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KR102367011B1 - 자기유변 유체 기반의 가변 감쇠력을 가지는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 이를 포함하는 이륜차 - Google Patents

자기유변 유체 기반의 가변 감쇠력을 가지는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 이를 포함하는 이륜차 Download PDF

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Publication number
KR102367011B1
KR102367011B1 KR1020210126655A KR20210126655A KR102367011B1 KR 102367011 B1 KR102367011 B1 KR 102367011B1 KR 1020210126655 A KR1020210126655 A KR 1020210126655A KR 20210126655 A KR20210126655 A KR 20210126655A KR 102367011 B1 KR102367011 B1 KR 102367011B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston
cylinder
fluid
suspension system
wheeled vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020210126655A
Other languages
English (en)
Inventor
김성환
윤달성
연민경
Original Assignee
김성환
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김성환 filed Critical 김성환
Priority to KR1020210126655A priority Critical patent/KR102367011B1/ko
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Publication of KR102367011B1 publication Critical patent/KR102367011B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00—Axle suspensions
    • B62K25/04—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J1/00—Saddles or other seats for cycles; Arrangement thereof; Component parts
    • B62J1/02—Saddles resiliently mounted on the frame; Equipment therefor, e.g. springs
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    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00—Axle suspensions
    • B62K25/04—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
    • B62K2025/044—Suspensions with automatic adjustment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 스마트 재료 중 하나인 자기유변유체(MR Fluid)를 작동 유체로 활용하여 자기장 인가 변화에 따른 감쇠력을 가변적으로 조절하도록 하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 관한 것으로, MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더 내 MR유체 아래에 공기 또는 질소가 충전 압입되어 제공되는 가스챔버, 및 상기 가스챔버와 MR유체 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 실린더의 내부에 상하 승강가능하게 구비된 플로팅 피스톤을 포함하고, 상기 주 피스톤은, 피스톤 승,하강시 실린더 내부의 MR유체가 통과하도록, 피스톤 헤드 상에 피스톤 로드의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로의 외측으로 상기 피스톤 헤드와 상기 실린더의 내벽 사이에는 측면 유로가 형성되며, 상기 바이패스 유로의 주위에는 외부 전원과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어가 구비되어 전류 인가시 상기 자기 코어 주위에 자기장이 형성될 수 있는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템을 제공한다.

Description

자기유변 유체 기반의 가변 감쇠력을 가지는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 이를 포함하는 이륜차{Smart Suspension System for two-wheeled vehicle including electric bike, with variable damping force based on Magneto-Rheological Fluid, and Two-wheeled vehicle having the same}
본 발명은 전기 자전거와 이륜 차량용 서스펜션 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 U-벤딩(bending) 형상이 역전된 구조의 밀폐(密閉) 유로(flow path)내에 자기장에 반응하는 자기유변유체를 작동 유체로 활용하여 자기장 인가 변화에 따른 감쇠력을 가변적으로 조절하도록 하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 이를 포함하는 이륜차에 관한 것이다.
일반적으로 이륜차는 2개의 바퀴를 가지고 주행 가능하며 인력(人力)이나 가솔린 엔진, 전기 모터 등 모든 형태의 에너지원을 동력수단으로 이용하는 것으로 정의된다. 이와 같은 이륜차에는 원동기 모터사이클, 로드 바이크, 산악용 자전거(MTB)와 같은 전통적인 이륜 차량과 함께, 전동 스쿠터, 전동 킥보드, 전기 자전거, 전동 이륜/외륜 보드, 전동 스케이트보드와 같은 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility;PM)가 포함되고 있다.
고급 자전거를 비롯한 산악 자전거, 전기 자전거 등의 이륜 차량에 장착되는 전륜 서스펜션은 일반적으로 소리굽쇠(Fork) 또는 U-벤딩(bending) 형상이 역전된 구조를 가지며, 댐퍼 내부에는 가이드 로드와 코일 스프링 및 타이어 공기압을 이용하여 감쇠력을 조절하는 구조로서, 작동 유체(working fluid)로 유압유를 사용하며 그리스(Grease)를 윤활제로 사용하고 있다.
또한, 전동 킥보드나 전동 스쿠터 등의 퍼스널 모빌리티(PM)에 장착되는 전륜 서스펜션은 U-벤딩이 역전된 구조(∩자형) 외에도 중앙부에 댐퍼가 설치된 형태나 중앙에 지지부가 기립하여 세워진 형태의 제품들이 출시되고 있다.
그러나, 이러한 퍼스널 모빌리티(PM)의 경우, 중앙부에 댐퍼가 설치된 구조는 좌우 양쪽에 댐퍼가 설치되는 소리굽쇠(Fork) 또는 U-벤딩(bending) 형상 구조와 마찬가지로 관련 구성들을 통해 감쇠력을 조절하는 기능이 적용되고 있지만, 중앙에 고정되어 지지된 형태로 세워진 구조의 경우에는 구조적 안정감을 나타내는 것 외에는 감쇠력 조절 기능과 같은 유용한 기능을 갖추고 있지 못하다.
또한, 현재 보편 상용화된 산악용 자전거, 전기 자전거, 모터 사이클 등과 같은 이륜 차량은 앞 바퀴에 장착된 전륜 서스펜션의 경우는 유압유(Hydraulic Oil)를 작동유체로 하여 가이드 로드와 윤활제로서의 그리스, 코일 스프링, 공압을 이용하여 감쇠력을 조절하고 있어 실제로 노면 입력 변화에 대응하기가 쉽지 않다. 예를 들어 도로 주행 시 노면의 요철이나 과속 방지턱, 굴곡이 심한 부분을 통과할 경우 또는 돌이나 기타 다른 장애물 등에 걸릴 경우, 불규칙한 노면 상태로 인한 충격 및 진동이 운전자에게 그대로 전달되는 문제가 있다.
더욱이, 이와 같은 수동 방식의 서스펜션의 경우, 코일 스프링의 강성이 매우 높은 관계로 일반적으로 충격과 진동을 흡수 또는 절연하는 기능이 떨어져 진동 감쇠 효과가 미미하고 추정하기 어려운 문제가 있다.
특히, 유압 댐퍼나 에어 댐퍼의 경우, 초기에 설정된 감쇠력 범위 내에서 진동 감쇠력 구현이 가능하고, 감쇠력 범위를 조절하기 위해서는 별도의 도구를 이용하여 조정하여야 하는 번거로움이 있다.
