KR20090094075A - 차량용 액티브 서스펜션 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액티브 서스펜션 어셈블리 및 그것이 장비된 차량에 관한 것이다. 상기 어셈블리는 베어링 암, 스프링 수단 및 조정 수단을 포함한다. 사용시, 상기 베어링 암은 제2 차량 매스, 예를 들면 캐빈 또는 휠을 지지하고, 피벗축 주위의 제1 차량 매스, 예를 들면 섀시에 피벗 가능하게 연결되며; 상기 스프링 수단은 상기 베어링 암에 작용되는 임의의 외부 모멘트를 상쇄할 수 있도록 상기 베어링 암에 카운터 모멘트를 발휘하는 스프링력을 생산하며; 그리고 상기 조정 수단은 상기 스프링력의 방향을 변경시킴으로써 상기 카운터 모멘트를 변화시키는 것 및/또는 그것의 적용점을 제1 방향으로 이동시키는 것이 조정된다. 상기 조정 수단은 더구나 제2 방향으로 상기 스프링력의 상기 적용점을 이동시키는 것이 조정되고, 상기 카운터 모멘트는 영향을 받지 않거나 또는 거의 영향을 받지 않으며, 상기 서스펜션 어셈블리의 상기 유효 스프링 강성은 상기 적용점의 이동에 의해 영향을 받는다. 상기 후자의 이동 덕분에, 상기 서스펜션의 유효 강성은 원하는 값으로 유지될 수 있다.

Description

차량용 액티브 서스펜션 어셈블리{ACTIVE SUSPENSION ASSEMBLY FOR A VEHICLE}

본 발명은 섀시(chassis)와 같은 제1 차량 매스(first vehicle mass)에 캐빈(cabin) 또는 휠(wheel)과 같은 제2 차량 매스(second vehicle mass)를 매달기 위한 차량용 서스펜션 어셈블리(suspension assembly)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 상기 매달린 차량 매스에 작용하는 외부의 하중을 능동적으로 상쇄시키도록 배치된 액티브 서스펜션 어셈블리(active suspension assembly)에 관한 것이다.

이와 같은 서스펜션 어셈블리는 예를 들면 WO 93/22150 및 WO 2006/019298로부터 알려져 있다. 상기 알려진 어셈블리는 일단이 차량의 섀시에 피벗 가능하게 연결되고 타단이 캐빈 또는 휠에 결합된 베어링 암(bearing arm)을 포함한다. 스프링 수단은 상기 베어링 암에 작용하는, 예를 들면 차량의 가로, 세로 및/또는 수직 가속도(각각 롤(roll), 피치(pitch) 및 히브(heave))에 기인한 외부의 모멘트를 보상하기 위하여 상기 베어링 암에 모멘트(moment)를 가할 수 있는 스프링력을 생산하기 위해 제공된다. 조정 수단은 상기 베어링 암에 상기 카운터 모멘트(counter moment)를 감소 또는 증가시키기 위하여, 상기 스프링력(spring force)의 상기 적용점(the point of application) 및/또는 방향을 변경하기 위해 제공된다.

이 알려진 서스펜션 어셈블리의 단점은 상기 서스펜션 어셈블리의 상기 유효 스프링 강성이 상기 스프링력의 상기 적용점의 순간적인 위치에 넓은 범위까지 의존하는 것이다. 이러한 적용점이 상기 피벗 축에 가깝게 배치될 때, 상기 유효 스프링 강성은 일반적으로 낮아질 수 있고, 상기 적용점이 상기 베어링 암의 반대편 단부에 가깝게 배치되는 동안은 상기 유효 스프링 강성이 상대적으로 높아질 수 있다. 양쪽의 상황들은 바람직하지 않는 및/또는 불편한 운전 행위로 끝날 수 있다.

본 발명을 설명하기 위하여, 그것의 모범적인 실시예들은 첨부한 도면을 참조하여 아래에 기술될 것이며, 여기에서:

도 1A는 '순수한 스프링', 즉 스프링 강성을 구비하고 프리텐션(pretension)이 없는 스프링 수단에 의해 생산된 이론적인 스프링력을 갖는 본 발명에 따른 단순화된 서스펜션 어셈블리를 나타낸다;

도 1B는 베어링 암을 따라서 순수한 스프링의 위치의 함수에 따른 도 1A의 서스펜션 어셈블리의 유효 강성을 나타낸다;

도 1C는 '순수한 힘', 즉 프리텐션(pretension)을 구비하고 강성이 없는 스프링 수단에 의해 생산된 이론적인 스프링력을 갖는 도 1A에 따른 서스펜션 어셈블리를 나타낸다;

도 1D는 베어링 암에 실질적으로 직교하는 Z-방향의 순수한 힘의 위치의 함수에 따른 도 1C의 서스펜션 어셈블리의 유효 강성을 나타낸다;

도 2는 각각 Z-위치에 대한 프리텐션과 스프링 강성을 구비한 스프링 수단에 의해 생산된 스프링력의 X-위치의 함수에 따른 서스펜션 어셈블리의 유효 강성을 나타낸다;

도 3은 서스펜션 어셈블리의 유효 강성을 원하는, 실질적으로 일정한 값으로 유지하기 위하여, 스프링력이 대체될 수 있는 적절한 베어링 암을 따라 2차원 경로와 함께 도 1A, 1C에 따른 서스펜션을 나타낸다;

