KR20170113559A - 차량 섀시 레벨 센서 - Google Patents

차량 섀시 레벨 센서 Download PDF

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Abstract

섀시 및 섀시에 움직일 수 있게 결합된 컨트롤 암을 갖는 차량용 댐퍼 조립체는 섀시에 고정되도록 구성된 제 1 스프링 시트, 컨트롤 암에 의해 지지되도록 구성된 제 2 스프링 시트, 제 1 스프링 시트와 제 2 스프링 시트 사이에서 연장되는 코일 스프링 및 제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트에 의해 지지되는 센서 모듈을 포함한다. 센서 모듈은 코일 스프링의 압축 상태를 측정하게끔 작동 가능하다.

Description

차량 섀시 레벨 센서
본 출원은 2015 년 2 월 6 일자로 출원된 미국 가출원 제 62 / 112,743 호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명의 실시예는 차량 현가 시스템에 관한 것으로, 특히 차량 현가 시스템용 센서에 관한 것이다.
차량 현가 시스템은 차량의 바퀴와 섀시 또는 차대 사이의 움직임을 가능하게 한다. 현가 시스템은 일반적으로 스프링, 쇽(shock), 스트럿(strut) 또는 이러한 상대적 움직임을 둔화시키는 다른 요소들을 포함한다. 일부 현가 시스템은 바퀴와 섀시 사이의 상대적 움직임량을 측정하는 센서도 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 차량용 댐퍼(damper) 조립체를 제공한다. 차량은 섀시와 섀시에 움직일 수 있게 결합된 컨트롤 암(control arm)을 갖는다. 댐퍼 조립체는 섀시에 고정되도록 구성된 제 1 스프링 시트(spring seat)와, 컨트롤 암에 의해 지지되도록 구성된 제 2 스프링 시트와, 제 1 스프링 시트와 제 2 스프링 시트 사이에서 연장되는 코일 스프링(coil spring)과, 제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트에 의해 지지되는 센서 모듈(sensor module)을 포함한다. 센서 모듈은 코일 스프링의 압축 상태를 측정하게끔 작동 가능하다.
다른 실시예에서, 본 발명은 차량용 현가 시스템을 제공한다. 현가 시스템은 차량의 섀시에 피봇(pivot)식으로 결합되도록 구성된 제 1 컨트롤 암, 차량의 섀시에 피봇식으로 결합되도록 구성된 제 2 컨트롤 암, 제 1 컨트롤 암에 의해 지지되는 제 1 휠 허브(wheel hub) 및 제 2 컨트롤 암에 의해 지지되는 제 2 휠 허브를 포함한다. 현가 시스템은 또한 차량의 섀시에 고정되도록 구성된 제 1 스프링 시트, 컨트롤 암에 의해 지지되는 제 2 스프링 시트, 제 1 스프링 시트와 제 2 스프링 시트 사이에서 연장되는 코일 스프링 및 제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트에 의해 지지되는 센서 모듈을 갖는 댐퍼 조립체를 포함한다. 센서 모듈은 코일 스프링의 압축 상태를 측정하게끔 작동 가능하다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 차량 코일 스프링의 압축을 측정하는 감지 시스템(sensing system)을 제공한다. 감지 시스템은 코일 스프링의 단부에 결합되도록 구성된 하우징(housing)과, 하우징에 의해 지지되는 영구 자석을 포함한다. 영구 자석은 코일 스프링의 코일과 상호 작용하는 자기장을 갖는다. 감지 시스템은 또한 하우징에 의해 지지되는 자기 센서(magnetic sensor)를 포함한다. 자기 센서는 영구 자석으로부터의 자기장을 감지하도록 작동 가능하다. 코일 스프링의 압축이 변하면 자기 센서에서의 자기장이 변한다.
본 발명의 다른 태양은 상세한 설명 및 첨부 도면을 검토함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 전륜 현가 시스템과 후륜 현가 시스템을 포함하는 차량의 사시도이다.
도 2는 차량의 전륜 현가 시스템의 사시도이다.
도 3은 차량의 후륜 현가 시스템의 사시도이다.
