KR20120124670A - 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기존 기계적 현가장치의 개념에서 벗어나, 공기량을 통합제어함으로써 가속과 부하변동에 따른 차체의 공진을 자동제어할 수 있을 뿐 아니라, 상용차량의 가혹환경의 운전조건에서도 뛰어난 주행 안정성 및 차량 전복방지를 위한 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템{ACTIVE ELECTRONIC CONTROL SYSTEM FOR AIR SUSPENSION OF COMMERCIAL VEHICLE}

본 발명은 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기존 기계적 현가장치의 개념에서 벗어나, 공기량을 통합제어함으로써 가속과 부하변동에 따른 차체의 공진을 자동제어할 수 있을 뿐 아니라, 상용차량의 가혹환경의 운전조건에서도 뛰어난 주행 안정성 및 차량 전복방지를 위한 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템에 관한 것이다.

자동차에 설치되는 현가장치(본 명세서에서는 서스펜션이라는 용어와 혼용하도록 한다)은, 노면에서 전달되는 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키거나, 요철이 심한 노면을 주행할 때 차륜의 불규칙적인 운동을 제어하여 타이어의 접지력을 높임으로써 구동력, 제동력을 확실하게 노면에 전달하도록 하는 기능을 수행한다. 현가장치는 자동차의 하중을 지지함과 동시에 진동, 충격을 흡수하여 차체에 진동전달을 방지함으로써 승차감과 자동차의 안정성을 향상시키는 중요한 장치로 최근 차량 구입요건에 있어서도 중요한 요소로 작용하고 있다.

이러한 현가장치의 기본 요소로는, 차체와 휠 사이에 장착되는 쇼크 압소버(Shock Absorber)와 스프링을 들 수 있다. 스프링은 차고(車高)를 유지하고, 차량의 무게를 지탱하여 차량이 지면으로부터 받는 충격을 완화한다. 쇼크 압소버는 스프링의 상하 왕복운동을 댐핑하여 타이어가 항상 지면과 밀착하도록 한다. 한편, 휠은 타이어와 함께 바퀴를 구성한다. 여기서, 스프링 대신 에어스프링부를 사용하는 서스펜션을 에어 서스펜션이라 한다.

에어 서스펜션은, 에어스프링부과, 에어스프링부에 공기를 공급하기 위한 에어공급시스템과, 에어공급시스템으로부터의 공기를 에어스프링부에 유입 또는 유출시키기 위한 밸브를 구비하는 것이 일반적이다.

이러한 에어 서스펜션은 에어스프링부에 공기를 유출입하는 방식에 따라 기계식 에어 서스펜션과 전자식 에어 서스펜션으로 나눌 수 있다.

기계식 에어 서스펜션의 경우, 휠과 레벨링 밸브 사이에는 레버가 연결되어 있고, 차체의 변화에 따라 레버가 레벨링 밸브를 온오프한다. 이에 따라, 에어공급시스템으로부터의 공기가 에어스프링부에 유입되거나, 에어스프링부로부터의 공기가 외부로 유출된다. 이러한 기계식 에어 서스펜션의 경우, 차체의 움직임에 따라 즉각적으로 반응하여 에어스프링부의 공기를 유출입하며, 기계적 제어의 특성상 신뢰성이 높다. 그러나, 기계식 에어 서스펜션의 경우, 차고가 미리 세팅되어 있기 때문에 주행 중에는 차고를 조절할 수 없고, 차고의 수평 레벨링만이 가능하다.

반면, 전자식 에어 서스펜션은, 차체에 부착된 다양한 센서 등으로부터 신호를 입력받아 솔레노이드 밸브를 작동시킨다. 이에 따라, 에어공급시스템으로부터의 공기가 에어스프링부에 유입되거나, 에어스프링부로부터의 공기가 외부로 유출된다. 이러한 전자식 에어 서스펜션의 경우, 전자식 제어에 의해 주행 중에도 차고를 조절할 수 있으며, 각종 편리 모드의 채용이 용이하다. 그러나, 전자적 제어의 특성상 신뢰성이 낮으며, 일정 한계 조건 이상에서는 작동이 정지된다.

