KR20150079668A - 회수 수동 및 능동 서스펜션 - Google Patents

회수 수동 및 능동 서스펜션 Download PDF

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KR20150079668A
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high pressure
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KR1020157011441A
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크리스토프 식스
코엔 레이브룩
스테판 반 램돈크
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

유압 작동기는 완충기의 행정으로부터 발생하는 에너지를 수확하는 에너지 회복 장치를 포함한다. 에너지 회복 장치는 완충기를 위한 수동 에너지 수확 모드 또는 능동 에너지 수확 모드로 작용할 수 있다. 에너지 회복 장치에 의해 발생한 에너지는 유압으로 저장될 수 있고 또는 전기 에너지 같은 다른 형태의 에너지로 변환될 수 있다.

Description

회수 수동 및 능동 서스펜션{RECUPERATING PASSIVE AND ACTIVE SUSPENSION}
본 발명의 개시 내용은 수동, 반-능동 및 능동 서스펜션 시스템들에 관련된 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 개시 내용은 서스펜션 시스템의 감쇄 동작 중에 발생한 에너지를 회수하는 수동 및 능동 서스펜션 시스템들에 관련된 것이다.
본 섹션은 본 발명 개시 내용에 관련된 배경 정보를 제공하는 것으로서 선행기술은 아니다.
서스펜션 시스템은 차체 및 차륜 운동의 제어뿐만 아니라 차량이 불규칙한 수직 차로 표면 위를 주행할 때 차륜 및 차축(스프링 하중량)으로부터 차량 본체(스프링 상중량)를 필터 또는 분리하기 위해 제공된다. 게다가, 서스펜션 시스템은 또한 차량 이동 중에 차량의 안정성 향상을 촉진하는 평균 차량 자세를 유지하는데 사용될 수 있다. 전형적인 수동 서스펜션 시스템은 차량의 스프링 상중량 및 스프링 하중량 사이에 스프링과 이 스프링과 평행한 감쇠 장치를 포함한다.
완충기 그리고/또는 스트럿(strut) 같은 유압식 작동기(hyrdraulic actuator)는 통상적인 수동 서스펜션 시스템과 함께 사용되어 운행 중에 발생하는 원치않는 진동을 흡수한다. 원치않는 진동을 흡수하기 위해서, 유압식 작동기는 그 압력 실린더 내에 위치한 피스톤을 포함한다. 이 피스톤은 피스톤 로드(rod)를 통해서 차량의 스프링 하중량 또는 서스펜션 및 스프링 상중량 또는 차체 중 어느 하나에 연결된다. 압력관은 차량의 스프링 하중량 및 스프링 상중량 중 다른 하나에 연결된다. 피스톤이 압력 실린더 내에 배치될 때 이 피스톤이 유압식 작동기의 작업실(working chamber) 내에서 감쇠 유체의 흐름을 제한할 수 있기 때문에, 유압식 작동기는 서스펜션의 진동에 대응하는(반작용하는) 감쇠력을 생성할 수 있다. 피스톤이 작업실 내의 감쇠 유체를 더 많이 제한할수록 유압식 작동기가 생성하는 감쇠력은 더 커진다.
최근에, 종래의 수동 서스펜션 시스템에 비해서 향상된 편안함 및 운전성을 제공할 수 있는 자동차 서스펜션 시스템에 대한 상당한 관심이 일고 있다. 일반적으로 이 같은 향상은 유압식 작동기가 생성한 서스펜션 힘을 전자적으로 제어할 수 있는 "지능형" 서스펜션 시스템의 활용에 의해 달성된다.
반-능동 또는 완전 능동 서스펜션 시스템이라고 불리는 이상적인 "지능형" 서스펜션 시스템을 다른 레벨들로 달성하는 것이 가능하다. 몇몇 시스템은 피스톤의 이동에 대항하는 동적 힘에 기반을 둔 감쇠력을 제어 및 생성한다. 다른 시스템은 압력관에서 피스톤의 속도에 무관하게 피스톤에 작용하는 정적 또는 느리게 변하는 동적 힘에 기반을 둔 감쇠력을 제어 및 생성할 수 있다. 다른, 더 정교한 시스템은 압력관에서 피스톤의 위치 및 운동에 관계없이 유압식 작동기의 반동 및 압축 운동 중에 다양한 감쇠력을 생성할 수 있다.
수동, 반능동 및 능동 서스펜션 시스템 모두에서 유압식 작동기에서 생성되는 운동은 에너지를 생성할 수 있고, 이 에너지는 유압식 작동기 유체의 열로 그리고 작동기의 구성요소의 열로 소멸한다.
본 섹션은 본 발명 개시 내용의 전반적인 개요를 제공하고 본 발명 개시 내용의 전체 범위의 또는 모든 특징의 종합적인 개시는 아니다.
본 발명 개시 내용은 나중에 재사용될 수 있도록 수동, 반능동 또는 능동 서스펜션 시스템에서 발생한 에너지를 포획하는 시스템을 제공한다. 포획된 에너지는 가압된 유체 형태로 축적장치에 저장된다.
본 명세서에서 제공된 설명으로부터 더 이상의 적용 분야는 명백해질 것이다. 본 섹션의 설명 및 특정 실시 예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로서 본 발명 개시 내용의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예에 따르면 서스펜션 시스템의 감쇄 동작 중에 발생한 에너지를 회수하는 수동 및 능동 서스펜션 시스템들을 제공할 수 있다.
