KR20130012293A - 능동제어 서스펜션 시스템 - Google Patents

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KR20130012293A
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김성준
서인석
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현대자동차주식회사
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Abstract

능동제어 서스펜션 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템은 차량의 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 구비되어 너클에 일단이 설치된 어시스트 링크의 차체측 절점의 위치를 가변하는 능동제어 서스펜션 시스템에 있어서, 상기 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 중앙 일측이 힌지 설치되고, 일단은 상기 어스시트 링크의 타단에 연결되는 제어레버; 상기 서브 프레임의 중앙 일측에 설치되며, 모터구동에 의해 양측 파워트랜스를 각각 전후진 구동하는 액추에이터; 상기 제어레버의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 파워트랜스에 연결되어 상기 파워트랜스의 전후력을 상기 제어레버에 전달하는 푸시 바를 포함한다.

Description

능동제어 서스펜션 시스템{ACTIVE GEOMETRY CONTROL SUSPENSION SYSTEM}
본 발명은 능동제어 서스펜션 시스템(AGCS, Active Geometry Control Suspension System)에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 차체측 서브 프레임과 양측 너클 사이에 구성되어 어시스트 링크의 차체측 절점의 위치를 가변하는 능동제어 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 현가장치는 차체와 차륜사이에 구성되어 2개의 강체를 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 스프링과 쇽업소버 및 트레일링 암과 너클, 컨트롤 아암 등으로 구성된다.
이러한 현가장치는 첫째, 차량의 주행 중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에 안락한 승차감을 제공하고, 둘째, 운전자의 운전 행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하여야 하며, 셋째, 불규칙한 노면의 주행 시, 타이어 접지면에서의 수직 하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 시, 차량의 안정성을 확보해야 하는 기본 조건을 만족시켜야 한다.
특히, 최근 리어 서스펜션에 적용하는 능동제어 서스펜션 시스템(Active Geometry control Suspension System, AGCS)은 전기적으로 작동되는 액추에이터를 이용하여 너클의 일측과 연결되는 어시스트 링크의 차체측 절점을 가변하여 차량의 고속 선회 혹은 급 차선 변경 시에 선회 외측 후륜을 토우 인(Toe In)으로 유도함으로써, 차량의 주행 및 조종 안정성을 개선한다.
즉, 차량은 급속 선회 또는 급 차선 변경 시에 오버 스티어 경향이 나타나 조종성이 떨어지는데, 상기한 능동제어 서스펜션 시스템은 고속 선회 및 급 차선 변경 시, 선회 외측 후륜을 선택적으로 제어하여 토우 인(Toe In)으로 유도하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 능동제어 서스펜션 시스템의 일례에 의한 사시도로서, 종래 능동제어 서스펜션 시스템은 서브 프레임(101)의 좌우 양측에 액추에이터(103)가 구성되고, 상기 액추에이터(103)의 작동로드(105)는 상기 서브 프레임(101)의 일측에 레버 회전축(107)을 통하여 회전 가능하게 설치되는 제어레버(109)의 일단에 연결된다.
그리고 상기 제어레버(109)의 타단은 너클(111)의 일측에 볼 조인트(BJ)를 통하여 설치되는 어시스트 링크(113)의 선단에 부시(B)를 통하여 연결되어 어시스트 링크(113)의 차체측 절점(P)을 형성한다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 능동제어 서스펜션 시스템은 차량의 선회 시, 범프가 일어나는 선회 외측 후륜(115)의 토우-인 값을 증가시키게 된다.
즉, 상기 액추에이터(103)의 구동에 의해 제어레버(109)가 회전운동을 하게되면, 어시스트 링크(113)의 차체측 절점(P)의 위치가 아래로 이동하게 된다.
이에 따라, 상기 선회 외측 후륜(115)은 토우-인 값이 증대되어 차량의 고속 선회 또는 급 차선 변경 시 등의 상황에서 차량의 선회 안정성을 향상시켜 안정된 차량 주행성능을 구현하게 된다.
그러나 종래의 능동제어 서스펜션 시스템은 좌,우측 제어레버(109)를 회전 구동하기 위한 액추에이터(103)를 각각 구비하여야 하며, 각 액추에이터(103)는 차량의 거동에 따라 어시스트 링크(113)를 통하여 전달되는 횡력에 상당하는 작동력을 갖추어야 함에 따라 대용량으로 적용됨으로 설계상의 제약을 받는 단점이 있다.
