KR20230068750A

KR20230068750A - 차량용 충격 흡수장치

Info

Publication number: KR20230068750A
Application number: KR1020210154856A
Authority: KR
Inventors: 방재근; 김기정
Original assignee: 서한이노빌리티(주); 한국무브넥스 (주)
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-05-18
Also published as: KR102536998B1

Abstract

본 발명은 차량의 바디에 연결되는 서브 프레임; 구동륜의 상하 이동과 연동하여 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지는 로워 암; 상기 서브 프레임과 로워 암의 상대 회동에 따른 회전축을 이루는 로워 암 샤프트; 및 상기 로워 암 샤프트에 마련되어 상기 로워 암의 상대 회동에 따라서 구동륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치를 제공한다.

Description

차량용 충격 흡수장치{a shock absorber for a vehicle}

본 발명은 차량용 충격 흡수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 각 구동륜을 통하여 차량의 바디 측으로 전달되는 충격을 흡수할 수 있는 차량용 충격 흡수장치에 관한 것이다.

일반적으로 현가장치는 스프링 작용에 의해 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상하 진동을 완화함으로써 승차감을 향상 및 주행 안정성을 증대시키기 위해 마련된다.

이러한 현가장치는 보통 차축식과 독립 현가장치로 대별되고, 또한 스프링의 조율에 따라 기계 스프링식, 유체 스프링식(공기식, 유압/공기식) 등으로 분류할 수 있다.

예컨대, 종래 현가장치 중 맥퍼슨형 독립 현가장치의 경우, 쇽 업소버(shock absorber)가 내장된 스트럿과, 코일 스프링이 일체로 구성되고, 쇽 업소버와 코일 스프링이 차량의 상하 방향 또는 이에 근접하도록 소정의 기울기를 갖고 설치된다.

따라서, 종래의 충격 흡수장치는 전기한 바와 같이 상하방향으로 각 구동륜과 바디를 연결하기 때문에 다양한 형태의 바디에 동일한 차량 플랫폼을 공용화 하는데 한계를 가지고 있다. 또한, 충격 흡수장치의 중량이 스프링의 하중량을 포함하기 때문에 승차감이 저하되거나, 차량 상단에 위치할 수 밖에 없는 한계성으로 인해 조종 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

한국공개실용신안공보 제20-1999-0029094호(1999.07.15 공개)

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 상하방향과 직교한 방향으로 충격 흡수모듈을 배치할 수 있는 차량용 충격 흡수장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 차량의 바디에 연결되는 서브 프레임; 구동륜의 상하 이동과 연동하여 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지는 로워 암; 상기 서브 프레임과 로워 암의 상대 회동에 따른 회전축을 이루는 로워 암 샤프트; 및 상기 로워 암 샤프트에 마련되어 상기 로워 암의 상대 회동에 따라서 구동륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치를 제공한다.

상기 로워 암 샤프트는 차량의 전/후 방향을 따라서 평행하게 배치될 수 있다.

상기 충격 흡수모듈은 상기 로워 암 샤프트의 양 단부에 인접하도록 상기 로워 암에 각각 결합되고, 상기 로워 암 샤프트의 축방향에 대해서 경사지도록 복수개의 가이드홈이 외주면 상에 형성된 한 쌍의 외부 캠과, 경사진 상기 가이드홈에 삽입되는 복수개의 돌출부가 마련되어 상기 로워 암의 회동에 따라서 상기 로워 암 샤프트 상에서 서로 가까워지거나 멀어지도록 직선 이동하는 한 쌍의 내부 캠과, 각 상기 외부 캠의 외주면을 감싸도록 마련되는 외부 캠 쉴드와, 상기 외부 캠 쉴드의 외부를 감싸도록 배치되고, 각 상기 내부 캠이 직선 운동할 때 동시에 이동하는 한 쌍의 내부 캠 쉴드와, 상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드를 각각 탄력적으로 연결하여 상기 한 쌍의 내부 캠이 서로 가까워지는 경우 압축되거나 또는 상기 한 쌍의 내부 캠이 서로 멀어지는 경우 인장되는 스프링을 포함할 수 있다.

상기 충격 흡수모듈은 상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드 중 적어도 어느 하나와 연동하여 직선 운동하면서 상기 스프링의 압축응력 또는 인장응력을 적어도 일부 흡수하는 댐퍼를 포함할 수 있다.

상기 충격 흡수모듈은 상기 구동륜이 상승할 때 상기 스프링이 압축되고, 상기 구동륜이 하강할 때 상기 스프링이 인장될 수 있다.

상기 차량용 충격 흡수장치는 상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드를 서로 연결하여 상기 충격 흡수모듈의 작동상태를 검출하는 리니어 엔코더를 더 포함할 수 있다.

상기 리니어 엔코더는 일 측의 상기 내부 캠 쉴드에 고정되는 레일과, 타 측의 내부 캠 쉴드에 고정되어 상기 로워 암 샤프트의 축방향을 따라서 상기 레일 내부에서 상대 이동하는 스케일과, 상기 레일에 고정되어 상기 레일로부터 스케일이 상대 이동하는 거리를 감지하는 헤드부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 충격 흡수장치에 의하면,

첫째, 구동륜이 외부 충격으로 인하여 이동하는 방향과 다른 방향으로 충격 흡수모듈이 배치되기 때문에 차량의 바디와 구동륜 사이의 높이를 줄일 수 있고, 이에 따른 바디 설계의 자유도가 증가하며,

둘째, 충격 흡수모듈이 차량의 전/후 방향을 따라서 배치되어 기존 현가장치가 차량의 상하방향을 따라서 배치되는 구조에 비하여 공간 활용도가 증대되며,

셋째, 차량의 전후 방향을 따라서 충격 흡수모듈을 설치할 수 있기 때문에 바디 플랫폼을 공용화할 수 있고,

넷째, 충격 흡수모듈의 전체적인 무게 중심을 낮출 수 있어 주행성능과 연비 및 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치가 구비된 차량을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치를 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치의 상부를 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 액추에이터의 작동상태에 따른 차량용 조향장치의 조향 상태를 도시하는 참고도이다.
도 6은 도 4에 나타낸 액추에이터의 작동상태를 도시하는 측면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 액추에이터를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 8은 도 4에 나타낸 액추에이터의 타 단부가 연결되는 서브 프레임의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 5에 나타낸 차량용 조향장치의 작동에 따른 차량의 다양한 조향 상태 또는 주행상태를 도시하는 참고도이다.
도 10 및 도 11은 차량용 조향장치의 전방 차륜의 작동 상태에 따른 차량의 선회반경을 도시하는 참고도이다.
도 12는 차량용 조향장치의 작동에 따른 차량의 선회특성을 도시하는 참고도이다.
도 13은 도 4에 나타낸 차량용 조향장치 및 충격 흡수장치를 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 액추에이터의 작동상태에 따른 차량용 자세 제어장치의 제어상태를 도시하는 참고도이다.
도 15 및 도 16은 도 13에 나타낸 차량용 자세 제어장치의 작동에 따른 차량의 자세 제어상태를 도시하는 참고도이다.
도 17은 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치의 충격 흡수장치를 도시하는 사시도이다.
도 18은 도 17에 나타낸 충격 흡수장치를 분해하여 도시하는 분해사시도이다.
도 19는 도 17에 나타낸 충격 흡수장치의 상부를 도시하는 평면 투시도이다.
도 20은 도 19에 나타낸 외부 캠이 회전하면서 내부 캠이 로워암 샤프트를 중심으로 이동한 상태를 나타내는 참고도이다.
도 21은 도 17에 나타낸 충격 흡수장치가 차륜으로부터 전달된 충격이 전달되는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 22는 본 발명에 따른 차량용 독립 구종륜 제어장치의 지상고 조절장치를 도시하는 분해사시도이다.
도 23은 도 22에 나타낸 지상고 조절장치의 일 측의 작동상태를 부분적으로 확대하여 도시하는 참고도이다.
도 24는 도 22에 나타낸 지상고 조절장치가 작동되는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 25는 도 24에 나타낸 지상고 조절장치가 압축 상태에서 중립 상태로 변화하는 과정을 도시하는 참고도이다.
도 26은 도 22에 나타낸 지상고 조절장치가 작동되는 상태를 도시하는 정면도이다.
도 27은 도 18에 나타낸 근접센서를 도시하는 부분 확대도이다.
도 28은 도 27에 나타낸 근접센서가 차량의 지상고를 감지하는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 29는 도 22에 나타낸 지상고 조절장치를 통하여 충격을 흡수하는 과정을 도시하는 참고도이다.
도 30은 도 1에 나태낸 차량용 독립 차륜 제어장치의 차륜에 구동력을 제공하는 다양한 실시예를 도시하는 참고도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치가 구비된 차량을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치를 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치의 측부을 도시하는 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 차륜(W)이 4개 구비된 차량을 기준으로 전차륜이 독립적으로 조향을 제어할 수 있고, 적어도 2개 또는 전차륜에 구동력을 전달할 수 있다. 이러한, 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 본 발명의 실시예에 따라서 조향장치(100), 자세 제어장치(200), 충격 흡수장치(300) 및 지상고 조절장치(400) 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 물론, 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 차륜(W)이 3개인 경우, 또는 4개를 초과하는 차량에도 적용이 가능하다.