여기에 설명된 도면들은 모든 가능한 구현 예들이 아니라 단지 선택된 실시 예들을 도시하기 위한 것으로서 본 발명 개시 내용의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 개시 내용에 따른 에너지 수확 서스펜션 시스템을 포함하는 차량을 도식적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 예시된 유압 작동기의 개략도로서 유압 작동기의 구성들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 제어된 제한기들이 병렬로 배치된 압력 분배기 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 흐름 분배기 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 흐름 분배기 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 유압 작동기의 개략도이다.
도 13은 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 회수 없이 수동 힘 생성을 도시한다.
도 14는 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 회수로 수동 힘 생성을 도시한다.
도 15는 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 능동 힘 생성 및 높은 수동 힘 생성을 도시한다.
도 16은 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 디커플링으로 능동 및 수동 힘 생성을 도시한다.
도 17은 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 디커플링 및 부스트로 능동 및 수동 힘 생성을 도시한다.
도 18은 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 선형 제어 모드를 도시한다.
도 19는 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 높은 압력 축적기를 위한 펌프 업 모드를 도시한다.
도 20은 도 7의 유압식 작동기의 개략도로서 재생성 모드를 도시한다.
도 21은 유압식 작동기의 개략도로서 대안 디자인을 도시한다.
도 22는 유압식 작동기의 개략도로서 대안 디자인을 도시한다.
도 23은 유압식 작동기의 개략도로서 대안 디자인을 도시한다.
도 24는 유압식 작동기의 개략도로서 대안 디자인을 도시한다.
도 25는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유압식 작동기의 개략도이다.
대응하는 참조번호들은 도면들에서 대응하는 부분들을 가리킨다.
예시적인 실시 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
이하의 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명 개시 내용, 적용 또는 사용을 제한하는 것은 아니다. 도 1에 참조번호 10에 의해 대체로 지정된, 본 발명 개시 내용에 따른 서스펜션 시스템을 포함하는 차량이 도시되어 있다. 차량(10)은 후방 서스펜션(12), 전방 서스펜션(14) 및 차체(16)를 포함한다. 후방 서스펜션(12)은 한 쌍의 후륜(18)을 동작상 지지하도록 구성된, 가로로 신장하는 후방 차축 어셈블리(미도시)를 포함한다. 후방 차축 어셈블리는 한 쌍의 유압식 작동기(hydraulic actuactor)(20)와 한 쌍의 스프링(22)에 의해 차체(16)에 부착된다. 비슷하게, 전방 서스펜션(14)은 한 쌍의 전륜(24)을 동작상 지지하도록 구성된, 가로로 신장하는 전방 차축 어셈블리(미도시)를 포함한다. 전방 차축 어셈블리는 한 쌍의 유압 작동기(26)와 한 쌍의 스프링(28)에 의해 차체(16)에 부착된다. 유압 작동기들 (20), (26)은 차량(10)의 스프링 상중량(즉, 차체(16))에 대한 스프링 하중량(즉, 전방 및 후방 서스펜션(12), (14))의 상대적인 운동을 감쇠한다. 센서들(미도시)은 각 차륜(18), (24)에서 후방 서스펜션(12) 및 전방 서스펜션(14)에 관하여 차체(16)의 위치 그리고/또는 속도 그리고/또는 가속도를 감지한다. 차량(10)이 전방 차축 어셈블림 및 후방 차축 어셈블리를 갖는 객차로 묘사되었으나, 유압 작동기들 (20), (26)은 여기에 한정되는 것은 아니며 비-독립 전방 서스펜션 그리고/또는 비-독립 후방 서스펜션을 포함하는 차량, 독립 전방 서스펜션 그리고/또는 후방 서스펜션을 포함하는 차량 또는 업계에 알려진 다른 서스펜션을 포함하는 차량을 포함하여 다른 유형의 차량과 함께 또는 다른 유형의 적용 분야에 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 사용된 용어 "유압 감쇠기"는 일반적으로 완충기 및 유압 감쇠기를 가리키며, 따라서 맥퍼슨 스트럿 및 업계에 알려진 다른 유압 감쇠기 디자인을 포함할 것이다.
도 2를 참조하면, 유압 작동기들 중 하나(20)가 개략적으로 예시되어 있다. 도 2가 단지 유압 작동기(20)를 예시하지만, 유압 작동기(26)도 유압 작동기(20)에 대한 아래에서 설명될 구성요소들과 동일한 구성요소들을 포함한다. 유압 작동기(20)와 유압 작동기(26) 사이의 차이점은 유압 작동기가 스프링 상중량 그리고/또는 스프링 하중량에 부착되는 방식에 있다.
도 2를 참조하면, 유압 작동기(20)는 작동기(30)는, 낮은 압력 축적기 서브시스템(low pressure accumulator subsystem)(32), 하나 이상의 압력 분배기 서브시스템(pressure divider subsystem)(34), 높은 압력 축적기(high pressure accumulator)(36), 흐름 제어 서브시스템(flow control subsystem)(38) 및 흐름 분배기 서브시스템(flow divider subsystem)(40)을 포함한다.
작동기(30)는 압력관(42), 이 압력관(42)을 상부 작업실(working chamber) 또는 반동실(rebound chamber)(46)과 하부 작업실 또는 압축실(compression chamber)(48)로 나누는 피스톤(44), 그리고 압력관(42)의 일단을 통과해 신장하는 피스톤 로드(50)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(44)은 자신을 통해 흐르는 유체를 제어하는 밸브 기능(valving)이 없이 폐쇄 위치이지만, 피스톤(40)은 상부 작업실(46)과 하부 직업실(48) 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 기능을 포함할 수 있다. 제1 유체 포트(fluid port)(52)는 상부 작업실(46)에 대한 접속(access)을 제공하고, 제2 유체 포트(54)는 하부 작업실(48)에 대한 접속을 제공한다.
