KR20070114732A - 자동차용 휠 서스펜션 - Google Patents

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KR20070114732A
KR20070114732A KR1020077020196A KR20077020196A KR20070114732A KR 20070114732 A KR20070114732 A KR 20070114732A KR 1020077020196 A KR1020077020196 A KR 1020077020196A KR 20077020196 A KR20077020196 A KR 20077020196A KR 20070114732 A KR20070114732 A KR 20070114732A
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wheel
wheel suspension
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angle
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KR1020077020196A
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메틴 에르소이
안드레아스 게르트너
토마스 로세마이어
Original Assignee
젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Publication date
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Abstract

본 발명은 지지체 부재(5), 상기 지지체 부재(5)에 대해 이격되어 배치된 휠 지지체(1) 및 상기 휠 지지체(1)에 회전 가능하게 지지된 휠(4)을 포함하는 자동차(7)용 휠 서스펜션에 관한 것이다. 상기 휠 지지체(1)는 제 1 안내 부재(3; 17) 및 제 1 선회 가능한 연결 부재(10)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 휠 지지체(1)는 제 2 안내 부재(2; 4) 및 제 2 선회 가능한 연결 부재(8; 12)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 제 1 측각기(27, 28)가 제 1 선회 가능한 연결 부재(10) 내에 통합되고, 제 2 측각기(44, 45)가 제 2 선회 가능한 연결 부재(8; 12) 내에 통합된다.
지지체 부재, 휠 지지체, 휠, 안내 부재, 연결 부재, 측각기.

Description

자동차용 휠 서스펜션{WHEEL SUSPENSION FOR A VEHICLE}
본 발명은 지지체 부재, 상기 지지체 부재에 대해 이격되어 배치된 휠 지지체 및 상기 휠 지지체에 회전 가능하게 지지된 휠을 포함하고, 상기 휠 지지체는 제 1 안내 부재 및 제 1 선회 가능한 연결 부재를 통해 지지체 부재에 연결되고, 상기 휠 지지체는 제 2 안내 부재 및 제 2 선회 가능한 연결 부재를 통해 지지체 부재에 연결되는, 자동차용 휠 서스펜션에 관한 것이다.
이러한 휠 서스펜션들은 선행 기술에 공지되어 있다. 휠 또는 타이어의 작동점은 최신 주행 다이내믹 조절 시스템에서 측정된 값들을 이용해서 모델에 의해 지원되어 결정되므로, 슬립의 경우 휠- 또는 타이어-힘 포텐셜의 이용률은 근사적으로 결정될 수 있다. 그러나, 휠 부하, 또는 특히 캠버 및 토우(toe)의 크기에 의해 규정되는, 차체에 대한 정확한 휠- 또는 타이어 위치가 계산에 들어갈 수 없거나 부정확하게만 들어가기 때문에, 정확도 및 유효성과 관련한 단점이 있다. 따라서, 주행 다이내믹 조절 시스템의 성능이 완전히 이용될 수 없다.
본 발명의 목적은 휠- 또는 타이어 힘 포텐셜의 이용률이 보다 높은 정확도로 결정될 수 있는, 상기 방식의 휠 서스펜션을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 따른 휠 서스펜션에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따른 자동차용 휠 서스펜션은 지지체 부재, 상기 지지체 부재에 대해 이격되어 배치된 휠 지지체 및 상기 휠 지지체에 회전 가능하게 지지된 휠을 포함하고, 상기 휠 지지체는 제 1 안내 부재 및 제 1 선회 가능한 연결 부재를 통해 지지체 부재에 연결되고, 상기 휠 지지체는 또한 제 2 안내 부재 및 제 2 선회 가능한 연결 부재를 통해 지지체 부재에 연결된다. 제 1 측각기가 상기 제 1 선회 가능한 연결 부재 내에 통합되고, 제 2 측각기가 상기 제 2 선회 가능한 연결 부재 내에 통합된다.
본 발명에 따른 휠 서스펜션에 의해, 예컨대 캠버 각, 토우 각, 및/또는 휠에 작용하는 휠 부하를, 휠 서스펜션 자체에서, 즉 휠에 비교적 가까이에서 또는 바로 근처에서 픽업되는 측정값으로부터 결정하는 것이 가능하다. 휠 서스펜션의 기하학이 공지되어 있고 경우에 따라 그 다이내믹 특성이 공지되어 있으면, 휠 서스펜션의 상이한 장소에서 2개의 각도 측정에 의해 캠버 각, 토우 각, 및 휠에 작용하는 휠 부하가 지금까지 보다 더 정확하게, 바람직하게는 휠 서스펜션에서 직접 결정될 수 있다. 제 1 측각기에 의한 각도 측정은 휠 지지체 또는 지지체 부재에 대한 제 1 안내 부재의 선회 및/또는 회전을 나타낸다. 또한, 제 2 측각기에 의한 각도 측정은 휠 지지체 및/또는 지지체 부재에 대한 제 2 안내 부재의 선회 및/또는 회전을 나타낸다. 캠버 각, 토우 각 및/또는 휠 부하가 휠- 또는 타이어-힘 포텐셜의 이용률을 함께 결정하기 때문에, 이것은 높은 정확도로 결정될 수 있다.
또한, 휠 지지체는 추가의 안내 부재 및 선회 가능한 연결 부재를 통해 지지체 부재에 연결될 수 있다.
제 1 선회 가능한 연결 부재는 바람직하게는 볼 앤드 소켓 조인트로서 형성되고, 상기 볼 앤드 소켓 조인트를 통해 예컨대 제 1 안내 부재가 휠 지지체에 선회 및 회전 가능하게 연결된다. 상기 제 1 안내 부재는 지지체 부재 측에서 탄성 중합체 베어링 또는 구형 조인트를 통해 지지체 부재에 연결될 수 있다.
