KR20230028794A - 차량용 능동형 서스펜션(active suspension for a vehicle) - Google Patents

차량용 능동형 서스펜션(active suspension for a vehicle) Download PDF

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웨이 에스오토 에스알엘
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Abstract

서스펜션(10)은: 차량의 각각의 바퀴(W)와 상기 차량의 본체(B) 사이에 배열되도록 의도된 유압 작동기(12)로서, 실린더(16), 상기 실린더(16) 내에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 실린더(16)의 내부 부피를 가변-부피 챔버(20, 22)의 쌍, 다시 말해서 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)로 분할하는 피스톤(18)으로서, 상기 챔버 모두가 작업 유체를 포함하는 피스톤(18), 그리고 상기 피스톤(18)에 서로 움직이지 않게 연결되고(rigidly connected) 상기 연장 챔버(22)의 측면 상에서 상기 실린더(16)로부터 돌출하는 로드(24)를 포함하는, 유압 작동기(12); 및 상기 작동기(12)에 연결되어 작업 유체를 상기 압축 챔버(20) 및 상기 연장 챔버(22)에 공급하는 공급 유압 회로(14)를 포함한다. 상기 공급 유압 회로(14)는 유압 펌프(30), 상기 펌프(30)의 전달 포트(34)에 연결된 고압 라인(32), 상기 펌프(30)의 흡입 포트(38)에 연결된 저압 라인(36), 일 측면에서 상기 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)에 그리고 다른 측면에서 상기 고압 라인(32) 및 상기 저압 라인(36)에 연결되어, 상기 작동기(12)의 상기 챔버(20 및 22)를 상기 공급 유압 회로(14)의 상기 라인(32 및 32)과 유체 연통시키는 스풀 밸브(40), 그리고 상기 고압 라인(32)에 연결된 제1 압력 어큐뮬레이터(42)를 포함한다. 스풀 밸브(40)는 스풀(56)을 포함하고, 이러한 스풀(56)은 복수의 동작 위치들 사이에서 연속적으로 이동 가능하고, 동작 위치의 각각에서, 스풀 밸브(40)는 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22) 중 적어도 하나를 상기 고압 라인(32)과 연결한다.

Description

차량용 능동형 서스펜션(ACTIVE SUSPENSION FOR A VEHICLE)
본 발명은 일반적으로 차량 서스펜션, 특히 모터카(motorcar) 서스펜션의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 차량용 능동형 서스펜션뿐만 아니라, 그러한 서스펜션을 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량의 주행 편의성 및 핸들링, 도로 표면 요철의 필터링, 및 차량(바퀴를 포함)의 스프링 하질량(unsprung mass)에 대한 차량(차량 본체를 포함)의 스프링 상질량(sprung mass)의 상대적인 이동의 제어를 개선하기 위해서 차량에서 서스펜션을 이용하는 것이 알려져 있다.
또한, 차량에서 소위 능동형 서스펜션을 이용하는 것이 알려져 있고, 이러한 서스펜션은, 각각의 바퀴에 대해서, 전자 제어 유닛의 관리 하에서 차량 본체에 대한 바퀴의 상대적인 이동을 제어하도록 배열된 전자 제어식 작동기를 포함한다. 작동기는 일반적으로 유압 작동기이고, 예를 들어 도로 표면 요철의 결과로서 또는 차량의 가속 또는 제동 단계 중에 바퀴와 차량 본체 사이에서 생성되는 힘에 대응하기 위해, 주어진 세기 및 주어진 방향(연장 또는 압축)으로, 유압력을 생성하기 위해서 펌프에 의해서 제공되는 압력 하의 작업 유체를 공급받는다.
능동형 서스펜션은 EP3216632A1 및 US10076943B2로부터 알려져 있고, 유압 펌프, 펌프 하류의 고압 라인 내의 압력을 조절하기 위한 압력 제어 밸브, 및 유동 제어 밸브를 포함하고, 이러한 유동 제어 밸브는 2개의 동작 위치들 사이에서 전환되어, 압력 하의 작업 유체를 서스펜션의 댐퍼의 제1 챔버 또는 제2 챔버로 지향시킬 수 있고, 그에 따라 댐퍼의 연장 이동의 방향으로 또는 댐퍼의 압축 이동의 방향으로 유압 힘을 생성할 수 있다. 특히, 유동 제어 밸브는 또한 제3 동작 위치(고장-안전 위치(fail-safe position))를 취할 수 있고, 이러한 제3 동작 위치에서, 유동 제어 밸브의 제어기 또는 압력 제어 밸브의 제어기 중 하나가 고장난 경우에, 제1 챔버, 제2 챔버, 고압 라인, 및 저압 라인이 서로 연통되어, 서스펜션이 통상적인 방식으로 동작될 수 있게 한다.
독립 청구항 제1항의 전제부에 구체적으로 기재된 특징을 갖는 차량의 능동형 서스펜션이 US 2018/022179로부터 알려져 있다.