도 4A 내지 도 4D는 정면도, 평면도, 사시도 및 측면도에서, 본 발명에 따른 선택적인(alternative) 서스펜션 어셈블리를 개략적으로 나타내고, 여기에서 실제 스프링력의 적용점은 원형 경로를 따라 이동되며, 이 원형 경로는 베어링 암에 관하여 X-방향, Y-방향 및 Z-방향으로 오프셋(offset) 및 경사지며, 그것에 의해서 원형 경로를 따라 적용점이 이동될 때 원하는, 실질적으로 일정한 값으로 서스펜션의 유효 강성을 유지한다;

도 5는 베어링 암의 실질적인 수평의 자세를 위한 모멘트 균형시 베어링 암에 가해진 스프링력의 함수에 따라 도 4A 내지 도 4D에 따른 서스펜션 어셈블리의 유효 강성을 나타낸다;

도 6A, 6B는 횡단면도와 사시도 각각에서, 도 4A 내지 도 4D에 따른 서스펜션 어셈블리의 일실시예를 나타낸다;

도 7은 사시도와 부분 절개도에서, 도 4A 내지 도 4D에 따른 서스펜션의 다른 실시예를 나타낸다;

도 8은 정면도에서, 본 발명에 따른 서스펜션 어셈블리가 장비되고, 캐빈 서포트 시스템(cabin support system)에 적용된 차량을 개략적으로 나타낸다; 및

도 9는 스프링력, 그것의 적용점과 방향 사이의 관계를 개략적으로 나타내고, 이 적용점은 피벗 축에 관하여 이동될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 위에서 묘사된 타입의 서스펜션 어셈블리를 제공하는 것이며, 상기 알려진 어셈블리의 단점은 그것의 이점을 유지시키는 동안 극복되거나 적어도 감소된다.

이런 목적을 위하여 본 발명에 따른 서스펜션은 청구항 1의 특징에 의해 특징되어 진다.

출원인은 시뮬레이션과 테스팅(testing)을 통하여 상기 카운터 모멘트는 영향을 받지 않거나 또는 거의 영향을 받지 않고, 상기 유효 스프링 강성은 영향을 받을 수 있는 제2 방향으로 상기 스프링력의 상기 적용점이 움직일 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 상기 유효 스프링 강성은 실질적으로 상기 카운터 모멘트와 관계없이 제어될 수 있다. 원하는 카운터 모멘트를 생성하기 위해 제1 방향으로 상기 스프링력의 상기 적용점을 이동시킴으로써 발생된 상기 유효 스프링 강성에 대한 바람직하지 않은 변화들은, 기설정된 거리 이상으로 적당한 제2 방향으로 상기 적용점을 이동시킴으로써 적어도 부분적으로 보상될 수 있다. 그러므로, 가로, 세로 및/또는 수직의 차량 가속도로부터 일어나는 외부의 하중 교란들은 효과적으로 억제될 수 있고, 한편 상기 유효 스프링 강성은 동시에 원하는 레벨로 유지될 수 있다.

본 발명의 양상에 따르면, 상기 조정 수단은 기설정된 경로를 따라 상기 스프링력의 상기 적용점을 이동시키도록 배치될 수 있고, 상기 베어링 암에 대한 상기 카운터 모멘트를 변경하는 동안 상기 유효 스프링 강성을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하도록 설계될 수 있다. 이것은 운전하는 안락함을 높일 수 있고, 더욱이 원하는 범위들 내에서 상기 유효 강성을 유지시키는 것이 딴 방법으로 이행되어야 하는 복잡하고 비싸며 에너지를 소모하는 제어 메커니즘에 대한 필요성을 제거할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 카운터 모멘트가 외부의 하중을 보상하기 위해 증가될 때, 상기 조정 수단은 상기 유효 스프링 강성을 증가시키는 기설정된 경로를 따라 상기 스프링력의 상기 적용점을 이동시키기 위해 배치될 수 있다. 이와 같은 증가된 유효 스프링 강성의 덕택에, 상기 스프링이 달린 매스의 고유 진동수는 실질적으로 일정하게 머물 수 있고, 전체적으로 차량의 안락함에 다시 기여할 수 있다. 더욱이 본 발명에 따른 서스펜션 어셈블리는 동일한 기능을 특징으로 하는 통상의 에어 스프링으로 대체할 수 있다.

본 발명의 유리한 양상에 따라 상기 스프링력은 길게 연장된 멤버(elongated member), 예를 들면 유연성이 있는 끈 또는 단단한 로드를 경유하여 상기 베어링 암에 작용될 수 있다. 이것은 상기 서스펜션 어셈블리로 하여금 콤팩트하게 구성되게 한다. 상기 길게 연장된 맴버의 일단은 상기 스프링 수단의 내부에 받아 들여 질 수 있고, 반면에 상기 타단은 원형의 경로를 따라 이동될 수 있으며, 그것에 의하여 상기 길게 연장된 맴버로 하여금 원뿔(cone)을 묘사하거나 또는 적어도 일부분이 원뿔을 묘사한다.

적절하게는, 상기 길게 연장된 맴버는 정하중(static load) 조건 하에서 상기 스프링 수단의 중심선과 함께 정렬된다. 그와 같이 정렬된 위치 덕택에, 상기 길게 연장된 맴버에 작용되는 반경 방향 또는 측면 방향의 하중은 최소화된다. 특히 상기 스프링 수단의 내부에서 상기 길게 형성된 맴버 및 상기 길게 형성된 맴버를 지지하는 베어링 사이에 작용하는 마찰력은 최소화될 수 있다.

