KR20060053015A - 트레일링 암 서스펜션 및 전동식 밸브를 구비한 높이 제어시스템 - Google Patents

트레일링 암 서스펜션 및 전동식 밸브를 구비한 높이 제어시스템 Download PDF

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KR20060053015A
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KR1020067007036A
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데이비드 제이. 볼트
랜디 슈트
빅터 플래쓰
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할덱스 브레이크 코포레이션
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Abstract

본 발명은 차량용 트레일링 암에 관한 것이다. 본 발명에 따른 트레일링 암은 차량에 대하여 서스펜션의 승차 높이를 제어하는 높이 제어 시스템을 구비한다. 바람직하게 상기 높이 제어 시스템은 모터 구동되는 높이 제어 밸브를 포함한다.
차량, 트레일링, 암, 승차, 높이, 차고, 모터, 제어 밸브, 서스펜션, 에어백

Description

트레일링 암 서스펜션 및 전동식 밸브를 구비한 높이 제어 시스템{TRAILING ARM SUSPENSION AND HEIGHT CONTROL SYSTEM WITH MOTORIZED VALVE THEREFOR}
도 1은 기계식으로 제어되고 동작되는 공지된 높이 조절 밸브를 포함하는 종래 기술의 트레일링 암 서스펜션의 측면도이다.
도 2는 컨트롤러에 의해 전동식 높이 조절 밸브와 결합되는 높이 센서를 포함하는, 본 발명에 따른 높이 조절 시스템을 구비한 트레일링 암 서스펜션의 측면도이다.
도 3은 높이 센서와 트레일링 암 서스펜션 사이의 기계적 연결을 나타내는, 도 2의 3-3선을 따른 일부 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 단면도로, 광 센서 어셈블리의 광학적 브리지에 대한 기준 위치의 센서용 광 이미터를 나타내는 도면이다.
도 5는 광학적 브리지에 대한 다른 위치에 나타낸 광 이미터를 제외하고는 도 4와 동일한 도면이다.
도 6은 이해를 돕기 위해 하우징이 제거된, 본 발명에 따른 전동식 높이 조절 밸브의 분해 사시도이다.
도 7은 이해를 돕기 위해 커버 및 밸브 조립체가 제거된, 도 6의 높이 조절 밸브 하우징의 평면도이다.
도 8은 하우징을 통과하는 유동 경로를 나타내는, 도 7의 8-8선을 따른 단면도이다.
도 9는 도 7에 나타낸 밸브 조립체의 고정 시어 디스크에 대한 확대 사시도이다.
도 10은 도 7에 나타낸 밸브 조립체의 동적 시어 디스크에 대한 확대 사시도이다.
도 11은 중립 위치에 있는 도 7의 높이 조절 밸브를 나타내는 개략도이다.
도 12는 충전 위치에 있는 도 7의 높이 조절 밸브를 나타내는 개략도이다.
도 13은 배출 위치에 있는 도 7의 높이 조절 밸브를 나타내는 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른 제어 블록도이다.
도 15는 본 발명에 따른 높이 센서의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 높이 센서의 제3 실시예를 포함하는 트레일링 암 서스펜션을 나타내는 도면이다.
도 17은 제3 실시예의 높이 센서의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 높이 센서의 제4 실시예에 대한 단면도이다.
도 19는 제3 실시예의 높이 센서에 대한 도 18의 19-19선을 따른 단면도이다.
도 20은 본 발명에 따른 높이 센서의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 21은 쇽업소버에 적용된 본 발명에 따른 제6 실시예의 높이 센서를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 높이 센서의 제7 실시예를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 22의 23-23선을 따른 단면도이다.
본 발명은 차량용 트레일링 암 서스펜션(trailing arm suspension)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 차량에 대한 상기 서스펜션의 승차 높이(ride height)를 제어하는 높이 제어 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 모터에 의해 구동되는 높이 제어 시스템에 관한 것이다.
기계적으로 연결 및 구동되는 높이 제어 밸브를 가진 트레일링 암 서스펜션이 이미 공지되어 있다. 도 1은 높이 제어 밸브(12)와 결합된 상기한 트레일링 암 서스펜션(10)을 도시하고 있다. 상기 트레일링 암 서스펜션(10)은 차량의 양쪽, 바람직하게는 차량 프레임 레일(frame rail)(16)에 장착된 대향하는 트레일링 암 어셈블리(11)를 포함한다. 각각의 트레일링 암 어셈블리(11)는 피봇식 연결부(20)에 의해 행거 브라켓(hanger bracket)(18)에 피봇식으로 연결된 일단을 가진 트레일링 암(14)을 포함한다. 상기 행거 브라켓(18)은 상기 차량 프레임 레일(16)에 매달려 있다. 상기 트레일링 암(14)의 타단은, 상기 프레임 레일(16)에 부착된 에어 스프링(air spring)(22)에 장착되어 있다. 상기 에어 스프링(22)은 상기 행거 브라켓(18)을 중심으로 상기 프레임 레일(16)에 대한 상기 트레일링 암(14)의 피봇 회전을 감쇄시킨다.
축 어셈블리(axle assembly)(28)는 통상적으로 상기 트레일링 암(14)에 가교형식으로 장착되거나, 지지된다. 상기 축 어셈블리(28)에는 지면-결합 바퀴(ground-engaging wheel)(미도시)가 장착된다. 지면과의 접촉에 따른 상기 바퀴의 운동은 상기 트레일링 암(14)의 회전을 야기하는데, 이는 상기 에어 스프링(22)에 의해 저지된다.
상기 에어 스프링(22)은 통상적으로 에어백(24) 및 피스톤(26)을 포함한다. 상기 피스톤(26)은 상기 트레일링 암(14)에 장착되며, 상기 에어백(24)은 상기 피스톤(26)을 상기 프레임 레일(16)에 연결한다. 압축유체가 상기 에어 스프링의 댐핑 성능을 조절하기 위하여 유입되거나 배출될 수 있다. 또한, 상기 에어 스프링(22)에서의 에어의 체적은 상기 트레일링 암(14)에 대한 상기 프레임 레일(16)의 높이를 변경하기 위하여 조절될 수 있다. 흔히, 트레일러에 대한 바람직한 또는 기준 승차 높이가 있으며, 상기 트레일러에 의해 지지되는 하중 또는 작동 환경에 따라, 실제 또는 현재의 승차 높이가 시간에 따라 변화될 수 있다. 상기 트레일링 암(14)에 대하여 상기 프레임 레일의 상대적인 높이를 조절하기 위해 가압 공기가 상기 에어백에 유입되거나 상기 에어백으로부터 배출되어, 특정 하중 또는 환경 조건에 대한 기준 높이로 상기 승차 높이를 유지한다.
상기 승차 높이의 조절은 유입포트, 에어 스프링 포트, 및 배출포트를 구비하는 상기 높이 제어 밸브(12)에 의해 수행된다. 상기 유입포트는 차량용 가압 공기 소스에 유동적으로(fluidly) 연결된다. 상기 에어 스프링 포트는 상기 에어 스프링(22)의 에어백(24)에 유동적으로 연결되고, 상기 배출포트는 대기에 유동적으 로 연결된다. 상기 높이 제어 밸브는, 상기 유입포트 및 상기 배출포트와 상기 에어 스프링 포트와의 유체 연결을 제어함으로써, 상기 에어 스프링(22)으로 에어를 유입하거나 또는 상기 에어 스프링(22)으로부터 에어를 배출시켜, 상기 차량 높이를 조절한다.
상기 높이 제어 밸브(12)는 통상적으로 상기 차량 프레임 레일(16)에 장착되어 있고, 조절 가능한 로드(rod)(34)를 통하여 상기 트레일링 암(14)에 작동 가능하게 연결된 회전 가능한 레버 암(32)(lever arm)을 구비하여, 상기 트레일링 암(14)의 운동이 상기 레버 암의 상응하는 운동을 야기하여 상기 밸브를 작동시켜 상기 유입포트 또는 배출포트에 상기 에어 스프링 포트를 연결한다.
종래의 높이 제어 밸브는 3가지 위치, 즉 팽창 위치, 중립 위치, 및 배출 위치를 가진다. 상기 팽창 위치에서는, 상기 레버 암(32)은 상방으로 회전되며, 상기 에어 스프링 포트는 상기 유입포트에 연결된다. 상기 중립 위치에서는, 상기 레버 암(32)은 대체로 수평이며, 상기 에어 스프링 포트는 상기 유입포트 또는 배출포트에 연결되어 있지 않다. 상기 배출 위치에서는, 상기 레버 암은 하방으로 회전되며, 상기 에어 스프링 포트는 상기 배출 포트에 연결된다.
