KR20120033209A - 에어스프링방식 서스펜션 - Google Patents

에어스프링방식 서스펜션 Download PDF

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KR20120033209A
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이동락
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Abstract

본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션(30)은, 에어챔버(32a)를 내부에 구성하는 실린더(32)와, 실린더의 외부에 에어챔버와 통기되는 완충챔버(34a)를 구성하는 아우터튜브(34)와, 에어챔버로 진출입 가능토록 장착된 댐퍼(36)와, 에어챔버내에 구비되어 댐퍼에 삽입되는 피스톤로드(38)와, 완충챔버와 통기되는 조절챔버(40a)를 구성하는 어큐뮬레이터모듈(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 어큐뮬레이터모듈은 내부에 조절챔버를 형성하는 챔버하우징(41)과, 조절챔버내에서 왕복이동되도록 구비되어 완충챔버와 연통되는 유효압력공간(40b)을 구획하여 형성하며, 위치이동에 의해 유효압력공간내의 체적이 달라지도록 하는 피스톤(42)과, 피스톤의 가동을 위한 가동수단을 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명에 의하면 의하면 에어챔버의 압력을 조절하는 어큐뮬레이터모듈이 일체화된 구조로 이루어지기 때문에 타부품과의 간섭을 고려하여 차체가 복잡해지는 문제점이 크게 개선되고, 구조적인 내구성도 향상된다.
또한, 일체화된 구조상 어큐뮬레이터모듈의 조절챔버에서 에어챔버로의 압력전달이 신속하게 이루어짐으로써 밸런싱 기능의 응답속도가 향상된다.
따라서, 이러한 종래기술에 의하면 차량설계상의 효율이 향상될 뿐만 아니라, 주행안정성 확보에도 도움이 된다는 이점이 있다.

