KR20190084792A - 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 내부에 자기유체가 충진 되는 원통형의 실린더와 상기 실린더 내부에서 상하이동할 수 있도록 결합되는 피스톤을 포함하는 쇼크 업소버와, 상기 피스톤에 구비되는 1차 코일과, 상기 코일에 전류가 공급될 수 있도록 연결되는 전선과, 상기 코일에 공급되는 전류량을 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치에 있어서, 원통형의 플레이트 형상을 하고 상기 실린더 상부면에 결합되는 자기코어와, 상기 자기코어에 구비되는 2차코일 및 상기 1차코일과 2차코일과 연결되는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 1차코일에 전류를 인가한 후 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출한 후 상기 피스톤의 위치에 따라 유도된 자기장의 강도에 비례하는 전류값을 연산하여 상기 피스톤의 위치 검출 및 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치를 제공한다.

Description

자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법{Detecting device for position and velocity of piston of magneto-rheological fluid shock absorber and the method thereof)}

본 발명은 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 유변 쇼크 업소버에 자기 코어를 구비하여 상기 자기 코어에 유도된 자기장을 검출함으로써 자기 유변 쇼크 업소버 내의 피스톤 위치와 속도를 검출할 수 있도록 한 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 현가장치 또는 서스펜션은 차체와 바퀴 사이를 연결하는 구조장치를 말하는 것으로 주행 중 노면의 충격이 차체에 가해질 때 발생하는 충격과 동하중으로 인한 진동을 흡수하여 탑승자의 승차감과 주행 안전성을 도모하는 자동차의 중요 부품이다. 이러한 현가장치는 탄성력을 가지는 스프링과 스프링의 자유 진동을 조절할 수 있는 쇼크 업소버로 구성된다.

자동차 서스펜션은 쇼크 업소버의 구조에 따라 여러 방식으로 구분될 수 있는데, 쇼크 업소버(Shock Absorber)는 외부에서 입력되는 충격력(압력)과는 무관하게 초기에 설정된 감쇄력만을 발생시키는 수동 쇼크 업소버(Passive Shock Absorber)를 비롯하여 외부에서 입력되는 충격력(압력)에 따라 감쇄력을 변화시키도록 하는 반능동 쇼크 업소버(Semi-Active Shock Absorber) 및 외부의 충격력(압력)에 대해 반작용하면서 충격을 감소키도록 하는 능동 쇼크 업소버(Active Shock Absorber)등으로 구분될 수 있다.

이중에서 능동 쇼크 업소버에 비해 성능은 다소 떨어지지만 작은 에너지로 수동 쇼크 업소버보다는 성능이 뛰어나며 승차감과 노면 접지성을 동시에 제공할 수 있는 세미 액티브 서스펜션에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 즉, 세미 액티브 서스펜션은 큰 동력을 사용하지 않으며 구조가 간단하다는 장점을 가지고 있다.

세미 액티브 서스펜션에서 진동을 감쇄시키는 방식은 크게 이산 감쇠력 가변 제어(DDC) 방식과 연속 감쇠력 가변 제어(CDC) 방식이 있다. 이산 감쇠력 가변 제어(DDC) 방식은 스톤 로드 선단에 스텝모를 장착하여 노면 조건에 따른 내부 밸브 조절로 유압을 제어하는 방식이고, 연속 감쇠력 가변 제어(CDC) 방식은 쇼크 업소버 외부에 솔레노이드 밸브를 부착하여 유압을 제어하는 방식이다.

하지만, 이들 이산 감쇠력 가변 제어(DDC) 방식과 연속 감쇠력 가변 제어(CDC) 방식은 시간 응답 특성이 40~60ms 정도에 불과하여 급격한 노면에서 발생하는 충격에 대한 실시간 대응에는 한계가 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 세미 액티브 서스펜션에 자기 유변 쇼크 업소버가 많이 사용된다.

자기 유변 쇼크 업소버는 자기유체(Magnetic Fluid:자기유변유체)를 지능형 재료(Smart Meterial)로 이용하도록 하는 쇼크 업소버이다.

여기서, 자기유체(자기유변유체)는 상자성 입자를 포함하는 비콜로이드용액으로서, 자기장이 인가되지 않으면 상온에서 0.20Pa-sec ~ 0.30Pa-sec의 점성을 갖고, 자기장(150KA/m ~ 250KA/m(2KOe ~ 3KOe))이 가해지면 50KPa ~100KPa의 높은 응력을 갖으며, 빠른 응답시간에 의해 자기포화(Magnectic Saturation)에 대한 최대 항복응력이 제한될 뿐만 아니라 작동온도범위(-40℃ ~ 150℃)가 대단히 넓고 불순물에 대해서는 상당히 둔감한 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.

