KR20100127395A - 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션 - Google Patents

차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션에 관한 것으로서, 차체와 휠 사이를 연결하고, 에어의 유출입에 의해 차체의 완충과 차고를 조절하는 에어스프링부, 에어스프링부로 에어를 유입 또는 유출하는 다기능 레벨링 밸브, 차체의 차고 변화를 다기능 레벨링 밸브에 전달하는 링크부, 다기능 레벨링 밸브의 에어 유입 또는 유출을 조절하는 밸브 구동부, 밸브 구동부의 조절동작을 제어하는 서스펜션 제어부를 포함하며, 다기능 레벨링 벨브는 링크로부터 전달되는 차고변화에 대응하여 에어스프링부로의 에어 유입 또는 유출을 조절함으로써, 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 주행중에도 차고를 조절할 수 있으므로, 탑승자의 승차감이나 주행안정성을 향상시킬 수 있으며, 각종 편리모드의 적용이 용이하다.
Figure P1020090045821
하이브리드, 에어스프링부, 서스펜션, 레벨링 밸브, 밸브체, 스풀

Description

차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션{Hybrid air suspension able to easily adjust height of vehicle}
본 발명은 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량의 운전상태에 따라 차체의 높이를 신속하게 조절할 수 있도록 함으로써, 승차감을 향상시키고 조종안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션에 관한 것이다.
자동차에 설치되는 서스펜션은, 노면에서 전달되는 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키거나, 요철이 심한 노면을 주행할 때 차륜의 불규칙적인 운동을 제어하여 타이어의 접지력을 높임으로써 구동력, 제동력을 확실하게 노면에 전달하도록 한다.
이러한 서스펜션의 기본 요소로는, 차체와 휠 사이에 장착되는 쇼크업소버(Shock Absorber)와 스프링을 들 수 있다. 스프링은 차고(車高)를 유지하고, 차량의 무게를 지탱하여 차량이 지면으로부터 받는 충격을 완화한다. 쇼크업소버는 스프링의 상하 왕복운동을 댐핑하여 타이어가 항상 지면과 밀착하도록 한다. 한편, 휠은 타이어와 함께 바퀴를 구성한다.
여기서, 스프링 대신 에어스프링부를 사용하는 서스펜션을 에어 서스펜션이라 한다.
에어 서스펜션은, 에어스프링부과, 에어스프링부에 공기를 공급하기 위한 에어공급시스템과, 에어공급시스템으로부터의 공기를 에어스프링부에 유입 또는 유출시키기 위한 밸브를 구비한다.
이러한 에어 서스펜션은 에어스프링부에 공기를 유출입하는 방식에 따라 기계식 에어 서스펜션과 전자식 에어 서스펜션으로 나눌 수 있다.
기계식 에어 서스펜션의 경우, 휠과 레벨링 밸브 사이에는 레버가 연결되어 있고, 차체의 변화에 따라 레버가 레벨링 밸브를 온오프한다. 이에 따라, 에어공급시스템으로부터의 공기가 에어스프링부에 유입되거나, 에어스프링부로부터의 공기가 외부로 유출된다.
반면, 전자식 에어 서스펜션은, 차체에 부착된 다양한 센서, 예를 들면, 차속센서, 차고센서, 조향휠 각속도센서 등으로부터 신호를 입력받아 솔레노이드 밸브를 작동시킨다. 이에 따라, 에어공급시스템으로부터의 공기가 에어스프링부에 유입되거나, 에어스프링부로부터의 공기가 외부로 유출된다.
그런데, 이러한 기계식 에어 서스펜션과 전자식 에어 서스펜션은 각각 다음과 같은 장점과 단점이 있다.
기계식 에어 서스펜션의 경우, 차체의 움직임에 따라 즉각적으로 반응하여 에어스프링부의 공기를 유출입하며, 기계적 제어의 특성상 신뢰성이 높다. 그러나, 기계식 에어 서스펜션의 경우, 차고가 미리 세팅되어 있기 때문에 주행 중에는 차고를 조절할 수 없고, 차고의 수평 레벨링만이 가능하다.
반면, 전자식 에어 서스펜션의 경우, 전자식 제어에 의해 주행 중에도 차고를 조절할 수 있으며, 각종 편리 모드의 채용이 용이하다. 그러나, 전자적 제어의 특성상 신뢰성이 낮으며, 일정 한계 조건 이상에서는 작동이 정지된다. 예를 들어, 일정 각속도 이상이 되면, 제어의 작동이 정지되거나, EMI에 의해 제어의 작동이 정지되는 일이 발생한다.
