KR20230017825A - 서스펜션 및 이러한 서스펜션을 제어하기 위한 전기기계식 회전 디바이스가 제공되는 차량 및 차량 서스펜션의 동작을 제어하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
차량은 차체(9), 휠(11)의 적어도 하나의 허브(10) 및 허브(10)를 차체(9)에 연결하는 서스펜션(12)을 포함하고, 이어서 서스펜션은 차체(9) 및 허브(10)에 힌지결합되는 서스펜션 아암(14), 탄성 수단(16) 및 전기기계식 회전 액추에이터(18)를 포함하고, 전기기계식 회전 액추에이터는 능동 조정 상태와 레버리지(24)에 의해 서스펜션(12)의 동작을 감쇠하는 상태 사이에서 작동 가능하다.
Description
본 발명은 일반적으로 자동차 분야에 관한 것이고; 특히 본 발명은 서스펜션(suspension) 및 이러한 서스펜션을 제어하기 위한 전기기계식 회전 디바이스가 장착된 차량, 및 차량 서스펜션의 동작을 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
차량의 서스펜션이 서스펜션의 동작에 대한 능동 제어(active control) 및/또는 감쇠(damping)를 위한 전기기계식 회전 디바이스와 관련되어 있는 해결책들이 공지되어 있다.
유사한 해결책의 일 예가 US10166833 B2로부터 공지되어 있고, 이 문헌에서는 운동학적 메카니즘(kinematic mechanism)을 통해 휠 허브(wheel hub) 또는 서스펜션 아암(suspension arm)들 중 하나에 연결되는 토션 바(torsion bar)를 작동시키는 전기기계식 디바이스를 설명한다.
이러한 디바이스의 주된 단점은 토크 전달 체인(torque transmission chain)에서 직렬로 배치된 토션 바와 같은 저강성인(그리고 이로 인해 고탄성 변형들에 종속되는) 요소가 존재하여, 시스템의 통과대역이 현저하게 낮아져 저역 통과 필터로서 작용하기 때문에, 이러한 디바이스가 고주파수(F>5 Hz)의 휠의 동작을 작동시키는데 사용될 수도 서스펜션의 동작을 감쇠시키는데 사용될 수도 없다는 것이다.
이러한 이유들로 인해, 상기 디바이스는 저주파수의 차량의 운동들, 즉 상기 차량의 본체의 운동들(롤링(rolling), 피칭(pitching), 떨림)을 제어하는데에만 사용될 수 있다. 또한, 차량 서스펜션의 동작을 적절하게 감쇠하기 위해, 상기 디바이스는 전통적인 충격 흡수장치와 병행하여 배치되어야 한다.
종래 기술의 제2 예는 2 개의 서로 다른 아키텍쳐들이 설명되어 있는 특허 DE10043711의 유압식 회전 액추에이터(hydraulic rotary actuator)에 의해 제시된다. 제1 아키텍쳐에서, 유압식 회전 액추에이터는 차체에 부착되고, 레버 및 로드로 구성되는 시스템을 통해 서스펜션 아암들 중 하나와 상호작용한다. 제2 아키텍쳐에서, 유압식 회전 액추에이터는 관절식 패럴렐러그램(articulated parallelogram) 또는 팬터그래프(pantograph) 및 스프링으로 구성되는 탄성 서스펜션을 통해 서스펜션 아암들 중 하나에 직접 지지된다; 따라서 액추에이터는 서스펜션의 암에 대해 수직으로 진동하여 진동 질량을 형성함으로써 휠의 진동들을 감쇠시킬 수 있다. 유압식 회전 액추에이터와 차체 사이에서의 토크의 전달은 레버 및 로드로 구성되는 운동학적 메커니즘을 통해 달성된다.
두 아키텍쳐들 모두는 원칙적으로 차량의 롤링 동작 및 피칭 동작의 능동 제어, 및 휠들의 수직 진동들의 감쇠에 대한 제어를 허용한다. 따라서, 본 예에서도, 차체의 저주파수 동작들(롤 및 피치)의 능동 제어에만 관련이 있을 뿐, 서스펜션의 고주파수 동작들에 대해서는 상기 고주파수 동작들의 감쇠 가능성만이 설명된다.
또한, 제2 아키텍쳐의 경우, 이러한 휠 진동들의 감쇠는 주로 서스펜션 아암에 대해 탄성적으로 매달린 유압식 회전 액추에이터로 구성되는 진동 질량의 동역학적 효과를 이용함으로써 발생하는 반면, 제1 아키텍쳐의 경우, 상기 진동들을 감쇠하기 위해 유압식 회전 액추에이터가 어떻게 사용 및 제어될 수 있는지에 대해 상세가 명시되지 않아, 결국 본 양태의 설명은 완전히 모호하고 이론적으로만 유효하다. 특히, 유압식 회전 액추에이터의 구조적 특징들에 대해서는 상세 내용이 제공되지 않는데, 예를 들어 이 액추에이터가 적절한 전자 장치들에 의해 제어되는 전동기에 의해 직접 구동되는 유압 액추에이터로 구성되는지 또는 적절한 제어식 솔레노이드 밸브들을 통해 유압 축적 요소들에 연결되는 유압식 회전 잭으로 구성되는지 여부는 전혀 명시되어 있지 않다. 또한, 유압식 회전 모터가 제어되는 기준이 되는 차량 동역학 수준의 원리들과 논리들에 대한 상세는 제공되지 않는다.
서스펜션에 동작을 능동적으로 부여하도록 구성되는 액추에이터의 일 예는 WO 2018/172762에도 공지되어 있다. 그러나, 이 해결책은 서스펜션에 응력이 가해지는 모든 단계들(즉, 휠이 돌출된 장애물 또는 패인 곳(dip)을 만날 때)이 액추에이터의 능동 개입을 제공하기 때문에, 감쇠 시 액추에이터가 작동할 가능성을 고려하지 않는다.
따라서, 종래 기술에서 이용 가능한 예들에 기초하여서는, 고주파수 동작들이 교호적으로, 능동적으로 유도 가능하고 감쇠될 수 있는 서스펜션을 구성하는 것은 불가능하다.
본 발명의 목적은 전술한 문제들을 극복하는 것이다.