이러한 알려진 해결책에 따라, 서스펜션은 유압 작동기를 포함하고, 이러한 유압 작동기는 그 상부 단부에서 차량 본체에 연결되고 그 하부 단부에서 바퀴에 연결되며, 원통형의 나선형 스프링에 대해서 동심적으로 그리고 그와 평행하게 배열된다. 유압 작동기는 공급 유압 회로에 연결되며, 이러한 공급 유압 회로는 유압 펌프, 펌프의 전달 포트에 연결된 고압 라인, 펌프의 흡입 포트에 연결된 저압 라인, 고압 라인에 연결된 압력 어큐뮬레이터(pressure accumulator), 및 일 측면에서 유압 작동기의 압축 챔버 및 연장 챔버에 그리고 다른 측면에서 고압 라인 및 저압 라인에 연결되는 스풀 밸브를 포함한다. 스풀 밸브는 중앙 위치로부터 시작하여 제1 방향으로 전환되어 제1 중간 위치 및 제1 단부 위치를 취할 수 있고, 그리고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 전환되어 제2 중간 위치 및 제2 단부 위치를 취할 수 있으며, 이러한 중앙 위치에서 스풀 밸브의 스풀은 유압 작동기와 연결된 2개의 유동 경로 모두, 다시 말해서 유압 작동기의 압축 챔버와 연결된 유동 경로 및 유압 작동기의 연장 챔버와 연결된 유동 경로 모두를 폐쇄하고, 제1 중간 위치에서 스풀은 유압 작동기의 연장 챔버와 연결된 유동 경로를 개방하여 이러한 연장 챔버를 저압 라인과 유압 연통시키는 한편, 유압 작동기의 압축 챔버와 연결된 유동 경로를 폐쇄되게 유지하며, 제1 단부 위치에서 스풀은 또한 유압 작동기의 압축 챔버와 연결된 유동 경로를 개방하여 이러한 압축 챔버를 고압 라인과 유압 연통시키고 그에 따라, 유압 작동기의 챔버들 내의 압력 차의 결과로서, 유압 작동기의 로드(rod)가 연장되게 하며, 제2 중간 위치에서 스풀은 유압 작동기의 압축 챔버와 연결된 유동 경로를 개방하여 이러한 압축 챔버를 저압 라인과 유압 연통시키는 한편, 유압 작동기의 연장 챔버와 연결된 유동 경로를 폐쇄되게 유지하며, 제2 단부 위치에서, 스풀은 또한 유압 작동기의 연장 챔버와 연결된 유동 경로를 개방하여 이러한 연장 챔버를 고압 라인과 유압 연통시키고 그에 따라, 유압 작동기의 챔버들 내의 압력 차의 결과로서, 유압 작동기의 로드가 후퇴되게 한다. 서스펜션은, 스풀 밸브가 제1 단부 위치에 또는 제2 단부 위치에 있을 때, 즉 유압 작동기의 2개의 챔버들 중 어느 것이 고압 라인과 유압 연결될 때, 능동 모드로 동작한다. 스풀 밸브가 제1 중간 위치에 있거나 제2 중간 위치에 있을 때에만, 서스펜션은 반-능동 모드(semi-active mode)로 동작하는데, 이는 유압 작동기에 에너지가 공급되지 않으나, 저압 라인을 향하는 유압 작동기의 2개의 챔버 중 어느 챔버의 외부로 유동하는 유체의 결과로서, 유압 작동기의 경직도(stiffness)가 달라지기 때문이다. 스풀 밸브의 중앙 위치에서, 유체가 압축 챔버 또는 연장 챔버로부터 유동하는 것이 방지된다. 밸브 제어의 오작동의 경우에, 서스펜션은 그에 따라 통상적인 서스펜션으로서 동작할 수 없다.
본 발명의 목적은, 전술한 종래 기술보다 개선된 차량용 능동형 서스펜션을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적은 독립 청구항 제1항에서 규정된 바와 같은 차량용 능동형 서스펜션에 의해서 완전히 달성된다.
본 발명에 따른 차량용 능동형 서스펜션의 바람직한 실시형태는 종속 청구항의 청구 대상을 형성한다.
간략히 말해서, 본 발명은 전술한 유형의 차량용 능동형 서스펜션을 제공하는 개념을 기초로 하고, 여기에서 스풀 밸브는, 각각의 동작 위치에서 스풀 밸브가 유압 작동기의 2개의 챔버들 중 적어도 하나를 고압 라인에 연결하는 방식으로 구성된다.
그러한 구성으로 인해서, 본 발명의 차량용 능동형 서스펜션은, 스풀 밸브의 동작 위치를 적절히 제어하는 것에 의해서 유압 작동기에 의해서 생성되는 힘을 신속하고 정확한 방식으로 조정할 수 있게 한다.
바람직하게는, 공급 유압 회로는, 고압 라인에 연결된 제1 압력 어큐뮬레이터에 더하여, 저압 라인에 연결된 제2 압력 어큐뮬레이터를 포함한다.
제1 어큐뮬레이터(고압 어큐뮬레이터)는 고압 유체의 저장부를 생성하고, 이는 펌프의 작동 빈도수를 줄일 수 있게 하고 그에 따라 고압 라인 내의 압력이 보다 균질하고 일정해지게 한다. 제2 어큐뮬레이터(저압 어큐뮬레이터)는 저압 유체를 위한 저장부를 생성하고, 이는 회로 내에서 최소 압력 레벨을 유지할 수 있게 하고, 유압 작동기의 로드의 이동의 결과로서 변위되는 유체의 부피를 흡수하는 것(taking up)을 보장한다.