도 4는 전륜 현가 시스템 또는 후륜 현가 시스템과 함께 사용하기 위한 종래의 댐퍼 조립체의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일 스프링, 스프링 시트 및 센서 모듈을 포함하는 댐퍼 조립체의 일부의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 댐퍼 조립체의 일부의 측면도이다.
본 발명의 임의의 실시예가 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 그 적용이 이하의 설명에 제시되거나 이하의 도면에 도시된 요소들의 구조 및 배열의 상세로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다.
도 1은 차량(10)을 보여준다. 도시된 차량(10)은 자동차이지만, 대신에 트럭, 모터사이클, 스쿠터, ATV, 설상차, 잔디 깎는 기계 등일 수 있다. 차량(10)은 섀시(14)(도2) 또는 차대 및 복수의 바퀴(18,22)를 포함한다. 차량은 또한 전륜(18)을 지지하기 위한 전륜 현가 시스템(26)과, 후륜(22)을 지지하기 위한 후륜 현가 시스템(30)을 포함한다. 현가 시스템(26, 30)은 도시를 용이하게 하기 위하여, 도 1에서 비례에 맞지 않게 도시되어 있다. 도시된 현가 시스템(26, 30)은 대표적인 현가 시스템일 뿐이며, 현가 시스템의 다른 형태 또는 방식이 대신하여 차량(10)과 함께 사용될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 2는 전륜 현가 시스템(26)을 보다 상세히 도시한다. 도시된 전륜 현가 시스템(26)은 2 개의 컨트롤 암(34), 2 개의 휠 허브(38) 및 2 개의 댐퍼 조립체(42)를 포함한다. 컨트롤 암(34)은 차량 섀시(14)에 피봇식으로 결합된다. 휠 허브(38) 또는 브레이크 로터(brake rotor)는 컨트롤 암(34)의 단부에 장착된다. 휠 허브(38)는 전륜(18)을 회전 가능하게 지지한다. 댐퍼 조립체(42)는 컨트롤 암(34)과 차량 섀시(14) 사이에서 연장된다. 도시된 실시예에서, 각각의 댐퍼 조립체(42)는 스트럿(46) 및 스트럿(46) 둘레에 위치한 코일 스프링(50)을 포함한다. 각각의 코일 스프링(46)은 제 1 또는 상부 스프링 시트(54)와 제 2 또는 하부 스프링 시트(58) 사이에서 연장된다. 상부 스프링 시트(54)는 차량 섀시(14)에 고정된다. 하부 스프링 시트(58)은 스트럿(46)의 하부에 고정되고, 그에 의해 컨트롤 암(34)에 의해 지지된다. 다른 실시예에서, 다른 적절한 댐퍼 조립체가 또한 또는 대신하여 사용될 수 있다.
도 3은 후륜 현가 시스템(30)을 보다 상세하게 도시한다. 도시된 예에서, 후륜 현가 시스템(30)은 4 개의 컨트롤 암(62), 액슬(axle)(66), 2 개의 휠 허브(70) 및 2 개의 댐퍼 조립체(74)를 포함한다. 컨트롤 암(62)은 차량 섀시(14)에 피봇식으로 결합된다. 액슬(66)은 컨트롤 암(62)에 의해 지지되고, 차동기(78)를 포함한다. 액슬(66)은 그렇게 함으로써 섀시(14)에 대해서도 움직일 수 있다. 휠 허브(70) 또는 브레이크 로터는 액슬(66)의 단부에 장착된다. 휠 허브(70)는 후륜(22)을 회전 가능하게 지지한다. 댐퍼 조립체(74)는 액슬(66)과 차량 섀시(14) 사이에서 연장된다. 도시된 실시예에서, 각각의 댐퍼 조립체(74)는 쇼크 업소버(82) 및 쇼크 업소버(82)로부터 이격된(즉, 둘러싸지 않는) 코일 스프링(86)을 포함한다. 각각의 코일 스프링(86)은 제 1 또는 상부 스프링 시트(90)와 제 2 또는 하부 스프링 시트(94) 사이에서 연장된다. 상부 스프링 시트 (90)는 차량 섀시(14)에 고정된다. 하부 스프링 시트(94)는 액슬(66)에 고정되고, 그렇게 함으로써 컨트롤 암(62)에 의해 지지된다. 다른 실시예에서, 다른 적절한 댐퍼 조립체가 또한 또는 대신하여 사용될 수 있다.
