KR20160117894A

KR20160117894A - 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160117894A
Application number: KR1020150045884A
Authority: KR
Inventors: 김진규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-10-11
Also published as: CN106042815B; CN106042815A; US20160288607A1; US9662956B2

Abstract

본 발명은 주차시 차량 하중을 지지하는 에어 스프링의 벨로우즈 피로도를 저감하여 벨로우즈의 내구력을 개선하기 위한 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 장시간 주차시 에어 스프링의 공기압을 일정 수준으로 감압하고 쇽업소버의 내부 오일 유로를 차단하여 쇽업소버에 의해 일정 차고를 유지하게 함으로써 주차시 기존에 에어 스프링이 받던 차량의 하중을 쇽업소버가 지지하도록 하여 벨로우즈의 내구력을 개선하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법 {Device and method for controlling air suspension system}

본 발명은 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주차시 차량 하중을 지지하는 에어 스프링의 벨로우즈 피로도를 저감하여 벨로우즈의 내구력을 개선하기 위한 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

차량의 현가장치는 주행중에 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접적으로 전달되지 않도록 하여 차체, 승객, 화물 등에 손상을 주지 않도록 하고 차량의 승차감을 좋게 만드는 장치로서, 주요부품으로는 노면으로부터 전달되는 충격을 완화하는 섀시 스프링, 섀시 스프링의 진동을 제어하는 쇽업소버, 차량의 롤링을 방지하는 스태빌라이저 바 등이 있다.

이 중에서 쇽업소버는 자동차의 주행중 섀시 스프링이 받는 충격에 의해 발생하는 진동을 흡수하여서 빠르게 감쇠시켜 승차감을 좋게 하기 위해 차체와 휠 사이에 장착되어 있다.

이와 같은 쇽업소버와 함께 에어 스프링을 포함하여 구성된 현가장치를 에어 서스펜션 시스템이라고 한다.

한편, 에어 스프링은 압축 공기의 탄력을 이용하여 차체를 지지하는 동시에 노면으로부터 전달되는 진동과 충격을 흡수하여 완화하는 것으로, 별도로 구비된 컴프레서를 통해 벨로우즈의 공기압력을 변화시킬 수 있게 구성되기 때문에 벨로우즈의 공기압력을 조정하여서 차체 높이를 조정하여 승차 인원에 상관없이 일정한 차체 높이를 유지할 수 있다.

이러한 에어 스프링의 부품 중 하나인 벨로우즈는 압축 공기를 수용하는 신축형 에어 챔버로서, 항시 일정 수준의 공기압을 받기 때문에 매우 큰 공기압을 견디기 위해 인장력에 유리한 구조로 코드사와 고무를 일정 간격으로 배열하여 만들어진다.

그러나, 이러한 구조의 벨로우즈 역시 필드에서 받는 하중에 의해 코드사와 고무가 분리되면서 고무 부분이 터져 핀홀이 발생하게 되고 이 핀홀에 의해 공기 누기가 발생하여 결국 에어 스프링이 차체를 지지하지 못하고 차량이 주저앉게 되는 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제를 개선하기 위해 벨로우즈의 수명에 영향을 미치는 영향인자를 파악하는 데에 많은 맨아워(M/H)가 투자되고 있다.

코드사와 고무를 이용한 벨로우즈의 제조 방식에 따라 에어 스프링의 거동에 장단점이 있기 때문에, 축방향으로 연장되는 주름을 갖는 액셜 플라이(Axial Ply) 구조의 벨로우즈와 사선방향으로 연장되어 서로 교차하는 주름을 갖는 크로스 플라이(Cross Ply) 구조의 벨로우즈 등이 적용되고 있으나, 어떠한 구조의 벨로우즈를 선택하여 에어 스프링에 적용하더라도 에어 스프링이 차량에 탑재된 상태로 필드에서 일정 시간이 경과함에 의해 발생하는 벨로우즈의 핀홀 발생을 근본적으로 해결하기 어려운 실정이다.