(특허문헌 1) 한국 등록특허공보 제10-1563962호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 스마트 재료 중 하나인 자기유변유체(MR Fluid)를 작동 유체로 활용하여 자기장 인가 변화에 따른 감쇠력을 가변적으로 조절하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템을 제공하고, 또한 이러한 스마트 서스펜션 시스템을 적용한 개인의 취미나 레저용의 산악 자전거(MTB), 전기 자전거, 전동 킥보드, 전동 스쿠터, 모터 사이클과 같이 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility, PM)등의 이륜차량에 적용하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하로 운동(Rebound, Compression)하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더 내 MR유체 아래에 공기 또는 질소가 충전 압입되어 제공되는 가스챔버, 및 상기 가스챔버와 MR유체 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 실린더의 내부에 상하 승강이 가능한 플로팅 피스톤을 포함하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서, 상기 주 피스톤은, 피스톤 승,하강(昇降)시 실린더 내부의 MR유체가 통과하도록, 피스톤 헤드 상에 피스톤 로드의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로의 외측으로 상기 피스톤 헤드와 상기 실린더의 내벽 사이에는 측면 유로가 형성되며, 상기 바이패스 유로의 주위에는 외부 전원과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어가 구비되어 전류 인가시 상기 자기 코어 주위에 자기장이 형성될 수 있는 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제1 실시예(도 2 참조)에 따르면, 상기 자기유변유체 댐퍼는 MR유체가 충전된 ∩자형 실린더와 상기 ∩자형 실린더의 상부로부터 왕복 승강 운동하도록 구성된 ∩자형 피스톤을 포함하고, 상기 ∩자형 실린더는 양쪽 포크의 내부가 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되어 상기 상부 공간이 MR유체로 채워지고 상기 하부 공간이 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 제공되며, 상기 ∩자형 피스톤은 상기 ∩자형 실린더의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드와 이들 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부의 중앙에는 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브가 상방향으로 연장되되, 상기 ∩자형 피스톤은 양측 피스톤 로드의 각 하단에 상기 피스톤 로드와 동일 재질의 중공의 지지튜브가 연장되고 각 지지튜브의 끝단에 상기 피스톤 헤드가 구비된 것을 특징으로 하는 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제2 실시예(도 3 참조)에 따르면, 상기 ∩자형 피스톤은, 양측 피스톤 로드의 내부가 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 이루어져 상기 가스챔버 하단에 위치된 플로팅 피스톤을 경계로 상기 ∩자형 실린더 내부의 MR유체와 구획되며, 상기 크라운부의 하단으로부터 연장된 중공의 지지튜브가 상기 플로팅 피스톤을 관통하여 상기 ∩자형 실린더 내부로 삽입되고 각 지지튜브의 끝단에 상기 피스톤 헤드가 구비된 것을 특징으로 하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제3 실시예(도 4 참조)에 따르면, 상기 자기유변유체 댐퍼는 이륜 차량의 바퀴 일측 또는 양쪽에 설치하여 좌우 댐퍼의 가변 감쇠력이 각각 독립적으로 발생되는 것으로서, MR유체가 충전된 ｜자형 실린더와 상기 ｜자형 실린더의 상부로부터 왕복 승강 운동하도록 구성된 Г자형 피스톤을 포함하고, 상기 ｜자형 실린더는 내부가 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되어 상기 상부 공간이 MR유체로 채워지고 상기 하부 공간이 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 제공되며, 상기 Г자형 피스톤은 상기 ｜자형 실린더의 표면과 겹친 상태로 상기 ｜자형 실린더의 외부로 상하 슬라이딩하도록 구성된 피스톤 로드, 및 상기 피스톤 로드의 상단에 Г자 형태로 연장된 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부의 끝단에는 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브가 상방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제4 실시예(도 5 참조)에 따르면, 상기 ∩자형 실린더는 양쪽 포크의 상부를 연결하는 아치부를 가지며, 상기 ∩자형 피스톤은 상기 ∩자형 실린더의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드와 상기 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부는 중앙에 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와, 상기 스티어링 튜브로부터 하향 연장되고 끝단이 상기 ∩자형 실린더의 아치부 중앙에 연결된 피스톤 튜브가 구비되고, 상기 피스톤 튜브의 상부는 스티어링 튜브의 하단에 승강이 가능하도록 삽입되고, 상기 피스톤 튜브의 내부는 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 구성되어 하단의 플로팅 피스톤을 경계로 상기 가스챔버 내부의 공기 또는 질소와 상기 아치부 내부의 MR유체가 구획되는 것을 특징으로 하는 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제5 실시예(도 6 참조)에 따르면, MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더로부터 연장하여 상기 실린더와 연동 가능하게 설치되고 내부에 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버, 및 상기 실린더와 가스챔버 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 가스챔버의 내부에 상하 승강가능하게 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 후륜 및 시트 댐퍼 시스템이 제공된다.
본 발명의 제6 실시예(도 7 참조)에 따르면, MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더 내 MR유체 아래에 공기 또는 질소가 충전 압입되어 제공되는 가스챔버, 및 상기 가스챔버와 MR유체 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 실린더의 내부에 상하 승강이 가능하도록 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는 전기/산악 자전거 및 전동 킥보드, 모터 사이클 등의 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서, 상기 실린더는, 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와 상기 이륜 차량의 앞 바퀴를 서로 연결하기 위한 양쪽 포크의 일측에 고정되고, 상기 주 피스톤은 진동 발생시 스티어링 튜브와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 상기 스티어링 튜브의 하단 일측에 연결되는, 전동 킥보드의 전륜 댐퍼, 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에 적용하기 위한 구성의 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명의 제7 실시예(도 8 참조)에 따르면, MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하로 승,하강(昇降)하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더로부터 연장하여 상기 실린더와 연동 가능하게 설치되고 내부에 공기 또는 질소가 충전 압입(charged)된 가스챔버, 및 상기 실린더와 가스챔버 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 가스챔버의 내부에 상하 승강(昇降) 운동이 가능하게 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서, 상기 실린더는, 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와 상기 이륜 차량의 앞 바퀴를 서로 연결하기 위한 양쪽 포크의 일측에 고정되고, 상기 주 피스톤은 진동 발생시 스티어링 튜브와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 상기 스티어링 튜브의 하단 일측에 연결되는, 전동 킥보드의 전륜 댐퍼, 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에의 적용을 위한 구성의 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템이 제공된다.
본 발명에서 자기 코어는 상기 자기 코어로부터 인출 연장된 코일이 지지튜브의 내부를 따라 외부 전원에 연결되며, 전원 연결을 위해 상기 자기 코어로부터 인출되어 댐퍼 외부로 연장되는 상기 코일은 알루미늄 재질의 중공 파이프로 감싸서 보호한다.