도 4는 종래의 댐퍼 조립체(98)를 도시한다. 댐퍼 조립체(98)는 도 2에 도시된 댐퍼 조립체(42)와 유사하다. 도시된 댐퍼 조립체(98)는 스트럿(102), 코일 스프링(106), 상부 스프링 시트(110) 및 하부 스프링 시트(114)를 포함한다. 댐퍼 조립체(98)는 또한 댐퍼 조립체(98)를 차량 섀시에 연결시키기 위한 상부 장착부(118)와 댐퍼 조립체(98)를 컨트롤 암 또는 액슬에 연결시키기 위한 하부 장착부(122)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 댐퍼 조립체(98)는 자운스 범퍼(jounce bumper)(126) 및 더스트 실드(dust shield)(130)를 더 포함한다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 변형된 댐퍼 조립체(134)의 일부를 도시한다. 종래의 댐퍼 조립체(98)와 유사하게, 변형된 댐퍼 조립체(134)는 코일 스프링 (138) 및 스프링 시트(142)를 포함한다. 스프링 시트(142)는 댐퍼 조립체(134)의 상부 스프링 시트 또는 하부 스프링 시트일 수 있다. 본 설명에서, 스프링 시트(142)는 스프링 (138)의 단부에 결합된 댐퍼 조립체(134)의 일부이다. 도시된 예에서, 댐퍼 조립체(134)는 스프링 시트(142)에 의해 지지되는 센서 모듈(146)을 더 포함한다. 아래에서 보다 자세하게 설명되겠지만, 특정 실시예에서 센서 모듈(146)은 코일 스프링(138)의 압축 상태를 측정하도록 구성된다. 압축 상태는 코일 스프링(138)이 자신의 이완된 상태로부터 압축되는 양이다. 도시된 실시예에서, 스프링 시트(142)는 플라스틱 또는 고무 재질로 만들어지고, 센서 모듈(146)의 적어도 일부는 스프링 시트(142)로 성형된다. 다른 실시예에서, 센서 모듈(146)은 스프링 시트(142)에 장착되거나, 스프링 시트(142) 상에 지지되거나 또는 다른 방식으로 스프링 시트(142) 안에 내장 될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 모듈(146) 또는 감지 시스템은 자기 센서(147) 및 영구 자석 (148)을 포함한다. 자기 센서(147) 및 영구 자석(148)은 센서 모듈(146)의 하우징(149)에 결합되어 있다. 일부 실시예에서, 자기 센서(147) 및 / 또는 영구 자석(148)은 하우징(149) 내에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 자기 센서(147) 및 / 또는 영구 자석(148)은 하우징(149)의 바깥 표면에 기계적으로 연결될 수 있다.
자기 센서(147)는 집적 회로의 형태일 수 있다. 또한 자기 센서(147)는 홀 효과(Hall effect) 센서일 수 있고, 바람직하게는 선형 홀 효과 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 영구 자석 (148)은 홀 효과 센서에 인접하게 스프링 시트(142) 안에 내장된다. 영구 자석(148)은 코일 스프링(138)의 제 1 코일(150)(즉, 도 6에 도시된 수직 방향으로 스프링 시트(142)에 가장 가까운 스프링(138)의 부분)과 대면한다. 코일 스프링(138)이 압축됨에 따라, 코일(150)은 영구 자석(148)에 더 가깝게 이동하여, 자석(148)의 자기장 및 홀 효과 센서를 통해 측정되는 자속 밀도를 변화시킨다. 즉, 영구 자석(148)은 코일(150)과 상호 작용하여 센서 모듈(146)과 코일(150) 사이의 간격(A)을 측정한다. 간격(A)의 크기는 코일 스프링(138)의 피치 거리와 동일하다. 코일(150)이 자석(148)에 더 가깝게 이동함에 따라(즉, 스프링 (138)이 압축됨에 따라), 홀 효과 센서를 통과하는 자속은 증가한다. 코일(150)이 자석(148)으로부터 더 멀리 이동함에 따라(즉, 스프링 (138)이 이완되거나 연장됨에 따라), 홀 효과 센서를 통과하는 자속은 감소한다. 다시 말해서, 스프링(138)의 압축이 변화할 때, 홀 효과 센서에서의 자기장이 변한다. 일부 실시예에서, 간격(A)은 크기가 약 1mm 내지 약 9mm의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 모듈(146)은 더 큰 또는 더 작은 간격 크기에 맞춰 조정될 수 있다.