먼저, 차량용 조향장치(100)는 차량(V)이 진행하는 방향에 따라서 스티어링 휠(steering wheel)과 기계적인 연결 없이도 차륜(W)의 회전 각도를 조절할 수 있다. 또한, 차량용 자세 제어장치(200)는 차륜(W)의 캠버(camber)를 조절할 수 있다. 그리고, 차량용 충격 흡수장치(300)는 각 차륜(W)에 전달되는 상하 방향의 충격을 적어도 일부 흡수하여 차량의 탑승자로 하여금 승차감을 증대시킬 수 있다. 마지막으로, 차량용 지상고 조절장치(400)는 능동적으로 또는 반능동적으로 차륜(W)의 높이를 조절하여 지면으로부터 충격을 흡수하거나, 또는 주행속도나 노면 상태에 따라서 지상고를 조절하는 기능을 제공한다. 이들에 대한 상세한 설명은 후기하기로 한다.

차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 일 측에 차륜(W)이 결합되고 타 측이 차량의 바디(body)에 결합된다. 차량용 독립 차륜 제어장치(1)의 일 측에는 허브 베어링(10)을 중심으로 외측에 차륜(W)이 회전 가능하도록 배치되고, 내측에 너클(20)이 결합되면서 허브 베어링(10)과 차륜(W)의 결합체를 지지한다. 그리고, 너클(20)에는 허브 베어링(10)의 회전 중심(c1)을 벗어난 위치에 조향장치(100) 또는 자세 제어장치(200)가 결합된다. 허브 베어링(10)과 너클(20) 상에는 제동장치(30)가 결합될 수 있다.

도 2에서는 차량용 독립 차륜 제어장치(1)에 차륜(W)의 동력을 제공하는 모터(M1)와 감속기(40) 및 구동 샤프트(41)를 포함하는 구동부(D)가 마련된 것을 일 예로써 설명한다. 물론, 차륜(W)에 동력을 제공하는 구동부(D)는 다른 구조나 위치에 장착될 수 있다.

도 4는 도 2에 나타낸 차량용 독립 차륜 제어장치의 상부를 도시하는 평면도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 액추에이터의 작동상태에 따른 차량용 조향장치의 조향 상태를 도시하는 참고도이고, 도 6은 도 4에 나타낸 액추에이터의 작동상태를 도시하는 측면도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 액추에이터를 분해하여 도시하는 분해사시도이고, 도 8은 도 4에 나타낸 액추에이터가 연결되는 서브 프레임의 구조를 도시하는 사시도이다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시에에 따른 차량용 조향장치(100)는 너클(20)과, 제1액추에이터(110)와, 제2액추에이터(120)와, 서브프레임(130) 및 로워 암(도 3 참조, 140)을 포함한다. 물론, 차량용 조향장치(100)는 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120) 중 어느 하나의 액추에이터만으로 조향 장치로써의 기능을 구현할 수도 있다. 본 실시예에서 액추에이터가 두 개 구비된 것은 어느 하나의 액추에이터가 제 기능을 구현할 수 없을 때를 대비한 안전성을 확보하기 위함이나, 서로 이격 배치된 액추에이터(110, 120)를 통해서 보다 정교한 조향 및 캠버 조절을 구현하기 위해서이기도 하다.

제1액추에이터(110)는 너클(20) 상에서 차륜(W)의 회전 중심(c1)을 지나는 가상의 수직선을 중심으로 일 측에 위치하는 제1지점(P1)에 일 단부가 결합되고, 제2액추에이터(120)는 너클(20) 상에서 차륜(W)의 회전 중심(c1)을 지나는 가상의 수직선을 중심으로 타 측에 위치하는 제2지점(P2)에 일 단부가 결합된다. 제1지점(P1)과 제2지점(P2)은 너클(20) 상에서 차륜(W)의 회전 중심(c1)을 기준으로 상부에 배치되는 것이 바람직하며, 차륜(W) 회전 중심(c1)의 상부에서 서로 수평방향(수평선상에)으로 나란히 배치되는 것이 바람직하다. 도면에 도시하지는 않았지만, 제1지점(P1)과 제2지점(P2)은 너클(20) 상에서 차륜(W)의 회전 중심(c1)을 기준으로 하부에 나란히 배치될 수도 있다. 다만, 차량용 조향장치(100)는 제1지점(P1)과 제2지점(P2)의 위치가 차륜의 회전 중심(c1)을 지나는 가상의 수직선을 벗어난 위치에 연결되는 것이 바람직하다.

너클(20)의 하부에는 로워 암(140)의 일 단부가 연결된다. 따라서 액추에이터의 스트로크 변화가 없다는 가정하에 액추에이터(110, 120)와 너클(20)과 로워 암(140)은 하나의 링크절 구조를 이룰 수 있다. 이때, 너클(20)의 하부에서 차륜(W)의 회전 중심(c1)을 지나는 가상의 수직선 상에 로워 암(140)의 일 단부가 연결되는 것이 바람직하다. 물론, 로워 암(140)은 액추에이터(110, 120)의 스트로크 변화에 대응하여 회동할 수도 있다.

너클(20)의 하부에서 로워 암(140)의 일 단부가 연결되는 부분(도 3 참조, 141)과, 너클(20)의 상부에서 액추에이터들(110, 120)의 일 단부가 연결되는 부분(P1, P2)에는 각각 구면 베어링(미도시)이 마련되어 결합되는 것이 바람직하다.

따라서, 너클(20)과 로워 암(140) 사이 및 너클(20)과 액추에이터(110, 120) 사이는 3축(x, y, z, 도 2 참조) 방향에 대해서 상대 회동이 가능하도록 연결된다. 여기서, 3축은 x축이 차량의 좌우 방향이고, y축이 차량의 전후 방향이며, z축이 차량의 상하 방향에 대응하는 것을 일 예로써 나타낸다.

액추에이터(110, 120)와 로워 암(140)의 각 타 측에는 서브 프레임(130)이 마련되고, 액추에이터(110, 120)와 로워 암(140)의 타 단부가 서브 프레임(130) 상에서 회동 가능하도록 연결된다. 서브 프레임(130)은 차량의 바디(D, 도 1 참조)와 연결된 구성일 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 차량용 조향장치(100)는 액추에이터의 스트로크에 따라서 너클(도 3 참조, 20)을 회전시킴으로써 차륜(W)의 방향을 조절할 수 있다.

예컨대, 도 5(a)와 같이, 차량용 조향장치(100)는 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120)가 동일 길이를 유지하는 중립 상태에 있으면 차량이 전후 방향으로 직진할 수 있다. 또한, 도 5(b)와 같이, 제1액추에이터(110)의 스트로크가 중립 상태를 기준으로 감소하고 제2액추에이터(120)의 스트로크가 증가하면 좌회전하도록 조향이 이루어질 수 있다. 또한, 도 5(c)와 같이, 제1액추에이터(110)의 스트로크가 중립 상태를 기준으로 증가하고 제2액추에이터(120)의 스트로크가 감소하면 우회전을 할 수 있다. 물론, 차량용 조향장치(100)는 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120)가 서로 다른 크기의 스트로크로 증가하거나 감소하도록 작동하여 조향과 함께 캠버를 동시에 조절할 수도 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 차량용 조향장치(100)의 제1액추에이터(110)는 제1지점(P1)과 서브 프레임(130)을 연결하여 스트로크가 증감하도록 연결된 피스톤(111)과 실린더(112)를 포함하는 스트로크 모듈(113)과, 스트로크 모듈(113) 내부에서 피스톤(111)과 실린더(112) 사이에 상대이동에 따른 동력을 제공하는 구동모듈(114)을 포함한다.

스트로크 모듈(113)은 제1지점(P1)에 피스톤(111)의 일 단부가 연결되고, 서브 프레임(130) 상에 실린더(112)의 일 단부가 연결된다. 실린더(112)는 피스톤(111) 외측에 결합된다. 피스톤(111)은 상대적으로 스트로크가 증가(또는, 길이가 증가)하거나 또는 스트로크가 감소(또는, 길이가 감소)하도록 실린더(112) 내부에서 직선 왕복운동이 안내된다. 이때, 피스톤(111)의 일 단부는 제1지점(P1) 상에서 적어도 y축 및 z축을 중심으로 회동 가능하도록 결합되고, 실린더(112)의 일 단부는 y축을 중심으로 회동 가능하도록 결합된다.

스트로크 모듈(113)의 작동 방향에 대해서 부연하자면, 제1지점(P1)에서 피스톤(111)이 y축을 중심으로 회동하는 것은 너클(20) 상에서 차륜(W)의 캠버 조절 또는 지상고를 조절하기 위해서 회동하는 것에 대응하는 상대 회동이고, z축을 중심으로 회동하는 것은 너클(20) 상에서 차륜(W)의 좌우방향 조향을 위해서 회동하는 것에 대응하는 상대 회동일 수 있다. 그리고, 제3지점(P3)에서 실린더(112)가 y축을 중심으로 회동하는 것은 차륜(W)이 충격을 흡수하는 과정에서, 또는 지상고를 조절하는 과정에 대응하는 상대 회동일 수 있다.

피스톤(111)의 일 단부는 제1지점(P1)에서 회동 가능하도록 연결되기 위해 내부를 관통하는 홀(1111)이 형성된 제1체결구(1112)가 마련된다. 제1체결구(1112)와 제1지점(P1) 사이에는 구면 베어링(미도시)이 마련되어 제1지점(P1) 상에서 제1체결구(1112)가 상대 회동이 가능하도록 연결된다.

