KR20100054919A - 특수 차량의 암형 능동 현가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 암형 능동 현가장치는 회전 중심(X)에 대해 회동가능한 암(1)에 의해 휠(W)이 지지되는 특수 차량에 적용가능한 것으로서, 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 자세를 일정하게 유지하기 위해 요구되는 상기 암(1)의 조절 각도와 이에 소요되는 원주방향 동적하중(토크)을 계산하고 이로부터 상기 암(1)을 상기 조절 각도만큼 회동시켜 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 회전 중심에 대한 회전운동을 발생시켜, 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위하여 상기 회전 중심에 대한 원주방향 동적하중을 상기 암(1)에 전달하는 회전형 액츄에이터(40); 및 상기 수동형 스프링(10) 및 상기 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 하중에 대한 감쇠력 - 상기 감쇠력은 상기 회전 중심에 대해 원주 방향으로 발생함 - 을 발생시키는 회전형 감쇠기(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

현가장치, 암형, 능동, 특수차량

Description

특수 차량의 암형 능동 현가 장치{Arm type active suspension device for special purpose vehecles}

본 발명은 암형 능동 현가 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 본 발명은 험지 주행용 특수 차량의 암형 현가 장치에 있어서, 회전형 액츄에이터 및 회전형 감쇠기를 채용하여 노면의 불규칙함으로 인해 발생하는 휠의 운동에 관계없이 차체에 전달되는 힘이 거의 일정하도록 하여 차량을 원하는 자세로 유지할 수 있도록 하는 암형 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 장치이다. 특히, 군용 차량과 같이 산악, 비포장 도로와 같은 험지 주행에 주로 노출되는 특수 차량에서는 이러한 목적을 효율적으로 수행하기 위하여 휠이 차체의 회전중심을 중심으로 회동가능하도록 구성된 암형 현가장치가 주로 사용되고 있다.

한편, 종래에는 암형 현가장치로 토션 바와 선형 혹은 회전형 감쇠기가 조합 된 토션 바형 현가장치가 주로 사용되었으나, 근래에는 유체와 기체(가스)를 조합한 유기압 현가장치가 주로 사용되고 있는 추세이다. 예컨대, 도 1에 도시된 것과 같이, 유기압 현가장치는 기체(가스)와 유압유가 연속적으로 충진되어 있는 구조로 암(1)의 운동에 따라 크랭크(2)의 각도가 변화하게 되고, 이에 따라 피스톤(3)이 왕복운동을 하게 됨으로써 주로 질소가스가 충전된 기체실(4)의 압축/팽창에 의해 탄성력을 발휘하고, 유체(5)가 댐퍼(6)를 통과하면서 유체의 통로가 되는 오리피스와의 마찰에 의해 감쇠력이 발생하는 구조로 되어있다.

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 액츄에 이터를 통해 차체에 전달되는 하중을 일정하게 유지시킴으로써 차량(B)의 자세를 항상 일정하게 유지시켜 진동 및 충격을 효과적으로 줄여주게 된다.

이와 같은 종래의 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, 종래에 사용되는 현가장치의 문제점을 해소하여 개선된 현가특성을 가지는 암형 능동 현가장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 암형 능동 현가장치는 노면으로부터 전달되는 충격과 진동을 보다 효과적으로 감소시키기 위하여, 기존의 탄성력 조절에 적용 시도 되어왔던 압축기 대신 원주방향으로 회전가능한 회전형 액츄에이터(40)와 원주방향으로 감쇠력을 발생시키는 회전형 감쇠기(50)를 채용하였다.

구체적으로 본 발명에 따른 암형 능동 현가장치는 회전 중심(X)에 대해 회동가능한 암(1)에 의해 휠(W)이 지지되는 특수 차량에 적용가능한 것으로서, 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 자세를 일정하게 유지하기 위해 요구되는 상기 암(1)의 조절 각도와 이에 소요되는 원주방향 동적하중(토크)을 계산하고 이로부터 상기 암(1)을 상기 조절 각도만큼 회동시켜 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 회전 중심에 대한 회전운동을 발생시켜, 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위하여 상기 회전 중심에 대한 원주방향 동적하중을 상기 암(1)에 전달하는 회전형 액츄에이터(40); 및 상기 수동형 스프링(10) 및 상기 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 하중에 대한 감쇠력 - 상기 감쇠력은 상기 회전 중심에 대해 원주 방향으로 발생함 - 을 발생시키는 회전형 감쇠기(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 암형 능동 현가장치는 유성기어(61)를 포함하여 상기 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 회전운동 속도를 감소시키기는 감속기(60);를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 수동형 스프링(10)의 장착 위치는 다양하게 채용할 수 있는 바, 암(1) 외부에 배치될 수도 있고, 컴팩트한 구성을 위해 암(1) 내부에 배치되도록 구성할 수도 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 기존의 탄성력 조절에 적용 시도 되어왔던 압축기 대신 원주방향으로 회전가능한 회전형 액츄에이터(40)와 원주방향으로 감쇠력을 발생시키는 회전형 감쇠기(50)를 채용함으로써 노면으로부터 전달되는 충격과 진동을 보다 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

(2) 또한, 본 발명은 기존의 압축기에 비해 상대적으로 가볍고 작은 크기의 전기모터를 회전형 액츄에이터(40)로서 채용가능하므로 현가 장치 전체의 크기와 중량을 감소시킬 수 있고, 실제 차량에 장착이 용이하게 된다.