필드에서 에어 스프링에 발생하는 벨로우즈의 핀홀은 벨로우즈를 구성하는 고무 재질의 물성으로 인한 것으로, 에어 스프링은 항시 차량의 하중을 지지하기 위해 벨로우즈에 높은 압력의 공기를 수용하게 되고, 따라서 높은 공기압에 노출된 벨로우즈의 접히는 부분에서 점진적으로 시효경화가 발생함에 의해 벨로우즈의 영구변형이 발생하고 신율이 저하되며, 취약해진 벨로우즈의 접힘 부위에서 상하방향의 반복된 인장 및 수축으로 인한 피로에 의해 핀홀이 발생하게 된다.

이러한 벨로우즈는 주행시에는 물론이고 주차 상황 등과 같이 차량이 장시간 정차되는 때에도 차량의 하중을 지지함에 의해 피로가 누적된다.

한편, 차량의 실제 운행시간을 통계적으로 분석한 결과에 따르면 차량의 운행시간은 차량을 보유하는 기간의 절반에도 미치지 못하며, 따라서 사용자가 차량을 보유하는 기간 중 대부분의 시간 동안 차량은 주차되어 있는 것으로 간주할 수 있다.

일반적인 차량의 서스펜션이나 차체 부품은 주차 상황과 같이 반복적으로 하중을 가하는 부하가 없는 모드에서는 피로 손상을 받지 않지만, 에어 스프링의 벨로우즈와 같은 부품은 주차 상황과 같이 차량이 장시간 방치되는 경우에도 차량의 높은 하중을 지지해야 하기 때문에 피로 손상을 받게 된다.

한국공개특허 10-2013-0057006 (2013년05월31일)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 장시간 주차시 에어 스프링의 공기압을 일정 수준으로 감압하고 쇽업소버의 내부 오일 유로를 차단하여 쇽업소버에 의해 일정 차고를 유지하게 함으로써 주차시 기존에 에어 스프링이 받던 차량의 하중을 쇽업소버가 지지하도록 하여 벨로우즈의 내구력을 개선하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황인지 판단하는 제1과정; 상기 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황이면 쇽업소버의 감쇠력을 최대화하는 제2과정; 상기 에어 스프링에 충진된 압축공기를 리저버 탱크로 바이패스시켜 에어 스프링의 공기압을 저감하는 제3과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 구현예에 의하면, 상기 제1과정은, 차량의 주차 후 시동이 오프된 상황에서 사용자가 선택한 주차시간을 입력받는 과정; 사용자가 선택한 주차시간을 사전 설정된 기준시간과 비교하여 사용자가 선택한 주차시간이 기준시간 이상이면 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 것으로 판단하는 과정;을 포함한다.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 제1과정에서는 시동 오프시 사용자가 주차시간을 미선택하면 주차 후 사전 설정된 설정시간 동안 차량 모션을 감지하고, 감지 결과 차량 모션이 미발생하면 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 것으로 판단한다.

또한 본 발명에서는, 쇽업소버에 내장되어 쇽업소버의 감쇠력을 제어하는 서보밸브; 에어 스프링과 리저버 탱크 사이에 설치되어 에어 스프링에서 리저버 탱크로 바이패스되는 압축공기의 흐름을 제어하는 체크밸브; 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황으로 판단되면, 상기 서보밸브를 오프시켜 쇽업소버의 감쇠력을 최대화하고, 상기 체크밸브를 작동시켜 에어 스프링에 충진된 압축공기를 리저버 탱크로 바이패스시켜 에어 스프링의 공기압을 저감하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 차량의 주차 상황시에 에어 스프링의 벨로우즈의 취약부(접히는 부분)에 가해지는 피로하중을 감소시킴으로써 취약부의 파손을 방지하고 벨로우즈의 내구력을 개선하는 데에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 구성을 나타낸 예시도
도 2는 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도
도 3은 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템의 제어 중 시동 온 시 에어 서스펜션 시스템의 정상적인 작동을 위한 복귀 제어 과정을 설명하기 위한 순서도

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

알려진 바와 같이, 에어 서스펜션 시스템은 차량 운행시 노면으로부터 전달되는 충격을 완화하는 에어 스프링과 에어 스프링의 진동을 제어하는 쇽업소버를 포함하여 구성된다.