낮은 압력 축적기 서브시스템(32)은 낮은 압력 축적기(60), 제1 체크 밸브(62) 그리고 제2 체크 밸브(64)를 포함한다. 제1 체크 밸브(62)는 유체가 낮은 압력 축적기(60)에서 상부 작업실(46)로 흐르도록 하고, 그러나 상부 작업실(46)에서 낮은 압력 축적기(60)로는 흐르는 것을 방지한다. 제2 체크 밸브(64)는 유체가 낮은 압력 축적기(60)에서 하부 작업실(48)로 흐르도록 하고, 그러나 하부 작업실(48)에서 낮은 압력 축적기(60)로는 흐르는 것을 방지한다. 낮은 압력 축적기(60)는 제1 체크 밸브(62) 및 제2 체크 밸브(64) 둘 모두에, 흐름 제어 서브시스템(38)에 그리고 두 압력 분배기 서브시스템(34)에 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 두 압력 분배기 서브시스템(34)은 반동 분배기 서브시스템(34)(상부 압력 분배기 서브시스템)와 압축 압력 분배기 서브시스템(34)(하부 압력 분배기 서브시스템)을 포함한다. 각 압력 분배기 서브시스템(34)은 제1 제어된 압력 분배기 서브시스템(66), 제2 제어된 압력 제한기(controlled restriction)(68) 및 체크 밸브(70)를 포함한다. 반동 압력 분배기 서브시스템(34)에서, 제1 제어된 제한기(66)는 상부 작업실(46)과 체크 밸브(70) 사이에 위치하고, 제2 제어된 제한기(68)는 낮은 압력 축적기(60)와 체크 밸브(70) 사이에 위치한다. 압축 압력 분배기 서브시스템(34)에서, 제1 제어된 제한기(66)는 하부 작업실(48)과 체크 밸브(70) 사이에 위치하고, 제2 제어된 제한기(68)는 낮은 압력 축적기(60)와 체크 밸브(70) 사이에 위치한다. 각 체크 밸브(70)는 압력 분배기 서브시스템(34)에서 높은 압력 축적기(36)로 유체가 흐르도록 하지만, 높은 압력 축적기(36)로부터 압력 분배기 서브시스템(34)으로는 흐르는 것을 방지한다.
압력 분배기 서브시스템(34)은 두 기능을 수행한다. 첫 번째 기능으로, 압력 분배기 서브시스템(34)은 상부 작업실(46) 그리고/또는 하부 작업실(48)에서 요구되는 압력을 생성한다. 두 번째 기능으로, 압력 분배기 서브시스템(34)은 가용한 유압 파워를 활용하고(tap into) 가용한 유압 파워를 회수(recuperate)한다. 일반 원칙은 제1 제어된 제한기(66)와 제2 제어된 제한기(68)를 사용하여 그들 사이의 중간 압력 레벨(intermediate pressure level)을 생성하는 것이며 여기서 유압 에너지가 회수될 수 있다. 이것은 제1 제어된 제한기(66)를 사용함으로써 요구되는 작업실 압력을 생성하는 능력을 유지할 수 있게 한다. 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)는 자연적으로 제한하는 특성일 수 있고 또는 압력 또는 다른 방식으로 제어된 제한기일 수 있다. 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)가 제어된 제한하는 제한기 심벌로 도시되었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)는 직렬로 배치된다. 제1 제어된 제한기(66)는 상부 작업실(46) 또는 하부 작업실(48)을 중간 압력 레벨에 연결한다. 중간 압력 레벨을 낮은 압력 축적기(60)에 연결하는 제2 제어된 제한기(68)로 소실되는 대신에, 이 중간 압력 레벨로부터, 에너지가, 높은 압력 축적기(36)의 압력에 대한 이 중간 압력 레벨에서의 압력에 의존하여, 높은 압력 축적기(36)에 회수될 수 있고 저장될 수 있다. 체크 밸브(70)는, 중간 압력 레벨의 압력이 높은 압력 축적기(36)의 압력보다 낮을 때, 유체가 높은 압력 축적기(36)에서 역류하여(flow back) 중간 압력 레벨로 흐르는 것을 방지한다.
도 3은 두 압력 분배기 서브시스템(34) 중 하나 또는 둘 모두를 대신해서 사용될 수 있는 압력 분배기 서브시스템(34')을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 분배기 서브시스템(34')은 제1 제어된 제한기(66), 제2 제어된 제한기(68) 및 체크 밸브(70)를 포함하며, 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)는 병렬로 배치된다. 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)가 병렬로 배치될 때, 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68) 둘 모두는 상부 작업실(46) 또는 하부 작업실(48)에 직접 연결된다. 상부 작업실(46) 또는 하부 작업실(48)의 압력이 높은 압력 축적기(36)의 압력보다 클 때, 에너지는, 유체 흐름을 제1 제어된 제한기(66)로부터 높은 압력 축적기(36)로 인도함으로써, 회수될 수 있다. 제2 제어된 제한기(68)는, 상부 작업실(46) 또는 하부 작업실(48)의 압력이 너무 낮아 에너지를 회수할 수 없을 때, 유체 흐름을 낮은 압력 축적기(60)로 인도한다. 체크 밸브(70)는 회수된 높은 압력 유체가 높은 압력 축적기로부터 역류하여 상부 작업실(46) 또는 하부 작업실(48)로 흐르는 것을 방지한다.