구형 조인트는 여기서 특히 탄성 중합체- 및 고무 조인트를 의미하며, 상기 조인트는 볼 앤드 소켓 조인트와 동일한 공간 방향으로 운동 가능하다. 이를 위해, 조인트는 내부 및 외부를 가지며, 상기 내부는 탄성 중합체 바디의 중간 접속 하에 외부 내에 배치된다. 원칙적으로, 볼 앤드 소켓 조인트는 구형 조인트로서 적합하다. 물론, 이 경우, 휠에 나타나는 충격은 거의 댐핑되지 않은 상태로 지지체 부재로, 그에 따라 차체로 전달될 수 있다.
제 2 선회 가능한 연결 부재도 바람직하게는 볼 앤드 소켓 조인트로서 형성되고, 상기 볼 앤드 소켓 조인트를 통해 예컨대 제 2 안내 부재가 휠 지지체에 선회 및 회전 가능하게 연결된다. 제 2 안내 부재는 지지체 부재 측에서 탄성 중합체 베어링 또는 구형 조인트를 통해 지지체 부재에 연결될 수 있다.
측각기는 각각 하나 이상의 카아던 각도, 특히 2개의 카아던 각도 및/또는 회전 또는 바람직하게는 하나 이상의 회전 각도를 측정할 수 있다.
제 1 안내 부재는 안내 로드일 수 있고, 바람직하게는 제 1 안내 부재는 컨트롤 암 또는 횡방향 로커이다. 또한, 제 2 안내 부재는 토우 또는 컨트롤 암으로 형성될 수 있다. 제 2 안내 부재가 컨트롤 암이면, 이는 바람직하게는 상부 컨트롤 암인 한편, 제 1 안내 부재는 하부 컨트롤 암 또는 하부 횡방향 로커로 형성될 수 있다.
측각기에 의한 각도 측정은 바람직하게는 자기 측정 원리를 기초로 하는데, 그 이유는 이것이 자동차 분야에서 매우 낮은 고장률을 가지며 안전한 것으로 나타났기 때문이다. 따라서, 각각의 측각기는 특히 하나 이상의 자석 및 하나 이상의 자계 감지 센서, 특 자기 저항 센서 또는 홀 원리에 따라 동작하는 센서를 갖는다. 이러한 측각기를 볼 앤드 소켓 조인트 또는 구형 조인트 내에 통합하는 경우, 자석은 조인트 볼 내에 배치되는 한편, 자계 감지 센서는 조인트 볼을 수용하는 하우징 내에 배치될 수 있거나, 또는 그 반대로 배치될 수 있다.
캠버 각, 토우 각, 및/또는 휠에 작용하는 휠 부하를 검출하는 정확도를 높이기 위해, 제 1 선회 가능한 연결 부재 및 제 2 선회 가능한 연결 부재는 바람직하게는 서로 간격을 갖는다.
2개의 측각기는 특히 평가 장치와 전기 접속되고, 상기 평가 장치에 의해 캠버 각, 토우 각, 및/또는 휠에 작용하는 실제 휠 부하 또는 그 근사값이 측각기에 의해 공급된 측정값을 기초로 또는 그것을 포함해서 결정될 수 있다.
제 1 안내 부재는 또한 하나 또는 다수의 힘 부재, 예컨대 스프링 및/또는 댐퍼를 통해 지지체 부재에 연결될 수 있다. 스프링의 스프링 레이트 및 댐퍼의 댐퍼 레이트는 휠 부하 또는 그 근사값을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 스프링 및 댐퍼가 조합되어 하나의 스프링-댐퍼 유닛을 형성한다. 이러한 스프링-댐퍼 유닛은 반드시 필요하지는 않은데, 그 이유는 휠 부하 또는 그 근사값을 결정하기 위해 계산적 측면에서 단지 편향 위치 또는 편향 속도 및 힘 부재 특성 간의 관계만이 형성되기 때문이다.
휠은 지면, 예컨대 도로와 접촉하며, 휠 부하는 특히 지면에 대해 수직으로 또는 자동차 수직축에 대해 평행하게 연장하며, 적어도 일부가 지지체 부재 또는 c차체에 의해 휠에 작용하는 힘 a)으로 형성된다. 또한, 휠 부하는 2개의 추가 힘 성분 b) 및 c)를 갖는데, 제 1 추가 힘 성분 b)은 휠 질량 자체의 중력에 의해 결정된다. 힘 성분 b)은 힘 a)에 가산되고 변화되지 않을 수 있다. 경우에 따라 힘 성분 b)은 2개의 측각기에 의해 결정될 수 없고 별도로 결정된다. 제 2 추가 힘 성분 c)은 상응하는 운동 또는 가속 시에 휠의 질량 관성에 의해 결정된다. 따라서, 정확도에 대한 요구에 따라, 휠 부하는 힘 성분 a) 만에 의해 또는 추가로 힘 성분 b) 및 c) 중 하나 또는 2개에 의해 근사되거나 또는 결정될 수 있다.
휠 부하는 타이어-래치와 도로 사이에서 수직 방향으로 또는 자동차 수직축의 방향으로 작용하는 실제 힘이다. 힘 성분 a)은 측각기에 의해 결정될 수 있고, 힘 성분 b)은 오프셋으로서 계산된다. 정확도에 대한 요구가 높으면, 추가로 가속도 센서가 설치됨으로써, 다이내믹 힘 성분 c)이 결정되어 휠 부하의 결정시 고려될 수 있다.
휠이 2개의 휠을 가진 하나의 휠 축의 제 1 휠을 형성하고 축에 안정화기, 특히 횡방향 안정화기가 제공되면, 휠 개별적인 휠 부하를 결정하기 위해, 다른 힘 성분 d)에 2개의 휠 사이의 편향 차가 도입될 수 있다.
