 않는다.

스프링은 차량과 지면사이에 충분한 간극을 유지하면서 차량의 부하를 지지하도록 적용된다. 감쇠 기능으로 인하여, 타이어가 장착된 바퀴는 서스펜션이 도로의 불균일성에 의해 응력을 받을 때 도로와 계속하여 접촉하도록 유지된다. 쇽 압소바는 타이어 자체가 충분한 속도로 약해질 수 없는 바퀴의 진동과 같은 장애가 뒤따르는 소정의 진동 발생이 유지되는 것을 방지한다.

서스펜션의 설계는 적어도 큰 범위로 안락감과 도로 유지력과 모순되는 평판을 갖는 대상물사이를 절충하기 위하여 조사하는 것으로 특징된다는 것이 공지되어 있다. 점점더 유리한 절충안을 찾기 위하여 수많은 노력이 이루어졌다. 종래 기술에서는, 그 제어가 전자공학의 발전에 의해 가능해진 능동 또는 반능동으로서 적용되는 서스펜션이 있다. 그러한 서스펜션에서, 명령은 서스펜션의 가요성 및/또는 감쇠 특성을 실제 시간에 기초하여 변경하기 위하여 전기 또는 전기 수력학 수단에 의해 전달된다. 이것은 그와 같은 서스펜션의 작용을 초래하는 기계 장치에 특성을 변화시키는 명령을 전달하기 위하여, 종래의 기계, 공압 또는 유압 장치에 전자 제어식 밸브 또는 서보밸브 뿐만 아니라 연산용 센서 및 수단을 갖는 전자 조절 단계의 추가를 이끈다. 예를 들면, 쇽 압소바의 밸브는 발생하는 에너지의 산재를 변경하기 위하여 개폐되거나, 또는 밸브는 스프링의 전체 강성도를 변경하기 위하여 회로내 또는 회로 외부에 있는 추가 유압-공기압 축압기를 설치하기 위하여 개폐된다.

불행하게도, 이것은 서스펜션의 기본 구성요소, 즉 스프링과 쇽 압소바를 훨씬 더 복잡하게 만든다. 부가하여, 차량이 직면하는 도로 조건의 변화에 그 특성이 순간적으로 적응할 수 있기를 바라더라도, 전자 제어식 밸브 또는 서보 밸브는 반응 시간 때문에 서스펜션의 특성의 실제 상태를 변화시키는데 지연을 초래하였다. 따라서, 전자 제어식 밸브 또는 서보 밸브의 사용은 바라는 반응 속도를 얻는 것이 불가능한 기술적인 한계를 부과하게 된다. 백분의 일초이하의 반응 시간을 기대하기에는 어려워 보였다.

이것이 기대할 수 있는 능동 또는 반능동 서스펜션 발현 조절 방법의 설계자의 이유가 되며; 서스펜션의 제어는 차량 속도, 스티어링 휠의 각 및/또는 회전 속도, 제동 압력 및/또는 제동 압력의 증가비 및 가속 페달의 내려가는 속도 및/또는 정도의 측정에 기초한다. 이 매개변수들은 차량 행동의 외부 관찰을 통해 운전자의 행동으로 발생될 바디의 있음직한 운동을 가능한 범위로 기대할 수 있게 한다.

이 기대가 어느 정도 흥미있을 지라도, 구동하는 지면의 천연적인 울퉁불퉁함으로 인해 발생하는 장애와 같이 차량의 작동에 관련되지 않은 장애를 재빨리 고려하기 위해서는 불충분하게 유지된다. 이것은 전기를 사용하는 현가 장치의 본래의 특성을 보다 직접 제어해야 되는 이유가 된다. 불행하게도, 이 방법에서는 쇽 압소바에 의해 발현된 힘을 변경시키는 기술적 가능성이 거의 없다. 게다가, 전류, 전압 또는 전기-자기장에 의해 스프링의 강성도를 직접 조절하는 간단한 방법이 없었다. 그럼에도 불구하고, 서스펜션은 기본적으로 스프링을 구비하는 것을 유지하고 있다. 따라서 주행 안전을 유지하면서, 즉 운전을 조정하면서(심지어 급격한 조건하에서도 바퀴와 지면사이의 영구한 접촉) 안락감을 개선시킬 수 있도록 스프링 작용을 행할 수 있는 것이 요망된다.

부가적으로, 전기 제어에 더 적합한 서스펜션을 적용하는 수단을 채택하는 것이 이미 시도되었다. 미국특허 제 5,060,959 호는 차량의 바퀴 운동을 조절하는 공압 스프링에 평행하게 작용하는 전기 액츄에이터를 개시한다. 그럼에도 불구하고, 이 조절은 많은 힘 및 위치 센서를 사용하고, 실제 이용이 미심쩍었다. 추가적으로, 전기 액츄에이터는 서스펜션의 운동에 대항할 때 서스펜션의 반동 상태(반동은 샤시에서 멀어지는 바퀴 캐리어의 운동이다)에서 종래의 쇽 압소바로서 항상 수행한다. 이 근접은 차량의 안락감을 개선시키는데 만족스럽지 못하였다.