유압 펌프가 차량의 바퀴들과 연관된 모든 유압 작동기에 의해서 공유될 수 있거나, 몇 개의 유압 펌프가 제공될 수 있고, 다시 말해서 차량의 각각의 차축을 위한 하나의 유압 펌프 또는 각각의 바퀴를 위한 하나의 유압 펌프가 제공될 수 있다. 유압 펌프의 수와 관계없이, 각각의 유압 작동기를 위해서, 즉 차량의 각각의 바퀴를 위해서 하나의 제1 어큐뮬레이터(고압 어큐뮬레이터)를 제공하는 것이 유리할 것이다.
바람직하게는, 유압 펌프(또는, 서스펜션이 하나 초과의 유압 펌프를 포함하는 경우에, 각각의 유압 펌프)는 고정-변위 펌프(fixed-displacement pump)이다.
고압 라인 내의 압력은, 예를 들어 30 내지 40 bar의, 일정한 값으로 설정될 수 있다. 대안적으로, 고압 라인 내의 압력이 연속적으로 조절될 수 있다.
저압 라인 내의 압력은, 예를 들어 5 내지 10 bar의 값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징이, 순전히 비제한적인 예로서 주어진, 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관한 이하의 상세한 설명이 이루어질 것이다.
도 1은, 서스펜션의 스풀 밸브가 휴지 위치에 있는 상태에서, 본 발명의 실시형태에 따른 차량의 바퀴를 위한 능동형 서스펜션을 개략적으로 도시한다.
도 2는 서스펜션의 스풀 밸브가 제1 중간 위치에 있는 상태에서, 도 1의 능동형 서스펜션을 개략적으로 도시한다.
도 3은 서스펜션의 스풀 밸브가 제1 단부 위치에 있는 상태에서, 도 1의 능동형 서스펜션을 개략적으로 도시한다.
도 4는 서스펜션의 스풀 밸브가 제2 중간 위치에 있는 상태에서, 도 1의 능동형 서스펜션을 개략적으로 도시한다.
도 5는 서스펜션의 스풀 밸브가 제2 단부 위치에 있는 상태에서, 도 1의 능동형 서스펜션을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 능동형 서스펜션의 힘-속력 특성 곡선의 예를 보여 주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 차량의 능동형 서스펜션의 아키텍처(architecture)를 개략적으로 도시한다.
도 1을 먼저 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 차량의 바퀴를 위한 능동형 서스펜션(이하에서 단순히 서스펜션으로 지칭된다)이 전체적으로 10으로 표시되어 있다.
서스펜션(10)은 기본적으로 차량의 바퀴(W)와 차량의 본체(B) 사이에 개재된 유압 선형 작동기(12)(이하에서 단순히 작동기로 지칭된다), 및 작동기(12)에 연결된 공급 유압 회로(14)를 포함한다.
작동기(12)는 실린더(16) 및 피스톤(18)을 포함하고, 실린더(16)는 바퀴(W)에 연결되고 (z로 표시된) 그 길이방향 축은 편리하게 수직으로 배향되며, 피스톤(18)은 길이방향 축(z)을 따라서 실린더(16) 내에 슬라이딩 가능하게 장착되고, 그에 따라 실린더(16)의 내부 부피를, 작업 유체(특히 오일)를 포함하는, 가변-부피 챔버의 쌍, 다시 말해서 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)로 분할한다. 작동기(12)는 로드(24)를 추가로 포함하고, 이러한 로드(24, rod)는 그 하단 단부에서 피스톤(18)에 연결되고, 그에 따라 피스톤(18)과 하나의 단편으로 이동하며, 상단 단부에서 차량의 본체(B)와 연결되도록, 연장 챔버(22)와 동일한 측면에서, 실린더(16)로부터 돌출한다. 바람직하게는, 피스톤(18)은 (자체적으로 알려진 유형임에 따라, 개략적으로만 도시된) 압력 제한 밸브(26 및 28)를 구비하며, 이러한 압력 제한 밸브(26 및 28)는 실린더의 챔버(20 및 22) 내의 유체의 압력에 의해서 피스톤에 인가되는 힘을 제한하는 그리고 고속에서 캐비테이션(cavitation)을 방지하는 기능을 갖는다.
공급 유압 회로(14)는 유압 펌프(30)(이하에서 단순히 펌프로서 지칭된다), 펌프(30)의 전달 포트(34)에 연결된 고압 라인(32)(그 압력이 이하에서 pH로 표시될 것이다), 펌프(30)의 흡입 포트(38)에 연결된 (그 압력이 이하에서 pL로 표시될 것이다) 저압 라인(36), 및 스풀 밸브(40)를 포함하고, 이러한 스풀 밸브(40)는 일 측면에서 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)에 그리고 다른 측면에서 고압 라인(32) 및 저압 라인(36)에 연결되어, 미리 결정된 동작 모드(이하에서 설명될 것이다)에 따라, 작동기(12)의 2개의 챔버(20 및 22)를 공급 유압 회로(14)의 2개의 라인(32 및 36)과 유체 연통시킨다. 공급 유압 회로(14)는, 고압 라인(32)에 연결된 제1 압력 어큐뮬레이터(accumulator)(42) 및 저압 라인(36)에 연결된 제2 압력 어큐뮬레이터(44)를 추가로 포함한다.
