KR20000060927A - 자동차용 능동 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노면에 대한 차량의 진동을 흡수하는 현가장치 중 성능이 우수한 능동 현가장치의 흡수성능 및 안정성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 능동 현가장치에 관한 것으로,

본 발명은 노면에 대한 진동을 흡수하는 스프링과 댐퍼인 능동 현가장치에 유압으로 제어하는 엑츄에이터를 직렬로 구성하여 현가장치의 성능향상 및 진동 흡수성능 향상 및 에너지와 전류소모를 크게 감소시키면서 안정성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 능동 현가장치{ACTIVE SUSPENSION FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 능동 현가장치에 관한 것으로, 특히 노면에 대한 차량의 진동을 흡수하는 현가장치 중 성능이 우수한 능동 현가장치의 흡수성능 및 안정성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 능동 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 능동 현가장치(Acitive suspension)는 스프링과 댐퍼 대신 공기압이나 유압으로 작동하는 액츄에이터를 사용하고, 각종 센서로 자동차와 노면의 상태를 감지하며, 컴퓨터로 이들의 움직임을 제어하여 현가장치의 역할을 하도록 되어 있다. 이와 같은 상기 능동 현가장치는 통상의 스프링과 댐퍼를 갖추고, 스프링 레이트나 댐퍼의 감쇠력을 가변하는 반 능동 현가장치(semi active suspension)와, 공기나 가스를 스프링으로 사용하는 저주파수 능동 현가장치 그리고 유압실린터와 서보만으로 작용하는 전 능동 현가장치(full active suspension)가 있는 바, 상기 능동 현가장치의 유압시스템 구동회로는 도 1 에 도시한 바와 같이 유량을 순환시키고, 압력을 발생시키는 유압펌프(1)와, 유량을 저장하는 유압탱크(2)와, 상기 유압펌프(1)에서 펌핑된 유량의 압력을 조절하여 고압일 때 유압탱크(2)로 귀환시키는 비례릴리프밸브(3)와, 상기 펌핑된 유량의 압력을 계시하는 압력계기(4)와, 상기 펌핑된 유량의 방향을 제어하는 온,오프제어밸브(5)와, 노면으로 부터의 작은 충격을 흡수하는 잔진동흡수탱크(6)와, 상기 유압실린더를 이용하여 유압으로 피스톤을 조절하는 댐퍼(7)와, 상기 가속도를 측정하는 가속도센서(8)와, 스프링(9)과, 차체의 높낮이를 측정하여 출력하는 차고센서(10)와, 상기 가속도센서(8)와 차고센서(10)에서 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기(11)와, 증폭기(11)에서 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기(12)와, 상기 A/D변환기(12)에서 변환된 디지털신호를 기설정된 프로그램으로 제어하여 출력하는 콘트롤러(13)와, 상기 콘트롤러(13)에서 출력된 디지털신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환기(14)와, 상기 D/A변환기(14)에서 변환된 아날로그신호를 증폭하여 상기 온/오프제어밸브(5)와, 비례릴리프밸브(3)에 맞는 전원으로 바꾸어 출력하는 증폭기(15)로 구성되게 된다.

이와 같이 구성되는 능동 현가장치의 유압시스템 구동회로는 엔진대신 모터로 유압펌프(1)를 작동하여 유압을 유압관을 통해서 유압실린더인 댐퍼(6)로 공급하게 되는데, 상기 유압펌프(1)에서 공급되는 유압에 대하여는 압력계기(4)에서 계시하고 감지하면서 공급하게 되고, 상기 공급되는 유압이 높게 되면 비례릴리프밸브(3)에서 유압탱크(2)로 귀환시킨다.

이어서 상기 공급되는 유압은 온/오프제어밸브(5)에 의하여 유압실린더인 댐퍼(7)로 방향 제어되고, 잔진동흡수탱크(6)에서는 댐퍼(7)에서 흡수할 수 없는 진동을 흡수한다.

그리고 노면에 의한 차량의 흔들림은 가속도센서(8)로 감지함과 아울러, 차고센서(10)로 감지하여 증폭기(11)로 신호를 보내 증폭기(11)로 하여금 A/D변환기(12)로 인식할 수 있는 범위내에서 증폭 및 감축하고, 상기 A/D변환기(12)에서는 디지털신호로 변환하여 콘트롤러(13)에 입력하게 된다.

