KR20050018644A - 가변 응답 부싱 - Google Patents

Abstract

가변적으로 제어 가능한 경도를 가지는 부싱과, 이러한 부싱을 이용하는 것으로 구성된 방법으로써 운동을 제한하기 위한 방법.

Description

가변 응답 부싱 {VARIABLE RESPONSE BUSHING}

본 발명은 이동하는 차량의 기울어짐 또는 흔들림을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 이동하는 차량이 회전하는 동안의 기울어짐 또는 흔들림을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 여러 다른 분야에서 상기 방법 및 장치가 사용될 수 있다.

통상적으로 차량에는 서스펜션 시스템이 있어 운전자와 승객이 승차시에 받는 충격을 완화시키는 것을 도우며, 차량이 코너를 안전하게 돌 수 있도록 돕는다. 이러한 서스펜션 시스템의 구성 요소들은 융기를 흡수하기 위해 변형되고 이전 크기로 복귀하는 타이어, 충격을 완화하는 스프링, 충격 효과를 약화시키기 위해 차축 조립체의 일부인 지주나 프레임 또는 차축 사이에 위치한 완충 장치, 주로 고무로 만들어진 상기 구성 요소의 접합부 사이에 위치한 부싱을 포함할 수 있다.

차량이 접할 수 있는 문제점이라면 도로 상에 있는 모든 융기나 기울어짐을 흡수하여 운전자나 승객에게 영향이 가지 않도록 해야 하는 것이다. 상기 융기나 기울어짐은 보통 타이어가 흡수한다. 압력을 받은 고무 타이어는 작은 기울어짐을 만난 후에도 변형된 다음 복원될 수 있다. 그러나, 동일한 차량이 회전할 시에 타이어는 차량이 본체로부터 압력이 가해질 때 변형되거나 움푹들어간다. 타이어의 가장자리로부터 가장 높은 곳 일수록 회전시 변형이 가장 크므로, 서스펜션의 나머지 부분의 강성에는 상관없이 결국 차량이 외측으로 더 흔들리게 된다.

회전시 차량의 흔들림을 제어하기 위해 종래에는 단단한 서스펜션이 우선적으로 선택되었다. 하지만 전술된 바와 같이, 예컨대 50 MPH(80.5 km/h)로 회전시 타이어가 3 inch(7.62 cm) 변형되면, 완충 장치나 지주가 전혀 움직이지 않더라도 차량은 동일한 3 inch(7.62 cm) 만큼 외측으로 흔들리게 된다. 이러한 흔들림을 막기 위해, 소위 "낮은 프로파일(low profile)" 타이어라고 하는 특별히 설계된 타이어가 사용될 수 있다. 이 타이어는 가장자리로부터의 높이가 매우 낮다. 그러므로 회전시 타이어의 변형이 매우 적고 차량은 코너를 더 잘 돌게 된다. 그러나 차량이 작은 기울어짐과 만났을 때 보통 타이어만큼 변형되지 않아서 승객과 운전자는 가장 작은 융기에 의해서라도 심하게 덜컹거림을 느낄 수 있다.

단단한 서스펜션과 낮은 프로파일 타이어를 사용하여도, 차량은 사용된 부싱 때문에 회전시 외측으로 여전히 흔들릴 수 있다. 종래의 부싱은 통상적으로 고무로 제작되며 각 서스펜션의 유닛 마다 2개 내지 3개의 부싱이 있을 수 있으며, 각각의 두께는 1/2 inch(1.27 cm) 이상이다. 부싱이 존재함으로써 부싱의 강성과 서스펜션의 강성 그리고 타이어의 종류에 따라 1 inch(2.54 cm) 내지 1.5 inch(3.81 cm) 정도 더 흔들릴 수 있다.