본 발명은 더욱이 본 발명에 따른 서스펜션 어셈블리를 장비한 차량에 관련하고, 그 중에서 상기 서스펜션 어셈블리는 상기 차량의 섀시에 상기 차량의 캐빈 및/또는 휠을 현가(suspend)시키기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 액티브 차량 서스펜션 어셈블리의 추가적으로 유리한 실시예들 및 그것으로 장비된 차량은 종속항들에서 설명한다.

도 1A, 도 1B 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이면에 있는 근본적인 발명의 원리는 첫 번째로 비교적 단순한 2차원 서스펜션 어셈블리(1)에 관련있는 것으로 설명될 수 있다. 이러한 서스펜션 어셈블리(1)는 베어링 암(3) 및 스프링 수단(5)을 포함한다. 베어링 암(3)은 길이(L)를 구비하고, 피벗축(P)의 주위로 섀시(4)에 피벗 가능하게 연결된 일단을 구비한다. 베어링 암(3)의 타단은 예를 들면 휠 또는 캐빈(6)에 결합된다(도 8에 도시된 바와 같이). 스프링 수단(5)은 베어링 암(3)에 스프링력(F3)을 가하고, 스프링력(Fs)에 의해 베어링 암(3)에 가해진 모멘트(Mc)를 각각 감소시키고 증가시키기 위하여, 피벗축(P)을 향해 또는 그곳으로부터 멀어지도록 베어링 암(3)(X-방향으로)을 따라 이동될 수 있다. 그러므로, 모멘트(Mc)는 사용하는 동안 베어링 암(3)에 작용할 수 있는 외부의 모멘트(Me)를 상쇄하기 위해 조정될 수 있다. 이러한 힘(Fs)의 변위는 서스펜션 어셈블리(1)의 유효 강성(Ceff)에 영향을 갖는다. 유효 강성(Ceff)은 서스펜션 어셈블리(1)의 두 지점, 특히 스프링 수단(5)이 섀시(4)에 부착된 A 지점 및 베어링 암이 캐빈(6)을 지지하는 B 지점 사이에 감지되는 강성이다.

서스펜션 어셈블리(1)의 유효 강성(Ceff)에 힘(Fs)의 변위의 영향을 나타내기 위하여, 도 1A 및 도 1C는 두 개의 특별한, 이론적인 상황을 나타낸다. 양쪽의 상황에서, 스프링 수단(5)은 스프링력(Fs)을 베어링 암(3)에 가하며, 여기에서 스프링력(Fs)은 다음의 식에 의해 묘사된다:

(1)

프리텐션을 묘사한 Fo, 강성을 묘사한 Cspring 및 스프링 수단(5)의 신장(elongation)을 묘사한 u를 가진다.

도 1A에 따른 이론적인 상황에서, 스프링 수단(5)은 일정한 스프링 강성(Cspring)을 구비하고 프리텐션(Fo=0)이 없는 '순수한 스프링(pure spring)'으로 기술한다. B 지점에서 유효 강성(Ceff)은 상술된 식(1)에 의해 주어지고, 순수한 스프링의 Δz 지점에 관계없는 것처럼 확인될 수 있다. 도 1C에 따른 이론적인 상황에서, 스프링 수단(5)은 일정한 프리텐션(Fo)을 구비하고 스프링 강성(Cspring=0)이 없는 '순수한 힘(pure force)'을 포함한다.

양쪽의 상황(도 1A 및 도 1C)에 관한 유효 강성(Ceff)은 다음식에 의해 표현될 수 있다는 것을 나타낼 수 있다:

(2)

이러한 식으로부터 Fo=0 및 Cspring≠0을 구비한 순수한 스프링(도 1A)은, 스프링이 X-방향으로 이동될 때, 다음의 포물선 관계에 따라 단지 유효 강성(Ceff)에만 영향을 주는 것으로 확인될 수 있다:

(3)

이것은 순수한 스프링이 피벗축(P)(Δx=0)으로부터 베어링 암(3)(Δx=L)의 단부까지 이동될 때, 0으로부터 Ceff,max까지 포물선으로 증가시키도록 유효 강성(Ceff)을 나타낸 도 1B에서 설명된다.

게다가 식(2)로부터 Fo≠0 및 Cspring=0을 구비한 순수한 힘(도 1C에 따른)은, 순수한 힘이 Z-방향으로 이동될 때, 다음의 직선 관계에 따라 오직 유효 강성(Ceff)에만 영향을 준다는 것을 확인될 수 있다:

(4)

이것은 순수한 힘이 베어링 암(3)의 아래에 있는 위치(Δz=Zlow＜0)로부터 베어링 암(3)의 위에 있는 위치(Δz=Zhigh＞0)까지 이동될 때, 음수로부터 양수까지 직선으로 증가시키도록 유효 강성(Ceff)을 나타낸 도 1D에 설명된다.