즉, 자기유체(자기유변유체)는 자기장이 가해질 경우에 유체에 함유된 입자가 체인을 형성하여 유체의 전단 항복능력이 변하게 되는데, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 액체상태인 뉴토니안 유체(Newtonian Fluid)의 상태를 나타내고, 자기장이 인가되면 유체중의 입자가 체인을 형성하여 항복응력을 가지면서 토크가 증가하는 젤 상태인 빙햄 유체(Bingham Fluid)의 상태로 변하는 것으로 알려져 있다.

이러한 쇼크 업소버에 자기유체를 이용하면 빠른 응답 특성을 가지게 되어 세미 액티브 서스펜션의 요구 조건을 충족할 수 있다.

자기 유변 쇼크 업소버의 동작 원리는, 먼저, 노면에서 발생하는 자유진동에 의해 서스펜션의 스프링이 압축될 때에는 급격히 압축되어지도록 한 후, 스프링이 늘어날 때에는 연결된 쇼크 업소버 내의 자기유체를 젤 상태로 변화시킴으로써 피스톤이 움직일 때의 저향력을 크게 하여 스프링이 서서히 늘어나도록 한다. 이렇게 자기 유변 쇼크 업소버는 서스펜션의 스프링의 상하 운동에너지를 저항력에 의한 열에너지로 변환시키는 감쇄시키는 기능을 수행하게 된다. 자기유체의 젤 상태를 변화시키는 방법은 보통 피스톤 주변에 코일을 구비한 후 전류의 양을 조절함으로써 피스톤 주변에 형성되는 자기장을 변화시켜서 자기유체의 젤 상태 변화 정도, 즉, 감쇄특성을 조절할 수 있다.

그런데, 일반적으로 자동차가 고속으로 운행할 때에는 노면과 타이어로부터 발생되는 충격과 진동은 매우 불규칙하고 급격하게 변화하고 이에 따라 쇼크 업소버 내의 피스톤도 매우 불규칙하고 급격하게 움직이게 되고, 자기 유변 쇼크 업소버에 흐르는 전류의 양을 변화시키기 위해서는 위와 같이 불규칙하고 급격하게 움직이는 충격과 진동의 크기를 검출할 수 있어야 한다.

종래에는 이러한 노면과 타이어로부터 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출하기 위해서 서스펜션의 외부에 별도의 센서를 구비하였다.

도 1을 참조하면, 종래의 세미 액티브 서스펜션 시스템은 자동차의 타이어와 차체(5) 사이에는 쇼크 업소버(1)와 스프링(2)이 장착되고, 차체(5)에는 외부 충격 감지용 가속도 센서(3)와 차량의 높이 감지용 차고센서(4)가 구비되어서, 노면과 타이어로부터 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출하였다.

그런데, 국제적으로 자동차의 안전에 대한 기준이 강화 되면서 차량에 장착되는 센서는 서로 다른 구조의 센서를 이중화할 것을 권장하고 있다. 그러나 생산 비용과 별도를 설치되는 장치로 인한 자동차 구성의 복잡성 등으로 인하여 종래와 같이 쇼크 업소버의 외부에 또 다른 센서를 장착하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 세미 액티브 서스펜션 시스템의 자기 유변 쇼크 업소버에 간단하게 적용되어 자동차의 노면과 타이어에서 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출할 수 있는 또 다른 검출 장치가 필요한 실정이다.