이에 따라, 기계식 제어와 전자식 제어의 편리성을 결합시켜 신뢰성이 높고, 주행 중 차고 조절이 용이하고 각종 편리 모드의 채용이 용이한 서스펜션의 개발이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 신뢰성이 높고, 주행 중 차고 조절이 용이할 뿐만 아니라, 각종 편리 모드의 채용이 용이하도록 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 휠에 인접하게 설치되어 에어의 유출입에 의해 완충작용을 하는 에어스프링부; 상기 에어스프링부로 에어를 유입 또는 유출하며, 차체에 접근 또는 이격되는 방향으로 이동하여 차체의 높이를 조절하는 다기능 레벨링 밸브; 상기 다기능 레벨링 밸브를 차체에 접근 또는 이격되는 방향으로 이동시키는 밸브 구동부; 및, 외부로부터의 신호에 따라, 상기 밸브 구동부의 동작을 제어하는 서스펜션 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다기능 레벨링 밸브는, 상기 에어스프링부로 에어를 유입 또는 유출시키는 밸브체; 상기 밸브체에 인접하게 배치되어 상기 밸브체를 이동가능하게 상기 차체에 고정하는 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 밸브 구동부는, 상기 고정부재내에 설치되며 정역구동 가능한 구동모터; 상기 구동모터의 축에 설치된 피니언; 상기 밸브체의 일측 외벽에 상기 피니언과 맞물리도록 설치된 랙;을 포함할 수 있다.
상기 차체의 속도, 높이, 방향 중 적어도 어느 하나를 감지하도록 상기 차체에 설치된 적어도 하나의 센서;를 더 포함하며, 상기 서스펜션 제어부는, 상기 센 서로부터의 감지결과에 따라 상기 구동모터의 정역 구동을 제어할 수 있다.
상기 서스펜션 제어부는, 유저 인터페이스부를 통한 탑승자의 선택에 따라 상기 구동모터의 정역 구동을 제어할 수 있다.
상기 밸브체에는, 상기 에어스프링부에 연통되는 에어유출입관과, 상기 에어스프링부에 에어를 공급하는 에어탱크에 연통되는 유입관과, 외기에 연결되는 유출관이 형성되어 있으며; 상기 밸브체내에는 상기 에어유출입관을 상기 유입관 또는 상기 유출관과 연통시키기 위한 스풀이 직선운동 가능하도록 장착될 수 있다.
상기 스풀은, 레버와 링크에 의해 차축에 연결되며, 차체의 높이 변동에 따라 상기 밸브체내에서 이동하여 상기 에어스프링부으로 에어를 공급하거나 배출시킬 수 있다.
상기 차체의 높이가 높아지면, 상기 스풀이 상기 밸브체내에서 상부로 이동하고, 상기 에어유출입관과 상기 유출관이 연결되어 상기 에어스프링부로부터의 에어가 공기 중으로 배출될 수 있다.
상기 차체의 높이가 낮아지면, 상기 스풀이 상기 밸브체내에서 하부로 이동하고, 상기 에어유출입관과 상기 유입관이 연결되어 상기 에어탱크로부터의 에어가 상기 에어스프링부로 유입될 수 있다.
상기 서스펜션 제어부는, 상기 차체의 높이가 낮아지면, 상기 구동모터를 구동시켜 상기 밸브체를 상측으로 이동시키고, 상기 차체의 높이가 높아지면, 상기 구동모터를 구동시켜, 상기 밸브체를 하측으로 이동시킬 수 있다.
상기 밸브체가 상측으로 이동하면, 상기 에어유출입관과 상기 유입관이 연결 되어 상기 에어탱크로부터의 에어가 상기 에어스프링부로 유입되고, 상기 밸브체가 하측으로 이동하면, 상기 에어유출입관과 상기 유출관이 연결되어 상기 에어스프링부로부터의 에어가 공기 중으로 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량의 주행시 에어스프링부의 에어 유출입을 기계적으로 제어함과 동시에 전자적으로 제어함으로써, 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 주행중에도 차고를 조절할 수 있으므로, 탑승자의 승차감이나 주행안정성을 향상시킬 수 있으며, 각종 편리모드의 적용이 용이하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에어 서스펜션을 구비한 차량의 구성 블럭도이다.
본 하이브리드 에어 서스펜션은, 에어스프링부(50), 다기능 레벨링 밸브(30), 밸브 구동부(40), 에어공급시스템(20), 서스펜션 제어부(10)(HASCU:Hybrid Air Suspension Control Unit), 링크부(60)를 포함한다. 본 하이브리드 에어 서스펜션은, 주행시 차량의 높이변화에 따라 기계적으로 차체를 레벨링할 수 있고, 이와 함께, 센서부(7)나 탑승자로부터 입력된 신호에 따라 전자적으로 차고를 조절할 수도 있다.
도 1에서는 본 하이브리드 에어 서스펜션을 구비한 차량의 개략적 구성을 도 시하고 있으며, 차량에는 본 하이브리드 에어 서스펜션 이외에 유저 인터페이스부(5)와, 센서부(7)가 더 마련된다.