이 결과를 얻기 위해, 수직 휠 운동들의 전형인 고주파수들(F>5 Hz)의 운동을 제어하고, 서스펜션의 고주파수 운동들의 유발 및 이와 동시에 외부 원인들(도로 불규칙성들, 제동, 가속, 코너링과 같은 기동들)에 의해 야기되는 서스펜션의 고주파수 운동들의 감쇠 둘 모두를 허용하고, 서스펜션의 동작들을 전기적으로 제동하고, 서스펜션의 동작으로부터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환(재생 감쇠)할 수 있는 전기기계식 회전 디바이스와 연관된 서스펜션이 장착되어 있는 차량이 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기기계식 회전 디바이스는 감속 기어와 결합되는 전기 기계(편의상, 유사한 적용예들의 맥락에서 당업자에게 그 자체로 공지된 전통적인 전동기)를 포함하고, 감속 기어의 출력은 공지된 유형의 운동학적 메커니즘을 통해 휠 허브와 함께 운동하는 서스펜션의 요소들 중 하나에 견고하게 연결된다. 이 요소는 서스펜션 아암들 중 하나, 휠 허브 자체 또는 서스펜션의 스프링 플레이트를 지지하는 구조적인 부품일 수 있다. 감속 기어의 출력은 서스펜션 요소들 중 하나에 연결되고, 서스펜션 요소들 중 상기 하나는 견고하게, 즉 토션 바들, 휨에 의해 변형 가능한 탄성 구성요소들 또는 정지 마찰력 및 압축하에서 변형 가능한 탄성 구성요소들과 같은 변형성이 높은 탄성 구성요소들이 개재됨이 없이 휠 허브와 함께 운동한다는 것에 주목한다. 사실상, 이러한 방식으로만, 디바이스의 통과 대역을 수직 휠 운동들의 전형인 고주파수들(F>5 Hz)을 초과하도록 유지하고, 이에 따라 이러한 범위의 주파수들에 있어서 서스펜션의 운동을 유발하고 이를 감쇠하는 것 둘 모두가 동시에 가능하다.
전방 더블 위시본 서스펜션의 경우, 특히 편리한 운동학적 메커니즘은 회전 디바이스가 서스펜션의 하부 암의 섀시 부착 지점 근처에서 차체에 연결되는 하우징을 갖는 메커니즘이고; 운동학적 메커니즘의 일부이고 감속 기어와 일체를 이루는 레버는 서스펜션의 하부 암을 섀시에 연결하는 힌지의 회전 축선에 평행한 회전 축선을 갖고 서스펜션 스프링 플레이트를 지지하는 구조적 요소에 힌지를 통해 연결되는 로드에 힌지에 의해 연결된다. 이러한 구조적 요소는 전통적인 충격 흡수장치일 수 있고, 이에 따라 전기기계식 회전 디바이스와 병행하여 작용함으로써 서스펜션 동작들에 대한 감쇠 작용을 수행하거나; 또는 이러한 요소는 어떠한 감쇠 작용도 수행하지 않아, 서스펜션의 스프링 플레이트를 지지하기 위한 원통형 쌍만을 구성하고, 이 경우에 서스펜션 동작들의 감쇠 작용만이 전기기계식 회전 디바이스에 의해 수행된다. 이 구현예는 더블 위시본 서스펜션의 고전적인 아키텍쳐를 뒤엎지 않고서 전기기계식 회전 디바이스의 설치가 가능하기 때문에 특히 편리하다.
차체로의 진동들의 전달을 줄이기 위해, 전기기계식 회전 디바이스의 하우징은 예를 들어, 나사들로 차체에 견고하게 연결되거나, 공지된 구현예의 탄성 및 감쇠 수단(예를 들어, 지지 블록들 또는 웨지들) 상에 서스펜션을 개재함으로써 차체에 연결될 수 있다. 이들 탄성 및 감쇠 수단의 강성 및 감쇠 값들은 자동차 서스펜션의 경우 0 Hz 내지 50 Hz의 주파수 범위로 명시적으로 구성된 관심 주파수 대역에 동역학을 도입하지 않는 방식으로 이상적으로 할당된다. 실제로, 탄성 수단은 충분히 높은 강성을 가져야 하는 반면, 감쇠 요소들은 진동 여과의 측면에서 요구되는 성능에 따라 명시적으로 요구될 수도 그렇지 않을 수도 있다.
감속 기어는 편리하게는 다단 유성 기어 트레인의 형태로 제조되며, 각각의 단의 입력은 태양 기어이고, 각각의 단의 출력은 유성 캐리어이며, 외측 링이 디바이스의 하우징에 고정되어 이와 일체를 이룬다.
전기 기계는 차량의 본체의 떨림, 롤링 및 피칭 운동들을 감소시키는 동시에 휠들의 수직 진동들을 감소시킬 목적으로, 이에 연결되고 그 자체로 공지되어 있으며 휠 허브 및 차체의 수직 운동의 크기를 측정할 수 있는 센서들에 기초하여, 차량 동역학을 제어하기 위한 공지된 전략들에 따라 전기 기계를 제어하는 전자 제어 유닛(인버터)에 의해 포지션 및 토크가 제어될 수 있다. 적용의 일 예로서, 이들 센서들은 2 개의 가속도계들로 구성될 수 있으며, 이들 가속도계들은 이들이 연결되는 지점의 수직 가속도를 측정할 수 있고, 각각 서스펜션의 하부 암과 일체로 그리고 서스펜션 스프링(돔(dome))의 차체와의 연결 지점에 위치된다. 다른 가능한 해결책은 차체 상의 일 지점과 일체를 이루는 가속도계 및 서스펜션의 주행 센서를 사용하는 것이다.
전자 제어 유닛은 전기 에너지 저장 요소(배터리)에 전기적으로 접속되고, 전기 기계가 서스펜션의 운동을 야기하는 단계들(능동 작동) 동안 전기 에너지가 전기 에너지 저장 요소로부터 인출되어 전기 기계에 전력을 공급하고, 전기 기계가 서스펜션의 운동을 제동하는 단계들(감쇠 단계, 바람직하게는 재생) 동안 전기 기계에 의해 재생된 전기 에너지가 전기 에너지 저장 요소로 안내된다.
전자 제어 유닛은 전기기계식 회전 디바이스의 외부 구성요소일 수 있으며, 따라서 상기 디바이스로부터 상당한 거리를 두고 차량 내부에 위치되거나, 전기기계식 디바이스 내에 완전히 통합되어 전기 기계의 축선 방향으로의 연장부를 구성할 수 있다. 후자의 경우에, 당업자에게 잘 알려진 소위 "스마트 액추에이터" 타입 아키텍쳐가 본질적으로 구현될 것이며, 여기서 기본적으로 서스펜션의 작동에 필요한 모든 구성요소들은 차량의 나머지에 연결하기 위한(예를 들어, 서스펜션에 통합된 전기 및 전자 장치에 전력을 공급하기 위한) 전기 배선을 제외하고 상기 서스펜션에 통합된다.
또한, 전기 기계의 토크 및 속도 제어를 제공하기 위해 전통적으로 상기 전기 기계에 통합되는 각도 포지션 센서가 공지된 차량 동역학적 제어 전략들 내에서 서스펜션의 주행 센서로서 사용될 수 있다. 이는 전기기계식 회전 디바이스의 휠 허브로부터 전기 기계로의 동작 전달 메커니즘이 강성이고, 휠 허브의 차체에 대한 상대적인 위치와 전기 기계의 회전 사이의 고유한 운동학적 링크가 존재하기 때문에 가능하다. 이는 공지된 분야에서, 휠 허브의 차체에 대한 상대적인 동작을 측정하는데 사용되는 공지된 포지션/가속도 센서들을 생략할 수 있도록 하며, 이로써 비용이 절감되고 설치 복잡성이 완화된다.