만약 특정 유효 강성(Ceff)이 X-방향 변위의 함수로 요구되면, 상응하는 Z-방향 변위는 식(2)로부터 끌어낼 수 있다:

(5)

도 2는 스프링력(Fs)이 거리 Δz1 위의 Z-방향으로 이동되고 베어링 암(3)을 따라 실질적으로 Δx=0으로부터 Δx=L까지 이동되는 상황을 묘사한다. 이것은 몇몇의 다른 Z-변위 Δz2,....,7에 관하여 반복되고, 그 중에서 Δz3은 0의 Z-변위로 묘사하고 Δz4,5,6,7은 베어링 암(3)의 아래에 있는 음의 Z-변위로 묘사한다. 이러한 도 2로부터 스프링력(Fs)이 X-방향(베어링 암(3)에 반작용 모멘트가 증가되는)으로 대체될 때, 적절한 거리 Δz 위의 Z-방향 아래로 동시에 나타나는 스프링력(Fs)에 의해 서스펜션 어셈블리(1)의 유효 강성(Ceff)이 원하는 값(Ceff,c)으로 유지될 수 있는 것이 확인될 수 있다. 적절한 거리 Δz는 각각의 Ceff-곡선과 함께 대쉬선(dashed line)(Ceff,c)의 교차점에 의해 주어지게 된다. 예를 들면, 스프링력(Fs)이 Δx2의 위치로부터 Δx3의 위치까지 X-방향으로 이동될 때, 스프링력(Fs)은 또한 Δz2의 위치로부터 Δz3의 위치까지 Z-방향으로 이동된다. 이것은 게다가 유효 강성(Ceff)을 실질적으로 일정하게 유지하기 위하여, 스프링력(Fs)이 이동될 수 있는 2차원 경로, X 방향과 Z 방향을 따라 나타난 도 3에 설명되어 있다

비슷한 방법으로 유효 강성(Ceff)이 스프링력(Fs)의 X-변위를 가진 직선, 또는 포물선 또는 어떤 다른 원하는 곡선을 따라 가변시키기 위해 제어될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 이와 같은 경우에 적절한 Δx, Δz-결합은 도 2에 원하는 곡선을 플로팅(plotting)함으로써 그리고 Ceff-곡선을 갖는 교차점들의 좌표들을 기재함으로써 발견될 수 있다. 그러므로, 유효 강성(Ceff)은 예를 들면 현가된 차량 매스 상수의 고유 진동수를 유지되기 위하여 외부의 하중과 함께 비례하여 증가하도록 제어될 수 있다. 이것은 차량에 제공되는 여러 가지의 제어 편의, 예를 들면 작업 공간 제어, 및/또는 운전자 안락함 향상을 도울 수 있다.

본 발명은 그런 까닭에 유효 강성(Ceff) 및 카운터 모멘트(Mc)는 서로 관계없이 큰 범위로 조정될 수 있다는 것이 통찰에 기초가 된다. 그러므로 베어링 암(3)에 카운터 모멘트를 각각 감소시키거나 증가시키기 위해 스프링력(Fs)(또는 더 특별히, 그것의 적용점(Pa))을 베어링 암(3)의 피벗축(P)을 향해 또는 멀어지는 방향으로 옮기는 것은 가능할 수 있고, 그것에 의해 유효 서스펜션 강성(Ceff)에서 원하지 않는 변화가 적절한 제2 방향으로 적용점(Pa)을 동시에 옮김으로써 억제되거나 감소될 수 있다.

이러한 적절한 제2 방향은 피벗축(P)만 보여지는 베어링 암과 관계가 있는 임의의 위치에서 스프링력(Fs)을 나타낸 도 9를 참조하여 지금 설명될 수 있다. 피벗축(P)은 직선 L1을 따라 뻗어있고, 스프링력(Fs)은 직선 L2을 따라 뻗어있다. 직선 L1과 L2는 엇갈리지나, 교차하지는 않는다. 직선 L1과 L2 사이에 가장 짧은 거리 W는 직선 L1과 L2에 직각을 이루는 직선 L3을 따라 뻗어있는 것으로 정의될 수 있다. 더구나, 두 개의 직교하는 평면 V1과 V2가 정의될 수 있으며, 여기에서 V1은 스프링력(Fs)을 포함하고 직선 L1과 평행하게 확장하고, V2는 직선 L3을 포함하고 직선 L1에 직교하게 확장한다. 평면 V1,V2는 직선 L4를 따라 교차하고, 직선 L4는 스프링력(Fs)과 함께 α 각도를 포함한다. 후자는 직선 L4에 평행하게 확장된 Fs*cosα 분력, 및 게다가 직각으로 확장된 Fs*sinα 분력(미도시)으로 분해될 수 있다. 제1 분력은 다음의 식에 따라 베어링 암(3)에 카운터 모멘트를 발휘한다.

(6)

이 식은 스프링력(Fs)의 적용점의 위치와의 관계를 포함하고 있지 않으며, 상기 위치는 Fs와 직선 L4 사이의 각도가 일정하게 유지되는 조건으로, 카운터 모멘트(Mc)에 영향을 주지 않으면서 평면 V1 내에서 자유롭게 이동될 수 있다. 평면 V1을 따라 적용점(Pa)을 이동시킴으로써, 직선 L3 및 평면 V2 상의 적용점(Pa)의 투영 사이의 거리 h는 변경시킬 수 있다.(Pa가 직선 L1에 평행하게 이동될 때는 제외함) 거리 h를 변경시킴으로써, 다음의 식 (7) (그것은 도 1A, 1C의 2차원(2D) 실시예를 위해 유래된 식 (2)와 유사하다.)에 따라 Ceff의 유효 강성은 영향을 받을 수 있다.

(7)

도 9에 관하여, Δx는 W와 같고, Δz는 h와 같다. 그러므로, 도 9에 따른 실시예에서, '적절한 제2 방향에서 적용점(Pa)의 변위'는 힘(Fs)과 직선 L4 사이의 각도가 일정하게 유지되는 조건 및 변위가 L1에 평행하지 않는 조건으로 평면 V1 내에 어떤 변위를 포함한다.