본 발명은 또한 차체 및 하나 이상의, 본 발명에 따른 휠 서스펜션을 포함하고, 지지체 부재는 차체의 일부인, 차량, 특히 자동차에 관한 것이다. 상기 모든 실시예에 따른 휠 서스펜션은 개선될 수 있다. 특히, 자동차에 다수의, 바람직하게는 4개의 본 발명에 따른 휠 서스펜션이 제공될 수 있다. 이 경우, 각각의 휠 서스펜션의 지지체 부재는 서로 견고하게 연결될 수 있거나 또는 서로의 내부로 이어 질 수 있다.
본 발명은 또한 제 1 측각기에 의해 제 1 측정값이 결정되고, 제 2 측각기에 의해 제 2 측정값이 결정되며, 상기 2개의 측정값을 기초로 또는 상기 측정값들을 포함해서 휠의 토우 각 및 캠버 각이 결정되는, 본 발명에 따른 휠 서스펜션의 용도 또는 그 사용 방법에 관한 것이다. 여기서도, 전술한 모든 실시예에 따른 휠 서스펜션이 개선될 수 있다. 상기 2개의 측정값을 기초로 또는 상기 2개의 측정값을 포함해서, 휠에 작용하는 휠 부하 또는 그 근사값 및/또는 휠에 작용하는 측력이 결정될 수 있지만, 상기 측력은 별도의 센서에 의해서도 검출될 수 있다.
추가로, 횡 가속도 및 휠 또는 자동차의 속도가 측정될 수 있거나 또는 측정으로부터 결정될 수 있다. 이를 위해, 다른 센서들이 휠 서스펜션 또는 자동차에 배치될 수 있다. 캠버 각, 토우 각, 횡 가속도 및 속도를 기초로 또는 이들을 포함해서, 예컨대 휠의 슬립 각이 결정될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 디지털 컴퓨터로 실시될 수 있는, 주행 다이내믹-싱글 레인 모델이 적합한 것으로 나타났다. 슬립 각을 결정할 수 있는 전자 또는 논리 유닛은 이하에서 추정기 유닛이라 한다. 다수의 휠들이 본 발명에 따른 휠 서스펜션을 통해 차체에 연결되면, 각각의 휠에 대한 슬립 각이 개별적으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 슬립 각을 기초로 또는 상기 슬립 각을 포함해서, 예컨대 휠의 남은 힘 예비분 및/또는 도로와 이 도로와 접촉하는 휠 사이의 실제 마찰 계수가 결정될 수 있다. 이를 위해, 상기 휠 또는 다수의 휠, 바람직하게는 모든 휠에 대해 휠 마다 예컨대 상이한 마찰 계수에 대한 하나 이상의 타이어 특성 맵 또는 다수의 타이어 특성 맵이 데이터로서 저장될 수 있는 메모리를 포함한 디지털 컴퓨터가 제공될 수 있다. 타이어 특성 맵(들)이 저장되어 평가될 수 있는 전자 또는 논리 유닛은 이하에서 타이어 특성 맵 유닛이라 한다. 타이어 특성 맵 유닛은 예컨대 휠 또는 타이어의 실제 작동점을 결정할 수 있고, 이로부터 휠- 또는 타이어-힘 포텐셜의 실제 이용률이 유도될 수 있다. 상기 이용률의 구체적인 결과는 휠의 상기 남은 힘 예비분 및/또는 도로와 휠 사이의 실제 마찰 계수이다.
추정기 유닛 및/또는 타이어-특성 맵 유닛은 바람직하게는 계산 유닛(예컨대 디지털- 또는 아날로그 컴퓨터로서)으로서 형성되고 평가 장치 내에 통합되거나 또는 평가 장치로 형성될 수 있다. 평가 장치가 디지털 컴퓨터를 포함하면, 컴퓨터는 예컨대 추정기 유닛 및/또는 타이어 특성 맵 유닛의 기능 또는 과제를 할 수 있다.
타이어 특성 맵은 휠 부하가 상이할 때 슬립 각에 대한 측력의 의존성을 의미할 수 있다. 타이어 특성 맵은 예컨대 좌표계 내에 그래픽 곡선의 배치로서 표시되고, 상기 곡선들 중 단 하나는 휠 또는 타이어에 대한 부하가 일정할 때 슬립 각이 횡좌표에 그리고 관련 측력이 종좌표에 표시되거나 또는 그 반대로 표시됨으로써 주어진다. 상이한 휠 부하에 대해 상이한 곡선이 결정될 수 있고, 이로부터 곡선의 상기 배치 또는 특성 맵이 주어지고, 상기 특성 맵은 타이어 특성 맵 유닛의 메모리 내에 데이터의 형태로 저장될 수 있다. 또한, 이러한 특성 맵은 마찰 계수가 일정한 경우 바람직하게 결정되므로, 마찰 계수가 상이한 경우에는 상이한 특성 맵이 얻어지고 메모리에 저장될 수 있다.