유저 인터페이스부(5)는, 운전자를 포함한 탑승자가 각종 편리 모드를 선택하거나 센서부(7)로부터 감지된 결과에 따른 운전상태를 표시하기 위한 것이다. 유저 인터페이스부(5)는, 다양한 형태로 구비될 수 있으며, 정보를 입출력할 수 있는 LCD 디스플레이 장치로 마련될 수도 있고, 다수의 입력 버튼이나 로터리 스위치를 이용하여 마련될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유저 인터페이스부(5)에는 차체의 높이를 조절하기 위한 조작버튼이나 입력화면이 마련되어 있다. 예를 들어, 유저 인터페이스부(5)에는 오프로드 모드를 선택할 수 있는 버튼이나 입력화면이 마련되어 비포장길을 주행할 때 차고를 상승시킬 수 있다.
센서부(7)는, 차고센서, 차속센서, 조향휠 각속도센서, 스로틀 포지션 센서, 또는 중력센서 등을 포함한다. 차고센서는, 차량의 후륜 두 곳과 전륜 한곳에 설치되며 차체(1)와 차축의 위치를 감지한다. 차속센서는 자동차 주행속도를 감지하며, 조향휠 각속도 센서는 조향축에 설치되어 조향휠의 작동속도를 감지하여 코너링 신호를 발생시킨다. 스로틀 포지션 센서는 급감속 또는 급가속 상태를 감지하며, 중력센서는 차체(1)의 바운싱을 측정하여 노면의 요철을 판별한다.
이러한 센서부(7)에 포함되는 센서 중 차속센서는 차량의 상하방향, 좌우방향, 전후방향의 가속도를 측정할 수 있는 3축 가속센서를 사용할 수 있다.
이하에서는 하이브리드 에어 서스펜션의 구성에 대해 설명하기로 한다.
하이브리드 에어 서스펜션의 에어스프링부(50)는, 에어를 유입 또는 유출하여 차량의 차고를 조절하며, 각각의 전륜과 후륜에 인접한 쇼크업소버에 하나씩 설치된다. 즉, 한대의 차량에는 4개의 에어스프링부(50)가 설치된다.
에어공급시스템(20)은, 에어스프링부(50)에 유입되는 에어를 공급하며, 에어를 압축하기 위한 압축기와, 압축된 에어를 저장하는 에어탱크와, 각 에어스프링부(50)로 에어를 공급하기 위한 배관을 포함한다. 여기서, 압축기는 서스펜션 제어부(10)로부터의 동작제어에 따라 에어를 압축하여 에어탱크로 제공한다. 배관은 다기능 레벨링 밸브(30)에 연결되고, 배관을 통해 에어탱크로부터의 에어가 다기능 레벨링 밸브(30)로 제공된다. 이러한 에어공급시스템(20)은, 당업자에게 널리 알려진 구성이므로 도면에는 도시하지 아니한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 레벨링 밸브의 구성도를 도시한 것이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 다기능 레벨링 밸브는, 예를 들면 밸브체(231)로 구성될 수 있으며, 통상의 형상으로 구성될 수 있다.
다기능 레벨링 밸브는, 에어스프링부(50)와 에어가 유출입되는 에어유출입관(234), 에어공급시스템(20)과 에어가 유출입되는 유입관(232b)과 및 유출관(232a)을 포함한다.
여기서, 에어유출입관(234)은, 스풀(235)의 상하 이동에 따라 에어유입관(232b)과 연결되기도, 에어유출관(232a)과 연결되기도 한다. 에어 유출입관(234)이 에어유입관(232b)과 연결되는 경우 에어스프링부(50)에 에어를 공급하게 되고, 에어유출관(232a)과 연결되는 경우 에어스프링부(50)로부터 에어를 빼내게 된다.
도 2a는 에어 유출입관(234)과 에어 유출관(232a) 및 에어 유입관(232b)이 서로 연결되지 아니하여 에어스프링부(50)로부터 에어의 제거나 공급이 없는 상태를 나타내고, 도 2b는 스풀(235)의 하강에 의해 에어 유출입관(234)과 에어 유입관(232b)이 연결되어 에어 스프링부(50)로 에어의 공급이 이루어지는 상태를 나타내며, 도 2c는 스풀(235)의 상승에 의해 에어 유출입관(234)과 에어 유출관(232a)이 연결되어 에어 스프링부(50)로부터 에어의 제거가 이루어지는 상태를 각 나타낸다.
또한, 여기서의 에어유출입관(234)은, 앞에서 설명한 대로 스풀(235)의 상하 이동에 의해서 뿐만 아니라 밸브체(231)의 상하 이동에 따라 에어유입관(232b)과 연결되기도, 에어유출관(232a)과 연결되기도 한다. 에어 유출입관(234)이 에어유입관(232b)과 연결되는 경우 에어스프링부(50)에 에어를 공급하게 되고, 에어유출관(232a)과 연결되는 경우 에어스프링부(50)로부터 에어를 빼내게 된다.