상기 에어 스프링은 차량 운행시 완충 기능을 수행하기 위하여, 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 컴프레서와 컴프레서에서 공급된 압축공기를 저장하는 리저버 탱크 및 리저버 탱크와 에어 스프링 간에 압축공기의 흐름을 제어하는 솔레노이드 밸브를 사용한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 구성을 나타낸 예시도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템은 에어 스프링(1)과 이 에어 스프링(1)의 작동을 위한 컴프레서(2), 리저버 탱크(3), 솔레노이드 밸브(4) 등을 포함하여 구성된다.

상기 에어 스프링(1)은 압축 공기의 탄력을 이용하여 노면의 충격을 완화시키는 것으로, 신축에 의해 내부의 체적과 압력이 변화되는 벨로우즈를 에어챔버로서 사용한다.

앞서 언급한 바와 같이, 컴프레서(2)에 의해 생성된 압축공기는 리저버 탱크(3)에 저장되고, 차량 운행시 솔레노이드 밸브(4)에 의해 리저버 탱크(3)와 에어 스프링(1)(구체적으로, 벨로우즈) 사이에 압축공기의 흐름이 제어된다.

그리고, 에어 스프링(1)과 리저버 탱크(3) 사이에는 솔레노이드 밸브(4)가 장착된 에어라인(8)과 별도로 바이패스라인(9)이 연결 구성되고, 이 바이패스라인(9)에는 에어 스프링(1)의 벨로우즈에서 리저버 탱크(3)로의 공기 흐름을 제어하기 위한 체크밸브(5)가 설치된다.

상기 체크밸브(5)는 제어부(6)의 제어신호에 의해 작동되는 전자식 밸브로서, 차량 주차시 에어 스프링(1)의 벨로우즈에서 리저버 탱크(3)로 압축공기를 바이패스시켜 공기압에 의해 벨로우즈에 발생하는 피로도를 저감시킬 수 있도록 한다.

상기 제어부(6)는 솔레노이드 밸브(4)와 체크밸브(5)의 작동을 제어하는 동시에, 에어 스프링(1)의 진동 및 거동을 제어하는 전자식 쇽업소버에 내장된 서보밸브(7)의 작동을 제어한다.

ESC(Electronic Stability Control) 사양의 전자식 쇽업소버는 전자제어식으로 작동하여 오일 유로를 제어하는 서보밸브를 내장하고 있으며, 통상적으로 서보밸브의 작동에 의해 오일 유로의 개폐량을 제어함으로써 감쇠력을 조절하게 된다.

일반적으로 차량 운행시, ESC 사양의 쇽업소버는 내부에 충진된 비압축성의 작동유가 서보밸브에 의해 조절된 오일 유로를 통과하면서 발생하는 감쇠력에 의해 에어 스프링의 거동을 제어하게 된다.

여기서 상기 제어부(6)는 쇽업소버에 내장된 서보밸브(7)의 작동을 제어하여 쇽업소버의 감쇠력을 제어하며, 특히 쇽업소버의 감쇠력을 극대화할 수 있게 서보밸브(7)의 작동을 제어함으로써 쇽업소버가 주차시의 차량 하중을 지지하도록 한다.

즉, 상기 쇽업소버의 서보밸브(7)는 제어부(6)의 신호에 따라 쇽업소버의 오일 유로를 제어하여 쇽업소버의 감쇠력을 제어할 수 있다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명에 따른 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법을 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저 에어 스프링(1)의 공기압 및 피로 저감이 필요한 주차 상황인지 판단하기 위하여, 차량이 정차 및 주차 후 시동이 오프되면 사용자가 주차시간을 선택할 수 있도록 디스플레이부(10)에 선택창이 표시된다.

제어부(6)는 차량이 정차 및 주차 후 시동이 오프된 것으로 판단되면 차량 실내에 구비된 디스플레이부(10)에 다양한 주차시간(예를 들면, 20분 미만 및 20분 이상 등)을 선택할 수 있게 구성된 선택창을 출력하여 사용자의 선택을 입력받는다.