현재 사용 가능한 여러 가지의 상기 높이 제어 밸브는 시간 지연 방식(time delay)으로 작동될 수 있거나, 높이 변화에 즉각적으로 대응할 수 있다. 이러한 밸브의 밸브 구조는 상기 트레일링 암의 상대적인 운동에 대응하여 다수의 포트를 밀봉하는 복수의 스프링 편향 피스톤(spring biased piston) 또는 유사한 구성요소를 통상적으로 포함한다. 이러한 형식의 높이 제어 밸브의 예가, 1992년 11월 10일에 발행된 미국특허 제5,161,579호, 1996년 10월 1일에 발행된 미국특허 제5,560,591호, 1994년 12월 27일에 발행된 미국특허 제5,375,819호에 개시되어 있다.
이러한 밸브는 밸브 하우징에 대하여 상기 피스톤을 밀봉하기 위하여 동적 또는 가동 피스톤을 둘러싸는 O-링 등의 형상의 밀봉재(seal)를 사용하는 경향이 있다. 이러한 "동적(dynamic)" 밀봉재는 상기 피스톤이 왕복 운동함에 따라 마모되어, 결국에는 파손에 이르게 된다.
다른 적절한 밸브는 어떤 동적 밀봉재를 구비하고 있지 않은 밸브를 포함한다. 이러한 밸브들의 그룹은 시어 밸브(shear valve)라고 불리며, 서로 접촉하는 플랫들(plats)을 포함하는데, 이들 플랫들 중 하나는 다른 하나에 대하여 이동가능하다. 상기 플랫들은 어떤 동적 밀봉재를 필요로 하지 않으면서, 상기 차량 에어 시스템으로부터의 압축공기에 의해 함께 지지된다. 이러한 밸브는 PCT/US00/23278에 개시되어 있는데, 이는 참조로 여기에 통합된다.
밸브 구조에 상관없이, 가장 통상적으로 사용되는 현재의 높이 제어 밸브는 상기 트레일링 암과 상기 높이 제어 밸브 사이의 기계적 연결부 때문에 손상된다. 이러한 기계적 연결부는 매우 가혹할 수 있는, 상기 트레일링 암 서스펜션의 환경에 직접 노출된다. 또한, 상기 기계적으로 작동되는 밸브의 대부분은 정기적으로 사용되지 않으면 "프리징(freezing)으로" 되기 쉽다.
상기 기계적으로 구동되고 제어되는 높이 제어 밸브의 단점에 대한 대응책으로, 전기적으로 제어되고 구동되는 높이 제어 시스템이 개발되었다. 상기 전기적 시스템은 상기 높이 제어 밸브 시장의 작은 부분을 형성한다. 이러한 전기적으로 제어되는 시스템은 통상적으로 상기 차량 높이 위치를 모니터링하기 위하여 다양한 센서를 사용하며, 상기 에어 스프링으로의 에어의 유입 및 상기 에어 스프링으로부터의 배출을 제어하기 위하여 솔레노이드(solenoid) 밸브와 같은 전기적으로 구동되는 밸브를 사용한다. 상기 전기적으로 제어되는 시스템의 단점은 구성부품의 가격, 유지보수 비용, 및 작동 비용에 있어서 상기 기계적 시스템보다 훨씬 많은 비용이 든다는 점이다. 그러나, 상기 전기적으로 제어되는 시스템은 상기 차량 높이에 있어서의 변화에 더 잘 대응하는 경향이 있다는 점에서 유리하다.
따라서, 본 발명은 상기 전자 시스템의 성능을 가지면서 상기 종래의 기계적 시스템과 같은 저비용으로 제조할 수 있는 차량 높이 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 차량에 대하여 지면-결합 바퀴를 지지하고 있는 축을 지지하는 서스펜션용 승차 높이 제어 시스템을 제공한다. 상기 승차 높이 제어 시스템은 차량을 지면에 대하여 기준 승차 높이로 유지한다. 상기 서스펜션은 현재의 상기 차량 승차 높이를 감지하고, 상기 현재의 승차 높이를 나타내는 출력 신호를 생성하는 높이 센서를 포함한다. 팽창 에어백이 상기 축 및 상기 차량 사이에 작동 가능하게 연결됨으로써, 에어백으로의 공기의 유입 및 에어백으로부터의 공기의 배출은 상기 차량 승차 높이를 조절하도록 상기 축 및 상기 차량 사이의 상대적 거리를 각각 증가시키고 감소시킨다. 상기 에어백을 팽창시키는데 사용되기 위하여, 가압 공기 소스가 구비된다. 밸브는 가압 공기 소스 또는 대기에 상기 에어백을 선택적이고 유동적으로 연결하여, 상기 에어백으로 에어를 유입하거나 상기 에어백으로부터 배출시킨다.
상기 승차 높이 제어 시스템은 상기 높이 센서 및 상기 밸브에 연결되는 밸브 엑츄에이터(valve actuator)를 구비하고,
상기 밸브 엑츄에이터는 높이 센서 출력 신호를 입력 신호로 수신하고, 상기 에어백이 상기 가압 공기의 소스 또는 대기에 유동적으로 연결되지 않는 중립 위치(neutral position), 상기 에어백이 상기 에어백에 공기를 유입하도록 상기 가압 공기의 소스에 유동적으로 연결되는 충전 위치(fill position), 및 상기 에어백이 공기를 상기 에어백으로부터 배출하도록 대기에 유동적으로 연결되는 배출 위치(exhaustion position) 사이에서 상기 밸브를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 한다. 상기 에어백을 상기 가압 공기의 소스 또는 대기에 유동적으로 연결함으로써, 상기 밸브 엑츄에이터는 승차 높이 제어 시스템이 상기 차량 승차 높이를 기준 승차 높이에 대하여 조절할 수 있도록 한다.
바람직하게는 상기 밸브 엑츄에이터는 제어 로직으로 프로그램되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 승차 높이를 조절하기 위하여 상기 밸브를 작동시키도록 상기 제어 로직과 결합되는 높이 센서의 출력 신호를 사용한다. 모터가 밸브 엑츄에이터를 구비할 수 있고, 상기 밸브에 연결되고 상기 컨트롤러에 작동가능하게 연결되어, 상기 컨트롤러는 상기 밸브를 선택적으로 작동시키도록 상기 모터를 작동시킨다.
바람직하게는 상기 모터는 밸브 부재에 장착된 전달 기어와 결합되는 출력 기어를 포함하여 상기 모터의 작동이 전달 기어를 회전시켜 상기 밸브를 상기 충전 위치와 배출 위치 사이로 이동시키도록 상기 출력 기어를 회전시킨다. 바람직하게 상기 모터는 가역적이고, 상기 컨트롤러는 상기 밸브를 상기 충전 위치로 이동시키도록 제1 방향으로 작동시키고, 상기 밸브를 상기 배출 위치로 이동시키도록 제2 방향으로 작동시킨다. 출력 기어는 웜 기어인 것이 바람직하다.
바람직하게는 센서 출력 신호는 포지티브 부호(positive sign) 또는 네거티브 부호를 포함하는 전압 신호이고 상기 컨트롤러는 상기 모터의 작동 방향을 결정하도록 상기 전압 신호의 부호를 사용한다. 상기 제어 로직은 바람직하게 상기 컨트롤러가 상기 차량 승차 높이를 기준 승차 높이로 유지하도록 한다. 상기 컨트롤러는 상기 차량이 기준 승차 높이 이상 또는 이하인가를 나타내는 표시로서 전압 신호 부호를 사용한다.
바람직하게는 상기 밸브는 상기 가압 공기의 소스에 연결되는 입구 포트(inlet port), 상기 에어백에 유동적으로 연결되는 에어 스프링 포트, 대기에 유동적으로 연결되는 배출 포트, 및 상기 에어 스프링 포트를 밸브 부재의 회전에 따라 입구 포트 또는 배출 포트에 선택적으로 유동적으로 연결하는 제어 통로(control passage)를 갖는 회전가능한 밸브 부재를 포함한다. 또한 상기 밸브는 상기 입구 포트, 에어 스프링 포트, 및 배출 포트가 유동적으로 연결되는 내부 챔버(interior chamber)를 형성하는 밸브 하우징을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 밸브 부재는 상기 입구 포트 및 배출 포트를 유동적으로 분리할 수 있다. 상기한 구성에서, 상기 입구 포트로 들어가는 가압 공기는 상기 밸브 부재를 상기 밸브 하우징에 대하여 밀봉 접촉부(sealing abutment)로 편향시킨다.
바람직하게는 상기 밸브 부재는 회전가능한 디스크이고 하우징에 장착되는 고정 시어 디스크에 위치할 수 있다. 바람직하게는 상기 회전가능하고 고정된 디스크는 세라믹 또는 다른 유사 재료로 이루어진다.
