KR100726569B1

KR100726569B1 - 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치

Info

Publication number: KR100726569B1
Application number: KR1020050122754A
Authority: KR
Inventors: 김영광
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-11

Abstract

본 발명은 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치에 관한 것으로, 1개의 액츄에이터를 이용해 양쪽 차륜을 동시에 제어하면서 AGCS 기능을 구현하여, AGCS 제조 비용을 크게 저감시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 능동제어 현가장치가 통상적인 현가장치를 이루는 구성요소를 차륜(W)쪽으로 체결하는 캐리어(C)를 통해 토우 각을 조정하는 토우제어수단(1)이,

차량 주행 상태에 따른 각종 센서의 신호를 입력받는 ECU에 의해 제어되어 구동력을 발생하는 액츄에이터(2)와, 상기 액츄에이터(2)의 구동에 따라 각각 좌·우측 차륜(LW,RW)쪽으로 이동되는 제1·2리드스크류(5,6), 상기 제1·2리드스크류(5,6)에 링크(8)를 매개로 연결되어 제1·2리드스크류(5,6)의 직선 운동을 각 운동으로 변환하는 제어레버(9) 및 상기 제어레버(9)의 각 운동 방향에 따라 당겨지거나 밀려나가면서 캐리어(C)를 조작해 토우 각을 조정하는 어시스트암(10)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치{Active Geometry Control Suspension using single actuator in vehicle}

도 1은 본 발명에 따라 능동 제어 현가장치의 단일 액츄에이터를 이용한 제어 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 제어 신호 발생장치의 세부 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 토우제어수단 2 : 액츄에이터

2a : 아마추어 2b : 정류자

3 : 엔코더유니트 3a : 홀아이씨 하우징

3b : 엔코더 3c : 다극착자자석원판

4 : 모터축 5,6 : 제1·2리드스크류

5a,6a : 리드스크류축 5b,6b : 이동로드

5c,6c : 로드하우징 7 : 리미트스위치유니트

7a : 리미트센서 7b : 링마그네틱

7c : 리테이너 7d : 스페이서

8 : 링크 9 : 제어레버

10 : 어시스트암

C : 캐리어

LW : 좌측 차륜 RW : 우측 차륜

본 발명은 능동제어 현가장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양쪽 차륜을 단일 액츄에이터를 이용하여 제어 할 수 있도록 된 능동제어 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 노면으로의 충격 외에도 구동력, 제동력, 원심력 등 다양한 힘이 동시에 작용하여 차량의 상·하방향으로의 진동인 범프·바운싱(bump·bouncing), 차량의 좌우로의 진동인 러칭(lurching), 차량의 전·후로 진동하는 서징(surging), 상·하방향의 축을 중심으로 회전하는 요잉(Yawing), 좌·우방향의 축을 중심으로 회전하는 피칭(Pitching) 및 전·후방향의 축을 중심으로 회전하는 롤링(rolling) 등의 진동을 받게 된다.

이에 따라, 노면으로부터 발생하게 되는 진동을 흡수하기 위한 수단으로 1차적으로는 차륜을 통해 완화시킴과 더불어 차륜을 통해 전달되는 큰 진동을 완충시키는 작용을 해 차체의 흔들림과 승차감을 좋게 하기 위해 현가장치가 설치되는데, 이와 같은 현가장치는 차체와 휠 사이를 연결하면서 상·하방향으로 작용하는 외력을 스프링과 쇽업서버를 이용해 지지함과 더불어 기타방향으로는 높은 강성과 유연 성을 적절히 조화시켜 차체와 휠 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시키는 기능을 수행하게 된다.

또한, 현가장치가 장착된 전·후 양쪽 차륜은 차량의 주행시 조종성 및 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조건을 만족시켜야만 하므로, 통상적으로 차량의 선회시 언더스티어(Understeer)를 유도하기 위하여 전륜의 경우 선회 외륜(범프되는 쪽)은 토우-아웃(Toe-Out)을 주고 선회 내륜(리바운드되는 쪽)은 토우-인(Toe-In)을 주며, 후륜의 경우 선회 외륜(범프되는 쪽)은 토우-인(Toe-In)을 주고 선회 내륜(리바운드되는 쪽)은 토우-아웃(Toe-Out)을 주어 안정성을 유지하게 된다.

