KR20100111004A - 공기 현가장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 현가장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 공기 현가장치에 에어 스프링과 별도로 제어되는 보조 에어 스프링을 형성하며, 보조 에어 스프링의 제어를 통해 에어 스프링의 응답성을 향상시키고, 차량거동제어를 능동적으로 수행할 수 있는 공기 현가장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공기 현가장치는 차체측 프레임과 연결되는 캐니스터와, 차축과 연결되어 노면으로부터 전달되는 진동을 전달하는 피스톤과, 상기 캐니스터와 상기 피스톤 사이에 밀봉되게 설치되어 상기 피스톤을 따라 신축되며, 내부에 저장된 압축공기량을 제어하여 탄성력을 갖도록 한 에어 슬리브와, 상기 에어 슬리브의 하부에 마련되며, 내부에 저장되는 압축공기량을 제어하여 상기 에어 슬리브의 신축량을 제어하는 에어 튜브를 포함한다.
공기, 에어, 쇽업소버, 피스톤 로드, 스프링, 에어 슬리브, 튜브

Description

공기 현가장치 및 그 제어방법 {AIR SUSPENSION AND METHOD OF CONTROL IT}
본 발명은 공기 현가장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 현가장치의 내부 구조를 개선하여 롤제어 기능을 갖도록 한 공기 현가장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 현가장치(Suspension)는 노면으로부터의 충격을 흡수하여 승차감을 좋게 하면서 주행 안정성과 선회 특성이 향상되도록 하기 위해 구비되는 것으로서, 최근에는 공기를 이용하는 공기 현가장치가 사용되고 있다.
이러한 공기 현가장치는 압축공기의 탄성을 이용하는 에어 스프링(air spring)을 사용하기 때문에 미세진동까지 흡수하면서 유연한 탄성을 얻을 수 있어 승차감이 뛰어나고, 압축공기압을 조절하는 것에 의해 하중에 관계없이 일정하게 차고 제어를 할 수 있다.
이러한 공기 현가장치는, 공기 현가장치의 일부를 도시한 도면인 도 1을 통해 알 수 있다. 종래의 공기 현가장치(10)는 내부에 압축공기가 저장되어 에어 스프링의 기능을 갖는 에어 슬리브(12)를 포함한다. 에어 슬리브(12)의 상부는 캐니스터(14)와 접하고, 하부는 에어 피스톤(20)에 접하도록 위치되어 그 외측에 설치 되는 각각 설치되는 클램핑 부재(14a, 20a)에 의해 밀봉이 유지된다. 또한, 캐니스터(14)의 내측에는 유압식 쇽업소버(30)가 더 설치된다. 쇽업소버(30)는 실린더(32)와, 실린더(32)에 인출 가능하게 설치된 피스톤 로드(34)를 포함하며, 피스톤 로드(34)가 캐니스터(14)를 개재한 상태에서 차체측과 결합된다.
그러나, 종래의 공기 현가장치 및 그 제어방법은 차량의 에어 스프링으로 공급되는 공기량을 증가시키면 차체를 상승시킬 수 있으나, 에어 스프링의 체적이 증가하게 되어 스프링의 탄성계수 크기가 증가하게 되어 조종 안정성을 떨어뜨리는 요인이 되고 있다. 더불어, 종래의 공기 현가장치는 에어 스프링의 체적이 크므로, 이를 제어하기 위한 제어 공기량이 크기 때문에 에어 스프링의 응답성이 떨어진다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기 현가장치에 에어 스프링과 별도로 제어되는 보조 에어 스프링을 형성하며, 보조 에어 스프링의 제어를 통해 에어 스프링의 응답성을 향상시키고, 차량거동제어를 능동적으로 수행할 수 있는 공기 현가장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공기 현가장치는 차체측 프레임과 연결되는 캐니스터와, 차축과 연결되어 노면으로부터 전달되는 진동을 전달하는 피스톤과, 상기 캐니스터와 상기 피스톤 사이에 밀봉되게 설치되어 상기 피스톤 을 따라 신축되며, 내부에 저장된 압축공기량을 제어하여 탄성력을 갖도록 한 에어 슬리브와, 상기 에어 슬리브의 하부에 마련되며, 내부에 저장되는 압축공기량을 제어하여 상기 에어 슬리브의 신축량을 제어하는 에어 튜브를 포함한다.