도 2a는 에어 유출입관(234)과 에어 유출관(232a) 및 에어 유입관(232b)이 서로 연결되지 아니하여 에어스프링부(50)로부터 에어의 제거나 공급이 없는 상태를 나타내고, 도 2b는 밸브체(231)의 상승에 의해 에어 유출입관(234)과 에어 유입관(232b)이 연결되어 에어 스프링부(50)로 에어의 공급이 이루어지는 상태를 나타내며, 도 2c는 밸브체(231)의 하강에 의해 에어 유출입관(234)과 에어 유출관(232a)이 연결되어 에어 스프링부(50)로부터 에어의 제거가 이루어지는 상태를 각 나타낸다.
다기능 레벨링 밸브(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 에어스프링부(50)로 에어를 유입 또는 유출시키는 밸브체(31)와, 밸브체(31)에 인접하게 배치되어 밸브체(31)를 이동가능하게 차체(1)에 고정하는 고정부재(33)를 포함한다.
밸브체(31)는, 일측으로 긴 통상으로 형성되며, 길이방향을 따라 긴 양측변에는 에어의 유출입을 위한 개구들이 형성되어 있다. 여기서 에어스프링부(50)를 향한 일측변에는 에어스프링부(50)과 연결되어 에어스프링부(50)로 에어를 유입하거나 에어스프링부(50)로부터의 에어를 배출하기 위한 에어유출입관(34)이 형성되어 있고, 타측변에는 에어공급시스템(20)의 배관과 연결되는 유입관(32b)과, 외기와 연결된 유출관(32a)이 형성되어 있다. 유입관(32b)과 유출관(32a)은 소정 폭만큼 이격되어 형성되며, 에어유출입관(34)은 유입관(32b)과 유출관(32a) 사이에 대응되는 위치에 형성된다.
밸브체(31)의 내측에는 스풀(35)이 설치되어 있으며, 스풀(35)의 이동에 따라, 에어유출입관(34)이 유입관(32b) 또는 유출관(32a)과 연통된다. 스풀(35)이 상부로 이동하면, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되고, 스풀(35)이 하부로 이동하면, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결된다.
이때, 에어유출입관(34)이 유입관(32b)과 연통되면, 에어탱크로부터의 고압의 에어가 유입관(32b)을 통해 밸브체(31)내로 유입되고, 밸브체(31)내의 에어는 에어유출입관(34)을 통해 에어스프링부(50)로 유입된다. 에어유출입관(34)이 유출관(32a)과 연통되면, 에어스프링부(50)로부터의 에어가 에어유출입관(34)을 통해 밸브체(31)내로 유출되고, 밸브체(31)내의 에어는 유출관(32a)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 스풀(35)의 일단은 밸브체(31)의 외측으로 연장되어 있으며, 링크부(60)에 의해 에어스프링부(50)의 하단부에 인접한 차축에 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 링크부(60)는 레버(68) 및 링크(69)를 포함하며, 레버(68)는 스풀(35)의 일단에 연결되고, 링크(69)는 차축에 연결되며, 레버(68)와 링크(69)는 상호 연결된다. 그리고, 스풀(35)의 일단에는 스풀(35)의 길이방향을 따라 랙(36)이 형성되어 있고, 레버(68)의 스풀(35)을 향한 일단에는 랙(36)에 맞물리는 피니언(37)이 장착되어 있다.
이에 따라, 차체(1)의 상하 이동에 따라, 차체(1)와 휠 사이의 폭변화로 인해, 링크(69)가 레버(68)를 상하로 이동시키게 되고, 레버(68)의 피니언(37)은 피니언(37)과 맞물리는 랙(36)을 상하로 이동시키면서 스풀(35)을 이동시킨다. 즉, 스풀(35)은 차체(1)의 높이 변화에 따라, 즉각적으로 이동하여 에어스프링부(50)에 에어를 공급하거나 에어스프링부(50)로부터 에어를 유출시키게 된다.
이러한 다기능 레벨링 밸브(30)는 스풀(35)의 동작에 의해, 차체(1)의 높이 변화시 즉각적으로 차체(1)의 높이를 조절하게 되며, 이때, 다기능 레벨링 밸브(30)는 각 륜과 차체(1)와의 거리가 동일하도록, 즉 차체(1)의 높이가 지상에 대해 일정해지도록 동작한다.
고정부재(33)는 차체(1)와 밸브체(31) 사이에 배치되어 밸브체(31)를 차체(1)에 고정시키며, 이와 동시에 밸브체(31)를 차체(1)에 대해 상하방향으로 이동시킬 수 있도록 한다.
이를 위해, 고정부재(33)와 밸브체(31)에는 밸브체(31)를 정역구동하기 위한 밸브 구동부(40)가 설치되어 있다. 밸브 구동부(40)는, 고정부재(33)내에 설치되며 정역구동 가능한 구동모터(미도시)와, 구동모터(미도시)의 축상에 고정부재(33)의 외측으로 설치된 피니언(41)과, 밸브체(31)의 일측 외벽에 피니언(41)과 맞물리도록 설치된 랙(43)을 포함한다. 여기서, 밸브체(31)의 구동을 위해, 랙(43)과 피니언(41)이 아닌 다른 수단을 사용할 수 있음은 물론이다.