Description

에어스프링방식 서스펜션{Suspension with air spring}
본 발명은 차량의 높이 조절이 가능토록 하는 에어스프링방식 서스펜션에 관한 것이다.
차량의 서스펜션 시스템은 차축과 차체 사이에서 차량의 주행시 노면으로부터 차축을 통해 전달되는 진동이나 충격을 흡수함과 더불어 차체의 밸런스가 유지되도록 하는 등의 기능을 수행함으로써 차량의 주행 안정성 및 승차감을 향상시키기 위한 것이다.
차량의 서스펜션 시스템은 충격을 흡수하는 서스펜션과, 휠의 작동을 제어하는 아암 및 링크 등을 포함하여 이루어진다.
서스펜션은 충격에 대한 완충작용을 수행하는 탄성수단과, 탄성수단의 진동을 감쇠하는 댐퍼로 구성된다.
탄성수단은 주로 코일스프링과 판스프링 등과 같이 일정한 탄성계수를 가지며 재질적인 특성과 형태에 의하여 완충작용을 수행하는 강체스프링방식과, 기체의 특성을 이용하여 완충작용을 수행하는 에어스프링방식으로 대별된다.
여기서, 에어스프링방식은 강체스프링방식에 비해 탄성기능이 우수하고 완충작용에 따른 미세진동의 유발이 작기 때문에 고급 차량에 많이 이용되고 있다.
더욱이, 에어스프링방식의 탄성수단이 적용된 서스펜션의 경우에는 충진되는 작동기체의 압력을 달리함으로써 차고(車高)를 조절하거나, 노면의 기울기에 대응하여 차량의 평형을 유지할 수 있도록 하는 등 밸런싱기능이 가능토록 구성되기도 한다.
한편, 화물차량이나 레포츠용 차량과 같이 하물이 적재되는 차량의 경우에는 탑승객의 수는 물론 적재되는 하물에 의하여서도 차량의 적재하중이 크게 변하게 되며, 서스펜션에 가해지는 하중압력 역시 크게 달라지게 되는 바, 에어스프링방식 서스펜션에 의하면 차량의 적재하중에 맞추어 기준압력(차량의 정지상태에서 차량의 하중부하에만 대응하여 일정하게 유지되는 압력)이 달라지도록 적절하게 조절됨으로써 차고가 일정하게 유지되도록 하는 레벨링기능도 가능해진다.
도 1에 나타난 것과 같이 종래의 에어스프링방식 쇽업서버(10)는 댐퍼(12) 및 댐퍼(12)와 결합되어 에어챔버(14a)를 형성하는 실린더(14)와, 댐퍼(12)에 삽입되는 피스톤로드(16)를 포함하여 이루어져 있다.
댐퍼(12)는 그 내부에 이너챔버(12a)와 아우터챔버(12b)를 구성하도록 이중구조로 이루어지는 것이 일반적이다.
에어챔버(14a) 내에는 에어 내지는 질소 등의 작동기체가 충진되며, 댐퍼(12)의 내부에는 작동오일이 충진되어 있고, 피스톤로드(16)의 내측선단에는 작동오일의 유동상태를 제어하는 피스톤밸브(161)가 구비되어 있다.
이와 같은 종래 에어스프링방식의 서스펜션(10)에 의하면 차량의 주행시 발생하는 상하방향 충격이, 작동기체가 충진된 에어챔버(14a)에 의해 1차적으로 흡수되며, 에어챔버(14a)의 충격흡수과정에서 발생하는 진동에 대한 감쇠작용 및 2차적인 충격흡수작용이 작동오일이 충진된 댐퍼(12)에 의해 이루어지게 된다.
한편, 이와 같은 에어스프링방식 서스펜션(10)이 적용된 이른바 에어서스펜션 시스템은 예시적으로 도 2에 나타난 바와 같이 각각의 서스펜션(10)의 에어챔버(14a)와, 에어배관(22)에 의해 연결되는 서지탱크(20) 및, 각 에어배관(22)상에 구비되어 서지탱크(20)에서 서스펜션(10)의 에어챔버(14a)로의 에어공급을 조절하는 조절밸브(24)와, 각 에어챔버(14a)의 압력을 체크하는 압력센서(미도시)와, 압력센서를 통해 파악된 데이터를 통하여 서지탱크(20) 및 각 조절밸브(24)의 작동을 조절하는 콘트롤러(26)를 포함하여 이루어진다.
이러한 종래기술에 의하면 서지탱크(20)와 조절밸브(24) 및 콘트롤러(26)의 연계작동에 의해 서지탱크(20)에서 각 서스펜션(10)의 에어챔버(14a)측으로 작동기체가 공급되거나 반대로 에어챔버(14a)에서 서지탱크(20)측으로 작동기체가 흡수됨으로써 차고 및 차체의 기울기가 달라지게 되며, 경우에 따라서는 이른바 레벨링기능을 통해 차량의 하중변화에 상관없이 차고가 일정하게 유지되도록 하게 된다.
그러나, 이러한 종래기술에 의하면 하나의 서지탱크(20)에서 다수개의 서스펜션(10)에 에어배관(22)을 통해 작동기체를 공급하는 구조로 이루어지기 때문에 서지탱크(20)에서 각 서스펜션(10)으로 이어지는 에어배관(22)의 구성을 위하여 차체설계상의 제약이 있으며, 차량의 구조가 복잡하게 된다.
또한, 에어배관(22)에 의해 서지탱크(20)와 서스펜션(10)이 연결되는 특성상, 에어배관(22)이 파손되는 등의 이유로 작동기체가 누설되면, 서스펜션(10)의 에어챔버(14a)에 대한 조절작용은 물론 서스펜션 본래의 완충기능까지 제대로 수행되지 않을 우려가 있다.
더불어, 차량의 주행시 노면의 기울기에 대응하여 차량의 평형이 유지되도록 하는 밸런싱기능에 있어서는 노면 변화에 따른 서스펜션(10)의 즉각적인 반응작동이 무엇보다 중요하다고 볼 수 있으나, 종래기술에 의하면 서지탱크(20)와 각 서스펜션(10)이 이격배치된 구조상, 서지탱크(20)로부터 서스펜션(10)측으로 작동기체가 공급되어 압력이 조절되는 과정에서 인터벌 시간이 소요되기 때문에 즉각적인 반응이 이루어지지 않게 된다.