따라서, 종래 기술은 제어 매개변수의 선택에 직면하게 되며 신호 크기를 보정하는 것이 차량의 자세를 직접 결정하는데 필요하게 되며, 결과적으로, 전기 제어의 처리는 차량의 서스펜션 분야에서 과거 몇 년간의 처리에 대한 희망을 진작시킬지라도, 여전히 능동 서스펜션의 특성을 관리하는 데 문제점이 있다.

본 발명은 승착감에 항상 불리한 쇽 압소바를 관찰하는 것에 기초하여 더 정교한 형태로 서스펜션의 감쇠를 제어하는 시도를 시행하는 접근을 제안한다.

본 발명에 따른 서스펜션은 지지점과 비지지점 사이의 운동 영역을 제어하며, 상기 지지점과 비지지점 사이에 고정된 탄성 링크를 구비하며, 상기 두 점사이의 예정된 정상값의 상승력을 실현하도록 설계된다. 상기 탄성 링크는 기본적으로 기준 부하하에서 강성도(K)와 예정된 길이를 갖는 스프링으로 구성되며 역전가능한 전기 잭이 스프링에 평행하게 작용한다.

본 발명에 따른 현가 장치는 지지점과 비지지점 사이의 운동 영역을 제어하고, 상기 지지점과 비지지점 사이에 고정된 탄성 링크(1)를 구비하며, 상기 탄성 링크(1)는 스프링(4) 및 상기 지지점과 비지지점 사이의 운동을 제어하기 위하여 상기 스프링(4)에 평행하게 작용하는 역전가능한 전기 잭(5)을 구비하며, 또한 상기 현가 장치는 상기 지지점과 비지지점의 상대적 변위에 의해 발생된 지지점과 비지지점 사이의 거리에서 관측된 편차에 기초하여 상기 전기 잭을 제어하는 수단을 구비하므로써, 변위 방향에 상관없이 먼저 스프링의 변형이 뒤따르며, 전기 잭에 전기 에너지를 공급하므로써 변위와 동일방향으로 배향된 힘을 발현시킨 다음, 예정된 경감 시간내에 전기 잭에 의해 발현된 상기 힘을 소멸시키기 위해 상기 힘을 해제한다.

전기 잭의 역할은, 변화의 방향에도 불구하고(동요 및 반동) 근본적으로 스프링이 가능하면 정확하게 지지점과 비지지점 사이의 거리에서의 변화를 따라가도록 힘을 가하는 것이다. 이 조건이 달성되면, 바디에 작용하는 힘이 제로가 된다. 힘의 변화가 없으면 가속이 없으므로 바디의 수직 운동이 없고 안락감이 증가된다. 전기 잭의 제어는 서스펜션의 능동 제어를 가능하게 한다. 대신에, 전기 잭은 외부 장애의 작용하에서 지지 질량에 스프링에 의해 반대로 부과되는 힘 변화를 근본적으로 제한하기 위하여 영구히 스프링 보정기로서 작용한다. 이 스프링 보정기의 기능은 최상의 안락감을 달성하기 위하여 보정 방법을 적용하므로써 스프링이 장애에 반응하여 영구히 발현되는 반응력을 변경시키는 것으로 이루어진다. 스프링 보정기는 실제 시간에 기초하여 제로 슬로프 스프링에 의해 제공될 이상 상태에 근접하기 위하여 서스펜션의 전체 강성도를 변경시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 차량의 정적 부하를 지지하도록 구현된 종래의 스프링을 사용할 수 있다. 이 특정한 경우에, 값 K는 일정하다. 스프링은 차량의 바디에 작용하는 반응력을 발현시킨다. 스프링으로 인하여, 수치적으로 평평한 지면상에서 그리고 차량의 운동으로 발생된 어떤 장애가 없는 상태에서는 차량의 부하를 전달하여 바디의 자세와 트림을 유지하기 위하여 전기 잭의 어떠한 운동도 필요하지 않다. 따라서, 서스펜션은 평형에서 어떠한 에너지도 소비하지 않는다.

괄목할만한 주행 안락감을 제공하기 위하여, 울퉁불퉁한 도로에서 주행할 때 바디가 가능한 수직 가속을 거의 받지않는 것이 요망된다. 다른 말로, 차량의 바디에 대해 바퀴가 독립적인 위치가 되도록 차량에 지면에 의해 발휘되는 힘이 요망된다. 본 발명의 원리는 스프링에 평행하게 작용하는 전기 잭을 사용하여 바디에 대한 서스펜션의 전체 반응이 가능하면 거의 변하지 않는 크기와 신호의 전기 잭에 의해 발현된 힘에 의해 스프링으로 인한 반응을 영구히 보정하는 것으로 이루어진다. 다른 말로, 스프링과 보정기의 조합된 효과로부터 야기된 전체 특성은 항상 반동 및 동요에서 제로 슬로프 스프링이 되도록 하는데 있다. 이 경우에, 장치는 순수 등고선-종동 시스템으로서 작용한다. 스프링 강성도의 순간값을 K, 지지점과 비지지점 사이의 거리 변화를 Z이라 하면, 전기 잭으로의 전력의 공급은 힘 F=KZ(즉, 스프링 강성도 및 거리 변화의 양에 비례하는 힘; 필요하면, 비지지 질량의 관성을 고려할 수 있는 조건을 추가할 수 있지만, 이 조건은 초(second)-명령값이며 상기 관성은 점점 약해져서 무시해도 좋게 된다)을 발현시킨다. 따라서, 전기 잭이 변위를 따르는 상태동안에, 외부 응력에 의해 부과된 바와 같이 지지점과 비지지점 사이의 상대 위치를 유지하기 위하여 거리 변화에 기인하여 스프링에 의해 발휘된 힘의 변화를 보상한다.