전술한 목적들 및 이점들, 그리고 그 외 다른 목적들 및 이점들이 본 발명의 양태에 따라 첨부된 청구항들에 규정된 특징들을 갖는 차량 및 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들이 종속 청구항들에 규정된다.
이제, 본 발명에 따른 차량 및 방법의 일부 바람직한 실시예들의 기능적 및 구조적 특징들이 설명될 것이다. 첨부된 도면들을 참조한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량과 관련된 서스펜션의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 차량과 관련된 서스펜션의 개략도이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션에 포함되는 전기기계식 회전 액추에이터의 개략적인 부분 단면 사시도이고;
도 4는 도 3의 전기기계식 회전 액추에이터의 측단면도이고;
도 5는 도 4에 예시된 액추에이터의 일부를 형성하는 감속 기어의 개략도이고;
도 6a 및 도 6b는 전기기계식 회전 액추에이터를 차량 섀시에 부착하기 위한 2 개의 가능한 구성들을 예시하는 개략도들이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 위의 장애물을 극복하는 과정에서 휠-차체-서스펜션 조립체의 일련의 상태들을 개략적으로 도시하고;
도 8은 도 7에 제시된 상태들에 있어서 전기기계식 회전 액추에이터의 힘-속도 관계를 나타내는 도표이고;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 패인 곳(dip)을 지나는 과정에서 휠-차체-서스펜션 조립체의 일련의 상태들을 개략적으로 도시하고;
도 10은 도 9에 제시된 상태들하에서 전기기계식 회전 액추에이터의 힘-속도 관계를 나타내는 도표이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량과 관련된 서스펜션의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 차량과 관련된 서스펜션의 개략도이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션에 포함되는 전기기계식 회전 액추에이터의 개략적인 부분 단면 사시도이고;
도 4는 도 3의 전기기계식 회전 액추에이터의 측단면도이고;
도 5는 도 4에 예시된 액추에이터의 일부를 형성하는 감속 기어의 개략도이고;
도 6a 및 도 6b는 전기기계식 회전 액추에이터를 차량 섀시에 부착하기 위한 2 개의 가능한 구성들을 예시하는 개략도들이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 위의 장애물을 극복하는 과정에서 휠-차체-서스펜션 조립체의 일련의 상태들을 개략적으로 도시하고;
도 8은 도 7에 제시된 상태들에 있어서 전기기계식 회전 액추에이터의 힘-속도 관계를 나타내는 도표이고;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 패인 곳(dip)을 지나는 과정에서 휠-차체-서스펜션 조립체의 일련의 상태들을 개략적으로 도시하고;
도 10은 도 9에 제시된 상태들하에서 전기기계식 회전 액추에이터의 힘-속도 관계를 나타내는 도표이다.
본 발명의 복수의 실시예들을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명은 그 적용에 있어서 이하의 설명에서 제시되거나, 도면들에 예시된 구성요소들의 구성 상세들 및 배치로 제한되지 않음을 명확히 해야 한다. 본 발명은 다른 실시예들을 가정할 수 있고, 실제로는 다른 방식들로 구현되거나 구성될 수 있다. 또한, 어법과 용어는 설명적인 목적을 갖는 것으로서, 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다는 점을 이해해야 한다.
예로서 도면들을 참고하면, 차량은 차체(9), 휠(11)이 허브(10)를 중심으로 회전할 수 있게 휠(11)을 지지하도록 조정되는 적어도 하나의 허브(10) 및 허브(10)가 차체(9)에 대해 수직으로 진동할 수 있도록 허브(10)를 차체(9)에 연결하는 서스펜션(12)을 포함한다.
이어서 서스펜션(12)은 일측에서는 차체(9)에, 타측에서는 허브(10)에 힌지결합되는 서스펜션 아암(14)(편의상, 전통적인 하부 피벗 암) 및 차체(9)에 대해 정적인 힘들이 균형을 이루는 미리결정된 중립 포지션(즉, 차체(9)에 작용하는 중량의 힘(weight force)의 작용하에서 실질적으로 평탄한 지면 상태에서 서스펜션 아암이 차지하는 포지션)을 향해 상기 서스펜션 아암(14)을 편향시키기에 적합한 탄성 수단(16)을 포함한다.
차체(9)에 일체로 연결되고, 감속 기어(22)에 결합되는 전기 기계(20)를 포함하는 전기기계식 회전 액추에이터(18)도 있으며, 상기 감속 기어(22)는 차체(9) 상에서 서스펜션 아암(14)의 힌지 축선에 평행한 자체 회전 축선을 갖는 출력 샤프트(23c)에 결합되는 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)을 포함한다.
서스펜션(12)은 상기 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c)에 의해 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)으로부터 상기 서스펜션 아암(14)으로 동작을 전달하도록 조정되는 레버리지(24)를 추가로 포함하고, 상기 레버리지(24) 및 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c)는 실질적으로 강체들로 구성되는 구성요소들(즉, 강성 비틀림, 굴곡, 정지 마찰력 및 압축 구성요소들)을 포함(또는 상기 구성요소들에 의해 형성)하는데, 이때 상기 구성요소들이 서로 관절식으로 연결될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다. 이는, 토션 바들 또는 다른 요소들이 사용되고 특히 이들의 비틀림, 굴곡, 정지 마찰력 또는 압축 탄성 변형들에 의해 감속 기어로부터 서스펜션 아암으로 동작을 전달하도록 구성되는 종래 기술에서 발생하는 것과는 다르다.
또한, 서스펜션 아암(14)의 동작을 나타내는 파라미터들을 검출하도록 조정되는 센서 수단(26); 센서 수단(26)으로부터 전송된 신호들에 기초하여 토크 및 각도 포지션에 있어서 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 전기 기계(20)를 제어하도록 조정되는 전자 제어 유닛(28); 및 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급 및 전기기계식 회전 액추에이터로부터의 전류 수신을 교호적으로 수행하도록 조정되는 배터리(30)가 제공된다.
전기기계식 회전 액추에이터(18)는 능동 조정 상태(active adjustment condition)와 감쇠 상태(damping condition) 사이에서 작동 가능한데, 능동 조정 상태에서는, 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 배터리(30)에 의해 전력을 공급받고 차체(9)에 대한 상기 서스펜션 아암(14)의 상대적인 동작을 야기하여 서스펜션(12)에 대해 양의 작용(positive work)을 수행하는 힘을 레버리지(24)를 거쳐 상기 서스펜션 아암(14)에 전달하도록 구성되고, 감쇠 상태에서는, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 배터리(30)에 전력을 공급하고 차체(9)에 대한 상기 서스펜션 아암(14)의 상대적인 동작을 저해하여 서스펜션(12)에 대해 음의 작용(negative work)을 수행하는 힘을 레버리지(24)를 거쳐 상기 서스펜션 아암(14)에 전달하도록 구성된다.