본 발명에 따르면, 가스챔버 내부에 충진된 공기 또는 질소의 압력은 적어도 10 bar 이상인 것이 바람직하다. 또한, 피스톤 로드는 외부로부터 충격, 긁힘에 의한 손상을 방지하고 댐퍼 내부로 먼지, 흙, 빗물 등의 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위해 표면을 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버로 감싸서 보호한다.
앞에서 서술한 특징에 따르면, 본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 기존 수동 방식(레버, 도구를 이용한 공기압 조절)의 감쇠력 조절 댐퍼와 달리 U-벤딩이 역전된 구조(n자형)의 폐(閉) 유로(flow path)내에 자기장에 반응하는 자기유변유체를 작동 유체로 활용하여 배터리 등의 외부 전원으로부터 인가되는 전류 세기별 자기장 변화에 따라 감쇠력을 가변적으로 조절할 수 있도록 한 것으로, 이륜차 주행 중 노면 요철이나 과속방지턱 통과 시에도 충격이 훨씬 잘 흡수되고 진동이 저감되어 운전자의 승차감을 향상시킬 수 있으며, 장시간 주행이나 운행시에도 둔부 통증과 허벅지 근육 뭉침 등의 육체적인 피로를 발생시키지 않아 안정적인 주행이 가능하게 된다. 본 발명은 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 함께 주행 모드별 조절이 가능한 스위치를 설치하고 반 능동형 타입의 저렴하고 간단한 제어 모드를 추가하여 각 주행 모드에 따른 감쇠력 조절이 가능하다.
도 1은 가변 감쇠력을 제공하는 자기유변유체 댐퍼가 구비된 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 구성 및 기본 원리를 보여주는 도면,
도 2는 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제1 실시형태로서, 종래 구조의 ∩자형 서스펜션 포크를 변형 개선한 구조를 나타낸 도면,
도 3은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제2 실시형태로서, 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 변형 구조를 나타낸 도면,
도 4는 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제3 실시형태로서, 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 또 하나의 변형 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제4 실시형태로서, 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 또 다른 변형 구조를 나타낸 도면,
도 6은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제5 실시형태를 나타낸 도면,
도 7은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제6 실시형태를 나타낸 도면,
도 8은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제7 실시형태를 나타낸 것으로서, 도 7의 스마트 서스펜션 시스템의 변형 구조를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용하기 위한 다양한 형태의 플로팅 피스톤의 구성을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용하기 위한 자기유변유체 댐퍼의 MR유체 듀얼 플로우 구조를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에서 자기유변유체 댐퍼를 구성하는 자기 코어의 상단 커버 및 하단 커버의 예시적인 형태를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용되는 자기유변유체 댐퍼의 내부에 이물질의 침입을 방지하기 위한 구성을 나타낸 도면.
이하 첨부된 도면과 실시예들을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고는 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.
도 1은 가변 감쇠력을 제공하는 자기유변유체 댐퍼가 구비된 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 기본 원리를 도시한 것으로, 일반적으로 자기유변유체(Magnetorheological Fluid), 즉 MR유체는 미세 크기(μm)의 철가루 입자와 오일로 구성된 것으로, 자기장 인가시 유체 내의 자성 입자가 일렬로 정렬하여 유체 자체의 항복응력을 변화시킬 수 있도록 구성된 기능성 유체를 지칭한다.
이하에서 '이륜 차량'은 자전거(로드바이크, MTB, 전기자전거 등), 이륜자동차(오토바이(motorcycle/motorbike), 스쿠터(scooter), 전동 스쿠터 등), 및 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility:PM)로 각광받고 있는 전동 킥보드, 전동 외륜 또는 이륜 보드, 전동 이륜 평형차, 전동 스케이트보드 등을 포함하는 개인용 이동수단(도 1a 참조)으로 정의하기로 한다.
도 1b에 따르면, 자기유변유체 댐퍼는 MR유체(F)가 충전된 실린더(1)의 내부를 주 피스톤(2)이 상하 승강하면서 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 진동에 대한 가변 감쇠력을 제공하는 것으로, 실린더(1)의 내부는 MR유체(F) 아래에 질소(N2)나 공기 등의 가스로 채워진 가스챔버(8)가 형성되고, 이 가스챔버(8)와 MR유체(F) 사이를 상하 운동이 가능한 플로팅 피스톤(floating piston;9)로 밀폐시킨 구성이 제공된다.
플로팅 피스톤(9)은 MR유체(F)와 주 피스톤(2)을 이용한 자기유변유체 댐퍼의 작동과 연동하여 동작하는 것으로, 자기유변유체 댐퍼의 감쇠력에 더해 가스챔버 내 공기 또는 질소(N2) 등의 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공한다.
주 피스톤(2)은, 피스톤 승,하강(昇降)시 실린더(1) 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 피스톤 헤드(4) 상에 피스톤 로드(3)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(6)가 형성될 수 있으며, 바이패스 유로(들)(6)의 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(5)가 구비되어 전류 인가시 자기 코어(5) 주위에 자기장이 형성될 수 있다. 도면에 상세히 도시되지는 않았지만, 피스톤 승,하강시 MR유체의 원활한 유동을 위해 피스톤 헤드(4)와 실린더(1)의 내벽 사이에 측면 유로(7)가 또한 형성될 수 있다.
이와 같은 MR유체를 이용한 자기유변유체 댐퍼에서는 전류 인가에 의해 피스톤 헤드 주변에 자기장이 형성되면 실린더 내부의 MR유체의 항복응력이 변화되면서 진동에 따른 주 피스톤의 상하 운동에 대해 강한 감쇠력을 발생시키게 된다.
[실시예 1]
도 2는 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제1 실시형태로서, 이는 종래 구조의 ∩자형 서스펜션 포크를 변형 개선한 구조를 나타낸다.
본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 가변 감쇠력을 제공하는 자기유변유체 댐퍼 구성을 포함하는 것으로, ∩자 형태의 실린더(11)와 이 실린더의 상부로부터 왕복 승강(昇降) 운동하도록 구성된 ∩자 형태의 피스톤(12)을 포함한다.
∩자형 실린더(11)는 양쪽 포크와 이들 포크의 상부를 연결하는 아치부(11c)를 갖는 형태로, 양쪽 포크의 대략 중간 부위에 플로팅 피스톤(13)이 내장되고, 이 플로팅 피스톤(13)을 중심으로 실린더(11)의 내부는 상부 공간(11a)과 하부 공간(11b)으로 구획된다. 플로팅 피스톤(13)은 ∩자형 피스톤(12)의 상하 왕복 승강 운동과 연동하여 작동하게 되는 것으로, ∩자형 실린더(11)의 양쪽 포크의 상부 공간(11a)은 MR유체(F)로 채워지고 하부 공간(11b)은 공기 또는 질소(N2)로 채워져 가스챔버로서 제공되며, 이러한 플로팅 피스톤(13)과 가스챔버(11b)의 구성은 자기유변유체 댐퍼의 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 한다.