섀시 조인트의 카아던 및/또는 회전 각도를 측정 기술로 검출하고 이용을 위해 상이한 섀시 조절 시스템에 의해 처리하는, 지능 각도 센서에 의해 지지체 부재 또는 차체에 대한 휠 지지체의 상대 위치, 특히 토우 및 캠버의 크기 및 근사적으로 추가로 휠 부하가 결정된다. 적용된 자기 저항 측정 원리의 경우, 센서에 대한 강 지지체 내에서 보정된(calibrated) 자석의 자력선 방향이 측정됨으로써, 자석과 센서 사이의 상대 회전 검출이 큰 각도 범위에서 높은 분해도로 가능하다. 지능 각도 조인트는 상이한 조인트 타입을 가진 또는 상이한 장소에 조인트를 가진 센서의 통합에 의해 형성된다. 상기 값들 및 통상적으로 다른 센서에 의해 검출되는 다른 값들, 예컨대 속도, 요 레이트, 종 가속도, 횡 가속도 및 휠 슬립을 알면, 휠 개별적으로 평가 장치 내에 실시될 수 있는 전자 관찰자 모델을 통해 하나의 또는 총 4개의 휠 또는 타이어의 유효 작동점이 휠- 또는 타이어 특성 맵에서 결정됨으로써, 신호 출력부를 통해 각각의 휠 힘 전달 포텐셜이 하나의 상위 조절 시스템 또는 다수의 상위 조절 시스템으로 출력될 수 있다.
작동점을 결정하기 위해, 입력값(예컨대, 슬립각 또는 종방향 슬립)이 변수로서 세팅될 수 있다. 측정된 또는 계산된 입력값들(예컨대, 휠 부하)은 동시에 결과값(예컨대, 수평 힘 특성 맵)의, 특성 맵을 기초로 하는 출력을 가능하게 한다. 예컨대, 변수가 작은 증분으로 값 0으로부터 점점 더 상향 세팅되기 때문에, 상기 결과 값은 처음에는 실제 측정된 수평 힘 값과 매우 큰 편차를 가지며, 그 다음에 다수의 단계 후에 목표값에 근사해진다. 이전에 결정된 에러 공차에 미달되면, 작동점(변수값)이 판독될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 휠 서스펜션의 실시예의 개략도.
도 2는 도 1에 따른 스프링-댐퍼 유닛의 개략도.
도 3은 측각기를 포함하는 제 1 볼 앤드 소켓 조인트를 가진 도 1에 따른 하부 컨트롤 암의 개략도.
도 4는 측각기를 포함하는 제 2 볼 앤드 소켓 조인트를 가진 도 1에 따른 상부 컨트롤 암의 개략도.
도 5는 캠버 각 및/또는 요동 각의 측정을 위한 블록 회로도.
도 6은 도 1에 따른 평가 장치의 부분적인 블록 회로도.
도 7은 평가 장치의 제 1 실시예에 따른 휠의 힘 예비분 또는 이용률을 측정하기 위한 블록 회로도.
도 8은 평가 장치의 제 2 실시예에 따른 휠과 도로 사이의 마찰 계수를 측정하기 위한 블록 회로도.
도 9는 도 1에 따른 휠 서스펜션을 가진 자동차의 개략적인 평면도.
도 1에는 본 발명에 따른 휠 서스펜션의 실시예가 개략적으로 도시된다. 휠 지지체(1)는 상부 컨트롤 암(2), 하부 컨트롤 암(3) 및 타이 로드(4)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 상기 지지체 부재(5)는 부분적으로 도시된 자동차(7)의 차체(6)의 부분이다. 상부 컨트롤 암(2)은 볼 앤드 소켓 조인트(8)를 통해 휠 지지체(1)에 연결되고, 탄성 중합체 베어링 또는 구형 조인트(9)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 하부 컨트롤 암(3)은 볼 앤드 소켓 조인트(10)를 통해 휠 지지체(1)에 연결되고, 구형 조인트 또는 탄성 중합체 베어링(11)을 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 또한, 타이 로드(4)는 볼 앤드 소켓 조인트(12)를 통해 휠 지지(1)에 연결되고, 조절 장치(13)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 상기 조절 장치(13)에 의해 타이 로드(4)는 그 종방향으로 이동 가능하고 소정 위치에 고정 가능하다. 휠 지지체 측의 볼 앤드 소켓 조인트(8, 10) 및 (12)는 각각 서로 간격을 갖는다. 또한, 지지체 부재 측에서 베어링 또는 조인트(9) 및 베어링 또는 조인트(11) 및 조절 장치(13)는 각각 서로 간격을 갖는다.
휠 지지체(1)에는 타이어 또는 휠(14)이 회전 가능하게 지지되고, 상기 ㅌ타이이어 또는 휠(14)은 휠 접촉점(15)에서 개략적으로 도시된 도로(16)와 접촉한다. 또한, 휠 지지체(1)는 안내 로드(17)를 통해 지지체 부재(5)에 연결되고, 상기 지지체 부재(5)는 볼 앤드 소켓 조인트(18)를 통해 휠 지지체(1)에 연결되고, 구형 조인트 또는 탄성 중합체 베어링(19)을 통해 지지체 부재(5)에 연결되거나 또는 결합된다. 하부 컨트롤 암(3)은 추가로 스프링(20) 및 충격 댐퍼(21)를 통해 지지체 부재(5)에 연결된다. 스프링(20)과 충격 댐퍼(21)는 함께 스프링-댐퍼 유닛(22)을 형성한다. 그러나, 기본적으로 힘 부재 스프링 및/또는 댐퍼는 지지체 부재(5)와 휠 지지체(1) 사이에서 휠 서스펜션 내에 어디나 분리되거나 결합된 상태로 배치될 수 있다. 공간 방향들 x, y 및 z 은 좌표계로 표시되어 있다.
도 2에는 단부에 각각 조인트(23, 24)를 가진 스프링-댐퍼 유닛(22)이 도시된다. 스프링-댐퍼 유닛(22)은 조인트(23)를 통해 하부 컨트롤 암(3)에서 볼 앤드 소켓 조인트(10)와 베어링 또는 조인트(11) 사이의 위치에 고정되고, 조인트(24)를 통해 지지체 부재(5)에 고정된다. 스프링(20)의 스프링 레이트는 하기에서 c 로 표시되고, 충격 댐퍼(21)의 댐퍼 레이트는 하기에서 k로 표시된다.