본 명세서에 참조로 인용된 미국 특허 제5,976,616호, 제5,971,115호, 제5,529,153호, 제5,437,354호에 다양한 기울기 제어 시스템이 개시되어 있으며, 이러한 시스템은 차량이 직선 도로를 주행할 때에는 부드러움을 더하지만 차량이 회전할 때는 서스펜션 시스템의 완충, 지주, 스프링부의 강성을 증가시킨다. 그러나 어떠한 시스템을 사용할 때 완충 장치가 매우 단단할지라도 타이어의 변형과 부싱의 압축 때문에 회전시 차량은 여전히 흔들릴 수 있다. 테스트할 때 SUV(Sports Utility Vehicle) 차량에서의 이러한 두 구성 요소에서 발생되는 흔들림은 회전시 외측으로 약 2 inch(5.08 cm)내지 3 inch(7.62 cm)에 해당하였다.

이러한 흔들림을 보정하기 위해서 일부 종래의 기술은 경질 고무 내의 공기 공간을 가지는 부싱을 제조하는 기술의 이용을 개시한다. 이러한 방식으로, 내부 기포가 압축될 때 부싱에 연성부가 있고, 외부 고무가 압축을 저항할 때 강성부가 있다. 그러나 차량이 회전할 때 공기의 압축으로부터 매우 빠르게 부싱에서 흔들림이 있고, 고무의 압축으로부터도 흔들림이 있다.

회전할 때 차량의 흔들림과 관련된 영향을 극복하는데 필요한 압축을 제어하거나 변화시키기 위한 수단 및 가변 압축을 가지는 부싱의 필요성이 존재한다.

본 발명의 1차 목적은 회전시 차량의 흔들림에 관련된 문제점에 해결책을 제공하는 것인데, 특히 작은 기울어짐의 영향을 흡수할 수 있는 해결책을 제시하는 것이다.

또 다른 목적은 낮은 프로파일 타이어와 단단한 서스펜션이 통상적으로 사용되는 스포츠 유틸리티 차량의 탑승자에 대한 문제점을 해결하는 것이다.

도1은 완충 장치를 가지는 서스펜션 내에 합체된 본 발명의 부싱의 일 실시예의 단면도로써 부싱과 완충장치가 압축 위치 및 중립 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명의 부싱의 다른 실시예에 대한 단면도이다.

도3은 차량에서 서스펜션 시스템의 일부를 도시하는 도2의 부싱의 단면도이다.

도4는 본 발명의 과정에 대한 개략도이다.

본 발명의 목적은 가변적으로 제어 가능한 완화 수단을 제공하는 본 발명의 부싱에 의해 달성된다. 직선 도로 주행에서 부싱은 보통 2 inch(5.08 cm) 정도의 심각한 기울어짐을 흡수할 수 있지만, 차량의 특성에 따라 더 크거나 더 작을 수도 있으므로 차량은 융기를 흡수할 수 있다. 그러나 본 발명의 부싱도 차량이 부싱으로부터 흔들림 없이 회전을 완료할 수 있고, 다른 서스펜션 구성 요소로부터의 흔들림을 능동적으로 방지하거나 보정할 수 있다. 서스펜션 시스템의 선택에 따라, 본 발명의 부싱은 차량에 합체될 수 있으며, 흔들림을 줄이거나 없앨 수 있으므로 궁극적으로 차량의 회전을 제어할 수 있다. 본 발명의 부싱을 가지는 차량은 승객의 안락함을 위해 작은 기울어짐 융기를 흡수할 수 있는 능력과 종래 기술에 대한 중요한 개선점을 가지면서 흔들림을 현격히 줄일 수 있도록 회전시 부싱의 압축을 줄이거나 없앤다.

본 발명의 가변 응답 제어형 부싱의 양호한 실시예가 도1 내지 도3에 도시되었으며 그 작동 방식은 다음과 같다. 차량이 직선 도로를 주행할 때 완충장치(shock absorber)는 피스톤 역할을 하여 융기를 만났을 때 부싱을 압축시킨다. 프레임에 대한 본체의 부착부 사이에 남아 있는 공간의 크기에 따라 완충 장치 조립체는 부싱을 압축하거나 상승시킬 수 있으며, 유체가 부싱을 나와 제2 챔버 내로 유동할 때 부싱은 매우 적은 저항을 나타낸다. 유체가 제2 챔버 내로 유동하면서 제2 챔버 내에서 압력이 발생되어 완충 장치가 가능한 이동경로의 단부에 이르렀을 때 완충 장치의 이동 경로 이동을 느리게 하거나 멈추게 하며, 그 힘은 피스톤을 원래 휴지 위치로 돌아가도록 가압하게 되고 압력은 휴지 상태 정도의 최소 크기로 감소한다.