바람직하게는 상기 높이 센서는 광 센서(light sensor), 가변 정전용량 커패시터(variable-capacitance capacitor), 또는 가변 저항기(variable resistor)와 같은 트랜서듀서(transducer)이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 차량용 조절가능한 높이 서스펜션에 관한 것이다. 상기 서스펜션은 차량에 이동가능하게 장착될 수 있는 지면-결합 바퀴를 지지하는 축을 포함한다. 높이 센서는 현재의 차량 승차 높이를 감지하고 상기 현재의 승차 높이를 나타내는 출력 신호를 발생한다. 팽창가능한 에어백이 상기 차량의 축 사이에 작동가능하게 연결되어 상기 에어백으로 공기의 유입 및 상기 에어백으로부터 공기의 배출이 상기 차량 승차 높이를 조절하도록 상기 축과 상기 차량 사이의 상대 거리를 각각 증가시키고 감소시킨다. 가압 공기의 소스가 상기 에어백을 팽창시키는데 사용된다. 상기 에어백을 상기 가압 공기의 소스 또는 대기에 유동적으로 연결시키는 밸브가 제공되어 상기 에어백으로 공기를 유입하거나 상기 에어백으로부터 공기를 배출시킨다.
조절가능한 높이 서스펜션은 상기 높이 센서 및 상기 밸브에 연결되는 밸브 엑츄에이터(valve actuator)를 구비하고,
상기 밸브 엑츄에이터는 높이 센서 출력 신호를 입력 신호로 수신하고, 상기 에어백이 상기 가압 공기의 소스 또는 대기에 연결되지 않는 중립 위치(neutral position), 상기 에어백이 상기 에어백에 공기를 유입하도록 상기 가압 공기의 소스에 유동적으로 연결되는 충전 위치(fill position), 및 상기 에어백이 공기를 상기 에어백으로부터 배출하도록 대기에 유동적으로 연결되는 배출 위치(exhaustion position) 사이에서 상기 밸브를 선택적으로 작동시켜, 승차 높이를 상기 높이 센서에 의하여 감지된 현재의 승차 높이에 따라 조절하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 트레일링 암 서스펜션(110)을 나타낸다. 트레일링 암 서스펜션은 차체 프레임(114)에 장착되고 본 발명에 따른 전동식 높이 조절 밸브(116)와 연결되는 한 쌍의(도면에는 하나만 나타남) 트레일링 암 어셈블리(112)를 포함한다. 트레일링 암 어셈블리(112)는 부시 연결(120)을 통해 차체 프레임(114)에 매달린 프레임 브래킷(122)에 피벗식으로 장착되는 일 단부를 갖는 트레일링 암(118)을 포함한다. 트레일링 암(118)의 일부분에 장착되는 피스톤(126)을 포함하는 에어 스프링(124) 및 플레이트(130)를 통해 프레임(114)에 장착되는 에어백(128)은 트레일링 암(118)을 차체 프레임(114)에 연결한다. 프레임 브래킷(122)과 에어 스프링(124) 사이의 트레일링 암(118)에는 한 쌍의 부시 연결(134)에 의해 액슬 브래킷(132)이 장착된다. 액슬 브래킷에는 액슬(136)이 장착되고 액슬(136)에는 지면과 접촉하는 차량의 바퀴(미도시)가 회전식으로 장착된다. 쇽업소버(138)는 액슬 브래킷(132)과 프레임 브래킷(122) 사이에서 연장된다.
트레일링 암 서스펜션의 기본적인 작동이 널리 알려져 있지만, 간단한 요약은 아래의 설명을 이해하는데 유용할 수 있다. 차량의 바퀴가 노면의 변화를 맞이함으로써, 바퀴는 트레일링 암에 반발력을 가하여 프레임 브래킷(122) 및 차체 프레임(114)에 대하여 트레일링 암(118)을 피벗시킨다. 트레일링 암(118)의 피벗 운동은 에어 스프링(124)에 의해 감쇄된다.
에어 스프링(124)은 트레일링 암(118)의 회전 운동을 감쇄시키는 것 외에, 지면에 대한 프레임(114)의 높이를 조절하는 데에도 이용된다. 예를 들어, 정적 상태라고 가정하면, 에어백(128) 내부에 공기가 투입됨에 따라 차체 프레임(114)은 트레일링 암(118)에 대하여 상승되는데, 그 이유는 트레일링 암(118)이 지면과 접촉하는 바퀴 사이의 접촉으로 인해 지면에 대하여 효과적으로 고정되기 때문이다. 마찬가지로, 에어백(128)으로부터 가압 공기가 배출되면 차체 프레임(114)은 지면에 대하여 높이가 낮아지게 된다.
차체 프레임(114) 상에는 크리프 방지 장치(140)가 제공되며, 그 기능은 차체 프레임의 높이를 하강시키는, 적재 중에 트레일링 암(118)의 회전을 제한하는 것이다. 이러한 현상은 해당 분야에서 트레일러 크리프라고 공지되어 있고 적재 중에 에어 스프링으로의 공기 공급이 일반적으로 중단되기 때문에 발생한다. 트레일러에 중량이 추가됨에 따라 중량 증가에 대하여 에어 스프링이 팽창하지 못하여 프레임이 하강되는 결과를 가져온다. 프레임이 하강됨으로써, 트레일링 암은 부시 연결을 중심으로 효과적으로 피벗되어 바퀴를 회전시키고 트레일러를 도크로부터 이동시키게 된다.
크리프 방지 장치(140)는 차체 프레임(114)에 회전식으로 장착되는 스톱 암(142)을 포함한다. 스톱 암은 후퇴 위치(점선으로 표시)로부터 전진 위치로 회전될 수 있고, 이 때 스톱 암(142)의 단부는 트레일링 암(118) 위에 위치되며 차체 프레임에 대하여 트레일링 암(118)의 위쪽으로의 회전을 제한한다. 스톱 암(142)의 후퇴 위치와 전진 위치 사이의 이동은 일반적으로 공압 액추에이터(미도시)로부터의 가압 공기의 주입 또는 배출에 응답하는 공압 액추에이터에 의해 제어된다. 이러한 유형의 크리프 방지 장치(140)는 공지된 것이므로 추가의 상세한 설명은 생략한다.
높이 센서(144)는 프레임 브래킷(122)에 장착되고 트레일링 암(118)과 조작되게 연결되어서 센서가 트레일링 암의 방향을 감시하고 그 방향에 대응하는 신호를 출력하도록 한다. 높이 센서(144)는 전동식 높이 조절 밸브(116)와 전기적으로 결합되어 높이 조절 밸브(116)에 트레일링 암의 위치를 나타내는 신호를 공급하도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 센서(144)는 프레임 브래킷(122)의 내부에 고정되게 장착되고 링크(146)를 통해 부시 커넥터(120)에 기계식으로 결합된다. 프레임 브래킷(122)은 서로 대면하고 단부 벽(150)으로 연결되는 측벽(148)을 갖는다. 부시 커넥터(120)는 트레일링 암(118) 내부에 끼워맞춤되는 외측 슬리브(152) 및 외측 슬리브(152) 내부에 동심으로 수용되는 내측 슬리브(154)를 포함한다. 외측 슬리브(152)와 내측 슬리브(154) 사이에는 환형의 탄성재(155)가 압축되어 유지된다. 내측 슬리브(154)의 단부는 측벽(148)의 내측면과 각각 맞닿는다. 장착 볼트(156) 는 내측 슬리브(154)의 단부에 대하여 측벽(148)을 가압 장착하여 프레임 브래킷(122)에 대하여 내측 슬리브를 고정시킨다. 이러한 구성에 의해, 트레일링 암의 피벗 운동이 내측 슬리브(154)에 대한 외측 슬리브(152)의 회전을 야기시킨다. 회전은 환형의 탄성재(155)에 의해 달성되며, 외측 슬리브(152)가 내측 슬리브(154)에 대하여 회전되도록 한다.
센서(144)는 외측 슬리브(152)와 연결되는 링크(146)와 결합되는 외측 샤프트(160)를 포함한다. 링크(146)는 외측 슬리브의 회전 운동이 외측 샤프트(160)의 회전으로 일관되게 전달되기만 하면 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 링크는 다른 암의 단부에 있는 슬롯 내에 수용되는 핀을 갖는 하나의 암에 의해 연결되어서, 암(162, 164) 사이의 임의의 상대적인 수직 운동을 수용하면서 외측 슬리브의 회전 운동이 센서(144)의 외측 샤프트(160)로 일관되게 전달될 수 있는 암(162, 164)을 포함한다.