본 발명에 의한 상용차용 에어서스펜션의 능동형 전자제어시스템은 기존 기계적 현가장치의 개념에서 벗어나, 공기량을 통합제어함으로써 가속과 부하변동에 따른 차체의 공진을 자동제어할 수 있을 뿐 아니라, 상용차량의 가혹환경의 운전조건에서도 뛰어난 주행 안정성 및 차량 전복방지를 위한 핵심 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템은 한 쌍의 바퀴가 제공되고 차체에 구동력을 전달하는 구동 액슬과, 상기 구동 액슬의 후방에 위치하며 한 쌍의 바퀴가 제공되는 보조 액슬을 포함하는 상용차에 적용되는 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템이고,

각각의 바퀴와 차체를 연결하도록 제공되는 에어 스프링(30)과, 상기 각각의 에어 스프링(30)으로의 압축 공기를 공급 또는 차단하는 메인 제어 밸브(2)와, 상기 메인 제어 밸브(2)로 압축 공기를 공급하는 에어 탱크(20)와, 상기 에어 탱크(20)의 릴리프 및 충진 압력을 제어하는 압력 밸브(23)와, 상기 각각의 에어 스프링(30) 및 에어 탱크(20)의 압력을 측정하는 압력 센서(21)와, 각각의 바퀴 부근에서 상기 액슬과 차체의 거리를 측정하는 차고 센서(31)와, 상기 압력 센서(21) 및 상기 차고 센서(31)로부터 측정된 값을 실시간으로 전송받고, 이에 따라 상기 메인 제어 밸브(2)를 제어하는 제어기 모듈(1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 메인 제어 밸브(2)는 두 개가 제공되고, 각각 좌측의 에어 스프링들과 우측의 에어 스프링들을 구분하여 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기 모듈(1)로 전송된 각각의 압력값 및 차고 높이값을 운전자에게 시각적으로 표시하는 디스플레이(4)와, 운전석에서 상기 제어기 모듈(1)과 양방향 통신이 가능한 원격 제어 모듈(RCU)(50)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 상용차용 에어서스펜션의 능동형 전자제어시스템은 기존 기계적 현가장치의 개념에서 벗어나, 공기량을 통합제어함으로써 가속과 부하변동에 따른 차체의 공진을 자동제어할 수 있을 뿐 아니라, 상용차량의 가혹환경의 운전조건에서도 뛰어난 주행 안정성 및 차량 전복방지를 제공하는 효과가 있다.

특히, 운전석에서 디스플레이를 통해 상시 현재 상황을 체크할 수 있으며, RCU를 통해 원격제어가 가능하도록 하여 편의성 및 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 각 에어스프링의 압력에 의해 해당 위치의 차고가 독립적으로 제어되어 운전환경에 따른 최적의 승차감 및 주행안정성을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 차고 높이 제어 기능의 설명도.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 차고 기억 기능의 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 축하중 정보 기능의 설명도.
도 7은 본 발명에 따른 시스템의 축하중 배분 기능의 설명도.
도 8은 본 발명에 따른 시스템의 차고 복원 기능의 설명도.
도 9는 본 발명에 따른 시스템의 스탠 바이 기능의 설명도.
도 10은 본 발명에 따른 시스템의 트랙션 보조 기능의 설명도.
도 11은 본 발명에 따른 시스템의 코너 인식 기능의 설명도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템의 구성도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템은 한 쌍의 바퀴가 제공되고 차체에 구동력을 전달하는 구동 액슬과, 상기 구동 액슬의 후방에 위치하며 한 쌍의 바퀴가 제공되는 보조 액슬을 포함하는 상용차에 적용되는 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템이다.

일반적으로 상용차는 컨테이너부를 제외하면, 전방의 액슬과 후방의 액슬로 구분된다. 액슬의 양측에는 한 쌍의 바퀴가 제공된다. 후방의 액슬은 바퀴에 구동력을 전달하는 "구동 액슬"과, 도로상황 및 화물 중량에 따라 도로면에 선택적으로 접할 수 있는 "보조 액슬"로 구분될 수 있다.

이러한 액슬과 차체 또는 액슬과 바퀴는 현가장치(서스펜션)을 통하여 연결되며, 주행 성능 향상 및 주행면의 진동 및 소음을 차단하는 기능을 수행하게 된다.