서스펜션이 상술된 바와 같은 종동 행동에서 보정을 하지 않는다면, 차량의 정적 부하의 변화에 정확하게 적응할 수 없거나 또는 도로의 등고선 레벨에서 영구 변경이 뒤따르는 정적 부하에 의해 한정된 스프링의 평형 위치를 찾을 수 없게 되어 불안정해진다. 추가적으로, 전기 잭에서 힘을 유지하기 위하여 에너지를 일정하게 소비한다. 이것은 전기 잭에서 발현된 힘의 완화를 도입시키는데 유익한 이유가 된다. 이 완화는 순수 등고선-종동 반응보다 매우 큰 시간 상수로 발생한다. 이것은 전기 잭이 최초 위치로 복귀하는 연속적인 경향을 상승시킨다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 제한하지 않는 다음 실시예의 설명으로 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 서스펜션이 장착된 차량을 도시하는 도면.

도 2a, 2b, 2c, 3a, 3b 및 3c는 서스펜션의 작용을 도시하는 도면.

도 4는 전기 잭을 조절하는 하나의 형태를 설명하는 블록도.

도면의주요부분에대한부호의설명

1 : 탄성 링크 2 : 바퀴

3 : 바디 4 : 스프링

5 : 전기 잭 51 : 슬리브

52 : 모터 53 : 채널

54 : 전기 케이블

도 1은 바퀴(2)와 바디(3)사이에 고정된 네 개의 탄성 링크(1)가 장착된 차량을 도시한다. 각 탄성 링크는 평행하게 고정된 나선형 스프링(4)과 전기 잭(5)을 포함한다. 상기 전기 잭(5)은 슬리브(51)에서 슬라이드하는 랙(50)으로 구성된다. 전기 모터(52)는 그 하우징이 상기 슬리브(51)에 부착된다. 피니언(도시않음)은 엔진의 회전자상에 고정되며 상기 랙(50)과 맞물린다.

본 발명의 특히 흥미있는 변경예에 있어서, 그중 하나는 영구 자석을 갖는 유도체를 구비한 동기 자동제어식 타입의 전기 모터(52)(즉, 전자적으로 방향으로 바꾸는 모터)를 사용한다. 이 타입의 모터는 해당 응용에 상관없이 제어를 수행하도록 사용되는 회전자 위치 센서들을 설계에 포함한다. 이 응용에 사용될 때, 이 센서들은 실제로 바퀴(2)와 바디(3)사이의 거리 변화를 측정한다. 하나의 센서는 모터(52)에 장착된 것과 다른 어떤 센서를 사용하지 않고 하나의 바퀴의 서스펜션을 독립된 상태로 제어할 수 있다. 전기 잭에서 발현될 힘(F)이 Z(상기 거리 변화)에 비례한다는 것을 알게 되었다. 상술한 바와 같이 전기 잭(5)에서 소정의 힘을 얻기 위해서는, 모터가 특정 토크를 발현해야 된다는 것이 알려져 있다. 따라서, 예정된 힘을 얻기 위한 제어는 모터에 공급될 전류를 제어하는 것과 같다.

모터에 있어서 내부 센서에서 나오는 정보는 바퀴의 개별적인 제어를 위해 채널(53)을 통해 유닛(55)에 도달한다. 상기 유닛(55)은 전류 공급 유닛을 포함하며 전기 잭(5)이 힘을 발현한 다음, 전기 잭(5)의 힘의 경감을 일으키게 하는 선택된 제어 전략, 즉 등고선-종동 장치로서의 제 1 반응에 따라 모터 내측의 상기 센서에서 나오는 정보를 사용하기 위한 전자 수단을 포함한다. 따라서, 상기 유닛(55)은 전기 케이블(54)을 통해 상기 모터(52)에 적절한 전류를 공급한다. 그런 다음, 상기 모터(52)는 적당한 방향에서 힘을 발현시킨다.