그런데, 이와 같이 토우 각이 변화되면 범프·리바운드시 토우 각의 변화가 커지게 되어 직진 안정성이 나빠지게 되고, 특히 선회 제동시 후륜의 선회하는 외륜은 리바운드가 되면서 토우-아웃쪽으로 움직이기 때문에 갑자기 오버스티어(oversteer)의 경향을 보이게 되고, 이는 차량의 안정성을 저해하게 되므로 차량의 주행 상태 변화에 따라 전·후륜에 적절히 토우-인 및 토우-아웃이 인가되도록 해 언더스티어를 용이하게 유도시켜 직진·제동 안정성 은 물론 선회 안정성도 동시에 향상시켜 주어야 만 함은 물론이다.

이를 달성하기 위한 한 예로서, 능동제어 현가장치인 AGCS(Active Geometry Control Suspension)를 사용하는데, 상기 AGCS는 전기적으로 작동되는 엑츄에이터를 이용해 리어 현가장치의 지오메트리(Geometry)를 변경하고 결과적으로 선회 시, 롤 스티어(Roll Steer)정도를 증대시켜 차량 핸들링(Handling) 성능을 대폭적으로 개선시켜주는 기능을 해주게 된다.

즉, 선회 시 리어 외륜 측의 롤 스티어(Roll Steer)량(즉, 토우 인(Toe In))을 AGCS가 작동하지 않을 때 보다 훨씬 많이 발생되도록 하여 선회시의 리어측 코너링 포스(Cornering Force)를 증가시켜, 차량 특성이 언더 스티어(Under Steer)경향이 되게끔 하여 핸들링 성능을 개선시키는 기능을 수행한다.

그러나, 이와 같은 AGCS는 현재의 차속과 조향각 및 조향 각속도등에 대한 정보를 가지고 선회 시, 외륜과 내륜에 대해 각각 변화를 주도록 독립적으로 작동되는 외륜과 내륜 제어용 액츄에이터(Actuator)가 기본적으로 2개를 이용하여야 만 하고, 이는 결국 엑추에이터에 의한 비용 증가를 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 1개의 액츄에이터를 이용해 양쪽 차륜을 동시에 제어하면서 AGCS 기능을 구현하여, AGCS 제조 비용을 크게 저감시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 능동제어 현가장치가 캐리어를 통해 차륜(W)쪽으로 일단이 연결되는 차체 길이방향으로 배치된 트레일링 아암과 차폭방향으로 배치된 어퍼 컨트롤 아암 및 스프링과 쇽 업소오버로 이루어진 스트러트어셈블리로 이루어진 현가장치와;
차량 주행 상태에 따른 각종 센서의 신호를 입력받는 ECU에 의해 제어되어 구동력을 발생하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터인 모터를 통해 서로 반대로 회전되어져 좌·우측 차륜쪽으로 각각 이동되는 제1·2리드스크류, 상기 액츄에이터의 구동 시 모터의 회전각을 측정하여 제1·2리드스크류의 이동 변위를 측정하는 엔코더유니트, 상기 제1리드스크류의 위치 상태를 판단하도록 제1리드스크류의 이동 변위에 따른 출력을 발생하는 리미트스위치유니트, 상기 제1·2리드스크류에 링크를 매개로 연결되어 제1·2리드스크류의 직선 운동을 각 운동으로 변환하는 제어레버 및 상기 제어레버의 각 운동 방향에 따라 당겨지거나 밀려나가면서 캐리어를 조작해 토우 각을 조정하는 어시스트암으로 이루어진 토우제어수단;
으로 이루어진 토우제어수단;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 능동 제어 현가장치의 단일 액츄에이터를 이용한 제어 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 AGCS(Active Geometry Control Suspension)는 캐리어(C)를 통해 차륜(W)쪽으로 일단이 연결되는 차체 길이방향으로 배치된 트레일링 아암과 차폭방향으로 배치된 어퍼 컨트롤 아암 및 스프링과 쇽 업소오버로 이루어진 스트러트어셈블리로 이루어진 현가장치와, 차량 주행 상태에 따른 각종 센서의 신호를 이용하여 단일 액츄에이터를 구동해 좌·우측 차륜(LW,RW)에 구비된 캐리어(C)를 안 쪽으로 잡아당기거나 바깥쪽으로 밀어, 선회 시 좌·우측 차륜(LW,RW)의 토우 각 조정을 동시에 수행하는 토우제어수단(1)으로 구성되어진다.