그러므로, 모든 작동점에 대하여, 파라미터 W와 h 또는 보다 일반적으로 Δx와 Δz의 단일 결합은 결정될 수 있고, 한편에서는 결합이 식 (6)에 따른 원하는 카운터 모멘트(Mc)를 발생하고, 다른 편에서는 결합이 식 (7)에 따른 원하는 유효 강성(Ceff)를 발생한다.

물론, 비슷한 방법으로, 유효 강성(Ceff)은 베어링 암(3) 상의 카운터 모멘트(M)에 실질적으로 영향을 주지 않고 변경할 수도 있다.

위에서 논의된 발명의 통찰은 도 4A 내지 도 4D에 따라 개략적인 서스펜션 어셈블리(101)에 적용된다. 도 1의 그것들과 유사한 부품들은 100만큼 증가된 유사한 참조 번호들로 표시하였다. 서스펜션 어셈블리(101)는 피벗축(P)의 주위로 섀시(104)에 피벗 가능하게 연결된 삼각형의 베어링 암(103), 및 베어링 암(103) 위의 약간의 거리에서 섀시(104)에 똑같이 부착된 스프링 수단(105)을 포함한다. 스프링 수단(105)은 예를 들면 로드(rod) 또는 끈(string)과 같이 길게 연장된 맴버(108)를 경유하여 베어링 암(103)에 스프링력(Fs)을 가한다. 게다가, 조정 수단(미도시)은 원형 경로(C)를 따라 길게 연장된 맴버(108)의 단부를 이동시킬 수 있도록 제공되고, 그것에 의해 길게 연장된 맴버(108)는 중심선(M)을 갖는 원뿔을 묘사한다.

맴버의 끝단은 중립 위치(γ0로 표시됨)로부터 시계 방향(화살표 -γ로 표시됨)으로 회전되거나, 또는 반시계 방향(화살표 +γ로 표시됨)으로 회전될 수 있고, 길게 연장된 맴버(108)는 일반적으로 스프링력(Fs), 특히 그것의 프리텐션부(pretension part)(Fo)(식 (1) 참조)가 베어링 암(103)의 자유단에 작용하는 정하중(중력에 기인한)과 함께 평형 상태의 위치에 부합하는 피벗축(P)로부터 일정 거리에서 베어링 암(103)과 결합한다. +γ과 -γ 방향으로 회전은 스프링력(Fs)으로 하여금 피벗축(P)을 향하고 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있고, 그에 대해 스프링력(Fs)은 그 자체로 변경되지 않고, 카운터 모멘트(Mc)는 각각 감소하고, 증가하도록 암(103)에 발휘된다. 도 1 내지 도 3에 관하여 설명된 것처럼, 그와 같은 스프링력(Fs)의 변위는 서스펜션(101)의 유효 강성(Ceff)을 변화시키도록 할 수 있다.

주어진 실시예에서, 이것은 길게 연장된 맴버(108)의 적용점(Pa)을 베어링 암(103) 위쪽에 거리 Δz 위로 들어 올림으로서 회피되고, 전술한 원뿔의 중심선(M)을 약간 전방, X-축에 평행하게 연장된 축의 주위 및 측방, Y-축에 평행하게 연장된 축의 주위로 기울임으로써 회피되며, 그로 인해 베어링 암(103)의 법선과 함께 예각 Θ과 예각 Φ(도 4D와 도 4A 각각에서 최상으로 보이는 것처럼)를 각각 구비한다. 이러한 기울어진 방위 덕분에, 길게 연장된 맴버(108)의 적용점(Pa)은 전술한 발명의 통찰에 따라 원형 경로(C)를 따라 이동될 때, Z-방향으로 위아래로 이동할 수 있다. 그 결과, 도 5에 도시된 것과 같이, 서스펜션 어셈블리(101)의 유효 강성(Ceff)은 적어도 베어링 암(103)의 상당한 범위 이상에서 실질적으로 일정하게 유지될 수 있고, 길게 연장된 맴버(108)의 적용점(Pa)이 피벗축(P)과 베어링 암(103)의 맞은편 단부에 근접할 때에만 유효 강성(Ceff)은 상승한다. 비교를 위해, 대쉬선은 중심선(M)이 기울어지지 않고 베어링 암(103)의 삼각형 평면에 평행하게 연장된 경우, 유효 강성(Ceff)을 묘사한다.

물론, 스프링력(Fs)의 어떤 주어진 위치에 관한 Z-방향에서 변위량은 중심선(M)의 축 경사 및/또는 각각의 경사각 Θ, Φ 중 적어도 하나를 변경함으로써 영향을 받을 수 있다. 따라서, 유효 강성(Ceff)의 그래프는 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 3의 서스펜션 어셈블리(1)에 관해 설명된 것과 같은 비슷한 방법으로, 원하는 대로 변경될 수 있다.

더욱이 본 발명의 실시예에서, -γ 방향으로 길게 연장된 맴버(108)의 회전에 대하여 변위 Δz은 베어링 암(103)으로부터 상측에 있는 양수이고, +γ 방향으로 회전에 대하여 변위 Δz는 베어링 암(103)으로부터 하측에 있는 음수로 관찰된다.