1. 공개특허 제1998-059537호(1998.10.07. 공개) : 자동차용 세비 액티브 서스펜션 시스템

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 세미 액티브 서스펜션 시스템의 자기 유변 쇼크 업소버 외부에 장착되는 감지 센서 외에도 자기 유변 쇼크 업소버 자체에 구비되어 자동차의 노면과 타이어로부터 생성되는 충격과 진동의 크기에 따라 자기 유변 쇼크 업소버 내의 자기유체를 변화시키기 위해 인가되는 전류의 양을 제어할 수 있도록 함으로써 세미 액티브 서스펜션 시스템에 장착되는 센서를 이중화할 수 있는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치는, 내부에 자기유체가 충진 되는 원통형의 실린더와 상기 실린더 내부에서 상하이동할 수 있도록 결합되는 피스톤을 포함하는 쇼크 업소버와, 상기 피스톤에 구비되는 1차 코일과, 상기 코일에 전류가 공급될 수 있도록 연결되는 전선과, 상기 코일에 공급되는 전류량을 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치에 있어서, 원통형의 플레이트 형상을 하고 상기 실린더 상부면에 결합되는 자기코어와, 상기 자기코어에 구비되는 2차코일 및 상기 1차코일과 2차코일과 연결되는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 1차코일에 전류를 인가한 후 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출한 후 상기 피스톤의 위치에 따라 유도된 자기장의 강도에 비례하는 전류값을 연산하여 상기 피스톤의 위치 검출 및 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 쇼크 업소버는 상기 실린더 하단 내부에 위치하는 자유 피스톤을 더 포함하되, 상기 실린더 하단의 상기 자유 피스톤 아래에는 고압가스가 충진 되는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 자기코어는 페라이트계 재질로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 실린더 상부에는 상기 자기코어에 결합되는 홀센서를 더 포함하여 상기 제어기가 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어기가 피스톤의 위치를 검출할 때는, 상기 피스톤이 상기 실린더 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어기가 상기 피스톤의 움직이는 속도를 산출할 때는, 상기 피스톤의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 하는 방법은, 피스톤에 구비된 1차코일에 전류를 인가하여 자기장을 생성하는 자기장 생성단계와, 실린더 상부에 결합된 자기코어에 구비된 2차코일에 유도되는 자기장 강도를 검출하는 자기장 검출단계 및 제어기는 상기 2차코일에서 검출된 자기장 강도가 상기 피스톤의 위치에 따라 달라지는 것을 이용하여 상기 자기장 강도에 비례하는 전류값을 연산함으로써 상기 피스톤 위치 및 속도를 산출하는 연산단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 연산단계는, 상기 제어기가 상기 피스톤이 상기 실린더 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 연산단계는, 상기 제어기가 상기 피스톤의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 자기 유변 쇼크 업소버의 실린더 외부에 자기 코어를 장착한 후 피스톤에 구비된 코일에 전류를 인가하여 상기 자기 코어에 유도된 자기장의 세기를 검출하여 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤의 위치와 속도를 검출함으로써 자동차의 노면과 타이어로부터 생성되는 충격과 진동의 크기에 따라 자기 유변 쇼크 업소버 내의 자기유체를 변화시키기 위해 인가되는 전류의 양을 제어하도록 하고 있기 때문에, 세미 액티브 서스펜션 시스템에서 자동차의 충격과 진동을 검출할 수 있는 장치를 외부에 장착되는 센서 외에도 자기 유변 쇼크 업소버 자체에 추가적으로 더 구비할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 쇼크 업소버가 자동차에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치는, 자기코어(110), 1차코일(120), 2차코일(130) 및 제어기(140)를 포함할 수 있다.

먼저, 본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치가 적용되는 자기 유변 쇼크 업소버(10)는 내부에 자기유체가 충진 되는 원통형의 실린더(11)와 상기 실린더 내부에서 상하이동할 수 있도록 결합되는 피스톤(12) 및 상기 피스톤(12)에 연결되는 피스톤로드(13)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기 유변 쇼크 업소버(10)는, 피스톤에 구비되는 1차 코일(110)과, 상기 코일에 전류가 공급될 수 있도록 연결되는 전선과, 상기 코일에 공급되는 전류량을 제어할 수 있는 제어기(140)를 포함할 수 있다.

위와 같이 본 발명의 일실시예에서 사용되는 상기 자기 유변 쇼크 업소버(10)의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

우선 제어기(140)가 피스톤(12)의 내부에 감겨진 마그네트 코일인 1차코일(110)에 전류를 인가하여 피스톤(11)에서 생성되는 자기장 강도를 조절한다. 이때, 제어기(140)가 인가되는 전류의 양을 조절하게 되는데, 제어기(140)는 자동차의 노면과 타이어에 가해지는 충격과 진동을 후술하게 될 피스톤(12)의 위치 및 속도를 연산하여 추정함으로써 그에 따라 적절한 전류의 양을 1차코일(110)에 인가한다.

제어기(140)에 의해 조절된 전류에 양에 따라 생성되는 자기장 강도가 달라지면 이에 따라 상기 피스톤(12)에 형성된 자기장을 통과하는 자기 유변 유체의 통로가 협소하게 되거나 확장된다. 즉, 상기 피스톤(12)에 형성된 자기장은 자기 밸브 역할을 하여 자기 유변 유체의 흐름을 억제하게 됨으로써, 노면과 타이어에 의해 발생하는 외부 충격에 의해 서스펜션의 스프링이 압축/팽창할 때에 자기 유변 쇼크 업소버가 상기 스프링의 동작량을 제어하게 된다.