펌프(30)는 바람직하게는 고정-변위 펌프이다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 차량의 모든 작동기(각각의 바퀴에 하나씩)에 공급하도록 구성되는 하나의 펌프 만이 차량을 위해서 제공될 수 있거나, 몇 개의 펌프, 특히 차량의 전방 차축의 작동기를 위한 하나의 펌프 및 차량의 후방 차축의 작동기를 위한 하나의 펌프 또는 각각의 작동기를 위한 하나의 펌프가 제공될 수 있다.
고압 라인(32) 내의 압력(pH)은 일정할 수 있거나, 대안적으로, 연속적으로 조절될 수 있다. 압력(pH)은 예를 들어 30 내지 40 bar이다. 다른 한편으로, 저압 라인(36) 내의 압력(pL)은 예를 들어 5 내지 10 bar이다.
스풀 밸브(40)는 밸브 본체(46)를 포함하고, 이러한 밸브 본체는 고압 라인(32)과 각각 연결되고 또한 서로 유체 연통되는 하나 이상의 제1 유입 개구부(본 경우에 2개의 유입 개구부(48' 및 48"), 저압 라인(36)과 연결된 하나 이상의 제2 유입 개구부(본 경우에 2개의 유입 개구부(50' 및 50"), 작동기(12)의 압축 챔버(20)와 연결된 제1 배출 개구부(52'), 및 작동기(12)의 연장 챔버(22)와 연결된 제2 배출 개구부(52")를 갖는다. 보다 구체적으로, 유입 개구부(48', 48")는 매니폴드(54)와 유체 연통되고, 이어서 매니폴드(54)는 고압 라인(32)과 연통된다. 그에 따라, 압축 챔버(20)로부터 오는 유체가, 유입 개구부(48' 및 48") 및 매니폴드(54)를 통과하여, 연장 챔버(22)를 향해서 그리고 그 반대로 유동할 수 있다. 스풀 밸브(40)는, 유입 개구부(48', 48", 50' 및 50")로부터 배출 개구부(52' 및 52")로의 작업 유체의 유동을 제어하기 위해서 밸브 본체(46) 내에 슬라이딩 가능하게 장착되는 스풀(56)을 추가로 포함한다.
이제 도 2 내지 도 5를 또한 참조하여, 스풀 밸브(40)의 스풀(56)의 다양한 위치들, 그리고 그와 함께, 서스펜션(10)의 동작을 설명할 것이다.
스풀 밸브(40)의 스풀(56)은 정상 상태에서(normally), 예를 들어 스풀(spool)의 대향 측면들에 배치되는 스프링들(58 및 60)에 의해서, 휴지 위치(도 1)에서 유지되고, 이러한 휴지 위치로부터 시작하여, 스프링(58)의 작용에 대항하여, 제1 방향으로 이동하여 (도 3에 도시된) 제1 단부 위치에 도달할 수 있거나, 스프링(60)의 작용에 대항하여, 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동하여 (도 5에 도시된) 제2 단부 위치에 도달할 수 있다. 이와 관련하여, 제시된 실시형태에서, 스풀 밸브(40)는, 스풀(56)의 모든 위치에서 배출 개구부(52' 및 52")가 항상 개방되게 하는 한편, 유입 개구부(48', 48", 50' 및 50")의 개방 정도가 스풀(56)의 위치에 따라 달라지게 하는 방식으로, 구성된다.
스풀(56)의 이동은 바람직하게는 연속적으로 구동되고, 그에 의해서 유입 개구부(48', 48", 50' 및 46)의 개방 정도, 그리고 그에 따라 작동기(12)의 챔버(20 및 22) 내의 유체의 압력을 정확하게 조정할 수 있게 한다. 이를 위해서, 스풀 밸브(40)는, 자체적으로 알려진 방식으로, 스풀(56)과 동작 가능하게 연계되어 스풀이 하나의 방향으로 또는 다른 방향으로 제1 단부 위치와 제2 단부 위치 사이의 임의의 위치로 이동하게 하는, 1개 또는 2개의 솔레노이드 또는 유사 제어 수단(미도시)을 추가로 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 휴지 위치에서, 스풀(56)은, 제1 유입 개구부(48' 및 48") 모두가 완전히 개방되게 하는, 그에 따라 각각, 제1 유입 개구부(48') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서 그리고 제1 유입 개구부(48") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서, 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22) 모두가 고압 라인(32)에 연결되게 하고, 그에 따라 둘 모두가 동일한 압력(pH)(고압)을 갖도록 하는 방식으로, 배열된다. 따라서, 챔버들(20 및 22) 내의 유체의 압력이 작용하는 면적들 사이의 차이로 인해서, 상향 지향된 힘(F)이 작동기(12)의 피스톤(18)에 인가된다. 또한, 제1 유입 개구부(48') 및 제2 유입 개구부(48")가 매니폴드(54)를 통해서 서로 유체 연통됨에 따라, 유체는, 순서대로 제2 배출 개구부(52'), 제2 유입 개구부(48"), 제1 유입 개구부(48') 및 제2 배출 개구부(52')를 통과하여, 그리고 그 반대로 통과하여, 연장 챔버(22)로부터 연장 챔버(22)까지 유동할 수 있다. 스풀(56)이 휴지 위치에 있을 때, 유압 작동기(12)는, 매니폴드(54)를 통한 2개의 챔버들(20 및 22) 사이의 유체 연통으로 인해서, 통상적인 댐퍼로서 동작한다.
