KR20100054918A - 특수 차량의 선형 능동 현가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 특수 차량의 선형 능동 현가장치는 상기 차량의 정적하중을 지지하기 위한 수동형 스프링(10)과; 상기 차량의 주행중에 발생하는 상기 차량의 상태 정보(각도, 수직방향 가속도 등)와 상기 현가장치의 상태 정보(변위, 속도 등)를 감지하기 위한 센서부(20)와; 상기 센서부(20)의 감지 결과로부터 상기 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 상기 수직방향 선형 변위를 제거하여 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30); 및 상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시키는 선형 액츄에이터(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

현가장치, 선형, 능동, 특수차량

Description

특수 차량의 선형 능동 현가 장치{Linear type active suspension device for special purpose vehecles}

본 발명은 특수 차량의 능동 현가 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 본 발명은 선형 현가장치가 적용된 휠타입 특수 차량에서 노면의 불규칙함으로 인해 발생하는 휠의 운동에 관계없이 차체에 전달되는 힘이 거의 일정하도록, 차량에 작용하는 수직방향의 동적하중을 제어함으로써 차량을 원하는 자세로 유지할 수 있도록 하는 능동 현가장치에 대한 것이다.

일반적으로 차량에 있어서, 현가장치(suspension)는 차체 하중을 지지할 뿐만 아니라 주행 중 노면으로부터 전달되는 진동과 충격을 흡수, 완충/상쇄하여 차체에 전달함으로써 승차감을 향상시키고, 차체에 탑재된 각종 기계/전자 장비를 진동과 충격으로부터 보호하는 역할을 담당하는 장치로서, 산악, 비포장 도로와 같은 험지 주행에 주로 노출되는 특수 차량에서는 이러한 현가장치의 중요성이 더욱 부각되고 있다.

현가장치는 기본적으로 스프링과 감쇠 장치로 구성되어 있는데, 일반적인 휠 차량의 경우 감쇠력이 수직방향으로 작용하는 선형 방식의 현가장치가 이용되고 있 다. 예컨대, 도 1에 도시된 것과 같이 선형 방식의 현가장치는 암형과 달리 차체(B)와 휠(W)이 이루는 각도가 수직으로 고정되어 있으며, 코일 스프링이나 기체(에어) 스프링과 같은 스프링(S)과 함께 선형 유압식 댐퍼(D)가 조합된 형태가 널리 사용되고 있다. 스프링(S)과 유압식 댐퍼(D)는 차체(B)와 휠(W) 사이에 배치되어 노면에서 주행하는 휠(W)로부터 전달되는 충격을 흡수하게 된다.

그러나,　험지 주행에 노출되는 특수 차량의 경우 주행시 노면의 불규칙한 변위가 차체에 전달되어 현가장치에 작용하는 수직하중이 시시각각 불규칙적으로 변하므로 차체에 전달되는 충격을 충분히 완충시키지 못하고 기동성 측면에서 한계를 지니고 있었다. 따라서, 이를 개선하고자 노면의 특성에 따라 현가특성을 변화시킬수 있도록 제어 개념이 추가된 현가장치 개발이 추진되어 왔다.

현가장치는 제어방식에 따라 고정된 탄성력과 감쇠력을 가지는 수동형(passive), 감쇠력만을 조절할 수 있는 반능동형(semi-active) 및 탄성력과 감쇠력을 모두 조절할 수 있는 능동형(active)으로 구분된다.

현재까지 일반적인 휠 차량에 적용되고 있는 형태는 수동형으로서, 도 2에 도시된 것과 같이, 고정된 탄성력과 감쇠력을 가지고 있으므로 굴곡이 있는 노면상에서 휠(W)이 주행하는 경우 노면의 상태에 따라 차량(B)의 자세가 변함으로써 승차감이 저하될 수 밖에 없다.

반면, 능동형의 경우에는 도 3과 같이, 노면의 굴곡에 대응하기 위해 액츄에이터를 통해 수직방향 하중을 발생시킴으로써 차량(B)의 자세를 항상 일정하게 유지시켜 진동 및 충격을 효과적으로 줄여주게 된다.