다시 말하면, 노면에서 발생하는 자유진동에 의해 서스펜션의 스프링(1)이 압축될 때에는 급격히 압축되어지도록 한 후, 스프링(1)이 늘어날 때에는 연결된 쇼크 업소버(10) 내의 자기 유체가 흐르는 통로를 협소하게 하여 자기 유체의 흐름을 억제하여 피스톤(12)이 움직일 때의 저향력을 크게 함으로써 스프링이 서서히 늘어나도록 한다. 이렇게 자기 유변 쇼크 업소버(10)는 서스펜션의 스프링의 상하 운동에너지를 저항력에 의해 감쇄시키는 기능을 수행하게 된다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치에서 상기 쇼크 업소버(10)는 실린더(11) 하단 내부에 위치하는 자유 피스톤(20)을 더 포함할 수 있다. 그리고 실린더(11) 하단의 자유 피스톤(20) 아래에는 고압가스(30)가 충진 되도록 할 수 있다.

위와 같이 함으로써 자유 피스톤(20)은 자유 피스톤(20) 아래에 충진된 고압 가스와 자기 유체 사이에서 자유롭게 움직이며 피스톤(11)에 가해지는 운동량을 적절하게 상쇄하는 역할을 할 수 있다.

자기코어(110)는 원통형의 플레이트 형상을 하고 상기 실린더(11) 상부면에 결합된다. 내부에는 후술하게 될 2차코일(130)이 감겨져 있어 자기코어(110)에 유도되는 자기장에 의해 발생되는 기전력을 검출할 수 있도록 한다. 또한 상기 2차코일(130)은 제어기(140)에 연결되도록 한다.

자기코어(110)는 페라이트계 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 페라이트라 함은 자성을 띠는 산화철 화합물을 총칭하는 것으로, 자화되는 정도에 따라 크게 소프트 페라이트와 하드 페라이트 2종류로 나뉜다. 소프트 페라이트는 자기장을 약간만 가해도 자화되는 속도가 빨라 물질의 자화도가 금방 포화되고, 잔류 자기를 지우거나 반전시킬 때도 약한 자기장만으로도 충분하다. 이것에는 망간-아연계 페라이트나 니켈-아연계 페라이트 등이 있다.

1차코일(120)은 피스톤(12)의 내부에 구비되는 것으로 코일이 피스톤(12)의 몸체에 다수회 감겨서 제어기(140)에 의해 전류가 인가되면 피스톤(11)에 자기장을 발생시키는 기능을 수행한다. 1차코일(120)에 의해 발생된 자기장은 피스톤(12) 외부의 실린더(11) 금속 몸체와 피스톤로드(13)를 통해 실린더(11) 상부에 결합된 자기코어(110)에 구비된 2차코일(120)을 통해 자기코어(110)에 자기장을 유도한다.

2차코일(130)은 자기코어(110)의 일부에 다수회 감겨서 1차코일(120)에 의해 유도된 자기장의 변화에 따라 자기코어(110)에 자기장을 발생시키는 역할을 함과 동시에 제어기(140)가 자기코어(110)에 발생된 자기장의 변화에 비례하여 발생되는 기전력을 검출할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 즉, 2차코일(130)은 제어기(140)와 연결되어서 자기코어(110)에 발생된 자기장 강도를 검출할 수 있도록 한다.

제어기(140)는 1차코일과 2차코일과 연결되어서 1차코일(120)에 전류를 인가하고 2차코일(120)에 유도된 자기장을 검출하는 기능을 수행한다. 또한, 제어기(140)는 피스톤(12)의 실린더(11) 내의 위치와 움직이는 속도를 산출하여 1차 코일(120)에 인가되는 전류의 양을 조절하는 기능도 수행한다.

다시 말하면, 제어기(140)는 1차코일(120)에 전류를 인가한 후 상기 2차코일(120)에 유도된 자기장을 검출한 후 상기 피스톤(12)의 위치에 따라 유도된 자기장의 강도에 비례하는 전류값을 연산하여 상기 피스톤(12)의 위치 검출 및 속도를 산출하게 된다.