도 4 및 도 5는 센서(144)의 바람직한 형태를 나타낸다. 센서(144)는 외측 샤프트(160)에 장착되는 광 이미터(170)를 포함한다. 광 이미터(170)는 광원 챔버(174) 및 광원 챔버(174)를 광 이미터(170)의 외부와 광학적으로 연결하는 광 통로(176)를 갖는 금속 또는 플라스틱으로 제조된 솔리드 블록(172)으로 형성되는 것이 바람직하다. 발광 다이오드 또는 레이저와 같은 광원(178)은 광원 챔버(174) 내부에 위치되어 광 통로(176)를 통과하여 경로 A를 따라 블록(172)을 빠져나오는 빛을 방사한다.
높이 센서(144)는 반투명 유리와 같은 확산 부재(194)를 고정시킨 개구단을 갖는 광 밀폐 하우징(192)을 포함하는 광 센서 어셈블리(190)를 추가로 포함한다. 광학적 브리지(196) 형태의 광 검출기는 확산 부재(194) 후방의 광 밀폐 하우징(192) 내부에 위치된다. 광학적 브리지(196)는 광전도성 셀 또는 포토다이오드 검출기일 수 있는 2개의 이격된 센서(198, 200)를 포함한다. 각각의 광 센서는 이들이 받는 빛의 강도를 나타내는 전압 신호를 출력한다. 전압 신호 및 이들의 차이는 차량 높이의 변화를 확인하는데 이용된다. 광학적 브리지는 하프 브리지(2셀) 또는 풀 브리지(4셀) 배열 어느 쪽이든 광전도성 셀을 사용하는 휘스톤 브리지 회로인 것이 바람직하다.
광 센서(144)의 조작을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 차량이 기준 적재 높이에 있을 경우의 광 이미터(170)의 위치를 나타낸다. 도 4에서는 차량이 기준 적재 높이에 있을 경우에 광 이미터(170)가 광 센서 어셈블리(190)와 대략 직각으로 배향되는 것으로 나타내었지만, 광 이미터(170)는 기준 적재 높이를 설정하기 위해 광 센서 어셈블리(90)에 대하여 소정의 각도로 배향될 수도 있다.
도 4에 나타낸 기준 위치에서, 광 이미터(170)는 경로 A를 따라 광 빔을 방사한다. 광 빔이 광 센서 어셈블리(190)의 확산 부재(194)와 접촉하면, 확산된 광선은 이격된 광 센서(198)와 접촉한다. 광선은 확산 부재(194)로부터 광 센서(198, 200)로 각각 거리 d1 및 d2만큼 이동한다. 빛의 이동 거리는 광 센서에 의해 수집된 빛의 강도에 충격을 주어 센서로부터 대응되는 전압을 출력하도록 한다.
도 5를 참조하면, 차량에 제품을 상차 또는 하차함으로써 차량의 높이가 변 화되면, 트레일링 암(118)은 프레임 브래킷(122)에 대하여 회전하게 되어 외측 슬리브(152)의 대응 회전을 야기하고, 이것은 높이 센서(144)의 외측 샤프트(160)의 대응 회전을 야기한다. 높이 센서 외측 샤프트(160)가 회전함에 따라, 광 이미터는 새로운 위치로 회전되고 광 빔 A는 상이한 위치에 있는 확산 부재(194)에 인가된다. 확산 부재(194)로부터 방사되어 광 센서(198)로 들어가는 광선은 이제 거리 d3 및 d4를 통과하여 이동해야 한다. 거리 d1 및 d2와 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 센서(198)로 들어가는 광선에 대한 거리 d3이 거리 d1보다 짧다. 반대로, 거리 d4는 광 센서(200)에 대한 거리 Dd보다 길다. 도 4로부터 도 5로 광 이미터(170)의 위치를 변화시킴으로써, 센서(198)는 강도가 더 높은 빛을 받고, 센서(200)는 강도가 더 낮은 빛을 받게 된다. 강도의 변화는 광 센서(198, 200)의 전압 출력 신호의 변화에 따른다. 광 센서(198, 200)로부터의 출력 신호의 변화는 차체 프레임(114)에 대한 트레일링 암(118)의 회전 변화와 직접 관계되며 소정의 위치로부터의 차량 높이 변화의 측정을 제공한다. 광 센서(198, 200)로부터의 출력은 에어 스프링으로의 가압 공기의 주입 및 배출을 제어하여 광 이미터가 기준 위치로 회전되어 복귀할 때까지 차체 프레임을 상승 또는 하강시키는데 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전동식(motorized) 높이 제어 밸브(116)의 부품을 도시한다. 전동식 높이 제어 밸브(116)는 하부 밸브 하우징(202)과 하부 밸브 하우징으로부터 제거된 상태로 도시된 상부 밸브 하우징(204)을 구비하는 2-피스 밸브 하우징을 포함한다. 하부 밸브 하우징(202)은 기능적으로 2개의 부분으로 나누어 지는데, 즉 전기 접속부(206)와 유체 제어부(208)이다. 전기 접속부(206)는 입/출력 인터페이스(210)를 포함하는데, 입/출력 인터페이스(210)는 높이 제어 센서(144)와 임의의 다른 센서를 접속하기에 필요한 전기 접속부를 구비한다. 유체 제어부(208)는 밸브 조립체(212)와 유체 매니폴드(214)를 포함하는데, 유체 매니폴드(214)는 입구 포트(216)와 에어 스프링 포트(218)를 구비한다. 배출 포트(220)는 하부 밸브 하우징(202)에 대해서 입구 포트(216)와 에어 스프링 포트(218)의 반대편에 제공된다. 밸브 조립체(212)는 에어 스프링 포트(218)로부터 입구 포트(216) 또는 배출 포트(220)로의 흐름을 제어하여, 에어 스프링으로부터의 가압된 공기의 유입 및 배출을 제어한다.
밸브 액추에이터(222)는 밸브 조립체(212)에 동작 가능하게 연결된다. 밸브 액추에이터(222)는 구동 기어(228)가 위에 장착된 출력 샤프트(226)를 구비하는 전기 모터(224)를 포함한다. 전달 기어(230)는 구동 기어(228)에 커플링되고, 밸브 조립체에 커플링된 제어 샤프트(232)를 구비하여, 모터(224)를 작동시키면 구동 기어(228)가 회전되는데, 구동 기어(228)는 전달 기어(230)를 통해서 제어 샤프트(232)를 회전시켜 밸브 조립체를 제어하고, 에어 스프링과 입구 포트(216) 또는 배출 포트(220) 사이의 유체 연통을 제어한다.
콘트롤러(240)가 또한 전동식 높이 제어 밸브(116) 내에 제공된다. 바람직하게는 콘트롤러(240)는 모터(224)와 전달 기어(230)가 위에 장착되는 회로판(242)에 의해 형성된다. 마이크로프로세서(244)는 입출력 인터페이스(210)와 모터(224)에 전기 커플링된 회로판(242)상에 제동된다. 밸브 위치 센서(246)는 또한 회로 판(242) 상에 제공되고 프로세서(244)에 전기 커플링된다. 밸브 위치 센서(246)는 밸브 조립체(212) 상에 위치된 액추에이터(248)를 포함한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 밸브 조립체(212)가 제거된 상태의 하부 밸브 하우징(202)이 도시된다. 하부 밸브 하우징(202)은 밸브 조립체를 수용하기 위해서 한쪽이 개방된 내부 챔버(260)를 포함한다. 내부 챔버(260)는 내부 하우징 측벽(262)과, 상기 측벽(262)으로부터 멀리 연장되는 내부 원주벽(264)에 의해 부분적으로 형성된다. 공기 공급관(266)과 에어 스프링 도관(268)은 내부 챔버(260)로부터 입구 포트(216)와 에어 스프링 포트(218) 각각으로 연장된다. 에어 스프링 도관은 벽(262) 내의 개구(268A)를 형성한다. 배출관(270)은 하부 밸브 하우징(202)의 외부로부터 배출 포트(220)로 연장된다. 공기 공급관(266)은 가압된 공기의 소스를 내부 챔버(260)로 유체식 연결하기에 적합하다. 에어 스프링 도관(268)은 내부 챔버(260)를 에어 스프링 포트(218)에 연결한다. 배출관(270)은 내부 챔버(260)를 대기로 유체식 연결한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 밸브 조립체(212)는 고정 시어 디스크(272)와 동적 시어 디스크(273)를 포함하는 시어 밸브를 포함한다. 고정 시어 디스크(272)는 개구(274) 형태의 축방향 통로와 오리피스(276) 형태의 유체 통로를 구비하는데, 둘 다 디스크(272)를 통해 연장된다. 고정 시어 디스크(272)는 블라인드 정렬 개구(278, 280)를 포함하는데, 블라인드 정렬 개구(278, 280)는 하부 밸브 하우징(202)로부터 내부 챔버(260)로 연장되는 위치 설정 스터드(282, 284)를 수용하여, 고정 시어 디스크(272)를 하부 밸브 하우징(202)에 대해 정렬시켜, 오리피 스(276)는 에어 스프링 도관(268)의 개구(268A)와 정렬된다. 축방향 개구(274)는 배출관(270)과 정렬된다. 따라서, 오리피스(276)와 축방향 개구(274)는 고정 시어 디스크(272)의 상면과 에어 스프링 포트(218) 및 배출 포트(220) 사이의 유체 연통을 형성한다.