이와 같은 종래의 선형 방식 능동형 현가장치에서는 현가장치의 탄성력을 능동적으로 조절하기 위해 기체의 압력을 변화시키는 방식을 채택하였다. 그러나, 기체의 압력을 변화시키는 방식에 따르면 별도의 압축기가 필요하였으며, 압축기를 차량에 탑재하여 운행하기에는 문제점이 많이 발생하였다. 또한 이러한 방식의 경우 반응속도가 늦어 진동 및 충격을 오히려 가중시키는 부작용도 발생할 우려가 높다는 문제가 있었다.

따라서, 이의 대안으로 유체의 통로가 되는 오리피스의 크기를 조절함으로써 유체의 마찰에 의해 발생되는 감쇠력만을 조절하여 수동형 현가장치에 비해 주행성능을 일부 향상시킨 반능동형 현가장치를 적용시키기도 하였으나, 수동형에 비해 개선 효과가 크지 않고, 반응속도 역시 늦어서 일반적으로 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 이상의 문제점을 개선하고자 도출된 것으로서, 특수 차량에 사용되는 선형 방식 능동 현가장치에 있어서 수직방향 하중을 제어하기 위한 제어부와 별도의 선형 액츄에이터를 추가함으로써 휠 변위를 조절하여 휠의 운동에 관계없이 차체에 전달되는 힘이 거의 일정하도록 제어하여 험지 주행에 노출된 특수 차량의 주행시 차량을 원하는 자세로 유지할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 특수 차량의 선형 능동 현가장치는 상기 차량의 정적하중을 지지하기 위한 수동형 스프링(10)과; 상기 차량의 주행중에 발생하는 상기 차량의 상태 정보(각도, 수직방향 가속도 등)와 상기 현가장치의 상태 정보(변위, 속도 등)를 감지하기 위한 센서부(20)와; 상기 센서부(20)의 감지 결과로부터 상기 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 상기 수직방향 선형 변위를 제거하여 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30); 및 상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시키는 선형 액츄에이터(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 선형 액츄에이터(40)는, 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 회전운동을 발생시키는 모터(41)와; 상기 모터(41)의 회전운동 속도를 감소시키기 위한 감속기(42)와; 상기 모터(41)의 회전운동을 수직방향의 직선운동으로 변환시켜 상기 차량을 안정화시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시키는 변환수단(43, 44); 및 상기 모터(41)의 회전축을 지지하기 위한 베어링(45);을 포함하는 것이 바람직하다.

변환수단(43, 44)은 바람직하게는 피니언(43)과 랙(44)으로 구성될 수 있다.

또한, 수동형 스프링(10)과 선형 액츄에이터(40)의 배치는 다양한 방법으로 구현가능한 바, 수동형 스프링(10)은 선형 액츄에이터(40)와 동축에 배치시키는 것이 바람직하나, 선형 액츄에이터(40)와 서로 평행하게 배치할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 선형 능동 현가장치는 선형 액츄에이터(40)와 평행하게 배치되는 유압식 댐퍼(50)를 더 마련하여 차량의 동적 하중을 상기 선형 액츄에이터(40)와 함께 분담하도록 할 수도 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 능동형 현가장치이므로, 노면의 상태에 따라 차량의 자세가 시시각각 변동되었던 종래의 수동형 선형 현가장치를 개선하였다. 즉, 노면의 상태에 따라 탄성력 및 감쇠력을 조절하여 다양한 노면조건 하에서 차량을 원하는 자세로 유지할 수 있게 함으로써 노면으로부터 전달되는 진동과 충격을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

(2) 또한, 본 발명은 종래의 능동형 현가 장치보다도 우수한 효과를 나타낸다. 즉, 종래의 능동형 종래에 능동형 현가장치에 사용되었던 압축기 대신 전기모터를 활용한 선형 액츄에이터를 적용함으로써 기존의 압축기에 비하여 중량과 차지 하는 공간이 현저히 줄어들게 되므로, 실제 차량에 장착 가능한 크기의 능동형 현가장치를 용이하게 구성할 수 있게 된다.

(3) 또한, 본 발명은 기존의 압축기보다 현저히 우수한 반응속도를 보여주는 전기모터를 활용한 선형 액츄에이터를 적용함으로써 노면의 굴곡 변화에 대하여 기존의 압축기 방식보다 신속하게 대응할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 능동 현가 장치의 제어 방식을 설명하기 위한 블록도이다.

도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 능동 현가 장치는 수동형 스프링(10, 도 6 내지 도 8 참조)와, 센서부(20)와, 제어부(30)와, 선형 액츄에이터(40)로 구성된다.