전기 잭(5)의 제어를 설명하기 위하여, 먼저 하나의 센서가 전기 잭이 바디가 완벽하게 고정된 채로 되는, 즉 바퀴로부터 생긴 소정의 응력과 관계없이 수직 가속을 받지 않는 상태를 얻기 위하여 시도한다고 가정한다. 실제로, 만약 바퀴가 융기를 형성하는 도로에서 예기치 않은 장소에서와 같은 장애물과 직면한다면, 바퀴는 그 관성력 때문에 차량의 바디보다 먼저 상승하려는 경향이 있으며 이 상승 이동을 따라간다. 센서가 바퀴와 차량의 샤시 또는 바디사이의 거리가 감소한다는 것을 감지하자마자 센서는 이 목적에 필요한 에너지를 소모하면서 스프링을 압축하도록 전기 잭을 활동시킨다. 전기 잭이 바퀴의 상승 이동을 뒤따를 지라도 모든 것이 일어난다. 이 전기 잭의 작용은 매우 빨리 이루어질 것이다. 시간이 단지 전기 잭에 필요한 전류를 달성할 수 있도록 취해진다면, 즉 1000분의 1초와 거의 비슷한 정도이면, 제어 유닛(55)의 연산 시간에 이득이 될 것이다. 물론, 바디와 바퀴사이의 거리가 증가하는 경향이 있다면, 이전 상황과 반대로 전기 잭은 이 목적을 위해, 즉 예를 들어 루트(rut)의 저부로 바퀴를 밀기 위해 필요한 에너지를 가능한 소비하면서 바디에서 멀어지는 쪽으로 바퀴를 이동시키도록 작용한다. 이 전기 잭의 반응을 도로 등고선-종동 반응, 즉 지지점과 비지지점사이의 이동을 따르는 반응이라 칭한다.

도 2a 및 3a는 도로의 등고선을 도시한다. 수평축 d는 도로에 따른 변위를 지시한다. 직선에서처럼 수평축은 도로의 평균 레벨에 의해 결정된 기준값을 나타낸다. 수직축 L은 이 평균 레벨에 대한 거리를 지시한다. 따라서, 이 도표에서 커브는 도로를 따라가는 진행 함수로서 도로 표면의 정확한 위치의 코스를 보여준다. 도 2a는 차량이 몇 초 가로지를 큰 길이의 상승 영역을 도시한다. 도 3a는 융기 및 루트를 도시한다. 도 2b 및 3b에서, 수평축은 도 2a 및 3a것과 같으며, 수직축 Z은 지지점과 비지지점사이의 상대 변위를 나타내며, 동요(샤시를 향한 바퀴의 이동)의 경우를 네가티브로, 반동(샤시에서 멀어지는 바퀴의 이동)의 경우를 포지티브로 가정한다. 도 2c 및 3c에 있어서, 수평축은 도 2a 및 3a의 것과 같으며, 수직축 F는 전기 잭(5)에 의해 공급된 힘을 나타내며, 스프링(4)의 감압의 경우를 포지티브로, 스프링(4)의 압축의 경우를 네가티브로 가정한다. 도 2의 좌측에서 바퀴가 장애물과 직면하자마자, 스프링(4)을 압축하는 전기 잭(5)에서 힘이 발생하고, 따라서 지면의 평균 레벨에 대해 자세의 어떠한 변화도 바디(3)가 받지않으면서 바퀴(2)가 장애물위로 올라간다는 것을 알 수 있다. 이것은 지지점과 비지지점사이의 상대 위치의 변화가 뒤따르는 상태가 된다. 적어도 다음 반응의 개시에서, 전기 잭(5)은 감지로 인한 지연을 취소하기 위해 이 이동을 과잉보상하도록 제어될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 지연은 적어도 하나의 크기의 순서에 의해 능동 또는 반능동 유압식 또는 공압식 서스펜션의 전자 제어 밸브 또는 서보 밸브의 반응 시간보다 작다는 것을 알아야 한다.

다음에, 전기 잭에서 발현된 힘이 느슨해진다. 하나를 도 2에서 볼 수 있다. 바퀴(2)가 예기치않은 장소위에 위치된 직후에 수평축(d)을 따르는 변위가 계속되면서, 전기 잭(5)의 힘은 선택된 시간 상수에 따라 제로를 향해 복귀하므로 지지점과 비지지점 사이의 상대 위치에 있어서의 변화는 바디를 상향으로 변위시키고, 차량의 정적 부하의 사상인 스프링(4)의 평형 위치로 복귀시키고 반대로 안락감에 영향을 미치지 않도록 충분히 느리게 한다.

도 2의 우측에는, 바퀴(2)가 동일 크기의 예기치 않은 지역에서 내려오면 무엇이 일어나는지가 도시되어 있다. 이 상관관계는 그 원리와 대조적이다. 상기 전기 잭(5)은 스프링(4)을 감압시키는 힘을 발현시키면서 지면에 대해 납작해지도록 바퀴(2)에 힘을 가하며; 즉, 동요 시기인 경우에는 차량의 정적 부하에 의해 지령을 받은 평형 위치에서 멀어지게 스프링(4)을 이동시켜 바퀴(2)를 밀어서, 루트의 저부 또는 예기치않은 장소의 저부로 바퀴가 내려가도록 한다.

