KR20230171261A - 차량의 현가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현가장치의 차체측에 고정된 영구자석; 상기 영구자석의 하측에, 상기 현가장치를 구성하는 현가스프링을 이용하여 구성된 전자석; 상기 전자석에 제공될 전력을 공급하는 전기원; 차량의 주행 상황에 따라, 상기 전기원에서 상기 전자석으로 공급되는 전력을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 현가 시스템{SUSPENSION SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 현가 시스템에 관한 기술이다.

차량은 지면에 접촉하는 휠에 대해 차체를 지지하고, 주행 중 노면으로부터 입력되는 각종 충격이 차체로 직접 전달되지 않고 완충될 수 있도록 하는 현가 장치가 구비된다.

상기 현가장치는 주로 탄성력을 제공하는 현가스프링과 댐핑력을 제공하는 쇽업소버를 차체와 휠 사이에 병렬적으로 배치하여 구성함으로써, 노면으로부터 휠을 통해 입력되는 각종 충격 및 진동에 대해, 탄성력과 댐핑력으로 완충함과 아울러 신속한 진동감쇄가 이루어질 수 있도록 한다.

일반적인 현가장치는 일정한 탄성력을 가진 현가스프링과 일정한 댐핑력을 제공하는 쇽업소버로 구성되므로, 차량의 주행에 따라 급변하는 노면 상황에 최적화된 현가 시스템 성능을 제공하기 어렵다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1983921 B1

본 발명은 차량의 현가 시스템을 구성하는 현가스프링의 탄성력을 가변할 수 있도록 하여, 차량이 주행하는 도로 상황의 변화에 최적화된 현가작용을 제공함으로써, 차량의 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 향상시키고, 쾌적하고 편안한 승차감을 형성할 수 있도록 한 차량의 현가 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 현가 시스템은,

현가장치의 차체측에 고정된 영구자석;

상기 영구자석의 하측에, 상기 현가장치를 구성하는 현가스프링을 이용하여 구성된 전자석;

상기 전자석에 제공될 전력을 공급하는 전기원;

차량의 주행 상황에 따라, 상기 전기원에서 상기 전자석으로 공급되는 전력을 제어하는 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 현가스프링은,

상기 전자석을 구성하며 상대적으로 강한 강성을 가지는 로워스프링;

상대적으로 약한 강성을 가지고, 상기 로워스프링의 상측에 직렬로 설치되는 어퍼스프링;

으로 구성될 수 있다.

상기 로워스프링의 상단과 상기 어퍼스프링의 하단 사이에는 인슐레이터가 구비될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 어퍼스프링의 내측에서, 상기 현가장치를 구성하는 쇽업소버의 스트럿바 외측에 고정될 수 있다.

상기 전자석은 상기 로워스프링의 선재를 따라 감긴 코일권선을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전기원은 차량에 탑재된 고전압배터리와, 상기 고전압배터리보다 출력전압이 낮은 저전압배터리로 이루어질 수 있다.

상기 컨트롤러는 차량의 주행 상황에 따라 상기 고전압배터리와 저전압배터리를 선택적으로 상기 전자석의 코일권선 양단에 연결시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명은 차량의 현가 시스템을 구성하는 현가스프링의 탄성력을 가변할 수 있도록 하여, 차량이 주행하는 도로 상황의 변화에 최적화된 현가작용을 제공함으로써, 차량의 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 향상시키고, 쾌적하고 편안한 승차감을 형성할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 현가 시스템의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 3은 본 발명의 전기원과 컨트롤러 및 코일권선의 연결관계를 설명한 블록도,
도 4는 본 발명 현가 시스템의 작용을 비교 설명한 도면,
도 5는 변위와 하중에 따른 본 발명 현가스프링의 특성을 설명한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 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 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

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

본 명세서에서, "포함한다" 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.

또한, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다.

제어기(Controller)는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 차량의 현가 시스템의 실시예는, 현가장치(1)의 차체측에 고정된 영구자석(3); 상기 영구자석(3)의 하측에, 상기 현가장치(1)를 구성하는 현가스프링(5)을 이용하여 구성된 전자석(7); 상기 전자석(7)에 제공될 전력을 공급하는 전기원(9); 차량의 주행 상황에 따라, 상기 전기원(9)에서 상기 전자석(7)으로 공급되는 전력을 제어하는 컨트롤러(11)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 차체측에 고정된 영구자석(3)과 상기 영구자석(3)의 하측에 구비되는 전자석(7)이 상호간에 인력 또는 척력을 발생시키도록 하여, 상기 현가스프링(5)의 특성을 차량의 주행 상황에 따라 가변시킴으로써, 차량의 NVH 특성을 향상시키고, 차량의 승차감을 더욱 편안하고 쾌적하게 확보할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 현가장치(1)는 차체와 휠 사이의 쇽업소버(13)와 현가스프링(5)으로 이루어진 구성이고, 상술한 바와 같이 본 발명의 현가 시스템은 상기 현가장치(1)에 더하여, 영구자석(3), 전자석(7), 전기원(9) 및 컨트롤러(11)를 포괄하는 구성으로 서로 구별되는 것이다.