다시 도 2로 돌아가서, 높은 압력 축적기(36)는 회수된 유압 에너지를 저장하는데 활용된다. 높은 압력 축적기(36)는 두 압력 분배기 서브시스템(34)을 통해서 작동기(30)와 낮은 압력 축적기 서브시스템(32)에 연결되고, 흐름 제어 서브시스템(38)을 통해서 흐름 분배기 서브시스템(40)에 연결된다.
흐름 제어 서브시스템(38)은 유압 밸브(76)와 체크 밸브(78)를 포함한다. 흐름 제어 서브시스템(38)은 요구되는 유량을 인가하고 높은 압력 축적기(36)에 저장된 에너지를 재사용하는 기능을 가진다. 유압 밸브(76)는 저장된 유압 에너지에 접속하기 위해 높은 압력 축적기(36)에 연결된다. 유압 밸브(76)는 이 에너지를 흐름 분배기 서브시스템(40)으로 안내한다. 체크 밸브(78)는 유체가 유압 밸브(76)로부터 낮은 압력 축적기(60)로 직접적으로 흐르는 것을 방지한다.
흐름 분배기 서브시스템(40)은 펌프(80) 및 유압 스위치 밸브(82)를 포함한다. 펌프(80)는 펌프, 그리고 아래에 설명되듯이 터빈/발전기로 활용될 수 있는 모터를 포함한다. 펌프(80)가 흐름 분배기 서브시스템(40)의 일부분으로 도시되었으나, 펌프(80)는 흐름 제어 서브시스템(38)의 일부분일 수 있다. 흐름 분배기 서브시스템(40)은 펌프(80) 그리고/또는 높은 압력 축적기(36)로부터의 유압 에너지를 제어한다. 펌프(80)는 흐름 제어 서브시스템(38)의 유압 밸브(76)로부터 그리고/또는 낮은 압력 축적기(60)로부터 유체를 받는다. 펌프(80)로부터 온 유체는 유압 스위치 밸브(82)로 향한다. 유압 스위치 밸브(82)는, 필요로 하는 곳이 어디인지에 따라, 유체 흐름을 상부 작업실(46) 그리고/또는 하부 작업실(48)로 안내한다. 유압 스위치 밸브(82)는 또한 계속 제어된 방식으로 상부 작업실(46)과 하부 작업식(48) 사이에서 유체를 나눈다. 유압 스위치 밸브(82)가 비록 스위치 밸브 심벌로 도시되었으나, 여기에 안정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명 개시 내용의 다른 실시 예에 따른 흐름 분배기 서브시스템(40')을 도시하며, 흐름 제어 서브시스템(38) 및 흐름 분배기 서브시스템(40)을 대체할 수 있다. 흐름 분배기 서브시스템(40')은 제1 펌프(80), 제2 펌프(80), 유압 밸브(76) 및 체크 밸브(78)를 포함한다. 유압 밸브(76)는 높은 압력 축적기(36)와 제1 및 제2 펌프(80) 사이에 배치된다. 체크 밸브(78)는 높은 압력 축적기(36)로부터 낮은 압력 축적기(60)로 유체가 흐르지 못하도록 한다. 제1 및 제2 펌프(80)는 높은 압력 축적기(36)로부터 유압 밸브(76)를 통해서 유체를 받고, 낮은 압력 축적기(60)로부터 체크 밸브(76)를 통해서 유체를 받는다. 제1 펌프(80)는 상부 작업실(46)에 유체를 제공하고, 제2 펌프(80)는 유체를 하부 작업실(48)에 제공한다. 비록 도 4가 제1 및 제2 펌프(80)를 도시하고 있지만, 제1 및 제2 펌프(80)는 두 개의 펌프 헤드(pump head)로 대체될 수 있다. 한 펌프 상에 두 개의 펌프 헤드를 사용하는 것은 하지만 상부 작업실(46) 및 하부 작업실(48)로 흐르는 유량 비를 변경할 수 없다.
도 5는 본 발명 개시 내용의 다른 실시 예에 따른 흐름 분배기 서브시스템(40")을 도시하며, 흐름 제어 서브시스템(38) 및 흐름 분배기 서브시스템(40)을 대체할 수 있다. 흐름 분배기 서브시스템(40")은 제1 유압 밸브(76), 제2 유압 밸브(76), 제1 체크 밸브(78), 제2 체크 밸브(78), 제1 펌프(80), 및 제2 펌프(80)를 포함한다. 제1 유압 밸브(76)는 높은 압력 축적기(36)와 제1 펌프(80) 사이에 배치된다. 제1 체크 밸브(78)는 유체가 높은 압력 축적기(36)로부터 제1 유압 밸브(76)를 통과해 낮은 압력 축적기(60)로 흐르는 것을 방지한다. 제2 유압 밸브(76)는 높은 압력 축적기(36)와 제2 펌프(80) 사이에 배치된다. 제2 체크 밸브(78)는 유체가 높은 압력 축적기(36)로부터 제2 유압 밸브(76)를 통과해 낮은 압력 축적기(60)로 흐르는 것을 방지한다. 제1 및 제2 펌프(80)는 높은 압력 축적기(36)로부터 제1 및 제2 유압 밸브(76)를 통해서 유체를 받고, 낮은 압력 축적기(60)로부터 제1 및 제2 체크 밸브(78)를 통해서 유체를 받는다. 비록 도 4에 도시된 흐름 분배기 서브시스템(40')이 비용 및 패키지 측면에서 선호되나, 도 5에 도시된 흐름 분배기 서브시스템(40")은 성능 면에서 선호될 수 있다. 도 5에 도시된 흐름 분배기 서브시스템(40")은 제1 및 제2 유압 밸브(76)를 동시에 작동시킴으로써 일반적은 부스트 레벨(boost level) 위의 제2 부스트 레벨을 생성할 수 있다. 이 같은 구성으로, 하나의 펌프(80)가 터빈으로 동작할 수 있고 토크를 다른 펌프에 추가할 수 있다.
