KR100822391B1

KR100822391B1 - 차량 서스펜션 시스템

Info

Publication number: KR100822391B1
Application number: KR1020067019012A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 미즈노; 마사아키 다바타
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2008-04-16
Also published as: US7637516B2; CN1930013A; WO2005087522A1; EP1735169B1; EP1735169A1; KR20060122960A; DE602005016234D1; JP4193737B2; AU2005221449B2; AU2005221449C1; WO2005087522B1; AU2005221449A1; US20070187918A1; CN100560395C; JP2005262987A

Abstract

본 차량 서스펜션 시스템은, 각각의 차륜에 대응하고 각 유압 챔버(28)를 가지는 쇼크 업소버(10, 12, 14, 16)와 같은 복수 개의 서스펜션 실린더와, 실린더 하우징(52; 104)을 가지고, 유체와 밀착되고 실린더 하우징에 윤활가능하게 끼워지며 복수 개의 피스톤(70, 72, 74, 76; 110, 112, 114)을 포함하는 피스톤 조립체(50; 102) 및 복수 개의 피스톤과 연결되는 적어도 하나의 커넥팅 로드(66, 68: 116, 118)를 포함하는 제어 실린더(48; 100)로 이루어진다. 제어 실린더는, 복수 개의 서스펜션 실린더의 유압 챔버에 각각 연결되는 복수 개의 유압 챔버(70, 72, 74, 76; 130, 132, 134, 136, 138, 140)를 가진다. 피스톤 조립체의 복수 개의 피스톤은 서로 다른 직경을 가지는 적어도 2개의 피스톤을 포함한다. 서스펜션 실린더에 대한 제어 실린더의 유압 챔버의 연결 자유도는, 모든 유압 챔버 내 유압을 받는 압력 수용 면적이 서로 동일하도록 제어 실린더를 배열함으로써 증가할 수 있다.

Description

차량 서스펜션 시스템{VEHICULAR SUSPENSION SYSTEM}

본 발명은 차량의 서스펜션 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 복수 개의 서스펜션 실린더의 유압 챔버가 하나의 제어 실린더의 각각의 유압 챔버에 연결되는 유형의 서스펜션 시스템의 개선에 관한 것이다.

미국 특허 제 3,024,037호에는 상술한 유형의 차량 서스펜션 시스템의 일례가 개시되어 있다. 이 차량 서스펜션 시스템은, 차량의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측 차륜에 각각 제공되고, 하나의 제어 실린더의 4개의 유압 챔버 각각에 연결되는 4개의 유압 챔버를 가지는 4개의 서스펜션 실린더를 포함한다. 상기 제어 실린더는, 2개의 피스톤과 그 2개의 피스톤을 연결하는 커넥팅 로드로 이루어지고 상기 2개의 피스톤과 커넥팅 로드는 유체밀착 및 실린더 하우징 내에 윤활가능하게 끼워지는 피스톤 조립체를 포함한다. 차량의 후방 좌측 및 후방 우측 차륜에 제공되는 2개의 서스펜션 실린더는, 커넥팅 로드로부터 이격되어 있는 각각의 2개의 피스톤의 축 바깥쪽에 형성되는 2개의 외부 유압 챔버 각각에 연결되는 한편, 차량의 전방 좌측 및 전방 우측 차륜에 제공되는 2개의 서스펜션 실린더는, 각각 2개의 피스톤, 및 커넥팅 로드가 유체와 밀착하여 관통하는 격벽 사이에 형성되는 2개의 내부 유압 챔버 각각에 연결된다.

이러한 차량 서스펜션 시스템은, 차체에 작용하는 피칭(pitching) 모멘트가 각각 반대 축 방향의 제어 피스톤의 피스톤 조립체에 작용하는 유압을 평형이 되게 함으로써 피스톤 조립체가 중립위치에서 고정유지되어 차체의 피칭 모션을 방지 또는 억제할 수 있다. 전방 좌우측 및 후방 좌우측 차륜 중 하나가 노면의 요철부를 통과하여 차체 위쪽으로 움직이는 경우에는, 제어 실린더의 피스톤 조립체가 축 방향으로 움직여 요철부를 통과하는 차륜이 비교적 쉽게 상향 이동하게 함으로써, 차체의 바람직하지 않은 동작을 효과적으로 회피할 수 있다. 또한 이러한 차량 서스펜션 시스템은, 커넥팅 로드의 직경에 대한 2개의 피스톤의 직경의 비율을 적절히 선택함으로써, 전방 차륜 및 후방 차륜 측의 롤링 강성(rolling rigidity)까지도 조정가능하다.

그러나, 상술한 차량 서스펜션 시스템은, 각각 4개의 유압 챔버에 부분적으로 위치하고 이 유압 챔버 내의 유압을 수용하는 제어실린더의 피스톤 조립체의 2개의 피스톤의 4개의 압력 수용면 면적 사이의 상관관계의 제한으로 인해 설계의 자유도가 제한되는 문제가 있다. 이러한 제한은 2개의 피스톤이 동일한 직경을 가지고 커넥팅 로드가 유체와 밀착하여 격벽을 관통하는 피스톤 조립체의 배열에 기인한다. 본 발명은 이 문제의 관점에서 이루어졌고, 제어실린더를 포함하는 차량 서스펜션 시스템의 설계의 자유도를 향상시키는 목적을 가진다.

상기 목적은 각각의 차륜에 대응되고 각각의 유압 챔버를 가지는 복수 개의 서스펜션 실린더, 실린더 하우징을 가지는 제어 실린더, 및 유체와 밀착되고 상기 실린더 하우징 내에 윤활가능하게 끼워지며 복수 개의 피스톤과 상기 복수 개의 피스톤에 연결되는 하나 이상의 커넥팅 로드를 포함하는 피스톤 조립체로 이루어지고, 상기 복수 개의 유압 챔버를 가지는 제어 실린더에는 상기 복수 개의 서스펜션 실린더의 상기 유압 챔버가 각각 연결되는 차량 서스펜션 시스템에 있어서, 상기 제어 실린더의 상기 피스톤 조립체의 상기 복수 개의 피스톤은 각각 다른 직경을 가지는 두 개 이상의 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템을 제공하는 본 발명의 원리에 따라 달성될 수 있다.

상기 서스펜션 실린더는 쇼크 업소버, 또는 간단한 구성의 유압 챔버일 수 있다. 각 서스펜션 실린더가 쇼크 업소버일 경우, 쇼크 업소버의 2개의 유압 챔버 중 하나는 대응되는 제어 실린더의 유압 챔버 중 하나에 연결된다. 각 서스펜션 실린더가 단순한 유압 실린더일 경우, 이 유압 실린더는 우선적으로 기계 스프링 장치, 공기 스프링 장치 또는 탄성 내지 복원력을 발생시키도록 배열되는 임의의 탄성력 발생장치와 일련하여 연결된다. 제어 실린더의 실린더 하우징은 인접한 2개의 피스톤 사이에 형성되는 격벽을 가지거나 가지지 않을 수도 있다. 제어 실린더의 피스톤 조립체가 3개 이상의 피스톤을 가질 경우, 격벽은 피스톤 조립체의 모든 쌍의 인접한 피스톤 중 각각의 2개의 피스톤 사이에, 또는 선택된 적어도 하나의 쌍 중 각각의 2개의 피스톤 사이에 형성되거나 형성되지 않을 수 있다.

본 발명의 차량 서스펜션 시스템에서는, 제어 실린더의 피스톤 조립체의 복수 개의 피스톤이 각각 다른 직경을 가지는 적어도 2개의 피스톤을 포함한다. 이러한 배열은 서스펜션 시스템의 설계의 자유도를 향상시킨다. 피스톤 조립체가 2개의 피스톤과, 2개의 피스톤을 연결하는 하나의 커넥팅 로드로 이루어질 경우, 실린더 하우징은 2개의 피스톤 사이에 격벽을 가지지 않고, 예를 들면 피스톤 조립체와 실린더 하우징은 함께 2개의 외부 유압 챔버와 하나의 내부 유압 챔버에 위치한다. 이와 같이 구성된 제어 실린더는, 하나의 내부 유압 챔버가 예를 들면 적절한 압력 제어 장치에 연결되는 반면에 2개의 피스톤 각각의 바깥쪽에 형성된 2개의 외부 유압 챔버가 2개의 서스펜션 실린더 각각에 연결되도록 사용될 수 있다. 이와 같은 제어 실린더의 사용 방법은 특히 2개의 서스펜션 실린더가 다른 유압을 가지는 경우에 효과적이다.