∩자형 피스톤(12)은 ∩자형 실린더(11)의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드(12a)와 이들 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부(12b)로 구성되고, 크라운부(12b)의 중앙에는 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결되는 스티어링 튜브(14)가 상방향으로 연장된 구조를 갖는다. 양측 피스톤 로드(12a)의 각 하단에는 피스톤 로드와 동일 재질의 중공의 지지튜브(12c)가 연장되고 각 지지튜브의 끝단에는 피스톤 헤드(12d)가 구비된다. 피스톤 헤드(12d)는 피스톤 승,하강시 실린더(11) 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 그 표면상에 지지튜브(12c)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(15)가 형성될 수 있으며, 바이패스 유로(들)(15)의 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(16)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(16) 주위에 자기장을 형성하게 된다. 또한, 도면에 상세히 도시되지는 않았지만, 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 원활한 유동을 위해 피스톤 헤드(12d)와 ∩자형 실린더(11)의 내벽 사이에 측면 유로(17)가 형성될 수 있다. 한편, 자기 코어(16)는 그로부터 인출된 코일(미도시)이 지지튜브(12c)의 내부를 따라 연장하여 외부 전원과 연결됨으로써 자기장을 인가하게 되는 것으로, 외부 전원으로부터 인가되는 전류의 세기에 따라 가변적으로 감쇠력을 조절할 수 있다.
가스챔버(11b)는 내부에 적어도 10 bar 이상의 고압 가스(즉, 질소(N2) 또는 공기)로 충전되며, 상부 공간(11a)의 MR유체(F)와 하부 공간의 가스챔버(11b) 사이는 플로팅 피스톤(13)을 경계로 MR유체에 자기장 인가시 발생하는 항복 응력과 가스챔버(11b) 내 가스 압력에 기초하여 자기 코어(16)와 피스톤 로드(12a)의 상하 움직임(Rebound and Compression Motion)을 제어하도록 함으로써 진동 감쇠력을 조절할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 피스톤 로드(12a)를 충격, 긁힘 등의 손상으로부터 보호하고 진흙이나 먼지, 토사 등의 이물질이 댐퍼 내부로 유입되는 것을 차단하기 위하여 도 2c에 도시된 바와 같은 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버(dust cover;18)로 피스톤 로드(12a)의 표면을 감싸도록 설치할 수 있다(도 2a 및 2b 참조). 이러한 주름관 형태의 더스트 커버(18)는 플라스틱과 같은 합성수지 재질로 이루어지며, 피스톤 로드(12a)를 보호하기 위하여 댐퍼 내부에 자기 코어(16)를 삽입하고 MR유체(F)를 주입한 후에 피스톤 로드(12a) 상에 장착하여 조립될 수 있다.
또한, 본 실시예는 도면에 도시하지는 않았지만, 전원 연결을 위해 자기 코어로부터 인출되어 댐퍼 외부로 연장되는 코일 선(wire)을 피복한 후 알루미늄 재질의 중공 파이프로 감싸도록 구성할 수 있다. 이와 같은 알루미늄 중공 파이프는 전선 코일의 보호 기능과 더불어 작동 모드 제어부를 포함한 브레이크 유압 라인 등의 보호를 위해서도 사용될 수 있음은 물론이다.
[실시예 2]
도 3은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제2 실시형태로서, 이는 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 변형 구조를 나타낸다.
본 실시예에서 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 도 2와 같이 ∩자 형태의 실린더(11')와 이 실린더의 상부로부터 왕복 승강 운동하도록 구성된 ∩자 형태의 피스톤(12')을 갖는 것으로, 도 2에 비해 ∩자형 실린더의(11') 내부 및 ∩자형 피스톤(12')의 내부에 각각 플로팅 피스톤(13)(13')이 구비되는 점에 차이가 있다.
∩자형 실린더(11')는 양쪽 포크와 이들 포크의 상부를 연결하는 아치부(11c)를 갖는 형태로, 양쪽 포크의 플로팅 피스톤(13) 위쪽 상부 공간(11a)이 MR유체(F)로 채워지고, ∩자형 실린더(11')의 양쪽 포크의 플로팅 피스톤(13) 아래 하부 공간(11b)과 ∩자형 피스톤(12')(바람직하게는 피스톤 로드(12a))의 내부(12a')가 각각 공기 또는 질소(N2)로 채워진 가스챔버로 이루어져 플로팅 피스톤(13)(13')과 함께 자기유변유체 댐퍼의 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 하게 된다.
∩자형 피스톤(12')은 ∩자형 실린더(11')의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드(12a)와 이들 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부(12b)로 구성되고, 크라운부(12b)의 중앙에 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결되는 스티어링 튜브(14)가 상방향으로 연장된 구조를 갖는다. 양측 피스톤 로드(12a)의 내부에는 크라운부(12b)의 하단으로부터 연장된 중공의 지지튜브(12c)가 플로팅 피스톤(13')을 관통하여 ∩자형 실린더(11') 내부로 삽입되고 각 지지튜브(12c)의 끝단에는 피스톤 헤드(12d)가 구비되어 있다. 피스톤 헤드(12d)는 피스톤 승,하강시 실린더(11') 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 그 표면상에 지지튜브(12c)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(15)가 형성될 수 있으며, 바이패스 유로(들)(15)의 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(16)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(16) 주위에 자기장을 형성하게 된다. 또한, 도면에 상세히 도시되지는 않았지만, 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 원활한 유동을 위해 피스톤 헤드(12d)와 ∩자형 실린더(11)의 내벽 사이에 측면 유로(17)가 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우에도 각 가스챔버(11b)(12a')의 내부에는 적어도 10 bar 이상의 고압 가스(즉, 질소 또는 공기)가 충전되고 MR유체(F)와 상,하 가스챔버(11b)(12a') 사이는 플로팅 피스톤(13)(13')을 경계로 MR유체(F)에 자기장 인가시 발생하는 항복 응력과 가스챔버(11b)(12a') 내 가스 압력에 기초하여 자기 코어(16)와 피스톤 로드(12a)의 상하 움직임(Rebound and Compression Motion)을 제어하도록 함으로써 진동 감쇠력을 조절할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 피스톤 로드(12a)를 충격, 긁힘 등의 손상으로부터 보호하고 진흙이나 먼지, 토사 등의 이물질이 댐퍼 내부로 유입되는 것을 차단하기 위하여 도 2c에서와 같은 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버(dust cover;18)로 피스톤 로드(12a)의 표면을 감싸도록 설치할 수 있다(도 3a 및 3b 참조). 이러한 주름관 형태의 더스트 커버(18)는 플라스틱과 같은 합성수지 재질로 이루어질 수 있으며, 피스톤 로드(12a)를 보호하기 위하여 댐퍼 내부에 자기 코어(16)를 삽입하고 MR유체(F)를 주입한 후에 피스톤 로드(12a) 상에 장착하여 조립될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 자기유변유체 댐퍼의 상,하부에 각각 플로팅 피스톤(13)(13')을 경계로 가스챔버(11b)(12a')를 형성함으로써 전류 세기에 따른 자기유변유체 댐퍼의 감쇠력 조절이 보다 원활하고 정밀하게 이루어질 수 있게 된다. 특히, 이 경우에는 상,하 가스챔버(11b)(12a')에 의한 감쇠력 조절이 가능하므로 도 2의 실시예 1에 비해 자기유변유체 댐퍼 내 MR유체(F)의 양을 줄여 최소화할 수 있어 제조 원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
[실시예 3]
도 4는 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제3 실시형태로서, 이는 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 또 하나의 변형 구조, 바람직하게는 도 3의 스마트 서스펜션 시스템의 변형 구조를 나타낸다.