도 6을 참조하면, 위에서 설명을 한 여러 서브시스템들(32), (34), (36), (38), (40)이 결합하여 많은 주 시스템이 만들어질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유압 작동기(20)를 위한 일반적인 오버레이(overlay) 주 시스템은 작동기(30), 낮은 압력 작동기 서브시스템(32), 하나 이상의 싱크(sink) 서브시스템(90)(압력 분배기 서브시스템(34)으로 도시됨), 높은 압력 축적기(36), 그리고 소스(source) 서브시스템(92)(도시된 바와 같이 흐름 제어 서브시스템(38)과 흐름 분배기 서브시스템(40)을 포함함)을 포함한다. 도 6은 또한 시스템에서 최대 압력을 제한하는 한 쌍의 안전 블로 오프(blow off) 밸브(94)를 포함한다.
싱크 서브시스템(90)은 상부 작업실(46) 그리고/또는 하부 작업실(48)의 압력 강하를 비축하는 기능을 수행하고 유체가 상부 작업실(46) 그리고/또는 하부 작업실(48)에서 흘러나와 높은 압력 축적기(36) 또는 낮은 압력 축적기(60)로 인도되도록 한다. 따라서, 싱크 서브시스템(90)은 높은 압력 축적기(36)에 유체를 저장하는 회수 기능을 갖는다. 위에서 설명한 직렬의 서브시스템들 및 병렬 압력 분배기는 이 일반적인 블록에 대한 가능한 설명이다.
서브시스템(92)은 흐름 분배기 기능을 수행한다. 소스 서브시스템(92)은 상부 작업실(46) 그리고/또는 하부 작업실(48)로의 유체 흐름을 제공한다. 위에서 설명을 한 스위치 밸브 및 이중 펌프 헤드 같은 변경들은 이 블록에 대한 가능한 설명이다. 소스 서브시스템(92)은 또한 전술한 바와 같은 흐름 제어 시스템의 사용에 의해서 높은 압력 축적기(36)에 저장된 에너지를 사용할 수 있다. 도 7 내지 도 12는 가능한 조합들의 다양한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 싱크 서브시스템(90)들이 직렬의 압력 분배기(도시된 바와 같이 압력 분배기 서브시스템(34)으로 도시되었고 소스 서브시스템(92)이 스위치 밸브를 포함하는 것으로 도시되었다. 도 8을 참조하면, 싱크 서브시스템(90)이 직렬의 압력 분배기(도시된 것 같이 압력 분배기 서브시스템(34))로 도시되었고 소스 서브시스템(92)이 공통 밸브를 갖는 이중 펌프 헤드(도시된 것 같이 흐름 분배기 서브시스템(40'))로 도시되었다. 도 9를 참조하면, 싱크 서브시스템(90)이 직렬의 압력 분배기(도시된 것 같이 압력 분배기 서브시스템(34))로 도시되었고, 소스 서브시스템(92)이 개별 밸브를 갖는 이중 펌프 헤드(도시된 것 같이 흐름 분배기 서브시스템(40"))로 도시되었다.
도 10을 참조하면, 싱크 서브시스템(90)이 병렬의 압력 분배기(도시된 것 같이 압력 분배기 서브시스템(34'))로 도시되었고 소스 서브시스템(92)이 스위치 밸브를 포함하는 것으로(도시된 것 같이 흐름 제어 서브시스템(38) 및 흐름 분배기 서브시스템(40)) 도시되었다. 도 11을 참조하면, 싱크 서브시스템(90)이 병렬의 압력 분배기(도시된 것 같이 압력 분배기 서브시스템(34'))로 도시되었고 소스 서브시스템(92)이 공통 밸브를 갖는 이중 펌프 헤드(도시된 것 같이 흐름 분배기 서브시스템(40'))로 도시되었다. 도 12를 참조하면, 싱크 서브시스템(90)이 병렬의 압력 분배기(도시된 것 같이 압력 분배기 서브시스템(34'))로 도시되었고 소스 서브시스템(92)이 개별 밸브를 갖는 이중 펌프 헤드(도시된 것 같이 흐름 분배기 서브시스템(40"))로 도시되었다.
또한, 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 압력실들 사이에서 유체 누수를 방지하기 위해서, 한 쌍의 체크 밸브(96)가 소스 서브시스템(92)에 추가되었다.
이제 도 13 내지 도 20을 참조하면, 도 7에 도시된 유압 작동기(20)의 다양한 작동 모드가 도시된다. 도 13 내지 도 20이 비록 도 7에 도시된 실시 예를 사용하고 있지만, 도 8 내지 도 12에 도시된 실시 예들도 비슷한 방식으로 동작하고 그 흐름 패턴이 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 도출할 수 있다. 또한, 도 13 내지 도 20에 도시된 유체 흐름은 단지 안쪽으로 작용하는 힘(inward force) 또는 반동 힘(rebound force)의 생성에 대한 것이다. 압축 힘의 생성은 반동 힘의 생성에 대칭이다.