본 발명에 의한 상용차용 에어서스펜션의 능동형 전자제어시스템은 기존 기계적 현가장치의 개념에서 벗어나, 공기량을 통합제어함으로써 가속과 부하변동에 따른 차체의 공진을 자동제어할 수 있을 뿐 아니라, 상용차량의 가혹환경의 운전조건에서도 뛰어난 주행 안정성 및 차량 전복방지를 위한 핵심 시스템을 제공하는 ㄱ것을 목적으로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 상용차용 에어서스펜션의 능동형 전자제어 시스템은 제어기 모듈(1)을 통해 각 구성요소를 제어하게 된다. 본 명세서에서 제어기 모듈이라 함은 ECU와 동일한 개념으로 이해할 수 있다.

Instrument Cluster(3)와 Internal Control Box(4) 및 제어기 모듈(1)은 캔(can) 통신을 통하는 것이 바람직하고, 제어기 모듈(1)과 OBD 커넥터는 K-line을 통하여 진단기능을 수행하는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 상용차용 에어서스펜션의 능동형 전자제어시스템은 각각의 바퀴와 차체를 연결하도록 제공되는 에어 스프링(30)과, 상기 각각의 에어 스프링(30)으로의 압축 공기를 공급 또는 차단하는 메인 제어 밸브(2)와, 상기 메인 제어 밸브(2)로 압축 공기를 공급하는 에어 탱크(20)와, 상기 에어 탱크(20)의 릴리프 및 충진 압력을 제어하는 압력 밸브(23)와, 상기 각각의 에어 스프링(30) 및 에어 탱크(20)의 압력을 측정하는 압력 센서(21)와, 각각의 바퀴 부근에서 상기 액슬과 차체의 거리를 측정하는 차고 센서(31)와, 상기 압력 센서(21) 및 상기 차고 센서(31)로부터 측정된 값을 실시간으로 전송받고, 이에 따라 상기 메인 제어 밸브(2)를 제어하는 제어기 모듈(1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 차량의 주행 또는 정차시 차고 센서, 압력 센서에서 실시간 센싱되는 측정값을 받아 제어기 모듈로 송신하고, 제어기 모듈은 이를 분석하여 원하는 상황에 맞도록 메인 제어 밸브(2)를 제어하게 된다.

제어기 모듈은 환경 변수(축하중, 차고, 차속, 노면상태 등)에 따라 최적의 제어신호를 메인 제어 밸브(2)로 전송하게 된다. 메인 제어 밸브(2)는 ON/OFF 동작에 의해 에어 스프링(30)의 공기압을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 메인 제어 밸브(2)는 두 개가 제공되고, 각각 좌측의 에어 스프링들과 우측의 에어 스프링들을 구분하여 제어하는 것을 특징으로 한다.

이처럼 구분하는 이유는 코너링시 성능을 향상시키고, 안정성을 높이기 위해서는 같은 측에 존재하는 에어 스프링 두 개를 동시에 제어해야 하는 것이 바람직한데, 이에 대한 반응성을 향상시키기 위해서는 같은 제어 밸브를 이용하는 것이 바람직하기 때문이다.

각 에어 스프링(31)의 압력에 의해 해당 위치의 차고가 독립적으로 제어되어 운전환경에 따른 최적의 승차감 및 주행안정성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 에어 서스펜션의 작동상황은 운전석의 Instrument Cluster의 LCD에서 상시 확인이 가능하며, RCU를 통해서 원격 제어가 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템은 상기 제어기 모듈(1)로 전송된 각각의 압력값 및 차고 높이값을 운전자에게 시각적으로 표시하는 디스플레이(4)와, 운전석에서 상기 제어기 모듈(1)과 양방향 통신이 가능한 원격 제어 모듈(RCU)(50)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 차량 상태를 실시간 진단하여 Instrument Cluster의 LCD에 표시하고, 양방향 통신기능을 이용해 운전자가 RCU로 에어 서스펜션을 직접 제어할 수 있는 다양한 기능을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 기본 기능은 차고 높이 제어 기능, 축하중 배분 기능, 축하중 정보 기능, 차고기억 기능 및 차고 복원 기능이다. 또한, 추가기능으로서, 스탠바이(stand by)기능, 트랙션(traction) 보조 기능, 코너 자세 제어 기능이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 시스템의 차고 높이 제어 기능의 설명도이다. 이는 도시된 바와 같이 하중 변화를 감지하여 차고를 노멀 레벨 상태를 유지하도록 하는 기능을 말한다.

