KR20120032782A

KR20120032782A - 스프링 상수 가변식 에어 스프링

Info

Publication number: KR20120032782A
Application number: KR1020100094301A
Authority: KR
Inventors: 이광수
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-06
Also published as: KR101194991B1

Abstract

본 발명은 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킴으로써 스프링 상수가 가변될 수 있도록 하여 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 에어 스프링에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서, 상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체와; 상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체와; 상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브와; 상기 제1 몸체에 설치되며 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 상기 에어 스프링의 내부 공간에 복수의 챔버를 형성하기 위한 밸브 구조체와; 상기 밸브 구조체를 개폐시키기 위한 개폐장치; 를 포함하며, 상기 밸브 구조체의 개폐에 의해 상기 에어 스프링의 내부 공간의 체적을 변화시킴으로써 상기 에어 스프링의 스프링 상수를 가변시키는 스프링 상수 가변식 에어 스프링이 제공된다.

Description

스프링 상수 가변식 에어 스프링{AIR SPRING WITH A VARIABLE SPRING CONSTANT}

본 발명은 압축 공기를 이용하여 자동차의 진동이나 충격을 흡수하는 에어 스프링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킴으로써 스프링 상수가 가변될 수 있도록 하여 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 에어 스프링에 관한 것이다.

일반적으로 현가장치는 차체의 하부와 바퀴의 축 사이에 설치되어 차량의 바퀴로부터 차체에 전달되는 진동 또는 충격을 완충시키는 동시에 감쇠시키기 위한 것으로서, 스프링과 쇽업소버 등으로 이루어진다.

현가장치에 사용되는 스프링으로서는 코일 스프링이나 에어 스프링(air spring)을 들 수 있는데, 에어 스프링을 가지는 공기현가장치의 경우 엔진 또는 모터에 의해 압축기가 구동되며, 압축기에서 압축된 공기는 워터 트랩 및 체크 밸브 등을 거쳐서 메인 에어 탱크에 저장된다. 그리고, 메인 에어 탱크 내부의 압력은 압력 조정기에 의해 일정한 범위 내로 조정되며, 일측에는 공기 압력의 이상 발생시 이를 해소하기 위한 안전 밸브가 설치된다. 메인 에어 탱크의 공기는 공기 파이프, 레벨링 밸브 및 서지 탱크 등을 경유하여 현가장치의 에어 스프링으로 도입된다.

종래 기술에 따른 에어 스프링은 통상적으로 코일 스프링에 비해 낮게 설정된 스프링 상수값을 가지며, 그에 따라 차량의 고유진동수가 낮아져 승차감을 향상시키는 효과를 거둘 수 있다. 그러나, 스프링 상수값이 지나치게 낮게 설정될 경우 차량의 조정안정성이 저하되는 문제가 있다. 이와 같이 승차감과 조정안정성이라는 2가지 특성은 어느 한쪽이 좋아지면 다른 한쪽이 나빠지는 관계에 있다.

그런데 종래 기술에 따른 에어 스프링은 스프링 상수가 일정한 값으로 고정되어 있기 때문에, 승차감이 개선되면 조정안정성이 희생되고 조정안정성이 개선되면 승차감이 희생되는 문제가 있다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킴으로써 스프링 상수가 가변될 수 있도록 하여 승차감과 조종안정성을 필요에 따라 향상시킬 수 있도록 한 에어 스프링을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서, 상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체와; 상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체와; 상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브와; 상기 제1 몸체에 설치되며 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 상기 에어 스프링의 내부 공간에 복수의 챔버를 형성하기 위한 밸브 구조체와; 상기 밸브 구조체를 개폐시키기 위한 개폐장치; 를 포함하며, 상기 밸브 구조체의 개폐에 의해 상기 에어 스프링의 내부 공간의 체적을 변화시킴으로써 상기 에어 스프링의 스프링 상수를 가변시키는 스프링 상수 가변식 에어 스프링이 제공된다.

상기 밸브 구조체는, 상기 제1 몸체에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트 상에 적층되어 상기 개폐장치에 의해 구동되는 밸브체를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정 플레이트는 하나 이상의 고정구멍을 가지며 상기 밸브체는 상기 고정구멍의 개수에 상응하는 개수의 관통구멍을 가져, 상기 밸브체가 상기 고정 플레이트 상에서 회전하면서 상기 고정구멍을 개폐시킴에 따라 상기 밸브 구조체가 개폐되는 것이 바람직하다.