다음에, 이것은 초기의 응력이 스프링(4)의 압축을 초과하여 일어날 때 발생한 것과 또한 대조적이며, 스프링(4)의 감압 상태후에 전기 잭(5)에서 발현된 힘이 완화된다. 그 하나를 도 2에서 볼 수 있으며, 휠이 예기치 않은 저부에 위치되자마자 수평축(d)을 따르는 변위가 계속되면서, 전기 잭(5)의 힘은 동일 완화 시간 상수에 따라 제로를 향해 복귀하고, 차량의 정적 부하의 사상인 스프링(4)의 평형 위치로 복귀하며 반대로 승차감에 영향을 미치지 않도록 충분히 느리게 된다.

반응의 결합 효과에 의해 등고선-종동 상태를 조절한 후 서스펜션이 도로의 불균일성을 완화시키는 완화 동작중에 소정량의 전기 에너지를 소비하며, 연속적이고 점진적으로 전기 에너지의 소비가 존재하지 않는 최초의 평형 상태로 복귀하게 된다.

도 3에 있어서, 도로의 등고선에 의해 부가된 진동은 매우 급하게 역전되기 때문에 완화 현상이 발생할 시간이 없다. 상기 시스템은 순수한 등고선-종동 시스템으로서 작용한다.

제어 유닛(55)은 이 제어 방법을 실행하기 위한 적절한 프로그램이 로딩된 수단을 포함한다. 스프링의 강성도(K)의 값은 제어 유닛(55)에 저장되며(여기서, 이것은 일정한 매개변수이다), 상기 유닛(55)은 채널(53)을 통해 모터에 있는 내부 센서로부터 전기 잭의 순간적으로 측정된 위치Z_im에 대한 정보를 받는다. 상기 유닛(55)은 Z_o에 의해 지시된 평형 위치(스프링(4)의 힘이 바디의 정적 부하를 정확하게 보상하는 위치)를, 예를 들면 상대적으로 긴 시간 주기로 값(Z)을 평균내므로써 연속적으로 재연산한다. Z_im및 Z_o정보에 기초하여, 하나는 평형 위치에 대하여 거리(Z)를 즉시 추론할 수 있으며, 하나는 가해질 힘(F)을 연산할 수 있어서 모터(52)에 공급될 전류를 즉시 결정할 수 있게 한다. 상기 제어 유닛(55)은 예정된 표본 주기(예를 들어, 매 1000분의 2초)에 따라 실행될 상기 힘(F)을 영구적으로 재연산한다. 계속된 재연산중에, 상기 제어 유닛(55)은 상이한 방법에 의해 실행될 수 있는 힘의 완화를 채택하며, 이전의 교란을 일으키는 힘의 비율을 혁신적으로 감소시키는 결과를 제공한다.

특정 방법이 이하에 서술되며, 도 4를 참조하면, 이 특정 방법의 일예가 도시되어 있다. 도 4의 좌측에서, 모터와 일체인 센서에서 측정하여 얻어진 변수(Z_im;순간 위치)를 입구 위치에서 볼 수 있다. 함수 블록(70)은 평형 위치(Z_o)(상기에 지시된 바와 같은)를 연산한다. Z_im및 Z_o을 비교하므로써, 변수(Z)(미전의 평형 위치에 대한 거리)를 얻는다.

잭의 힘을 완화시키기 위하여, 상술된 제어 수단이 전기 잭에 의한 노정에서 상기 변수의 다음 감쇠를 채택하도록 배열을 만들 수 있다. 다음 변수의 감쇠는 감쇠 함수의 형태를 취할 수 있다. 등고선-종동 시스템은 덜 순수하다. 부분적이고 점진적으로 상기 잭은 쇽 압소바의 기능을 취한다. 그럼에도 불구하고, 종래의 수동 서스펜션 경우와 같지 않으면 감쇠가 서스펜션의 운동에 대항하지 않으며; 정반대로 전기 잭이 스프링 자체의 반작용을 취소하게 된다.

그러므로, 순수한 등고선-종동 장치로서 기능하지 않도록, 즉 바퀴와 샤시사이의 거리에 있어서의 뒤따르는 변화가 덜 정확하도록 전기 잭을 조절하는 것이 목적이 된다. 따라서, 실제 시간에 기초하여 조절될 수 있는 α로 참조되는 조절 매개변수를 만들고: 전기 잭은 가능한 한 정확하게 거리의 변화를 따라가거나, 단지 부분적으로 따라가거나 또는 거리의 변화에 오히려 대항한다. 전기 잭의 조절 기능은 차량을 최대로 안락하게 하기 위하여 실제 시간에 기초한 상기 매개변수를 조절한다.

따라서, 예를 들면 비부유된 질량의 관성을 다시 제거하면서, 전기 잭에 의해 발현된 힘(F)은 다음 법칙에 따라 조절될 수 있다.

여기서, K는 스프링의 강성도이고, Z는 지지점과 비지지점사이 거리의 변화이며, α는 순수 스프링-종동 장치(α=1)와 순수 쇽 압소바(α=0)로서의 기능들 사이에서 서스펜션을 조절하기 위한 조절 매개변수이다. 상기 매개변수(α)는 완화 상태중인 1보다 작은 값을 취한다. 이 값은 완화에 필요한 시간 상수의 사상으로서의 실제 시간에 기초하여 조절된다. 완화의 종료 지점에서, 상기 매개변수(α)는 값 1로 복귀되어 순수 등고선-종동 장치로서 도로에서의 새로운 응력에 반응하기 쉽게 된다.