도 6A 및 도 6B는 도 4의 개략적인 서스펜션의 가능한 실시예를 나타낸다. 비슷한 부품들은 비슷한 참조번호들로 표시되어 진다. 실시예는 피벗축(P)의 주위에서 섀시(104)와 피벗 가능하게 연결된 베어링 암(103)을 포함하는 것으로 도시된다. 커플링 로드(coupling rod)(106)는 차량 매스, 예를 들면 캐빈(도 8에 도시)에 연결하기 위하여, 그것의 맞은편 단부 근처에 제공된다. 더욱이, 베어링 암(103)의 위쪽으로 약간의 거리에 설치된 스프링 수단(105)은 섀시(104)의 서포트 브래킷(support bracket)(107)에 제공되고, 스프링 수단(105)의 중심선(S)은 베어링 암(103)(정하중 상태 하에서, 실질적으로 수평하게 연장된 암(103)을 구비한)에 실질적으로 직교하게 연장한다. 스프링(105)은 길게 연장된 맴버(108)를 경유하여 스프링력(Fs)을 베어링 암(103)에 가하고, 길게 연장된 맴버(108)는 주어진 실시예에서 풀 로드(pull rod)로 설계되지만 다른 실시예에서 유연성을 구비한 줄 또는 끈일 수도 있다. 로드(108)는, 스프링(105)과 서포트 브래킷(107)을 통과하는 중심에 뻗은 제1단, 및 서포트 브래킷(107)로부터 베어링 암(103)까지 반경 방향으로 외측으로 뻗은 제2단을 구비한 밴드(bend) 형상을 갖는다. 커버 플레이트(109)는 스프링(105)의 상단에 안착되고 풀 로드(108)에 연결되며, 따라서 서포트 브래킷(107)과 대응하여 스프링(105)을 압축하고, 그것에 의하여 풀 로드(108)가 당김력(Fs)과 함께 미리 부하로 작용된다. 물론, 커버 플레이트(109) 및 로드(108) 사이의 연결은 당김력(Fs)이 조정되기 위하여 조정될 수 있다.

중심선(M)은 게다가 Y-축 주위에서 측방, 좌측으로 약간 기울어질 수 있다. 그 결과, 원형 경로(C)를 이동할 때, 로드(108)의 단부는 X-방향(피벗축(P)으로 향하고 멀어지는)뿐만 아니라 Z-방향으로 이동할 수 있다. 도 4에 관련하여 설명된 것처럼, 이와 같은 이동 패턴은 서스펜션의 유효 강성(Ceff)에 변화를 최소화하는 것에 도움을 줄 수 있다. 풀 로드(108)는 하단에 조정 수단(110), 특히 중심선(M)을 갖는 원형 경로(C)의 세그먼트(segment)를 따라 로드 단부를 회전시키기 위해 설계된 로터리 모터가 연결된다. 본 발명에 따르면, 베어링 암(103)의 평면, 즉 X-축 주위에 대하여 중심선(M)을 전방으로 약간 기울이기 위하여 모터(110)가 베어링 암(103)에 장착된다.

로드 Z-방향 이동을 안내하기 위하여, 풀 로드(108)의 상단은 제2 암(113)에 연결되고, 제2 암은 베어링 암(103)에 평행하게 피벗할 수 있고 평행 안내 메커니즘과 같이 작용할 수 있다. 풀 로드(108)의 상단이 중심선(S) 주위를 회전하게 하기 위하여, 적절한 제2 암(113)과 스프링 수단(105)은 구형의 베어링 요소들로 만들어져 사용된다.

적절하게는, 서스펜션(101)은 정하중 상태 하에서, 즉 차량이 정지된 상태로 세워져 있거나 정지된 상태로 타고 있으며 가속력과 감속력이 현가된 차량 매스에 작용하지 않을 때, 도 4와 도 6A에 도시된 바와 같이 중립의 γ0 위치에서 베어링 암(103)이 수평하게 뻗고 풀 로드(108)는 베어링 암(103)의 중간에 뻗는 것과 같이 차원화한다. 이러한 위치에서, 스프링력(Fs)에 의해 베어링 암(103)에 가해진 모멘트(M)는 현가된 차량 매스(106)의 하중(Fe)에 의한 베어링 암(103)에 가해진 모멘트(Me)와 상쇄한다. 더욱이, 중심선(M)의 경사각 Θ와 Φ(도 4에 도시됨)는 정하중 상태 하에서 길게 연장된 맴버(108)가 스프링 수단(105)의 중심선(S)에 실질적으로 일치하고 베어링 암(103)에 실질적으로 직교하게 뻗도록 선택된다. 이것은 길게 연장된 맴버(108)에 작용하는 반경 방향의 힘을 최소화시키는 것을 도울 수 있고, 스프링 수단(105) 내에 맴버(108)를 지지하는 안내 수단과 맴버(108) 사이의 마찰과 닳음을 감소시키는 것을 도울 수 있다.

어셈블리(101)는 베어링 암(103)에 외부 하중 ΔFe, ΔMe에 관해 묘사하는 예를 들면 제1 차량 매스(106)의 가속도, 속도 및/또는 변위와 같은 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이것들의 측정 데이터는, 이것들의 데이터, 원하는 하중 프로파일(load profile), 및/또는 프로그램에 의한 제어 전략에 기초하여 풀 로드(108)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키기 위해 조정 장치(110)를 제어하는 중앙 제어 유닛(미도시)에 제공되고, 따라서 피벗축(P)와 스프링력(Fs) 사이의 거리 Δx를 각각 감소, 증가시키며, 그것에 의해서 동하중(dynamic load)은 제어 전략에 의지하여 부분적으로 또는 완전하게 균형 잡을 수 있다. 사용하는 동안, 도로 불규칙 위에서 운전할 때, 캐빈(106)은 섀시(104)에 대하여 상하로 움직일 수 있어야만 한다. 이런 식으로, 도로 유발된 진동은 서스펜션 어셈블리(101)에 의해 흡수된다. 이것들의 상대적인 동작들은 베어링 암(103)으로 하여금 피벗축 주위를 회전시킨다. 그 결과, 풀 로드(108)는 상측 또는 하측으로 움직일 수 있고(회전의 방향에 종속하여), 그에 대해 제2 암(113)에 의해 안내된다. 이것은 커버 플레이트(109)와 서포트 브래킷(107) 사이의 거리를 증가 또는 감소시킬 수 있게 하고, 스프링(105)을 완화 또는 긴장시킬 수 있게 하며, 그 결과 스프링력(Fs)을 증가 또는 감소시킬 수 있게 한다.