예를 들면, 제어 실린더의 내부 유압 챔버가 적절한 유압원에 연결되고, 유압원으로부터 내부 유압 챔버에 가해지는 유압이 2개의 외부 유압 챔버 각각에 연결되는 2개의 서스펜션 실린더의 작동특성을 제어하도록 제어된다. 내부 유압 챔버가 저장탱크에 연결되는 경우에, 피스톤 조립체는 2개의 외부 유압 챔버 내 유압에, 2개의 외부 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 2개의 피스톤의 각각 다른 압력 수용면을 곱한 값으로 나타나는 두 힘의 평형위치로 움직인다. 이 경우, 2개의 서스펜션 실린더의 유압 챔버 내 유압이 제어될 수 있다. 예를 들면, 2개의 피스톤의 압력 수용면 면적은, 차량이 정상상태인 경우 2개의 서스펜션 실린더 각각에 작용하는 부하에 반비례하는 것으로 결정될 수 있다. 이러한 예에서, 제어 실린더의 피스톤 조립체는 차량이 정상상태인 경우 평형위치가 유지되고, 2개의 피스톤에 작용하는 부하가 차량 정상상태에서의 정상값으로부터 변할 때, 즉 차량상태가 그 정상상태에서 변할 때에는 움직인다. 피스톤 조립체의 이동 결과, 차륜측 부재와 2개의 서스펜션 실린더 각각이 고정되는 차량의 차체측 부재 사이의 거리는, 그 부하가 증가하는 서스펜션 실린더의 거리가 감소하여 대응되는 차륜의 위쪽 움직임을 유발하도록 변하는 반면, 그 부하가 감소하는 다른 서스펜션 실린더의 거리는 증가하여 대응 차륜의 아래쪽 움직임을 유발한다.

본 발명의 서스펜션 시스템의 제 1 실시예에 따르면, 피스톤 조립체는 제어 실린더의 축 방향으로 서로 일련하여 배열되는 제 1 피스톤, 제 2 피스톤, 제 3 피스톤, 및 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤을 연결하는 제 1 커넥팅 로드와, 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤을 연결하는 제 2 커넥팅 로드를 포함하고, 상기 제어 실린더의 상기 복수 개의 유압 챔버는, 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 1 피스톤의 한쪽에 형성되는 제 1 유압 챔버; 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤 사이에 형성되는 제 2 유압 챔버; 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤 사이에 형성되는 제 3 유압 챔버; 및 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤의 한쪽에 형성되는 제 4 유압 챔버를 포함하고, 상기 제 2 피스톤은 적어도 상기 제 1 피스톤과 상기 제 3 피스톤 중 하나와 직경이 다르다.

제 2 피스톤의 직경은 하나 이상의 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤의 직경보다 크거나 작을 수 있다. 제 1 피스톤과 제 3 피스톤은 동일한 직경을 가질 수 있다. 이 경우, 제 2 피스톤의 직경은 제 1 피스톤 및 제 3 피스톤의 직경보다 클 수 있다. 각각 다른 직경을 가지는 인접한 2개의 피스톤은, 내부 압력챔버(상술한 제 2 및 제 3 유압 챔버 중 하나)에 부분적으로 위치하고 각각 다른 면적을 가지는, 서로 대향하는 내부 압력 수용면을 가진다. 상술한 내부 유압 챔버 내 유압에 기초한 두 힘은, 제어 실린더의 각각 반대 축 방향으로 2개의 인접한 피스톤의 대향하는 내부 압력 수용면에 각각 작용한다. 인접한 피스톤 중 더 큰 직경을 가지는 피스톤의 내부 압력 수용면에 어느 한 방향으로 가해지는 힘은, 보다 작은 직경을 가지는 다른 피스톤의 압력 수용면에 반대방향으로 가해지는 힘보다 크다. 따라서, 인접한 2개의 피스톤 사이에 형성되는 내부 유압 챔버의, 상술한 어느 한 방향의 유압을 수용하는 면인 압력 수용면의 유효면적은, 더 큰 직경을 가지는 압력 수용 면적으로부터 보다 작은 직경을 가지는 피스톤의 압력 수용 면적을 뺀 값과 동일하다.

상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 서스펜션 시스템에서는, 복수 개의 서스펜션 실린더는 전방 좌측 차륜, 전방 우측 차륜, 후방 좌측 차륜, 후방 우측 차륜에 각각 대응하는 4개의 서스펜션 실린더로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 제어 실린더의 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 유압 챔버는 4개의 유압 챔버에 각각 연결될 수 있다. 한편, 제어 실린더의 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 유압 챔버 중 복수 개(둘 또는 셋)는 복수 개의 서스펜션 실린더에 각각 연결되고, 나머지 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 유압 챔버 중 적어도 하나(하나 또는 둘)는 압력 제어 장치 및 저장탱크 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 이와 같은 경우, 서스펜션 시스템 설계의 자유도가 상당히 향상된다.

피스톤 조립체가 상술한 제 1, 제 2, 제 3 피스톤을 포함하는 경우에, 특히 제 2 피스톤의 직경은 제 1 및 제 3 피스톤의 직경 또는 직경들보다 큰 것이 바람직하다. 제 1 및 제 3 피스톤의 직경은 같거나 서로 달라도 무방하다.

제 2 피스톤의 직경이 제 1 및 제 3 피스톤의 직경보다 큰 서스펜션 시스템의 유리한 배열에서, 제 2 피스톤의 직경과 제 1, 제 3 피스톤의 직경은, 제 2 피스톤의 대향하는 내부 압력 수용면의 면적으로부터 제 2, 제 3 유압 챔버 각각에 부분적으로 위치하도록 제 2 피스톤의 대향하는 내부 압력 수용면과 함께하는 제 1 및 제 3 피스톤의 내부 압력 수용면의 면적을 뺀 값과 동일한 값인 제 2, 제 3 유압 챔버 각각의 압력 수용면의 유효면적이, 제 1, 제 4 유압 챔버 각각에 부분적으로 위치하는 제 1, 제 3 유압 챔버의 외부 압력 수용면의 면적과 동일하도록 결정된다. 즉, 제 2, 제 3 피스톤이 제 3 유압 챔버의 반대 축단부에 제어 실린더의 축 방향으로 배열되는 반면, 제 1, 제 2 피스톤은 제 2 유압 챔버의 반대 축단부에 제어실린더의 축 방향으로 배열되는 경우, 제 2 피스톤의 직경과 제 1, 제 3 피스톤의 직경은 다음 식을 만족하도록 결정된다: S1 = S2 - S1 = S3, 여기서 S1, S2, 및 S3는 각각 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 피스톤의 횡단면적을 나타낸다. 이 경우, 제어 실린더의 피스톤 조립체는, 제 1 및 제 4 유압 챔버의 유압이 제 2 및 제 3 유압 챔버의 유압과 같을 때 그 위치를 중립위치로 유지한다. 여기서 사용되는 각 피스톤 또는 커넥팅 로드의 "횡단면적"이라는 용어는 피스톤 또는 로드의 축 방향과 직교하는 평면에서의 단면의 면적을 의미하는 것으로 해석된다.