홀 효과 센서는 영구 자석(148) 및 코일(150)에 의해 야기된 자속을 나타내는 신호를 출력한다. 신호는, 예를 들어, 아날로그 신호, 펄스 폭 변조 (PWM) 신호 또는 단일 에지 니블 송신(SENT) 신호일 수 있다. 다른 신호 형식도 가능할 수 있다. 신호는 센서 모듈(146)과 코일(150) 사이의 간격(A)의 크기를 측정하기 위하여 조정되고 처리될 수 있다. 간격(A)의 크기는 코일 스프링(138)의 압축 상태와 상관 관계가 있다. 간격 크기와 코일 스프링(138)의 압축 상태에 대한 자속의 상관 관계는 센서 모듈(146) 그 자체 또는 센서 모듈(146)과 결합된 프로세서에 의하여 수행될 수 있다. 센서 모듈(146)은 차량(10)의 다른 전자 장치에, 예를 들면 와이어링 하니스(wiring harness)나 피그테일 커넥터(pigtail connector)를 통해 연결 될 수 있다.
다른 실시예에서, 센서 모듈(146)은 자기장의 각도를 측정하는 자기 저항 센서와 같은 다른 유형의 자기 센서를 포함 할 수 있다. 이러한 실시예에서, 영구 자석(148) 및 센서 모듈(146) 내의 센서는 코일(150)과 센서 모듈(146) 사이의 간격(A)이 변화함에 따라(예를 들어, 코일 스프링(138)이 압축 및 / 또는 연장함에 따라) 센서에서의 자기장의 각도가 변화하도록 배향된다.
일부 실시예에서, 하나의 센서 모듈(146)은 차량(10)의 4 개의 코너에 대응하여 차량(10)의 각 바퀴(18,22)에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에서, 센서 모듈(146)은 각 바퀴(18, 22)에서의 스프링 압축 상태를 측정함으로써 차량(10)의 코너 높이를 측정하는데 사용될 수 있다. 그 후 코너 높이는 차량의 수평 상태를 판단하기 위해 서로 비교 될 수 있다.
다른 장점 및 개선점 중에 하나는 도시 된 센서 모듈(146)은 댐퍼 조립체의 스프링 시트 상에 끼워지는 비교적 작은 센서 패키지를 제공한다는 점이다. 또한, 센서 모듈(146)은 비교적 낮은 질량을 가지므로 댐퍼 조립체의 스프링 특성을 크게 변경시키지 않는다. 센서 모듈(146)은 또한 센서 모듈(146)을 댐퍼 조립체에 연결하기 위해 추가 브래킷, 아암(arm), 링크 또는 로드가 필요하지 않으므로 기존 센서에 비해 비용을 절감시켜 준다. 또한, 센서 모듈 (146)은 접촉하지 않고, 그럼으로써 댐퍼 조립체의 임의의 다른 구성 요소의 작동을 방해하지 않는다.
본 발명의 다양한 특징 및 이점은 하기 청구 범위에 기재되어있다.