전기기계식 회전 액추에이터(18)는 전자 제어 유닛(28)에 의한 명령에 따라 이들 능동 조정 상태와 감쇠 상태 사이에서 작동하여, 각각 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수가 5 Hz를 초과하는 동작을 제공하거나, 최대 주파수가 5 Hz를 초과하는 상기 서스펜션 아암(14)의 동작(예를 들어, 주파수가 10 내지 15 Hz 정도인 휠 동작)을 감쇠시킬 수 있다. 이는 센서 수단(26)을 통해 편리하게 얻을 수 있는데, 센서 수단은 당업자가 도달할 수 있는 범위 내의 방법들에 따라, 서스펜션 아암(14)의 수직 운동을 검출하여 이들을 전자 제어 유닛(28)으로 전송함으로써, 상기 전자 제어 유닛이 토크 및 각도 포지션에 있어서 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 전기 기계(20)를 제어하여, 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수가 5 Hz를 초과하는 동작을 제공하거나, 최대 주파수가 5 Hz를 초과하는 상기 서스펜션 아암(14)의 동작을 감쇠하도록 한다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c)의 회전 축선은 차체(9)에 대한 서스펜션 아암(14)의 힌지 축선과 평행하지만 일치하지 않는다.
서스펜션(12)은 적어도 2 개의 부분들이 서로 신축자재식으로(telescopically) 신장 가능한 원통형 쌍(17)(더블 위시본 타입의 전방 서스펜션의 일 실시예를 도시하는 도 1의 예에 의해 예시되는 것과 같음)을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 부분들 중 하나는 일단부가 조인트에 의해 상기 서스펜션 아암(14)에 연결되고, 상기 부분들 중 다른 하나는 일단부가 조인트에 의해 차체(9)에 연결된다.
대안적으로(위시본 타입의 후방 서스펜션의 일 실시예를 도시하는 도 2의 예에 의해 예시된 것과 같음), 원통형 쌍이 없을 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 원통형 쌍(17)은 서스펜션의 동작에 감쇠 작용이 가해지는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 이 경우, 원통형 쌍(17)은 실질적으로 서스펜션(12)의 동작에 저항하지 않도록 구성된다(예를 들어, 원통형 쌍은 2 개의 원통형 부분들 내에 감쇠 유체들이 없는 상태에서 최소 마찰로 신축자재식으로 신장 가능한 이들 2 개의 원통형 부분들을 포함할 수 있다).
대안적으로, 원통형 쌍(17)은 서스펜션(12)의 동작에 대해 감쇠 작용을 가하도록 구성될 수 있는데, 이러한 감쇠 작용은 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 의해 생성되는 감쇠 작용에 추가된다.
이 경우, 원통형 쌍(17)은 예를 들어, 전통적인 자동차 충격 흡수장치로서 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 탄성 수단(16)은 일단부에서, 원통형 쌍(17)의 차체(9)에 부착될 수 있는 부분에 연결되고, 제2 단부에서, 원통형 쌍(17)의 서스펜션 아암(14)에 부착되는 부분에 연결되며, 레버리지(24)는 원통형 쌍(17)의 서스펜션 아암(14)에 부착되는 상기 부분에(예를 들어, 스프링(16)의 일단부가 안착되고 원통형 쌍(17)의 서스펜션 아암(14)에 부착되는 상기 부분과 일체인 스프링 플레이트에 또는 그 근처에) 연결된다.
바람직하게는, 레버리지(24)는 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c)와 비틀림 방식으로 일체를 이루는 레버(24a) 및 레버(24a)에 대해 관절식으로 연결될 수 있고 그 타단부에서, 서스펜션(14) 또는 허브(10) 또는 원통형 쌍(17)의 서스펜션 아암(14)에 부착되는 부분에 힌지결합될 수 있는 로드(24b)를 포함한다. 상기 레버(24a) 및 로드(24b)는 감속 단(23a, 23b)과 서스펜션 아암(14) 사이에서 동작을 전달하기 위한 강성 운동학적 메커니즘을 제공하기 위해, 본질적으로 강체들로 구성된다.
일 실시예에 따르면, 감속 기어(22)는 다단 유성 기어 트레인을 포함하며, 상기 감속 기어(22)는 차체(9)에 일체로 연결되는 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 하우징에 수용된다.
상기 유성 기어 트레인의 각각의 단(23a, 23b)은 태양 기어를 포함하며, 태양 기어는 유성 캐리어의 유성들과 맞물리게 되며, 이어서 유성들은 반경방향 외측 링과 맞물린다. 유성 기어 트레인은 각각의 단의 입력이 태양 기어이고, 각각의 단의 출력이 유성 캐리어이며, 외측 링이 회전 고정되어 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 상기 하우징과 일체가 되는 방식으로 구성된다.
편의상, 감속 기어(22)는 2 단 유성 기어 트레인을 포함하며, 제1 단의 유성 캐리어는 레버리지(24)의 레버(24a)에 비틀림 강성 방식으로 연결되고, 제2 단의 태양 기어는 전기 기계(20)의 샤프트에 비틀림 강성 방식으로 연결된다.
일 실시예(도 6a에 예로서 예시됨)에 따르면, 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 예를 들어 나사 등에 의해 차체(9)에 견고하게 연결된다.
대안적으로(도 6b에 예로서 예시된 바와 같이), 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 차체(9)로의 진동 전달을 줄이기 위해 자체적으로 공지된 탄성 및 감쇠 수단(3)을 통해 차체(9)에 연결될 수 있다. 이들 탄성 및 감쇠 수단(32)의 강성 및 감쇠 값들은, 자동차 서스펜션에 대해 대표적으로 0 Hz 내지 50 Hz의 주파수 범위로 구성되는 관심 주파수 대역에서 동역학을 도입하지 않는 방식으로 이상적으로 할당된다. 실제로, 탄성 수단은 충분히 높은 강성을 가져야 하지만, 감쇠 요소들은 진동 여과 측면에서 요구되는 성능에 따라 명시적으로 요구되거나 요구되지 않을 수 있다.