휴지 위치로부터 시작하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 스풀(56)이 제1 단부 위치를 향해서 (도 1을 보는 사람의 관점과 관련하여, 위쪽으로) 이동되는 경우에, 휴지 위치에서 완전히 개방되었던 제1 유입 개구부(48")는 이제 부분적으로 폐쇄되는 한편, 휴지 위치에서 완전히 폐쇄되었던 제2 유입 개구부(50")는 이제 부분적으로 개방된다. 따라서, 작동기(12)의 압축 챔버(20)는, 제1 유입 개구부(48') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서, 고압 라인(32)과만 유체 연통되는 한편, 연장 챔버(22)는, 제1 유입 개구부(48") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서 고압 라인(32)과 그리고 제2 유입 개구부(50") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서 저압 라인(36)과 모두 유체 연통된다. 그에 따라, 작동기(12)의 압축 챔버(20) 내의 압력은 계속적으로 고압 라인(32)의 압력(pH)과 동일한 한편, 연장 챔버(22) 내의 압력은 고압 라인(32)의 값(pH)과 저압 라인(36)의 값(pL) 사이의 중간 값(pI)과 동일할 것이다. 이러한 중간 압력 값(pI)은 스풀(56)의 위치를 적절히 변경하는 것에 의해서 조절될 수 있고, 스풀(56)이 휴지 위치로부터 더 멀리 이동할수록, 다시 말해서 작동기(12)의 연장 챔버(22)를 저압 라인(36)에 연결할 수 있게 하는 제2 유입 개구부(50")의 개방 정도가 클수록, 더 낮아질 것이다. 작동기(12)의 압축 챔버(20) 내의 압력이 일정할 때, 연장 챔버(22) 내의 압력이 감소되는 경우에, 피스톤(18)에 작용하는 상향 힘(F)의 세기 그리고 그에 따라 작동기(12)가 차량의 바퀴(W)와 본체(B) 사이에 인가하는 연장 힘의 세기가 증가된다.
스풀(56)이 제1 단부 위치에 있을 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유입 개구부(48")는 완전히 폐쇄되는 한편, 제2 유입 개구부(50")는 완전히 개방된다. 따라서, 작동기(12)의 압축 챔버(20)는, 제1 유입 개구부(48') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서, 고압 라인(32)과만 유체 연통되는 한편, 연장 챔버(22)는, 제2 유입 개구부(50") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서 저압 라인(32)과만 유체 연통된다. 그에 따라, 작동기(12)의 압축 챔버(20) 내의 압력은 계속적으로 고압 라인(32)의 압력(pH)과 동일한 한편, 연장 챔버(22) 내의 압력은 이제 저압 라인(36)의 압력(pL)과 동일할 것이다. 그에 따라, 스풀(56)의 이러한 위치는 작동기(12)의 2개의 챔버들(20 및 22) 내의 최대 압력 차에, 그리고 그에 따라 작동기(12)가 차량의 바퀴(W)와 본체(B) 사이에 인가하는 연장력(F)의 최대 세기에 상응한다.
이제 도 4를 참조하면, 휴지 위치로부터 시작하여, 스풀(56)이 제2 단부 위치를 향해서 (도 1을 보는 사람의 관점과 관련하여, 아래쪽으로) 이동되는 경우에, 휴지 위치에서 완전히 개방되었던 제1 유입 개구부(48')는 이제 부분적으로 폐쇄되는 반면, 휴지 위치에서 완전히 폐쇄되었던 제2 유입 개구부(50')는 이제 부분적으로 개방된다. 따라서, 작동기(12)의 연장 챔버(22)는, 제1 유입 개구부(48") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서, 고압 라인(32)과만 유체 연통되는 한편, 압축 챔버(20)는, 제1 유입 개구부(48') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서 고압 라인(32)과 그리고 제2 유입 개구부(50') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서 저압 라인(36)과 모두 유체 연통된다. 그에 따라, 작동기(12)의 연장 챔버(22) 내의 압력은 계속적으로 고압 라인(32)의 압력(pH)과 동일한 한편, 압축 챔버(20) 내의 압력은 고압 라인(32)의 값(pH)과 저압 라인(36)의 값(pL) 사이의 중간 값(pI)과 동일할 것이다. 이러한 중간 압력 값은 스풀(56)의 위치를 적절히 변경하는 것에 의해서 조절될 수 있고, 스풀(56)이 휴지 위치로부터 더 멀리 이동할수록, 다시 말해서 작동기(12)의 압축 챔버(20)를 저압 라인(36)에 연결할 수 있게 하는 제2 유입 개구부(50')의 개방 정도가 클수록, 더 낮아질 것이다. 스풀(56)의 휴지 위치에서, 피스톤(18) 상의 결과적인 힘이 위쪽으로 지향되는 경우에, 압축 챔버(20) 내의 압력이 낮을수록, 결과적인 힘이 무효(null)가 될 때까지, 결과적인 힘의 세기가 작아지고, 이어서 방향이 변화되고 그에 따라 아래쪽으로 지향되고, 세기가 증가된다.