상기 개폐장치는, 상기 밸브체에 연결되는 회전축과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 모터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 밸브 구조체는 상기 제1 몸체의 내부에 복수개가 설치되어 상기 에어 스프링의 내부 공간에 복수개의 챔버를 형성하며, 상기 개폐장치는 복수의 상기 밸브 구조체를 개폐시켜 복수개의 상기 챔버를 순차적으로 개방 또는 폐쇄시킴으로써 상기 에어 스프링의 내부 공간의 체적을 단계적으로 변화시키는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 에어 스프링의 챔버 내부에 하나 이상의 밸브를 설치하고 필요에 따라 이 밸브를 개폐시킴으로써 에어 스프링의 챔버 체적을 변화시킬 수 있는 에어 스프링이 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명의 에어 스프링에 의하면, 스프링 상수가 가변될 수 있어 필요에 따라 승차감을 향상시키거나 조종안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링의 측단면도, 그리고
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링의 밸브 개폐를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 스프링을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 에어 스프링은, 차체 측에 고정되는 제1 몸체(1)와, 차륜 측에 고정되는 제2 몸체(2)와, 이들 제1 및 제2 몸체(1, 2) 사이에 설치되는 고무재질의 에어 슬리브(air sleeve)(3)를 포함한다. 고무재질의 에어 슬리브는, 에어 스프링의 내부압력 변화에 따라 그 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행한다.

본 발명의 에어 스프링은, 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 복수의 챔버를 형성하기 위한 하나 이상의 밸브 구조체와, 이 밸브 구조체를 개폐시키기 위한 개폐장치를 더 포함하고 있다.

도 1을 참조하면 차체 측에 고정되는 제1 몸체(1)의 내측에 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)가 설치되어 있다. 도 1에는 2개의 밸브 구조체가 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며 설계시 필요에 따라 하나 혹은 3개 이상의 밸브 구조체가 설치될 수 있다.

각각의 밸브 구조체는 하나의 고정 플레이트와 하나의 밸브체를 포함한다. 즉, 제1 몸체(1)의 하단에 설치된 제1 밸브 구조체(10)는 제1 고정 플레이트(13)와 제1 밸브체(11)를 포함하며, 제1 밸브 구조체(10)보다 위쪽에 설치된 제2 밸브 구조체(20)는 제2 고정 플레이트(23)와 제2 밸브체(21)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 고정 플레이트(13, 23)는 각각 하나 이상, 예컨대 3개의 제1 및 제2 고정구멍(14, 24)을 갖는다. 제1 및 제2 고정구멍(14, 24)이 복수개 형성된 경우에는 서로 일정한 각도간격을 가지도록 이격되는 것이 바람직하다. 도 2를 참조하면, 3개의 제1 및 제2 고정구멍(14, 24)이 X축에서 시계반대방향으로 60° ~ 120°, 180°~ 240°, 그리고 300°~ 360°의 각도범위 내에 형성되어 있는 것으로 예시되어 있다.

제1 및 제2 밸브체(11, 21)는 각각 제1 및 제2 고정 플레이트와 동일한 개수의 제1 관통구멍(12) 및 제2 관통구멍(22)을 가지며, 제1 및 제2 관통구멍(12, 22)이 복수개 형성된 경우에는 서로 일정한 각도간격을 가지도록 이격된다.

초기 상태에서, 제1 밸브체(11)에 형성된 제1 관통구멍(12)은 X축에서 시계반대방향으로 0° ~ 60°, 120°~ 180°, 그리고 240°~ 300°의 각도범위 내에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 제2 밸브체(21)에 형성된 제2 관통구멍(22)은 X축에서 시계반대방향으로 0° ~ 30°, 120°~ 150°, 그리고 240°~ 270°의 각도범위 내에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 및 제2 밸브체(11, 21)에 형성된 제1 및 제2 관통구멍(12, 22)과, 제1 및 제2 고정 플레이트(13, 23)에 형성된 제1 및 제2 고정구멍(14, 24) 사이의 각도 차이를 이용하여 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 모두 폐쇄시키거나, 제1 밸브 구조체(10)만을 개방시키거나, 혹은 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 모두 개방시키는 것이 가능하다.

도 2의 (a)에는 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)가 모두 폐쇄된 상태가 도시되어 있고, 도 2의 (b)에는 개폐장치에 의해 제1 및 제2 밸브체(11, 21)를 시계반대방향으로 대략 30°만큼 선회시킴으로써 제1 밸브 구조체(10)를 개방시킨 상태가 도시되어 있고, 도 2의 (c)에는 제1 및 제2 밸브체(11, 21)를 시계방향으로 대략 60°만큼 선회시킴으로써 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 모두 개방시킨 상태가 도시되어 있다.

제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 개폐시키는 개폐장치는, 제1 밸브체(11) 및 제2 밸브체(21)를 함께 연결하는 하나의 회전축(31)과, 이 회전축(31)을 회전시킬 수 있는 모터(32)를 포함한다. 모터(32)로서는 제어부의 제어에 의해 일정한 각도만큼 회전할 수 있는 스텝 모터를 사용하는 것이 바람직하다.