편의상, 전자 제어 유닛(28)은 전기기계식 디바이스에 완전히 통합되어, 전기 기계(20)의 축선 방향으로의 연장부를 형성한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 차량을 준비하는 단계 및 센서 수단(26)에 의해 차체(9)와 허브(10) 사이의 상대적인 포지션 및 속도를 검출하는 단계를 포함하는 차량 서스펜션의 동작을 조정하기 위한 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 방법은, 차체(9)와 허브(10) 사이의 왕복 운동이 검출될 때, 전자 제어 유닛(28)에 의해 전기기계식 회전 액추에이터(18)를 제어하는 단계를 추가로 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다:
- 상기 허브와 차체(9) 사이의 절대 거리가 서스펜션(12)의 정적인 힘들이 균형을 이루는 중립 상태에서 상기 허브(10)가 상기 차체(9)로부터 갖게 되는 절대 거리에 대해 감소하는 경향을 나타내도록 허브(10)의 운동이 이루어지는 경우(즉, 휠이 경사면에 면하고 허브(10)가 상승하여, 중립 포지션 위로―도 1 및 도 2의 사시도로부터 시계방향으로―피벗하는 경우), 배터리(30)로부터의 전류를 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 공급하여 레버리지(24)에 의해 서스펜션 아암(14)에 전달되고 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수 F>5 Hz인 작용을 발생시키는 토크를 발생시켜 허브(10)와 차체(9) 사이의 상대 속도의 부호가 변경되지 않는 한 허브(10)와 차체(9) 사이의 절대 거리를 추가로 감소시키는 경향을 나타내도록(즉, 허브의 추가적인 상방 피벗을 촉진하도록) 하며, 이 경우에 배터리(30)로부터 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급을 차단하고, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가 발전기로서 작동하게 되어 생성된 전류를 배터리(30)로 전달하는 단계;
- 상기 허브와 차체(9) 사이의 절대 거리가 서스펜션(12)의 정적인 힘들이 균형을 이루는 중립 상태에서 상기 허브(10)가 상기 차체(9)로부터 갖게 되는 절대 거리에 대해 증가하는 경향을 나타내도록 허브(10)의 운동이 이루어지는 경우(즉, 휠이 내리막에 면하고 허브(10)가 하강하여, 중립 포지션 아래로―도 1 및 도 2의 사시도로부터 반시계방향으로―피벗하는 경우), 배터리(30)로부터의 전류를 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 공급하여 레버리지(24)에 의해 서스펜션 아암(14)에 전달되고 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수 F>5 Hz인 작용을 발생시키는 토크를 발생시켜 허브(10)와 차체(9) 사이의 상대 속도의 부호가 변경되지 않는 한 허브(10)와 차체(9) 사이의 절대 거리를 추가로 증가시키는 경향을 나타내도록 하며, 이 경우에 배터리(30)로부터 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급을 차단하고, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가 발전기로서 작동하게 되어 생성된 전류를 배터리(30)로 전달하는 단계―.
전술한 제어 전략을 보다 잘 이해하기 위하여, 서스펜션의 동작을 조절하는 두 가지 예들이 도 7 및 도 8(제1 예)과 도 9 및 도 10(제2 예)을 참고하여 이하에서 예시된다.
차량의 본체(9)와 차량의 각각의 휠(11)이 각각 2 개의 형상(mass)들, 즉 상부 및 하부 형상으로 도식화되고, 이들 형상이 서로 기계적으로 병렬을 이루는 스프링(16) 및 전기기계식 회전 액추에이터(18)를 통해 서로 연결되는 차량 서스펜션의 단순화 모델(도 7 및 도 9에서 예로서 예시됨)을 고려해 본다.
휠이 도로의 장애물, 예를 들어 인공적인 요철(artificial bump)과 충돌하는 특정 시나리오를 고려해 본다. 제어 전략(그 자체로 알려져 있음)의 목적은 차체(9)를 항상 동일한 수직 높이로 유지함으로써 장애물을 건널 때 차량의 본체(9)에 대한 휠(11)의 수직 변위로 인한 스프링(16)의 불가피한 힘의 변화를 보상하도록, 토크 및 포지션에 있어서 회전 액추에이터(18)를 제어하는 것이다.
Fs는 스프링이 차체에 가하는 힘으로서, 관례적으로 상향인 경우 양으로 간주하는 힘과, 작용과 반작용의 원리로 인해, 스프링이 휠에 가하는 힘으로서, 관례적으로 하향인 경우 양으로 간주하는 힘을 나타낸다. V는 차체와 휠 사이의 상대적인 수직 속도로서, 관례적으로 신장 시 양으로 간주된다. F는 회전 액추에이터에 의해 차체에 가해지는 힘으로서, 관례적으로 하향인 경우 양으로 간주되고; 작용과 반작용의 원리에 의해, 회전 액추에이터는 동일한 크기의 힘(F)을 휠에 가하게 되는데, 관례적으로 이 힘은 상향인 경우 양으로 간주된다.
이들 부호 규칙들을 사용하여, 액추에이터의 속도(V) 및 힘(F)이 도시되어 있는 도 8의 공지된 힘(F)-속도(V) 도표를 고려해 본다. 제1 및 제3 사분면(로마 숫자들 I 및 III으로 표시됨)은 관례적으로 충격 흡수장치의 전형적인 작동 사분면들이며, 여기서 전통적인 충격 흡수장치는 서스펜션의 운동 에너지를 분산시키고, 본 발명의 전기기계식 회전 액추에이터는 서스펜션의 동작을 감쇠시키며, 바람직하게는, 이와 동시에 서스펜션의 운동 에너지를 전기 에너지로 재생함으로써, 재생 감쇠 및 액추에이터로부터 배터리로의 전기 에너지의 유동을 제공한다. 제2 및 제4 사분면들(로마 숫자들 II와 IV로 표시됨)은 이들 사분면들이 각각 압축 및 신장 시 서스펜션의 능동적 작동에 대응하기 때문에, 관례적으로 충격 흡수장치에 허용되지 않는 작동 사분면들이다; 이들 두 사분면들에서, 본 발명의 전기기계식 회전 액추에이터는 서스펜션의 동작을 유발하여 배터리로부터 전기 에너지를 흡수함으로써 배터리로부터 액추에이터로의 전기 에너지의 유동을 발생시킨다.
장애물을 건너는 동안 발생하는 주요 현상들은 다음과 같이 요약할 수 있다. 스텝 1(도 7의 좌측에서 첫 번째 구성)에서, 차량은 평탄한 도로를 주행하고, 서스펜션 스프링은 차체의 중량으로 인한 수직 하중을 지지하며, 서스펜션은 수직으로 운동하지 않으며(V=0), 회전 액추에이터가 가하는 힘(F)은 영이다. 도 8의 힘-속도 평면에서, 이 조건은 원점에 대응한다. 휠이 장애물을 타고 오르는 스텝 2에서, 제어 전략은 차체를 스텝 1에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 장애물을 타고 올라가 차체에 접근함에 따라, 서스펜션은 압축 단계(V<0)에 있고, 스프링은 스텝 1에서보다 더 압축되어 상방으로 차체에 추가적인 직접 탄성력(Fs)을 가한다. 이러한 힘(Fs)을 보상하기 위해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 차체에 가하여 하향시킨다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 휠에 가하여 상향시킨다. 액추에이터는 도 8의 힘-속도 그래프의 제2 사분면에서 작동하며, 이는 압축 시 능동 작동에 대응한다. 실제로 이 단계에서, 액추에이터는 휠이 요철을 따르도록 능동적으로 "조력"하여, 휠을 차체 쪽으로 당기고 상기 차체에 변위 효과를 주지 않는다. 그렇게 함에 있어서, 이 단계 동안 액추에이터에 의해 휠에 가해지는 힘(F) 및 휠의 수직 속도가 항상 동일한 방향이기 때문에, 액추에이터는 서스펜션에 대해 양의 작업을 수행한다(차체의 수직 속도는 이론적으로 0이고, 이로써 액추에이터가 차체에 가하는 힘(F)의 작용도 0임). 이러한 차체와 음의 휠(압축) 사이의 상대 속도(V)의 상황에서, 충격 흡수장치는 차체와 휠 사이의 상대적 압축 동작에 맞서 차체에 상향 힘을 가하여 차체의 상방 운동을 용이하게 하며, 이로써 힘-속도 그래프의 제3 사분면에서 작동하였을 것이라는 점에 유의해야 한다.