정역 구동모터(미도시)는 정회전 또는 역회전하여 밸브체(31)를 상하방향으로 이동시킬 수 있도록 하며, 정역 구동모터(미도시)로는 서보모터가 사용될 수 있다.
이러한 구성에 따라, 정역 구동모터(미도시)의 작동시 피니언(41)이 회전하면, 랙(43)에 의해 밸브체(31)가 상하로 이동한다. 이렇게 밸브체(31)가 상하로 이동하게 되면, 스풀(35)이 이동하는 것과 동일한 효과를 갖는다.
즉, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면, 밸브체(31)내에서 스풀(35)이 상대적으로 하부로 이동하게 되며(도 2b 상태), 밸브체(31)가 하측으로 이동하면, 밸브체(31)내에서 스풀(35)이 상대적으로 상부로 이동하게 된다(도 2c 상태).
이에 따라, 밸브체(31)가 하측으로 이동하면, 즉 상대적으로 스풀(35)이 상부로 이동하면, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되고(도 2c), 밸브체가 상측으로 이동하면, 즉 스풀(35)이 상대적으로 하부로 이동하면, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결된다(도 2b).
다시 말해, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면 스풀(35)이 상대적으로 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 에어스프링부(50)내로 에어가 공급되어 차체(1)가 높아지게 된다. 반면, 밸브체(31)가 하측으로 이동하면 스풀(35)이 상대적으로 상부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되므로, 에어스프링부(50)로부터 에어가 유출되어 차체(1)가 낮아지게 된다.
본 도면에 도시되지 않았지만, 밸브체(31)에는, 스풀(35)이 상부로 이동하면 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되고, 스풀(35)이 하부로 이동하면 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되도록 하는데 필요한 물리적 구조가 구비될 수 있다. 또한, 에어유출입관(34)과 에어스프링부(50)는 플렉서블한 케이블을 통해서 연결될 수 있다.
서스펜션 제어부(10)는, 센서부(7)로부터 입력된 신호와, 유저 인터페이스부(5)로부터 입력된 신호에 따라, 다기능 레벨링 밸브(30)의 밸브체(31)를 상하로 이동시킬 수 있도록 밸브 구동부(40)의 동작을 제어한다.
즉 스풀(35)이 상하로 움직이는 것은 차고의 높이 변화에 의해 기계적으로 작동되는 반면, 밸브체(31)가 상하로 움직이는 것은 서스펜션 제어부(10)의 제어에 의한 밸브구동부(40)의 동작에 의해 작동되는 것이다.
따라서 차량의 차고 높이의 차이가 있을 경우 스풀(35)의 상하 이동에 의해 차체(1)의 차고가 평형이 되도록 하고, 인위적으로 차체(1)의 높이를 높이거나 낮추고자 할 경우 밸브체(31)를 상하로 이동시킴으로서 차고를 조절할 수 있게 된다.
즉, 밸브체(31)를 인위적으로 상부로 이동시키면 스풀(35)의 상하 이동 여부에 상관없이 차고는 높아지게 되고, 밸브체(31)를 인위적으로 하부로 이동시키면 스풀(35)의 상하 이동 여부에 상관없이 차고는 낮아지게 된다. 이는 스풀(35)의 상 하 이동 범위는 제한적인 반면, 밸브체(31)의 상하이동 범위는 스풀의 상하이동 범위보다 더 넓기 때문이다. 이에 따라 스풀(35)의 상하이동 여부에 상관없이 밸브체(31)의 작동으로 차고를 인위적으로 조절할 수 있게 된다.
이하, 인위적으로 밸브체(31)를 높이거나 낮추는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 센서부(7)로부터 입력된 신호에 따라 서스펜션 제어부(10)가 동작하는 경우를 살펴보면 다음과 같다.
예를 들어, 코너를 주행하는 경우, 조향휠 각속도 센서는 조향휠의 작동속도를 감지하여 코너링 신호를 발생시킨다. 이때, 좌측으로 휜 코너에서는 차량이 우측으로 기울게 되며, 서스펜션 제어부(10)는 우측의 차체(1)를 높이거나 좌측의 차체(1)를 낮추기 위해, 또는 우측의 차체(1)를 높이고 좌측의 차체(1)를 낮추기 위해 밸브 구동부(40)를 동작시킨다.
우측의 차체(1)를 높이는 경우, 서스펜션 제어부(10)는 우측의 전륜과 후륜에 인접한 밸브 구동부(40)의 정역 구동모터(미도시)를 회전시킨다. 이에 따라, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 우측의 전륜과 후륜의 에어스프링부(50)로 에어가 유입되어 우측의 차체(1)가 상승한다.
좌측의 차체(1)를 낮추는 경우, 서스펜션 제어부(10)는 좌측의 전륜과 후륜에 인접한 밸브 구동부(40)의 정역 구동모터(미도시)를 회전시킨다. 이에 따라, 밸브체(31)가 하측으로 이동하면 스풀(35)이 상부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되므로, 좌측의 전륜과 후륜의 에어스프링부(50)로부터 에어가 유출되어 좌측의 차체(1)가 하강한다.