도 5는 본 발명에 따른 시스템의 차고 기억 기능의 설명도이다. 이는 운전자가 설정한 차고를 기억하도록 하고, 이에 맞추어서 차고를 유지하도록 하는 기능을 말한다.

도 6은 본 발명에 따른 시스템의 축하중 정보 기능의 설명도이다. 이는 에어 스프링에 압력센서를 장착한 것을 통하여 적재 하중을 측정하고, 이를 Instrumnet Cluster를 통하여 운전자에게 전달되도록 하여 운전자가 이의 상황을 파악하여 RCU를 통해 제대로 대처가능토록 하기 위함이다.

도 7은 본 발명에 따른 시스템의 축하중 배분 기능의 설명도이다. 이는 구동 액슬의 축하중이 일정 중량 이상시(일반적으로는 10톤) 보조 액슬이 자동으로 하강하도록 하여 축하중을 자동을 배분하도록 제어하기 위함이다.

도 8은 본 발명에 따른 시스템의 차고 복원 기능의 설명도이다. 이는 정지시 운전자가 노멀 레벨에서 지상고를 변경한 후 운행하면, 소정의 속도(예를 들어 30km/h) 초과시에 노멀 레벨로 복원하도록 하여 주행 안정성을 향상시키기 위함이다.

도 9는 본 발명에 따른 시스템의 스탠 바이 기능의 설명도이다. 이는 키를 OFF 한 상태에서 운전자의 조작에 의하여 리프트 액슬 컨트롤 기능이 일정 시간동안 유지케 하는 것을 말한다.

도 10은 본 발명에 따른 시스템의 트랙션 보조 기능의 설명도이다. 이는 리프트 액슬의 에어 스프링 압력을 줄이고 드라이브 액슬의 축중을 증대시켜 견인력을 증대하기 위함이다.

도 11은 본 발명에 따른 시스템의 코너 인식 기능의 설명도이다. 이는 동일 조향각 유지시 코너로 인하여 무게 쏠림을 줄이기 위한 좌우 서스펜션을 조절하도록 하기 위한 기능을 말한다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

1 : 제어기 모듈, 2 : 메인 제어 밸브, 7, 40 : ECU, 20 : 에어탱크, 21 : 압력센서, 23 : 압력 밸브, 30 : 에어 스프링, 31 : 차고 센서, 50 : RCU

Claims (3)

1. 한 쌍의 바퀴가 제공되고 차체에 구동력을 전달하는 구동 액슬과, 상기 구동 액슬의 후방에 위치하며 한 쌍의 바퀴가 제공되는 보조 액슬을 포함하는 상용차에 적용되는 상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템에 있어서,
   각각의 바퀴와 차체를 연결하도록 제공되는 에어 스프링과,
   상기 각각의 에어 스프링으로의 압축 공기를 공급 또는 차단하는 메인 제어 밸브와,
   상기 메인 제어 밸브로 압축 공기를 공급하는 에어 탱크와,
   상기 에어 탱크의 릴리프 및 충진 압력을 제어하는 압력 밸브와,
   상기 각각의 에어 스프링 및 에어 탱크의 압력을 측정하는 압력 센서와,
   각각의 바퀴 부근에서 상기 액슬과 차체의 거리를 측정하는 차고 센서와,
   상기 압력 센서 및 상기 차고 센서로부터 측정된 값을 실시간으로 전송받고, 이에 따라 상기 메인 제어 밸브를 제어하는 제어기 모듈을 포함하는,
   상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 메인 제어 밸브는 두 개가 제공되고,
   각각 좌측의 에어 스프링들과 우측의 에어 스프링들을 구분하여 제어하는,
   상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기 모듈로 전송된 각각의 압력값 및 차고 높이값을 운전자에게 시각적으로 표시하는 디스플레이와,
   운전석에서 상기 제어기 모듈과 양방향 통신이 가능한 원격 제어 모듈(RCU)을 더 포함하는,
   상용차 에어 서스펜션의 능동형 전자 제어 시스템.

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