여기에서, 상기 에어 슬리브와 상기 에어 튜브는 각각의 내부에 저장된 압축공기량을 제어하기 위한 각각의 압축공기 제어부를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각각의 압축공기 제어부는 압축공기를 공급하는 컴프레서와, 상기 에어 슬리브 또는 상기 에어 튜브의 개폐를 제어하는 솔레노이드 밸브를 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공기 현가장치의 제어방법은 캐니스터와 피스톤 사이를 밀봉하는 에어 슬리브에 의해 형성되는 에어 스프링과, 상기 에어 피스톤의 하부에 설치되는 에어 튜브에 의해 형성되는 보조 에어 스프링을 갖는 공기 현가장치의 제어방법으로, 목표차고를 설정하는 단계와, 차고의 높이를 측정하여 설정된 목표차고를 유지하도록 상기 에어 스프링의 공기압을 제어하는 단계와, 조향각과 차속을 이용하여 횡가속도를 추정하는 단계와, 추정된 횡가속도에 의해 판단된 조향의 심각도가 설정값 보다 크면 롤 발생이 억제되도록 상기 보조 에어 스프링의 공기압을 제어하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 공기 현가장치 및 그 제어방법은 보조 에어 스프링의 공기량을 제어하여 에어 스프링의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 보조 에어 스프링의 제어를 통해 롤 발생을 억제할 수 있다. 또한, 보조 에어 스프링에 공급 되는 공기량을 제어하여 차량의 차고를 조정할 수 있고, 이에 따라 기존의 에어 스프링의 체적이 가변되지 않을 수 있어 조종 안정성을 향상시킬 수 있으며, 최적 조건으로 완충력을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 차고제어와 동시에 롤제어가 가능하며, 응답성이 빠르므로 차량거동제어를 능동적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 일부를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 공기 현가장치(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 쇽업소버(70)와, 에어 슬리브(52) 그리고, 쇽업소버(70)와 에어 슬리브(52)를 고정시키는 캐니스터(54)를 포함하여 이루어진다.
쇽업소버(70)는 실린더(72)와, 실린더(72)에 일단이 인출입 가능하게 설치된 피스톤 로드(74)를 포함하며, 피스톤 로드(74)의 단부에는 (도시되지 않은) 피스톤 밸브가 설치되어 실린더(72)에서 왕복 운동함에 실린더(72) 내부의 유체 유동을 제어하며 감쇠력을 발생시킨다.
또한, 에어 슬리브(52)는 에어 스프링의 기능을 하는 것으로서, 압력에 따라 팽창하거나 수축될 수 있도록 가요성 재질로 이루어지며, 상하가 개구된 원통형으로 형성된다.
또한, 에어 슬리브(52)는 일단은 피스톤 로드(74)에 설치된 캐니스터(54)에 고정되고, 타단은 실린더(72)의 외측의 외측에 마련된 에어 피스톤(60)에 고정된다.
이와 같이, 에어 슬리브(52)는 캐니스터(54) 및 실린더(72)의 외측에서 각각 상, 하부 코킹링(54a, 60a)에 의해 밀봉되며, 에어 스프링의 기능을 갖게 된다. 더불어, 캐니스터(54)에는 에어 스프링의 내부로 공기를 공급하거나, 공기를 배출하는 압축공기 공급부가 연결될 수 있다.
또한, 캐니스터(54)에는 에어 슬리브(52)를 감싸도록 이루어져, 에어 슬리브(52)의 변형을 제어하는 가이드 튜브(62)가 설치될 수 있다.
또한, 캐니스터(54)의 상부에는 차체와의 결합을 위한 마운트부(56)가 설치된다. 마운트부(56)는 마운트 브래킷(562)과, 마운트 러버(564), 마운트 컵(566), 완충러버(568) 등을 포함한다. 마운트 브래킷(562)은 볼트(563) 등에 의해 차체에 직접 고정되는 부분으로, 그 저면에는 마운트 러버(564)가 접합되어 있다. 여기에서, 마운트 러버(564)는 마운트 브래킷(562)과 캐니스터(54) 사이에 개재된다. 또한, 완충러버(568)는 마운트 브래킷(562)과 마운트 컵(566) 사이에 개재된다.
한편, 캐니스터(54)의 하부에는 피스톤 로드(74)에 끼워지는 러버부쉬(76)가 안착되는 안착부(55)가 마련된다.
이와 같이 구성된 에어 스프링은 압축공기 제어부에 의해 내부로 압축공기를 공급 또는 배출하여 상기 에어 스프링의 탄성력을 제어하여 차고 높이 및 완충력의 제어가 가능하다.
한편, 에어 슬리브(52)의 하부에는 내부에 저장되는 압축공기량을 제어하여 에어 슬리브(52)의 신축량을 제어하는 에어 튜브(80)가 설치된다. 여기에서, 에어 튜브(80)에는 에어 스프링의 압축공기 제어부와 별도로 이루어진 보조 압축공기 제어부가 연결되고, 보조 압축공기 제어부에 의해 급기 또는 배기되는 압축공기량에 의해 에어 튜브(80)의 탄성력을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 공기 현가장치의 차고제어를 위한 제어로직을 도시한 블록도인 도 3을 참고하여, 공기 현가장치의 차고제어과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 운전자는 자동차의 실내에 설치된 차고설정부(110)를 조작하여 목표차고를 설정한다. 이와 같이 운전자에 의해 목표차고가 설정되면, 이 목표차고는 레벨링 콘트롤 모듈(120)로 전달된다. 레벨링 콘트롤 모듈(120)은 자동차의 실내에 설치된 차고알림부를 통해 현재 설정된 목표차고를 운전자가 알 수 있도록 표시해준다.