예를 들어, 차량이 급제동하는 경우, 차량은 전륜 부분의 차체(1)가 낮아지거나 높아지게 되며, 서스펜션 제어부(10)는 스로틀 포지션 센서로부터 신호를 입력받아 이를 감지한다. 그러면, 서스펜션 제어부(10)는, 전륜 부분의 차체(1)가 높아지거나 후륜 부분의 차체(1)가 낮아지도록 또는 전륜부분의 차체(1)는 높아지고, 후륜부분의 차체(1)를 낮아지도록 밸브 구동부(40)를 동작시키는 신호를 발생시킨다. 이때, 서스펜션 제어부(10)는 전륜 부분의 높이가 후륜 부분의 높이보다 높아지도록 제어할 수 있다.
서스펜션 제어부(10)가 전륜 부분의 차체(1)를 높이는 경우, 전륜에 인접한 밸브 구동부(40)는 밸브체(31)가 상측으로 이동하도록 정역 구동모터(미도시)를 구동시킨다. 그러면, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 에어스프링부(50)로 에어가 유입되어 전륜 부분의 차체(1)가 상승한다.
반면, 서스펜션 제어부(10)가 후륜 부분의 차체(1)를 낮추는 경우, 각 후륜에 인접하게 설치된 밸브 구동부(40)는 밸브체(31)가 하측으로 이동하도록 정역 구동모터(미도시)를 구동시킨다. 그러면, 밸브체(31)가 하측으로 이동하면 스풀(35)이 상부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되므로, 에어스프링부(50)로부터 에어가 유출되어 후륜 부분의 차체(1)가 낮아지게 된다.
이렇게 차량이 급제동하는 경우, 서스펜션 제어부(10)는 급제동시마다 차체(1)의 높이를 조절할 수도 있고, 급제동 전의 속도가 일정 이상인 경우에만 차 체(1)의 높이를 조절할 수도 있다. 또한 선택에 따라서 급정거시에는 서스펜션 제어부(10)에 의한 차체(1)의 차고 조절을 수행하지 아니할 수도 있음은 물론이다.
한편, 서스펜션 제어부(10)는 차속센서로부터 감지된 차량의 속도에 따라서도, 차체(1)의 높이를 변화시킬 수 있다. 차속센서로부터 감지된 차량의 속도가 미리 설정된 일정 이하, 예를 들어 50km/h 이면, 서스펜션 제어부(10)는 차체(1)가 높아지도록 밸브 구동부(40)를 동작시킬 수 있다. 그리고 차속센서로부터 감지된 차량의 속도가 미리 설정된 일정 이상, 예를 들면, 80km/h 이면, 서스펜션 제어부(10)는 차체(1)가 낮아지도록 밸브 구동부(40)를 동작시킬 수 있다.
한편, 유저 인터페이스부(5)로부터 입력된 신호에 따라, 서스펜션 제어부(10)가 동작하는 경우를 살펴보면 다음과 같다.
유저 인터페이스부(5)를 통해, 사용자가 비포장길을 나타내는 오프로드(Off-road) 모드를 선택하면, 서스펜션 제어부(10)는 차체(1)가 높아지도록 밸브 구동부(40)를 동작시킨다. 즉, 밸브체(31)가 상측으로 이동하도록 밸브 구동부(40)를 동작시키면, 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 에어스프링부(50)내로 에어가 공급되어 차체(1)가 높아지게 된다.
이러한 구성에 의한 하이브리드 에어 서스펜션의 동작과정을 코너링시 및 급제동시로 분류하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
차량이 코너를 주행하게 되면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 차체(1)는 길이 휜 반대방향으로 기울게 된다. 예를 들어, 주행방향에 대해 길이 좌측으로 휜 경우, 차체(1)는 우측으로 기울게 되며, 우측 전륜과 후륜에 인접하게 장착된 에어스프링부(50)의 경우, 링크(69)와 레버(68)에 의해 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 에어스프링부(50)로 에어가 유입되어 차체(1)의 우측 부분이 상승한다. 이에 의해, 차체(1)는 좌측과 우측이 평행하게 된다.
그러나, 좌측으로 휜 코너에서는 차체(1)가 좌측으로 기울어져야 운전자는 안정감을 느끼게 된다. 따라서, 서스펜션 제어부(10)는, 조향휠 각속도 센서로부터 코너링 신호를 제공받으면, 차체(1)를 좌측으로 기울이기 위해, 우측 전륜과 후륜에 장착된 에어스프링부(50)에 에어를 주입하여 우측 차체(1)를 상승시키거나, 좌측 전륜과 후륜에 장착된 에어스프링부(50)로부터 에어를 유출시켜 좌측 차체(1)를 하강시킨다. 또는 우측 차체 상승과 좌측 차체 하강이 동시에 이루어지도록 할 수도 있다.