도 4는 매개변수(α)의 실제 시간에 기초한 연산을 도시한다. 변수(Z)(이전의 평형 위치에 대한 거리)에 기초하여 실행된 하나이상의 처리 단계는 변수가 매개변수(α)에 따라 행해질 수 있게 한다.

이 처리 단계중 하나는 완화와 관련한다. 상기 완화가 상술된 실시예에 어떻게 충족되는 지를 설명하기 위하여, 서스펜션의 제어를 동작시키면서(예를 들면, 엔진이 작동중인 차량에 추가 승객을 탑승시킨다.) 차량의 정적 부하에서의 변화를 시험한다. 변수(Z)에 기초하여 유닛(71)은 상기 시간 상수보다 훨씬 적은 예정 시간 주기를 위해 Z에 의해 추정된 평균값(Z_a)을 연산하며, 예를 들면 제 2의 지시에 기초하여 Z_a가 제로값에서 유도된 것을 유닛(71)이 발견하면, 유닛(71)은 잭(5)의 힘이 소멸될 때까지 1보다 작은, 이 경우에 바람직하게는 1보다 약간 작은 값인 α를 제공한다.

그러므로, 매개변수(α)의 순간값은 스프링(4)이 현가 장치에 의해 지지된 정적 부하를 자체적으로 지지하는 평형 위치로부터의 거리인 선택 예정된 사상이 된다. 이 사상의 선택은 서스펜션의 행동양식을 조절할 수 있게 한다.

상기에 따라, 서스펜션은 차량에 의해 전달된 부하에 반응하여 바디의 높이를 교정하지 않는다. 높이를 교정하기 위해서는 차량의 한계 중량을 초과하는 부하의 비율이 전기 잭에 의해 지지되도록 연속적인 에너지의 소비를 받아들여야 하며, 이것은 본 발명의 취지와 모순되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 높이의 교정을 분배하거나 또는 상기 전기 잭과 다른 장치를 위해 높이 교정의 상수를 보유하는 것이 바람직하며, 상기 다른 장치는 큰 시간 상수로 작용하며 단지 교정 상태중에 에너지를 소비한다.

그럼에도 불구하고, 본 발명의 취지에 감사해야 되는데 그 이유는 전기 잭이 도로의 레벨에 의해 발생된 바디 수직 가속도가 스프링으로 갑자기 전달되는 것을 방지하므로, 승차감에 반대 영향을 주지않으면서 바람직한 고강성도(K)의 스프링을 선택할 수 있기 때문이다.

그런 이유로, 최대로 수용할 수 있는 부하의 효과하에서 차량의 저하가 최소로 유지되도록 충분히 고강성도를 갖는 스프링을 선택할 수 있다. 따라서, 본 발명은 고 보정을 실행하지 않은 채 지금까지는 불가능했던 것을 바디가 단지 최소로 저하된 채 서스펜션의 높은 안락감을 조정하는 것이 가능해진다.

서스펜션을 제어하는 이 원리는 본래 고강성도의 타이어, 예를 들면 극히 낮은 H/B 비를 갖는 타이어에 특히 매우 적합하다. 본 분야의 숙련자는 작은 크기의 타이어, 즉 측면 높이(H)가 그 폭(B)에 대해 매우 작은 타이어에 사용된다는 이 의미를 잘 알 것이다. 이 타이어는 차량에 고민감 특성을 첨가하기 위하여 선택되어지며 안락감에 불리한 효과가 있다는 것은 공지되어 있다. 본 발명의 유익한 효과는 상술한 제어 기구에 의해 매우 고 레벨의 안락감을 계속 제공하면서 낮은 H/B 비를 갖는 그러한 타이어를 사용하는 것이 가능해진다는 것이다.

또한, 예를 들면 큰 측면 높이를 갖는 극히 가요성인 타이어의 경우에, 자신의 진동을 감쇠시키는 타이어의 능력이 불충분하여 잘 알려진 진동의 위험성이 타이어 때문에 발생한다는 것이 공지되어 있다. 게다가, 종래의 쇽 압소바의 역할은 타이어가 지면과 접촉되지 않는 것을 방지하기 위해 이 진동을 감쇠하는 것이었다(타이어 때문에 발생된 진동이 유지되는 것을 방지한다).

본 발명은 다음 방법으로 이 현상을 처리하는 것을 제안한다. 타이어 진동의 유지(또는 지면으로 링크에서 발생하는 것)가 강성도의 사상이며 비부유 부품의 질량인 공명 주파수의 진동으로 특징된다는 것은 공지되어 있다. 비부유 질량의 관성이 부유 질량의 관성보다 항상 작다는 사실을 참작하여, 바디가 공명 주파수에서 또는 그 부근에서 고정된다는 것을 알아야 한다. 상기 공명 주파수에서 또는 그 부근에서 Z에서의 진동은 타이어 공명이 발생되기 때문이다. 이 이유 때문에, 바퀴 중심의 가속도의 진폭a_wc는 타이어 진동의 진폭(타이어 공명)을 반영한다는 것을 알아야 한다.