따라서, 이러한 종래기술에 의하면 차량제작상의 효율성이 저하될 뿐만 아니라, 에어스프링의 특성을 이용한 다양한 기능을 구현함에 따른 문제점이 유발된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조적인 특성상 차량의 설계효율 및 주행안정성 향상에 도움이 되는 에어스프링방식 서스펜션의 제공에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션은, 에어챔버를 내부에 구성하는 실린더와, 상기 실린더를 감싸도록 구성되어, 상기 실린더의 외부에 상기 에어챔버와 통기되는 완충챔버를 구성하는 아우터튜브와, 상기 실린더의 에어챔버로 진출입 가능토록 장착된 댐퍼와, 상기 실린더의 에어챔버내에 구비되어 댐퍼에 삽입되는 피스톤로드와, 상기 완충챔버와 통기되는 구조로서 압력이 조절되는 조절챔버를 구성하는 어큐뮬레이터모듈을 포함하여 이루어진다.
상기 어큐뮬레이터모듈은 상기 아우터튜브의 외부에 구비되며, 그 내부에 상기 조절챔버를 형성하는 챔버하우징과, 상기 챔버하우징의 조절챔버내에서 왕복이동되도록 구비되어 상기 완충챔버와 연통되는 유효압력공간을 구획하여 형성하며, 위치이동에 의해 상기 유효압력공간내의 체적이 달라지도록 하는 피스톤과, 상기 피스톤의 가동을 위한 가동수단을 포함하여 이루어진다.
상기 챔버하우징은 상기 아우터튜브의 외측면에 접하도록 배치되고, 상기 완충챔버와 조절챔버를 연결하는 통기유로는 챔버하우징내에 형성된다.
상기 가동수단은 구동모터와, 상기 구동모터의 구동축과 연결되어 구동축의 회전을 감속하여 출력하는 감속기어유닛과, 상기 감속기어유닛에 의해 회전되는 회전축과, 상기 회전축의 회전작동을 직선운동으로 전환하여 피스톤에 전달하는 크랭크기구를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의한 에어스프링방식 서스펜션은 에어챔버의 압력을 조절하는 어큐뮬레이터모듈과 일체형으로 이루어지기 때문에 타부품과의 간섭을 고려하여 차체가 복잡해지는 문제점이 크게 개선되고, 구조적인 내구성도 향상된다.
또한, 어큐뮬레이터모듈과 일체형으로 이루어지는 특성상, 어큐뮬레이터모듈의 조절챔버에서 에어챔버측으로의 압력전달이 신속하게 이루어짐으로써 밸런싱 기능 등의 응답속도가 향상된다.
따라서, 이러한 본 발명에 의하면 차량설계상의 효율이 향상될 뿐만 아니라, 주행안정성 확보에도 도움이 된다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 에어스프링방식 서스펜션의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 에어스프링방식 서스펜션이 적용된 에어서스펜션 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션의 구조를 정면에서 나타낸 절단사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션의 구조를 측면에서 나타낸 절단사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션의 구조를 나타낸 배면도이다.
도 6a와 6b는 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션의 작동상태를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도 3부터 도 6b까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 3과 도 4에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 에어스프링방식 서스펜션(30)은, 작동기체가 충진되는 에어챔버(32a)를 내부에 구성하는 실린더(32)와, 상기 실린더(32)를 감싸도록 구성되어, 상기 실린더(32)의 외부에 상기 에어챔버(32a)와 통기되는 완충챔버(34a)를 구성하는 아우터튜브(34)와, 상기 실린더(32)의 에어챔버(32a)로 진출입 가능토록 장착된 댐퍼(36)와, 상기 실린더(32)의 에어챔버(32a)내에 구비되어 댐퍼(36)에 삽입되는 피스톤로드(38)와, 상기 완충챔버(34a)와 통기되는 조절챔버(40a)를 구성하는 어큐뮬레이터모듈(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 실린더(32)의 상단에는 다수개의 통기홀(321)이 형성되고, 상기 에어챔버(32a)와 완충챔버(34a)는 상기 통기홀(321)에 의하여 서로 통기된다.
상기 어큐뮬레이터모듈(40)은 상기 아우터튜브(34)의 외부에 구비되며, 그 내부에 조절챔버(40a)를 형성하는 챔버하우징(41)과, 상기 챔버하우징(41)의 조절챔버(40a)내에서 상하 왕복 이동되도록 구비된 피스톤(42)과, 상기 피스톤(42)의 작동을 위한 가동수단을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 챔버하우징(41)은 상기 아우터튜브(34)의 외측면에 접하도록 배치되고, 상기 완충챔버(34a)와 조절챔버(40a)를 연결하는 통기유로(401)는 챔버하우징(41)내에 형성되어 조절챔버(40a)의 하면에서 완충챔버(34a)의 하부로 이어지도록 구성된다.
상기 피스톤(42)은 조절챔버(40a)를 구획하여 완충챔버(34a)와 연통되는 이른바 유효압력공간(40b)(조절챔버내에서 피스톤의 선단을 기준으로 통기유로측으로의 공간)을 형성하게 되는데, 유효압력공간(40b)은 피스톤(42)이 이동됨에 따라 그 체적이 달라지게 되고, 유효압력공간(40b)의 체적변화는 완충챔버(34a)의 압력변화로 이어지게 된다.