피스톤(111)은 외주면이 대략 중공의 원통 형상으로 이루어지고, 외주면 상에는 제1가이드홈(1113)이 형성된다. 제1가이드홈(1113)은 피스톤(111)의 길이 방향을 따라서 외주면 상에서 서로 대향하는 위치에 복수개 배치될 수 있다. 그리고 피스톤(111)은 내주면 상에 제2가이드홈(1114)이 형성된다. 제2가이드홈(1114)은 피스톤(111)의 길이방향을 따라서 내주면 상에서 서로 대향하는 위치에 복수개 배치될 수 있다. 이때, 제2가이드홈(1114)은 피스톤(111)의 외주면을 따라서 제1가이드홈(1113)과 서로 직교하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

실린더(112)는 내부에 피스톤(111)이 삽입되는 중공의 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 실린더(112)는 제1가이드홈(1113)과 대응하는 위치에 가이드홀(1115)이 형성되어 키(key, 1116)가 삽입된다. 키(1116)는 가이드홀(1115)을 관통하도록 삽입되면서 제1가이드홈(1113) 내부에 위치하여 실린더(112) 내부에서 피스톤(111)이 회전하는 것을 방지함과 동시에 직선 왕복 운동하는 방향을 안내할 수 있다. 가이드홀(1115) 및 키의 결합구조는 실린더(112) 상에서 복수의 위치에 마련될 수 있다.

실린더(112)의 일 단부는 서브 프레임(130) 상에 마련된 제3지점(P3)에서 회동 가능하도록 연결되기 위해 내부를 관통하는 홀이 형성된 제2체결구(1116)가 마련된다. 제2체결구(1116)와 제3지점(P3) 사이에는 구면 베어링(b1)이 마련되어 제3지점(P3) 상에서 제2체결구(1116)가 상대 회동이 가능하도록 연결된다.

제1액추에이터(110)는 스트로크 모듈(113)의 외부에 결합되는 제1픽스 브라켓(113a)을 포함한다. 제1픽스 브라켓(113a)은 일 측이 실린더(112)의 외주면에 고정되는 고정부(113b)와, 타 측이 서브 프레임(130) 상에서 y축을 중심으로 회동 가능하도록 결합되는 연결부(113c)를 포함한다. 따라서, 제1액추에이터(110)는 실린더(112)의 일 단부가 제1픽스 브라켓(113a)에 의해서 y축을 중심으로 회동할 수 있다. 즉, 제1픽스 브라켓(113a)은 연결부(113c)를 통해서 제1액추에이터(110)가 x축 및 z축을 중심으로 회동하는 것을 잡아줄 수 있다.

구동모듈(114)은 회전력을 제공하는 모터(M2)와, 모터(M2)의 회전력을 전달받아 회전하는 스크류 샤프트(1141)와, 스크류 샤프트(1141) 상에 결합되어 회전운동을 직선 운동으로 전환시키는 스크류 너트(1142)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 구동모듈(114)은 모터(M2)와 스크류 샤프트(1141)가 벨트 구동에 의해 구동력을 전달한다. 물론, 도면에 도시하지는 않았지만, 모터(M2)와 감속기(미도시)가 연결된 상태 또는 감속기의 회전축과 스크류 샤프트(1141)가 직결된 상태로 구동할 수도 있다.

모터(M2)의 회전축과 스크류 샤프트(1141)에 키 결합된 풀리(1143) 사이에는 벨트(belt)가 연결되고, 벨트는 타이밍 벨트로 이루어지면서 구동모듈(114)은 스크류 샤프트(1141)의 정교한 회전을 제어할 수 있게 된다. 물론, 모터(M2)의 회전축 상에도 풀리(1144)가 마련될 수 있으며, 모터 회전축의 풀리(1144)와 스크류 샤프트(1141)에 결합된 풀리(1143)는 감속비에 따라서 그 지름이 서로 다르게 형성될 수 있다.

이때, 제1액추에이터(110)는 실린(112)더와 모터(M2)를 연결하는 모터 브라켓(1145)을 포함한다. 모터 브라켓(1145)의 일 측은 실린더(112)의 외주면 일부를 감싸도록 연결되고, 타 측은 모터(M2)가 결합된다. 그리고, 모터 브라켓(1145)에는 모터(M2)의 회전축과 벨트의 일부를 커버하도록 모터 쉴드(1146)가 결합된다. 스크류 샤프트(1141)에 결합된 풀리(1143)는 실린더(112) 내부에 위치할 수 있고, 이러한 경우 실린더(112)는 벨트가 출입할 수 있도록 일부 개구될 수 있다. 실린더(112) 내부에는 풀리(1143)와 연결되는 영역에 인접하여 스크류 샤프트(1141)의 회전을 지지하는 베어링(1147)이 구비될 수 있다. 모터 브라켓(1145)에서 모터(M2)가 결합되는 영역에는 내부에 모터를 수납하는 모터 하우징(M2-1)의 결합 위치가 조정될 수 있도록 장공(1148)이 형성될 수 있다. 모터 브라켓(1145) 상에서 모터 하우징(M2-1)의 결합위치(또는 모터 회전축과 풀리(1143)의 간격) 조정은 벨트의 장력을 조절하는데 기여할 수 있다.

스크류 샤프트(1141) 상에는 스크류 너트(1142)가 결합되는데, 스크류 너트(1142)는 피스톤(111)의 제2가이드홈(1114) 상에서 슬라이딩 이동 가능하도록 키 결합되고, 스크류 너트(1142)와 피스톤(111)은 스냅링(1149)에 의해 결합위치가 고정된다. 따라서, 스크류 샤프트(1141)가 회전하면, 스크류 너트(1142)는 x축 방향을 따라서 직선 왕복운동이 이루어지고, 스크류 너트(1142)와 연결된 피스톤(111)은 스크류 너트(1142)와 연동하여 직선운동이 이루어질 수 있다. 물론, 피스톤(111)과 스크류 너트(1142)의 결합 방식은 다른 구조를 통해서 이루어질 수도 있다.

제2액추에이터(120)는 제1액추에이터(110)와 동일한 구조를 갖되, 픽스 브라켓(113a)의 구조에 있어 차이점이 있다.

제1픽스 브라켓(113a)은 고정부(113b)와 연결부(113c)를 포함하는 구조를 포함하여, 제1액추에이터(110)가 연결부(113c)에 의해 y축 중심으로 회동이 이루어지도록 연결하지만, 제2액추에이터(120)에 마련된 제2픽스 브라켓(도 4 참조, 123a)은 고정부(113b)의 구조만을 포함하여, 제2액추에이터(120)가 y축 중심의 회동은 물론, z축 중심의 회동이 이루어질 수도 있다.

제1액추에이터(110)와 달리 제2액추에이터(120)의 회동 방향이 상대적으로 자유로운 이유는 차륜(W)의 조향을 위해서 z축 중심으로 차륜이 회동하는 경우에, x축 방향을 따라서 제1지점(P1)과 제2지점(P2) 간의 스트로크 거리가 차이날 수 있기 때문에 각 지점(P1, P2) 간 거리 차이에 대응하여 제2액추에이터(120)의 z축 중심 회동이 필요해서다.

즉, 도 5(a)에서와 같이, 차륜(W)이 중립 상태이면 제1액추에이터(110)의 스트로크 거리(d)와 제2액추에이터(120)의 스트로크 거리(d')가 같기 때문에 y축 방향을 따라서 차륜(W)의 회전중심을 기준으로 제1지점(P1)까지의 거리와 제2지점(P2)까지의 거리가 같아 제2액추에이터(120)의 z축 중심 회전이 발생하지 않는다.

그런데, 도 5(b)는 차량이 좌회전하는 상태로써, 제1액추에이터(110)의 스트로크 거리(d)가 제2액추에이터(120)의 스트로크 거리(d')보다 작아지면, 제1액추에이터(110)의 z축 중심 회전이 방지된 상태에서 제2지점(P2)이 y축을 따라서 이동한 거리에 대응하도록 제2액추에이터(120)가 z축 중심으로 회전을 필요로 하게 된다.

반대로, 도 5(c)와 같이 우회전하는 상태에서도 제1액추에이터(110)의 스트로크 거리(d)가 제2액추에이터(120)의 스트로크 거리(d')보다 커지면, 제1액추에이터(110)의 z축 중심 회전이 방지된 상태에서 제2지점(P2)이 y축을 따라서 이동한 거리에 대응하도록 제2액추에이터(120)가 z축 중심으로 회전을 필요로 하게 된다.

따라서, 제1액추에이터(110)가 서브 프레임(130) 상에서 두 지점(도 8 참조, P3, P4)에 연결되어 z축 중심의 회동이 제한되면, 차륜(W)이 선회 운동하는 경우 제2액추에이터(120)의 z축 회동이 수반되어야 하기 때문에 제2픽스 브라켓(123a)은 연결부(113c)가 삭제된 구조로 이루어져야 할 것이다.

도 8은 도 4에 나타낸 액추에이터가 연결되는 서브 프레임의 구조를 도시하는 사시도이다.

서브 프레임(130)은 액추에이터의 실린더가 결합되는 제1프레임(131)과, 제1프레임(131)의 양 단부에서 각각 연장되어 절곡되는 제2프레임(132)과, 각 제2프레임(132)의 단부를 서로 연결하는 제3프레임(133)을 포함한다.

제1프레임(131)은 대략 "W"자 형상으로 이루어져 제1액추에이터(110)가 연결되는 제1영역(P3)과 제2액추에이터(120)가 연결되는 제2영역(P4)이 형성된다. 제1영역(P3)과 제2영역(P4)에는 힌지 샤프트(134)가 관통하도록 결합되고, 힌지 샤프트(134) 상에서 각 액추에이터들(110, 120)을 연결하는 구면 베어링들(b1, b2)이 구비될 수 있다.

제2프레임(132)은 제1프레임(131)의 양 단부로부터 하향 경사지도록 각각 연장되고, 다시 차량의 바디 방향을 향해서 서로 마주하도록 나란히 절곡되도록 배치된다.

서로 마주하는 각 제2프레임(132)의 내측에는 로워 암(140)의 양 단부가 회동 가능하도록 연결될 수 있다.