목표차고는 운전자가 차내에 설치된 조작스위치를 조작함에 따라 설정된다. 일례로, 운전자가 목표차고 조작스위치를 하이(High) 버튼을 눌러 설정하였을 경우, 목표차고는 하이(High)에 해당하는 설정값이 전자제어유닛(ECU)에 의해 자동적으로 설정된다.
또한, 전자제어유닛(ECU)은 차량의 운행속도에 따라 목표차고를 설정값으로 낮추게 된다. 일례로, 차량이 고속으로 운행될 경우, 고속 주행 안정성을 높이기 위해 전자제어유닛(ECU)은 차량의 속도에 대응되는 차고로 목표차고를 재설정한다.
레벨링 콘트롤 모듈(120)은 에어 스프링의 공기압과, 온도 또는 엔진점화(Ignition) 등의 데이터를 수집하며, 이러한 데이터와 함께 차속과 엔진작 동(Engine run) 등의 데이터를 이용하여 차고제어신호를 발생한다. 그리고, 레벨링 콘트롤 모듈(120)로부터 발생된 차고제어신호는 차고 제어부(130)로 전달되어 차체의 높이를 제어하게 된다.
레벨링 콘트롤 모듈(120)로 입력되는 인자중 공기압을 측정하기 위한 공기압 측정부는 액츄에이터인 공기의 주입을 제어하는 솔레노이드 밸브블록, 압축공기를 생성하는 컴프레서, 압축공기를 제어하는 리저버(reservoir), 차고센서로 구성되어 있다. 또한, 공기압 측정부는 밸브블럭에 압력센서가 장착되어 있으며, 이에 따라 작동시 각 차륜 공기스프링, 리저버 등의 압력을 알 수 있다. 또한, 온도를 측정하기 위한 온도센서는 컴프레서에 일체형으로 장착되어 있으며, 과열상황을 모니터링할 수 있다. 또한, 엔진점화(Ignition)를 확인하기 위한 센서가 구비되며, 이를 통해 차량에 전원이 들어왔는지 확인할 수 있다. 또한, 전자제어유닛(ECU)은 엔진동작을 확인하기 전에 엔진점화상태를 점검한다. 또한, 레벨링 콘트롤 모듈(120)에는 차고제어를 수행하기 위해 필요한 제어 파라메타로 칼리브레이션 파라메타(Calibration parameter)와 레벨링 파라메타(Leveling parameter)가 입력되며, 레벨링 파라메타는 차고제어시간 및 쓰래스홀(Threshol)이 된다.
차고 제어부(130)는 압축공기를 공급하기 위한 컴프레서와, 에어 스프링의 급기 또는 배기를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브를 제어하게 되며, 이에 따라 에어 스프링으로 공급 또는 배기되는 공기량을 제어하여 차고를 조절할 수 있다.
한편, 공기 현가장치(10)에는 차고 제어부(130)에 의해 조절되는 차체의 실제 높이를 목표차고와 일치하는지 판단하여, 차고의 높이를 재조정하는 피드백과정 을 갖는다.
즉, 레벨링 콘트롤 모듈(120)은 차고센서로부터 차체의 실제 차고측정값을 전달받고, 이를 차고 제어부(130)에 설정된 목표차고값과 비교하여 제어신호를 발생한다. 그리고, 레벨링 콘트롤 모듈(120)에서 발생된 제어신호에 따라 컴프레서 및 솔레노이드 밸브의 작동을 제어한다. 이러한 과정을 거침에 따라 측정된 실제차고를 운전자가 설정한 목표차고로 근사시킬 수 있다.
한편, 조향각센서에 측정된 조향의 심각도가 튜닝값보다 크게 되면 롤 현상이 발생될 수 있으며, 이를 제어하기 위한 롤제어가 이루어진다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 롤제어를 위한 제어로직을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 롤제어 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 차체의 조향각센서와 차속센서에서 측정된 조향각과 차속의 데이터는 횡가속도 연산부(160)로 전달되어 횡가속도를 연산하여 추정한다(S11, S12 참조).
이와 같이 추정된 횡가속도는 롤제어 모듈(170)로 전달된다. 롤제어 모듈(170)은 롤 발생에 따른 지정값을 심각도값과 비교한다(S13 참조).