제어부(6)는 사용자가 디스플레이부(10)에서 선택한 주차시간이 입력되면 입력된 주차시간을 사전 설정된 기준시간과 비교하고, 비교 결과 사용자가 선택한 주차시간이 사전 설정된 기준시간 이상이면 에어 스프링(1)의 공기압 저감이 필요한 것으로 판단한다.

그리고, 비교 결과 사용자가 선택한 주차시간이 사전 설정된 기준시간 미만이면 에어 스프링(1)의 공기압 저감 제어가 불필요한 것으로 판단하고 주차 상황에서의 에어 스프링(1)의 공기압 제어를 미수행한다.

여기서, 상기 기준시간은 에어 스프링의 벨로우즈에 피로 손상을 유발할 수 있는 주차시간으로서, 실차 조건에서 사전 실험 및 평가 등을 통해 도출된 값으로 결정되어 제어부에 저장된다.

또한, 사용자가 디스플레이부(10)에 표시된 주차시간을 미선택하는 경우, 제어부(6)는 주차 후 사전 설정된 설정시간 동안 차량 모션을 감지하고, 감지 결과 차량 모션이 미발생한 것으로 판단되면 에어 스프링(1)의 공기압 저감 제어가 필요한 것으로 판단한다.

이때 제어부(6)는 차량에 장착된 모션 센서 등을 통해 차량의 모션(움직임) 발생 여부를 판단할 수 있다.

상기 설정시간은 사용자가 주차시간을 미선택하는 경우 차량이 장시간 동안 주차된 상황인 것으로 간주할 수 있는 주차시간으로서 제어부에 저장되며, 임의로 설정되거나 또는 에어 스프링의 벨로우즈에 피로 손상을 유발할 수 있는 주차시간으로 결정될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(6)는 차량 모션의 감지 결과 차량 모션이 발생한 것으로 판단되면 에어 스프링(1)의 공기압 저감 제어가 불필요한 것으로 판단하고 에어 스프링(1)의 공기압 제어를 미수행한다.

상기와 같이 에어 스프링(1)의 공기압 저감 제어가 필요한 주차 상황으로 판단된 경우, 쇽업소버의 서보밸브(7) 작동을 제어하여 쇽업소버의 감쇠력을 최대화한다.

제어부는 쇽업소버의 서보밸브(7)를 100% 오프되게 작동시켜 쇽업소버의 오일 유로를 100% 차단하여 쇽업소버에 충진된 작동유에 의한 감쇠력을 최대로 상승시킨다.

감쇠력이 극대화된 쇽업소버는 에어 스프링(1) 대신 차량의 하중을 지지할 수 있게 되고, 이에 차체 높이를 지정된 일정 수준으로 고정되게 유지하게 된다.

이렇게 쇽업소버가 차량 하중을 지지하도록 한 다음에는, 에어 스프링(1)에 충진된 압축공기를 리저버 탱크(3)로 바이패스시켜 에어 스프링(1)의 벨로우즈 공기압을 저감시킨다.

제어부(6)는 에어 스프링(1)과 리저버 탱크(3) 사이에 구성된 체크밸브(5)를 작동시켜 에어 스프링(1)의 벨로우즈에 충진된 압축공기를 리저버 탱크(3)로 바이패스시킴으로써 에어 스프링(1)의 벨로우즈 공기압을 사전 설정된 기준압력까지 저감시킨다.

상기 기준압력은 내부 공기압에 의한 벨로우즈의 피로 손상을 저감시킬 수 있는 압력값으로 결정되어 제어부에 저장되며, 사전 실험 및 평가 등을 통해 도출되거나 또는 벨로우즈의 피로 하중을 저감시킬 수 있는 통상적인 값으로 설정될 수 있다.

일례로, 제어부(6)는 에어 스프링(1)의 벨로우즈에 충진된 압축공기를 리저버 탱크(3)로 바이패스시켜, 벨로우즈의 최대 공기압의 50%까지 벨로우즈의 공기압을 감소시킬 수 있다.