본 실시예에 따르면, 본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 도 3의 ∩자형 구조의 1/2 형상인 Г자형 구조로 제공되며, MR유체가 충전된 ｜자형 실린더(11")와 이 실린더의 상부로부터 왕복 승강 운동하도록 구성된 Г자 형태의 피스톤(12")으로 구성된다.
실린더(11")는 대략 중간 지점에 플로팅 피스톤(13)이 위치되고, 이 플로팅 피스톤(13)을 중심으로 실린더(11")의 내부는 상부 공간(11a)과 하부 공간(11b)으로 구획되어 상부 공간(11a)에 MR유체가 채워지고 하부 공간(11b)은 공기 또는 질소(N2)가 채워진 가스챔버로 제공된다.
Г자형 피스톤(12")은 실린더(11")의 표면과 겹친 상태로 실린더(11")의 외부로 상하 슬라이딩하도록 구성된 피스톤 로드(12a), 및 이 피스톤 로드의 상단에 Г자 형태로 연장된 크라운부(12b)로 구성되며, 크라운부(12b)의 끝단에 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결되는 스티어링 튜브(14)가 상방향으로 연장된 구조를 갖는다. 피스톤 로드(12a)는 내부(12a')가 고압의 가스, 즉 공기 또는 질소(N2)로 채워진 가스챔버로 구성되고 가스챔버(12a')의 하단에는 플로팅 피스톤(13')이 구비되어 이를 경계로 가스챔버(12a') 내부의 공기 또는 질소(N2) 가스와 실린더(11") 내부의 MR유체(F)가 구획된다.
여기서, 플로팅 피스톤(13)(13')은 Г자형 피스톤(12")의 상하 왕복 운동과 연동하여 작동하게 되는 것으로, 각각의 가스챔버(11b)(12a') 내부에는 적어도 10 bar 이상의 고압 가스(즉, 질소 또는 공기)가 충전되고, 각 가스챔버(11b)(12a')와 MR유체(F) 사이는 플로팅 피스톤(13)(13')을 경계로 가스챔버(11b)(12a') 내 가스 압력에 기초하여 자기 코어(16; 하기 참조)와 피스톤 로드(12a)의 상하 움직임(Rebound and Compression Motion)을 제어하도록 함으로써 자기장 인가에 의한 MR유체(F)의 항복 응력을 이용하는 자기유변유체 댐퍼의 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 하게 된다.
또한, 피스톤 로드(12a)의 내부에는 크라운부(12b)의 끝단으로부터 연장된 중공의 지지튜브(12c)가 플로팅 피스톤(13')을 관통하여 실린더(11") 내부로 삽입되고, 지지튜브(12c)의 끝단에는 피스톤 헤드(12d)가 구비되어 있다. 피스톤 헤드(12d)는 피스톤 승,하강시 실린더(11") 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 그 표면상에 지지튜브(12c)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(15)가 형성될 수 있으며, 바이패스 유로(들)(15)의 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(16)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(16) 주위에 자기장을 형성하게 된다. 또한, 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 원활한 유동을 위해 피스톤 헤드(12d)와 실린더(11")의 내벽 사이에 측면 유로(17)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서 Г자형 피스톤은 도시된 바와 달리 도 2 및 도 3에서처럼 피스톤 로드가 실린더 내부로 삽입되는 형태로도 제공될 수 있다.
이러한 Г자 형태의 서스펜션 시스템은 전기 자전거를 포함한 이륜 차량의 바퀴 일측 또는 양쪽에 설치할 수 있는데, 특히 바퀴 양쪽에 설치하는 경우는 좌우 대칭되도록 볼트로 체결하여 조립함으로써 도 3의 서스펜션 시스템과 실질적으로 대응되는 구조를 갖게 되며, 이 때 좌우 댐퍼의 가변 감쇠력은 각각 독립적으로 발생된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 본 실시예에서는 피스톤 로드(12a)를 충격, 긁힘 등의 손상으로부터 보호하고 진흙이나 먼지, 토사 등의 이물질이 댐퍼 내부로 유입되는 것을 차단하기 위하여 도 2c에서와 같은 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버(dust cover)로 실린더(11") 또는 피스톤 로드(12a)의 표면을 감싸도록 구성할 수 있다. 이러한 주름관 형태의 더스트 커버는 플라스틱과 같은 합성수지 재질로 이루어질 수 있으며, 피스톤 로드(12a)를 보호하기 위하여 댐퍼 내부에 자기 코어(16)를 삽입하고 MR유체(F)를 주입한 후에 실린더(11") 또는 피스톤 로드(12a) 상에 장착하여 조립될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 자기유변유체 댐퍼의 상,하부에 각각 플로팅 피스톤(13)(13')을 경계로 가스챔버(11b)(12a')를 형성하여 상,하 가스챔버(11b)(12a')에 의한 감쇠력 조절이 가능하므로 전류 세기에 따른 자기유변유체 댐퍼의 감쇠력 조절이 보다 정밀하고 수월하게 이루어질 수 있으며, 자기유변유체 댐퍼 내 MR유체(F)의 양을 줄여 최소화할 수 있어 제조 원가를 절감할 수 있다.