(3) 또한, 본 발명에서 회전형 액츄에이터(40)로서 채용가능한 전기모터는 기존의 압축기에 비해 상대적으로 반응 속도가 현저히 우수하므로, 종래의 능동형 현가장치에서의 반응속도의 한계를 극복하고 우수한 충격 및 진동 감쇠능력을 보여준다.

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

도 4는 본 발명에 따른 암형 능동 현가 장치의 제어 방식을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 암형 능동 현가 장치의 상세도이며, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 암형 능동 현가 장치의 상세도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 능동 현가 장치는 수동형 스프링(10)와, 센서부(20)와, 제어부(30)와, 회전형 액츄에이터(40)와, 회전형 감쇠기(50)와, 감속기(60)로 구성된다.

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

수동형 스프링(10)의 장착 위치는 다양하게 설정가능하다.

즉, 도 5에 도시된 제1 실시예와 같이 수동형 스프링(10)은 암(1) 외부에서 암(1)과 실질적으로 평행한 방향으로 설치될 수도 있고(on-arm 타입), 보다 컴팩트한 구성을 위해 도 6에 도시된 제2 실시예와 같이 수동형 스프링(10)이 암(1) 내부 에 설치될 수도 있다(in-arm 타입).

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 센서부(22)로 구성된다. 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이 현가장치 센서부(22)는 암(1)의 회전중심(X)에 위치한다.

제어부(30)는 상기 센서부(20)의 감지 결과로부터 상기 차량의 자세를 일정하게 유지하기 위해 요구되는 상기 암(1)의 조절 각도와 이에 소요되는 원주방향 동적하중을 계산하고 이로부터 상기 암(1)을 상기 조절 각도만큼 회동시켜 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 수평 상태를 유지하기 위해 필요한 암(1)의 회전 각도와 이를 위해 암(1)에 가해져야 하는 원주방향 동적하중, 즉 토크를 계산한다. 또한, 산출한 원주방향 동적하중을 발생시키기 위한 제어신호를 회전형 액츄에이터(40)에 전달한다.

회전형 액츄에이터(40)는 제어부(30)의 제어신호를 받아 회전 중심(X)에 대 한 회전운동을 발생시킨다. 그리하여 회전형 액츄에이터(40)는 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위하여 회전 중심(X)에 대한 원주방향 동적하중을 암(1)에 전달한다. 회전운동을 발생시킬 수 있는 임의의 부재를 회전형 액츄에이터(40)로 채용가능하나 일반적으로 반응속도가 우수한 전기모터가 주로 이용된다.

회전형 감쇠기(50)는 수동형 스프링(10) 및 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 하중에 대한 감쇠력을 발생시킨다. 이 감쇠력은 회전 중심(X)에 대해 원주 방향으로 발생한다.

회전형 감쇠기(50)는 수동형과 능동형으로 분류된다. 수동형 회전형 감쇠기(50)가 적용되는 경우에는 회전형 액츄에이터(40)가 탄성력 뿐만 아니라 감쇠력의 발생/조절을 동시에 담당하게 되고, MR(Magneto-Rheological)/ER(Electro-Rheological) 유체 등을 활용한 능동형 회전형 감쇠기 (50)가 적용되는 경우에는 회전형 액츄에이터(40)는 탄성력의 발생/조절만 담당하면 된다.

감속기(60)는 유성기어(61)를 포함하며, 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 회전운동 속도를 감소시켜 암(1)에 전달함으로써 현가장치의 작동 속도를 조절하도록 해 준다.

이상 설명한 구성을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 암형 능동 현가장치에 대한 제1 실시예로서, 수동형 스프링(10)이 암(1) 외부에서 암(1)과 실질적으로 평행한 방향으로 설치된 경우이다(on-arm 타입). 본 실시예의 작동은 다음과 같이 수행된다.

우선, 도 4에 도시된 것과 같이, 차량의 주행중 센서부(20)는 차량의 상태를 감지하여 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 인터페이스(31)로부터 전달받은 센서 데이터로부터 차량의 수평 상태를 유지하기 위해 필요한 암(1)의 회전 각도와 이를 위해 암(1)에 가해져야 하는 원주방향 동적하중, 즉 토크를 계산한다. 또한, 산출한 원주방향 동적하중을 발생시키기 위한 제어신호를 회전형 액츄에이터(40)에 전달한다.