여기서, 우측 차체(1)를 상승시킬지 좌측 차체(1)를 하강시킬지 또는 우측 차체 상승 및 좌측 차체 하강을 동시에 할 지 여부는 차량의 속도에 의해 결정될 수 있다.
좌측 차체(1)를 하강시키기 위해서, 서스펜션 제어부(10)는 좌측의 전륜과 후륜에 인접한 밸브 구동부(40)의 정역 구동모터(미도시)를 회전시킨다. 이에 따라, 밸브체(31)가 하측으로 이동하면 스풀(35)이 상부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되므로, 좌측의 전륜과 후륜의 에어스프링부(50)로부터 에어가 유출되어 좌측의 차체(1)가 하강한다.
우측의 차체(1)를 높이는 경우, 서스펜션 제어부(10)는 우측의 전륜과 후륜 에 인접한 밸브 구동부(40)의 정역 구동모터(미도시)를 회전시킨다. 이에 따라, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 우측의 전륜과 후륜의 에어스프링부(50)로 에어가 유입되어 우측의 차체(1)가 상승한다.
차량이 주행하는 동안, 서스펜션 제어부(10)는 속도 센서로부터 입력된 차량의 속도에 따라, 각 밸브 구동부(40)로 정역 구동모터(미도시)의 구동신호를 제공한다. 즉, 서스펜션 제어부(10)는 속도가 일정 이상이 되면, 밸브체(31)가 하측으로 이동하도록 정역 구동모터(미도시)의 구동신호를 제공함으로써, 에어유출입관(34)과 유출관(32a)이 연통되도록 하여 에어스프링부(50)로부터 에어를 유출시킨다. 이에 따라, 차체(1)의 높이가 낮아지게 된다.
반대로, 서스펜션 제어부(10)는 차량의 속도가 일정 이하가 되면, 밸브체(31)가 상측으로 이동하도록 각 정역 구동모터(미도시)로 구동신호를 제공함으로써, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연통되어 에어스프링부(50)로 에어가 공급된다. 이에 따라, 차체(1)의 높이가 높아지게 된다.
한편, 비포장길의 주행시, 서스펜션 제어부(10)는 중력센서로부터의 신호에 따라 오프로드임을 판단하고, 밸브체(31)가 상측으로 이동하도록 각 밸브 구동부(40)의 정역 구동모터(미도시)로 구동신호를 제공한다. 이에 따라, 밸브체(31)가 상측으로 이동하면, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연통되어 에어스프링부(50)로 에어가 공급되고, 차체(1)의 높이가 높아지게 된다.
차량이 급제동하게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 차체(1)가 전방으로 기 울어지게 된다. 이때, 차체(1)가 전방으로 기울어지게 되면, 탑승자의 몸도 앞으로 기울게 되므로, 승차감이 저하된다. 이에 따라, 차체(1)가 전방으로 기울어지는 것을 방지할 필요가 있다.
먼저, 차체(1)가 전방으로 기울게 되면, 휠에 인접하게 연결된 링크(69)가 상향 이동하고, 레버(68)에 의해 스풀(35)은 하부로 이동한다. 그러면, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연통되고, 에어탱크로부터의 고압의 에어가 유입관(32b)을 통해 밸브체(31)내로 유입되고, 밸브체(31)내의 에어는 에어유출입관(34)을 통해 에어스프링부(50)로 유입된다. 이에 따라, 차체(1)의 전방이 차체(1)의 후방과 동일한 레벨로 상승된다.
이와 동시에, 차체(1)가 전방으로 기울면, 서스펜션 제어부(10)는 스로틀 포지션 센서로부터 신호를 입력받아 이를 감지한다. 그러면, 서스펜션 제어부(10)는, 차체(1)의 전방을 상승시키거나, 차체(1)의 후방은 하강시키도록 하는 또는 차체(1)의 전방 상승과 차체(1)의 후방 하강을 동시에 하도록 하는 신호를 발생시킨다.
차체(1)의 전방을 상승시키는 경우, 서스펜션 제어부(10)는 전륜에 인접한 밸브 구동부(40)가 밸브체(31)를 상측으로 이동시키도록 정역 구동모터(미도시)를 구동시킨다. 그러면, 밸브체(31)가 상측으로 이동하여 스풀(35)이 하부로 이동하고, 에어유출입관(34)과 유입관(32b)이 연결되므로, 에어스프링부(50)로 에어가 유입되어 전륜 부분의 차체(1)가 상승한다.
차체(1)의 후방을 하강시키는 경우, 서스펜션 제어부(10)에서는 후륜에 인접 한 밸브구동부(40)가 밸브체(31)를 하측으로 이동시키도록 정역 구동모터(미도시)를 구동시킨다. 그러면 밸브체(31)가 하측으로 이동하여 스풀(35)가 상부로 이동하고 에어 유출입관(34)과 유출관(32a)이 연결되므로 에어스프링부(50)로부터 에어가 유출되어 후륜부분의 차체(1)가 하강한다.