특히, 이 경우에는 좌우 댐퍼의 가변 감쇠력이 각각 독립적으로 발생하게 되므로 주행 상황이나 운전자의 필요에 따라 임의로 좌우측 댐퍼의 감쇠력을 조절할 수 있는 장점이 있다.
[실시예 4]
도 5는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제4 실시형태로서, 이는 도 2의 스마트 서스펜션 시스템의 또 다른 변형 구조를 나타낸다.
본 실시예에서 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 가변 감쇠력을 제공하기 위한 자기유변유체 댐퍼 구성을 포함하는 것으로, 도 2와 같이 ∩자 형태의 실린더(11"')와 이 실린더의 상부로부터 왕복 승강 운동하도록 구성된 ∩자 형태의 피스톤(12"')을 포함한다.
∩자형 실린더(11"')는 양쪽 포크와 이들 포크의 상부를 연결하는 아치부(11c)를 갖는 형태로, 양쪽 포크의 대략 중간 지점에 플로팅 피스톤(13)이 내장되어 이 플로팅 피스톤(13)을 중심으로 실린더(11"')의 내부가 상부 공간(11a)과 하부 공간(11b)으로 구획된다. 플로팅 피스톤(13)은 ∩자형 피스톤(12"')의 상하 왕복 운동과 연동하여 작동하게 되는 것으로, ∩자형 실린더(11"')의 양쪽 포크의 상부 공간(11a)은 MR유체(F)로 채워지고 하부 공간(11b)은 적어도 10 bar 이상의 고압 가스, 즉 공기 또는 질소(N2)로 채워져 가스챔버로서 제공되며, 이러한 플로팅 피스톤(13)과 가스챔버(11b)의 구성은 자기유변유체 댐퍼의 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 하게 된다. 여기서, 가스챔버(11b)는 ∩자형 실린더(11"')의 양쪽 포크의 하단이 서로 대응하는 방향으로 연장하여 연결된 U자 형태의 곡관(曲管;11d) 구조로 제공될 수 있다.
∩자형 피스톤(12"')은 ∩자형 실린더(11"')의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드(12a)와 이들 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부(12b)로 구성되고, 양측 피스톤 로드(12a)의 각 하단에는 피스톤 로드와 동일 재질의 중공의 지지튜브(12c)가 연장되고 각 지지튜브(12c)의 끝단에는 피스톤 헤드(12d)가 구비된다. 피스톤 헤드(12d)는 피스톤 승,하강시 실린더(11"') 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 그 표면상에 지지튜브(12c)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(15)가 형성될 수 있으며, 바이패스 유로(들)(15)의 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(16)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(16) 주위에 자기장을 형성하게 된다. 또한, 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 원활한 유동을 위해 피스톤 헤드(12d)와 실린더(11"')의 내벽 사이에 측면 유로(17)가 형성될 수 있다.
크라운부(12b)는 그 중앙에 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결되는 스티어링 튜브(14)와, 이 스티어링 튜브(14)로부터 하향 연장되고 끝단이 ∩자형 실린더(11"')의 아치부(11c) 중앙에 연결된 피스톤 튜브(12e)가 구비된다. 피스톤 튜브(12e)와 ∩자형 실린더(11"')의 아치부(11c)는 서로 연통된 형태로서 피스톤 튜브(12e)의 내부(12e')는 고압의 가스, 즉 공기 또는 질소(N2)가 채워진 가스챔버로 구성되며, 피스톤 튜브(12e)의 상부는 스티어링 튜브(14)의 하단에 승강 가능하게 삽입되고, 피스톤 튜브(12e)의 하단은 플로팅 피스톤(13')이 내장되어 이를 경계로 가스챔버(12e') 내부의 공기 또는 질소(N2) 가스와 실린더 아치부(11c) 내부의 MR유체(F)가 구획된다.
각각의 가스챔버(11b)(12e')와 MR유체(F)의 사이는 플로팅 피스톤(13)(13')을 경계로 MR유체에 자기장 인가시 발생하는 항복 응력과 가스챔버 내 압력에 기초하여 자기 코어(16)와 피스톤 로드(12a)의 상하 움직임(Rebound and Compression Motion)을 제어하도록 함으로써 진동 감쇠력을 조절할 수 있게 된다.
본 실시예에서도 피스톤 로드(12a)는 도 2 및 도 3과 마찬가지로 둘레 표면에 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버(dust cover)가 결합된 구성을 가지며, 이를 통해 피스톤 로드(12a)에 가해지는 충격, 긁힘 등의 손상으로부터 보호하고 진흙이나 먼지, 토사 등의 이물질이 댐퍼 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이러한 주름관 형태의 더스트 커버(18)는 플라스틱과 같은 합성수지 재질로 이루어질 수 있으며, 피스톤 로드(12a)를 보호하기 위해 댐퍼 내부에 자기 코어(16)를 삽입하고 MR유체(F)를 주입한 후에 피스톤 로드(12a) 상에 장착하여 조립될 수 있다.
[실시예 5]
도 6은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제5 실시형태를 나타낸 것으로, 여기서 스마트 서스펜션 시스템은 전기 자전거를 포함한 이륜 차량의 상용 후륜 댐퍼 및 시트(안장) 댐퍼로서 적용이 가능한 구성을 중심으로 이를 도시하고 설명한다.
본 실시예에 따르면, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 MR유체(F)가 수용된 실린더(21)와 이 실린더의 상부로부터 진동에 의해 실린더 내부를 상하 왕복 운동하게 되는 주 피스톤(22)으로 구성된 자기유변유체 댐퍼를 포함하고, 실린더(21)의 외부에는 적어도 10 bar 이상의 고압 가스, 즉 공기 또는 질소(N2)로 충전된 가스챔버(23)가 실린더(21)로부터 연장하여 상호 연동 가능하게 설치된다.
실린더(21)는 이륜 차량의 차체 프레임에 고정되며 주 피스톤(22)은 후륜 또는 안장에서의 진동에 의한 상하 승강 운동이 가능하도록 후륜 또는 안장의 일측에 연결될 수 있다.
가스챔버(23)는 상하 승강 가능하게 내벽에 밀착된 플로팅 피스톤(24)을 중심으로 상부 공간(23a)과 하부 공간(23b)으로 구획되며, 가스챔버(23)의 상부 공간(23a)은 적어도 10 bar 이상의 고압의 공기 또는 질소(N2)로 채워지고 하부 공간(23b)은 실린더(21)로부터 유입된 MR유체(F)로 채워져 플로팅 피스톤(24)과 함께 실린더(21) 내부의 자기유변유체 댐퍼에 의한 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 제공한다.