또한, 제2프레임(132)과 제3프레임(133) 내부에는 후기할 충격 흡수장치(도 2 참조, 300)의 주요 구성들이 배치될 수 있다.

서브 프레임(130)은 차륜(W)과 차량의 바디 사이에서 하중을 지지하는 구성일 수 있다.

도 9는 도 5에 나타낸 차량용 조향장치의 작동에 따른 차량의 조향상태 또는 주행상태를 도시하는 참고도이다.

도 9(a)를 참조하면, 차량용 조향장치는 차량(V)의 전방에 배치된 조향장치를 조절하여 차량을 회전시킬 수 있고, 또한 차량의 전방 및 후방에 배치된 조향장치를 각각 조절하여 차량을 회전시킬 수 있다.

차량의 전방에 배치된 조향장치를 조절하는 경우, 일반적인 차량이 선회(旋回)하는 것과 동일하게 진행할 수 있다.

예컨대, 도면 상에서는 차량의 전방 좌측 차륜(W1)과 우측 차륜(W2)이 모두 동일하게 우측을 향하도록 조향되어 차량의 전방 진행방향에 대하여 우측 방향으로 선회할 수 있다.

이때 차량의 회전반경(r1)은 일반 차량의 회전반경 범위와 유사하게 형성될 수 있다.

또한, 차량의 전방 좌측 차륜(W1)과 우측 차륜(W2)이 모두 우측을 향하도록 조절되고, 차량의 후방 좌측 차륜(W3)과 우측 차륜(W4)이 모두 좌측을 향하도록 조절되면, 사륜 조향(four wheel steering system)이 되면서 더 짧은 회전반경(r2)을 가지고 우측 방향으로 선회할 수 있다. 또한, 선회에 필요한 도로의 폭을 더 작게 할 수 있다.

도 9(b)를 참조하면, 차량용 조향장치는 차량의 전방 및 후방의 차륜이 모두 우측을 향하도록 조절되면서, 차량이 우측 차선으로 차선을 변경(L1->L2)할 수 있다. 즉, 모든 차륜이 우측의 동일 방향으로 회전하여 수평 이동모드로 조향이 가능해진다. 일반적인 차량의 경우 네 개의 차륜을 이용하여 일부는 구동력을 제공(사륜구동 제외)하고, 나머지 일부는 조향에 관여하는데, 도 9(b)의 상태로 독립적으로 차량용 조향장치를 제어하면, 네 개의 차륜이 모두 이동할 방향으로 향하도록 회전하면서 수평 이동모드의 조향을 구현(사륜구동 포함)할 수 있다.

이러한 수평 이동모드는 일반 차량이 선회 주행을 통해서 차선을 변경하는 구조와는 차이점이 있으며, 급차선 변경과 같은 상황에서도 보다 안전하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 9(c)를 참조하면, 차량용 조향장치는 전방의 차륜과 후방의 차륜 모두의 차륜 회전중심이 차량의 회전중심을 향하도록 제어할 수 있다. 따라서, 차량은 제자리에서 360도 회전할 수 있는 제로 턴(zero turn) 모드로 조향할 수 있다.

예컨대, 전방의 좌측 차륜(W1)과 후방의 우측 차륜(W4)이 서로 마주하도록 회동하고, 전방의 우측 차륜(W2)과 후방의 좌측 차륜(W3)이 서로 마주하도록 회동하되, 이들이 서로 마주하는 방향으로 형성된 가상의 연장선이 서로 직교하는 경우 제로 턴 모드를 적용할 수 있다. 물론, 차량의 축간거리에 따라서 각 차륜의 회전각도는 변경될 수 있다.

도 9(d)를 참조하면, 차량용 조향장치는 전방의 차륜(W1, W2)이 전방을 향하여 모아지도록 회전하고, 후방의 차륜(W3, W4)도 전방을 향하여 모아지도록 회전하여 제동모드(braking mode)로 제어될 수 있다. 제동모드는 차량의 전방 및 후방 차륜 중 적어도 한 쌍의 차륜이 전방을 향하여 모아지면서 차량의 진행방향에 대해서 지면 마찰을 발생시킴으로써 제동을 걸 수 있다.

보다 바람직하게는 차량의 전방 및 후방 차륜이 모두 전방을 향하여 모아지도록 회전하여 최대 제동력을 제공하도록 제어될 수 있다. 물론, 차량의 전방 및 후방의 차륜이 전방을 향하여 모두 벌어지는 방향으로 회전하면서 제동력을 제공할 수도 있다.

도 10 및 도 11은 차량용 조향장치의 전방 차륜의 작동 상태에 따른 차량의 선회반경을 도시하는 참고도이다.

도 10(a)를 참조하면, 차량(V)의 전방 차륜은 서로 다른 각도로 회전하여 회전 반경이 서로 다르게 제어될 수 있다. 이러한 저속 선회제어는 차량의 선회 속도가 비교적 저속인 경우 적용할 수 있다. 차량(V)이 저속으로 선회하는 경우, 선회방향을 따라서 내측에 배치된 좌측 차륜(W1)의 회전 반경(r1)과 외측에 배치된 우측 차륜(W2)의 회전 반경(r2)이 다르기 때문에 회전 반경의 차이에 따른 슬립을 억제시켜 소음 및 차륜의 마모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 10(b)를 참조하면, 차량의 전방 차륜은 서로 동일한 각도로 회전하여 회전 반경(r1=r2)이 서로 같도록 제어될 수 있다. 이러한 고속 선회제어는 차량의 선회 속도가 비교적 고속인 경우에 적용할 수 있다. 차량이 고속으로 선회하는 경우, 선회방향을 따라서 내측에 배치된 좌측 차륜(W1)과 외측에 배치된 우측 차륜(W2)의 회전 반경이 다르지만 보다 정교한 선회 컨트롤이 가능해지기 때문에 회전 반경의 차이에도 불구하고 소음과 마모를 감수하면서도 고속 선회제어를 선택적으로 적용할 수 있다.

또한, 도 11을 참조하면, 차량용 조향장치는 차량의 속도에 무관하게 동일한 회전 반경을 유지하도록 제어할 수 있다.

즉, 스티어링 휠(SW)의 조타 각도(θ)가 동일한 조건(예컨대, 30도)에서 일반적인 차량의 경우, 시속 30km/h의 차량이 가지는 회전 반경과, 시속 90km/h의 차량이 가지는 회전 반경은 속도가 높을수록 회전 반경이 증가하게 되지만, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 조향장치가 장착된 차량의 경우, 차량의 전방 차륜(W1, W2)과 후방 차륜(W3, W4)의 회전 각도를 동시에 조절함으로써 속도에 상관 없이 동일한 회전 반경을 갖도록 제어할 수 있다. 또한, 스티어링 휠(SW)과 차륜 (W1, W2) 사이에 기계적인 연결이 없기 때문에 스티어링 휠(SW)과 차륜 (W1, W2)의 회전 각도 비율을 조절하여 속도에 상관 없이 동일한 회전 반경을 갖도록 제어할 수 있다.

도 12는 차량용 조향장치의 작동에 따른 차량의 선회특성을 도시하는 참고도이다.

도 12를 참조하면, 차량용 조향장치는 차량의 상태에 따른 선회특성을 가변시킬 수 있다.

일반적인 차량은 차량의 중량 배분이나, 타이어의 마모 상태 및 구동력 배분 위치에 따라서 일정한 선회 특성을 가진다.

예컨대, 전륜구동 차량은 차량의 전방에서 가속력이 실리기 때문에 가속력이 증가할수록 마찰력이 감소하면서 언더 스티어(under steer) 현상이 발생하게 된다. 이때, 차량이 빠른 속도로 코너를 돌면 조타각도에 따라서 일정하게 선회가 이루어지지 않고, 원심력에 의해서 코너방향의 바깥쪽으로 차량이 밀려나게 된다.

또한, 후륜구동 차량은 차량의 후방에서 가속력이 실리기 때문에 언더 스티어와 반대로 오버 스티어(over steer) 현상이 발생하면서 코너방향의 안쪽으로 차량이 파고들게 된다.

이러한 차량의 언더 스티어 현상과 오버 스티어 현상이 발생하지 않도록 차량용 조향장치는 전방 차륜과 후방 차륜의 회전 각도를 적절히 제어함으로써 코너방향을 따라서 중립 스티어(neutral steer)를 유지하도록 제어할 수 있다.

즉, 차량의 모든 차륜에 구동력을 적절히 배분함으로써 중립 스티어를 유지할 수도 있고, 또는 모든 차륜의 회전 각도를 독립적으로 제어함으로써 중립 스티어를 유지할 수도 있다. 예컨대, 전륜구동 차량에서 차량용 조향장치는 언더 스티어가 발생됨을 인지하는 순간 후방 차륜의 각도를 바깥쪽으로 회전시킴으로써 중립 스티어가 되도록 제어할 수 있다. 마찬가지로, 후륜구동 차량에서 차량용 조향장치는 오버 스티어가 발생됨을 인지하는 순간 후방 차륜의 각도를 안쪽으로 회전시킴으로써 중립 스티어가 되도록 제어할 수 있다.

도 13은 도 4에 나타낸 차량용 자세 제어장치를 도시하는 사시도이고, 도 14는 도 13에 나타낸 액추에이터의 작동상태에 따른 차량용 자세 제어장치의 자세 제어상태를 도시하는 참고도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어장치는 전기한 차량용 조향장치와 적어도 일부 구성을 공유한다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

차량용 자세 제어장치(200)는 너클(20), 제1액추에이터(110) 및 제2액추에이터(120)를 포함한다. 여기서, 차량용 자세 제어장치(200)와 차량용 조향장치(도 2 참조, 100)의 차이점은 액추에이터의 동일 스트로크 작동 여부에 있다.