또한, 2대의 대용량의 액추에이터(103)를 적용함에 따른 부품비용의 증가로 차량의 원가 상승을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 서브 프레임의 중앙에 설치되는 하나의 액추에이터로부터 푸시 바를 통하여 전달되는 전후력을 이용하여 양측 제어레버를 회전 구동시키도록 함으로써 구성부품의 수를 줄여 설계 자유도를 높이고, 제작원가를 낮출 수 있도록 하는 능동제어 서스펜션 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량의 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 구비되어 너클에 일단이 설치된 어시스트 링크의 차체측 절점의 위치를 가변하는 능동제어 서스펜션 시스템에 있어서, 상기 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 중앙 일측이 힌지 설치되고, 일단은 상기 어스시트 링크의 타단에 연결되는 제어레버; 상기 서브 프레임의 중앙 일측에 설치되며, 모터구동에 의해 양측 파워트랜스를 각각 전후진 구동하는 액추에이터; 상기 제어레버의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 파워트랜스에 연결되어 상기 파워트랜스의 전후력을 상기 제어레버에 전달하는 푸시 바를 포함하는 능동제어 서스펜션 시스템을 제공할 수 있다.
상기 액추에이터는 정류자를 포함하는 구동모터; 상기 구동모터의 양측에 각각 엔드벨을 통하여 장착되는 스크루 하우징; 상기 각 스크루 하우징의 내측에 슬라이드 가능하게 설치된 상태로, 일단은 외부로 돌출되고, 타단부는 내측에 스크루 나사부를 갖는 스크루 홈이 형성되는 파워트랜스; 상기 각 스크루 하우징의 내부에 구성되어 일단부가 상기 파워트랜스의 스크루 홈 내부에서 스크루 나사부에 체결되며, 타단에는 스크루 회전축이 일체로 연결되며, 상기 스크루 회전축의 단부가 상기 구동모터의 회전축에 커플링을 통하여 연결되는 리드 스크루로 구성될 수 있다.
또한, 상기 구동모터는 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 양방향 서보모터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 양측 스크루 하우징의 내부에는 상기 파워트랜스의 타단에 대응하는 일면에 충격력을 흡수하는 댐퍼가 구성될 수 있다.
또한, 상기 양측 스크루 하우징의 각 외측단에는 상기 파워트랜스의 외주면에 접촉되어 슬라이드 안내하는 가이드 부시와 오일의 누유를 방지하는 오일시일을 내장하는 부시 하우징이 장착될 수 있다.
또한, 상기 각 스크루 회전축 상에는 상기 각 스크루 하우징의 내부에서 메탈부시와 트러스트 디스크가 끼워져 설치되며, 상기 트러스트 디스크의 양면에는 트러스트 베어링이 설치되며, 상기 각 트러스트 베어링의 외면에는 베어링 플레이트가 설치될 수 있다.
또한, 상기 푸시 바는 일단과 타단을 상기 제어레버의 타단과 파워트랜스의 선단에 각각 힌지 연결하되, 상기 푸시 바의 타단과 제어레버의 타단에는 각각 힌지포크를 형성하고, 상기 푸시 바의 힌지포크에는 상기 파워트랜스의 선단을 끼워 힌지핀을 통하여 힌지 연결하고, 상기 제어레버의 힌지포크에는 상기 푸시 바의 일단을 끼워 힌지핀을 통하여 힌지 연결할 수 있다.
또한, 상기 각 힌지핀은 상기 푸시 바의 일단과 상기 파워트랜스의 선단에 유동링을 통하여 설치될 수 있다.
또한, 상기 유동링은 중앙에 상기 힌지핀이 끼워지는 힌지홀을 형성하고, 외주면은 반구면으로 형성되어 상기 푸시 바의 일단 및 상기 파워트랜스의 선단에 각각 형성되는 반구홀에 유동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 서브 프레임의 중앙에 설치되는 하나의 액추에이터에 각각 파워트랜스를 통하여 연결되는 양측 푸시 바에 의해 전후력을 양측 제어레버에 전달하여 회전 구동시킬 수 있도록 하여 구동원의 구성 부품수를 줄여 설계 자유도를 높이고, 제작원가를 낮출 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 능동제어 서스펜션 시스템의 일측 투영 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템의 정면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템에 적용되는 액추에이터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템에 적용되는 푸시 바의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템에 적용되는 푸시 바의 일측 연결부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템의 작동 상태도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템의 정면 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템은 서브 프레임(1)의 좌우 양측에서 각 너클(3)에 연결된 어시스트 링크(5)의 차체측 절점(P)의 위치를 가변하도록 구성된다.