도 3에는 볼 저널(25)과 하우징(25)을 가진 볼 앤드 소켓 조인트(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 하우징(26) 내에 볼 저널(15)은 회전 및 선회 가능하게 지지된다. 볼 저널(25) 내에 영구 자석(27)이 배치되는 한편, 하우징(26) 내에는 자계 감지 센서(28)가 배치된다. 영구 자석(27)과 자계 감지 센서(28)는 함께 제 1 측각기를 형성하며, 상기 측각기는 볼 앤드 소켓 조인트(10) 내에 통합된다. 대안으로서, 영구 자석(27) 및 자계 감지 센서(28)로 형성된 측각기가 구형 조인트(19) 내에 통합될 수도 있다. 하우징(26)은 하부 컨트롤 암(3)과 특히 단단히 연결되는 한편, 볼 저널(25)은 휠 지지체(1)와 단단히 연결되거나, 또는 그 반대로 연결된다. 제 1 측각기에 의해 얻어지는 각(τ), 즉 하부 컨트롤 암(3)이 예컨대 yz-평면에서 휠 지지체(1)에 대해 형성하는 각(τ), 상기 각의 시간 미분 및 스프링 레이트(c) 및 댐퍼 레이트(k) 를 이용해서, 휠(14)에 또는 휠 지지체(1)에 작용 하는 힘( FZ) 또는 (FZRAD) 에 대한 근사값이 결정될 수 있다.
특히, 근사적으로 적용된다:
FZ = j2 * (c* zrel + k* dzrel/dt)
상기 식에서, j는 예컨대 휠 지지체와 힘 부재 사이의 거리 또는 힘 전달 비이다. FZ의 상기 근사적 결정 대신에, FZ 또는 FZRAD 의 정확한 결정이 이루어질 수 있고, 이는 후술된다. j는 예컨대 스프링 로드(예컨대 3)에서 힘 부재 연결부(예컨대 23)와 차체측 베어링(예컨대 11) 사이의 길이 부분(예컨대 23과 11 사이의 거리)에 대한 전체 로드 길이(예컨대 10과 11 사이의 거리)의 비율로부터 계산된다. 즉, 조인트, 스프링 및 로드가 연결되면, 정확히 로드 길이의 절반에 배치되면, j=0.5 이다. 즉, 휠 편향의 50% 만이 스프링의 편향으로 바뀐다. 이와 유사하게 스프링 힘은 특히 휠 관련 스프링 힘의 2배이다. 또한, 상기 식에서 zrel 은 휠 편향 위치이고, 공간 방향 z에서 휠 지지체(1)과 지지체 부재(5) 사이의 간격을 나타낸다. 상기 간격 또는 zrel 은 제 1 측각기에 의해 측정된 각을 이용해서 결정될 수 있다. 특히, zrel 은 차체 또는 지지체 부재의 z-위치 zAUFB와 휠 또는 휠 지지체의 z-위치 zRAD 의 차이로, 즉 zrel = zAUFB - zRAD 로 주어진다. dzrel/dt 는 휠 편향 위치의 시간 미분이며, 값 zrel 및 dzrel/dt는 제 1 측각기에 의해 측정된 각 또는 이것의 시간 미분으로부터 유도될 수 있다. 여기서, 각(τ)은 하부 컨트롤 암(3)이 yz-평면에서 휠 지지체(1)에 대해 형성하는 각이며, y 및 z은 상응하게 규정된 공간 방향이고, 대안으로서 y는 yz-평면에서 로드 메인 축의 방향이다. 휠 부하(FZ) 또는 그 근사값을 결정 또는 계산하기 위해, 평가 장치(29)가 사용된다. 상기 평가 장치는 상기 실시예에 따라 차체(6) 내에 배치되고, 특히 미분 소자를 포함한다. 제 1 측각기는 평가 장치(29)와 전기 접속된다.
도 4에는 볼 저널(30)과 하우징(31)을 가진 볼 앤드 소켓 조인트(8)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 하우징(31) 내에 볼 저널(30)은 회전 및 선회 가능하게 지지된다. 볼 저널(30) 내에 영구 자석(44)이 배치되는 한편, 하우징(31) 내에는 자계 감지 센서(45)가 배치된다. 영구 자석(44)과 자계 감지 센서(45)는 함께 제 2 측각기를 형성하며, 상기 측각기는 볼 앤드 소켓 조인트(8) 내에 통합된다. 대안으로서, 영구 자석(44) 및 자계 감지 센서(45)로 형성된 제 2 측각기가 볼 앤드 소켓 조인트(12) 내에 통합될 수도 있다. 하우징(31)은 상부 컨트롤 암(2)과 특히 단단히 연결되는 한편, 볼 저널(30)은 휠 지지체(1)와 단단히 연결되거나, 또는 그 반대로 연결된다. 제 2 측각기에 의해 얻어지는 각(ω), 즉 상부 컨트롤 암(2)이 예컨대 xy-평면에서 휠 지지체(1)에 대해 형성하는 각(ω)을 이용해서, 토우 각(δ)이 유도될 수 있다.
또한, 볼 앤드 소켓 조인트(10)에서 제 1 측각기에 의해 측정된 각과 휠 서스펜션의 공지된 운동학로부터 캠버 각(γ)이 결정될 수 있다. 대안으로서, 캠버 각(γ)은 예컨대 자동차의 하나의 차축의 2개의 휠에 대해 결정된 2개의 휠 편향 위치(zrel)로부터도 결정될 수 있다. 전방 차축은 도 1에 파선(32)으로 표시되어 있고, 휠(14)은 차축(32)의 좌측 휠을 형성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 휠(33)은 본 발명에 따른, 간단히 도시된 휠 서스펜션(47)과 함께 차체(6)에 결합된 차축(32)의 우측 휠을 형성한다.