즉, 전기한 차량용 조향장치(100)는 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120) 중 어느 하나가 단독으로 작동하거나, 또는 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120)가 서로 다른 스트로크를 갖도록 제어 되었지만, 차량용 자세 제어장치(200)는 서로 동일한 방향과 동일한 크기(또는 거리)의 스트로크로 제어된다. 물론, 차량용 자세 제어장치 역시 차량용 조향장치와 마찬가지로 제1액추에이터와 제2액추에이터 중 하나의 액추에이터로 자세 제어에 따른 조절이 가능할 수 있다.

차량용 자세 제어장치(200)는 제1지점(P1)과 제2지점(P2)의 위치가 차륜의 회전 중심을 지나는 가상의 수평선을 벗어난 위치에 연결되는 것이 바람직하다.

도 14(a)는 차량의 차륜(W)이 제로 캠버로 배치된 상태를 나타낸다. 여기서, 제로 캠버는 지면과 수직한 방향을 기준(z축 기준, 도 2 참조)으로 차륜(W)이 기울어짐 없이 배치된 상태를 나타낸다. 즉, 제로 캠버는 차륜(W)의 중심선이 지면과 직교하도록 배치된 상태를 의미한다.

도 14(b)는 차량의 차륜(W)이 부(-) 캠버 상태로 배치된 상태를 나타낸다. 부 캠버는 차륜(W)의 중심선이 지면에 대하여 차량의 안쪽 방향으로 기울어진 상태를 나타낸다. 예컨대, 부 캠버는 선회력(cornering force)을 증가시킬 수 있지만, 타이어 트레드의 안쪽 마모를 촉진시킬 수 있다.

부 캠버는 일반적으로 고속주행을 목적으로 하는 차량에 적용되며, 전방 차륜의 각도와 후방 차륜의 각도가 다르게 셋팅될 수 있다.

도 14(c)는 차량의 차륜(W)이 정(+) 캠버 상태로 배치된 상태를 나타낸다. 정 캠버는 차륜(W)의 중심선이 지면에 대하여 차량의 바깥쪽 방향으로 기울어진 상태를 나타낸다. 예컨대, 정 캠버는 직진성을 증가(예컨대, FR 구동방식에서)시킬 수 있고, 킹핀 오프셋(kingpin offset)을 작게 할 수 있다. 따라서, 정 캠버가 클수록 선회력이 감소할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어장치는 이러한 차륜의 캠버를 능동적으로 또는 수동적으로 조절할 수 있다.

도 14(b)와 같이, 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120)가 모두 압축되면서 스트로크가 감소하면, 차륜(W)이 로워 암의 단부에서 회동하여 부 캠버로 조절할 수 있다.

또한, 도 14(c)와 같이, 제1액추에이터(110)와 제2액추에이터(120)가 모두 인장되면서 스트로크가 증가하면, 차륜(W)이 로워 암(140)의 단부에서 회동하여 정 캠버로 조절할 수 있다.

물론, 정 캠버 또는 부 캠버 상태에 따라서 기울어진 정도에 따른 각도 미세조절도 가능하다.

도 15 및 도 16은 도 13에 나타낸 차량용 자세 제어장치의 작동에 따른 차량의 자세 제어상태를 도시하는 참고도이다.

도 15(a)는 차륜(W)의 제로 캠버 상태를 도시한다.

도 15(b)는 일 측 차륜(W1)이 정 캠버로 회동하고, 타 측 차륜(W2)이 부 캠버로 회동한 상태를 도시한다. 즉, 차량의 좌측 방향을 향해서 차륜이 모두 기울어진 상태를 나타낸다. 예컨대, 차량이 고속의 상태에서 한 방향(좌측방향)으로 선회하는 경우, 도 15(b)와 같이 차륜의 캠버를 조절함으로써 고속주행에서의 선회력을 증대시킬 수 있다.

또한, 도 15(c)는 양 측 차륜(W)이 모두 부 캠버로 회동한 상태를 나타낸다. 이러한 상태는 레이싱카와 같이 차륜의 마모 보다는 구동 성능에 초점이 맞춰진 차량에 적합하다고 할 수 있다.

도 16(a)는 경사로에서 차량이 경사방향(D1)과 수직한 방향(D2)으로 진행하는 상태를 나타낸다. 이때, 차량은 중력에 의해 경사면 아래쪽 방향(D1)으로 쏠리게 되는데, 차륜을 도 15(b)와 같이 제어하면 경사면에서 아래쪽 방향으로 쏠리는 것을 다소 감소시켜 직진성을 유지시킬 수 있다.

도 16(b)는 차량의 진행방향(D2)과 수평면 상에서 직교한 방향(D1)으로 외풍이 가해지는 상태를 나타낸다. 이러한 경우 역시 도 16(a)와 같은 방향으로 차량이 밀리기 때문에 차륜을 도 15(b)와 같이 제어하면 바람 방향에 마주하는 방향으로 대향하는 마찰력이 증가하면서 직진성을 증대시킬 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치의 충격 흡수장치를 도시하는 사시도이고, 도 18은 도 17에 나타낸 충격 흡수장치를 분해하여 도시하는 분해사시도이며, 도 19는 도 17에 나타낸 충격 흡수장치의 상부를 도시하는 평면 투시도이고, 도 20은 도 19에 나타낸 외부 캠이 회전하면서 내부 캠이 로워암 샤프트를 중심으로 이동한 상태를 나타내는 참고도이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 차량용 충격 흡수장치(300)는 서브 프레임(130)과, 로워 암(140)과, 로워암 샤프트(310) 및 충격 흡수모듈(320)을 포함한다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충격 흡수장치(300)는 차량용 독립 차륜 제어장치의 각 차륜에 마련될 수 있고, 지면으로부터 각 차륜에 전달되는 충격을 독립적으로 흡수 또는 상쇄할 수 있다.

차륜에 전달된 충격은 너클(도 2 참조, 20)과 차량용 조향장치(도 2 참조, 100)를 통해서 차량의 바디 방향으로 전달되는데, 이때 차량용 충격 흡수장치(300)는 로워 암(140)과 액추에이터가 서브 프레임 상에서 y축을 중심으로 회동할 때 전달된 충격량을 적어도 일부 흡수하거나 또는 일시 저장할 수 있다.

차량용 충격 흡수장치(300)는 로워 암(140)과 충격 흡수모듈(320)이 서브 프레임(130) 내부에 배치되고, 차량의 전/후 진행방향인 y축 방향을 따라서 배치된다. 따라서, 일반적인 현가장치가 차량의 높이방향인 z축 방향을 따라서 배치되는 것과 차이가 있다. 이러한 차이점은 차륜으로부터 차량 바디를 연결하는 부분인 종래 현가장치의 높이를 줄일 수 있고, 또한 종래의 현가장치가 차지하던 공간을 줄일 수 있기 때문에 공간 활용도가 증대되는 효과가 있다.

로워암 샤프트(310)는 서브 프레임(130)과 로워 암(140)이 상대 회동하는 회전축을 이루되, y축 방향을 따라서 배치된다. 로워암 샤프트(310)는 서브 프레임(140) 상에 회전 가능하도록 고정되되, 서브 프레임(130)에 결합되는 로워 암(140)을 상대 회동 가능하도록 연결시키는 기능을 제공한다. 이를 위해서, 로워 암(140)과 서브 프레임(130)은 로워암 샤프트(310)를 중심으로 복수개의 볼 베어링들이 설치될 수 있다. 볼 베어링은 로워 암이 서브 프레임 상에서 회동 가능하도록 지지하는 볼 베어링(bb1)과, 로워암 샤프트(310)가 서브 프레임(130) 상에서 회동 가능하도록 지지하는 볼 베어링(bb2)을 포함한다. 다만, 로워 암(140)이 로워암 샤프트(310)를 중심축으로 하여 회동하는 과정에서는 로워암 샤프트(310)가 서브 프레임(130) 상에서 고정된 상태를 유지할 수 있다.

도 18을 참조하면, 충격 흡수모듈(320)은 한 쌍의 외부 캠(321a, 321b)과, 한 쌍의 내부 캠(322a, 322b)과, 외부 캠 쉴드(323a, 323b)와, 내부 캠 쉴드(324a, 324b) 및 스프링(325)을 포함한다.

먼저, 로워 암(140)은 너클(20)의 하부에 결합되는 제1체결부(141)와, 제1체결부(141)로부터 연장되어 서브 프레임(130)의 제2프레임(132) 내측에 각각 결합되도록 절곡되는 제2체결부(142) 및 제3체결부(143)를 포함한다. 따라서, 제2체결부(142)와 제3체결부(143)는 서로 이격되되 마주하도록 배치되고, 제2체결부(142)와 제3체결부(143) 사이에는 로워암 샤프트(310)를 중심으로 하여 외부 캠(321a, 321b), 내부 캠(322a, 322b), 외부 캠 쉴드(323a, 323b), 내부 캠 쉴드(324a, 324b) 및 스프링(325)이 결합된다.

한 쌍의 외부 캠(321a, 321b)과, 한 쌍의 내부 캠(322a, 322b)과, 한 쌍의 외부 캠 쉴드(323a, 323b)와, 한 쌍의 내부 캠 쉴드(324a, 324b)는 로워암 샤프트(310)의 중심에 마련되는 스프링을 기준으로 서로 양 측에 각각 대향하도록 배치된다.