차량이 회전할 때 센서는 부싱이 견고해지도록 지시할 수 있다. 이러한 센서들은 스티어링 휠 회전, 차량의 기울어짐을 감지하거나 회전을 감지할 수 있는 다른 수단일 수 있다. 차량이 회전할 때 감지 수단은 부싱에 신호를 보낸다. 감지 수단들은 컴퓨터 입력 또는 가속도계, 기계적 센서를 포함하거나, 부싱의 챔버 내의 압력을 측정하고 부싱들 또는 챔버들 사이의 압력을 비교하는 것을 포함할 수 있다. 감지 수단으로부터 발생된 신호는 가변 응답 부싱에 전기적으로 전송되어 제2 챔버에 대한 접근을 제한하던지 봉쇄하여 거의 유체가 새지 않거나 전혀 새지 않도록 한다. 이러한 방식으로 부싱의 압축이 최소로 이루어지거나 압축이 전혀 이루어지지 않게 되고, 완충 장치 유닛은 전혀 이동하지 않거나 최소한으로 이동하여 프레임을 향한 차축의 운동이 줄어들거나 없어진다.

가변 응답 부싱은 차량에서 부싱의 압축이 발생되는 어떠한 지점에서라도 사용될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 부싱은 차량의 지주, 흔들림 방지 장치 또는 스웨이 바(sway bar)에 인접하게 위치해있다. 또한, 본 발명의 부싱은 임의의 특성이 필요한 경우 감지 수단이 제공한 것 외에도 다른 곳으로부터 입력을 수신할 수 있다. 이러한 변형은 프로그래밍, 또는 부싱에 보내진 신호를 변화시키고 신호를 보내는 장치를 변경하는 것과 관련이 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 부싱은 차량의 프레임에 부착될 수 있는 하우징(부싱 챔버), 완충 장치 또는 지주의 상단에 놓일 수 있는 피스톤 조립체, 챔버를 충전할 수 있는 유체, 유체가 배출될 수 있는 제2 챔버, 유체가 부싱 챔버 외부로 유동하는 것을 막거나 제한하기 위해 감지 수단으로 입력을 수신하는 솔레노이드 밸브를 포함한다. 본 실시예에서 제2 챔버는 종래의 타이어, 즉 공기와 그 안의 유압 유체 사이의 분리 수단을 가지며 공기로 채워진 고무 벽부와 동일한 구조를 가질 수 있다. 플로트(float) 같은 분리 수단 대신에 장치는 공기가 적절한 위치까지 상승하여 제1 챔버로 들어가지 못하도록 배향될 수 있다. 공기 대신에 제1 챔버는 적절한 액체로 채워져 유사한 작동을 할 수 있다.

크기가 작은 융기나 기울어짐을 만나게 되면, 완충 조립체는 상방으로 이동한다(만약 프로파일이 낮은 타이어를 사용했다면 프로파일이 높은 타이어보다 좀더 빠르게 운동할 것이다). 완충 장치가 이렇게 운동하게 되면 피스톤은 상방으로 이동하게 되고 유체는 제1 챔버를 나와 공기가 힘을 받아 부싱의 "소형 타이어(mini tire)" 구성 요소를 변형시키는 제2 챔버 내로 유동한다. 고무는 팽창하고 기울어짐을 흡수하여 수축하게 되고 그 힘을 원래 발생된 곳으로 되돌려 보내어 피스톤을 초기 위치로 밀게 된다.

만일 차량이 회전하는 것이 감지되었다면, 입력은 유체가 제1 챔버 외부로 유동하지 못하도록 솔레노이드 밸브에 폐쇄 명령을(본 실시예에서는 봉쇄 수단) 내린다. 이로써 완충 조립체가 차축이나 프레임 쪽으로 이동하는 것을 방지하게 되는데, 즉 부싱으로부터 차축과 프레임 사이의 거리를 짧게할 필요가 없다. 더 움직이게 된다면 완충/지주 조립체의 특성 때문인 것이다.