도 10을 참조하면, 동적 시어 디스크(273)가 하면으로부터 도시된다. 동적 시어 디스크(273)는 하부 밸브 하우징(202)의 내부 챔버(260) 내에 위치되어, 동적 시어 디스크의 하면은 고정 시어 디스크(272)의 상면과 맞대는 관계에 있다. 동적 시어 디스크(273)는 원형 로브(284)가 그로부터 연장되는 섹터부(282)를 포함한다. 대체로 T자 형상의 제어 통로(control passage)(286)의 형태의 통로가 동적 시어 디스크(273) 내에 형성되고, 원호형부(288)와 채널(290)을 포함한다. 원호형부(288)는 주로 섹터부(282) 내에 위치되고, 대향 출구 프로파일 슬롯(294)을 포함한다. 입구 프로파일 슬롯(296)은 섹터부(282)의 외부측에 제공되고, 출력 프로파일 슬롯(294) 중의 하나와 대응한다. 블라인드 슬롯(298)은 동적 시어 디스크(273)의 상면에 형성되고, 제어 샤프트(232)의 단부를 수용하는 크기를 갖는다.
조립되었을 때, 고정 시어 디스크(272)의 오리피스(276)는 출력 프로파일 슬롯(294)와 입구 프로파일 슬롯(296)의 쌍 중 한 쌍 사이에 놓일 것이다. 블라인드 슬롯(298)은 제어 샤프트(232)의 하단을 수용한다. 채널(290)은 원호형부(288) 및 출력 프로파일 슬롯을 배출관(270)을 통해 배출 포트(220)에 유체 연결한다.
도 11 내지 도 13은 시어 밸브의 3개의 주요 동작 위치를 도시하는데, 즉 충전 위치, 중립 위치, 배출 위치이다. 이러한 설명의 목적을 위해서, 높이 제어 밸 브가 중립 위치에서 시작하는 것으로 가정한다. 도 11에 도시된 중립 위치에서, 동적 시어 디스크(273)는 시어 디스크(272)로 향하여, 고정 시어 디스크의 오리피스(276)는 내부 슬롯(294)과 외부 슬롯(296) 사이에서 동적 시어 디스크(273)와 맞대기 관계로 위치되어, 에어 스프링 도관(268)의 개구(268a)를 효율적으로 밀봉하고 공기 공급 포트(266) 또는 배출관(270)으로부터 에어 스프링 도관(268)으로의 유체 연통을 막는다.
어떠한 이유로도 트레일러의 하중의 증가 등 프레임 레일로 향한 트레일링 암(118)의 상대적 이동이 있으면, 밸브는 도 12의 충전 위치로 이동되어, 공기를 에어백(128)으로 도입하여 차량 프레임을 상승시킨다. 도 12에 도시되듯이, 그러한 상태에서, 모터(224)는 동적 시어 디스크(273)를 회전시켜, 오리피스(276)는 외부 슬롯(296)과의 유체 연통 상태로 이동하여 에어 스프링 도관(268)을 내부 챔버(260)로 개방한다. 내부 챔버(260)는 지속적으로 공기 공급 포트(266)로 노출되기 때문에, 가압된 공기는 에어 스프링 도관(268) 내로 향할 것이고 가압된 공기를 에어 스프링 내로 도입할 것이다.
트레일러로부터 화물을 하역할 때와 같이 트레일링 암(118)과 프레임 레일이 서로 멀리 이동하면, 공기는 프레임(114)을 그 기준 높이로 되돌려 이동시키기 위해서 에어백으로부터 배출되어야만 한다. 도 13에 도시되듯이, 상기한 상황하에서, 밸브는 모터(224)에 의해 배출 위치로 이동되어 동적 시어 디스크(273)를 시어 디스크(272)로 이동시켜, 내부 슬롯(294)은 오리피스(276)와의 유체 연통 상태로 오게 된다. 배출 위치에서, 에어 스프링 도관(268)은 채널(290)을 통해서 배출 관(270)과 유체 연통된다.
도 14는 현수부(110)용 높이 제어 시스템의 개략도이며, 마스터 차량 콘트롤러(300), 현수부 콘트롤러(240), 높이 센서(144), 및 밸브 조립체(212) 사이의 상호 연결을 도시한다. 그 개략도는 또한 앤티-크립 장치의 암(142)의 위치를 검출하기 위한 센서(302)를 포함한다. 가압 공기 소스(304)가 제공되고 가압된 공기를 현수 공기 시스템과 브레이크 공기 시스템에 공급한다.
마스터 차량 콘트롤러(300)는 여러 가지 차량 동작 특성의 동작을 제어한다. 마스터 차량 콘트롤러(300)는 통상적으로 현수 콘트롤러(240) 등 특정 동작 특성의동작을 제어하는 복수의 개별 콘트롤러에 연결된다. 마스터 차량 콘트롤러(300)는 파워를 현수 콘트롤러(240)에 공급하는 파워 도관(310)을 포함한다. 데이터 접속부(312, 314)는 데이터를 현수부 콘트롤러(240)의 (출력부)로 제공하고 (입력부)로부터 수신한다. 바람직하게는, 출력 접속부(312)는 사용자 선택 기능/모드 데이터 신호를 마스터 콘트롤러(300)로부터 현수부 콘트롤러(240)로 송신하고, 그 신호를 현수부 콘트롤러(240)가 사용하여 동작 모드를 결정한다. 입력 접속부(314)는 바람직하게는 마스터 콘트롤러(300)에 현수부 콘트롤러(240)로부터의 높이 데이터, 모드 데이터, 및/또는 공기 데이터를 제공한다.
높이 센서(144)는 전력을 현수부 콘트롤러(240)로부터 높이 센서(144)로 제공하는 파워 접속부(316)를 포함한다. 데이터 접속부(318)는 차량의 현재의 높이를 나타내는 입력 신호를 현수부 콘트롤러(240)에 공급한다.
밸브 조립체(212)는 전력을 현수부 콘트롤러(240)로부터 밸브 조립체(212)로 공급하는 파워 접속부(320)를 포함한다. 데이터 접속부(322)는 고정 시어 디스크에 대한 동적 시어 디스크의 위치를 나타내는 입력 신호를 현수부 콘트롤러(240)로 공급한다. 구동 접속부(323)는 전기 모터의 동작을 제어하기 위해 데이터 신호를 현수부 콘트롤러(240)로부터 밸브 조립체(212)로 공급한다. 상술한 바와 같이, 높이 제어 밸브의 입구 포트(216)는 차량용 가압 공기 소스(304)에 유체 연결된다. 유사하게, 에어 스프링 포트(218)는 에어 스프링(124)에 유체 연결된다. 배출 포트(220)는 대기로 유체 연결된다.
파워 접속부(324)는 파워를 현수부 콘트롤러(240)로부터 센서(302)로 공급한다. 다른 센서에서와 같이, 데이터 접속부(326)는 암(142)의 위치를 나타내는 입력 신호를 현수부 콘트롤러(240)에 제공한다. 많은 적절한 센서가 암(142)의 위치를 검출하는 데에 이용가능하고 현재 사용된다. 공기 구동 파킹 브레이크(parking brakes)로부터의 가압된 공기의 방출에 의해 암(142)이 동작되면, 공통 센서는 공기가 파킹 브레이크로부터 배출될 때 전기 신호를 출력하는 압력 스위치이다. 현수부 콘트롤러(240)는 차량 현수부를 동작시키기 위한 필요한 로직을 포함하는 메모리, 바람직하게는 비휘발성 메모리를 포함한다. 콘트롤러(240)는 또한 높이 센서(144)로부터 수신된 데이터를 프로세스하기 위해 사용되는 필터링 알고리즘을 병합한다. 필터링 알고리즘은 통상적으로 순간적 높이 변화를 나타내는 고주파 변화를 제거하기 위해서 높이 센서(144)로부터 수신된 데이터를 필터링하여, 차량 높이를 불필요하게 조정하는 것을 피한다. 노면의 팽창 죠인트 및 다른 반복적 또는 비반복적 변형이 차량 높이의 고주파 변화의 예이며, 그것에 대해서는 차량의 주행 높이를 변경시키는 것이 바람직하지 않다.