마지막으로, 스풀(56)이 제2 단부 위치에 있을 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유입 개구부(48')는 완전히 폐쇄되는 반면, 제2 유입 개구부(50')는 완전히 개방된다. 따라서, 작동기(12)의 연장 챔버(22)는, 제1 유입 개구부(48") 및 제2 배출 개구부(52")를 통해서, 고압 라인(32)과만 계속 유체 연통되는 한편, 압축 챔버(22)는, 제2 유입 개구부(50') 및 제1 배출 개구부(52')를 통해서 저압 라인(36)과만 유체 연통된다. 그에 따라, 작동기(12)의 연장 챔버(22) 내의 압력은 계속적으로 고압 라인(32)의 압력(pH)과 동일한 한편, 압축 챔버(20) 내의 압력은 이제 저압 라인(36)의 압력(pL)과 동일할 것이다. 그에 따라, 스풀(56)의 이러한 위치는 작동기(12)의 2개의 챔버들(20 및 22) 내의 최대 압력 차에, 그리고 그에 따라 작동기(12)가 차량의 바퀴(W)와 본체(B) 사이에 인가하는 힘(F)(이는 이러한 경우에 압축력이다)의 최대 세기에 상응한다.
작동기(12)에 의해서 인가되는 힘(F)은 그에 따라 스풀 밸브(40)를 적절히 제어하는 것에 의해서, 방향과 관련하여 그리고 세기와 관련하여, 조정될 수 있다. 이를 위해서, 적절한 제어 신호를 스풀 밸브(40)의 솔레노이드(또는 솔레노이드들)에 전송하여 각각의 시간에 스풀(56)을 작동기(12)의 희망 힘(F)에 상응하는 위치에 배치하도록, 전자 제어 유닛이 구성된다.
이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 능동형 서스펜션으로 획득할 수 있는 힘-속력 특성 곡선의 예를 도시하고, 여기에서 도시된 다양한 곡선들은 스풀 밸브(40)의 스풀(56)의 각각의 위치에 각각 상응한다. 특히, 스풀(56)이 휴지 위치에 있는 조건에 상응하는 곡선, 스풀(56)이 제1 단부 위치에 있는 조건에 상응하는 곡선, 및 스풀(56)이 제2 단부 위치에 있는 조건에 상응하는 곡선이 도시되어 있고, 그에 더하여 휴지 위치와 제1 단부 위치 사이의 스풀(56)의 중간 위치에(화살표(S1)는 이와 관련하여 제1 단부 위치에 점점 더 근접하는 스풀의 위치들을 나타낸다) 그리고 휴지 위치와 제2 단부 위치 사이의 스풀(56)의 중간 위치에(화살표(S2)는 이와 관련하여 제2 단부 위치에 점점 더 근접하는 스풀의 위치들을 나타낸다) 상응하는 일련의 다른 곡선들이 도시되어 있다.
4개-바퀴의 차량에 적용될 때, 도 7의 개략도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 서스펜션은, 각각의 바퀴를 위해서, 각각의 작동기(12a, 12b, 12c, 12d) 및 이러한 작동기에 의해서 연관된 차량의 바퀴와 차량 본체 사이에 인가되는 힘을 제어하도록 배열된 각각의 스풀 밸브(40a, 40b, 40c, 40d)를 포함할 것이다. 각각의 작동기(12a, 12b, 12c, 12d)는 각각의 고압 라인(32a, 32b, 32c, 32d) 및 각각의 저압 라인(36a, 36b, 36c, 36d)에 의해서 공급받는다. 각각의 제1 압축 어큐뮬레이터(42a, 42b, 42c, 42d)가 각각의 고압 라인(32a, 32b, 32c, 32d)에 연결된다. 한편으로, 저압 라인(36a, 36b, 36c, 36d)이 관련되는 한, 본 예에서, 저압 라인 모두는 동일한 제2 압력 어큐뮬레이터(44)에 연결된다. 또한, 본 예에서, 하나의 펌프(30)가 제공되고, 이러한 펌프는 압력 하의 유체를 모든 고압 라인(32a, 32b, 32c, 32d)에, 그에 따라 모든 작동기(12a, 12b, 12c, 12d)에 공급하도록 배열된다. 대안적으로, 압력 하의 유체를 차량의 각각의 차축(전방 차축 또는 후방 차축)의 바퀴와 연관된 2개의 작동기에 공급하도록 각각 배열된, 2개의 펌프가 제공될 수 있거나, 압력 하의 유체를 차량의 각각의 바퀴와 연관된 작동기에 공급하도록 각각 배열된, 4개의 펌프가 또한 제공될 수 있다.
전술한 설명에 비추어 볼 때, 본 발명에 따른 차량용 능동형 서스펜션에 의해서 제공되는 장점이 명확하다.
이러한 서스펜션은, 작동기의 2개의 챔버들 내의 압력들 사이의 차이를 조정함으로써, 스풀 밸브가 유동의 방향을 제어하는 기능뿐만 아니라, 압력 조절의 기능을 실행한다는 사실로 인해서, 작동기에 의해서 생성되는 작동력을 신속하고 정확한 방식으로 제어할 수 있게 한다. 또한, 그에 따라 획득되는 힘의 조정은 펌프의 또는 펌프를 구동하는 모터의 관성에 의해서 영향을 받지 않는다.