제2 실시예는 하우징 내의 피스톤 상단에 놓인 코일형 스프링을 포함한다. 그 기능은 부싱을 시작 또는 중립 위치로 복귀시키는 것을 돕는 것이다. 그리고 제2 챔버는 유체 운동을 위한 저장소가 된다.

제3 실시예에서 제2 챔버는 기체로부터 유체를 분리하는 플로트의 상단에 질소 같은 압축 기체를 포함하고 있다. 질소의 압력은 가변적으로 조절되어 압축이 허용됨으로써 기울어짐을 흡수하고, 질소의 팽창으로 인해 부싱이 중립 위치로 복귀된다. 질소 또는 다른 기체의 압력은 능동적으로 변하여 상이한 운전 조건을 보정할 수 있다.

더 다양한 실시예가 봉쇄 수단에 사용될 수 있다. 여기에는 차량의 파워 스티어링 메카니즘에서 발견될 수 있는 유체 같이 펌프로부터 조절된 압축 유체가 포함될 수 있다. 가압된 파워 스티어링 유체는 제2 챔버에 부착될 수 있다. 이렇게 복잡한 실시예에서도 부싱과 파워 스티어링 펌프로 인해 발생된 압력에 따라 유체가 파워 스티어링 저장소 내로 되돌아가 그 이상으로 유동하는 것을 방지하기 위한 봉쇄 수단이 여전히 필요할 것이다. 제1 챔버와 제2 챔버의 압력 센서들은 더 추가로 입력될 수 있는 컴퓨터에 릴레이되도록 사용될 수 있다. 펌프로부터의 유입도 사용될 수 있다. 이러한 정보는 압력 릴리프 밸브로 다시 릴레이되어 파워 스티어링 펌프로부터 전달된 압력의 크기를 조절한다. 이러한 형식의 시스템은 필요할 경우 봉쇄를 하고, 유체를 제1 챔버로 복귀시켜(부싱을 최대 크기로 복귀시켜) 프레임과 본체 간의 거리를 확장하기 위한 압력을 제공하며, 융기를 만났을 때 상기 거리를 압축할 수 있도록 압력을 감소시킨다. 이러한 종류의 시스템에서는 경도와 부싱의 응답률에 다양한 가변성이 허용된다.

원할 경우 종래의 완충 장치에 사용되었던 밸브 장착(valving)도 봉쇄 수단으로써 또는 봉쇄 수단의 일부로써 합체될 수 있다.

봉쇄 수단은 차량의 회전, 차축 쪽으로 본체가 운동하는 것 또는 그 반대의 운동, 측방향 가속을 검출하기 위한 다양한 형태의 가속도계를 포함하며, 미국 특허 제5,976,616호, 제5,971,115호, 제5,529,153호 및 제5,437,354호에 개시된 다른 기울기 감지 수단을 포함할 수 있다. 또한 감지 기구는 스티어링 휠 자체가 특정한 소정의 지점을 지나쳐 회전하는 것을 포함할 수 있다.

도4에 본 발명의 부싱의 일 실시예가 본 발명의 과정의 개략도와 함께 도시되었다. 도4에는 두 가지 경우가 도시되었다. 첫 번째 경우에서 본 발명의 부싱을 포함하는 서스펜션을 구비한 차량이 회전을 한다. 기울기 감지 센서가 차량의 회전시 기울어지는 것을 감지할 때, CPU와 소통하여 밸브(3)를 폐쇄시켜서 유체가 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유동하는 것을 방지하여 흔들림을 줄인다. 두 번째 경우에서 차량은 융기를 만나며, 유체가 챔버(1)에서 챔버(2)로 이동할 때 압력 센서가 이를 감지하여 CPU와 소통함으로써 센서(C)와 펌프로부터의 입력을 도움 받아 압력을 조절한다. 그리고 CPU는 밸브(4, 5)를 개방시키고 압력을 감소시킨 다음, 밸브(4, 5)를 폐쇄하여 압력을 증가시킨다.