도 5는 캠버 각 γ의 대안적 결정을 개략적으로 도시한다. 볼 앤드 소켓 조인트(10)에 의해 얻어진 휠 편향 위치 zrel 는 여기서 zrel , links 로 표시된다. 볼 앤드 소켓 조인트에 상응하는, 우측 휠(33)에 대한 휠 서스펜션의 볼 앤드 소켓 조인트에 의해, 차체(6) 또는 관련 지지체 부재에 대한 휠(33)의 휠 편향 위치에 대한 척도인 값 zrel , rechts 이 얻어진다. 2개의 값 zrel ,links, zrel , rechts 은 계산 유닛(34)에 공급되고, 상기 계산 유닛(34)은 2개의 휠(14, 33)에 대한 캠버 각(γ) 및 경우에 따라 차축(32)의 요동 각을 결정할 수 있다. 계산 유닛(34)은 평가 장치(29) 내에 통합되거나 또는 이것으로 형성된다.
도 6에는 추정기 유닛(35) 및 타이어 특성 맵 유닛(36)을 포함하는 평가 장치(29)의 부분이 블록 회로도로 도시되며, 상기 타이어 특성 맵 유닛(36) 내에는 휠(14)에 대한 하나 이상의 타이어 특성 맵, 바람직하게는 자동차(7)의 다수의, 특히 총 4개의 휠에 대한 다수의 타이어 특성 맵이 메모리에 저장된다. 추정기 유닛(35)에는 입력값으로서 특히 자동차 횡 가속도(ay), 자동차 속도(vFzg), 스티어링 휠(37)의 스티어링 각(LW)(참고: 도 9) 및 각각의 휠에 대한 토우 각(δi)이 공급 되고, 상기 자동차 횡 가속도(ay) 및 상기 자동차 속도(vFzg)는 자동차(7) 내에 배치된 추가 센서(38, 39)에 의해 검출될 수 있으며, 상기 센서들은 평가 장치(29)에 전기 접속된다. 센서(38)는 횡 가속도(ay)를 측정하는 한편, 센서(39)는 자동차 속도(vFzg)를 검출한다. 또한, 스티어링 각(LW)의 측정을 위해 센서(40)가 제공되고, 상기 센서(40)는 자동차(7) 내에 배치되고 평가 장치(29)와 전기 접속된다. 토우 각(δi)은 계산 유닛에 의해 결정되고, 상기 계산 유닛은 바람직하게는 평가 장치(29) 내에 통합되거나 또는 이것으로 형성된다.
추정기 유닛(35)은 상기 입력값을 기초로 각각의 휠에 대한 슬립 각(αi)을 결정하고, 상기 슬립각(αi)은 타이어 특성 맵 유닛(36)에 입력값으로서 공급된다. 또한, 타이어 특성 맵 유닛(36)에는 예컨대 캠버 각(γi), 휠 부하(Fzi) 및 각각의 휠에 대한 종방향 슬립(λi)이 공급된다. 타이어 특성 맵 유닛(36)은 상기 입력값을 기초로, 도 6에서 타이어 특성 맵 유닛(36) 내의 큰 점으로서 개략적으로 도시된, 타이어 특성 맵에서 각각의 휠의 작동점을 결정한다. 이로부터, 타이어의 힘 포텐셜을 규정하고 타이어 특성 맵 유닛(36)의 출력 신호(AG)로서 송출될 수 있는 상이한 값들이 결정될 수 있다. 휠 부하(Fzi) 및 캠버 각(γi)은, 바람직하게는 평가 장치(29) 내에 통합되거나 또는 이것으로 형성되는 각각의 계산 유닛에 의해 결정된다.
값 δi, αi, γi, FZi 및 λi 에서의 인덱스 i는 각각의 고려된 휠에 대한 대표를 나타낸다. 예컨대 값 i=1은 휠(14)이고, 값 i=2는 휠(33)이다. 또한, 자 동차(7) 내에서 종방향 슬립( λi)을 결정하기 위해, 바람직하게는 각각의 휠에 대해 하나의 센서, 특히 회전수 센서(46)가 제공되고, 상기 센서는 평가 장치(29)와 전기 접속된다.
추정기 유닛(35) 내에 예컨대 주행 다이내믹-싱글 레인 모델이 저장되며, 상기 모델에 의해 각각의 휠의 슬립 각(αi)이 결정될 수 있다. 평가 장치(29)가 다수의 휠을 참고로 설명되었지만, 단 하나의 휠, 특히 휠(14) 만이 고려되는 것도 가능하다. 이 경우, 인덱스 i가 생략될 수 있거나 또는 모든 값에 대해 동일하게 1이 세팅될 수 있다. 바람직하게는 힘 포텐셜이 자동차(7)의 2개 이상의, 특히 모든 타이어 또는 휠에 대해 결정된다. 이 경우, 인덱스 i는 1 -4 이고, 값 i = 3은 제 3 휠(41)을, 그리고 인덱스 i = 4는 제 4 휠(42)을 나타낸다. 도 9에 나타나는 휠들(41, 42)은 상기 실시예에 따라 자동차(7)의 후차축을 형성하는 제 2 차축(43)에 할당된다.