또한, 스풀 밸브의 제어의 오작동의 경우에, 스풀은 휴지 위치를 취하고, 이러한 휴지 위치에서 스풀은 유압 작동기의 압축 챔버 및 연장 챔버가 서로 연통되게 하며, 그에 의해서 유압 작동기가 통상적인 댐퍼(damper)로서 동작할 수 있게 한다.
고압 라인에 연결된 압력 어큐뮬레이터는 고압 유체의 저장부를 생성하는 역할을 하고, 그에 따라 펌프의 작동 빈도수를 감소시키고, 고압 라인 내의 압력이 보다 균질하고 일정해지게 하며, 더 신속하게 작동이 이루어질 수 있게 한다.
저압 라인에 연결된 압력 어큐뮬레이터는, 최소 압력 레벨을 유지하기 위한 그리고 작동기의 로드의 이동의 결과로서 변위되는 오일의 부피를 흡수하기 위한 유체의 저장부를 생성하는 역할을 한다.
저압 라인에 연결된 압력 어큐뮬레이터는 또한 오일을 냉각시키기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 압력 어큐뮬레이터는 그러한 기능을 수행하기 위한 핀(fin) 또는 다른 알려진 수단을 구비할 것이다.
유리하게는, 작동기의 피스톤 상에 제공되는 압력 제한 밸브는 피스톤 상의 힘을 제한하는 역할을 하고, 고속에서 캐비테이션을 방지할 수 있게 한다.
본 발명이 그 바람직한 실시형태를 참조하여 본원에서 설명되었다. 이하의 청구범위에 의해서 규정되는 바와 같이, 전술한 실시형태와 함께 동일한 발명의 개념을 공유하는, 다른 실시형태가 고려될 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 차량용 능동형 서스펜션(10, suspension)으로서,
    차량의 각각의 바퀴(W)와 상기 차량의 본체(B) 사이에 배열되도록 의도된 유압 작동기(12) - 상기 유압 작동기(12)는, 실린더(16), 상기 실린더(16) 내에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 실린더(16)의 내부 부피를 가변-부피 챔버들(20, 22)의 쌍으로 분할하는 피스톤(18) 및 로드(24, rod)를 포함하며, 상기 가변-부피 챔버들(20, 22)은 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)를 포함하며, 상기 챔버들(20, 22) 모두는 작업 유체(working fluid)를 포함하며, 그리고 상기 로드(24)는 상기 피스톤(18)에 서로 움직이지 않게 연결되고(rigidly connected) 그리고 상기 연장 챔버(22)의 측면 상에서 상기 실린더(16)로부터 돌출함 -; 및
    상기 유압 작동기(12)에 연결되어 상기 작업 유체를 상기 압축 챔버(20) 및 상기 연장 챔버(22)에 공급하는 공급 유압 회로(14)를 포함하며,
    상기 공급 유압 회로(14)는, 유압 펌프(30), 상기 유압 펌프(30)의 전달 포트(34)에 연결된 고압 라인(32), 상기 유압 펌프(30)의 흡입 포트(38)에 연결된 저압 라인(36), 일 측면에서 상기 유압 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22)에 연결되고 그리고 다른 측면에서 상기 고압 라인(32) 및 상기 저압 라인(36)에 연결되어 상기 유압 작동기(12)의 상기 챔버들(20 및 22)을 상기 공급 유압 회로(14)의 상기 라인들(32 및 36)과 유체 연통시키는 스풀(spool) 밸브(40), 및 상기 고압 라인(32)에 연결된 제1 압력 어큐뮬레이터(accumulator)(42)를 포함하고, 그리고
    상기 스풀 밸브(40)는 스풀(56)을 포함하고, 상기 스풀(56)은, 휴지(rest) 위치와 제1 단부 위치 사이에서 제1 방향으로 그리고 상기 휴지 위치와 제2 단부 위치 사이에서 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로, 복수의 동작 위치들 사이에서 연속적으로 이동될 수 있고,
    상기 스풀(56)의 각각의 동작 위치에서, 상기 스풀(56)이 상기 유압 작동기(12)의 상기 압축 챔버(20) 및 상기 연장 챔버(22) 중 적어도 하나를 상기 고압 라인(32)과 연결하는 방식으로, 상기 스풀 밸브(40)가 구성되는 것을 특징으로 하는,
    서스펜션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스풀 밸브(40)는,
    상기 스풀(56)의 휴지 위치에서, 상기 유압 작동기(12)의 압축 챔버(20) 및 연장 챔버(22) 모두가 고압 라인(32)에만, 그리고 상기 스풀 밸브(40)를 통해서 서로 연결되고,
    상기 스풀(56)의 상기 제1 단부 위치에서, 상기 압축 챔버(20)가 상기 고압 라인(32)과만 연결되는 한편, 상기 연장 챔버(22)는 상기 저압 라인(36)과만 연결되고,
    상기 휴지 위치와 상기 제1 단부 위치 사이의 상기 스풀(56)의 각각의 중간 위치에서, 상기 압축 챔버(20)가 상기 고압 라인(32)과만 연결되는 한편, 상기 연장 챔버(22)는 상기 고압 라인(32) 및 상기 저압 라인(36) 모두와 연결되고,
    상기 스풀(56)의 상기 제2 단부 위치에서, 상기 연장 챔버(22)가 고압 라인(32)과만 연결되는 한편, 상기 압축 챔버(20)는 상기 저압 라인(36)과만 연결되고, 그리고