이에 따라, 전륜에의 에어스프링부(50)에 에어가 공급 및/또는 후륜에의 에어스프링부(50)에의 유출이 되어, 차체(1)의 전방과 차체(1)의 후방이 동일한 레벨로 상승된 상태에서 다시 에어가 공급 등이 되므로, 차체(1)의 전방이 차체(1)의 후방보다 높아지게 된다. 이때, 차체(1)의 전방을 높이는 정도는, 급제동 전의 속도에 따라 결정된다. 즉, 급제동 전의 속도가 높을수록 차체(1)의 전방을 높이는 정도를 크게 한다.
이렇게 차체(1)의 전방이 차체(1)의 후방보다 높아지도록 작동하면, 전방으로 기울어졌던 차체(1)가 보다 빠른 시간내에 평행을 유지할 수 있게 되므로, 승차감을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 하이브리드 에어 서스펜션에 따르면, 차체(1)의 높이 변화에 따라 다기능 레벨링 밸브(30)의 스풀(35)을 기계적으로 작동시킴으로써, 에어스프링부(50)로의 에어 유출입을 조절한다. 이에 따라, 차체(1)의 높이 변화에 따라 차체(1)의 전체적인 높이 레벨을 즉각적으로 맞추도록 함으로써, 다기능 레벨링 밸브(30)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 센서나 탑승자의 신호에 따라, 다기능 레벨링 밸브(30)의 밸브체(31) 자체를 이동시킴으로써, 차체(1)의 높이를 레벨링하는 수준이 아니라, 주행 상태에 따라 보다 적응적으로 차체(1)의 높이를 전체적으로 또는 부분적으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 전자적인 제어에 의해 주행 중에도 차체(1)의 높이를 조절할 수 있도록 함으로써, 길의 상태나 차량의 속도 등에 의해 발생하는 차량의 기울기나 흔들림 등을 보다 효과적으로 보정할 수 있다. 또한 전자적인 제어에 따라 각종 편리모드의 적용이 용이하다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에어 서스펜션을 구비한 차량의 구성 블럭도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다기능 레벨링 밸브의 동작을 나타내는 구성도,
도 3은 도 1의 하이브리드 에어 서스펜션에서 에어스프링부과 다기능 레벨링 밸브에 대한 상세구성도,
도 4는 차량이 코너를 주행할 때 차량의 높이변화를 보인 차량의 배면도,
도 5는 도 3의 코너링시 하이브리드 에어 서스펜션의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 6은 차량의 급제동 및 급출발시 차량의 높이변화를 보인 차량의 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 차체 10 : 서스펜션 제어부
20 : 에어공급시스템 30 : 다기능 레벨링 밸브
31 : 밸브체 33 : 고정부재
35 : 스풀 40 : 밸브 구동부
50 : 에어스프링부 60 : 링크부

Claims (7)

  1. 차체와 휠 사이를 연결하고, 에어의 유출입에 의해 상기 차체의 완충과 차고를 조절하는 에어스프링부;
    상기 에어스프링부로 에어를 유입 또는 유출하는 다기능 레벨링 밸브;
    상기 차체의 차고 변화를 상기 다기능 레벨링 밸브에 전달하는 링크부;
    상기 다기능 레벨링 밸브의 에어 유입 또는 유출을 조절하는 밸브 구동부; 및,
    상기 밸브 구동부의 조절동작을 제어하는 서스펜션 제어부;를 포함하며,
    상기 다기능 레벨링 벨브는 상기 링크로부터 전달되는 차고변화에 대응하여 상기 에어스프링부로의 에어 유입 또는 유출을 조절하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링크부는 상기 차고 변화를 기계적으로 상기 다기능 레벨링 밸브로 전달하고,
    상기 다기능 레벨링 밸브는 상기 차고 변화에 기계적으로 대응하여 에어를 유입 또는 유출하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서스펜션 제어부는 상기 밸브 구동부를 전자적으로 제어하며,
    상기 밸브 구동부는 상기 다기능 레벨링 밸브의 에어 유입 또는 유출 동작을 기계적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기능 레벨링 밸브는,
    상기 에어스프링부로 에어를 유입 또는 유출시키는 밸브체;
    상기 밸브체에 인접하게 배치되어 상기 밸브체를 이동가능하게 상기 차체에 고정하는 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브 구동부는,
    상기 고정부재내에 설치되며 정역구동 가능한 구동모터;
    상기 구동모터의 축에 설치된 피니언;
    상기 밸브체의 일측 외벽에 상기 피니언과 맞물리도록 설치된 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차체의 속도, 높이, 방향 중 적어도 어느 하나를 감지하도록 상기 차체에 설치된 적어도 하나의 센서;를 더 포함하며,
    상기 서스펜션 제어부는, 상기 센서로부터의 감지결과에 따라 상기 구동모터의 정역 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서스펜션 제어부는, 유저 인터페이스부를 통한 탑승자의 선택에 따라 상기 구동모터의 정역 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차고 조절이 용이한 하이브리드 에어 서스펜션.
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