도 13은 회수 없이 수동 힘(passive force)을 생성하는 모드를 도시한다. 상부 작업실(46)에서 요구되는 압력이 높은 압력 축적기(36)의 압력보다 작을 때, 어떠한 에너지도 회수되지 않으며 모든 에너지는 도 13에 도시된 것 같이 반동 또는 상부 압력 분배기 서브시스템(34)에서 소멸한다(dissipate). 펌프(80)에 의해 제공된 유체 흐름은 에너지를 보존하기 위하여 낮은 압력 측으로 향하지만, 능동 동작을 위한 순간 필요성이 있어야 하므로 여전히 이용 가능한 유체 흐름을 가지고 있 다. 펌프의 흐름에 대한 로드 속도에 의존하여, 유체는 압축 또는 낮은 압력 분배기 서브시스템(34)을 통과해서 또는 제2 체크 밸브(64)를 통과해서 흐를 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유체 흐름은 제2 체크 밸브(64)를 통과한다.
도 14는 회수로 수동 힘을 생성하는 모드를 도시한다. 수동 힘을 생성하는 상부 작업실(46)에 요구되는 압력이 높은 압력 축적기(36)의 압력보다 클 경우, 에너지 회수는, 반동 압력 분배기 서브시스템(34)의 제2 제어된 제한기(68)를 폐쇄하는 것에 의해서, 수행될 수 있다. 제2 제어된 제한기(68)의 제한기 유형에 따라, 유체의 일부는 여전히 낮은 압력 축적기(60)로 흐를 수 있다. 도 14는 또한 유체 흐름이 제2 체크 밸브(64)를 통과하는 것을 도시한다.
도 15는 능동 힘(active force) 및 큰 수동 힘을 갖는 모드를 도시한다. 상부 작업실(46)에서 요구되는 압력이 높은 압력 축적기(36)의 유체 압력보다 작을 때, 그리고 펌프(80)가 요구되는 유체 압력을 생성하기에 충분한 파워를 가지고 있을 때, 도 15에 도시된 유체 흐름이 발생한다. 펌프(80)에 의해 제공된 유체 흐름은 능동 힘을 생성하기 위해서 상부 작업실(46)로 향한다. 하부 작업실(48)에서 나온 유체는 압축 압력 분배기 서브시스템(34)을 통과한다. 이 모드에서, 압축 압력 분배기 서브시스템(34)을 통해서 생성된 압력 강하는 효율적인 작동을 위해서 최소가 될 필요가 있다. 이 모드는 또한 도 13 및 도 14에 도시된 모드에 비해서 더 큰 수동 힘을 생성하도록 한다. 펌프(80)에 의해 제공된 유체 흐름은 반동 압력 분배기 서브시스템(34)의 추가의 압력 저하를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 16은 디커플링(decoupling)으로 능동 및 수동 힘을 갖는 모드를 도시한다. 상부 작업실(46)에서 요구되는 압력이 높은 압력 축적기(36) 내의 유체 압력보다 클 경우, 반동 압력 분배기 서브시스템(34)의 제2 제한된 제한기(68)의 에너지 소실은 피할 수 있다. 이 모드는, 펌프(80)가 충분한 파워를 가지고 있을 때, 적당한 능동 및 수동 힘 발생으로 사용될 수 있다. 또한, 높은 압력 축적기(36)가 채워진다. 제2 제어된 제한기(68)를 위한 제한기의 유형에 따라, 유체 얼마는 여전히 낮은 압력 축적기(60)로 흐를 수 있다.
도 17은 디커플링 및 부스트로 능동 및 수동 힘을 갖는 모드를 도시한다. 높은 힘이 요구될 때, 높은 압력 축적기(36)에 저장된 에너지는 얼마간의 펌프 흐름을 유지시키기 위해서 펌프(80)를 보조하는데 사용될 수 있다. 이 모드는 또한 다른 방식으로 제어될 수 있다. 상부 작업실(46)과 하부 작업실(48)이 공통의 유체 흐름 경로를 공유하지 않는 상태가 발생할 수 있다. 상부 작업실(46)과 그 대응하는 회로는 높은 유체 압력 상태이고 하부 작업실(48)과 그 대응하는 회로는 낮은 압력 상태이다. 이것은 디커플링으로 정의되고, 에너지 소모 없이 시작 오프셋 힘(starting offset force)을 생성한다. 펌프(80)로부터의 유체 흐름으로, 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)가 요구되는 실제 힘을 충족시키기 위해서 시작 오프셋을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 이 같은 디커플 부스트 모드는 제공된 에너지의 효율적인 사용을 가능케 한다. 이것은 또한 디커플링 때문에, 낮은 펌프 파워로 높은 힘을 생성하는 지속가능한 상태이다.
도 18은 선형 제어 모드를 도시한다. 이 모드는 낮은 속도로 움직일 때 낮은 힘이 요구될 때 사용될 수 있다. 이 모드의 이점은 0의 힘 및 0의 속도 근처에서 작은 면적으로 움직일 때 개별 밸브들이 스위치 할 필요가 없다는 것이다. 각 압력 분배기 서브 시스템(34)을 위해서, 단지 연속적으로 제어된 밸브들, 제1 제어된 제한기(66) 및 제2 제어된 제한기(68)가 동작한다. 유압 스위치 밸브(82)가 그 중앙 위치에 있고 또는 유압 스위치 밸브(82)가 그 위치 주위에서 변할 수 있다. 이 모드는 아주 부드럽고 NVH(소음, 진동 및 승차감) 친화적 동작을 가능하게 한다.