Claims (20)

  1. 섀시 및 섀시에 움직일 수 있게 결합된 컨트롤 암을 갖는 차량을 위한 댐퍼 조립체이며,
    섀시에 고정되도록 구성된 제 1 스프링 시트;
    컨트롤 암에 의해 지지되도록 구성된 제 2 스프링 시트;
    제 1 스프링 시트와 제 2 스프링 시트 사이에서 연장되는 코일 스프링; 및
    제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트에 의해 지지되며, 코일 스프링의 압축 상태를 측정하게끔 작동 가능한 센서 모듈을 포함하는,
    댐퍼 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    센서 모듈은 코일 스프링의 제 1코일과 센서 모듈 사이의 간격을 측정하는,
    댐퍼 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    센서 모듈은 코일 스프링의 제 1 코일과 대면하는 자석을 포함하고, 센서 모듈은 간격을 측정하기 위해 자석에 의해 만들어진 자기장을 감지하는,
    댐퍼 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    센서 모듈은 간격이 제 1 크기일 때 제 1 자속을 감지하고, 간격이 제 1크기보다 작은 제 2 크기일 때 제 1 자속보다 큰 제 2 자속을 감지하는,
    댐퍼 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    센서 모듈의 적어도 일부는 제 1스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트로 성형되는,
    댐퍼 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    센서 모듈은 홀 효과 센서 및 영구 자석을 포함하는,
    댐퍼 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    영구 자석은 코일 스프링의 코일과 상호 작용하는,
    댐퍼 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    영구 자석은 제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트 안에 내장되는,
    댐퍼 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    컨트롤 암에 의해 지지되도록 구성된 스트럿을 더 포함하며, 제 2 스프링 시트는 스트럿에 고정되는,
    댐퍼 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    코일 스프링은 스트럿 둘레에 위치한,
    댐퍼 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    제 2 스프링 시트는 컨트롤 암에 의해 지지되는 액슬에 고정되도록 구성된,
    댐퍼 조립체.
  12. 차량용 현가 시스템이며,
    차량의 섀시에 피봇식으로 결합되도록 구성된 제 1 컨트롤 암;
    차량의 섀시에 피봇식으로 결합되도록 구성된 제 2 컨트롤 암;
    제 1 컨트롤 암에 의해 지지되는 제 1 휠 허브;
    제 2 컨트롤 암에 의해 지지되는 제 2 휠 허브; 및
    댐퍼 조립체로서
    차량의 섀시에 고정되도록 구성된 제 1 스프링 시트,
    컨트롤 암에 의해 지지되는 제 2 스프링 시트,
    제 1 스프링 시트와 제 2 스프링 시트 사이에서 연장되는 코일 스프링 및
    제 1 스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트에 의해 지지되며, 코일 스프링의 압축 상태를 측정하게끔 작동 가능한 센서 모듈을 포함하는 댐퍼 조립체를 포함하는,
    현가 시스템
  13. 제12항에 있어서,
    센서 모듈은 코일 스프링의 제 1코일과 센서 모듈 사이의 간격을 측정하는,
    현가 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    센서 모듈은 코일 스프링의 제 1 코일과 대면하는 자석을 포함하고, 센서 모듈은 간격을 측정하기 위해 자석에 의해 만들어진 자기장을 감지하는,
    현가 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    센서 모듈은 간격이 제 1 크기일 때 제 1 자속을 감지하고, 간격이 제 1크기보다 작은 제 2 크기일 때 제 1 자속보다 큰 제 2 자속을 감지하는,
    현가 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    센서 모듈의 적어도 일부는 제 1스프링 시트 또는 제 2 스프링 시트로 성형되는,
    현가 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    댐퍼 조립체는 컨트롤 암에 의해 지지되는 스트럿을 더 포함하며, 코일 스프링은 스트럿 둘레에 위치하며, 제 2 스프링 시트는 스트럿에 고정되는,
    현가 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    제 1 컨트롤 암과 제 2 컨트롤 암에 의해 지지되고, 제 1 휠 허브와 제 2휠 허브를 지지하는 액슬을 더 포함하며, 제 2 스프링 시트는 액슬에 고정된,
    현가 시스템.
  19. 차량 코일 스프링의 압축을 측정하는 감지 시스템이며,
    코일 스프링의 단부에 결합되도록 구성된 하우징;
    하우징에 의해 지지되며, 코일 스프링의 코일과 상호 작용하는 자기장을 갖는 영구 자석; 및
    하우징에 의해 지지되며, 영구 자석으로부터의 자기장을 감지하도록 작동 가능한 자기 센서를 포함하며,
    코일 스프링의 압축이 변하면 자기 센서에서의 자기장이 변하는,
    감지 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    자기 센서는 영구 자석과 코일 스프링의 코일 사이의 간격이 감소함에 따라 증가한 자속을 감지하며, 영구자석과 코일 스프링의 코일 사이의 간격이 증가함에 따라 감소한 자속을 감지하는
    감지 시스템.
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