상술한 유리한 배열에 따른 서스펜션 시스템은, 제어 실린더의 4개의 유압 챔버와 서스펜션 실린더를 연결함에 있어 설계의 자유도가 상당히 높다. 4개의 유압 챔버를 서스펜션 실린더에 연결하는 구조로서, 제 2, 제 4 유압 챔버는 차량의 후방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결되는 반면, 제 1, 제 3 유압 챔버는 차량의 전방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결된다. 다른 연결구조로서는, 제 1, 제 3 유압 챔버가 후방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결되는 반면, 제 2, 제 4 유압 챔버가 전방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결된다. 또 다른 연결구조로서는, 제 2, 제 3 유압 챔버가 후방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결되는 반면, 제 1, 제 4 유압 챔버가 전방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결된다. 또 다른 연결구조로서는, 제 1, 제 4 유압 챔버가 후방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결되는 반면, 제 2, 제 3 유압 챔버가 전방 좌, 우측 차륜용 서스펜션 실린더에 각각 연결된다.

제 1, 제 3 피스톤이 서로 다른 직경을 가지는 경우에, 4개의 유압 챔버는 서로 다른 유효 압력 수용 면적을 가질 수도 있고, 또는 4개의 유압 챔버 중 두 쌍이 서로 다른 유효 압력 수용 면적을 가지고 각 쌍의 2개의 유압 챔버는 동일한 유효 압력 수용 면적을 가질 수도 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 피스톤 조립체는 제어 실린더의 축 방향으로 서로 일련하여 배열되는 제 1 피스톤, 제 2 피스톤, 제 3 피스톤, 및 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤을 연결하는 제 1 커넥팅 로드와, 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤을 연결하는 제 2 커넥팅 로드를 포함하고, 실린더 하우징은, 상기 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤 사이에 형성되고 상기 제 1 커넥팅 로드가 유체와 밀착 및 윤활가능하게 관통하는 제 1 격벽; 및 상기 제 2 피스톤 및 제 3 피스톤 사이에 형성되고 상기 제 2 커넥팅 로드가 유체와 밀착 및 윤활가능하게 관통하는 제 2 격벽을 가지고, 복수 개의 유압 챔버는, 상기 제 1 격벽으로부터 이격되어 있는 상기 제 1 피스톤의 한 쪽에 형성되는 제 1 유압 챔버; 상기 제 1 피스톤과 상기 제 1 격벽 사이에 형성되는 제 2 유압 챔버; 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 피스톤 사이에 형성되는 제 3 유압 챔버; 상기 제 2 피스톤과 상기 제 2 격벽 사이에 형성되는 제 4 유압 챔버; 상기 제 2 격벽과 상기 제 3 피스톤 사이에 형성되는 제 5 유압 챔버; 및 상기 제 2 격벽으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤의 한 쪽에 형성되는 제 6 유압 챔버로 이루어진다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 유리한 배열에서, 제 1 및 제 3 피스톤은 동일한 직경을 가지고, 제 2 피스톤은 제 1, 제 3 피스톤의 직경보다 작은 직경을 가진다. 복수 개의 서스펜션 실린더가 차량의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측차륜에 각각 대응하는 4개의 서스펜션 실린더로 이루어지는 경우, 그 4개의 서스펜션 실린더는 아래에 설명하는 바와 같이 제어 실린더에 연결될 수 있다. 즉, 4개의 서스펜션 실린더 중 2개는 각각 상기 제 1 유압 챔버 및 제 6 유압 챔버에 연결되고, 상기 4개의 서스펜션 실린더의 나머지 2개 중 하나는 상기 제 2, 제 4 유압 챔버에 연결되며 상기 나머지 2개의 서스펜션 실린더 중 나머지 하나는 상기 제 3, 제 5 유압 챔버에 연결된다. 이 경우, 제 2 피스톤의 직경과, 상기 제1, 제 3 피스톤의 직경, 및 상기 제 1, 제 2 커넥팅 로드의 직경은 다음 식을 만족하도록 결정된다:

S1 = S2 + S4 = S5 + S3 = S6,

S1: 상기 제 1 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 1 피스톤의 외부압력 수용면의 면적으로서, 상기 제 1 피스톤의 횡단면적과 동일하고;

S2: 상기 제 2 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 1 피스톤의 내부압력 수용면의 면적으로서, 상기 제 1 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일하고;

S3: 상기 제 3 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 2 피스톤의 대향 내부압력 수용면 중 하나의 면적으로서, 상기 제 2 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일하고;

S4: 상기 제 4 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 2 피스톤의 상기 대향 내부압력 수용면 중 다른 하나의 면적으로서, S3와 동일하고 상기 제 2 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드와 동일한 상기 제 2 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일하고;

S5: 상기 제 5 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 3 피스톤의 대향 내부압력 수용면 중 하나의 면적으로서, S2와 동일하고 상기 제 3 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 2 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일하고;

S6: 상기 제 6 유압 챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 3 피스톤의 상기 대향 내부압력 수용면 중 다른 하나의 면적으로서, 상기 제 3 피스톤의 횡단면적과 동일하다.

서스펜션 시스템이 압력 제어 장치 및/또는 저장탱크를 더욱 포함하고, 복수 개의 서스펜션 실린더가 차량의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측차륜에 각각 대응하는 4개의 서스펜션 실린더로 이루어지는 경우, 4개의 서스펜션 실린더와, 압력제어 장치 및 저장탱크 중 적어도 하나는 아래에 설명되는 바와 같이 제어 실린더에 연결될 수 있다. 즉, 4개의 서스펜션 실린더는, 제 1, 제 2, 제 5, 제 6 유압 챔버에 각각 연결되고, 제 3, 제 4 유압 챔버는 상기 압력 제어 장치와 상기 저장탱크 중 하나 이상에 연결된다. 이 경우, 제 1 커넥팅 로드와 제 2 커넥팅 로드는 직경이 동일하고, 제 2 피스톤의 직경과, 제1, 제 3 피스톤의 직경, 및 상기 제 1, 제 2 커넥팅 로드의 직경은 다음 식을 만족하도록 결정된다:

S1 = S2 + S4 = S5 + S3 = S6,

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 차량 서스펜션 시스템을 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성된 차량 서스펜션 시스템을 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 구성된 차량 서스펜션 시스템을 나타내는 개략도이다.

첨부되는 도면을 참조하여, 본 발명인 차량 서스펜션 시스템의 바람직한 실시예가 상세히 설명될 것이다.

4개의 쇼크 업소버(10, 12, 14, 16)의 형태로 전방 좌, 우측 및 후방 좌, 우측 차륜 각각에 제공되는 서스펜션 실린더를 포함하는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 차량 서스펜션 시스템을 나타내는 도 1을 먼저 참조한다. 이 4개의 쇼크 업소버(10, 12, 14, 16) 각각은 차륜측 부재(20)와 차체측 부재(22) 사이에 개 재되어 있고, 하우징(24) 및 유체와 밀착되고 하우징(24)에 윤활가능하게 끼워지는 피스톤(26)을 포함한다. 차체측 부재(22)는 차량의 차체(body)에 직접 고정되고, 차륜측 부재(20)는 차체에 간접 고정되고 그 대응되는 차륜을 지지한다. 본 실시예에서, 피스톤(26)에 고정되는 피스톤 로드가 차체측 부재(22)에 부착되는 반면, 하우징(24)은 차륜측 부재(20)에 부착된다. 피스톤(22)은 하우징(24)과 함께 피스톤(22)의 각 반대측에 형성되는 2개의 유압 챔버(28, 30)에 위치하고, 2개의 유압 챔버(28, 30) 간 유체전달을 위한 유로를 구비한다. 이 유로에는 2개의 유압 챔버(28, 30) 간 유압작용 유체의 흐름을 억제하는 흐름 억제장치 또는 스로틀(32)이 제공됨으로써, 하우징(24)에 대한 피스톤(26)의 운동속도를 제한하여 쇼크 업소버(10, 12, 14, 16)가, 피스톤(26)과 하우징(24)의 상대운동의 제한속도에 따른 감쇠력(damping force)을 제공한다. 흐름 억제장치(32)는, 통과하는 유체의 흐름에 대한 소정의 상수 저항을 가지는 고정된 억제장치이다. 아래에 상세히 설명되는 제어 실린더(48)가 제공되는 본 실시예에서는, 흐름 억제장치(48)가 유체 흐름의 비교적 작은 단면적을 가지기 때문에 업소버가 비교적 큰 감쇠 특성을 나타낸다.