이때, 심각도값이 지정값 보다 작을 경우, 롤 발생이 크지 않은 것으로 판단하며, 이에 롤제어를 중지한다(S14 참조).
한편, 심각도값이 지정값 보다 클 경우(S13 참조), 롤제어 모듈(170)은 보조 압축공기 제어부로 전달되어 에어 튜브(60)로 공급되는 공기량을 제어하며, 이에 따라 에어 스프링의 강성을 조절하여 롤 발생을 신속하게 억제할 수 있다.
보조 압축공기 제어부는 에어 튜브(60)와 연결되어 압축공기를 공급하는 보조 컴프레서와, 에어 튜브(60)로 공급되는 압축공기의 공급 또는 배출을 제어하는 보조 솔레노이드 밸브를 포함하며, 보조 컴프레서 및 보조 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하여 에어 튜브(60)로 공급되는 공기량을 제어할 수 있다.
더불어, 공기 현가장치(10)에는 롤제어 모듈(170)에 의해 조절되는 차체의 롤 현상을 재조정하는 피드백과정을 갖는다.
즉, 롤제어 모듈(170)은 차고센서로부터 차체의 전륜(Front)과 후륜(Rear)의 높이를 측정하고, 측정된 각각의 높이를 롤제어 모듈(170)로 전달한다. 그리고, 롤제어 모듈(170)은 전륜과 후륜의 높이 차이를 고려하여 보정된 제어신호를 발생한다. 그리고, 이 제어신호에 따라 에어 튜브(80)와 연결된 보조 컴프레서 및 보조 솔레노이드 밸브의 작동의 작동이 제어됨에 따라 압축공기가 에어 튜브(80)로 공급되며, 이에 따라 에어 스프링의 강성이 높아지게 된다(S15 참조).
더불어, 공기 현가장치(10)는 롤제어 모듈(170)에서 진행되는 롤제어 과정을 소정 시간 동안 유지하며, 설정된 시간이 경과하면 차량의 거동이 안정화되었는지를 판단하여 롤 제어의 유지 여부를 정한다(S16 참조).
그리고, 공기 현가장치(10)는 차체의 전륜과 후륜의 차고 차이를 비교하여 롤제어를 재조정하는 피드백 과정을 가지며, 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 롤 현상을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 차고 설정부(110) 또는 횡가속도 연산부(160)는 개별적으로 설치되어 작동될 수 있으며, 전자제어유닛(ECU)이 각 기능을 제어할 수 있 도록 구성되는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 공기 현가장치의 일부를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 일부를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 공기 현가장치의 차고제어를 위한 제어로직을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 롤제어를 위한 제어로직을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 공기 현가장치의 롤제어 과정을 도시한 순서도.

Claims (4)

  1. 차체측 프레임과 연결되는 캐니스터와,
    차축과 연결되어 노면으로부터 전달되는 진동을 전달하는 피스톤과,
    상기 캐니스터와 상기 피스톤 사이에 밀봉되게 설치되어 상기 피스톤을 따라 신축되며, 내부에 저장된 압축공기량을 제어하여 탄성력을 갖도록 한 에어 슬리브와,
    상기 에어 슬리브의 하부에 마련되며, 내부에 저장되는 압축공기량을 제어하여 상기 에어 슬리브의 신축량을 제어하는 에어 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 현가장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어 슬리브와 상기 에어 튜브는 각각의 내부에 저장된 압축공기량을 제어하기 위한 각각의 압축공기 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 공기 현가장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각각의 압축공기 제어부는 압축공기를 공급하는 컴프레서와, 상기 에어 슬리브 또는 상기 에어 튜브의 개폐를 제어하는 솔레노이드 밸브를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 현가장치.
  4. 캐니스터와 피스톤 사이를 밀봉하는 에어 슬리브에 의해 형성되는 에어 스프링과, 상기 에어 피스톤의 하부에 설치되는 에어 튜브에 의해 형성되는 보조 에어 스프링을 갖는 공기 현가장치의 제어방법으로,
    목표차고를 설정하는 단계와,
    차고의 높이를 측정하여 설정된 목표차고를 유지하도록 상기 에어 스프링의 공기압을 제어하는 단계와,
    조향각과 차속을 이용하여 횡가속도를 추정하는 단계와,
    추정된 횡가속도에 의해 판단된 조향의 심각도가 설정값 보다 크면 롤 발생이 억제되도록 상기 보조 에어 스프링의 공기압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 현가장치의 제어방법.
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KR20170006914A (ko) * 2015-07-10 2017-01-18 현대자동차주식회사 가변 에어 현가 장치
KR102307505B1 (ko) * 2021-04-13 2021-09-30 평화산업주식회사 공기압 누설 방지를 위한 에어서스펜션

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