다음으로 도 5를 참조하면, 수동형 스프링(10)은 차량의 정적 하중을 지지하는 역할을 수행하고, 회전형 액츄에이터(40)는 제어부(30)의 제어신호를 받아 회전 중심(X)에 대한 회전운동을 발생시킨다.

회전형 액츄에이터(40)의 회전축을 통해 전달된 회전운동 속도는 유성기어(61)로 구성된 감속기(60)를 통해 적절한 작동 속도로 조절된 후, 회전형 감쇠기(50)를 거쳐 감쇠력이 발생한 후 암(1)으로 전달하게 된다.

그에 따라 암(1)은 회전중심(X)을 기준으로 설정된 각도만큼 회전하게 되며, 암(1) 회전 변위의 수직 성분 변위만큼 차량을 노면에 대해 수직 상하 방향으로 제어할 수 있게 되고, 최종적으로 차량의 자세를 유지할 수 있게 된다.　

도시된 것과 같이 본 실시예에 따르면 기존의 탄성력 조절에 적용 시도 되어왔던 압축기 대신 원주방향으로 회전가능한 회전형 액츄에이터(40)와 원주방향으로 감쇠력을 발생시키는 회전형 감쇠기(50)를 채용함으로써 노면으로부터 전달되는 충 격과 진동을 보다 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 따르면 회전형 액츄에이터(40)로서 기존의 압축기에 비해 상대적으로 가볍고 작은 크기의 전기모터로 채용가능하므로 현가 장치 전체의 크기와 중량을 감소시킬 수 있고, 실제 차량에 장착이 용이하게 된다.

또한, 본 실시예에 따르면 기존의 압축기에 비해 상대적으로 반응 속도가 현저히 우수한 전기모터를 회전형 액츄에이터(40)로서 채용가능하므로 종래의 능동형 현가장치에 비해 우수한 반응 속도를 보여준다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예로서, 수동형 스프링(10)이 암(1) 내부에 설치되었다는 점(in-arm 타입)만 제외하고는 나머지 구성은 동일하다. 본 실시예의 경우, 수동형 스프링(10)은 회전 중심(X)에서 회전형 액츄에이터(40)의 회전운동을 직선 왕복으로 변환시켜주는 크랭크(2)와, 크랭크(2)에 의해 변환된 직선 왕복운동을 받아 암(1) 내부의 실린더 내에서 왕복운동하는 피스톤(3)으로 구성되어 있다.

본 실시예의 기본적 작동원리는 제1 실시예와 동일하므로 작동 원리에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예의 경우에는 전술한 제1 실시예가 가질 수 있는 효과 이외에도 수동형 스프링(10)에 암(1) 내부에 설치되므로 더욱 컴팩트한 구성으로 현가 장치를 제작할 수 있다는 추가적인 효과를 도모할 수 있다.

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 암형 현가장치의 기본 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래의 암형 수동 현가장치의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래의 암형 능동 회전형 현가장치의 개념을 설명하기 위한 도면.

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

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 암형 능동 현가장치의 구성도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 암형 능동 현가장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 암 2: 크랭크

3: 피스톤 4: 기체실

5: 유체 6: 댐퍼

10: 수동형 스프링 20: 센서부

21: 차량 센서부 22: 현가장치 센서부

30: 제어부 31: 센서 인터페이스

32: 제어 시스템 40: 회전형 액츄에이터

50: 회전형 감쇠기 60: 감속기

61: 유성기어 B: 차체

W: 휠

Claims (5)

1. 회전 중심(X)에 대해 회동가능한 암(1)에 의해 휠(W)이 지지되는 특수 차량의 암형 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 자세를 일정하게 유지하기 위해 요구되는 상기 암(1)의 조절 각도와 이에 소요되는 원주방향 동적하중을 계산하고 이로부터 상기 암(1)을 상기 조절 각도만큼 회동시켜 상기 차량을 안정화시키기도록 하는 제어신호를 발생시키는 제어부(30);

   상기 제어부(30)의 제어신호를 받아 상기 회전 중심에 대한 회전운동을 발생시켜, 상기 차량의 자세를 일정하게 유지시키기 위하여 상기 회전 중심에 대한 원주방향 동적하중을 상기 암(1)에 전달하는 회전형 액츄에이터(40); 및

   상기 수동형 스프링(10) 및 상기 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 하중에 대한 감쇄력 - 상기 감쇄력은 상기 회전 중심에 대해 원주 방향으로 발생함 - 을 발생시키는 회전형 감쇄기 (50);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 암형 능동 현가장치.
2. 제1항에 있어서,

   유성기어(61)를 포함하여 상기 회전형 액츄에이터(40)에서 발생한 회전운동 속도를 감소시키기는 감속기(60);

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 암형 능동 현가장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수동형 스프링(10)은 상기 암(1) 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 암형 능동 현가장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 수동형 스프링(10)은 상기 암(1) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 특수 차량의 암형 능동 현가장치.
5. 제1항에 있어서,

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

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