4개의 쇼크 업소버(10 - 16)는 각각의 유로(40, 42, 44, 46)를 통하여 제어 실린더(48)에 연결된다. 제어 실린더(48)는 3개의 피스톤을 포함하는 피스톤 조립체(50)와, 피스톤 조립체(50)가 유체 밀착되고 윤활가능하게 끼워지는 실린더 하우징(52)을 포함한다. 피스톤 조립체(50)의 3개의 피스톤은 제 1 피스톤(60), 제 2 피스톤(62), 제 3 피스톤(64)으로 이루어지고, 제어 실린더(48)의 축 방향에서 도 1에 도시된 바와 같이 우측 방향의 순서로 서로 일련하여 배열된다. 제어 실린 더(48)의 피스톤 조립체(50)는 제 1, 제 2 피스톤(60, 62)을 연결하는 커넥팅 로드(66)와, 제 2, 제 3 피스톤(62, 64)을 연결하는 커넥팅 로드(68)를 더욱 포함한다. 따라서, 3개의 피스톤(60, 62, 74)과 2개의 커넥팅 로드(66, 68)는 일련하여 서로 연결되어 피스톤 조립체(50)를 구성한다.

실린더 하우징(52)은, 중앙 큰 직경부와, 중앙 큰 직경부의 각 반대 축단부에 인접하여 형성되고 큰 직경부보다 작은 직경을 가지는 2개의 작은 직경부로 이루어지는 계단식 실린더 구멍(bore)을 가진다. 피스톤 조립체(50)가 실린더 하우징(52)의 이 계단식 구멍 내에 수용됨으로써, 피스톤 조립체(50)는 계단식 구멍과 함께 4개의 유압 챔버에 위치한다: 제 2 피스톤(62)으로부터 이격되어 있는 제 1 피스톤(60)의 한쪽에 형성되는 제 1 유압 챔버(70); 상기 제 1, 제 2 피스톤(60, 62) 사이에 형성되는 제 2 유압 챔버(72); 상기 제 2, 제 3 피스톤(62, 64) 사이에 형성되는 제 3 유압 챔버(74); 및 상기 제 2 피스톤(62)으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤(64)의 한쪽에 형성되는 제 4 유압 챔버(76)이다. 제 1 피스톤(60)은 외부 유압 챔버에 제 1 유압 챔버(70)의 형태로 부분적으로 위치하는 외부 압력 수용면(80)과, 내부 유압 챔버에 제 2 유압 챔버(72)의 형태로 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(82)을 가진다. 제 2 피스톤(62)은 제 2 유압 챔버(72)에 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(84)과, 내부 유압 챔버가 제 3 유압 챔버(74)의 형태로 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(86)을 가진다. 제 3 피스톤(64)은 제 3 유압 챔버(74)가 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(88)과, 외부 유압 챔버가 제 4 유압 챔버(76)의 형태로 부분적으로 위치하는 외부 압력 수용면(90)을 가진다.

제 1 유압 챔버(70)는 유로(40)를 통하여 전방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28)에 연결되어, 외부 압력 수용면(80)이 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는다. 제 4 유압 챔버(76)는 유로(42)를 통하여 전방 우측 차륜용 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28)에 연결되어, 외부 압력 수용면(90)이 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는다. 본 실시예에서, 제 1, 제 3 피스톤(60, 64)은 동일한 직경을 가지고, 외부 압력 수용면(80, 90)은 동일한 압력 수용 면적을 가진다.

인접한 제 1, 제 2 피스톤(60, 62) 사이에 형성되는 제 2 유압 챔버(72)는 유로(46)를 통하여 후방 우측 차륜용 쇼크 업소버(16)의 유압 챔버(28)에 연결되고, 제 1, 제 2 피스톤(60, 62)의 대향하는 2개의 내부 압력 수용면(82, 84)이 쇼크 업소버(16) 내 유압을 받는다. 제 2 피스톤(62)의 내부 압력 수용면(84)에 가해지는 유압에 기초한 힘이 우측 방향으로 작용하는 반면, 제 2 피스톤(62)보다 작은 직경을 가지는 제 1 피스톤(60)의 내부 압력 수용면(82)에 가해지는 유압에 기초한 힘은 도 1에 도시된 바와 같이 좌측 방향으로 작용한다. 그러므로, 피스톤 조립체(50)의 제 2 유압 챔버(72)는 피스톤 조립체(50) 상에 우측 방향으로 작용하는 유압을 수용하고 제 2 피스톤(62)의 압력 수용면(84)의 면적으로부터 제 1 피스톤(60)의 압력 수용면(82)의 면적을 뺀 값과 동일한 유효 압력 수용 면적을 가진다.

인접한 제 2, 제 3 피스톤(62, 64) 사이에 형성되는 제 3 유압 챔버(74)는 유로(44)를 통하여 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28)에 연결되고, 제 2, 제 3 피스톤(62, 64)의 대향하는 2개의 내부 압력 수용면(86, 88)이 쇼크 업소버(14) 내 유압을 받는다. 비교적 작은 제 3 피스톤(64)의 내부 압력 수용면(88)에 가해지는 유압에 기초한 힘이 우측 방향으로 작용하는 반면, 비교적 큰 제 2 피스톤(62)의 내부 압력 수용면(86)에 가해지는 유압에 기초한 힘은 좌측 방향으로 작용한다. 그러므로, 피스톤 조립체(50)의 제 3 유압 챔버(74)는 피스톤 조립체(50) 상에 좌측 방향으로 작용하는 유압을 수용하고 제 2 피스톤(62)의 압력 수용면(86)의 면적으로부터 제 3 피스톤(64)의 압력 수용면(88)의 면적을 뺀 값과 동일한 유효 압력 수용 면적을 가진다.

따라서, 피스톤 조립체(50)는, 우측 방향으로 작용하고 제 2 유압 챔버(72) 내 유압과 이 챔버(72) 내 압력의 곱인 힘과, 좌측 방향으로 작용하고 제 3 유압 챔버(74) 내 유압과 이 챔버(74) 내 압력의 곱인 힘을 받는다.

제 1, 제 3 피스톤(60, 64)이 동일한 직경을 가지기 때문에, 피스톤 조립체(50)의 제 2, 제 3 유압 챔버(72, 74)는 동일한 유효 압력 수용 면적을 가진다. 본 실시예에서, 제 2 피스톤(62)의 직경은 제 2, 제 3 유압 챔버(72, 74)의 유효 압력 수용 면적이 제 1, 제 4 유압 챔버(70, 74)의 압력 수용 면적과 동일하도록, 즉 제 1, 제 3 피스톤(60, 64)의 압력 수용면(80, 90)의 면적과 동일하도록 결정된다.

대응하는 제 1 내지 제 4 유압 챔버(70 - 76)에 연결되는 4개의 쇼크 업소버(10 - 16) 각각의 유압 챔버(28) 내 유압은, 차륜측 부재(20)와 차체측 부재(22) 사이의 거리가 증가할수록 상승한다. 각 쇼크 업소버(10 - 16)는, 제어 실린더(48)가 각 쇼크 업소버(10 - 16)의 유압 챔버(30)에 연결되는 것이 아니라 유압 챔버(28)에 연결되기 때문에 비교적 큰 감쇠력을 제공한다. 구체적으로 설명하자면, 유압 챔버(28)의 체적은 유체가 흐름 억제장치(32)를 통하여 유압 챔버(28, 30) 사이를 흐르지 않는 한 변하지 않을 것이다. 한편, 유압 챔버(30)의 체적은 칸막이 피스톤(33)이 부분적으로 위치하고 유압 챔버(30) 역시 부분적으로 위치하는 가스 챔버(PG)의 체적변화와 함께 변화할 것이다. 따라서, 쇼크 업소버(10 - 16)는, 제어 실린더(48)가 유압 챔버(30)에 연결된 경우보다는 본 실시예에서와 같이 유압 챔버(28)에 연결되는 경우에 더 큰 감쇠력을 제공한다.