도 19는 높은 압력 축적기(36)를 충전하는(pump up) 모드를 도시한다. 이 모드에서, 유압 스위치 밸브(82)는 중간 위치에 있고 두 개의 제어된 제한기(68)는 모두 닫힌다. 이것은 유체를 높은 압력 축적기(36)로 흐르도록 하고 그것을 유체로 채운다. 이 모드는 도 18에 도시된 선형 제어 모드와 유사하며 이 모드 중에, 작은 힘이 네 사분면에서 생성될 수 있다. 이것은 완전한 제어 없이, 평탄한 길을 주행할 때 시스템을 재충전하는 가능성을 제공한다. 높은 압력 축적기(36)를 채우는데 필요한 유체가 펌프(80)에 의해 제공되는 유체보다 적다면, 높은 압력 축적기(36)는 또한 유압 스위치 밸브(82)를 일 측에 있게 하면서 유체를 안내함으로써 충전될 수 있다. 이것은 하지만 유압 스위치 밸브(82)에 의해 결정되는 한 방향으로 힘이 생성되는 결과를 초래할 것이다.
도 20은 재생성 모드를 도시한다. 높은 압력 축적기(36) 내의 유체 압력이 너무 높을 때, 이 높은 압력은 흐름 제어 서브시스템(38)의 유압 밸브(76)를 작동시키는 것에 의해서 항상 낮춰질 수 있다. 펌프(80)는 높은 압력 축적기(36)에서 나오는 유체 흐름을 제어하고 그것을 배출한다. 이때 요구되는 힘에 의존하여, 높은 압력 축적기(36) 및 펌프(80)에 의해 제공된 에너지가 사용되어 능동 힘(높은 압력 측으로 스위치 하는 것에 의해 달성됨)을 비축할 수 있고 또는 능동 힘이 필요하지 않다면, 이 에너지는 낮은 압력 측으로 스위치 하는 것에 의해서 전기 에너지로 전환될 수 있다. 도 20에 낮은 압력 측으로의 스위칭이 도시되어 있고, 이 모드는 유압 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위해서, 펌프(80)와 그 모터를 터빈/발전기로 활용한다. 이것은 회수 모두이다. 도 20은 수동 반동 모드를 생성하면서 회수를 도시한다. 펌프(80)의 유체 흐름에 대한 피스톤(44)의 속도에 따라, 유체는 압축 압력 분배기 서브시스템(34)을 통해 흐르거나 또는 도 20에 도시된 바와 같이 낮은 압력 축적기 서브시스템(32)의 제2 체크 밸브(64)를 통해 흐를 것이다.
이제, 도 21을 참조하면, 유압 작동기(120)가 도시되어 있다. 유압 작동기(120)는 작동기(30), 낮은 압력 축적기 서브시스템(32), 하나 이상의 압력 분배기 서브시스템(134), 높은 압력 축적기, 흐름 제어 서브시스템(38) 그리고 흐름 분배기 서브시스템(40)을 포함한다. 유압 밸브(176)는 블로 오프 밸브(94)들을 높은 압력 축적기(36)에 연결하고 또한 제1 제어된 제한기(66)를 낮은 압력 축적기(60)에 연결한다.
도 2에 도시된 각 압력 분배기 서브시스템(34)은 제1 제어된 제한기(66)와 제2 제어된 제한기(68)를 포함한다. 도 21에 도시된 각 압력 분배기 서브시스템(134)은 단지 제1 제어된 제한기(66)만을 포함한다. 제2 제어된 제한기(68)는 시스템의 복잡도를 감소시키기 위해서 제거되었다. 이 실시 예가 시스템의 복잡도를 감소시키면서 디커플링의 가능성을 희생했다. 유압 작동기(120)의 동작 및 기능은 디커플링을 제외하고 전술한 유압 작동기(120)와 동일하다.
이제, 도 22를 참조하면, 유압 작동기(220)가 도시된다. 유압 작동기(220)는 작동기(30), 낮은 압력 축적기 서브시스템(32), 하나 이상의 라우팅 밸브(234), 높은 압력 축적기(36), 흐름 제어 서브시스템(38), 펌프(80), 다수의 체크 밸브(240) 그리고 한 쌍의 제어된 제한기(266)를 포함한다.
압력 분배기 서브시스템(34)들 및 유압 스위치 밸브(82) 모두가, 상부 작업실(46) 및 하부 작업실(48) 사이에서 최고 압력 실을 선택하는 라우팅 밸브(234)들 및 체크 밸브(240)들의 조합으로 대체되었다. 한 쌍의 제어된 제한기(266)는 전술한 압력 분배기 서브시스템(134) 또는 압력 분배기 서브시스템(34)과 비슷한 압력 분배기 서브시스템으로 작용한다. 유압 작동기(220)의 기능 및 동작은 유압 작동기(120) 및 유압 작동기(20)에 대해 설명한 것과 동일하다.
이제, 도 23을 참조하면, 유압 작동기(220')가 도시되어 있다. 유압 작동기(223')는, 도 22에 도시된 두 개의 라우팅 밸브(234)가 하나의 라우팅 밸브(234')로 통합된 것을 제외하고는, 도 22에 도시된 유압 작동기와 동일하다. 유압 작동기(220)와 관련하여 설명한 사항은 유압 작동기(220')에도 적용된다. 높은 압력 축적기(36)에 관련된 펌프 기능은 이 실시 예에 의해 구현된다.