수동형 스프링(10)은 차량의 정적 하중을 지지함으로써 후술할 선형 액츄에이터(40)가 차량의 전체 하중(정적하중 + 동적하중)을 제어할 필요 없이 동적하중만을 제어하도록 하여 선형 액츄에이터(40)에 요구되는 에너지를 최소화하도록 한다.

센서부(20)는 차량의 주행중에 발생하는 차량의 상태를 감지하는 역할을 수행하며, 차량의 상태 정보(각도, 수직방향 가속도 등)를 감지하기 위한 차량 센서부(21)와 현가장치의 상태 정보(변위, 속도 등)를 감지하기 위한 현가장치 센서 부(22)로 구성되어 있다.

제어부(30)는 센서부(20)의 감지 결과로부터 상기 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 수직방향 선형 변위를 제어하여 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시킨다.

구체적으로 제어부(30)는 센서 인터페이스(31)와 제어 시스템(32)으로 구성된다.

센서 인터페이스(31)는 센서부(20), 즉 차량 센서부(21)와 현가장치 센서부(22)에서 감지된 감지 데이터를 받아들여 이러한 센서 데이터를 제어 시스템(32)으로 전달한다.

제어 시스템(32)은 센서 인터페이스(31)에서 전달받은 센서 데이터로부터 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 차량의 수직 방향 선형 변위를 제어하는데에 필요한 수직방향 동적하중을 산출해낸다. 또한, 산출한 수직방향 동적하중을 발생시키기 위한 제어신호를 선형 액츄에이터(40)에 전달한다.

선형 액츄에이터(40)는 제어부(30)로부터 제어신호를 전달받아 이로부터 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시킨다.

선형 액츄에에터(40)의 구조에 대해서는 도 5를 참조로 구체적으로 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 선형 액츄에이터(40)의 구조를 설명하기 위한 상세 구성도이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 선형 액츄에이터(40)는 모터(41)와, 감속기(42)와, 변환수단(43, 44)과, 베어링(45)으로 구성된다.

모터(41)는 전기모터인 것이 바람직하며, 제어부(30)의 제어신호에 따라 회전운동을 발생시켜 회전축을 회전시킨다.

감속기(42)는 모터(41)에 의한 회전축의 회전운동 속도를 적절한 속도로 감속시킨다. 감속기(42)의 회전속도 제어는 미리 설정된 기어비를 바탕으로 전술한 제어부(30)의 제어 신호에 의해 수행될 수 있다.

변환수단(43, 44)은 모터(41)의 회전운동을 수직방향의 직선운동으로 변환시켜 상기 차량을 안정화시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시킨다. 변환수단(43, 44)으로는 회전운동을 직선운동으로 변환시킬 수 있는 임의의 수단을 채용할 수 있으나 피니언(43)과 랙(44)이 바람직하다.

즉, 변환수단(43, 44)은 모터(41)의 회전운동을 수직방향 직선운동으로 변환하여 노면에 대해 수직 상하 방향으로 동적하중을 발생시킴으로써 차량의 차체와 휠 사이의 거리를 조절하여 노면의 상태에 관계 없이 차량의 자세가 수평을 유지하도록(도 3 참조) 해 준다.

베어링(45)은 모터(41) 및 감속기(42)의 회전축을 지지하는 역할을 수행한다.

이상 설명한 구성을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 선형 능동 현가장치의 제1 실시예로서, 수동형 스프링(10)의 변위축이 선형 액츄에이터(40)의 이송축과 동축으로 배치된 경우이다. 본 실시예의 작동은 다음과 같이 수행된다.

도 4에 도시된 것과 같이, 차량의 주행중 센서부(20)는 차량의 상태를 감지 하여 이를 제어부(30)에 전달한다. 즉, 차량 센서부(21)는 차량의 상태 정보(각도, 수직방향 가속도 등)를, 현가장치 센서부(22)는 현가장치의 상태 정보(변위, 속도 등)를 감지하여 이를 제어부(30)의 센서 인터페이스(31)로 전달한다.