한 쌍의 외부 캠은 제1외부 캠(321a)와 제2외부 캠(321b)을 포함하고, 한 쌍의 내부 캠은 제1내부 캠(322a)과 제2내부 캠(322b)을 포함하며, 한 쌍의 외부 캠 쉴드는 제1외부 캠 쉴드(323a)와 제2외부 캠 쉴드(323b)를 포함하고, 한 쌍의 내부 캠 쉴드는 제1내부 캠 쉴드(324a)와 제2내부 캠 쉴드(324b)를 포함한다. 이하에서는, 제1외부 캠(321a)과, 제1내부 캠(322a)과, 제1외부 캠 쉴드(323a)와 제1내부 캠 쉴드(324a)의 좌측 결합구조에 대해서 상세하게 설명하며, 반대쪽인 제2외부 캠(321b)과, 제2내부 캠(322b)과, 제2외부 캠 쉴드(323b)와 제2내부 캠 쉴드(324b)의 우측 결합구조에 대해서는 좌측 결합구조와 동일하므로 중복 설명은 생략하기로 한다.

제1외부 캠(321a)은 로워암 샤프트(310)의 일 측 단부에 인접하도록 배치되어 제2체결부(142) 내측에 고정된다. 또한, 제2외부 캠(321b)은 로워암 샤프트(310)의 타 측 단부에 인접하도록 배치되어 제3체결부(143) 내측에 고정된다.

각 외부 캠은 제2체결부(142) 또는 제3체결부(143)에 패스너로 고정되는 플랜지(321a1)와, 플랜지(321a1) 상에서 로워암 샤프트(310)의 길이 방향을 따라서 원통 형상으로 연장되는 외부 캠 바디(321a2)를 포함한다. 이때, 외부 캠 바디(321a2)는 사선 방향으로 절개된 복수개의 가이드홈(321a3)이 형성된다.

도 20에 도시된 바와 같이, 제1외부 캠(321a)은 제1내부 캠(322a)이 제1외부 캠 바디(321a2) 내부에 삽입될 수 있도록 수용공간이 형성되며, 제1내부 캠(322a)의 외주면에는 가이드홈(321a3)에 대응하는 형상으로 돌출되는 돌출부(322a1)가 마련된다. 따라서, 로워 암(140)이 회전하면 제1외부 캠(321a)이 동시에 회전하게 되고, 제1내부 캠(322a)은 가이드홈(321a3)과 돌출부(322a1) 사이의 경사면이 간섭되면서 로워암 샤프트(310)의 길이방향을 따라서 직선 왕복 운동이 이루어질 수 있다.

즉, 제1외부 캠(321a)은 로워 암(140)의 회전에 의해 발생된 토크를 이용하여 제1내부 캠(322a)이 직선 왕복 운동하는데 구동력을 제공할 수 있고, 동시에 제1외부 캠(321a)이 회전 운동하는 각도와 제1내부 캠(322a)이 직선 왕복 운동하는 거리의 비율이 일정한 비례 관계를 제공할 수 있다.

제1외부 캠(321a)의 외측에는 제1외부 캠 바디(321a2)를 둘러싸도록 제1외부 캠 쉴드(323a)가 결합된다. 제1외부 캠 쉴드(323a) 역시 일 측이 제1외부 캠(321a)과 함께 로워 암(140)에 고정되고, 타 측은 제1내부 캠(322a)이 출입할 수 있도록 개방된다. 제1외부 캠 쉴드(323a)는 제1외부 캠(321a)의 가이드홈(321a3)을 중심으로 인접한 제1외부 캠 바디끼리 벌어지는 것을 방지할 수 있고, 제1외부 캠(321a)을 보호하는 기능을 제공할 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 제1외부 캠(321a)과 제1외부 캠 쉴드(323a)는 하나의 구성으로 구현될 수도 있다. 예컨대, 외부 캠은 플랜지와 외부 캠 바디를 포함하되, 외부 캠 바디의 내주면에 돌출부에 대응하는 가이드홈이 형성될 수 있다. 즉, 가이드홈은 외부 캠 바디 내부에만 형성되고, 외부 캠 바디의 외부에는 노출되지 않도록 마련되어 외부 캠 쉴드와 일체화 된 구조로 이루어질 수도 있다.

제1내부 캠 쉴드(324a)는 일 측이 제1외부 캠 쉴드(323a)의 일 측을 향하여 결합되도록 개방되고, 타 측은 제1내부 캠(322a)이 제1외부 캠(321a)으로부터 배출될 때 제1내부 캠(322a)의 타 측과 적어도 일부 간섭되도록 차폐판(324a1)이 마련된다. 즉, 제1내부 캠 쉴드(324a)는 제1내부 캠(322a)과 동시에 직선 왕복 운동이 이루어진다. 제1내부 캠 쉴드(324a)의 외주면에는 스프링(325)의 일 단부가 간섭되도록 돌출되는 플랜지(324a2)가 마련된다. 따라서, 스프링(325)은 제1내부 캠 쉴드(324a)의 플랜지(324a2)와 제2내부 캠 쉴드(324b)의 플렌지(324b2)를 연결하여 이들이 인장 또는 압축되는 과정에 대응하도록 각각 인장 또는 압축될 수 있다. 물론, 스프링(325)의 양 단부는 제1내부 캠 쉴드(324a)의 외주면 또는 플랜지(324a2)와, 제2내부 캠 쉴드(324b)의 외주면 또는 플랜지(324b2)에 각각 결합될 수 있다.

그리고, 충격 흡수장치(300)는 각 내부 캠 쉴드를 서로 연결하는 리니어 엔코더(330)를 포함한다.

리니어 엔코더(330)는 제1내부 캠 쉴드(324a)에 고정되는 제1브라켓(331)과, 제2내부 캠 쉴드(324b)에 고정되는 제2브라켓(332)과, 어느 하나의 내부 캠 쉴드에 고정되는 레일(333)과, 다른 하나의 내부 캠 쉴드에 고정되는 스케일(334)과, 레일(333) 상에 고정되어 스케일(334)이 상대 이동하는 거리를 감지하는 헤드부(335)를 포함한다.

본 실시예에서는 제1브라켓(331) 상에 스케일(334)의 일 단부가 고정되고, 제2브라켓(332) 상에 레일(333)의 일 단부가 고정되며, 제1브라켓(331)은 제1내부 캠 쉴드(324a) 상에 결합되고, 제2브라켓(332)은 제2내부 캠 쉴드(324b) 상에 결합되어, 제1내부 캠 쉴드(324a)와 제2내부 캠 쉴드(324b)가 상대 이동한 거리는 헤드부(335)를 통해서 측정된다.

헤드부(335)에서 측정된 데이터는 차량의 제어부(예컨대, ECU 등)로 전송되어 각 차륜의 높이 데이터 또는 충격 유무나 노면 상태를 확인하는데 사용될 수 있다.

그리고, 충격 흡수장치(300)는 댐퍼(340)를 포함한다. 댐퍼(340)는 서브 프레임 상에 고정되는 피스톤(341)과, 피스톤(341)의 외부를 감싸도록 배치되고 제1브라켓(331) 또는 제2브라켓(332) 중 어느 하나와 연결되는 실린더(342)를 포함한다.

이때, 댐퍼(340)는 제1내부 캠 쉴드(324a)와 제2내부 캠 쉴드(324b) 사이가 압축되거나 인장되는 상태에 대응하도록, 실린더(342) 내부에 서로 분할된 공간 사이로 충진된 유체가 이동하면서 충격 흡수장치(300)에 전달된 충격량을 적어도 일부 흡수할 수 있다. 물론, 실린더(342) 내부의 서로 분할된 공간 사이에는 유체의 이동이 이루어지는 오리피스(orifice) 구조가 형성될 수 있다.

즉, 댐퍼(340)는 제1브라켓(331) 또는 제2브라켓(332) 중 어느 하나와 서브 브라켓(130) 사이에 개재되어 스프링(325)이 압축되는 과정에서 인장되거나, 또는 스프링이 압축된 상태에서 중립이나 인장 상태로 변화하는 과정에서 압축될 수 있다. 본 실시예에서 댐퍼(340)는 제2브라켓(332)과 서브 프레임(130) 사이에 마련되는 것을 일 예로써 설명한다.

도 21은 도 17에 나타낸 충격 흡수장치가 차륜(W)으로부터 전달된 충격이 전달되는 상태를 도시하는 참고도이다.

도 21(a)는 차륜(W)에 충격이 가해지지 않는 중립 상태를 나타내고, 지면 상의 요철 최상단에 차륜(W)이 위치한 도 21(b)는 범프(bump) 상태를 나타내며, 요철을 지났거나 지면에 파인 홈을 지날 때 차륜(W)이 아래로 처진 도 21(c)는 리바운드(rebound) 상태를 나타낸다.

즉, 도 21(a)와 같은 중립 상태에서는 차륜(W)의 회전 중심축(c1)이 기준선(RL)과 동일한 높이를 유지할 수 있다. 이때, 스프링(325)은 소정의 압축 응력이 부여될 수 있지만 이는 충격에 의한 응력이 아닌 차량의 하중에 의한 응력으로 해석할 수 있으며, 차량의 하중에 의한 응력을 포함하더라도 스프링은 압축과 인장 사이의 상태를 유지할 수 있다.

도 21(b)와 같이 범프 상태가 되면, 차륜(W)의 회전 중심축(c1)이 기준선(RL) 보다 상승하게 되면서 로워 암(140)이 상향 회전하게 된다. 이때, 스프링(325)은 압축되면서 차륜(W)에 전달된 충격량을 적어도 일부 흡수하게 된다. 즉, 범프 상태에서 차륜(W)은 상대적으로 상승하게 되고, 서브 프레임(130)의 위치가 상대적으로 하강하면서 스프링(325)이 압축되어 충격량을 일부 흡수하고 일부 저장하게 된다.