여기서, 상기 토우제어수단(1)은 차량 주행 상태에 따른 각종 센서의 신호를 입력받는 ECU에 의해 제어되어 구동력을 발생하는 액츄에이터(2)와, 상기 액츄에이터(2)의 구동에 따라 각각 좌·우측 차륜(LW,RW)쪽으로 이동되는 제1·2리드스크류(5,6), 상기 제1·2리드스크류(5,6)에 링크(8)를 매개로 연결되어 제1·2리드스크류(5,6)의 직선 운동을 각 운동으로 변환하는 제어레버(9) 및 상기 제어레버(9)의 각 운동 방향에 따라 당겨지거나 밀려나가면서 캐리어(C)를 조작해 토우 각을 조정하는 어시스트암(10)으로 구성되어진다.

이때, 상기 액츄에이터(2)는 ECU의 제어 신호에 따라 회전되도록 아마추어(2a)와 정류자(2b)로 이루어진 모터이며, 상기 아마추어(2a)와 정류자(2b)는 제1·2리드스크류(5,6)에 구동력을 전달하는 모터축(4)이 관통되어진다.

또한, 상기 제1·2리드스크류(5,6)는 모터축(4)으로부터 회전력을 전달받는 리드스크류축(5a,6a)과, 상기 리드스크류축(5a,6a)을 감싸 직선이동되면서 끝 부위에 링크(8)가 체결되는 이동로드(5b,6b) 및 상기 이동로드(5b,6b)를 감싸 수용하는 로드하우징(5c,6c)으로 이루어진다.

이때, 상기 제1·2리드스크류(5,6)는 한 방향으로 만 회전되는 모터축(4)에 연결되어 있으므로, 제1리드스크류(5)가 정회전되면 제2리드스크류(6)는 역회전되도록 이루어진다.

한편, 상기 토우제어수단(1)은 도 2에 도시된 바와 같이 작동 시 정확한 위치 제어를 위한 제어수단을 구비하는데, 즉 초기 위치를 확인하는 기능을 구현하기 위해 액츄에이터(2)의 구동 시 모터의 회전각을 측정하여 제1·2리드스크류(5,6)의 이동 변위를 추정하는 엔코더유니트(3)와, 작동을 시작할 때 캐리어(C)의 위치에 따른 토우 각의 제어시 요구되는 이동 변위 정도와 페일-세이프(Fail-Safe) 기능을 구현하도록 제1리드스크류(5)의 위치 상태를 이동 변위에 따른 출력으로 발생하는 리미트스위치유니트(7)로 구성되어진다.

여기서, 상기 엔코더유니트(3)는 홀IC(Hall-IC)를 내장하면서 액츄에이터(2)를 이루는 정류자(2b)를 감싸는 홀아이씨 하우징(3a)과, 모터축(4)이 회전될 때 함께 회전되어 홀IC에서 펄스(Pulse)신호를 발생하도록 하는 다극착자자석원판(3c) 및 상기 홀IC에서 발생되는 펄스(Pulse)신호를 계수하여 모터축(4)의 회전각을 측정하는 엔코더(3b)로 이루어진다.

이때, 상기 엔코더유니트(3)의 신호는 ECU로 전송되어 토우제어수단(1)의 작동 시, 모터축(4)의 회전각에 따른 제1·2리드스크류(5,6)의 이동 정도를 확인하는데 이용됨은 물론이다.

또한, 상기 리미트스위치유니트(7)는 직선 이동되는 제1리드스크류(5)의 이동 위치를 3단계로 측정하는 리미트센서(7a)와, 제1리드스크류(5)의 이동에 따라 함께 이동되는 리테이너(7c)를 이용하여 고정되어져 상기 리미트센서(7a)와의 위치에 따라 파형을 출력하는 링마그네틱(7b) 및 상기 리테이너(7c)의 위치를 구속하는 스페이서(7d)로 이루어진다.

여기서, 상기 리미트센서(7a)가 측정하는 3단계는 O단계 : 중립위치, LH단계 : 좌측차륜쪽으로 이동된 위치, RH단계 : 우측차륜쪽으로 이동된 위치등으로 구별되며, 또한 상기 O단계는 스위치(Switch)방식의 홀 IC를 이용하는 반면, LH와 RH단 계는 래치(Latch)방식의 홀 IC를 이용하게 되고, 이에 따라 도 2(나)에 도시된 바와 같이 각각 출력 파형이 다르게 형성되어진다.