휠이 장애물의 정점에 도달한 스텝 3에서, 제어 전략은 여전히 차체를 스텝 1 및 스텝 2에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 장애물의 정점에 있기 때문에, 서스펜션은 상대 속도가 0(V=0)이지만, 스프링은 스텝 2에서보다 더 압축되어 상방으로 차체에 가해지는 탄성력(Fs)의 값을 증가시킨다. 이렇게 증가된 힘(Fs)을 보상하기 위해, 이번에는 회전 액추에이터가 차체에 하방으로 작용하는 힘(F)의 값을 증가시켜야 한다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 휠에 가하여 상향시킨다. 액추에이터는 양의 힘(F)을 가하고 영의 속도로 작동하므로, 도 8의 힘-속도 그래프의 제1 사분면과 제2 사분면 사이의 세로축에 작용하며, 이는 영의 속도의 능동 작동에 대응한다. 실제로 이 단계에서, 액추에이터는 차체에 대한 수직 변위 효과 없이 휠을 지속적으로 요철의 정점에 능동적으로 유지한다. 이처럼 차체와 휠 사이의 상대 속도(V)가 0인 상황에서, 충격 흡수장치는 0의 힘(F)과 반응하여 힘-속도 그래프의 원점에서 작동한다는 것에 주목한다.
마지막으로, 휠이 장애물로부터 하강하는 스텝 4에서, 제어 전략은 다시 한번 차체를 스텝 1 내지 스텝 3에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 장애물로부터 하강하여 차체로부터 멀어지기 때문에, 서스펜션은 신장 단계(V>0)에 있으며, 스프링은 항상 압축되어 차체에 상향 탄성력(Fs)을 가한다. 이러한 힘(Fs)을 보상하기 위해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 차체에 가하여 하향시킨다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 휠에 가하여 상향시킨다. 그 후, 액추에이터는 차체와 휠에 상기 신장에 대향하는 힘(F)을 가함으로써 신장 시 작동하며, 이에 따라 액추에이터는 도 8의 힘-속도 그래프의 제1 사분면에서 충격 흡수장치로 기능하며, 이는 신장 시 감쇠 작동에 대응한다. 이렇게 함에 있어, 이 단계 동안, 액추에이터에 의해 휠에 가해지는 힘(F) 및 휠의 수직 속도는 항상 불일치한 방향이기 때문에, 액추에이터가 서스펜션에 음의 작업을 수행한다(차체의 수직 속도는 이론적으로 0이므로, 이론적으로는 액추에이터가 차체에 가하는 힘(F)의 작용도 0임). 이 작업 동안, 그 후 액추에이터는 서스펜션의 운동 에너지를 전기 에너지로 재생하고, 이때 전기 에너지는 액추에이터로부터 배터리로 유동한다.
마지막으로, 휠이 도로의 패인 곳에 진입하는 두 번째 특정 시나리오를 고려해 본다. 또한, 이 경우에, 제어 전략(그 자체로 알려져 있음)의 목적은 차량의 본체(9)를 항상 동일한 수직 높이로 유지함으로써 패인 곳을 건널 때 차량의 본체(9)에 대한 휠(11)의 수직 변위로 인한 스프링(16)의 불가피한 힘의 변화를 보상하도록, 토크 및 포지션에 있어서 회전 액추에이터(18)를 제어하는 것이다.
인공적인 요철의 경우에 대해 이미 예시된 힘들과 속도의 부호들에 대한 동일한 관례를 고려해 본다. 또한, 도 10의 공지된 힘(F)-속도(V) 도표를 고려해 보는데, 이는 전체적으로 도 8의 것과 유사하고, 이에 대해서도 도 8에 대해 이미 예시된 사분면들을 고려한다.
패인 곳을 건너는 동안 발생하는 주요 현상들은 다음과 같이 요약할 수 있다. 스텝 1(도 9의 좌측에서 첫 번째 구성)에서, 차량은 평탄한 도로를 주행하고, 서스펜션 스프링은 차체의 중량으로 인한 수직 하중을 지지하며, 서스펜션은 수직으로 운동하지 않으며(V=0), 회전 액추에이터가 가하는 힘(F)은 0이다. 도 10의 힘-속도 평면에서, 이 조건은 원점에 대응한다. 휠이 패인 곳에 진입하는 스텝 2에서, 제어 전략은 차체를 스텝 1에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 패인 곳 내부로 하강하여 차체로부터 멀어짐에 따라, 서스펜션은 신장 단계(V>0)에 있고, 스프링은 스텝 1에서보다 더 신장되어 하방으로 차체에 추가적인 탄성력(Fs)을 가한다. 이러한 힘(Fs)을 보상하기 위해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 차체에 가하여 상향시킨다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 휠에 가하여 하향시킨다. 액추에이터는 도 10의 힘-속도 그래프의 제4 사분면에서 작동하며, 이는 신장 시 능동 작동에 대응한다. 실제로 이 단계에서, 액추에이터는 휠이 패인 곳의 프로파일을 따르도록 능동적으로 "조력"하여, 휠을 차체에 대향하는 방향으로 밀어 상기 차체에 변위 효과를 주지 않는다. 그렇게 함에 있어서, 이 단계 동안 액추에이터에 의해 휠에 가해지는 힘(F) 및 휠의 수직 속도가 항상 동일한 방향이기 때문에, 액추에이터는 서스펜션에 대해 양의 작업을 수행한다(차체의 수직 속도는 이론적으로 0이고, 이로써 액추에이터가 차체에 가하는 힘(F)의 작용도 0임). 이러한 차체와 양의 휠(신장) 사이의 상대 속도(V)의 상황에서, 충격 흡수장치는 차체와 휠 사이의 상대적 신장 동작에 맞서 차체에 하향 힘을 가하여 차체의 바닥을 향한 운동을 용이하게 하여 힘-속도 그래프의 제1 사분면에서 작동하였을 것이라는 점에 유의해야 한다.