따라서 상기 콘트롤러(13)에서는 입력되는 신호를 제어하여 상기 유압실린더인 댐퍼(7)의 제어에 필요한 제어신호로 출력하고, 이 출력된 신호는 상기 D/A변환기(14)에 의하여 아날로그신호로 변환되어 증폭기(15)에서 상기 온/오프제어밸브(5)와 비례릴리프밸브(3)에 맞는 전원으로 증폭하여 공급하면서 유압으로 현가하게 된다.

이와 같이, 유압으로 현가하게 되는 능동 현가장치는 뛰어난 성능이 발휘하고 있지만, 상기 유압시스템의 고장발생시 운전자에게 위험을 초래할 수 있을 뿐만 아니라, 많은 유압에너지(높은 압력:50 Bar)소모와 그에 따른 전류소비가 많은 문제점을 가지게 되었다.

그래서 상기의 문제점을 해소하기 위하여 종래의 현가장치에 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이 스프링과 댐퍼(쇽 업소버)로 구성된 현가장치에 병렬로 엑츄에이터(ACTUATOR)를 부착하여 상기 엑츄에이터(ACTUATOR)로 구동시키게 되는데, 이때 압력은 50 Bar를 공급하여 차체를 들어 올린다. 여기서 압력 50 Bar은 처음에만 공급하고 추후에는 공급을 하지 않게 된다. 그 이유는 비압축성 유체가 작동유로 사용되어 계속적으로 제어가 되기 때문에 차고를 올릴 때에는 50 Bar 이상이, 차고를 내릴 때에는 50 Bar 이하를 연속으로 공급하기 때문에 평균적으로 50 Bar를 계속적으로 공급하기 때문이다.

따라서 노면으로부터 입력된 진동중 잔진동은 도 2 에 도시한 바와 같이 원형 저장고의 질소가 압축 및 팽창되어 흡수하게 되어 있다.

그러나 상기 유압시스템은 시스템이 고장나면(50 Bar 공급) 차체가 100mm 정도 가라 않는다. 물론 압력밸브의 구동을 멈추게 하면 차고는 유지되지만, 압축 가능한 질소가 노면 진동흡수 성능을 향상하기 위하여 자동차 구조상 상기 질소의 저장고를 크게 할 수 없고, 노면의 잔진동을 흡수할 수 있도록 설계된 질소저장고에 고정된 구멍을 변경할 수 없기 때문에 수동 현가장치에 비하여 현저히 성능이 떨어져 위험을 초래할 문제점을 가지게 되었다.

본 발명의 목적은 노면에 대한 진동을 흡수하는 현가장치의 성능향상 및 진동 흡수성능 향상시킬 수 있는 능동 현가장치를 제공하고자 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 현가장치의 에너지와 전류소모를 크게 감소시키면서 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 능동 현가장치를 제공하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 노면에 대한 진동을 흡수하는 스프링과 댐퍼에 직류로 엑츄에이터를 부착하여서 된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 능동 현가장치의 유압시스템 구동회로도.

도 2 는 종래 능동 현가장치에 대한 요부 구성도.

도 3 은 종래 능동 현가장치의 등가 회로도.

도 4 는 본 발명 능동 현가장치에 대한 요부 구성도.

도 5 는 본 발명 능동 현가장치의 등가 회로도.

도 6 은 본 발명 능동 현가장치의 주파수 분석 그래프.

도 7 은 본 발명 능동 현가장치의 가상노면 통과시 소요압력 분석그래프.

도 8 은 본 발명 능동 현가장치의 가상노면 통과시 차량가속도 분석그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

6; 댐퍼 8; 스프링

Servo -V/V;소보밸브 Servo-Amp; 서보증폭기

ACTUATOR; 액츄에이터 MTS; 모노튜브 현가장치

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 본 발명 능동 현가장치의 요부 구성도로서, 스프링과 댐퍼의 상부에 스프링(9), 댐퍼(7), 상기 댐퍼(7)의 유체순환을 능동 현가 및 반능동 현가로 절환하는 서보밸브(Servo -V/V)와, 상기 서보밸브(Servo-V/V)에 의하여 유량을 공급 및 회수하는 서보증폭기(Servo-Amp)로 구성되는 액츄에이터(ACTUATOR)를 구성하고 상기 엑츄에이터와 직렬로 구성되는 댐퍼는 모노튜브현가장치(MTS)로 구성한다.