평가 장치(29)는 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 2가지 실시예가 도 7 및 도 8에 나타난다. 도 7에 도시된 제 1 실시예에 따라, 실시간 계산 모델의 형태로 구현되는 추정기 유닛(35)에는 x-방향의 자동차 속도(vx), 횡 가속도(ay), 휠(14)의 토우 각(δRAD) 및 휠(14)의 캠버 각(γRAD)이 공급된다. 실시간 계산 모델 또는 추정기 유닛(35)은 상기 값들을 기초로 휠(14)의 슬립 각(α)을 결정하고, 상기 슬립 각(α)은 타이어 특성 맵 유닛(36)에 입력값으로서 공급된다. 또한, 휠(14)에 작용하는 휠 부하(Fz) 또는 그 근사값이 입력값으로서 타이어 특성 맵 유닛(36)에 공 급되고, 상기 타이어 특성 맵 유닛(36)은 2개의 값(α및 Fz)을 기초로 다수의 곡선으로 개략적으로 도시된 타이어 특성 맵(48)에서 휠(14)의 작동점(AP)을 결정한다. 상기 작동점(AP)으로부터 실제 횡방향 힘(측력) Fyaktuell 이 주어지고, 상기 횡방향 힘은 전달 가능한 최대 허용 횡방향 힘(Fymax) 에 대한 간격(ΔFy)을 갖는다. Fyaktuell 과 Fymax 의 상이 형성되어, 관련 횡방향 힘(Fybez)으로서 타이어 특성 맵 유닛(36)으로부터 출력값으로서 제공된다(Fybez = Fyaktuell /Fymax, Fz = 상수).
따라서, 타이어 특성 맵 유닛(36) 또는 평가 장치(29)의 출력값으로서 휠- 또는 타이어-힘 포텐셜의 이용률 및 상응하는 타이어 힘의 절대값을 규정하는 값이 제공된다. 상기 출력값(Fybez)(경우에 따라 ΔFy)은 자동차(7) 내의 다른 조절- 및/또는 제어 장치용 입력값으로서 사용될 수 있다. 제 1 변형예는 바람직하게는 마찰 계수가 일정할 때 사용된다.
도 8에는 평가 장치(29)의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 추정기 유닛(35)에는 도 7에 따른 것과 동일한 값들이 공급된다. 그러나, 타이어 특성 맵 유닛(36)에는 도 7에 비해 추가로 휠(14)에서 측정된 측력(Fygemessen)이 입력값으로서 공급된다. 상기 측력은 예컨대 하나 또는 2개의 측각기 또는 별도의 센서에 의해 공급된 하나 또는 다수의 측정값을 기초로 결정된다. 이를 위해, 평가 장치(29)는 여기에 도시되지 않은 추가의 계산 유닛을 포함하고, 상기 계산 유닛은 평가 장치(29) 자체로 형성될 수도 있다. 입력값 슬립 각(α) 및 휠 부하(또는 근사값 )(Fz) 및 바람직하게는 측정된 측력(Fygemessen) 을 기초로, 타이어 특성 맵 유닛(36)에 의해 타이어 특성 맵(48)에서 측력(Fyberechnet) 이 결정된다. 예컨대, 측정된 측력(Fygemessen)이 결정된 또는 계산된 측력(Fyberechnet) 미만이라는 결정이 주어지면, 휠 접촉점(15)에서 타이어(14)와 도로(16) 사이에 주어지는 순시 마찰 계수(μ)가 감소한다. 그러면, 변경된 마찰 계수(μ)를 가진 다른 특성 맵이 적용되거나 또는 μ이 파라미터를 형성하는 다차원 특성 맵에서 작동점이 변할 것이다.
타이어 특성 맵 유닛(36)에서는 상이한 마찰 계수(μ)에 대한 다수의 타이어 특성 맵(48) 또는 상기 다차원 특성 맵이 메모리에 저장되기 때문에, 작동점(AP)가 상기 특성맵에서 결정될 수 있어서, 실제 마찰 계수(μ)가 유도 또는 추정될 수 있다. 또한, 휠 부하(Fz)에 대한 전달 가능한 최대 측력(Fymax,uebertragbar)의 비(Fymax , uebertragbar /Fz)가 결정될 수 있다. 결정된 값 또는 비 μ, Fyberechnet, Fygemessen 및/또는 Fymax,uebertragbar /Fz 는 평가 장치(29) 또는 타이어 특성 맵 유닛(36)의 출력값으로서 송출되고, 휠- 또는 타이어-힘 포텐셜의 이용률을 규정한다. 평가 장치(29)에 접속된 섀시 조절 시스템, 예컨대 조절된 브레이크 또는 액티브 스티어링부에는 실제 마찰 계수(μ)에 대한 양호한 추정치가 입력값으로서 공급될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 실시예는 단지 예시이므로, 타이어의 힘 포텐셜을 규정하는 다른 값이 평가 장치(29)에 의해 결정될 수 있고 송출될 수 있다. 2개의 실시예가 서로 조합될 수도 있다. 또한, 평가 장치(29), 특히 추정기 유닛(35)에는 다른 자동차 값, 예컨대 종 가속도(ax), 요 각(ψ:yaw angle) 및 요 각의 시간 미분(dψ/dt)이 입력값으로 공급될 수 있다. 이런 다른 값들의 결정을 위해 추가 센서가 자동차(7)에 제공될 수 있다.
평가 장치(29)는 바람직하게는 디지털 컴퓨터로서 형성되고, 상기 계산 유닛, 추정기 유닛(35) 및 타이어 특성 맵 유닛(36)은 이 디지털 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 추가로, 디지털 컴퓨터는 측각기 및 경우에 따라 다른 센서에 의해 공급된 데이터의 평가를 위해 필요한, 모든 다른 계산(예컨대, Fz), 시간 미분(예컨대, dzrel/dt) 등을 실행할 수 있다.
도 9에는 자동차(7)의 간단한 평면도가 도시된다. 4개의 휠들(14, 33, 41 및 42)은 각각 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 휠 서스펜션(47)을 통해 차체(6)에 결합된다. 또한, 도 9에는 주행 방향 x, x-방향에서의 자동차 속도(vx), 휠(14)에 작용하는 종방향 힘(Fx) 및 휠(14)에 작용하는 횡방향 힘(측력)(Fy) 이 나타난다.