또한, 상기 링마그네틱(7b)은 영구자석을 이용하게 된다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 차량의 주행중 범프와 리바운드 및 선회등과 같이 차량 자세 변화가 발생되어 보다 안정적인 주행 상태의 유지를 위해 좌·우차륜(LW,RW)의 토우 각을 조정할 필요가 있을 때 토우제어수단(1)이 작동되는데 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 차속과 조타 가속도 및 조타각에 대한 측정 신호를 ECU가 미리 입력되어진 데이터와 비교해 차량의 주행 상태 변화와 더불어 토우 각의 변화 필요성을 판단하게 되면, 상기 ECU가 제어 신호(차륜(W)을 토우-인 이나 토우-아웃 시키기 위한 신호)를 액츄에이터(2)에 전송하게 된다.

이어, 상기 ECU의 제어신호를 받은 액츄에이터(2)인 모터가 정회전이나 또는 역회전하게 되고, 상기 액츄에이터(2)의 회전에 대해 모터축(4)에 각각 연결된 제1·2리드스크류(5,6)가 반대 방향으로 회전 즉, 제1리드스크류(5)가 정회전되면 제2리드스크류(6)는 역회전되어진다.

이와 같이, 상기 제1·2리드스크류(5,6)가 각각 반대 방향으로 회전되면 링크(8)를 매개로 체결된 제어레버(9)가 각 운동 즉, 예를 들어 좌측차륜(LW)의 캐리어(C)가 당겨지는 경우 제어레버(9)가 안쪽으로 당겨지도록 회전되고, 우측차륜(RW)의 캐리어(C)가 밀리는 경우 제어레버(9)가 바깥쪽으로 나가도록 회전되며, 이 에 따라 상기 제어레버(9)가 고정된 어시스트암(10)이 각각 좌측차륜(LW)의 캐리어(C)를 안쪽으로 당기고, 우측차륜(RW)의 캐리어(C)를 바깥쪽으로 밀어내면서, 각 좌측차륜(LW)과 우측차륜(RW)의 토우 각을 조정하게 된다.

이에 따라, 차량의 주행 상태에 따른 주행 특히, 선회 시 조종 안정성을 향상하는 차륜의 토우각이 조정되어진다.

한편, 본 발명의 토우제어수단(1)은 초기 작동 시에나 또는 차량 주행 상태 변화에 따른 토우 각 조정이 변화되는 경우에, 액츄에이터(2)를 구동하는 ECU는 보다 안정적이고 정확한 조정을 위해 엔코더유니트(3)와 리미트스위치유니트(7)를 통해 토우제어수단(1)의 상태를 판단하여 작동시켜 주게 된다.

즉, 상기 엔코더유니트(3)가 액츄에이터(2)의 회전각을 측정하여 ECU로 전송하는데 예를 들어, 상기 액츄에이터(2)가 구동되어 모터축(4)이 회전하면, 도 2(가)에 도시된 바와 같이 상기 액츄에이터(2)를 이루는 정류자(2b)를 감싸는 홀아이씨 하우징(3a)에 구비된 홀IC(Hall-IC)가 모터축(4)과 함께 회전되는 다극착자자석원판(3c)의 회전에 따라 홀IC에서 펄스(Pulse)신호가 발생되고, 상기 홀IC에서 발생된 펄스(Pulse)신호를 엔코더(3b)가 계수하여 ECU로 전송하게 된다.

이에 따라, 상기 엔코더(3b)에 의해 계수된 홀 IC의 펄스(Pulse)신호를 통해 ECU는 모터축(4)의 회전각을 판단하게 되고, 이는 상기 ECU가 토우제어수단(1)을 작동할 때나 멈출 때 제1·2리드스크류(5,6)의 이동 변위 정도를 정확히 추정하고 판단한 상태에서, 액츄에이터(2)를 정밀하게 제어하는 판단기준으로 이용되어진다.

또한, 상기 리미트스위치유니트(7)는 도 2(가)에 도시된 바와 같이, 리미트센서(7a)가 액츄에이터(2)의 구동에 따라 축 방향 이동되는 제1리드스크류(5)의 이동 정도를 3단계로 구분하게 되는데 이는, 상기 제1리드스크류(5)와 함께 이동되는 링마그네틱(7b)의 이동 정도에 따라 리미트센서(7a)에서 O단계(중립위치)와, LH단계(좌측 차륜쪽으로 이동된 위치) 및 RH단계(우측 차륜쪽으로 이동된 위치)에 대한 파형을 출력하게 된다.