상술한 바에 의해 구성된 차량 서스펜션 시스템의 작동에 관해 설명될 것이다. 피스톤 조립체(50)는, 전방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28) 내 유압에 기초한 힘(제 1 유압 챔버(70) 내 유압과 외부 압력 수용면(80)의 면적의 곱으로 표현되는 힘)과, 후방 우측 차륜용 쇼크 업소버(16)의 유압 챔버(28) 내 유압에 기초한 힘(제 2 유압 챔버(72) 내 유압과 그 챔버(72)의 유효 압력 수용 면적의 곱으로 표현되는 힘)과, 전방 우측 차륜용 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28) 내 유압에 기초한 힘(제 4 유압 챔버(76) 내 유압과 외부 압력 수용면(90)의 면적의 곱으로 표현되는 힘)과, 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28) 내 유압에 기초한 힘(제 3 유압 챔버(74) 내 유압과 그 챔버(74)의 유효 압력 수용 면적의 곱으로 표현되는 힘)을 받는다. 차량은 질량 배분에 있어서 좌측과 우측에 대칭적으로 설계돼서, 차량의 보통 상태에서 후방 좌측 차륜과 우측 차륜에 작용하는 부하도 서로 동일한 동안 전방 좌측 차륜과 우측 차륜에 작용하는 부하도 서로 동일하다. 따라서, 피스톤 조립체(50)는 차량의 보통 상태에서 중립 위치가 유지된다.

차체가 상하 방향으로 흔들릴 때(pitching motion), 차량의 전방에 차륜측, 차체측 부재(20, 22) 사이의 거리 증가 및 차량의 후방에 거리 감소를 일으키는데, 예를 들어 후방 좌, 우측 차륜용 쇼크 업소버(14, 16)의 유압 챔버(28) 내 유압이 감소하는 반면에 전방 좌, 우측 차륜용 쇼크 업소버(10, 12)의 유압 챔버(28) 내 유압은 상승하여, 내부 압력 수용면(84, 86)에 작용하는 유압이 감소하는 반면에 외부 압력 수용면(80, 90)에 작용하는 유압은 증가한다. 상술한 차량의 대칭 설계는, 차체가 상하 방향으로 흔들릴 때에도 피스톤 조립체(50)가 그 중립위치를 유지하고 각 쇼크 업소버(10 - 16)는 차체가 상하 방향으로 흔들리는 속도를 억제하는 반면에 충분히 큰 감쇠력을 제공한다.

차체가 가로 방향으로 흔들릴 때(rolling motion), 차량의 좌측에 차륜측, 차체측 부재(20, 22) 사이의 거리 증가 및 차량의 우측에 거리 감소를 일으키는데, 예를 들어 전, 후방 우측 차륜용 쇼크 업소버(12, 16)의 유압 챔버(28) 내 유압이 감소하는 반면에 전, 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10, 14)의 유압 챔버(28) 내 유압은 증가하여, 내부 압력 수용면(84)과 외부 압력 수용면(90)에 작용하는 유압이 감소하는 반면에 외부 압력 수용면(80)과 내부 압력 수용면(86)에 작용하는 유압은 증가한다. 본 서스펜션 시스템을 포함하는 차량이 전방 좌, 우측 업소버(10, 12)의 유압 챔버(28) 내 유압이 서로 실질적으로 동일하도록 설계되는 경우에, 피 스톤 조립체(50)는 차체가 가로 방향으로 흔들릴 때에도 그 중립위치에서 고정상태를 유지하고 각 쇼크 업소버(10 - 16)는 차체가 가로 방향으로 흔들리는 속도를 억제하는 반면에 차륜측 및 차체측 부재의 상대운동에 따라 충분히 큰 감쇠력을 제공한다.

쇼크 업소버(10 - 16) 중 하나, 예를 들어 전방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10)가 차륜측과 차체측 부재(20, 22) 사이의 거리 감소를 일으키는 힘을 받거나, 대각선 방향으로 대향하는 2개의 차륜의 2개의 쇼크 업소버가 이 2개의 차륜이 차체로부터 전진하거나 후퇴하는 동일 방향으로 움직이도록 하는 힘을 받을 때, 예를 들면 전방 좌측 및 후방 우측 차륜의 쇼크 업소버(10, 16)가 그 2개의 쇼크 업소버(10, 16)의 차륜측 및 차체측 부재(20, 22) 사이의 거리가 동시에 감소하게 하는 힘을 받을 때, 쇼크 업소버(12, 14)의 유압 챔버(28) 내 유압은 증가하는 반면에 쇼크 업소버(10, 16)의 유압 챔버(28) 내 유압은 감소하여, 내부 압력 수용면(86)과 외부 압력 수용면(90)에 작용하는 유압은 증가하는 반면 외부 압력 수용면(80)과 내부 압력 수용면(84)에 작용하는 유압은 감소한다. 그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤 조립체(50) 상에 좌측 방향으로 작용하는 힘은 피스톤 조립체(50) 상에 우측 방향으로 작용하는 힘보다 커지게 되어, 피스톤 조립체(50)는 좌측 방향으로 축을 따라 움직인다. 결과적으로, 제 3, 제 4 유압 챔버(74, 76)의 체적이 증가하는 반면에 제 1, 제 2 유압 챔버(70, 72)의 체적은 감소한다. 따라서, 유압 작용 유체가 제 1, 제 2 유압 챔버(70, 72)로부터 배출되어 쇼크 업소버(10, 16)로 흘러가는 반면, 쇼크 업소버(12, 14)로부터 배출된 유압 작용 유체는 제 3, 제 4 유압 챔버(74, 76)로 흘러간다. 그러므로, 상기 차량 서스펜션 시스템은 마치 쇼크 업소버(10, 16)와 쇼크 업소버(12, 14)가 제어 실린더(48)와, 쇼크 업소버(12, 14)로부터 쇼크 업소버(10, 16)로 흐르는 유체를 통하여 서로 교신하는 것처럼 작동한다. 따라서, 쇼크 업소버(10 - 16) 각각의 유압 챔버(28, 30) 내 유압의 차이가 감소하고, 흐름 억제장치(32)를 통한 유체 흐름의 속도가 감소하여, 각 쇼크 업소버에 의해 발생한 감쇠력이 줄어들 수 있다. 그러므로, 각 차륜은 차체로부터 용이하게 전진 및 후퇴운동이 가능하고, 대각선 방향으로 대향하는 2개의 차륜은 차체로부터 용이하게 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 상하운동이 가능하여, 차체의 수직운동이 효과적으로 억제될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 차량 서스펜션 시스템은 차체의 롤링 모션 또는 피칭 모션시 충분히 큰 감쇠력을 제공하고, 차륜 중 하나에 수직방향으로 힘이 작용할 때, 또는 대각선 방향으로 대향하는 2개의 차륜에 동일한 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 힘이 작용할 때 비교적 작은 감쇠력을 제공함으로써, 차륜 중 하나의 부드러운 수직운동 또는 대각선 방향으로 대향하는 2개의 휠이 동시에 동일한 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 부드러운 운동을 가능하게 하는 한편, 롤링 모션 또는 피칭 모션은 효과적으로 억제될 수 있다. 본 서스펜션 시스템은 각 쇼크 업소버(10 - 16)에, 차체 자세의 특정한 변화 또는 노면의 굴곡의 특정한 상태에 따라 감쇠력을 최적화하기 위하여 감쇠력을 제어하는 제어 장치를 요구하지 않는다.

상술한 제 1 실시예의 차량 서스펜션 시스템에서, 제어 실린더(48)의 실린더 하우징(52)은 제 1, 제 2 피스톤(60, 62) 사이 또는 제 2, 제 3 피스톤(62, 64) 사 이의 격벽을 가지지 않는다. 그러나, 실린더 하우징은 인접한 2개의 피스톤 사이에 각각 개재된 적어도 하나의 격벽을 가질 수 있다. 이러한 변형의 일례는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성되는 차량 서스펜션 시스템을 나타내는 도 2를 참고로 하여 설명될 것이다. 같은 실시예에서, 제 1 실시예에서 사용된 동일한 참조번호는 기능적으로 동일한 요소를 나타내는 것으로 사용될 것이고, 기재의 중복을 피하기 위해 설명되지 않을 것이다.