본 발명의 현가 시스템에서, 상기 현가스프링(5)은, 상기 전자석(7)을 구성하며 상대적으로 강한 강성을 가지는 로워스프링(15); 상대적으로 약한 강성을 가지고, 상기 로워스프링(15)의 상측에 직렬로 설치되는 어퍼스프링(17)으로 구성된다.

따라서, 도 5에 예시한 바와 같이 하중과 변위가 비교적 작은 영역에서는 어퍼스프링(17)이 변형되면서 탄성력을 제공하게 되고, 하중과 변위가 더 큰 영역에서는 로워스프링(15)이 변형되면서 탄성력을 제공하게 된다.

한편, 상기 로워스프링(15)의 상단과 상기 어퍼스프링(17)의 하단 사이에는 인슐레이터(19)가 구비되어, 상기 로워스프링(15)과 어퍼스프링(17)의 연결상태를 구조적으로 안정되게 유지하면서, 상호간의 진동 절연을 도모하도록 한다.

참고로, 도 5에서, SU는 현가스프링(5) 중 어퍼스프링(17)의 특성을 나타내고, SL은 로워스프링(15)의 특성을 나타내며, A와 B는 상기 전자석(7)에 전력을 인가하는 경우의 현가스프링(5) 특성을 도시한 것으로서, A보다는 B의 경우에 더욱 큰 전력을 전자석(7)에 인가하여, 상기 전자석(7)과 영구자석(3) 사이에 발생하는 척력이 더욱 커진 상태를 나타내는 것이다.

본 실시예에서 상기 영구자석(3)은 상기 어퍼스프링(17)의 내측에서, 상기 현가장치(1)를 구성하는 쇽업소버(13)의 스트럿바(21) 외측에 고정된 구성이다.

여기서, 상기 스트럿바(21)는 상단이 어퍼커버(23)에 고정되고, 상기 어퍼커버(23)는 마운팅볼트(25)를 통해 차체에 고정되므로, 상기 영구자석(3)은 상기 스트럿바(21)와 어퍼커버(23)를 통해 차체에 고정되는 것이다.

본 실시예에서 상기 영구자석(3)은 상기 스트럿바(21) 외측에 삽입된 원통형 구조를 가지지만, 이외에도 하측의 전자석(7)과 자기력을 주고받을 수 있는 구조의 다른 형상으로 구비될 수도 있을 것이다.

한편, 상기 전자석(7)은 상기 로워스프링(15)의 선재를 따라 감긴 코일권선(27)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 로워스프링(15)의 선재가 상기 코일권선(27) 내부의 자기코어 역할을 수행함으로써, 함께 상기 전자석(7)을 구성하는 것이다.

상기 로워스프링(15)은 하측의 스프링시트(29)를 통해 쇽업소버(13)의 외통에 연결되고, 상기 쇽업소버(13)의 외통은 너클을 통해 휠에 연결되므로, 결과적으로 상기 전자석(7)과 영구자석(3)은 휠과 차체 사이에서 상호간에 자기력을 작용할 수 있는 상태가 되는 것이다.

도 4에 예시된 바와 같이, 상기 전자석(7)에 인가되는 전기의 방향에 따라, 상기 전자석(7)과 영구자석(3) 사이에는 인력 또는 척력이 발생하여, 상기 어퍼스프링(17)이 외부의 하중 이외에 상기 자기력에 의해서도 신축하는 것이다.

즉, 도 4의 중앙에 도시된 현가 시스템의 상태가 상기 전자석(7)에 전력을 제공하지 않는 기본상태라고 하면, 좌측의 상태는 상기 전자석(7)과 영구자석(3) 사이에 인력이 작용하도록 하여, 상기 어퍼스프링(17)이 상대적으로 수축된 상태를 나타내고, 우측의 상태는 상기 전자석(7)과 영구자석(3) 사이에 척력이 작용하도록 하여, 상기 어퍼스프링(17)이 상대적으로 신장된 상태가 되는 것이다.

물론, 상기와 같은 전자석(7)과 영구자석(3) 사이의 자기력에 의한 상기 어퍼스프링(17)의 신축은 상기 전자석(7)에 가해지는 전력의 크기에 따라서 비례적으로 변화하게 된다.

상기 전기원(9)은 차량에 탑재된 고전압배터리(31)와, 상기 고전압배터리(31)보다 출력전압이 낮은 저전압배터리(33)로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 저전압배터리(33)는 종래 내연기관 차량으로부터 계속 사용되고 있는 12V 출력전압의 배터리로 이해될 수 있으며, 상기 고전압배터리(31)는 하이브리드 차량이나 전기차 등에서 차량의 구동을 위해 사용하는 것으로서, 상기 12V 보다 상당히 높은 출력전압을 가진 배터리로 이해될 수 있다.