차량 높이를 불필요하게 조정하는 것을 피하는 필요성은 차량의 동작에 중요하다. 정부의 규칙은 브레이크 공기 라인이 현수부 공기 라인을 포함하여 모든 다른 공기 라인으로부터 분리되는 것을 요구한다. 대부분의 차량에는 단지 2개의 공기 라인 또는 공기 시스템이 있는데, 즉 브레이크 공기 라인 및 현수부 공기 라인이며, 그것들 역시 공기를 임의의 공기 구동 액세서리에 공급한다. 대부분의 공기 시스템은 두 가지 시스템 모두를 위한 가압된 공기를 밸브(압력 보호 밸브)를 사용하여 동일한 공기 소스(304)로부터 취하는데, 밸브(압력 보호 밸브)는 공기 용기 내의 압력이 일단 소정량 아래로 강하하면 브레이크 공기 라인에만 공기를 제공한다. 순간적인 높이 변화에 응답하는 등 차량 높이가 불필요하게 조정되면, 차량 장착 압축기가 공기 용기를 재충전하는 속도보다 큰 속도로 공기 소스(304)로부터 가압된 공기를 취할 가능성이 있어서, 공기 압력이 임계치 위로 상승될 때까지 높이 제어 시스템의 너무 빠르고 불필요한 셧다운을 발생시킬 가능성이 있다.
동작시에, 밸브 사용자는 초기에 현수부의 동작 모드를 선택하고, 그것은 다음에는 현수부 콘트롤러(240)로 전달된다. 모드 선택은 소정의 차량의 주행 높이를 포함할 수 있다. 또는, 바람직한 주행(ride) 높이와 사용자에 의한 입력은 현재의 주행 높이와 동일하게 설정된 수 있다. 일단 초기 동작 모드 및 차량 주행 높이가 설정되면, 현수부(114)의 제어는 현수부 콘트롤러(240)로 넘겨진다.
현수부 콘트롤러(240)가 여러 가지 현수부 관련 동작을 제어할 수 있지만, 본 발명에 따른 높이 제어 시스템의 목적을 위해서, 현수부 콘트롤러(240)에 의해 제어되는 대부분의 관련 동작은 높이 센서(144)에 의해 공급된 주행 높이 데이터에 응답하는 차량 주행 높이의 제어와 에어 스프링의 에어백(24) 내의 영역의 부피를 제어함에 의한 차량 주행 높이의 대응 조정이다. 현수부 콘트롤러(240)는 바람직하게는 데이터 접속부(318)를 통해서 높이 센서(144)로부터 주행 높이 데이터의 스트림을 수신한다. 주행 높이 데이터의 스트림은 현수부 콘트롤러(240)에 의해 분석되어 주행 높이의 고주파 및 저주파 변화를 둘 다 감시한다. 바람직하게는, 현수부 콘트롤러(240)는 주행 높이 데이터의 스트림에 필터를 적용하여, 통상적으로 현재의 주행 높이의 변화를 반드시 필요로 하지는 않는 현상에 의해 도입되는 차량 주행 높이의 고주파 변화에 관한 데이터 포인트를 제거한다.
필터링된 주행 높이 데이터는 감시되고 기준 차량 주행 높이에 대해 비교된다. 일단 현재의 주행 높이의 변화가 기준 주행 높이를 소정량 "델타"만큼 초과하면, 현수부 콘트롤러(240)는 에어 스프링(24)으로부터 가압된 공기를 도입 또는 배출시킴으로써 현재의 차량 주행 높이를 조정한다. 통상적으로, 현재의 주행 높이는 소정의 시간 주기 "샘플 시간"에 걸쳐 감시되어, 기준 주행 높이에 대한 현재의 주행 높이의 변화가 과도적이 아닌 것을 보장한다. 현재의 주행 높이가 샘플 시간동안 델타만큼 초과하면, 그것은 통상적으로 차량 주행 높이에 영구적 변화가 있다는 것과, 현재의 주행 높이가 기준 주행 높이로 조정되어야 한다는 것을 나타낸다. 델타의 절대치는 통상적으로 현재의 주행 높이가 기준 주행 높이 위에 있는가 또는 아래에 있는가에 무관하게 동일하다는 것을 유의하여야 한다. 그러나, 델타가 현재의 주행 높이가 기준 주행 높이 위 또는 아래에 있는가에 따라 다른 값을 갖는 것 은 본 발명의 범위 내에 있다. 델타를 위한 값은 통상적으로 사용자가 정의하고 차량, 현수부, 동작 환경 또는 다른 요인에 따라 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
현재의 주행 높이가 샘플 시간 동안 델타보다 큰 양만큼 기준 주행 높이 위에 있으면, 현재의 주행 높이가 너무 높고 기준 주행 높이로 낮추어져야 한다. 현수부를 기준 주행 높이로 이동시키기 위해서, 현수부 콘트롤러(240)는 접속부(323)를 통해서 밸브 조립체(212)로 제어 신호를 보내어 모터(224)를 여기시키고, 따라서, 동적 시어 디스크(273)를 회전시켜, 밸브를 에어 스프링 포트(218)가 배출 포트(212)와 유체 연통되는 배출 위치로 이동시켜, 공기를 에어백(128)으로부터 배출시키고 현재의 주행 높이를 기준 높이로 낮춘다.
서스펜션 컨트롤러(240)는 에어가 에어백(128)으로부터 밸브 조립체(212)를 통해 배출되는 동안 높이 센서(144)로부터 높이 데이터를 계속해서 수신한다. 서스펜선 컨트롤러(240)가 높이 데이터로부터 현재의 차량 높이가 기준 승차 높이와 실질적으로 동일한 것으로 판정할 때, 서스펜션 컨트롤러(240)는 제어 신호를 모터(224)에 보내 에어백(128)으로부터 에어 배출이 중단되도록 동적 시어 디스크(273)를 중립 위치로 복귀시킨다.
현재의 승차 높이가 표본 시간에 대한 델타량만큼 기준 승차 높이 이하인 경우, 현재의 승차 높이는 지나치게 낮고 기준 승차 높이까지 상승되어야 한다. 서스펜션을 기준 승차 높이까지 이동시키기 위하여, 서스펜션 컨트롤러(240)는 모터(224)를 여기시키도록 연결부(233)를 따라 밸브 조립체(212)에 제어 신호를 보내 어 동적 시어 디스크(273)를 회전시킴으로써 에어 스프링 포트(218)가 입구 포트(216)와 유체 연통하여 에어백(128)으로부터 에어를 도입하고 현재의 승차 높이를 기준 승차 높이까지 상승시키는 충전 위치 내에 밸브를 배치시킨다. 서스펜선 컨트롤러(240)는 에어가 에어백(128)으로부터 밸브 조립체(212)를 통해 배출되는 동안 높이 센서(144)로부터 높이 데이터를 계속해서 수신한다. 서스펜선 컨트롤러(240)가 높이 데이터로부터 현재의 차량 높이가 기준 승차 높이와 실질적으로 동일한 것으로 판정할 때, 서스펜션 컨트롤러(240)는 제어 신호를 모터(224)에 보내 에어백(128)으로부터 에어 배출이 중단되도록 동적 시어 디스크(273)를 중립 위치로 복귀시킨다.
바림직하기로는, 서스펜션 컨트롤러(240)는, 자신의 프로그램 논리를 통해, 기준 승차 높이를 벗어나는 것을 방지하도록 기준 승차 높이에 접근할 때 승차 높이의 변화량을 모니터링하며, 이 기준 승차 높이가 지나치게 높은 경우, 차량 승차 높이를 반대 방향으로 더 조정할 필요가 있다. 최악의 경우, 이것은 승차 높이가 기준 높이 이상 및 이하로 계속해서 이동하는 요요 효과를 일으킬 수 있고, 이로써 공기 소스(304) 내의 에어 압력이 임계치 이하로 강하될 수 있다.
서스펜션 컨트롤러(240)가 밸브 조립체(212)에 제어 신호를 보내 전기 모터(224)를 작동시켜 동적 시어 디스크(273)의 위치를 제어하고 가압 공기를 에어백(24)으로부터 도입하고 가압 공기를 배출하는 것을 제어하는 여러 가지 방식이 있지만, 서스펜션 컨트롤러(240) 및 제어 신호는 플러스 전압 및 마이너스 전압 양자 모두를 갖는 것이 바람직하다. 전압 신호의 표시는 또한 전기 모터의 순방향 및 역방향 동작을 제어한다. 플러스 및 마이너스 전압 신호의 조합으로, 서스펜선 컨트롤러(240)는 동적 시어 디스크(273)의 위치에 관한 데이터 스트림을 연결부를 따라 수신한다. 위치 정보를 사용하여 동적 시어 디스크(273)의 위치를 판정하고, 밸브를 충전 위치, 중립 위치, 또는 배출 위치 중 어느 한 쪽으로 배치시키도록 동적 시어 디스크(273)를 이동시키는데 필요한 전압 신호의 적절한 표시를 판정하는데 필요한 정보를 서스펜션 컨트롤러(240)에 제공한다.