그리고, 댐퍼(340)는 범프 상태에서 스프링이 압축됨에 따라서 실린더(342)가 인장되고, 실린더(342)가 인장되는 과정에서 유체의 이동이 이루어지면서 충격량의 적어도 일부를 흡수하게 된다.

또한, 도 21(c)와 같이 리바운드 상태가 되면, 차륜(W)의 회전 중심축(c1)이 기준선(RL) 보다 하강하게 되면서, 로워 암(140)이 하향 회전하게 된다. 이때, 스프링(325)은 인장되면서 범프 상태에서 저장된 일부 충격량을 적어도 일부 상쇄하게 된다. 즉, 리바운드 상태에서 차륜(W)은 상대적으로 하강하게 되고, 서브 프레임(130)의 위치가 상대적으로 상승하면서 스프링(325)이 인장되어 차륜(W)에 전달된 충격량이 모두 제거될 수 있다.

그리고, 댐퍼(340)는 리바운드 상태에서 스프링(325)이 인장됨에 따라서 실린더(342)가 압축되고, 실린더(342)가 압축되는 과정에서 유체의 이동이 이루어지면서 충격량의 적어도 일부를 흡수하거나 모두 상쇄시킬 수 있다.

도 22는 본 발명에 따른 차량용 독립 구종륜 제어장치의 지상고 조절장치를 도시하는 분해 사시도이고, 도 23은 도 22에 나타낸 지상고 조절장치의 일 측의 작동상태를 부분적으로 확대하여 도시하는 참고도이다.

도 22 및 도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 지상고 조절장치(400)는 서브 프레임(130)과, 로워 암(140)과, 로워암 샤프트(310) 및 높이 조절부(410)를 포함한다.

서브 프레임(130)과, 로워 암(140) 및 로워암 샤프트(310)는 앞서 상세하게 설명하였기에 중복 설명은 생략한다.

높이 조절부(410)는 로워암 샤프트(310)의 일 단부를 회전시켜 로워 암(140)의 각도를 선택적으로 조절할 수 있다.

높이 조절부(410)는 모터(M3)와, 감속기(411)와, 로커암(412)과 토크암(413)을 포함한다.

모터(M3)는 감속기(411)와 함께 하나의 모듈로 이루어질 수 있다.

감속기(411)는 제2체결부(142)와 인접하여 서브 프레임(130)의 내측에 고정된다. 감속기(411)와 서브 프레임(130) 사이에는 별도의 브라켓(411b)이 구비될 수 있다.

로커암(412)은 감속기(411)의 출력축(411a)에 일 측이 결합되고, 타 측이 감속기(411)의 출력축을 벗어난 지점에 볼 조인트(414)가 마련된다. 볼 조인트(414)는 로커암(412)의 타 측 상에서 스냅링(414a)에 의해 고정될 수 있다. 로커암(412)은 감속기(411)의 출력축(411a)을 중심으로 회전하여 토크암(413)을 설정된 각도 범위에서 회전시킬 수 있다.

토크암(413)은 일 측이 로워암 샤프트(310)의 일 단부에 결합되어 로워암 샤프트(310)를 중심으로 회동 가능하도록 고정된다. 또한, 토크암(413)은 타 측이 로커암(412)의 볼 조인트(414)와 간섭되도록 연결된다.

이때, 토크암(413)에 로커암(412)의 볼 조인트(414)가 삽입되는 관통홀(415)은 장공 형상으로 이루어져 로커암(412)이 회전하면서 볼 조인트(414)가 이동하는 반경 위치에 대응할 수 있다. 로커암(412)의 볼 조인트(414)와 토크암(413)의 관통홀 사이에는 이들의 마찰을 저감시키는 부시(414b)가 마련될 수 있다.

도 24는 도 22에 나타낸 지상고 조절장치가 작동되는 상태를 도시하는 참고도이고, 도 25는 도 24에 나타낸 지상고 조절장치가 압축 상태에서 중립 상태로 변화하는 과정을 도시하는 참고도이다.

도 24(a)를 참조하면, 지상고 조절장치(400)는 중립 상태인 경우 로커암(412)의 볼 조인트(414)와 로워암 샤프트(310)의 회전축 중심이 동일한 위치에 배치된다.

도 24(b)는 차량 바디의 지상고가 하강한 상태를 도시한다.

예컨대, 로커암(412)이 제1방향(시계 방향)으로 회전하면 이와 동시에 토크암(413)을 제1방향으로 회전시켜 차륜(W)을 상승시킴으로써 차량 바디의 지상고를 차륜(W) 높이 대비 상대적으로 하강시킬 수 있다. 즉, 토크암(413)이 제1방향으로 회전하면 이와 동시에 로워암 샤프트(310)가 제1방향으로 회전하게 된다. 이때 로워암 샤프트(310)의 회전에 의해서 한 쌍의 내부 캠(322a, 322b)이 서로 이격되도록 이동하여 스프링(325)이 인장되었다가 인장력이 로워 암(140)의 제1방향 회전을 유도함으로써 차륜(W)에 대하여 상대적으로 차량 바디의 지상고가 하강하게 된다.

도 24(c)는 차량 바디의 지상고가 상승한 상태를 도시한다.

예컨대, 로커암(412)이 제2방향(반시계 방향)으로 회전하면 이와 동시에 토크암(414)을 제2방향으로 회전시켜 차륜(W)을 하강시킴으로써 차량 바디의 지상고를 차륜(W) 높이 대비 상대적으로 상승시킬 수 있다. 즉, 토크암(413)이 제2방향으로 회전하면 이와 동시에 로워암 샤프트(310)가 제2방향으로 회전하게 된다. 이때 로워암 샤프트(310)의 회전에 의해서 한 쌍의 내부 캠(322a, 322b)이 서로 인접하도록 이동하여 스프링(325)이 압축되었다가 차량 중량을 지지하기 위하여 스프링(325)이 초기 길이로 인장되면서 로워 암(140)의 제2방향 회전을 유도함으로써 차륜(W)에 대하여 상대적으로 차량 바디의 지상고가 하강하게 된다.

도 25(a)에 도시된 바와 같이, 토크암(413)이 제1방향으로 회전하여 차륜(W)을 상승시키면, 상대적으로 지상고가 낮아지게 된다.

또한, 도 25(b)에 도시된 바와 같이, 도 25(a)의 상태에서 토크암(413)이 제2방향으로 회전하여 차륜(W)을 하강시키면 차량 바디의 지상고를 차륜(W) 높이 대비 상대적으로 상승시킬 수 있다.

도 26은 도 22에 나타낸 지상고 조절장치가 작동되는 상태를 도시하는 정면도이다.

도 26(a)는 일반적인 차량의 차륜이 경사면에서 진행하는 상태를 나타내며, 도 26(b)는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 지상고 조절장치(400)를 이용하여 경사면에서 지상고와 캠버가 조절된 상태로 차량이 운행되는 상태를 도시한다.

도 26(a)의 상태에서는 차륜(W)이 경사면 방향과 평행하게 배치되기 때문에 우하향 경사면을 따라서 차량이 아래쪽으로 밀릴 수 있다. 그러나, 도 26(b)의 상태에서는 경사면의 방향과 상관 없이 차륜의 캠버를 조절함으로써, 우하향 경사면을 따라서 차량이 아래쪽으로 밀리는 것을 최소화 할 수 있다.

또한, 도 26(b)의 상태로 차량이 운행되면, 좌측 차륜(W1)이 상승하고, 우측 차륜(W2)이 하강하여 좌측의 서브 프레임과 우측의 서브 프레임을 잇는 바디(body)가 장착되는 영역이 수평면과 평행한 상태를 유지할 수 있기 때문에 승차감이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

도 26(b)의 상태는 예컨대, 차량용 지상고 조절장치의 좌측 차륜(W1)이 상승하고 우측 차륜(W2)이 하강하도록 작동하고, 앞서 설명한 차량용 자세 제어장치(도 2 참조, 200)의 제1액추에이터(도 4 참조, 110)와, 제2액추에이터(도 4 참조, 120)가 각각 압축 및 인장되도록 작동하면서 구현될 수 있다.

도 27은 도 18에 나타낸 근접센서를 도시하는 부분 확대도이고, 도 28은 도 27에 나타낸 근접센서가 차량의 지상고를 감지하는 상태를 도시하는 참고도이다.

도 27을 참조하면, 차량용 지상고 조절장치(400)는 로워암(140)의 회전 상태를 측정하는 근접센서(420)를 포함한다.

근접센서(420)는 자기 플레이트(421)와 홀 센서(hall sensor)(424)를 포함한다.

자기 플레이트(421)는 로워 암(140)의 제2체결부(142) 또는 제3체결부(143) 외측면에 배치되며, 본 실시예에서는 제3체결부(143)의 외측면에 배치된 것을 일 예로써 설명한다.

자기 플레이트(421)는 제3체결부(143)의 외측면 상에서 로워암 샤프트(310)가 관통되는 홀(도 18 참조, 144) 주변에 결합되며, 홀(144)의 상부에 배치되는 상부 자기 플레이트(422)와, 홀(144)의 하부에 배치되는 하부 자기 플레이트(423)를 포함한다.

이때, 상부 및 하부 자기 플레이트(422, 423)는 홀(144)을 중심으로 서로 상하방향으로 이격 배치되며, 대칭 구조의 호(弧) 형상으로 이루어진다.

홀 센서(424)는 서브 프레임(130)의 외측에 결합되되, 서브 프레임(130)을 관통하여 자기 플레이트(421)와 인접하게 배치된다. 홀 센서(424)는 상부 자기 플레이트(422)의 일 단부에 대응하도록 배치되는 제1센서(425)와, 하부 자기 플레이트(423)의 일 단부에 대응하도록 배치되는 제2센서(426)를 포함한다.