    상기 휴지 위치와 상기 제2 단부 위치 사이의 상기 스풀(56)의 각각의 중간 위치에서, 상기 연장 챔버(22)가 상기 고압 라인(32)과만 연결되는 한편, 상기 압축 챔버(20)는 상기 고압 라인(32) 및 상기 저압 라인(36) 모두와 연결되도록 하는 방식으로 구성되는,
    서스펜션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스풀 밸브(40)는,
    상기 고압 라인(32)에 각각 연결되고 또한 서로 유체 연통되는 2개의 제1 유입 개구부들(48' 및 48"),
    상기 저압 라인(36)과 각각 개별적으로 연결되는 2개의 제2 유입 개구부들(50' 및 50"),
    상기 작동기(12)의 상기 압축 챔버(20)와 연결된 제1 배출 개구부(52'), 및
    상기 작동기(12)의 상기 연장 챔버(22)와 연결된 제2 배출 개구부(52")를 포함하고, 그리고
    상기 스풀 밸브(40)는, 상기 휴지 위치와 상기 제1 단부 위치 사이의 상기 스풀(56)의 각각의 중간 위치에서, 상기 작동기(12)의 상기 압축 챔버(20)가, 상기 제1 유입 개구부들(48' 및 48") 중 하나(48') 및 상기 제1 배출 개구부(52')를 통해서, 상기 고압 라인(32)과만 유체 연통되고, 상기 작동기(12)의 상기 연장 챔버(22)가 상기 제1 유입 개구부들(48' 및 48") 중 하나(48") 및 상기 제2 배출 개구부(52")를 통해서 상기 고압 라인(32)과 그리고 상기 제2 유입 개구부들(50' 및 50") 중 하나(50") 및 상기 제2 배출 개구부(52")를 통해서 상기 저압 라인(36)과 모두 유체 연통되고, 상기 휴지 위치와 상기 제2 단부 위치 사이의 상기 스풀(56)의 각각의 중간 위치에서, 상기 작동기(12)의 연장 챔버(22)가, 상기 제1 유입 개구부들(48' 및 48") 중 하나(48") 및 상기 제2 배출 개구부(52")를 통해서, 상기 고압 라인(32)과만 유체 연통되고, 상기 작동기(12)의 상기 압축 챔버(20)가, 상기 제1 유입 개구부들(48' 및 48") 중 하나(48') 및 상기 제1 배출 개구부(52')를 통해서 상기 고압 라인(32)과 그리고 상기 제2 유입 개구부들(50' 및 50") 중 하나(50') 및 상기 제1 배출 개구부(52')를 통해서 상기 저압 라인(36)과 모두 유체 연통되도록 하는 방식으로 구성되는,
    서스펜션.
  4. 제3항에 있어서,
    일 측면에서 상기 제1 유입 개구부들(48' 및 48")과 그리고 다른 측면에서 상기 고압 라인(32)과 유체 연통되도록 상기 스풀 밸브(40)와 연관된 매니폴드(54, manifold)를 더 포함하는,
    서스펜션.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공급 유압 회로(14)는 상기 저압 라인(36)에 연결된 제2 압력 어큐뮬레이터(44)를 포함하는,
    서스펜션.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유압 작동기(12)의 피스톤(18)은, 상기 유압 작동기(12)의 상기 압축 챔버(20) 및 상기 연장 챔버(22) 모두 내의 작업 유체의 압력을 제한하도록 배열된 압력 제한 밸브들(26 및 28)의 쌍을 구비하는,
    서스펜션.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고압 라인(32) 내의 압력은 일정한 값(constant value)으로 설정되거나 또는, 연속적으로 조절되는,
    서스펜션.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일정한 값은 30 내지 40 bar의 값인,
    서스펜션.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프(30)가 고정-변위 펌프인,
    서스펜션.
  10. 본체(B), 복수의 바퀴(W), 및 각각의 바퀴(W)를 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 각각의 서스펜션(10)을 포함하는 차량.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공급 유압 회로(14)는 각각의 고압 라인들(32a, 32b, 32c, 32d)을 통해서 유압 작동기들(12a, 12b, 12c, 12d) 모두에 공급하기 위한 하나의 유압 펌프(30)를 포함하는,
    차량.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 공급 유압 회로는 각각의 고압 라인들을 통해서 상기 차량의 제1 차축의 바퀴들과 연관된 모든 유압 작동기들에 공급하기 위한 제1 유압 펌프, 및 각각의 고압 라인들을 통해서 상기 차량의 제2 차축의 바퀴들과 연관된 모든 유압 작동기들에 공급하기 위한 제2 유압 펌프를 포함하는,
    차량.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 공급 유압 회로는, 각각의 유압 작동기를 위해서, 각각의 고압 라인들을 통해서 상기 유압 작동기에 공급하기 위한 각각의 유압 펌프를 포함하는,
    차량.
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