이러한 능동제어 서스펜션 시스템은 상기한 어시스트 링크(5)와 함께, 제어레버(7), 액추에이터(9), 및 푸시 바(11)로 구성된다.
상기 양측 어시스트 링크(5)는 각 일단이 상기 양측 너클(3)의 일측에 볼 조인트(BJ)를 통하여 연결된다.
상기 제어레버(7)는 상기 서브 프레임(1)의 좌우 양측 단부에 각 중앙 일측이 힌지(H1) 설치된다.
이러한 양측 제어레버(7)는 일단이 상기 각 어시스트 링크(5)의 타단에 부시(B)를 통하여 힌지 연결되어 어시스트 링크의 차체측 절점(P)을 이룬다.
그리고 상기 액추에이터(9)는 상기 서브 프레임(1)의 중앙 일측에 설치되며, 모터구동에 의해 양측 파워트랜스(13)를 각각 전후진 직선 구동하도록 구성된다.
또한, 상기 푸시 바(11)는 상기 제어레버(7)의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 파워트랜스(13)에 연결되어 상기 파워트랜스(13)의 전후력을 상기 제어레버(7)에 전달하도록 구성된다.
먼저, 상기 액추에이터(9)의 구체적인 구성을 도 3을 통하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템에 적용되는 액추에이터의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 액추에이터(9)는 모터 하우징(21) 내부에 정류자(23)를 포함하는 구동모터(25)가 구성된다.
이때, 상기 구동모터(25)는 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 양방향 서보모터로 구성될 수 있다.
즉, 상기 구동모터(25)는 모터 하우징(21) 내부에 자석으로 이루어지는 고정자(27)와 코일을 감아 형성되는 회전자(29)로 이루어진다.
그리고 상기 정류자(23)는 상기 모터 하우징(21)의 내부 일측에 구성되어 전류의 방향을 주기적으로 바꿔주며, 그 외측으로는 브러시(31)가 설치된다.
상기 구동모터(25)의 양측에는 각각 엔드벨(33)을 통하여 스크루 하우징(35)이 연결되고, 상기 각 스크루 하우징(35)의 내측에는 파워트랜스(13)가 슬라이드 가능하게 설치되며, 상기 파워트랜스(13)는 일단이 외부로 돌출되고, 타단부는 내측에 스크루 나사부(N)가 형성된 스크루 홈(G)을 갖는다.
또한, 상기 각 스크루 하우징(35)의 내부에는 리드 스크루(37)가 구성되는데, 상기 리드 스크루(37)는 일단부가 상기 파워트랜스(13)의 스크루 홈(G) 내부에서 스크루 나사부(N)에 치합되어 체결되고, 상기 리드 스크루(37)의 타단에는 스크루 회전축(39)이 일체로 연결되어 스크루 회전축(39)의 단부가 상기 구동모터(25)의 회전축(41)에 커플링(43)을 통하여 연결된다.
이때, 상기 양측 파워트랜스(13)의 스크루 나사부(N)와 이에 치합되는 양측 리드 스크루(37)는 서로 다른 방향으로 나사산(N)이 형성되어 일측이 오른나사이면 타측은 왼나사로 형성된다.
즉, 구동모터(25)의 회전 구동에 따라 양측 리드 스크루(37)는 동일방향으로 회전하나, 이에 치합된 양측 파워트랜스(13)는 구동모터(25)를 중심으로 서로 반대방향인 구동모터 중심방향 또는 외측방향으로 동시에 작동한다.
또한, 상기 양측 스크루 하우징(35)의 내부에는 상기 파워트랜스(13)의 타단에 대응하는 일면에 댐퍼(45)가 구성되어 충격력을 흡수하게 되는데, 상기 댐퍼(45)는 링 형상으로 구성된다.