Claims (11)

1. 가변 응답율을 가지는 부싱이며,

   내부에 피스톤 또는 램(ram)을 가지는 챔버와,

   제1 챔버에 연결된 원격 챔버 또는 용기와,

   원격 챔버 또는 용기에 챔버를 연결하는 수단과,

   챔버들 중 적어도 하나의 챔버 내에 있는 유체와,

   일 챔버로부터 다른 챔버로 유체를 이송하기 위한 수단과,

   제1 챔버와 원격 챔버 또는 용기 내의 압력을 제어하기 위한 수단과,

   유체의 이송을 폐쇄하거나 제한하기 위한 봉쇄 수단과,

   상기 봉쇄 수단과 소통하도록 되어 있는 감지 수단을 포함하는 부싱.
2. 적어도 하나의 차축과 프레임을 가지는 차량이며, 제1항에 따른 부싱이 차축과 프레임 사이에 위치하고, 감지 수단은 차량의 기울기를 감지하는 차량.
3. 제1항에 있어서, 감지 수단은 가속도계, 컴퓨터, 압력 센서, 선형 운동 센서로 구성된 그룹으로부터 선택되는 부싱.
4. 제1항에 있어서, 유체를 이송하기 위한 수단은 펌프인 부싱.
5. 제1항에 있어서, 유체를 이송하기 위한 수단은 가요성 챔버인 부싱.
6. 제1항에 있어서, 챔버를 그 초기 위치로 가압하도록 되어 있는 코일 스프링을 더 포함하는 부싱.
7. 운동을 방지하거나 제한하기 위한 부싱 기구이며,

   a. 방지되거나 감소되어야 할 상기 운동을 감지하는 수단과,

   b. 상기 운동의 메카니즘을 통지하기 위한 수단과,

   c. 제1 챔버로부터 제2 챔버까지 유체의 유동을 방지하거나 제한하기 위한 수단과,

   d. 제2 챔버로부터 제1 챔버까지 유체를 복귀시키기 위한 수단을 포함하는 부싱 기구.
8. 운동을 방지하거나 제한하기 위한 방법이며,

   a. 두 개의 구조적 요소들 사이에 압축 가능한 챔버를 위치시키는 단계와,

   b. 유체가 제2 챔버 또는 용기 내로 빠져 나가도록 상기 챔버를 압축시키는 단계와,

   c. 상기 제2 챔버는 유체를 수용하고 유체가 제1 챔버로 복귀하도록 그 힘을 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
9. 적어도 하나의 부싱을 포함하는 서스펜션 시스템 내에서, 적어도 하나의 부싱의 경도를 제어하여 차량의 차축에 대한 차량의 본체의 운동을 제어하기 위한 방법이며,

   이러한 제어는 부싱 내의 유압 유체의 압력을 능동적으로 처리하여 이루어지는 방법.
10. 운동을 방지하거나 제한하기 위한 방법이며,

    a. 견뎌야 할 최대 운동 또는 최소 운동 지점을 설정하는 단계와,

    b. 상기 차량이 최소 운동 또는 최대 운동이 발생되는 상기 지점을 달성할 때를 감지하는 단계와,

    c. 부싱 내에서 적어도 하나의 챔버 사이에서 유동하는 유압 유체의 유동을 방지하거나 감소시켜서 운동에 의해 발생된 힘에 대항하는 대항력을 가하는 단계를 포함하는 방법.
11. 가변 응답율을 가지는 부싱이며,

    압축 영역 내에 위치한 피스톤 또는 램을 구비한 챔버와,

    제1 챔버 또는 용기로부터의 유체를 수용할 수 있는 제1 챔버에 연결된 원격 챔버 또는 용기와,

    유체를 수용한 후에 압력 하에서 상기 유체를 복귀시키기 위한 제2 챔버를 위한 수단과,

    전기적 입력에 응답하는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 소통을 봉쇄하기 위한 수단과,

    상기 봉쇄 수단에 신호를 보내기 위한 센서와,

    명령대로 유체가 제1 챔버 또는 용기로부터 제2 챔버로 유동하는 것을 차단하거나 줄이는 수단을 포함하는 부싱.