또한, 제어기(140)가 자기코어(110)에 유도된 자기장을 검출하는 방법은 위에서처럼 자기코어(110)에 감겨진 2차코일(130)을 통해 검출하는 방법 이외에도 실린더(11) 상부에 자기코어(110)에 결합되는 홀센서를 더 포함하여 제어기(140)가 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출하는 방법도 사용할 수 있다.

피스톤(12)의 위치와 상하로 움직이는 속도는 자동차의 타이어가 노면으로부터 발생하는 충격과 진동에 따라서 변화하게 되고, 이를 제어기(140)가 피스톤(12)의 위치를 검출하고 그 속도를 산출함으로써 발생된 충격과 진동을 추정한다. 그리고 제어기(140)는 다시 쇼크 업소버(10)의 1차코일(110)에 인가되는 전류의 양을 조절하여 발생된 충격과 진동을 상쇄하게 된다.

제어기(140)가 피스톤(12)의 위치를 검출할 때는, 피스톤(12)이 상기 실린더(11) 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤(12)의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출한다.

제어기(140)가 피스톤 위치값을 산출한 후에는 피스톤 속도를 산출한다.

즉, 제어기(140)가 상기 피스톤(12)의 움직이는 속도를 산출할 때는, 상기 피스톤(12)의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출한다.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치는 자기 쇼크 업소버(10) 내의 피스톤(12)의 위치와 속도를 검출할 수 있으며, 상기 자기 쇼크 업소버(10)가 사용되는 세미 액티브 서스펜션 시스템에서 자동차에 가해지는 충격과 진동을 검출하는 센서의 기능도 수행할 수 있다.

다시 말하면 기존의 세미 액티브 서스펜션 시스템에서는 노면과 타이어로부터 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출하기 위해서 서스펜션의 외부에 별도의 센서를 구비하였는데, 본 발명에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치를 이용하면 센서의 이중화를 구현할 수 있게 된다.

즉, 종래의 세미 액티브 서스펜션 시스템은 차체에 외부 충격 감지용 가속도 센서와 차량의 높이 감지용 차고센서를 구비하여 노면과 타이어로부터 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출한 후, 이에 따른 센서의 데이터를 제어기(140)로 전송하여 제어기(140)가 자기 쇼크 업소버(10)에 인가되는 전류의 양을 조절하도록 하였다.

그런데, 국제적으로 자동차의 안전에 대한 기준이 강화 되면서 차량에 장착되는 센서는 서로 다른 구조의 센서를 이중화할 것을 권장하고 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치가 자동차에 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출하는 또 다른 센서 역할을 할 수 있도록 함으로써 센서의 이중화를 용이하게 구현하게 된다.

이하에서는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명의 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법은, 자기장 생성단계(S210), 자기장 검출단계(S220) 및 연산단계(S230)를 포함할 수 있다.

자기장 생성단계(S210)는 피스톤(12)에 구비된 1차코일(120)에 전류를 인가하여 자기장을 생성하는 단계이다.

1차코일(120)에 인가되는 전류의 양은 제어기(140)로부터 조절된 전류만큼 인가되도록 한다. 이는 상술한 바와 같이 자동차에 가해지는 충격과 진동의 크기를 이전의 피스톤(12)의 위치와 속도로써 추정한 후 이에 따라 제어기(140)가 적절한 전류의 양을 인가하는 방식이다.

인가된 전류에 의하여 피스톤(120)의 몸체에 다수회 감겨진 1차코일(120)에는 자기장이 유도되게 된다.

자기장 검출단계(S220)는 실린더(11) 상부에 결합된 자기코어(110)에 구비된 2차코일(130)에 유도되는 자기장 강도를 검출하는 단계이다.

1차코일(120)에 의해 발생된 자기장은 피스톤(12) 외부의 실린더(11) 금속 몸체와 피스톤로드(13)를 통해 실린더(11) 상부에 결합된 자기코어(110)에 구비된 2차코일(120)을 통해 자기코어(110)에 자기장을 유도하게 되고, 2차코일(120)에 연결된 제어기는 자기코어(110)에 발생된 자기장의 변화에 비례하여 발생되는 기전력을 검출할 수 있도록 한다. 즉, 2차코일(130)은 제어기(140)와 연결되어서 자기코어(110)에 발생된 자기장 강도를 검출할 수 있도록 한다.

연산단계(S230)는 제어기(140)는 상기 2차코일(130)에서 검출된 자기장 강도가 상기 피스톤(120)의 위치에 따라 달라지는 것을 이용하여 상기 자기장 강도에 비례하는 전류값을 연산함으로써 상기 피스톤 위치 및 속도를 산출하는 단계이다.