또한, 상기 양측 스크루 하우징(35)의 각 외측단에는 부시 하우징(47)이 장착되는데, 상기 부시 하우징(47)의 내부에는 상기 파워트랜스(13)의 외주면에 접촉되어 슬라이드 안내하는 가이드 부시(49)와 오일의 누유를 방지하는 오일시일(51)이 내장된다.
그리고 상기 각 스크루 회전축(39) 상에는 상기 각 스크루 하우징(35)의 내부에서 메탈부시(53)와 트러스트 디스크(55)가 끼워져 설치되고, 상기 트러스트 디스크(55)의 양면에는 트러스트 베어링(57)이 설치되며, 상기 각 트러스트 베어링(57)의 외면에는 베어링 플레이트(59)가 설치된다.
즉, 상기 메탈부시(53)는 상기한 스크루 회전축(39) 상에 회전 가능하게 끼워져 설치된 상태로 스크루 하우징(35)에 장착되고, 상기 트러스트 디스크(55)는 상기 스크루 회전축(39) 상의 상기 메탈부시(53)에 이웃하여 끼워져 장착된 상태로, 상기한 각 트러스트 베어링(57)의 자리면을 형성한다.
상기한 트러스트 베어링(57)은 상기 스크루 회전축(39) 상의 상기 트러스트 디스크(55)의 일면과 타면에 각각 대응하게 설치된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 능동제어 서스펜션 시스템에 적용되는 푸시 바의 확대도이다.
도 4를 참조하면, 상기 푸시 바(11)는 그 일단과 타단이 각각 상기 제어레버(7)의 타단과 파워트랜스(13)의 선단에 각각 힌지(H2,H3) 연결된다.
여기서, 상기 푸시 바(11)의 타단과 제어레버(7)의 타단에는 각각 힌지포크(61)(63)를 형성한다.
상기 푸시 바(11)의 힌지포크(61)에는 상기 파워트랜스(13)의 선단이 끼워져 힌지핀(65)을 통하여 힌지(H3) 연결된다.
또한, 상기 제어레버(7)의 힌지포크(63)에는 상기 푸시 바(11)의 일단이 끼워져 힌지핀(67)을 통하여 힌지(H2) 연결된다.
이때, 상기 각 힌지핀(65)(67)은 상기 푸시 바(11)의 일단과 상기 파워트랜스(13)의 선단에 각각 유동링(69)을 통하여 설치된다.
이러한 유동링(69)은 원형의 링 형상으로 이루어지며, 중앙에 상기 힌지핀(65)(67)이 끼워지는 힌지홀(71)이 형성되고, 외주면은 반구면(73)으로 형성되어 상기 푸시 바(11)의 일단 및 상기 파워트랜스(13)의 선단에 각각 형성되는 반구홀(75) 내면에 압입되어 접촉된 상태로 유동 가능하게 설치된다.
즉, 상기 유동링(69)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 푸시 바(11)와 파워트랜스(13), 및 상기 푸시 바(11)와 제어레버(7) 사이를 연결하는 각 힌지핀(65)(67)을 일정각(θ) 범위내에서 유동 가능하게 하여 파워트랜스(13)로부터 푸시 바(11)를 통하여 제어레버(7)로 전후력을 전달하는 동력전달 과정에서, 푸시 바(11)의 거동에 따른 마찰손실을 최소화하도록 작용하게 된다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 능동제어 서스펜션 시스템은 서브 프레임(1) 중앙 일측에 장착되는 하나의 액추에이터(9)만으로 양측 푸시 바(11)를 통하여 양측 제어레버(7)를 회전 구동하도록 작동한다.
즉, 평상시에는 도 6의 S1에서와 같이, 액추에이터(9)의 양측 파워트랜스(13)가 스크루 하우징(35)의 내부로 삽입된 상태로, 양측 푸시 바(11)가 각 제어레버(7)를 내측으로 당겨 양측 어시스트 링크(5)의 차체측 절점(P)을 평소와 같이 상측에 위치시킨다.
이러한 상태에서, 도 6의 S2에서와 같이, 차량의 고속 선회 혹은 급 차선 변경 등에 의해 차량의 선회 외측 후륜(W)이 범프할 경우, 조향 각속도, 차속 등의 신호에 따라 제어기는 상기 액추에이터(9)의 구동모터(25)에 제어신호를 출력한다.