제 2 실시예에 따른 서스펜션 시스템은 3개의 피스톤을 포함하는 피스톤 조립체(102) 및 피스톤 조립체(102)가 유체밀착되고 윤활가능하게 수용되는 실린더 하우징(104)을 포함하는 제어 실린더(100)를 사용한다. 피스톤 조립체(102)의 3개의 피스톤은 제 1 피스톤(110), 제 2 피스톤(112), 및 제 3 피스톤(114)으로 이루어지고, 2개의 커넥팅 로드(116, 118)에 의해 서로 연결되고 유체밀착 및 실린더 하우징(104)의 계단식 실린더 구멍 내에 윤활가능하게 끼워진다. 피스톤 조립체(102)는 3개의 피스톤(110, 112, 114)과 2개의 커넥팅 로드(116, 118)로 구성된다. 실린더 하우징(104)은 제 1, 제 2 피스톤(110, 112) 사이에 형성되는 격벽(120)과, 제 2, 제 3 피스톤(112, 114) 사이에 형성되는 격벽(122)을 가진다.

계단식 구멍과 실린더 하우징(104)의 격벽(120, 122)은 계단식 구멍 내에 끼워지는 피스톤 조립체(102)와 함께 총 6개의 유압 챔버에 위치한다: 격벽(120)으로부터 이격되어 있는 제 1 피스톤(110)의 한 쪽에 형성되는 제 1 유압 챔버(130); 상기 제 1 피스톤(110)과 상기 격벽(120) 사이에 형성되는 제 2 유압 챔버(132); 상기 격벽(120)과 제 2 피스톤(112) 사이에 형성되는 제 3 유압 챔버(134); 상기 제 2 피스톤(112)과 격벽(122) 사이에 형성되는 제 4 유압 챔버(136); 상기 격벽(122)과 제 3 피스톤(114) 사이에 형성되는 제 5 유압 챔버(138); 및 상기 격벽(122)으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤(114)의 한 쪽에 형성되는 제 6 유압 챔버(140)이다. 제 3 피스톤(114)이 내부 압력 수용면(158)과 외부 압력 수용면(160)을 가지는 반면, 제 1 피스톤(110)은 외부 압력 수용면(150)과 내부 압력 수용면(152)을 가지고, 제 2 피스톤(112)은 2개의 내부 압력 수용면(154, 156)을 가진다.

제 1 유압 챔버(130)는 전방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28)에 연결되어, 외부 압력 수용면(150)이 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는다. 제 6 유압 챔버(140)는 전방 우측 차륜용 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28)에 연결되어, 외부 압력 수용면(160)이 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는다. 본 제 2 실시예에서도 역시, 제 1, 제 3 피스톤(110, 114)은 동일한 직경을 가지는 결과, 외부 압력 수용면(150, 158)이 동일한 압력 수용 면적을 가진다.

제 2, 제 4 유압 챔버(132, 136)는 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28)에 연결되어, 제 1 피스톤(110)의 내부 압력 수용면(156)과 제 2 피스톤(112)의 내부 압력 수용면(156)이 모두 피스톤(110, 112)의 동일한 우측에 위치하고, 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28)를 수용한다. 본 실시예에서, 압력 수용면(156)의 면적(제 2 피스톤(112)의 횡단면적으로부터 커넥팅 로드(118)의 횡단면적을 뺀 값)은 커넥팅 로드(116, 118)의 횡단면적과 동일하다. 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는 총 압력 수용 면적은, 제 1 피스톤(110)(제 1 피스톤(110)의 횡단면적으로부터 커넥팅 로드(116)의 횡단면적을 뺀 값)의 내부 압력 수용면(152)의 면적과 제 2 피스톤(112)(제 2 피스톤(112)의 횡단면적으로부터 커넥팅 로드(118)의 횡단면적을 뺀 값)의 내부 압력 수용면(156)의 면적의 합이다. 이 합은 외부 압력 수용면(150, 160)의 면적과 동일하다. 본 명세서에서, 각 피스톤 또는 커넥팅 로드의 "횡단면적"이라는 용어는 피스톤 또는 로드의 축 방향과 직교하는 평면에서의 단면의 면적을 의미하는 것으로 해석된다.

유사하게, 후방 우측 차륜용 쇼크 업소버(16)의 유압 챔버(28) 내 유압을 받는 총 압력 수용 면적은, 제 2 피스톤(112)의 내부 압력 수용면(158)의 면적과, 제 3 피스톤(114)의 내부 압력 수용면(158)과, 제 2 피스톤(112)의 내부 압력 수용면(154)의 면적의 합이다. 이 합 역시 외부 압력 수용면(150, 160)의 면적과 동일하다.

따라서, 피스톤 조립체(102)는 쇼크 업소버(10, 16) 내 유압에 기초하여, 도 2에 도시된 바와 같이 그 위에 우측 방향으로 작용하는 힘과, 쇼크 업소버(12, 14) 내 유압에 기초하여, 그 위에 좌측 방향으로 작용하는 힘을 받는다. 본 차량 서스펜션 시스템 역시 질량 분포에 있어 좌, 우측 대칭으로 설계되어, 피스톤 조립체(102)는 차량의 정상 상태시 그 중립위치에서 유지된다.

제 1 실시예의 서스펜션 시스템에서 보듯이, 제 2 실시예의 서스펜션 시스템은, 쇼크 업소버(10, 16)의 유압 챔버(28) 내 유압에 기초하여 피스톤 조립체(102) 상에 우측 방향으로 작용하는 힘이 쇼크 업소버(12, 14)의 유압 챔버(28) 내 유압 에 기초하여 피스톤 조립체(102) 상에 좌측 방향으로 작용하는 힘과 동일하도록 배열된다. 즉, 4개의 쇼크 업소버(10 - 16) 내 유압을 받는 제어 실린더(48, 100)의 유압 챔버의 압력 수용 면적은 모두 제 1, 제 2 실시예에서 서로 동일하다. 나아가, 쇼크 업소버(10 - 17)와 제 2 실시예의 서스펜션 시스템의 다른 측면도 제 1 실시예와 동일하다. 그러므로, 제 2 실시예의 서스펜션 시스템은 상술한 제 1 실시예와 동일한 방식으로 작동하여, 차륜 중 하나의 부드러운 수직운동 또는 대각선 방향으로 대향하는 2개의 휠이 동시에 동일한 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 부드러운 운동을 가능하게 하는 한편, 차체의 롤링 모션 및 피칭 모션을 억제한다.

제 1 및 제 2 실시예는, 상술한 바와 같이 4개의 쇼크 업소버(10 - 16) 내 유압을 받는 제어 실린더(48, 100)의 유압 챔버의 압력 수용 면적이 서로 동일하기 때문에, 제어 실린더(48, 100)에 대한 쇼크 업소버(10 - 16)의 유압연결은 제 1, 제 2 실시예에 한정되는 것이 아니라, 바람직하게 변형될 수 있다. 제어 실린더(48, 100)의 이러한 배열은, 상기 서스펜션 시스템이 제공되는 차량의 특징 내지 구성에 따라 쇼크 업소버(10 - 16)에 대한 유압 연결시 높은 자유도를 가지게 한다.

제어 실린더(48, 100)의 모든 유압 챔버들이 전방 좌, 우측 및 후방 좌, 우측 차륜용 쇼크 업소버(10- 16) 중 선택된 것들에 연결된다 할지라도, 유압 챔버 중 일부는 쇼크 업소버(10 - 16) 중 어느 하나에 연결될 필요없이 압력 제어 장치나 저장탱크에 연결될 수도 있다. 제 2 실시예에 적용되는 이와 같은 변형예는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 도 3에 도시되며, 제어 실린더(100)의 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136)는 압력 제어 장치(170)에 연결되어 있다. 이러한 제 3 실시예에서, 제 1 유압 챔버(130)는 후방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(14)의 유압 챔버(28)에 연결되고, 제 2 유압 챔버(132)는 전방 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28)에 연결된다. 나아가, 제 5 유압 챔버(138)는 전방 우측 차륜용 쇼크 업소버(12)의 유압 챔버(28)에 연결되고, 제 6 유압 챔버(140)는 후방 우측 차륜용 쇼크 업소버(10)의 유압 챔버(28)에 연결된다.