연산단계(S230)는 상기 제어기가 상기 피스톤이 상기 실린더 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이를 식으로 표현하면 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

피스톤 위치값 = (기준 위치값 - 현재 위치값)

연산단계(S230)는 상기 제어기가 상기 피스톤의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이를 식으로 표현하면 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법에 의하면 자기 쇼크 업소버(10) 내의 피스톤(12)의 위치와 속도를 검출할 수 있으며, 기존의 세미 액티브 서스펜션 시스템에서 노면과 타이어로부터 발생하는 충격과 진동의 크기를 검출하기 위해서 서스펜션의 외부에 구비된 별도의 센서와 함께 자동차에 가해지는 충격과 진동을 검출하기 위한 센서의 이중화를 구현할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 자기 유변 쇼크 업소버의 실린더 외부에 자기 코어를 장착한 후 피스톤에 구비된 코일에 전류를 인가하여 상기 자기 코어에 유도된 자기장의 세기를 검출하여 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤의 위치와 속도를 검출함으로써 자동차의 노면과 타이어로부터 생성되는 충격과 진동의 크기에 따라 자기 유변 쇼크 업소버 내의 자기유체를 변화시키기 위해 인가되는 전류의 양을 제어하도록 하고 있기 때문에, 세미 액티브 서스펜션 시스템에서 자동차의 충격과 진동을 검출할 수 있는 장치를 외부에 장착되는 센서 외에도 자기 유변 쇼크 업소버 자체에 추가적으로 더 구비할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

1: 스프링 2: 쇼크 업소버
3: 가속도센서 4: 차고센서
5: 차체
10: 쇼크 업소버 11: 실린더
12: 피스톤 13: 피스톤로드
110: 자기코어 120: 1차코일
130: 2차코일 140: 제어기

Claims (9)

1. 내부에 자기유체가 충진 되는 원통형의 실린더와 상기 실린더 내부에서 상하이동할 수 있도록 결합되는 피스톤을 포함하는 쇼크 업소버와, 상기 피스톤에 구비되는 1차코일과, 상기 코일에 전류가 공급될 수 있도록 연결되는 전선과, 상기 코일에 공급되는 전류량을 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치에 있어서,
   원통형의 플레이트 형상을 하고 상기 실린더 상부면에 결합되는 자기코어;
   상기 자기코어에 구비되는 2차코일; 및
   상기 1차코일과 2차코일과 연결되는 제어기;를 포함하되,
   상기 제어기는 1차코일에 전류를 인가한 후 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출한 후 상기 피스톤의 위치에 따라 유도된 자기장의 강도에 비례하는 전류값을 연산하여 상기 피스톤의 위치 검출 및 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 쇼크 업소버는 상기 실린더 하단 내부에 위치하는 자유 피스톤을 더 포함하되, 상기 실린더 하단의 상기 자유 피스톤 아래에는 고압가스가 충진 되는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 자기코어는 페라이트계 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더 상부에는 상기 자기코어에 결합되는 홀센서를 더 포함하여 상기 제어기가 상기 2차코일에 유도된 자기장을 검출하도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기가 피스톤의 위치를 검출할 때는, 상기 피스톤이 상기 실린더 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기가 상기 피스톤의 움직이는 속도를 산출할 때는, 상기 피스톤의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 장치.
   
7. 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 하는 방법에 있어서,
   피스톤에 구비된 1차코일에 전류를 인가하여 자기장을 생성하는 자기장 생성단계;
   실린더 상부에 결합된 자기코어에 구비된 2차코일에 유도되는 자기장 강도를 검출하는 자기장 검출단계; 및
   제어기는 상기 2차코일에서 검출된 자기장 강도가 상기 피스톤의 위치에 따라 달라지는 것을 이용하여 상기 자기장 강도에 비례하는 전류값을 연산함으로써 상기 피스톤 위치 및 속도를 산출하는 연산단계;를 포함하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 연산단계는,
   상기 제어기가 상기 피스톤이 상기 실린더 정중앙부에 위치할 때를 기준 위치값으로 한 후 상기 기준 위치값에서 피스톤의 현재 위치값을 감산하여 피스톤 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 연산단계는,
   상기 제어기가 상기 피스톤의 이전 위치값에서 현재 위치값을 감산한 후 일정검출주기시간으로 나누어 피스톤 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 자기 유변 쇼크 업소버의 피스톤 위치와 속도 검출 방법.

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