도 7은 본 발명에 따른 서스펜션(101)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 길게 연장된 맴버(108)의 Z-이동이 촉진되는 주된 방법에 있어서 도 6A, 6B에 도시된 실시예와 다르다. 그 단부에, 스프링 수단(105)을 지지하는 서포트 브래킷(107)은 스프링 수단(105) 내로 뻗은 부싱(bushing)(115)을 가지도록 설계된다. 길게 연장된 맴버(108)는 부싱(115) 중간의 어느 정도에서 유니버설 조인트(114)를 경유하여 함께 링크된 상측 로드(108A)와 하측 로드(108B)로 구성된다. 조인트(114)는 상측 로드(108A)를 중심선(S)과 일직선 상에 있는 스프링 수단(105)의 주위 및 부싱(115) 내의 중앙으로 뻗게 하고, 반면에 하측 로드(108B)를 부싱(115)로부터 베어링 암(103)을 향해 하측과 외측으로 반경 방향으로 뻗게 한다. 상측 로드(108A)는 서포트 브래킷(107)에 대응하여 스프링(105)을 압축시키기 위하여 상단 근처에 커버 플레이트(109)가 연결되고, 하측 로드(108B)는 도 6A, 6B의 실시예에 관해 기술된 것과 동일한 방식으로 하단 근처에 조정 수단(110)이 연결된다. 유니버설 조인트(114)는 부싱(115) 내에 슬라이딩되는 치수로 형성된 실린더 블록(116) 내에 넣어 지고, 따라서 Z-방향으로 이동되는 동안 로드(108)를 안내하기 위한 베어링으로써 작용할 수 있다. 서스펜션(101)의 작동은 도 6A,6B의 실시예와 유사하다.

본 발명은 상세한 설명과 도면에 나타낸 대표적인 실시예에 의해 어떤 방식으로든 제한되지 않는다.

예를 들면, 본 발명의 통찰이 WO93/22150에 공지된 실시예들과 같이 중립 위치에서 베어링 암에 카운터 모멘트 Mc를 가하지 못하는 '지지하지 못하는' 서스펜션 어셈블리에도 똑같이 적용될 수 있다. 중립의 위치에서 외부의 하중을 지지하기 위하여, 이것들 타입의 서스펜션 어셈블리들은 추가적인 스프링 레그(leg)가 장비된다.

WO/93/22150의 도 1에 따른 실시예에서, 발명의 통찰은 종이의 평면에 실질적으로 직교되게 뻗은 축 주위에 가이드들(끈(spring)(18)이 그 자체에 평행하게 측방으로 이동된다)의 하나를 기울임으로써 구체화될 수 있다. WO/93/22150의 도 4에 따른 실시예에서, 원뿔은 본 명세서의 도 4에 관해서 논의된 것과 같이 임의의 각도들 주위로 기울어지고 임의의 방향들로 오프셋될 수 있다. 그리고 WO 93/22150의 도 5에 따른 실시예에서, 원뿔은 보조 스프링 수단(18)에 의해 묘사되고, 두 개의 암드 레버(armed lever)(20)의 중심선(11)과 원뿔의 중심선(33)에 의해 정의되는 평면에 원뿔의 기초원의 중심점 주위에 고정된 힌지점(17)이 회전됨으로써 본 발명에 따라 경사될 수 있다.

더구나 기술된 모든 실시예에서, 스프링 수단은 인장력 대신에 베어링 암에 압축력을 가하기 위하여 재배열될 수 있다는 것이 주목된다. 이와 같은 경우에, 스프링력(Fs)의 적용점(Pa)은 위에서 설명된 것, 즉 Δz를 음수로 하여 유효 스프링 강성을 증가시키는 것처럼 반대 방향으로 이동되어야만 한다.

도시되고 기술된 실시예들의 모든(부분적인) 조합은 이 설명 내에서 조합되고 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 명백히 이해될 수 있다. 더욱이, 많은 변형들이 다음의 청구항들에 의해 아우트라인(outline)된 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

본문에 포함되어 있음.

Claims (24)

1. 제1 차량 매스(4, 104)에 제2 차량 매스(6, 106)를 현가시키도록 차량에 사용하기 위한 액티브 서스펜션 어셈블리(1,101)에 있어서,

   상기 어셈블리(1, 101)는 베어링 암(3, 103), 스프링 수단(5, 105) 및 조정 수단(110)을 포함하고:

   상기 베어링 암(3, 103)은 상기 제2 차량 매스(6, 106)를 지지하기 위하여, 피벗축(P) 주위에 상기 제1 차량 매스(4, 104)에 피벗 가능하게 연결되며;

   상기 스프링 수단(5, 105)은 상기 베어링 암(3, 103)에 카운터 모멘트(Mc)를 발휘하는 스프링력(Fs)을 생산하며; 및

   상기 조정 수단(110)은 상기 스프링력(Fs)의 방향을 변경시킴으로써 상기 카운터 모멘트(Mc)를 변화시키는 것 및/또는 그것의 적용점(Pa)을 제1 방향으로 이동시키는 것이 조정되며,