휠이 패인 곳의 최하점에 도달한 스텝 3에서, 제어 전략은 여전히 차체를 스텝 1 및 스텝 2에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 패인 곳의 최하점에 있기 때문에, 서스펜션은 상대 속도가 0(V=0)이지만, 스프링은 스텝 2에서보다 더 신장되어 하방으로 차체에 가해지는 탄성력(Fs)의 값을 증가시킨다. 이렇게 증가된 힘(Fs)을 보상하기 위해, 이번에는 회전 액추에이터가 차체에 상방으로 작용하는 힘(F)의 값을 증가시켜야 한다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 휠에 가하여 하향시킨다. 액추에이터는 음의 힘(F)을 가하여 영의 속도로 작동하므로, 도 10의 힘-속도 그래프의 제3 사분면과 제4 사분면 사이 세로축에서 작용하며, 이는 영의 속도의 능동 작동에 대응한다. 실제로 이 단계에서, 액추에이터는 차체에 대한 수직 변위 효과 없이 지속적으로 휠을 패인 곳의 최저점에 능동적으로 유지한다. 이처럼 차체와 휠 사이의 상대 속도(V)가 0인 상황에서, 충격 흡수장치는 0의 힘(F)과 반응하여 힘-속도 그래프의 원점에서 작동한다는 것에 주목한다.
마지막으로, 휠이 패인 곳으로부터 상승하는 스텝 4에서, 제어 전략은 다시 한번 차체를 스텝 1 내지 스텝 3에서와 동일한 수직 높이로 유지하는 것을 목표로 한다. 휠이 패인 곳으로부터 상승하여 차체에 접근함에 따라, 서스펜션은 압축 단계(V<0)에 있으며, 스프링은 항상 신장되어 차체에 하향 탄성력(Fs)을 가한다. 이러한 힘(Fs)을 보상하기 위해, 회전 액추에이터는 동등하지만 대향하는 힘(F)을 차체에 가하여 상향시킨다. 작용 및 반작용의 원리로 인해, 회전 액추에이터는 휠에 동등하지만 대향하는 힘(F)을 가하여 하향시킨다. 그 후, 액추에이터는 차체와 휠에 상기 압축에 대향하는 힘(F)을 가함으로써 압축 작동하며, 이에 따라 액추에이터는 도 10의 힘-속도 그래프의 제3 사분면에서 충격 흡수장치로서 기능하며, 이는 압축 시 감쇠 작동에 대응한다. 이렇게 함에 있어, 이 단계 동안, 액추에이터에 의해 휠에 가해지는 힘(F) 및 휠의 수직 속도는 항상 불일치한 방향에 있기 때문에, 액추에이터가 서스펜션에 음의 작업을 수행한다(차체의 수직 속도는 이론적으로 0이므로, 이론적으로는 액추에이터가 차체에 가하는 힘(F)의 작용도 0임). 이 작업 동안, 그 후 액추에이터는 서스펜션의 운동 에너지를 전기 에너지로 재생하고, 이때 전기 에너지는 액추에이터로부터 배터리로 유동한다.
앞선 설명들에 기초하여, 회전 액추에이터가 전술한 차량 동역학의 제어 전략에 기반하여 어떻게 능동 작업으로부터 감쇠 작업(편의상, 재생)으로 전환하는지가 이해된다.
특히, (정적인 서스펜션 힘들이 균형을 이루는 중립 상태에서 시작하여) 휠이 요철을 만날 때 및 휠이 패인 곳을 만날 때의 두 경우 모두에서, 액추에이터는 제1 단계에서, 휠이 요철의 정점 또는 패인 곳의 가장 깊은 지점에 도달할 때까지, 서스펜션 동작의 능동 조정을 수행하기 위해 배터리에 의해 전력이 공급되며, 그 후 제2 단계에서, 배터리로부터의 전력 공급은 차단되고, 액추에이터는 발전기로서 작동하게 됨으로써 서스펜션에 대한 감쇠기로서 기능한다.
일 실시예에 따르면, 차체(9)와 허브(10) 사이의 상대적인 포지션 및 속도를 검출하는 단계는, 전기 기계(20)에 통합되고 토크 및 속도에 있어서의 제어가 가능하도록 조정되는 각도 포지션 센서에 의해 실행된다.
본 발명에 따른 차량 및 방법에 대한 다양한 양태들 및 실시예들이 설명되었다. 각각의 실시예는 임의의 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 본 발명은 설명된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항들에 의해 규정된 범위 내에서 변경될 수 있다.
Claims (14)
- 차량으로서,
차체(vehicle body)(9);
휠(11)을 지지하도록 조정되는 적어도 하나의 허브(hub)(10)―상기 휠(11)이 상기 허브(10)를 중심으로 회전 가능함―; 및
상기 허브(10)가 상기 차체(9)에 대해 수직으로 피벗 가능하도록, 상기 허브(10)를 상기 차체(9)에 연결하는 서스펜션(suspension)(12)을 포함하고,
상기 서스펜션(12)은,
상기 차체(9) 및 상기 허브(10)에 힌지결합되는 서스펜션 아암(14);
상기 서스펜션 아암(14)을 상기 차체(9)에 대해 정적인 힘들이 균형을 이루는 미리 결정된 중립 포지션을 향하여 편향시키도록 조정되는 탄성 수단(16);
상기 차체(9)에 일체로 연결되고, 감속 기어(22)에 결합되는 전기 기계(20)를 포함하는 전기기계식 회전 액추에이터(18)―상기 감속 기어(22)는 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)을 포함하고, 이어서 상기 감속 단은 상기 서스펜션 아암(14)을 상기 차체(9)에 연결하는 힌지의 축선에 평행한 자체 회전 축선을 갖는 출력 샤프트(23c)를 포함함―;
상기 감속 단(23a, 23b)의 상기 출력 샤프트(23c)에 의해 상기 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)으로부터 상기 서스펜션 아암(14)으로 동작을 전달하도록 조정되는 레버리지(24)―상기 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c) 및 상기 레버리지(24)는 실질적으로 강체들로서 구성되는 구성요소들을 포함함―;
상기 서스펜션 아암(14)의 동작을 나타내는 파라미터들을 검출하도록 조정되는 센서 수단(26);
상기 센서 수단(26)에 의해 전송되는 신호들에 기초하여, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 상기 전기 기계(20)의 토크 및 각도 포지션을 제어하도록 조정되는 전자 제어 유닛(28); 및
상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급 및 상기 전기기계식 회전 액추에이터로부터의 전기 수신이 교대로 이루어지도록 조정되는 배터리(30)를 포함하고,
상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 능동 조정 상태(active adjustment condition)와 감쇠 상태(damping condition) 사이에서 작동 가능하고, 상기 능동 조정 상태에서는, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가, 상기 배터리(30)에 의해 전력을 공급받고, 상기 차체(9)에 대한 상기 서스펜션 아암(14)의 상대적인 동작을 야기하여 상기 서스펜션(12)에 대해 양의 작용을 수행하도록 하는 힘을 상기 레버리지(24)를 거쳐 상기 서스펜션 아암(14)에 전달하도록 구성되고, 상기 감쇠 상태에서는, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가 상기 배터리(30)에 전력을 공급하고, 상기 차체(9)에 대한 상기 서스펜션 아암(14)의 상대적인 동작에 대향하여 상기 서스펜션(12)에 대해 음의 작용을 수행하도록 하는 힘을 상기 레버리지(24)를 거쳐 상기 서스펜션 아암(14)에 전달하도록 구성되고;