그러면, 상기 구동모터(25)는 일 방향으로 회전 구동하여 상기 양측 파워트랜스(13)를 외측으로 이동시켜 각 푸시 바(11)를 외측으로 밀게 된다.
이에 따라 각 제어레버(7)는 외측으로 회전하면서 상기 어시스트 링크(5)의 차체측 절점(P)의 위치를 아래로 이동시킨다.
이때, 범프 작동하는 상기 차량의 선회 외측 후륜(W)은 토우-인이 증대되고, 리바운드 작동하는 선회 내측 후륜(W)은 토우-아웃 경향을 증대하여 결국, 차량은 언더 스티어로 유도되며 차량의 선회 거동 안정성을 확보하게 된다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 서브 프레임 3: 너클
5: 어시스트 링크 P: 차체측 절점
7: 제어레버 9: 액추에이터
11: 푸시 바 13: 파워트랜스
21: 모터 하우징 23: 정류자
25: 구동모터 35: 스크루 하우징
37: 리드 스크루 39: 스크루 회전축
41: 회전축 43: 커플링
47: 부시 하우징 61,63: 힌지포크
65,67: 힌지핀 69: 유동링

Claims (9)

  1. 차량의 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 구비되어 너클에 일단이 설치된 어시스트 링크의 차체측 절점의 위치를 가변하는 능동제어 서스펜션 시스템에 있어서,
    상기 서브 프레임의 좌우 양측에 각각 중앙 일측이 힌지 설치되고, 일단은 상기 어스시트 링크의 타단에 연결되는 제어레버;
    상기 서브 프레임의 중앙 일측에 설치되며, 모터구동에 의해 양측 파워트랜스를 각각 전후진 구동하는 액추에이터;
    상기 제어레버의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 파워트랜스에 연결되어 상기 파워트랜스의 전후력을 상기 제어레버에 전달하는 푸시 바;
    를 포함하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터는
    정류자를 포함하는 구동모터;
    상기 구동모터의 양측에 각각 엔드벨을 통하여 장착되는 스크루 하우징;
    상기 각 스크루 하우징의 내측에 슬라이드 가능하게 설치된 상태로, 일단은 외부로 돌출되고, 타단부는 내측에 스크루 나사부를 갖는 스크루 홈이 형성되는 파워트랜스;
    상기 각 스크루 하우징의 내부에 구성되어 일단부가 상기 파워트랜스의 스크루 홈 내부에서 스크루 나사부에 체결되며, 타단에는 스크루 회전축이 일체로 연결되며, 상기 스크루 회전축의 단부가 상기 구동모터의 회전축에 커플링을 통하여 연결되는 리드 스크루;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동모터는 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 양방향 서보모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 양측 스크루 하우징의 내부에는 상기 파워트랜스의 타단에 대응하는 일면에 충격력을 흡수하는 댐퍼가 구성되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 양측 스크루 하우징의 각 외측단에는
    상기 파워트랜스의 외주면에 접촉되어 슬라이드 안내하는 가이드 부시와 오일의 누유를 방지하는 오일시일을 내장하는 부시 하우징이 장착되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 스크루 회전축 상에는 상기 각 스크루 하우징의 내부에서 메탈부시와 트러스트 디스크가 끼워져 설치되며, 상기 트러스트 디스크의 양면에는 트러스트 베어링이 설치되며, 상기 각 트러스트 베어링의 외면에는 베어링 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 푸시 바는 일단과 타단을 상기 제어레버의 타단과 파워트랜스의 선단에 각각 힌지 연결하되, 상기 푸시 바의 타단과 제어레버의 타단에는 각각 힌지포크를 형성하고, 상기 푸시 바의 힌지포크에는 상기 파워트랜스의 선단을 끼워 힌지핀을 통하여 힌지 연결하고, 상기 제어레버의 힌지포크에는 상기 푸시 바의 일단을 끼워 힌지핀을 통하여 힌지 연결하는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각 힌지핀은 상기 푸시 바의 일단과 상기 파워트랜스의 선단에 유동링을 통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유동링은 중앙에 상기 힌지핀이 끼워지는 힌지홀을 형성하고, 외주면은 반구면으로 형성되어 상기 푸시 바의 일단 및 상기 파워트랜스의 선단에 각각 형성되는 반구홀에 유동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 능동제어 서스펜션 시스템.
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