압력 제어 장치(170)는 제 3 유압 챔버(134)에 연결되는 솔레노이드 작동 차단 밸브(172), 제 4 유압 챔버(136)에 연결되는 솔레노이드 작동 차단 밸브(174), 펌프(176), 서로 평행하게 연결되는 차단 밸브(172, 174) 및 저장탱크(180)와 일련하여 연결되는 압력 완화 밸브(178), 그리고 차단 밸브(172, 174) 및 펌프(176)가 각각 직렬연결되어 평행하게 연결되고 저장탱크(180)에 연결되는 2개의 솔레노이드 작동 차단 밸브(182, 184)를 포함한다. 압력 완화 밸브(178)는 펌프(176)의 방출 유압 공정(delivery hydraulic process)이 소정의 상한치를 넘어 상승하는 것을 방지하기 위해 제공된다. 모든 솔레노이드 작동 차단 밸브(172, 174, 182, 184)는 평상시에 닫혀있다.

쇼크 업소버(10 - 16)의 유압 챔버(28) 내 유압은 피스톤 조립체(102)에 작용하여, 제 2 실시예에서 상술한 바와 같이 피스톤 조립체(102)는 차량의 정상 상태시 그 중립위치가 유지된다. 즉, 그 중립위치가 유지되는 피스톤 조립체(102)는, 차량의 정상 상태, 즉 제 3 유압 챔버(134) 내 유압과 제 4 유압 챔버(136) 내 유압이 서로 동일하게 유지되는 한, 차체의 피칭 모션을 억제하는 한편, 차체를 정 상 자세로 유지한다. 예를 들어, 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136)가 압력 제어 장치(170)의 개방상태의 솔레노이드 작동 차단 밸브(182, 184)를 통하여 저장탱크(180)와 연통되고 있는 반면, 피스톤 조립체(102)는 그 중립위치가 유지된다. 이러한 조건에서, 압력 제어 장치(170)는 피스톤 조립체(102)의 축 운동에 저항하는 어떠한 힘도 주지 않기 때문에, 노면의 볼록부로 인해 차륜 또는 차륜들이 차체 쪽인 위쪽으로 움직여서 대응하는 차륜 또는 차륜들의 차륜측 및 차체측 부재(20, 22) 사이의 거리가 감소하는 결과를 가져오는 때에는, 4개의 차륜 중 하나의 수직 운동 또는 대각선 방향으로 대향하는 2개의 차륜의 수직운동의 전달을 효과적으로 억제하기 위해 피스톤 조립체(102)가 자유롭게 이동가능하다.

도 3에 도시된 제 3 실시예의 서스펜션 시스템은 도 2에 도시된 제 2 실시예의 서스펜션 시스템과 실질적으로 동일한 방식으로 작동하는데, 압력 제어 장치(170)는 쇼크 업소버(10 - 16)의 유체 챔버 내 유압을 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136)에 동일한 유압으로 적용하기 위해 제어된다.

또한, 전방 차륜 및 후방 차륜측에 관한 서스펜션 시스템의 롤링 강성(감쇠 특성)은, 압력 제어 장치(170)를 제어함으로써 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136) 내 유압을 적절히 변화시켜 조절할 수 있다. 우측 차륜에 걸리는 부하는, 좌측 차륜용 쇼크 업소버(10, 14)의 유체 챔버(28) 내 유압 증가를 유발시키는 차체의 롤링 모션의 결과에 따라 증가하는 경우, 예를 들면 차단 밸브(182)는 제 3 유압 챔버(134)가 저장탱크(180)와 연통하도록 개방상태로 작동되고, 펌프(176)의 전달압력은 제 4 유압 챔버(136)에 가해진다. 압력 제어 장치(170)의 이러한 제어는, 제 2 유압 챔버(132)에 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(152)의 면적이 증가하면서(제 5 유압 챔버(138)에 부분적으로 위치하는 내부 압력 수용면(158)의 면적이 감소하면서) 얻어지는 결과와 실질적으로 동일한 결과를 제공함으로써, 전방 차륜측 서스펜션 시스템의 롤링 강성 감소의 결과로 인해 전방 차륜용 쇼크 업소버(10, 12)의 피스톤(32)은 쉽게 이동할 수 있다. 만일 차단 밸브(184)는 제 3 유압 챔버(136)가 저장탱크(180)와 연통하도록 개방상태로 작동되고, 펌프(176)의 전달압력에 의해 제 4 유압 챔버(136) 내 유압이 증가한다면, 반대로 전방 차륜측 서스펜션 시스템의 롤링 강성 증가의 결과로 인해 전방 차륜용 쇼크 업소버(10, 12)의 피스톤(32)의 이동에 대한 저항이 증가한다. 따라서, 제 3 유압 챔버(134) 또는 제 4 유압 챔버(136) 내 유압을 제어하는 것은, 제 1, 제 2, 제 5, 제 6 유압 챔버(130, 132, 138, 140) 내 유압을 받는 피스톤 조립체(102)의 압력 수용 면적 변화와 실질적으로 같다. 즉, 본 서스펜션 시스템의 작동 특성은 압력 제어 장치(170)를 제어함으로써 원하는 대로 조절가능하다.

제어 실린더(100)는, 동일한 직경과, 유체밀착되고 실린더 구멍 내 윤활가능하게 끼워지며, 유체밀착되고 윤활가능하게 격벽을 통과하는 커넥팅 로드에 의해 서로 연결되는 2개의 피스톤을 가지는 종래의 제어 실린더를 설계하는 데 이용될 수 있다. 즉, 제어 실린더(100)는, 차량에 설치되고 다른 식으로 종래의 제어 실린더를 통합시키는 서스펜션 시스템으로 종래의 제어 실린더를 대신하여 통합된다. 롤링 강성의 전, 후방 분포와 같은 서스펜션 시스템의 다양한 롤링 제어 특성을 조사하기 위해, 또한 바람직한 서스펜션 시스템의 롤링 제어 특성을 얻기 위한 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136) 내 유압의 최적값을 결정하기 위해 제어 실린더(100)의 압력 제어 장치(170)를 제어하여 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136) 내 유압을 변화시키는 시험이 차량에 실시된다. 제 3, 제 4 유압 챔버(134, 136) 내 얻어진 최적 유압에 기초하여, 종래 제어 실린더의 2개의 피스톤과 커넥팅 로드 사이의 직경 관계는, 롤링 강성의 최적 전, 후방 분포와 같은 최적 롤링 제어 특성을 얻기 위하여 결정될 수 있다.

상술한 3개의 실시예에서, 쇼크 업소버(10 - 16)의 유압 챔버(28)는 제어 실린더(48, 100)에 연결된다. 그러나, 쇼크 업소버(10 -16)의 유압 챔버(30)가 제어 실린더(48, 100)에 연결될 수도 있다. 또한, 제어 실린더(48, 100)는 감쇠력을 발생시키는 기능이 없는 유압 실린더, 예를 들면 탄성 또는 복원력을 발생시키는 기능을 가지는 유압 실린더에 연결될 수도 있다.

단순한 설명 목적의 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 당업자에 의해 다양하게 변형되고 수정되어 실시될 수 있음에 유의하여야 한다.