예컨대, 도 28(a)와 같이, 자기 플레이트(421)와 홀 센서(424)가 서로 중첩되지 않으면, 서브 프레임(130) 상에서 로워 암(140)이 중립 상태로 배치된다.

또한, 도 28(b)를 기준으로, 서브 프레임(130) 상에서 로워 암(140)이 반시계 방향으로 회전(범프 상태)할 때, 제2센서(426)는 하부 자기 플레이트(423)와 중첩되도록 배치되고, 제1센서(425)는 상부 자기 플레이트(422)와 하부 자기 플레이트(423) 사이의 이격 공간(427)에 배치될 수 있다.

그리고, 도 28(c)와 같이, 서브 프레임(130) 상에서 로워 암(140)이 시계방향으로 회전(리바운드 상태)할 때, 제1센서(425)는 상부 자기 플레이트(422)와 중첩되도록 배치되고, 제2센서(426)는 상부 자기 플레이트(422)와 하부 자기 플레이트(423) 사이의 이격 공간(427)에 배치될 수 있다.

물론, 홀 센서(424) 중 어느 하나가 자기 프레임(421)과 중첩되도록 배치될 때 발생된 전압을 차량의 제어부로 전송하여 차륜(W)이 범프 또는 리바운드 된 상태를 판단할 수 있고, 또한 차량의 지상고를 파악할 수 있다.

예컨대, 앞서 설명한 리니어 엔코더(도 18 참조, 330)와 근접센서(420)를 이용하면, 로워 암(140) 및 차륜(W)이 서브 프레임(130)으로부터 회전한 각도 또는 중립 상태의 기준선으로부터 차량 바디가 상대적으로 승강한 높이를 확인할 수도 있다.

도 29는 도 22에 나타낸 지상고 조절장치를 통하여 충격을 흡수하는 과정을 도시하는 참고도이다.

도 29(a)는 능동 충격흡수 제어(예측 제어)를 예시적으로 도시한다.

도 29(a)를 참조하면, 차량(V)의 진행방향에 구비된 센서들(S)을 통해서 지면(G)을 스캔하여 지면(G) 형상에 따른 스캐닝 데이터를 제어부에 전송하면, 제어부는 차량용 지상고 조절장치(400)를 통하여 지상고를 능동적으로 제어함으로써 지면 충격을 흡수할 수 있다.

예컨대, 전방 지면(G)에 요철(B)이 감지되면, 제어부는 차량 속도 데어터, 요철(B)의 형상이나 높이 데이터를 기반으로 분석한 후, 요철(B)에 차륜(W)이 접촉하는 순간 차량용 지상고 조절장치(400)를 통하여 차륜(W)을 상승시킬 수 있다. 또한, 요철(B)의 최고점으로부터 지면(G) 방향으로 차륜(W)과 요철(B)의 접촉이 해제되는 시점까지 제어부는 지상고 조절장치(400)를 통하여 차륜(W)을 하강시킬 수 있다.

이렇게, 차량용 지상고 조절장치(400)를 통해서 차량의 지상고를 조절하면, 지면(G)의 형상에 따라서 차륜(W)의 높이는 변화하지만, 차량(V)의 바디 높이는 일정하게 유지할 수 있기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 29(b)는 반능동 충격흡수 제어를 예시적으로 도시한다.

도 29(b)를 참조하면, 차량(V)이 진행 중에 요철(B)과 접촉하면, 요철(B)의 형상에 따라서 로워 암(140)이 상승하면서 충격 흡수장치(300)의 스프링이 압축된다. 그리고, 리니어 엔코더는 충격 흡수장치의 스프링이 압축된 거리를 측정하여 제어부로 전송하고, 제어부는 지상고 조절장치(400)를 제어하여 스프링을 이완시킴으로써 스프링의 중립 상태를 유지할 수 있다. 이어서, 요철(B)의 최고점으로부터 지면(G) 방향으로 차륜(W)과 요철(B)의 접촉이 해제되는 시점까지 제어부는 지상고 조절장치(400)를 통하여 인장된 스프링을 압축시킴으로써 충격 흡수장치(300)의 스프링이 중립 상태를 유지할 수 있다.

이렇게, 차량용 지상고 조절장치(400)를 통해서 스프링의 압축량 또는 인장량을 조절하면, 지면(G)의 형상에 따라서 차륜(W)의 높이 변화가 발생하는 크기에 비하여 차량의 바디 높이 변화가 발생하는 크기를 감소시킬 수 있기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 30은 도 1에 나태낸 차량용 독립 차륜 제어장치의 차륜에 구동력을 제공하는 다양한 실시예를 도시하는 참고도이다.

본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 각각의 차륜(W)을 독립적으로 제어할 수 있는 구조를 제공하며, 차륜(W)에 동력을 전달하는 구조 역시 다양한 구조로 적용할 수 있다.

도 30(a)는 도 2에 도시된 구조와 같이, 차량의 바디측에 인접하여 구동력을 제공하는 모터(MOTOR)나 엔진(ENGINE)이 장착될 수 있다. 이때, 모터를 통해서 구동력을 제공하는 경우라면, 서브 프레임(130) 또는 이와 인접한 영역에 모터(MOTOR)가 장착되고, 구동 샤프트(HS)가 모터와 차륜(W)을 연결할 수 있다.

도 30(b)는 모터로 구동력을 제공하는 예로써, 서브 프레임(130) 외측에 모터(MOTOR)가 장착된 구조를 나타낸다. 예컨대, 로워 암(140)과 액추에이터(110) 사이 영역에 모터(MOTOR)가 장착되고, 모터와 차륜(W)을 구동 샤프트(HS)로 연결할 수 있다. 이때, 모터(MOTOR)는 로워 암(140)의 상부나 서브 프레임(130)의 외측 상에 장착될 수 있다. 따라서, 서브 프레임(130) 내측의 공간 활용도가 증가하는 효과를 기대할 수 있다.

도 30(c)는 모터로 구동력을 제공하는 예로써, 인휠 모터(in wheel motor, IW)가 적용된 구조를 나타낸다. 인휠 모터(IW)가 적용되는 경우, 차륜(W)의 내측에 로터와 스테이터 등의 구동계와 브레이크 모듈이 모두 배치되기 때문에 공간 활용성이 증대되는 효과를 기대할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어장치에 의하면, 각 차륜을 독립적으로 조절할 수 있어 차량에 적용되는 경우 다양한 주행모드를 구현할 수 있고, 차륜의 캠버를 독립적으로 조절할 수 있어 차량의 자세를 조절할 수 있으며, 차량의 자세를 조절함으로써 주행성능 및 승차감을 향상시킬 수 있고, 구조를 간소화 하여 차량의 내부 공간을 증대시킴과 동시에 경량화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 독립 차륜 제어장치
100 : 차량용 조향장치
200 : 차량용 자세 조절장치
300 : 차량용 충격 흡수장치
400 : 차량용 지상고 조절장치

Claims

차량의 바디에 연결되는 서브 프레임;
구동륜의 상하 이동과 연동하여 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지는 로워 암;
상기 서브 프레임과 로워 암의 상대 회동에 따른 회전축을 이루는 로워 암 샤프트; 및
상기 로워 암 샤프트에 마련되어 상기 로워 암의 상대 회동에 따라서 구동륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 로워 암 샤프트는,
차량의 전/후 방향을 따라서 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 충격 흡수모듈은,
상기 로워 암 샤프트의 양 단부에 인접하도록 상기 로워 암에 각각 결합되고, 상기 로워 암 샤프트의 축방향에 대해서 경사지도록 복수개의 가이드홈이 외주면 상에 형성된 한 쌍의 외부 캠과,
경사진 상기 가이드홈에 삽입되는 복수개의 돌출부가 마련되어 상기 로워 암의 회동에 따라서 상기 로워 암 샤프트 상에서 서로 가까워지거나 멀어지도록 직선 이동하는 한 쌍의 내부 캠과,
각 상기 외부 캠의 외주면을 감싸도록 마련되는 외부 캠 쉴드와,
상기 외부 캠 쉴드의 외부를 감싸도록 배치되고, 각 상기 내부 캠이 직선 운동할 때 동시에 이동하는 한 쌍의 내부 캠 쉴드와,
상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드를 각각 탄력적으로 연결하여 상기 한 쌍의 내부 캠이 서로 가까워지는 경우 압축되거나 또는 상기 한 쌍의 내부 캠이 서로 멀어지는 경우 인장되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 3에 있어서,
상기 충격 흡수모듈은,
상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드 중 적어도 어느 하나와 연동하여 직선 운동하면서 상기 스프링의 압축응력 또는 인장응력을 적어도 일부 흡수하는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 3에 있어서,
상기 충격 흡수모듈은,
상기 구동륜이 상승할 때 상기 스프링이 압축되고, 상기 구동륜이 하강할 때 상기 스프링이 인장되는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 3에 있어서,
상기 한 쌍의 내부 캠 쉴드를 서로 연결하여 상기 충격 흡수모듈의 작동상태를 검출하는 리니어 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.
청구항 6에 있어서,
상기 리니어 엔코더는,
일 측의 상기 내부 캠 쉴드에 고정되는 레일과,
타 측의 내부 캠 쉴드에 고정되어 상기 로워 암 샤프트의 축방향을 따라서 상기 레일 내부에서 상대 이동하는 스케일과,
상기 레일에 고정되어 상기 레일로부터 스케일이 상대 이동하는 거리를 감지하는 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충격 흡수장치.