자기유변유체 댐퍼의 경우, 실린더(21)의 내벽과 피스톤 헤드(22b) 사이에 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 유동을 위한 측면 유로(21a)가 제공되며, 피스톤 헤드(22b) 상에는 피스톤 승,하강시 실린더(21) 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 피스톤 로드(22a)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(25)가 형성될 수 있다. 또한, 피스톤 헤드(22b) 상의 바이패스 유로(들)(25) 주위에는 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(26)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(26) 주위에 자기장을 형성하게 되고, 그로부터 자기유변유체 댐퍼는 전류 세기별 자기장 인가에 따라 감쇠력을 조절할 수 있다.
이와 같은 구성에서 본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 전류 세기별 자기장 인가에 따른 MR유체(F)의 항복 응력과 플로팅 피스톤(24)에 작용하는 가스챔버(23) 내 가스 압력이 합산되어 자기 코어(26)와 피스톤 로드(22a)의 상하 움직임을 제어하도록 함으로써 가변적으로 감쇠력을 조절할 수 있다.
[실시예 6]
도 7은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제6 실시형태를 나타낸 것으로, 여기서 스마트 서스펜션 시스템은 예시적으로 전동 킥보드의 앞 바퀴(전륜) 부분에 적용할 수 있는 구성을 중심으로 이를 도시하고 설명한다.
본 실시예에 따르면, 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 MR유체(F)가 충전된 실린더(31)와 이 실린더의 상부로부터 진동에 의해 실린더 내부를 상하 왕복 운동하게 되는 주 피스톤(32)으로 구성된 자기유변유체 댐퍼를 포함하는 것으로, 실린더(31)는 스티어링 튜브(33)와 앞 바퀴(34)를 연결하는 양쪽 포크(35)의 일측에 고정되고, 주 피스톤(32)은 진동 발생시 스티어링 튜브(33)와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 상기 스티어링 튜브(33)의 하단 일측에 연결된다. 여기서, 스티어링 튜브(33)는 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결된다.
실린더(31)는 대략 중간 지점에 플로팅 피스톤(36)이 내장되고, 이 플로팅 피스톤(36)을 중심으로 실린더(31)의 내부가 상부 공간(31a)과 하부 공간(31b)으로 구획된다. 플로팅 피스톤(36)은 주 피스톤(32)의 상하 왕복 운동과 연동하여 작동하게 되는 것으로, 실린더(31)의 상부 공간(31a)은 MR유체(F)로 충전되고 하부 공간(31b)은 고압 가스가 충전된 가스챔버로서 제공되며, 이러한 플로팅 피스톤(36)과 가스챔버(31b)의 구성은 자기유변유체 댐퍼의 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 한다. 가스챔버(31b)는 내부에 적어도 10 bar 이상의 공기 또는 또는 질소(N2)로 채워지는 것이 바람직하다.
자기유변유체 댐퍼의 경우, 실린더(31)의 내벽과 피스톤 헤드(32b) 사이에 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 유동을 위한 측면 유로(37)가 제공된다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 피스톤 헤드(32b) 상에는 피스톤 승,하강시 실린더(31) 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 피스톤 로드(32a)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(미도시)가 형성될 수 있으며, 이러한 바이패스 유로(들) 주위에 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(38)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(38) 주위에 자기장을 형성할 수 있다. 이와 같은 자기유변유체 댐퍼의 구성은 자기 코어(38)로부터 연장·인출된 코일(미도시)이 외부 전원과 연결되어 자기장을 인가함으로써 전류 세기에 따른 감쇠력 조절이 가능하게 된다.
이와 같은 구성에서 본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 자기장 인가시 발생하는 MR유체(F)의 항복 응력과 플로팅 피스톤(36)에 작용하는 가스챔버(31b)의 압력이 합산되어 자기 코어(38)와 피스톤 로드(32a)의 상하 움직임을 제어하도록 함으로써 가변적으로 진동 감쇠력을 조절할 수 있게 된다. 한편, 도면에서는 전동 킥보드의 앞 바퀴(전륜) 부분에 적용하기 위한 형태를 위주로 도시하고 설명하였지만, 본 실시예는 이에 한정하지 않고 이륜 차량의 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에의 적용도 물론 가능하다.
[실시예 7]
도 8은 도 1에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템의 제7 실시형태를 도시한 것으로, 여기서는 전동 킥보드에 적용하기 위한 도 7의 스마트 서스펜션 시스템의 변형 구조를 도시하고 설명한다.
본 실시예에 따르면, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 MR유체(F)가 수용된 실린더(41)와 이 실린더의 상부로부터 진동에 의해 실린더 내부를 상하 왕복 운동하게 되는 주 피스톤(42)으로 구성된 자기유변유체 댐퍼를 포함하고, 실린더(41)의 외부에는 적어도 10 bar 이상의 고압 가스, 즉 공기 또는 질소(N2)로 충전된 가스챔버(46)가 실린더(41)로부터 연장하여 상호 연동 가능하게 설치된다.
실린더(41)는 스티어링 튜브(43)와 앞 바퀴(44)를 연결하는 양쪽 포크(45)의 일측에 고정되고, 주 피스톤(42)은 진동 발생시 스티어링 튜브(43)와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 스티어링 튜브(43)의 하단 일측에 연결된다. 여기서, 스티어링 튜브(43)는 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축(미도시)과 연결된다.
가스챔버(46)는 진동 발생시 자체적으로 완충 기능을 갖도록 둘레에 코일 스프링(46a)이 장착되어 이 코일 스프링(46a)이 스티어링 튜브(43)의 일측에 탄지된 상태로 고정될 수 있다. 가스챔버(46)는 상하 승강 가능하게 내벽에 밀착된 플로팅 피스톤(46b)을 중심으로 상부 공간(46c)과 하부 공간(46d)으로 구획되어 가스챔버(46)의 상부 공간(46c)에 적어도 10 bar 이상의 고압의 공기 또는 질소(N2)가 충전되고 하부 공간(46d)에는 실린더(41)로부터 유입된 MR유체(F)가 채워져 실린더(41)와 주 피스톤(42)으로 구성된 자기유변유체 댐퍼에 의한 진동 감쇠력을 보완하는 기능을 제공한다.
자기유변유체 댐퍼의 경우, 실린더(41)의 내벽과 피스톤 헤드(42b) 사이에 피스톤 승,하강시 MR유체(F)의 유동을 위한 측면 유로(47)가 제공된다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 피스톤 헤드(42b) 상에는 피스톤 승,하강시 실린더(41) 내부의 MR유체(F)가 통과하도록 피스톤 로드(42a)의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로(미도시)가 형성될 수 있으며, 이러한 바이패스 유로(들) 주위에 외부 전원(미도시)과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어(48)가 제공되어 전류 인가시 자기 코어(48) 주위에 자기장을 형성하게 된다. 이와 같은 자기유변유체 댐퍼의 구성은 자기 코어(48)로부터 연장·인출된 코일(미도시)이 외부 전원과 연결되어 자기장을 인가함으로써 전류 세기에 따른 감쇠력 조절이 가능하게 된다.