도 5 는 본 발명 능동 현가장치의 등가회로로 나타낸 것으로, M₁= 차량무게/4, M₂= 모노튜브의 외관무게,M₃= 타이어 무게, K_p= 엑츄에이터와 병렬로 구성된 스프링상수, K_s= 수동 현가장치의 스프링 상수, K_T=타이어 강성계수, B_S= 수동 현가장치의 댐퍼비, x₁= 타이어 조인트 변위 ,x₂= 모노튜브외관 변위(상부) x₃= 차량의 변위, w=노면 진동을 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 노면의 진동을 흡수하는 수동 현가장치의 스프링과 수동 현가장치인 댐퍼를 이와 직렬로 부착된 액츄에이터(ACTUATOR)에 의하여 구동시키게 되므로 상기 액츄에이터(ACTUATOR)와 병렬로 된 스프링은 능동 현가장치에 공급되는 압력 50 bar 대신하도록 하는 즉 차량의 무게(M₁)에 중립을 하게 되므로 필요로 하는 에너지만 공급하면 되기 때문에, 압력 0 bar 부근에서 에너지 공급만 하면 된다.

그러므로 비례솔레노이드밸브의 전류소모 즉 에너지소비를 현격히 감소된다.

뿐만 아니라, 상기 수동 현가장치인 스프링과 댐퍼는 이미 대량 생산된 모노튜브 현가장치를 이용하게 되므로 생산비를 감소할 수 있다.

이와 같이 노면의 진동을 흡수하는 능동 현가장치가 유압시스템의 고장나면 도 4 의 도시된 서보밸브(Servo -V/V)의 온시켜 능동 현가장치에서 반능동 현가장치로 전환하여 유체가 순환하도록 함으로써, 노면의 진동(w)을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다. 그리고 잔진동은 모노튜브 현가장치로 흡수할 수 있게 된다.

한편 전원장치가 고장일 때 모노튜브 현가장치가 노면의 진동을 흡수하므로 보다 안정성이 있게 된다.

즉 본 발명 능동 현가장치를 종래 능동 현가장치에 대하여 가속도에 대한 주파수를 분석하여 본 결과, 제어조건을 동일하게 한 상태에서 도 6 에 도시한 바와 같이 1차 공진부분이 수동 현가장치에 비해 매우 우수하게 흡수하고 있다. 물론 2 차 공진점은 본 발명의 능동 현가장치나 종래 능동 현가장치는 흡수하지 못하고 있지만 이 2차 공진의 진동은 사람에게 진동이 전달하지 않는 범위이므로 본 발명 능동 현가장치가 진동흡수에 우수한 성능을 가진 것을 알 수 있다.

또한 노면(높이 10cm, 너비 30cm 인 범퍼를 차량속도 30km/h)을 통과하는 진동시험 결과 도 7 및 도 8 에 도시한 바와 같이 압력소모가 아주 획기적으로 감소된 것을 보여주고 있으며, 아울러 노면 진동을 종래의 장치보다 잘 흡수하는 것을 보여주고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 현가장치와 액츄에이터를 직렬로 구성하여 노면 진동을 더욱 잘 흡수하고 에너지 즉 낮은 압력 0 bar 과 전류소모를 획기적으로 감소하게 되고, 유압시스템이 고장날 때 반능동 현가장치로 전환되어 현가하게 되므로 현가 성능이 우수하고 아울러, 모노튜브 수동 현가장치를 사용하게 되어 생산비를 크게 줄일 수 있고, 전원장치가 고장일 때에는 상기 모노튜브 현가장치가 노면의 진동을 흡수하므로 보다 안정성을 유지할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 노면에 대한 진동을 흡수하는 스프링과 댐퍼인 능동 현가장치에 유압으로 제어하는 엑츄에이터를 직렬로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 능동 현가장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 엑츄에이터의 이상시 반능동 현가장치로 전환되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 능동 현가장치.
3. 제 1 항에 있어서, 엑츄에이터와 직렬로 구성되는 스프링과 댐퍼인 능동 현가장치를 모노튜브현가장치로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 능동 현가장치.