상기 챔버하우징(41)은 예시적으로 피스톤(42)의 스트로크에 해당하는 길이로 이루어진 실린더튜브(412)와, 상기 실린더튜브(412)의 상면을 덮는 상부커버(412)와, 실린더튜브(412)의 하면을 막는 하부커버(413)가 조합된 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 챔버하우징(41)의 하부커버(413)는 아우터튜브(34)의 저면과 결합되는 이른바 일체형 구조로 이루어질 수 있는데, 이러한 구조에 의하면 별도의 연결기구에 의하지 않고도 챔버하우징(41)이 아우터튜브(34)에 연접되는 배치구조가 가능하게 된다.
이 경우에 조절챔버(40a)와 완충챔버(34a)를 연결하는 통기유로(401)는 챔버하우징(41)을 구성하는 상기 하부커버(413)내에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가동수단은 구동모터(43)와, 상기 구동모터(43)의 구동축과 연결되어 구동축의 회전을 감속하여 출력하는 감속기어유닛과, 상기 감속기어유닛에 의해 회전되는 회전축(47)과, 상기 회전축(47)의 회전작동을 직선운동으로 전환하여 피스톤(42)에 전달하는 크랭크기구로 이루어진다.
상기 감속기어유닛은 예시적으로 구동모터(43)가 수직으로 설치된 경우에 있어서, 상기 구동모터(43)의 구동축에 구비된 연결된 구동베벨기어(44)와, 상기 구동베벨기어(44)와 직교하는 방향으로 치합되는 종동베벨기어(45)와, 상기 종동베벨기어(45)와 동축(同軸)연결된 보조기어(451)와, 상기 보조기어(451)와 치합되며 그 회전중심이 상기 회전축(47)에 연결되는 부채꼴기어(46)로 이루어진다.(도 5 참조)
상기 크랭크기구는 상기 회전축(47)에 그 일단이 연결된 크랭크아암(48)과, 상기 크랭크아암(48)의 타단에 그 상단이 연결되고, 그 하단이 피스톤(42)에 연결되는 커넥팅로드(49)로 이루어진다.
이와 같이 구성된 본 발명의 에어스프링방식 서스펜션(30)은 상기 댐퍼(36)가 실린더(32) 내에서 압축행정과 인장행정을 반복하는 과정에서 에어챔버(32a)내의 작동기체가 반복적으로 압축됨으로써 차량의 주행시 발생하는 충격을 흡수하는 완충작동이 이루어지며, 이 과정에서 피스톤로드(38)의 선단에 구비된 피스톤밸브가 댐퍼(36) 내에서 움직이면서 작동오일의 저항에 의해 감쇠작동을 수행하게 된다.
여기서, 압축행정시에는 댐퍼(36)에 의해 압축되는 에어챔버(32a)내의 작동기체는 실린더(32)에 형성된 통기홀(321)을 통해 완충챔버(34a)로 일부 빠져나가고, 인장행정시에는 완충챔버(34a)내의 작동기체가 에어챔버(32a)로 유입됨으로써 완충작동시 에어챔버(32a)의 급격한 압력 변화를 방지하는 이른바 보상작동 또한 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 서스펜션(30)은 상기 에어챔버(32a)로부터 완충챔버(34a)를 거쳐 조절챔버(40a)로 이어지는 하나의 폐공간을 형성하기 때문에 어큐뮬레이터모듈(40)의 피스톤(42)이 가동되어 조절챔버(40a)의 유효압력공간(40b)의 체적이 변화되고 이를 통해 에어챔버(32a)의 압력변화가 유도되는 바, 이 같은 본 발명의 이른바 압력조절작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 에어챔버(32a)내의 압력을 높이는 가압작동시에는 도 6a에 나타난 것과 같이 구동모터(43)가 작동하여 구동모터(43)의 회전축(47)에 구비된 구동벨벳기어(44)가 일측으로 회전하게 되고, 구동벨벳기어(44)의 회전작동이 종동벨벳기어(45) 및 보조기어(451)를 거쳐 부채꼴기어(46)로 전달되며, 부채꼴기어(46)에 의해 회전축(47)이 일측으로 회전하게 된다.
그리고, 회전축(47)에 연결된 크랭크아암(48)이 하방으로 회전되어, 크랭크아암(48)에 연결된 커넥팅로드(49)가 하향이동하게 됨으로써 피스톤(42)이 아래로 내려가게 되며, 피스톤(42)이 아래로 내려감에 따라 조절챔버(40a)내의 유효압력공간(40b)의 체적이 감소되고, 조절챔버(40a)내의 작동기체는 가압되어 통기유로(401)를 통해 완충챔버(34a)로 공급된다.
조절챔버(40a)로부터 완충챔버(34a)로 작동기체가 공급되어 완충챔버(34a)내의 압력이 상승되면, 완충챔버(34a)내의 작동기체가 통기홀(321)을 통해 에어챔버(32a)로 공급됨으로써 에어챔버(32a)의 압력 역시 상승하게 되며, 이에 따라 에어챔버(32a)의 체적이 증가하여 댐퍼(36)가 인출방향으로 이동되어 차고가 높아지게 된다.
에어챔버(32a)내의 압력을 낮추는 감압작동시에는 도 6b에 나타난 것과 같이 구동모터(43)의 회전축이 가압작동시와 반대로 회전됨으로써 감속기어유닛 및 크랭크기구 역시 가압작동시와 반대로 작동되어 피스톤(42)이 위로 올라가게 된다.
따라서, 조절챔버(40a)의 유효압력공간(40b)의 체적이 증가하게 되고, 완충챔버(34a)내의 작동기체가 통기유로(401)를 통해 조절챔버(40a)로 흡입되며, 에어챔버(32a)내의 작동기체는 통기홀(321)을 통해 완충챔버(34a)측으로 흡입됨으로써 에어챔버(32a)의 압력이 저하되어 에어챔버(32a)의 체적이 감소되며, 댐퍼(36)가 삽입방향으로 이동되어 결과적으로 차고가 낮아지게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 아우터튜브(34)와 어큐뮬레이터모듈(40)이 연접배치된 구조상 피스톤(42)의 위치이동에 의하여 에어챔버(32a)의 압력조절이 즉시 이루어지게 된다.
30: 서스펜션 32: 실린더 32a: 에어챔버
34: 아우터튜브 34a: 완충챔버 36: 댐퍼
38: 피스톤로드 40: 어큐뮬레이터모듈 40a: 조절챔버
401: 통기유로 41: 챔버하우징 42: 피스톤
40b: 유효압력공간 43: 구동모터