도 15는 본 발명에 사용하는 높이 센서(440)의 제2 실시예의 도면이다. 높이 센서(440)는 제1 실시예의 높이 센서와 여러 가지 면에서 유사하므로, 동일 부재에는 동일 도면 부호를 사용하고 제1 및 제2 실시예 간의 주요한 상이점에 대하여서만 상세하게 설명한다. 높이 센서(440)는, 외부 샤프트(160)에 장착되고 회절광 패턴을 광 센서(490) 상으로 조사하는 광 이미터(470)를 포함한다. 광 이미터(470)는 광 챔버(474)를 갖는 블록(472), 및 광 챔버(474)를 블록(472)의 외부에 선택적으로 연결시키는 회절 슬릿(476)을 포함한다. LED 또는 다이오드 레이저와 같은 광 이미터는 광 챔버(474) 내에 배치된다. 시준 렌즈가 광원(478)과 회절 슬릿(476) 사이에 배치된다.
광 센서 어셈블리(490)는 이격된 광 센서(498, 500)를 갖는 광학 브리지(496)를 포함한다. 광학 브리지(490)는 제1 실시예에서와 같이 하우징 내에 내장되지 않는다. 또한, 광학 브리지(496)와 광 이미터(470) 사이에 디퓨저가 배치되지 않는다.
광 이미터(470)는 쇄선 B로 예시된 바와 같이 회절 패턴을 조사한다. 쇄선 B는 광 센서(498, 500)에 대한 광 강도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도 7에 예시된 기준 위치에서, 가장 강도가 큰 회절 패턴은 광 센서(498, 500) 사이의 대체로 중앙에 위치된다. 광 센서(498, 500)는 최대 강도의 대략 50%인 회절 패턴 부분을 볼 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 외부 샤프트(460)가 차량의 높이의 변화에 응답하여 회전할 때, 회절 패턴은 회절 패턴 C로 예시된 바와 같이 광학 브리지(496)에 대하여 횡방향으로 이동한다. 회절 패턴의 이동으로 인하여 센서(498, 500)에 의하여 알 수 있는 바와 같이 광 강도가 변경된다. 광학 브리지(496)는 광학 센서(498, 500)에 의하여 현재 알 수 있는 바와 같이 강도에 대응하는 전압 신호를 출력한다. 상기 출력 신호는 전술한 바와 같이 제1 실시예의 출력 신호와 동일한 방식으로 처리된다.
제2 실시예에 있어서, 광 이미터는 고출력 협대역 적외선 LED(대략 940nm) 또는 적외선 다이오드 레이저 중 어느 하나가 바람직하다. 광 이미터로부터의 광은 예를 들어 광전도성 셀, 적외선 광다이오드, 적외선 광휘발성 셀 중 어느 하나일 수 있는 광 센서(498, 500)의 감도와 일치되거나 또는 이 감도에 최적화되는 것이 바람직하다.
광 이미터(470)로부터 조사된 광이 시준된 다음 슬릿을 통해 조사되어 회절 패턴을 발생시킨다는 점이 본 발명에서는 또한 중요하다. 따라서, 슬릿의 형상은 회절 패턴을 얻을 수 있도록 정밀하게 제어되어야 한다. 에를 들면, 광 이미터가 940nm의 파장을 조사하는 경우, 슬릿은 대략 0.00005m 내지 0.0001m 사이가 되어야 한다. 슬릿(476)을 떠난 광은 광학 브리지와 접촉되기 전에 슬릿에 비하여 상대적 으로 먼 거리를 통과해야 한다. 상기 예에서, 거리는 5cm가 충분하다.
도 16 및 도 17은 도 1에 도시된 트레일링 암 서스펜션 및 차량 환경에서의 제3 실시예의 높이 센서(540)의 도면이다. 제3 실시예의 센서(540)는 높이 센서(540)가 트레일링 암(118)의 회전 변화 대신에 트레일링 암(118)의 높이 변화를 모니터링하여 기준 위치로부터 차량 프레임의 높이 변화를 평가하는 점을 제외하고는 제1 실시예와 대체로 동일하다. 따라서, 제1 및 제2 실시예와 비교하여 제3 실시예의 동일한 부재에는 동일 도면 부호를 사용하였다. 예를 들면, 높이 센서(540)는 제1 실시예에 개시된 바와 같이 동일한 광 이미터(170) 및 광 센서 어셈블리(190)를 사용할 수 있다.
높이 센서(540)와 높이 센서(440) 간의 주요한 차이점은 광 이미터(170)는 고정되고, 횡방향으로 이동하는 프레넬 렌즈(542)가 광 이미터(170)와 광 센서 어셈블리(190) 사이에 위치된다는 점이다. 프레넬 렌즈(542)는 링크(544)에 의하여 트레일링 암(118)에 기계적으로 결합된다. 트레일링 암이 프레임 브래킷(122)에 대하여 피벗할 때, 링크(544)는 높이 센서(540)에 대하여 왕복이동하고, 프레넬 렌즈(542)를 광 이미터(170) 및 광 센서 어셈블리(190)의 고정 위치에 대하여 이동시킨다.
잘 알 수 있는 바와 같이, 프레넬 렌즈(542)는 일련의 편심 링(548)을 포함하고, 이들 링 각각은 프레넬 렌즈의 평면(546)에 부딪치는 광이 렌즈를 통과하고 편심 링에 의하여 소정의 초점 위치에 집속되도록 상이한 각도로 배향된 면, 즉 반사면을 갖는다.
높이 센서(540)에 있어서, 프레넬 렌즈(542)의 평면(546)은 광 이미터(170)와 대면하고, 편심 링(548)은 광 센서 어셈블리(190)의 디퓨저 부재(194)와 대면한다. 따라서, 광 이미터(170)로부터 조사되어 프레넬 렌즈의 평면(546)에 부딪치는 광은 편심 링에 의하여 디퓨저 부재(194) 상의 지점에 집속된다. 편심 그루브에 의하여 형성된 반사면의 각배향은 광 이미터로부터 조사된 광이 디퓨저 부재(194)의 위치에 집속되도록 선택된다.
트레일링 암이 차량에 대하여 이동할 때, 프레넬 렌즈(542)는 디퓨저 부재에 대하여 횡방향으로 이동하여 디퓨저 상의 초점의 위치를 변경시킴으로써 광 센서(198, 200)에 의하여 알 수 있는 바와 같이 광 강도가 변경된다. 프레넬 렌즈(542)를 통과한 후 디퓨저 부재(194)와 접촉되는 광 포인트는 제1 실시예에 개시된 바와 대체로 동일한 방식으로 처리된다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 제4 실시예의 광 센서(640)의 도면이다. 제4 실시예의 광 센서(640)는 차량 프레임(114)에 대한 트레일링 암(118)의 회전 동작에 응답한다는 점이 제1 실시예 및 제3 실시예와 유사하다. 높이 센서(640)는 용량 변화에 따라 트레일링 암(118)에 대한 차량 프레임의 높이 변화를 판정하는 제어 신호를 발생시킨다는 점이 상이하다.
높이 센서(640)는 커패시터 브리지 회로(642)를 형성하는 이동가능 플레이트(646) 세트가 그 사이에 배치된 한 세트의 이격된 고정 플레이트(644)를 포함하는 가변 커패시터를 갖는다. 고정 플레이트(644)는 한 쌍의 대향하는 반원형 플레이트(648)에 의하여 형성되고, 이들 반원형 플레이트 각각은 튜브(650)를 지지하도 록 장착된다. 반원형 플레이트(648)는 서로 약간 이격되어 고정 플레이트를 제1 및 제2 시리즈(652, 654) 내로 각각 효과적으로 분할시키는 방식으로 지지 튜브(650) 내에 장착된다. 제1 및 제2 시리즈(652, 654)는 전기적으로 별개이다. 이동가능 플레이트(646)는 섹터 즉 파이-웨지 형상을 갖고, 지지 튜브(650) 내에 장착되며 샤프트의 회전으로 인하여 이동가능 플레이트(646)가 고정 플레이트(644)에 대하여 회전하도록 외부 샤프트(160)에 연결된 회전가능한 제어 샤프트(656)에 장착된다.