처리 유닛(72)은 타이어 운동 영역의 평가자인 a_wc를 얻기 위하여 시간에 대해 신호(Z)의 제 2 유도를 실행한다. 게다가, 비부유 질량과 타이어의 강성도를 아는 것은 정상인지, 받아들일 수 있는지 및 a_wc용이 아닌지를 결정하도록 허용하는 예정된 기준값을 수립할 수 있게 한다. 예를 들면, 타이어가 어떤 한계를 넘어서 축늘어지는 것은 용납할 수 없다. 이 진폭(a_wc)을 상기 기준값과 비교하면 비부유 질량의 진동을 재빨리 감쇠시키기 위해 충분히 1이하인 값 α를 재빨리 지정할 수 있어서 상기 진폭이 받아들일만한 레벨로 복귀했을 때 1의 값으로 복귀한다.

따라서, 매개변수(α)의 순간값은 타이어의 공명 개시를 감지하는 사상이므로 이를 조절하여 타이어가 지면과 항상 접촉하도록 유지하고 고수준의 안전성을 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 안락감에 편중하여 설계된 매우 가요성인 서스펜션의 경우에 서스펜션을 운동 영역의 한계에 밀접한 작동 지역으로 자주 가져가는 극단적인 롤링 및 피칭 운동을 일반적으로 받게 된다는 것이 공지되어 있다. 종래 기술에서, 이러한 바람직하지 않은 현상을 서스펜션 로드의 위치결정 실행 및 반롤링 바아를 사용하므로써 제거하기 위해 노력하였다.

본 발명에 따른 서스펜션의 경우에 있어서, 운동 영역의 한계에 너무 밀접한 사상 영역을 향한 변위를 피하기 위해서, 또한 상술된 바와 같이 서스펜션의 운동 영역이 한계에 가까워지는 것을 관찰하면 매개변수(α)를 적용시키므로써 전기 잭의 종동 반응을 약하게 할 수 있으며, 이것은 부가적인 임의의 처리 형태를 구성한다. 제어 유닛(73)은 한계로의 근접을 관찰하여 매개변수(α)의 순간값을 변화시켜, 현가 장치가 운동 영역의 한계에 점점 밀접해지는 사상 영역을 향해 변위될 때 제로에 점점 밀접하는 값에 순간값을 설정하고, 이 한계에서 멀어져 이동될 때 1의 값으로 복귀한다. 이 선택은 한계로의 근접을 감지하는 추가 센서을 이용하여 실행될 수 있음을 알 수 있다. 대안적으로, Z의 분석에만 기초한 근접 평가에 근거하고 서스펜션의 공지된 코스를 고려하여 한계의 근접을 표시하는 신호(Z₁)를 얻을 수 있다. 이 경우에 제로의 에러가 있을 지라도, 이것은 스프링의 강성도가 클 때 간소화된 근접이 충분한 것으로 판명되었다(부하하에서 지면과의 간극의 약간의 변화, 정적 부하의 표과하에서 높이의 변화에 대한 서술을 참조하라).

따라서, 전기 잭(5)에 의해 발휘된 힘이 그 운동에 대해 반대 방향인 형태의 작용일 수 있다. 그러한 작용이 감쇠와 유사할 지라도, 그것은 상술된 바와 같이 매개변수(α)의 값을 선택하기 위하여 요망되는 약하게 하는 비율을 실제 시간을 기초하여 결정하는 제어이다. 이 제어는 서스펜션의 작용 조건에 좌우되며 이 조건은 차량의 롤링에 의해 부가된다. 그것은 동요(jounce)와 반동(rebound)사이의 구별과 같은 서스펜션의 고유 매개변수에 좌우되지는 않는다.

전기 잭이 서스펜션의 작용에 능동적으로 관여하게 도입될 때, 스프링과 쇽 압소바를 더 이상 분리하여 구별할 필요가 없다. 차량의 바디에 인지된 가요성 서스펜션이 강성도(K)의 스프링과 직접 연결되지 않는다는 것은 상술되어 있다(높이 보정 부분 참조). 동일한 방법으로, 감쇠 비율은 전기 잭의 조절에 달려있다. 상기 전기 잭은 스프링에 평행하게 위치된 액츄에이터이며 그 실제 시간 제어는 소정 시간에서 서스펜션의 특성을 결정한다.