Claims (4)

  1. 에어챔버를 내부에 구성하는 실린더와,
    상기 실린더를 감싸도록 구성되어, 상기 실린더의 외부에 상기 에어챔버와 통기되는 완충챔버를 구성하는 아우터튜브와,
    상기 실린더의 에어챔버로 진출입 가능토록 장착된 댐퍼와,
    상기 실린더의 에어챔버내에 구비되어 댐퍼에 삽입되는 피스톤로드와,
    상기 완충챔버와 통기되는 구조로서 압력이 조절되는 조절챔버를 구성하는 어큐뮬레이터모듈
    을 포함하여 이루어지며,

    상기 에어챔버와 완충챔버 및 조절챔버가 서로 이어지는 하나의 폐공간을 형성함으로써 조절챔버의 압력변화에 의해 에어챔버의 압력변화가 유도되도록 하는 것
    을 특징으로 하는 에어스프링방식 서스펜션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터모듈은
    상기 아우터튜브의 외부에 구비되며, 그 내부에 상기 조절챔버를 형성하는 챔버하우징과,
    상기 챔버하우징의 조절챔버내에서 왕복이동되도록 구비되어 상기 완충챔버와 연통되는 유효압력공간을 구획하여 형성하며, 위치이동에 의해 상기 유효압력공간내의 체적이 달라지도록 하는 피스톤과,
    상기 피스톤의 가동을 위한 가동수단
    을 포함하여 이루어짐으로써
    상기 가동수단에 의해 상기 피스톤의 위치가 이동되어 상기 조절챔버내의 유효압력공간의 체적이 변화됨으로써
    조절챔버내의 작동기체가 완충챔버측으로 이동되거나
    완충챔버내의 작동기체가 조절챔버측으로 이동되는 것
    을 특징으로 하는 에어스프링방식 서스펜션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버하우징은
    상기 아우터튜브의 외측면에 접하도록 배치되고,
    상기 완충챔버와 조절챔버를 연결하는 통기유로는
    챔버하우징내에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 에어스프링방식 서스펜션.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가동수단은
    구동모터와,
    상기 구동모터의 구동축과 연결되어 구동축의 회전을 감속하여 출력하는 감속기어유닛과,
    상기 감속기어유닛에 의해 회전되는 회전축과,
    상기 회전축의 회전작동을 직선운동으로 전환하여 피스톤에 전달하는 크랭크기구
    를 포함하여 이루어지는 에어스프링방식 서스펜션.
KR1020100103000A 2010-09-29 2010-10-21 에어스프링방식 서스펜션 KR20120033209A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111469619A (zh) * 2020-04-26 2020-07-31 安美科(安徽)汽车电驱有限公司 一种汽车空气悬架用空气供给设备

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