Claims

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(a) 차량의 전방 좌측 차륜, 전방 우측 차륜, 후방 좌측 차륜, 및 후방 우측 차륜에 각각 대응하고 각 유압챔버를 가지는 4개의 서스펜션 실린더와; (b) 실린더 하우징과, 유체와 밀착되고 상기 실린더 하우징 내에 윤활가능하게 끼워지는 피스톤 조립체를 가지는 제어 실린더로 이루어지는 서스펜션 시스템에서, 상기 피스톤 조립체는 상기 제어 실린더의 축방향으로 서로 일련하여 배열되고 서로 고정적으로 연결되는 제 1 피스톤, 제 2 피스톤, 및 제 3 피스톤을 포함하고, 상기 제 2 피스톤의 직경이 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤의 직경과 상이한 반면에 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤은 동일한 직경을 가지고,

상기 실린더 하우징과 상기 피스톤 조립체는, 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 1 피스톤의 한쪽에 형성되는 하나의 유압챔버; 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤 사이에 형성되는 하나 이상의 유압챔버; 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤 사이에 형성되는 하나 이상의 유압챔버; 및 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤의 한쪽에 형성되는 하나의 유압챔버로 이루어지는 각 그룹의 4개 그룹의 유압챔버에 위치하며,

상기 4개의 그룹의 유압챔버 각각은 상기 4개의 서스펜션 실린더 중 대응하는 어느 하나에 연결되고,

상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤 사이에는, 상기 4개의 서스펜션 실린더의 상기 4개의 어느 유압챔버에 연결되는 유압챔버가 존재하는 차량 서스펜션 시스템.
제 13항에 있어서,

상기 제 2 피스톤의 직경은 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 13항 또는 제 14항에 있어서,

상기 피스톤 조립체는 서로 같은 유효 면적을 가지고, 상기 유효 면적 각각은 상기 4개 그룹의 유압챔버 각각의 유효 면적인 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 15항에 있어서,

상기 제어 실린더의 상기 4개 그룹의 유압챔버 각각은 하나의 챔버로 이루어지고, 상기 제 2 피스톤의 직경과 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤의 직경은 다음 식을 만족하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.

S1 = S2 - S1 = S3 (S1, S2, 및 S3는 각각 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 피스톤의 횡단면적)
제 13항에 있어서,

상기 피스톤 조립체는 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤을 연결하는 제 1 커넥팅 로드와, 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤을 연결하는 제 2 커넥팅 로드를 더 포함하고, 상기 실린더 하우징은, 상기 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤 사이에 형성되고 상기 제 1 커넥팅 로드가 유체와 밀착 및 윤활가능하게 관통하는 제 1 격벽; 및 상기 제 2 피스톤 및 제 3 피스톤 사이에 형성되고 상기 제 2 커넥팅 로드가 유체와 밀착 및 윤활가능하게 관통하는 제 2 격벽을 가지고, 상기 제어 실린더는 상기 제 1 격벽으로부터 이격되어 있는 상기 제 1 피스톤의 한 쪽에 형성되는 제 1 유압챔버; 상기 제 1 피스톤과 상기 제 1 격벽 사이에 형성되는 제 2 유압챔버; 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 피스톤 사이에 형성되는 제 3 유압챔버; 상기 제 2 피스톤과 상기 제 2 격벽 사이에 형성되는 제 4 유압챔버; 상기 제 2 격벽과 상기 제 3 피스톤 사이에 형성되는 제 5 유압챔버; 및 상기 제 2 격벽으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤의 한 쪽에 형성되는 제 6 유압챔버를 가지고, 상기 4개의 서스펜션 실린더 중 2개는 각각 상기 제 1 유압챔버 및 제 6 유압챔버에 연결되고, 상기 4개의 서스펜션 실린더의 나머지 2개 중 하나는 상기 제 2 유압챔버 및 상기 제 4 유압챔버에 연결되는 반면, 상기 나머지 2개의 서스펜션 실린더 중 나머지 하나는 상기 제 3 유압챔버 및 상기 제 5 유압챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 17항에 있어서,

상기 제 2 피스톤의 직경과, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 3 피스톤의 직경, 및 상기 제 1 커넥팅 로드 및 상기 제 2 커넥팅 로드의 직경은 다음 식을 만족하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.

S1 = S2 + S4 = S5 + S3 = S6

(S1: 상기 제 1 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 1 피스톤의 외부 압력 수용면의 면적으로서, 상기 제 1 피스톤의 횡단면적과 동일함;

S2: 상기 제 2 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 1 피스톤의 내부 압력 수용면의 면적으로서, 상기 제 1 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일함;

S3: 상기 제 3 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 2 피스톤의 대향 내부 압력 수용면 중 하나의 면적으로서, 상기 제 2 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일함;

S4: 상기 제 4 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 2 피스톤의 상기 대향 내부 압력 수용면 중 다른 하나의 면적으로서, S3와 동일하고 상기 제 2 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 1 커넥팅 로드와 동일한 상기 제 2 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일함;

S5: 상기 제 5 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 3 피스톤의 대향 내부 압력 수용면 중 하나의 면적으로서, S2와 동일하고 상기 제 3 피스톤의 횡단면적에서 상기 제 2 커넥팅 로드의 횡단면적을 뺀 값과 동일함; 그리고

S6: 상기 제 6 유압챔버에 부분적으로 위치하는 상기 제 3 피스톤의 상기 대향 내부 압력 수용면 중 다른 하나의 면적으로서, 상기 제 3 피스톤의 횡단면적과 동일함)
제 13항, 제 14항, 제 17항 및 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전방 좌측 차륜 및 상기 전방 우측 차륜에 각각 대응하는 상기 4개의 서스펜션 실린더 중 2개의 유압챔버 내 유압은, 상기 피스톤 조립체에 서로 반대 방향의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 14항에 있어서,

상기 4개 그룹의 유압챔버는 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 1 피스톤의 한쪽에 형성되는 제 1 유압챔버; 상기 제 1 피스톤과 상기 제 2 피스톤 사이에 형성되는 제 2 유압챔버; 상기 제 2 피스톤과 상기 제 3 피스톤 사이에 형성되는 제 3 유압챔버; 및 상기 제 2 피스톤으로부터 이격되어 있는 상기 제 3 피스톤의 한쪽에 형성되는 제 4 유압챔버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 20항에 있어서,

상기 전방 좌측 차륜 및 상기 후방 좌측 차륜에 각각 대응되는 2개의 서스펜션 실린더는 상기 제 1 유압챔버 및 상기 제 3 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되고, 또는 상기 제 2 유압챔버 및 상기 제 4 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되되,

상기 전방 좌측 차륜 및 후방 좌측 차륜에 각각 대응되는 상기 2개의 서스펜션 실린더가 상기 제 1 유압챔버 및 제 3 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되는 경우, 상기 전방 우측 차륜 및 상기 후방 우측 차륜에 각각 대응되는 2개의 서스펜션 실린더는 상기 제 4 유압챔버 및 상기 제 2 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되고, 또는 상기 전방 좌측 차륜 및 후방 좌측 차륜에 각각 대응되는 상기 2개의 서스펜션 실린더가 상기 제 4 유압챔버 및 상기 제 2 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되는 경우, 상기 전방 우측 차륜 및 상기 후방 우측 차륜에 각각 대응되는 2개의 서스펜션 실린더는 상기 제 1 유압챔버 및 상기 제 3 유압챔버의 한쪽과 다른 쪽에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.
제 20항에 있어서,

상기 피스톤 조립체는 상기 제 1 유압챔버, 상기 제 2 유압챔버, 상기 제 3 유압챔버 및 상기 제 4 유압챔버에 각각 대응되고 서로 동일한 4개의 유효 압력 수용 면적을 가지고,

상기 전방 좌측 차륜 및 후방 좌측 차륜에 각각 대응되는 2개의 서스펜션 실린더는 상기 제 1 유압챔버, 상기 제 2 유압챔버, 상기 제 3 유압챔버 및 상기 제 4 유압챔버 중 2개의 유압챔버에 각각 연결되는데, 여기서 상기 2개의 유압챔버는 각각의 대향 축방향에서 상기 피스톤 조립체에 작용하는 각각의 2개의 힘을 발생시키는 반면, 상기 전방 우측 차륜 및 후방 우측 차륜에 각각 대응되는 2개의 서스펜션 실린더는 상기 제 1 유압챔버, 상기 제 2 유압챔버, 상기 제 3 유압챔버 및 상기 제 4 유압챔버 중 다른 2개의 유압챔버에 각각 연결되는데, 여기서 상기 다른 2개의 유압챔버는 각각의 대향 축방향에서 상기 피스톤 조립체에 작용하는 각각의 2개의 힘을 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 시스템.