물론, 전기원(9)으로 상기 고전압배터리(31)나 저전압배터리(33) 중 어느 하나만을 사용할 수도 있을 것이다.

본 실시예에서, 상기 전기원(9)은 도 3에 예시된 바와 같이 고전압배터리(31)와 저전압배터리(33)로 이루어지고, 상기 컨트롤러(11)는 차량의 주행 상황에 따라 상기 고전압배터리(31)와 저전압배터리(33)를 선택적으로 상기 전자석(7)의 코일권선(27) 양단에 연결시킬 수 있도록 구성된다.

따라서, 상기 컨트롤러(11)가 상기 전자석(7)에 상기 고전압배터리(31)의 전력을 공급하면, 상기 저전압배터리(33)의 전력을 공급할 때 보다 더 큰 자기력이 발생하여, 상기 어퍼스프링(17)의 신축량은 더욱 커지게 된다.

따라서, 상기 컨트롤러(11)는 차량이 주행하는 도로가 험로이어서, 차량 현가 시스템이 감당해야할 충격 및 진동이 비교적 큰 경우에는 상기 고전압배터리(31)에서 제공되는 높은 전력을 상기 전자석(7)으로 제공하여, 상기 영구자석(3)과 전자석(7) 사이에 상대적으로 큰 인력과 척력이 발생하도록 하면서 노면에서 입력되는 충격 및 진동을 상쇄할 수 있도록 제어하고, 차량이 주행하는 도로가 포장도로와 같은 양호한 도로이어서, 현가 시스템이 감당해야할 충격 및 진동이 비교적 작은 경우에는 상기 저전압배터리(33)에서 제공되는 상대적으로 낮은 전력을 상기 전자석(7)으로 제공하도록 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 컨트롤러(11)는 정차 상태에서 탑승자의 승하차에 유리한 상태로 차고를 조절하는 기능을 상기 전자석(7)을 제어하여 구현할 수 있으며, 도어의 개폐에 따른 차체의 자세 변화에도 능동적으로 대응하여, 안정된 자세를 유지하도록 할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러(11)는 차량의 선회 주행시에 내측 현가 시스템과 외측 현가 시스템의 전자석(7)에 서로 다른 방향의 전력을 인가하여, 롤링을 억제하고 선회 주행 시 차량의 자세를 보다 안정된 상태로 확보하도록 할 수 있으며, 나아가 종래의 VDC(Vehicle Dynamic Control) 등과 통신을 통하여 통합적인 차량 자세제어로 차량의 주행 안정성을 더욱 크게 향상시키도록 할 수 있다.

물론, 상기 컨트롤러(11)는 상술한 바와 같은 제어를 수행하기 위해, 차량의 주행상태를 감지할 수 있는 다수의 센서들 및 차량 통신망에 연결된 구성을 가져야 할 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 현가장치
3; 영구자석
5; 현가스프링
7; 전자석
9; 전기원
11; 컨트롤러
13; 쇽업소버
15; 로워스프링
17; 어퍼스프링
19; 인슐레이터
21; 스트럿바
23; 어퍼커버
25; 마운팅볼트
27; 코일권선
29; 스프링시트
31; 고전압배터리
33; 저전압배터리

Claims (7)

1. 현가장치의 차체측에 고정된 영구자석;
   상기 영구자석의 하측에, 상기 현가장치를 구성하는 현가스프링을 이용하여 구성된 전자석;
   상기 전자석에 제공될 전력을 공급하는 전기원;
   차량의 주행 상황에 따라, 상기 전기원에서 상기 전자석으로 공급되는 전력을 제어하는 컨트롤러;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 현가스프링은,
   상기 전자석을 구성하며 상대적으로 강한 강성을 가지는 로워스프링;
   상대적으로 약한 강성을 가지고, 상기 로워스프링의 상측에 직렬로 설치되는 어퍼스프링;
   으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 로워스프링의 상단과 상기 어퍼스프링의 하단 사이에는 인슐레이터가 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 어퍼스프링의 내측에서, 상기 현가장치를 구성하는 쇽업소버의 스트럿바 외측에 고정된 것
   을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전자석은 상기 로워스프링의 선재를 따라 감긴 코일권선을 포함하여 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 전기원은 차량에 탑재된 고전압배터리와, 상기 고전압배터리보다 출력전압이 낮은 저전압배터리로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 컨트롤러는 차량의 주행 상황에 따라 상기 고전압배터리와 저전압배터리를 선택적으로 상기 전자석의 코일권선 양단에 연결시킬 수 있도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 현가 시스템.
   

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