그 기능이 상술된 제어 유닛(55)에 의해 실행된 각 바퀴(2)의 개별적인 제어는 차량용의 안락하고 신뢰할만한 서스펜션을 제공하는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고, 응용이 가능하다면 유닛(55)이 다른 바퀴의 서스펜션의 행동을 연결하는 더 정교한 조정의 부품이 되도록, 예를 들면 차량의 롤링 및/또는 피칭을 보정하기 위하여 다른 레벨의 제어를 선택적으로 추가할 수 있다. 이 경우에, 바디에 연결된 가속도계와 같은 각 바퀴의 전기 잭(5)외측에 장착된 센서(60,61,62)를 사용할 수 있거나, 또는 이것이 바디의 운동을 예견할 수 있도록 차량의 운전자의 행동을 관찰하는 방법을 제어할 수 있다. 필요한 연산 수단은 라인(65)을 통해 유닛(55)과 정보를 교환하는 중앙 명령 유닛(6)에 장착된다. 이것은 각 바퀴의 개별적인 제어에 의해 연산된 것에 대해 전기 잭에 의해 발현된 힘을 변경시키기 위해 각 바퀴의 개별적인 제어 수단을 사용하도록 유도한다.

결과적으로, 유닛(55) 및/또는 중앙 유닛(6)의 어떤 고장의 경우에 전기 잭이 안전한 기능을 제공할 수 있기를 바란다는 것을 지적해야 된다. 이 경우에, 모터(52)의 유도자의 공급 단자가 단락되거나, 또는 전류 전달로부터 발생된 주울 효과에 기인한 에너지의 산재로 모터(52)를 발전기로서 작용시키는 적절히 산재된 레지스터에 연결된다. 이경우에 서스펜션은 순수하게 수동이 된다.

Claims

지지점과 비지지점 사이의 운동 영역을 제어하는 현가 장치에 있어서,

상기 지지점과 비지지점 사이에 고정된 탄성 링크(1)를 구비하며, 상기 탄성 링크(1)는 스프링(4) 및 상기 지지점과 비지지점 사이의 운동을 제어하기 위하여 상기 스프링(4)에 평행하게 작용하는 역전가능한 전기 잭(5)을 구비하며, 또한 상기 현가 장치는 상기 지지점과 비지지점의 상대적 변위에 의해 발생된 지지점과 비지지점 사이의 거리에서 관측된 편차에 기초하여 상기 전기 잭을 제어하는 수단을 구비하므로써, 변위 방향에 상관없이 먼저 스프링의 변형이 뒤따르며, 전기 잭에 전기 에너지를 공급하므로써 변위와 동일방향으로 배향된 힘을 발현시킨 다음, 예정된 경감 시간내에 전기 잭에 의해 발현된 상기 힘을 소멸시키기 위해 상기 힘을 해제하는 현가 장치.
제 1 항에 있어서, 스프링 강성도의 순간값을 K라 하고 지지점과 비지지점 사이의 거리의 변화를 Z라 할 때, 전기 잭으로의 전력의 공급은 힘(F=K.Z)을 발현시키므로, 잭이 변위를 따라가는 단계동안에 외부힘이 부가되는 것처럼 지지점과 비지지점 사이의 상대 위치를 유지시키기 위해 상기 두 점사이의 거리의 변화에 기인한 상기 스프링(4)에 의해 발휘된 힘의 변화를 상기 전력 공급에 의해 전기 잭에서 발현된 힘이 보상하는 현가 장치.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 제어 수단이 상기 거리 변화의 종동 감쇠를 상기 전기 잭(5)으로서 도입하는 현가 장치.
제 3 항에 있어서, 범위가 0에서 1까지인 감쇠 매개변수를 α라 할 때, 잭에 의해서 발현된 힘은 F=[α·K·Z]-[(1-α)·C·dZ/dt]의 값을 가지며, 여기에서 C는 감쇠 계수인 현가 장치.
제 4 항에 있어서, 매개변수 α의 순간값은 타이어의 공명 개시를 검지하는 기능인 현가 장치.
제 4 항에 있어서, 매개변수 α의 순간값은 현가 장치에 의해 지지된 정적 부하를 스프링(4)이 혼자서 지지하는 평형 위치에서 멀어지는 기능이며, 현가 장치가 운동 영역의 한계에 가까운 기능 영역을 향해 이동할 때 점점 0에 가까워지는 현가 장치.
제 4 항에 있어서, 매개변수 α의 순간값은 스프링힘의 경감을 위해 필요한 시간 상수의 기능인 현가 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 잭(5)은 영구 자석을 갖는 동기 자동제어식 전기 모터(52)를 구비하며 제어 수단은 상기 전기 모터와 일체인 센서에 의해 방출된 위치 변화의 측정에 기초한 지지점과 비지지점 사이의 상대 위치의 변화를 결정하는 현가 장치.
제 1 항에 있어서, 차량의 바퀴(2)와 상기 바퀴가 연결된 샤시 사이의 수직 서스펜션에 사용되는 현가 장치.
제 1 항 내지 8 항중 어느 한 항에 따른 현가 장치에 의해 샤시에 연결된 다수의 바퀴를 구비한 차량의 현가 장치에 있어서, 각 바퀴의 개별적인 제어 수단에 의해 결정된 것에 대해 전기 잭에 의해 발현된 힘을 변경시키도록 차량의 자세를 판단한 정보에 기초하여 각 바퀴용의 개별적인 제어 수단에 실행하는 종합적인 서스펜션 제어부를 포함하는 차량의 현가 장치.