이제, 도 24를 참조하면, 유압 작동기(320)가 도시되어 있다. 유압 작동기(320)는 작동기(30), 낮은 압력 작동기 서브시스템(32), 블로 오프 밸브(94), 라우팅 밸브(334), 높은 압력 축적기(36), 흐름 제어 서브시스템(38), 복수의 체크 밸브(240), 펌프(80) 그리고 한 쌍의 제어된 제한기(266)를 포함한다. 높은 압력 축적기(36)와 관련된 펌프 기능은 이 실시 예에 의해 수행된다. 유압 작동기(320)의 기능 및 동작은 유압 작동기(220'), 유압 작동기(220), 유압 작동기(120) 및 유압 작동기(20)와 동일하다.
이제, 도 25를 참조하면, 도 23 내지 도 24에서 설명된 다양한 서브시스템들 (32), (234), (234'), (334), (36), (38) 그리고 (266)이 많은 시스템으로 결합될 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 유압 작동기(220), (220) 및 (320)에 대한 일반적인 오버레이 주 시스템은 작동기(30), 낮은 압력 서브시스템(32), 하나 이상의 싱크 구성(sink component)(390), 높은 압력 축적기(36), 하나 이상의 소스 구성(392), 하나 이상의 라우팅 구성(394)을 포함한다. 도 22 내지 도 24는 가능한 여러 개략적인 조합들을 도시한다.

Claims (20)

  1. 작동기;
    유체 소통이 이루어지도록 상기 작동기에 연결된 제1 싱크 서브시스템;
    유체 소통이 이루어지도록 상기 작동기에 연결된 제2 싱크 서브시스템;
    유체 소통이 이루어지도록 상기 작동기에 연결된 소스 서브시스템;
    유체 소통이 이루어지도록 상기 작동기에 연결된 낮은 압력 축적기; 그리고,
    유체 소통이 이루어지도록 상기 소스 서브시스템에 연결된 높은 압력 축적기를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 높은 압력 축적기는 유체 소통이 이루어지도록 상기 제1 싱크 서브시스템 및 상기 제2 싱크 서브시스템에 연결된 유압 작동기 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    유체 소통이 이루어지도록 상기 낮은 압력 축적기는 상기 제1 싱크 서브시스템 및 상기 제2 싱크 서브시스템에 그리고 상기 소스 서브시스템에 연결된 유압 작동기 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    유체 소통이 이루어지도록 상기 낮은 압력 축적기는 상기 제1 싱크 서브시스템 및 상기 제2 싱크 서브시스템에 그리고 상기 소스 서브시스템에 연결된 유압 작동기 어셈블리.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 싱크 서브시스템은 제1 제어된 제한기를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 싱크 서브시스템은 제2 제어된 제한기를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 싱크 서브시스템은 제2 제어된 제한기를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 싱크 서브시스템은 제3 제어된 제한기를 포함하고 상기 제2 싱크 서브시스템은 제4 제어된 제한기를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 제어된 제한기와 상기 제3 제어된 제한기는 직렬로 연결되고, 상기 제2 제어된 제한기와 상기 제4 제어된 제한기는 직렬로 연결되는 유압 작동기 어셈블리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 제어된 제한기와 상기 제3 제어된 제한기는 병렬로 연결되고, 상기 제2 제어된 제한기와 상기 제4 제어된 제한기는 병렬로 연결되는 유압 작동기 어셈블리.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 소스 서브시스템은 유체 펌프 및 유압 스위치 밸브를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 소스 서브시스템은 제1 유체 펌프 및 제2 유체 펌프를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 소스 서브시스템은 유체 펌프 및 유압 스위치 밸브를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프와 상기 높은 압력 작동기 사이에 유압 밸브를 더 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 소스 서브시스템은 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프를 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 펌프와 상기 높은 압력 작동기 사이에 제1 유압 밸브를, 상기 제2 펌프와 상기 높은 압력 축적기 사이에 제2 유압 밸브를 더 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동기는 상부 작업실 및 하부 작업실을 정의하고, 상기 제1 싱크 서브시스템은 유체 소통이 이루어지도록 상기 상부 작업실에 연결되고, 상기 제2 싱크 서브시스템은 유체 소통이 이루어지도록 상기 하부 작업실에 연결되는 유압 작동기 어셈블리.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 상부 작업실에서 상기 낮은 압력 축적기로의 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제1 체크 밸브와, 상기 하부 작업실로부터 상기 낮은 압력 축적기로의 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제2 체크 밸브를 더 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 높은 압력 축적기는 유체 소통이 이루어지도록 상기 제1 싱크 서브시스템 및 상기 제2 싱크 서브 시스템에 연결되고,
    상기 유압 작동기 어셈블리는 상기 높은 압력 축적기에서 상기 제1 싱크 서브시스템으로 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제1 체크 밸브와, 상기 높은 압력 축적기에서 상기 제2 싱크 서브시스템으로 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제2 체크 밸브를 더 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 높은 압력 축적기는 유체 소통이 이루어지도록 상기 제1 싱크 서브시스템 및 상기 제2 싱크 서브시스템에 연결되고,
    상기 유압 작동기 어셈블리는 상기 높은 압력 축적기에서 상기 제1 싱크 서브시스템으로 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제1 체크 밸브와, 상기 높은 압력 축적기에서 상기 제2 싱크 서브시스템으로 유체 흐름이 일어나지 않도록 하는 제2 체크 밸브를 더 포함하는 유압 작동기 어셈블리.
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