   상기 조정 수단(110)은 더구나 제2 방향으로 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키는 것이 조정되고, 상기 카운터 모멘트는 영향을 받지 않거나 또는 거의 영향을 받지 않으며, 상기 서스펜션 어셈블리(1, 101)의 상기 유효 스프링 강성(Ceff)은 상기 적용점(Pa)의 이동에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 액티브 서스펜션 어셈블리(1,101).
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 방향은 상기 피벗축(P) 및 상기 스프링력(Fs)의 상기 작용선 사이의 최소 거리(W)가 증가 또는 감소되도록 선택되고,

   상기 제2 방향은 상기 스프링력(Fs)의 상기 작용선을 포함하고 상기 최소 거리(W)의 방향에 직교하게 확장하는 제1 평면(V1) 내에 놓이도록 선택되며, 더구나 상기 최소 거리(W)와 상기 피벗축(P)을 통해 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa) 및 제2 평면 사이의 거리(h)가 기설정된 방법으로 증가 또는 감소되도록 선택되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 조정 수단(110)은 기설정된 경로(Q, C), 원하는 유효 스프링 강성 및 카운트 모멘트의 특수한 결합을 묘사하는 상기 경로(Q, C)의 각 지점을 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조정 수단(110)은 기설정된 경로(Q, C), 상기 피벗축(P)과 함께 예각(Θ)을 구비한 상기 경로(Q, C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조정 수단(110)은 기설정된 경로(Q, C), 상기 베어링 암(3, 103)과 상기 피벗축(P)에 의해 정의되는 평면과 함께 예각(Φ)을 구비한 상기 경로(Q, C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조정 수단(110)은 기설정된 직선 경로(Q)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조정 수단(110)은 기설정된 2차원 경로(C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
8. 제7항에 있어서,

   상기 기설정된 경로는 원형 경로(C)인 서스펜션 어셈블리(1, 101).
9. 제8항에 있어서,

   상기 원형 경로(C)의 중심선(M)은 상기 스프링 수단(105)의 중심선(S)과 함께 예각(α)을 구비하는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 원형 경로(C)의 중심선(M)은 상기 피벗축(P)에 평행하게 뻗은 Y-방향으로 보이는 상기 베어링 암(103)의 중심선으로부터 거리(Δy)에 위치되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조정 수단(110)은 기설정된 3차원(3D) 경로(C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    정하중 조건 하에서, 상기 스프링력(Fs)의 적용점(Pa)은, 상기 베어링 암(3, 103)과 상기 피벗축(P)에 의해 정의되는 평면의 위쪽으로 거리(Δz)에 위치되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조정 수단(110)은 상기 서스펜션 어셈블리의 상기 유효 스프링 강성(Ceff)을 실질적으로 일정하게 유지하는 동안, 상기 카운터 모멘트를 최소값과 최대값의 사이에서 변화시키는 기설정된 경로(Q, C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조정 수단(110)은 상기 매달린 제2 차량 매스(6, 106)의 고유 진동수를 실질적으로 일정하게 유지시키기 위하여, 상기 서스펜션 어셈블리의 상기 유효 스프링 강성(Ceff)을 카운터 모멘트의 증가와 함께 증가시키는 기설정된 경로(Q, C)를 따라 상기 스프링력(Fs)의 상기 적용점(Pa)을 이동시키도록 조정되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스프링력(Fs)은 길게 연장된 맴버(108)를 경유하여 상기 베어링 암(3, 103)에 가하게 되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
16. 제15항에 있어서,

    상기 길게 연장된 맴버(108)는 끈 또는 로드인 서스펜션 어셈블리(1, 101).
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 길게 연장된 맴버(108)는 상기 적용점(Pa)의 조정 동안에 원뿔을 묘사하는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 길게 연장된 맴버(108)는, 정하중 조건 하에서, 상기 스프링 수단(105)의 중심선(S)과 함께 정렬되는 그것의 중심선을 구비한 서스펜션 어셈블리(1, 101).
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 길게 연장된 맴버(108)는, 정하중 조건 하에서, 상기 베어링 암(103)에 실질적으로 직교되게 연장시킨 서스펜션 어셈블리(1, 101).
20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스프링 수단(105)은 상기 길게 연장된 맴버(108)의 단부를 상기 스프링 수단(105) 내에 안내하기 위한 안내하는 구조(107, 109, 113; 114, 115, 116)를 포함하고, 상기 스프링 수단(105)의 중심선(S)을 따라 상기 단부의 축 방향 변위를 허락하는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
21. 상기 스프링 수단(5, 105)은 인장력 또는 압축력일 수 있는 상기 스프링력(Fs)을 생산하기 위해 프리텐션되어 있는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스프링력(Fs)의 크기는 정하중 조건 하에서 조정하는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 베어링 암(3, 103)에 정하중 조건 하에서 가해진 상기 카운터 모멘트는 0이고, 상기 정하중 조건 하에서 외부의 하중을 지지하기 위해 보조의 스프링이 준비되는 서스펜션 어셈블리(1, 101).
24. 제1 차량 매스(4, 104), 특히 섀시,

    제2 차량 매스(6, 106), 예를 들면 캐빈 또는 휠, 및

    상기 제1 차량 매스(4, 104)에 상기 제2 차량 매스(6, 106)를 현가시키기 위한 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 액티브 서스펜션 어셈블리(1, 101)를 포함하는 차량(2).