바람직한 기준 위치에 있어서, 이동가능 플레이트(646)는 고정 플레이트(644)의 제1 및 제2 시리즈(652, 654)에 대하여 위치되므로 제1 및 제2 시리즈(652, 654) 사이의 갭은 이동가능 플레이트에 대하여 대략 중앙에 위치된다. 고정 플레이트와 이동가능 플레이트 사이의 공간은 적합한 유전체 재료로 채워지는 것이 바람직하다.
동작 시, 트레일링 암(118)이 차량의 높이 변화에 응답하여 차량 프레임에 대하여 회전할 때, 외부 샤프트(160)는 이에 대응하여 제어 샤프트(656)를 회전시켜 이동가능 플레이트(646)를 반원형 플레이트의 제1 및 제2 시리즈(652, 654)에 대하여 이동시킨다. 이동가능 플레이트가 반원형 플레이트 중 하나의 시리즈 상의 더 많은 영역을 커버할 때, 다른 시리즈의 반원형 플레이트 상의 용량이 증가되고, 이로써 제1 및 제2 시리즈의 플레이트 사이에 용량 차이가 발생한다. 용량의 차이는 높이 변화의 크기에 관련되고, 차량의 높이 조정에 사용하도록 높이 센서에 의하여 출력된다.
도 20은 본 발명에 따른 제5 실시예의 높이 센서(740)의 도면이다. 제1 내지 제4 실시예와는 달리, 높이 센서(740)는 트레일링 암(118)에 직접 연결되지 않는다. 대신에, 높이 센서(740)는 에어 스프링(124)의 내부에 위치된다. 높이 센서(740)는 일단은 에어 스프링(124)의 상판(125)에 연결되고 타단은 에어 스프링(124)의 피스톤(123)에 연결되는 스프링 플레이트(742)를 포함한다. 가요성의 가변 레지스터(744)가 스프링 플레이트(742)에 고정된다. 가요성의 가변 레지스터(744)는 공지되어 있으며 본 명세서에 결합시킨 미국 특허 제5,086,785호에 상세하게 기재되어 있다. 가요성의 레지스터(744)는 만곡될 때 그 저항이 변한다.
만곡에 응답하여 저항이 변하는 가요성의 가변 레지스터(744)의 특징을 사용하여 기준 위치에 대한 차량의 높이 변화량을 나타낸다. 예를 들면, 차량의 적재 또는 하역에 응답하여 차량의 높이가 변할 때, 에어백(24)은 이에 대응하여 압축 또는 팽창되고, 이로써 스프링 플레이트(742) 및 가요성의 가변 레지스터(744)가 만곡된다. 가요성의 가변 레지스터(744)의 저항 변화는 높이 변화의 정도를 표시하는 것이 된다.
확실하게 하기 위하여, 가요성의 가변 레지스터(744)는 동일한 방식으로 반복해서 만곡시키는 것이 중요하다. 스프링 플레이트(742)는 가요성의 가변 레지스터(744)용 베이스를 제공하고 가요성의 가변 레지스터(744)가 계속해서 만곡을 반복하도록 보조한다.
도 21은 본 발명에 따른 제6 실시예의 높이 센서(840)의 도면이다. 높이 센서(840)는 나선형 코일 또는 코일 스프링(842) 둘레에 감긴 가요성의 가변 레지스 터(744)를 사용하는 점이 높이 센서(740)와 유사하다. 코일 스프링(842)은 충격 흡수기(138)의 내부에 배치된다.
충격 흡수기는 피스톤(848)이 연장되고 또한 커버(844)를 관통하여 연장되는 실린더(846)에 이동가능하게 장착되거나 실린더를 포개지는 외부 커버(844)를 포함한다. 코일 스프링(842)은 피스톤 샤프트(848) 둘레에 감기고 일단은 커버(844)에 부착되며 타단은 실린더(846)의 상부에 부착된다.
높이 센서(840)는 트레일링 암(14)이 차량 프레임에 대하여 회전할 때, 충격 흡수기 커버(844)가 하우징(846)에 대하여 왕복이동하여 코일 스프링(842)을 압축 또는 팽창시키고 가요성의 가변 레지스터(744)를 만곡시키도록 높이 센서(740)와 실질적으로 동일하게 기능한다. 높이 센서(740)에서와 같이, 가요성의 가변 레지스터(744) 및 높이 센서(840)의 만곡으로 인하여 높이 센서(840)가 차량 프레임(12) 및 트레일링 암(14)의 상대 이동에 대응하는 신호를 출력한다.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 제7 실시예의 높이 센서의 도면으로서, 충격 흡수기(138)에 관한 것이다. 제7 실시예의 높이 센서(940)와 제6 실시예의 높이 센서(840) 간의 차이는 코일 스프링(842) 대신에 스프링 플레이트(942)가 사용된다는 점이다, 스프링 플레이트(942)는 충격 흡수기의 커버(844) 내에 형성된 별개의 챔버(645) 내에 지지된다.
높이 센서(740)에서와 같이, 높이 센서의 스프링 플레이트(942)는 초기에 만곡된 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 높이 센서(740)에 개시된 바와 같은 스프링 플레이트는 뚜렷한 C자 형상의 프로파일을 갖는 반면 스프링 플레이 트(942)는 사인파의 절반 주기 프로파일, 즉 작은 웜 형상의 프로파일을 갖는다. 프로파일은 쉽게 수직으로 또는 수평으로 배향된 S자 형상 또는 다수의 사인 곡선파일 수 있다.
본 발명을 특정의 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 단지 예시적인 것으로서 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위는 종래 기술에서 광범위하게 허용되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 전자 시스템의 성능을 가지면서 상기 종래의 기계적 시스템과 같은 저비용으로 제조할 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (20)

  1. 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템으로서,
    차축과 차체 프레임 간의 거리를 감지하고, 상기 거리에 따른 신호를 발생시키는 센서;
    일부가 챔버를 형성하는 벽을 포함하되, 상기 챔버는 챔버 내부를 관통하여 연장되는 흡입 포트, 작동 포트 및 배출 포트를 갖는 하우징;
    상기 챔버에 공급되는 압축공기에 의해서 상기 벽에 대해서 밀봉되는 측면을 갖는 이동가능한 플레이트; 및
    상기 차축과 차체 프레임 간의 거리를 선택적으로 제어하기 위해서, 상기 신호에 따라서 상기 플레이트에 결합되어 플레이트를, 상기 작동 포트가 상기 흡입 포트에 연결되는 충전 위치와 상기 작동 포트가 상기 배출 포트와 연결되는 배출 위치 사이로 이동시키는 모터를 포함하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작동 포트가 상기 흡입 포트 및 배출 포트로부터 분리되는 중립 위치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동가능한 플레이트는 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스크는 회전가능한 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작동 포트 및 배출 포트는 상기 벽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벽에 대해서 밀봉될 수 있는 회전가능한 디스크는 상기 흡입 포트 및 배출 포트를 덮는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호를 받고, 상기 모터를 제어하기 위한 콘트롤러를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 제어 로직(control logic)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 로직은 상기 모터를 작동시키기 위해 상기 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 모터는 역회전할 수 있고, 상기 콘트롤러는 상기 모터를 상기 이동가능한 플레이트를 충전 위치로 이동시키는 제1 방향 및 상기 이동가능한 플레이트를 배출 위치로 이동시키는 제2 방향으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모터를 상기 이동가능한 플레이트와 결합시키는 기어를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기어는 웜 기어인 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    피드백 신호를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 신호는 상기 이동가능한 플레이트의 위치를 지시하는 것임을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    제어 로직을 갖는 콘트롤러를 추가적으로 포함하되, 상기 콘트롤러는 상기 제어 로직 및 상기 이동가능한 플레이트의 위치를 지시하는 신호에 기초하여 상기 모터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 회로기판에 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 광학 센서, 홀 이펙트 센서, 마그네틱 센서, 가변저항 센서 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    안티 크립 장치(anti-creep device)의 위치를 감지하고, 그를 지시하는 위치 신호를 발생시키는 위치 센서; 및
    차축과 차체 프레임 간의 거리를 선택적으로 제어하기 위해서, 상기 위치 신호 및 거리 신호를 수신하고, 상기 신호에 따라서 상기 이동 가능한 플레이트의 움직임을 상기 작동 포트가 흡입 포트에 연결되는 충전 위치 및 상기 작동 포트가 배출 포트와 연결되는 배출 위치 사이에서 제어하는 콘트롤러
    를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 위치 센서가 상기 안티 크립 장치가 하강된 위치에 있는 것을 감지한 경우, 상기 콘트롤러는 차량의 마스터 콘트롤러에 경고 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 차축과 차체 간의 거리 제어 시스템.
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