상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 각각 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수가 5 Hz를 초과하는 동작을 제공하거나, 상기 서스펜션 아암(14)의 동작을 5 Hz를 초과하는 최대 주파수로 감쇠시키도록, 상기 전자 제어 유닛(28)의 명령에 따라 상기 능동 조정 상태와 상기 감쇠 상태 사이에서 작동 가능한,
차량. - 제1 항에 있어서,
원통형 쌍(17)을 추가로 포함하고, 상기 원통형 쌍은, 적어도 2 개의 신축자재식으로(telescopically) 신장 가능한 부품들을 가지고, 상기 부품들 중 하나는 조인트에 의해 상기 서스펜션 아암(14)에 연결되는 일 단부를 갖고, 상기 부품들 중 다른 하나는 조인트에 의해 상기 차체(9)에 연결되는 일 단부를 갖는,
차량. - 제2 항에 있어서,
상기 원통형 쌍(17)은 상기 서스펜션 동작의 감쇠 작용 행사를 실질적으로 방지하도록 구성되는,
차량. - 제2 항에 있어서,
상기 원통형 쌍(17)은 서스펜션(12)의 동작에 감쇠 작용을 가하도록 구성되고, 이러한 감쇠 작용은 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 의해 발생되는 감쇠 작용에 추가되는,
차량. - 제4 항에 있어서,
상기 원통형 쌍(17)은 전통적인 자동차 충격 흡수장치로서 구성되는,
차량. - 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성 수단(16)은 상기 탄성 수단의 제1 단부에서 상기 원통형 쌍(17)의 상기 차체(9)에 부착 가능한 부분에 연결되고, 상기 탄성 수단의 제2 단부에서 상기 원통형 쌍(17)의 상기 서스펜션 아암(14)에 부착되는 부분에 연결되며, 상기 레버리지(24)는 상기 원통형 쌍(17)의 상기 서스펜션 아암(14)에 부착되는 상기 부분에 연결되는,
차량. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레버리지(24)는 상기 적어도 하나의 감속 단(23a, 23b)의 상기 출력 샤프트(23c)와 비틀림 방식으로 일체를 이루는 레버(24a) 및 상기 레버(24a)에 대해 관절식으로 연결되고 일 단부에서 상기 서스펜션 아암(14) 또는 상기 허브(10) 또는 상기 원통형 쌍(17)의 상기 서스펜션 아암(14)에 부착되는 부분에 힌지결합되는 로드(24b)를 포함하고, 상기 레버(24a) 및 로드(24b)는 실질적으로 강체들로서 구성되는,
차량. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감속 기어(22)는 다단 유성 기어 트레인을 포함하고, 상기 감속 기어(22)는 상기 차체(9)에 일체로 부착되는 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 하우징에 수용되고, 상기 유성 기어 트레인의 각각의 단(23a, 23b)은 유성 캐리어의 유성들과 맞물리는 태양 기어를 포함하고, 이어서 상기 유성들은 반경 방향 외측 링 기어와 맞물리며, 이에 의해 상기 유성 기어 트레인은 각각의 단의 입력이 상기 태양 기어가 되고, 각각의 단의 출력이 상기 유성 캐리어가 되도록 구성되고,
상기 외측 링 기어는 회전 고정되고, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)의 상기 하우징과 일체를 이루는,
차량. - 제8 항에 있어서,
상기 감속 기어(22)는 2 단 유성 기어 트레인을 포함하고, 제1 단의 유성 캐리어는 비틀림 강성 방식(torsionally rigid manner)으로 상기 레버리지(24)에 연결되고, 제2 단의 태양 기어는 비틀림 강성 방식으로 상기 전기 기계(20)의 샤프트에 연결되는,
차량. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)는 탄성 및 감쇠 수단(32)에 의해 상기 차체(9)에 연결되는,
차량. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 제어 유닛(28)은 전기기계식 디바이스(18) 내부에 완전히 통합되어, 상기 전기 기계(20)의 축선 방향으로의 연장부를 형성하는,
차량. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감속 단(23a, 23b)의 출력 샤프트(23c)의 회전 축선은 상기 차체(9)에 대한 상기 서스펜션 아암(14)의 힌지 축선과 평행하지만 일치하지 않는,
차량. - 차량 서스펜션의 동작을 조정하는 방법으로서,
a) 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 차량을 제공하는 단계;
b) 센서 수단(26)을 통해 차체(9)와 허브(10) 사이의 상대적인 포지션 및 속도를 검출하는 단계;
c) 전자 제어 유닛(28)에 의해 상기 차체(9)와 상기 허브(10) 사이에서 상호 운동이 검출된 때,
c1) 상기 허브와 차체(9) 사이의 거리가 서스펜션(12)의 정적인 힘들이 균형을 이루는 중립 상태에서 상기 허브(10)가 상기 차체(9)로부터 갖게 되는 절대 거리에 대해 감소하는 경향을 나타내도록 상기 허브(10)의 동작이 이루어지는 경우에, 배터리(30)로부터의 전류를 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 공급하여, 레버리지(24)에 의해 서스펜션 아암(14)에 전달되고 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수 F>5 Hz인 작용을 발생시키는 토크를 발생시켜 허브(10)와 차체(9) 사이의 상대 속도의 부호가 변경되지 않는 한 허브(10)와 차체(9) 사이의 거리를 추가로 감소시키는 경향을 나타내며, 이 경우에 배터리(30)로부터 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급을 차단하고, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가 발전기로서 작동하게 되어 생성된 전류를 배터리(30)로 전달하고;
c2) 상기 허브와 차체(9) 사이의 거리가 서스펜션(12)의 정적인 힘들이 균형을 이루는 중립 상태에서 상기 허브(10)가 상기 차체(9)로부터 갖게 되는 절대 거리에 대해 증가하는 경향을 나타내도록 상기 허브(10)의 동작이 이루어지는 경우에, 배터리(30)로부터의 전류로 전기기계식 회전 액추에이터(18)에 전력을 공급하여, 레버리지(24)에 의해 서스펜션 아암(14)에 전달되고 상기 서스펜션 아암(14)에 최대 주파수 F>5 Hz인 작용을 발생시키는 토크를 발생시켜 허브(10)와 차체(9) 사이의 상대 속도의 부호가 변경되지 않는 한 허브(10)와 차체(9) 사이의 거리를 추가로 증가시키는 경향을 나타내며, 이 경우에 배터리(30)로부터 전기기계식 회전 액추에이터(18)로의 전력 공급을 차단하고, 상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)가 발전기로서 작동하게 되어 생성된 전류를 배터리(30)로 전달하는 방식으로
상기 전기기계식 회전 액추에이터(18)를 제어하는 단계를 포함하는,
차량 서스펜션의 동작을 조정하는 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 전기 기계(20)에 통합되고 토크 및 속도에 있어서의 제어가 가능하도록 조정되는 각도 포지션 센서에 의해 수행되는 차량 서스펜션의 동작을 조정하는,
차량 서스펜션의 동작을 조정하는 방법.
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