끝으로, 휠(14)에 작용하는 수직 방향의 휠 부하(Fz) 또는 (FZARD)의 보다 정확한 계산을 설명하며, 이 경우 차축(32)이 횡방향 안정화기 또는 -불안정화기(49)를 가지며, 상기 횡방향 안정화기 또는 불안정화기는 도 9에 개략적으로 도시되며, 스프링 강성(cStab)을 갖는다. mRAD 는 스프링 하중을 받지 않는 휠 질량이고, aZ 은 수직 방향에서 절대 휠 지지체 가속도이다. 하기 관계가 적용된다:
FZDaempfer = k*dzrel/dt
FZFeder = c*zrel
FZStab = (zrel -links - zrel - rechts)*cStab
FZRAD - Massekraft = mRAD*az
g≒9.81 ㎨ 일 때 FZRAD - Gewicht = mRAD *g.
휠 부하(Fz) 또는 (FZRAD)는 하기와 같다:
RZRAD = FZRAD - Massekraft + FZRAD - Gewicht + FZDaempfer + FZFeder + FZStab
이것으로부터, 상기 식 Fz = j2*(c*zrel + k*dzrel/dt)이 근사 해이며, 상기 근사 해는 특정 사용의 경우에 충분하다는 것이 명백해진다. 그럼에도 휠 부하의 보다 정확한 계산이 사용되고 예컨대 평가 장치(29)에 의해 실행될 수 있다. 이를 위해, ax 의 측정을 위한 가속도 센서가 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 전달 비율 j에 따라 FZDaempfer 및 FZFeder 을 j2 와 곱할 필요가 있을 수 있다.
특히, 스프링 및 댐퍼가 휠 서스펜션 내에서 상이한 장소에 배치되어서, 스프링에 대해 댐퍼에 대한 것과 다른 전달 비가 적용될 때 그러하다. 이 경우, 스프링에 대한 전달 비는 jf 로 그리고 댐퍼에 대한 전달 비는 jD 로 표시된다. 그 경우, 하기 식이 적용된다:
FZDaempfer = jD2 *k*dzrel/dt
FZFeder = jF2 *c*zrel
FZ 의 근사 해에 대해 하기 식이 적용된다:
Fz = jD2 *k*dzrel/dt + jF2*c*zrel
상기 계산이 휠(14)을 참고로 이루어지지만, 자동차의 다른 모든 휠에도 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 지지체 부재(5), 상기 지지체 부재(5)에 대해 이격되어 배치된 휠 지지체(1) 및 상기 휠 지지체(1)에 회전 가능하게 지지된 휠(4)을 포함하고, 상기 휠 지지체(1)는 제 1 안내 부재(3; 17) 및 제 1 선회 가능한 연결 부재(10; 19)를 통해 지지체 부재(5)에 연결되며, 상기 휠 지지체(1)는 제 2 안내 부재(2; 4) 및 제 2 선회 가능한 연결 부재(8; 12)를 통해 지지체 부재(5)에 연결되는, 자동차(7)용 휠 서스펜션에 있어서,
    제 1 측각기(27, 28)가 상기 제 1 선회 가능한 연결 부재(10; 19) 내에 통합되고, 제 2 측각기(44, 45)가 상기 제 2 선회 가능한 연결 부재(8; 12) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 선회 가능한 연결 부재(10)가 볼 앤드 소켓 조인트인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 2 선회 가능한 연결 부재(8; 12)가 볼 앤드 소켓 조인트인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 안내 부재(3)는 컨트롤 암 또는 횡방향 로커인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 안내 부재(17)는 안내 로드인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 안내 부재(2)는 컨트롤 암인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 안내 부재(4)는 타이 로드인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 측각기는 각각 하나의 자석(27; 44) 및 하나의 자계 감지 센서(28: 45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 자계 감지 센서(28, 45)는 자기 저항 센서인 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 측각기(27, 28; 44, 45)는 평가 장치(29)와 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 평가 장치(29)에 의해 토우 각(δ), 캠버 각(γ), 및/또는 상기 휠(14)에 실제로 작용하는 휠 부하(Fz) 또는 그 근사값이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 안내 부재(3)는 스프링(20) 및/또는 댐퍼(21)를 통해 지지체 부재(5)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 휠(14)은 타이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 휠 서스펜션 및 차체(6)를 포함하는 자동차에 있어서, 상기 지지체 부재(5)는 차체(6)의 일부인 것을 특징으로 하는 자동차.
  15. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 휠 서스펜션의 용도에 있어서,
    - 상기 제 1 측각기(27, 28)에 의해 제 1 측정값이 결정되고,
    - 상기 제 2 측각기(44, 45)에 의해 제 2 측정값이 결정되며,
    - 상기 2개의 측정값을 포함해서 휠의 토우 각(δ) 및 캠버 각(γ)이 결정되는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션의 용도.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 2개의 측정값을 포함해서, 휠(14)에 작용하는 휠 부하(Fz) 또는 그 근사값이 결정되는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션의 용도.
  17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 휠(14)에 작용하는 측력(Fy)이 결정되는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션의 용도.
  18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡 가속도(ay) 및 상기 휠의 속도(vx)가 측정되고, 토우 각(δ), 캠버 각(γ), 횡 가속도(ay) 및 속도(vx)를 포함해서 상기 휠(14)의 슬립 각(α)이 결정되는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션의 용도.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 슬립 각(α)을 포함해서, 상기 휠(14)의 남은 힘 예비분(Fybenz) 및/또는 도로(16)와 상기 도로와 접촉하는 휠(14) 사이의 실제 마찰 계수(μ)가 결정되는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션의 용도.
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