모터의 작동은 전자제어장치를 통해 차량의 운행상태 및 거동을 감지하여 제어부에서의 신호에 따라 자동적으로 이루어질 수 있다.

에어 스프링은 내부 챔버에 채워진 공기의 압축성을 이용하여 스프링 작용을 수행한다. 따라서, 챔버의 체적이 작으면 스프링 상수가 큰 값을 가지며, 챔버의 체적이 크면 스프링 상수가 작은 값을 가진다. 이러한 에어 스프링의 특성을 이용하여 내부 챔버의 체적을 변화시킨다면 스프링 상수를 가변시키는 것이 가능하며, 그에 따라 본 발명에 의하면 승차감을 향상시킬 필요가 있는 경우에는 챔버의 체적을 크게 변화시키고 조정안정성을 향상시킬 필요가 있는 경우에는 챔버의 체적을 작게 변화시킴으로써 필요에 따라 승차감 또는 조정안정성에 대한 요구를 선택적으로 만족시킬 수 있는 에어 스프링이 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 밸브 구조체, 예컨대 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)에 의해 에어 스프링의 내부 공간은 복수, 예컨대 3개의 공간으로 구획될 수 있다. 전술한 바와 같이 승차감을 향상시킬 필요가 있을 때에는 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 모두 개방시킴으로써 에어 스프링의 내부 체적을 최대로 하고, 조정안정성을 향상시킬 필요가 있을 때에는 제1 및 제2 밸브 구조체(10, 20)를 모두 폐쇄시킴으로써 에어 스프링의 내부 체적을 최소로 할 수 있다.

본 발명의 변형예에 따라 3개 이상의 밸브 구조체를 포함하는 경우 4개 이상의 챔버가 형성되어 4단계 이상에 걸쳐 에어 스프링의 체적을 가변할 수 있으며, 이를 위해 회전축의 회전에 의하여 각 챔버가 순차적으로 개방될 수 있도록 구성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 에어 스프링을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1: 제1 몸체, 2: 제2 몸체, 3: 에어 슬리브, 10: 제1 밸브 구조체, 11: 제1 밸브체, 12: 제1 관통구멍, 13: 제1 고정 플레이트, 14: 제1 고정구멍, 20: 제2 밸브 구조체, 21: 제2 밸브체, 22: 제2 관통구멍, 23: 제2 고정 플레이트, 24: 제2 고정구멍, 31: 회전축, 32: 모터

Claims

차량에 설치되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 에어 스프링으로서,
상기 차량의 차체 측에 고정되는 제1 몸체와;
상기 차량의 차륜 측에 고정되는 제2 몸체와;
상기 제1 및 제2 몸체 사이에 설치되어 내부압력 변화에 따라 외형이 변화하면서 스프링으로서의 역할을 수행하는 에어 슬리브와;
상기 제1 몸체에 설치되며 상기 에어 스프링의 내부 공간을 분할하여 상기 에어 스프링의 내부 공간에 복수의 챔버를 형성하기 위한 밸브 구조체와;
상기 밸브 구조체를 개폐시키기 위한 개폐장치; 를 포함하며,
상기 밸브 구조체의 개폐에 의해 상기 에어 스프링의 내부 공간의 체적을 변화시킴으로써 상기 에어 스프링의 스프링 상수를 가변시키는 스프링 상수 가변식 에어 스프링.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 구조체는, 상기 제1 몸체에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트 상에 적층되어 상기 개폐장치에 의해 구동되는 밸브체를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 상수 가변식 에어 스프링.
청구항 2에 있어서,
상기 고정 플레이트는 하나 이상의 고정구멍을 가지며 상기 밸브체는 상기 고정구멍의 개수에 상응하는 개수의 관통구멍을 가져, 상기 밸브체가 상기 고정 플레이트 상에서 회전하면서 상기 고정구멍을 개폐시킴에 따라 상기 밸브 구조체가 개폐되는 것을 특징으로 하는 스프링 상수 가변식 에어 스프링.
청구항 2에 있어서,
상기 개폐장치는, 상기 밸브체에 연결되는 회전축과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 상수 가변식 에어 스프링.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 구조체는 상기 제1 몸체의 내부에 복수개가 설치되어 상기 에어 스프링의 내부 공간에 복수개의 챔버를 형성하며, 상기 개폐장치는 복수의 상기 밸브 구조체를 개폐시켜 복수개의 상기 챔버를 순차적으로 개방 또는 폐쇄시킴으로써 상기 에어 스프링의 내부 공간의 체적을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 스프링 상수 가변식 에어 스프링.