이렇게 에어 스프링(1)의 내부 공기압을 감소시키게 되면 공기압에 의해 벨로우즈가 받는 피로도가 저감되고, 이에 높은 공기압에 취약한 벨로우즈의 접히는 부분에 작용하는 압력부하가 저감되어 벨로우즈 내구력 및 수명이 개선되는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명에서는 주행 상황을 제외한 주차 상황(모드)에서, 쇽업소버의 감쇠력을 극대화하여 에어 스프링의 벨로우즈가 차량 하중을 지지함에 의한 피로하중을 받지 않게 하고, 또한 에어 스프링의 내부 공기압을 리저버 탱크로 바이패스시켜 에어 스프링의 벨로우즈가 높은 공기압에 의한 피로하중을 받기 않게 함으로써, 벨로우즈의 피로 손상도를 감소시켜 핀홀 발생을 방지하고 벨로우즈의 수명 증대 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 3을 참조하여 차량 운행시 에어 스프링의 벨로우즈에 다시 공기압을 충진하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이 장시간 차량이 주차된 상황에서 벨로우즈의 피로하중을 저감하는 중에 차량 시동이 온 되면 에어 스프링(1)의 에어라인(8)에 설치된 솔레노이드 밸브(4)를 작동시켜 리저버 탱크(3)에 저장된 압축공기를 에어 스프링(1)으로 이동시킨다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제어부(6)는 차량 시동이 온 되면 차량이 주차 상황을 벗어나 주행 상황에 진입하는 것으로 판단하고, 에어라인(8)의 솔레노이드 밸브(4)를 통해 리저버 탱크(3)에 저장된 압축공기를 에어 스프링(1)의 벨로우즈에 이동시켜 충진되게 함으로써 에어 스프링(1)이 차량의 하중을 지지하여 차고를 유지하게 한다.

그리고, 제어부(6)는 쇽업소버의 전자식 서보밸브(7)의 작동을 제어하여 작동유의 흐름을 위한 오일 유로의 개폐량을 조절함으로써 쇽업소버의 감쇠력을 차량 주행시에 요구되는 감쇠력으로 복원시킨다.

이와 같이 차량이 주행 모드로 다시 진입하는 경우 에어 스프링의 내부 공기압 및 쇽업소버의 감쇠력(댐핑력)을 주행시의 정상적인 수준으로 복귀 및 유지시켜 정상적인 차량 주행이 가능토록 한다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 에어 스프링
2 : 컴프레서
3 : 리저버 탱크
4 : 솔레노이드 밸브
5 : 체크밸브
6 : 제어부
7 : 쇽업소버의 서보밸브
8 : 에어라인
9 : 바이패스라인
10 : 디스플레이부

Claims

에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황인지 판단하는 제1과정;
상기 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황이면 쇽업소버의 감쇠력을 최대화하는 제2과정;
상기 에어 스프링에 충진된 압축공기를 리저버 탱크로 바이패스시켜 에어 스프링의 공기압을 저감하는 제3과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1과정은,
차량의 주차 후 시동이 오프된 상황에서 사용자가 선택한 주차시간을 입력받는 과정;
사용자가 선택한 주차시간을 사전 설정된 기준시간과 비교하여 사용자가 선택한 주차시간이 기준시간 이상이면 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 것으로 판단하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1과정에서는 시동 오프시 사용자가 주차시간을 미선택하면 주차 후 사전 설정된 설정시간 동안 차량 모션을 감지하고, 감지 결과 차량 모션이 미발생하면 에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 방법.
쇽업소버에 내장되어 쇽업소버의 감쇠력을 제어하는 서보밸브;
에어 스프링과 리저버 탱크 사이에 설치되어 에어 스프링에서 리저버 탱크로 바이패스되는 압축공기의 흐름을 제어하는 체크밸브;
에어 스프링의 공기압 저감이 필요한 주차 상황으로 판단되면, 상기 서보밸브를 오프시켜 쇽업소버의 감쇠력을 최대화하고, 상기 체크밸브를 작동시켜 에어 스프링에 충진된 압축공기를 리저버 탱크로 바이패스시켜 에어 스프링의 공기압을 저감하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템의 제어 장치.