이와 같은, 상기 리미트센서(7a)의 3단계 출력 파형은 도 2(나)에 도시된 바와 같이, 각 단계에 따라 출력 파형이 다르므로 ECU에서는 제1리드스크류(5)의 이동 상태를 정확히 판단하게 되고, 이는 상기 ECU가 토우제어수단(1)을 작동시킬 때 액츄에이터(2)의 구동 정도를 정확히 제어하는데 이용하게 되므로, 차량의 주행 상태에 따라 최적으로 양쪽 차륜의 토우각을 조정하여 항상 최상의 조종 안정성을 유지하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 액츄에이터에서 발생된 구동력을 서로 반대로 조작해야 하는 양쪽 차륜의 토우각을 조정하도록 되어, 토우각 조정을 위해 사용되는 액츄에이터를 1개만 사용할 수 있어 제조 비용이 절감됨은 물론, 좌·우측 차륜에 대한 동시 제어를 수행해 조정 안정성도 향상할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

캐리어(C)를 통해 차륜(W)쪽으로 일단이 연결되는 차체 길이방향으로 배치된 트레일링 아암과 차폭방향으로 배치된 어퍼 컨트롤 아암 및 스프링과 쇽 업소오버로 이루어진 스트러트어셈블리로 이루어진 현가장치와;

차량 주행 상태에 따른 각종 센서의 신호를 입력받는 ECU에 의해 제어되어 구동력을 발생하는 액츄에이터(2)와, 상기 액츄에이터(2)인 모터를 통해 서로 반대로 회전되어져 좌·우측 차륜(LW,RW)쪽으로 각각 이동되는 제1·2리드스크류(5,6), 상기 액츄에이터(2)의 구동 시 모터의 회전각을 측정하여 제1·2리드스크류(5,6)의 이동 변위를 측정하는 엔코더유니트(3), 상기 제1리드스크류(5)의 위치 상태를 판단하도록 제1리드스크류(5)의 이동 변위에 따른 출력을 발생하는 리미트스위치유니트(7), 상기 제1·2리드스크류(5,6)에 링크(8)를 매개로 연결되어 제1·2리드스크류(5,6)의 직선 운동을 각 운동으로 변환하는 제어레버(9) 및 상기 제어레버(9)의 각 운동 방향에 따라 당겨지거나 밀려나가면서 캐리어(C)를 조작해 토우 각을 조정하는 어시스트암(10)으로 이루어진 토우제어수단(1);

으로 구성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제1·2리드스크류(5,6)는 모터축(4)으로부터 회전력을 전달받아 서로 반대 방향으로 회전되는 리드스크류축(5a,6a)과, 상기 리드스크류축(5a,6a)을 감싸 직선이동되면서 끝 부위에 링크(8)가 체결되는 이동로드(5b,6b) 및 상기 이동로드(5b,6b)를 감싸 수용하는 로드하우징(5c,6c)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 엔코더유니트(3)는 홀IC(Hall-IC)를 내장하면서 액츄에이터(2)를 이루는 정류자(2b)를 감싸는 홀아이씨 하우징(3a)과, 모터축(4)이 회전될 때 함께 회전되어 홀IC에서 펄스(Pulse)신호를 발생하도록 하는 다극착자자석원판(3c) 및 상기 홀IC에서 발생되는 펄스(Pulse)신호를 계수하여 모터축(4)의 회전각을 측정하는 엔코더(3b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
제 1항에 있어서, 상기 리미트스위치유니트(7)는 직선 이동되는 제1리드스크류(5)의 이동 위치를 측정하는 리미트센서(7a)와, 제1리드스크류(5)의 이동에 따라 함께 이동되는 리테이너(7c)를 이용하여 고정되어져 상기 리미트센서(7a)와의 위치에 따라 파형을 출력하는 링마그네틱(7b)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
제 6항에 있어서, 상기 리미트센서(7a)는 O단계 : 중립위치, LH단계 : 좌측차륜쪽으로 이동된 위치, RH단계 : 우측차륜쪽으로 이동된 위치등의 3단계로 측정하는 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
제 7항에 있어서, 상기 O단계는 스위치(Switch)방식의 홀 IC를 이용하고, 상기 LH와 RH단계는 래치(Latch)방식의 홀 IC를 이용하는 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.
제 6항에 있어서, 상기 링마그네틱(7b)은 영구자석인 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터를 이용한 능동제어 현가장치.