센서 인터페이스(31)로 전달된 센서 데이터는 제어 시스템(32)으로 전달되고, 제어 시스템(32)은 센서 데이터로부터 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 차량의 수직 방향 선형 변위를 제어하는데에 필요한 수직방향 동적하중을 산출해낸다. 또한, 산출한 수직방향 동적하중을 발생시키기 위한 제어신호를 선형 액츄에이터(40)에 전달한다.

다음으로 도 6을 참조하면, 수동형 스프링(10)은 차량의 정적 하중을 지지하는 역할을 수행하고, 선형 액츄에이터(40)는 제어부(30)로부터 제어신호를 전달받아 이로부터 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시킨다.

즉, 피니언(43) 및 랙(44)은 모터(41)의 회전운동을 수직방향 직선운동으로 변환하여 노면에 대해 수직 상하 방향으로 동적하중을 발생시켜 차량의 차체와 휠 사이의 거리를 조절함으로써 노면의 상태에 관계 없이 차량의 자세가 수평을 유지하도록(도 3 참조) 해 준다.

도시된 것과 같이 본 실시예에 따르면 수동형 스프링(10)의 변위축이 선형 액츄에이터(40)의 이송축과 동축으로 배치되므로 정적하중과 동적하중의 지지축이 동일선상에 배치되어 설치 공간을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예로서, 수동형 스프링(10)의 변형축을 선형 액츄 에이터(40)의 이송축과 동축에 배치하는 대신 일정 거리 떨어진 지점에 서로 평행하게 배치하였다.

본 실시예는 수동형 스프링(10)의 직경이 선형 액츄에이터(40)의 외경보다 작은 경우 등과 같이 설계상으로 수동형 스프링(10)의 변형축을 선형 액츄에이터(40)의 이송축과 동축에 배치하기 어려운 경우에 선택할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 제3 실시예로서, 제2 실시예에서 수동형 스프링(10)과 평행한 위치에 유압식 댐퍼(50)가 추가로 설치되었다.

본 실시예에 따르면 차량의 동적 하중 일부를 선형 액츄에이터(40) 대신 유압식 댐퍼(50)가 분담하게 되므로 선형 액츄에이터(40)에 사용되는 모터(41)의 부하 용량을 보다 줄일 수 있게 되어 보다 소형의 모터(41)를 채용할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 선형 방식의 현가장치의 기본 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래의 선형 수동 현가장치의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래의 선형 능동 현가장치의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 선형 능동 현가장치의 제어 흐름을 설명하기 위한 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 선형 액츄에이터의 상세 구성도.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 능동 현가장치의 구성도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 능동 현가장치의 구성도.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선형 능동 현가장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 수동형 스프링 20: 센서부

21: 차량 센서부 22: 현가장치 센서부

30: 제어부 31: 센서 인터페이스

32: 제어 시스템 40: 선형 액츄에이터

41: 모터 42: 감속기

43: 피니언 44: 랙

45: 베어링 50: 유압식 댐퍼

B: 차체 W: 휠

Claims (4)

1. 특수 차량의 선형 능동 현가장치로서,

   상기 차량의 정적하중을 지지하기 위한 수동형 스프링(10);

   상기 차량의 주행중에 발생하는 상기 차량의 주행정보와 상기 현가장치의 상태정보를 감지하기 위한 센서부(20);

   상기 센서부(20)의 감지 결과로부터 상기 차량의 수직방향 선형 변위를 계산하고 이로부터 상기 수직방향 선형 변위를 제어하여 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30); 및

   상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시키는 선형 액츄에이터(40);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 선형 능동 현가장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선형 액츄에이터(40)는,

   상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 회전운동을 발생시키는 모터(41);

   상기 모터(41)의 회전운동 속도를 감소시키기 위한 감속기(42);

   상기 모터(41)의 회전운동을 수직방향의 직선운동으로 변환시켜 상기 차량을 안정화시키기 위한 수직방향 동적하중을 발생시키는 변환수단(43, 44); 및

   상기 모터(41)의 회전축을 지지하기 위한 베어링(45);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 선형 능동 현가장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 상기 차량의 주행정보는 각도, 수직방향가속도이며 상기 현가장치의 상태정보는 현가장치의 변위,속도인 것을 특징으로 하는 특수 차량의 선형 능동 현가장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 선형 액츄에이터(40)와 평행하게 배치되어 상기 차량의 동적 하중을 상기 선형 액츄에이터(40)와 함께 분담하는 유압식 댐퍼(50);

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 선형 능동 현가장치.

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