이와 같은 구성에서 본 발명의 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 자기장 인가시 발생하는 MR유체(F)의 항복 응력과 가스챔버(46)의 스프링력, 및 플로팅 피스톤에 작용하는 가스챔버(46) 내 가스 압력이 합산되어 자기 코어(48)와 피스톤 로드(42a)의 상하 움직임을 제어하도록 함으로써 가변적으로 진동 감쇠력을 조절할 수 있게 된다. 한편, 도면에서는 전동 킥보드의 앞 바퀴(전륜) 부분에 적용하기 위한 형태를 위주로 도시하고 설명하였지만, 본 실시예는 이에 한정하지 않고 이륜 차량의 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에의 적용도 물론 가능하다.
[실시예 8]
도 9는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용하기 위한 다양한 형태의 플로팅 피스톤의 구성을 보여준다.
플로팅 피스톤(50)은 실린더 내부의 MR유체와 가스챔버 내부의 고압 가스 사이에 설치되는 것으로, 내구성을 강화하고 댐퍼 내부의 서스펜션 오일(base oil) 또는 MR유체가 가스챔버 쪽으로 누유되어 유입되는 것을 방지하기 위해 플로팅 피스톤(50)은 둘레 표면이 도 9a와 같은 다단의 층상 구조로 제공될 수 있다.
이러한 플로팅 피스톤(50)의 다층 구조는 다양한 종류의 씰 부재(seal) 및 백업 링(backup ring 또는 O-ring)들을 장착하기 위한 것으로 다수의 장착부(들)(50a)을 구비하며, 이를 통해 플로팅 피스톤은 상하 운동시 스틱 슬립(stick slip)에 의한 마찰력과 감쇠력 변화가 원활하게 이루어질 수 있다.
도 9b에 따르면, 플로팅 피스톤(50)은 가스챔버와 MR유체 사이에 장착되는 씰 부재 또는 백업 링을 포함하는 씰링부(51)가 노후화할 경우 서스펜션 오일 또는 MR유체가 가스챔버 쪽으로 누유되어 유입되는 것을 방지하기 위해, 플로팅 피스톤(50)의 하단부를 빈 공간(52;이하, '공간부'라 함)으로 구성할 수 있다. 이 경우, 공간부(52)는 누유된 오일 등으로 채워질 수 있어 가스챔버로의 MR유체 또는 베이스 오일의 유입을 방지할 수 있게 된다.
도 9c에 따르면, 플로팅 피스톤(50)은 가스챔버와 MR유체 사이에 장착되는 씰 부재 또는 백업 링을 포함하는 씰링부의 내구수명 향상, 그리고 가스챔버 내부로의 서스펜션 오일 또는 MR유체의 누유에 의한 유입을 보다 완벽하게 차단하기 위하여, 적어도 더스트 씰(Dust Seal)이 장착되는 더스트 씰 장착부(53)와 2단의 스텝 씰(Step Seal)들이 장착되는 스텝 씰 장착부(54a)(54b)를 갖는 3단 기밀 구조로 제공될 수 있다.
도 9d에 따르면, 플로팅 피스톤(50)은 가스챔버와 MR유체 사이에 장착되는 씰 부재 또는 백업 링을 포함하는 씰링부의 내구수명 향상, 그리고 가스챔버 내부로의 서스펜션 오일 또는 MR유체의 누유에 의한 유입을 더욱 더 완벽하게 차단하기 위하여, 적어도 더스트 씰 장착부(53), 오일 씰(Oil Seal) 장착부(55), 스텝 씰 장착부(54), 체크 씰(Check Seal) 장착부(56)를 갖는 4단 기밀 구조로 제공될 수 있다.
[실시예 9]
도 10은 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용하기 위한 자기유변유체 댐퍼의 MR유체 듀얼 플로우 구조를 도시한 것으로, 도 10a에 따르면, 자기유변유체 댐퍼(60)는 피스톤 헤드(61) 상에 형성된 바이패스 유로(62)(63)가 상,하 2단 듀얼 플로우 구조를 갖는 것을 보여준다.
이러한 구조는 2-웨이(way) 압력 제어(연속 가변) 방식의 샌드위치 밸브 형태로 적용되는 것으로, 이 경우 상부와 하부의 듀얼 유로(62)(63)들은 적어도 일측이 45도 경사진 형태를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 2-웨이 압력 제어(연속 가변) 방식의 자기유변유체 댐퍼에 따르면, MR유체의 자성 입자(Magnetic Particle)의 침전이 최소화되고 자기장 인가시 부드러운 감쇠력을 구현될 수 있다.
도 10b에 따르면, 도 10a에 따른 상,하 2단 듀얼 플로우 구조의 바이패스 유로의 F-D, F-V 성능 곡선이 도시되어 있다. 여기서, 초록색 곡선과 파랑색 곡선은 종래 기술의 1-웨이(way) 압력 제어 방식의 바이패스 유로에서의 속도(m/s) 대비 감쇠력(kgf)을 나타낸 것으로, 이는 본 실시예에 따른 2-웨이 압력 제어(연속 가변) 방식의 바이패스 유로에서의 성능 곡선(빨강색 곡선)과 대비된다. 즉, 종래 기술의 초록색 곡선 및 파랑색 곡선에서는 일정 속도에서 감쇠력이 급격하게 변화하는 것을 볼 수 있는 반면, 본 실시예에 따른 빨강색 곡선에서는 일정 속도에서 감쇠력의 급격한 변화없이 연속적이고 라운드하게 변화하는 특성을 볼 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 상,하 2단 듀얼 플로우 구조의 바이패스 유로를 이용한 2-웨이 압력 제어(연속 가변) 방식의 자기유변유체 댐퍼는 차량의 승차감 및 주행 안정성 향상을 위한 감쇠력 제어가 용이한 특징을 갖는다.
[실시예 10]
도 11은 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에서 자기유변유체 댐퍼를 구성하는 자기 코어의 상단 커버 및 하단 커버의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 도 11a에 따르면, 자기 코어의 상단을 커버하도록 구성된 상단 커버(71)는 중앙에 피스톤 로드가 통과하는 통공(71a)이 형성되고, 통공 주변에는 MR유체가 유동하는 바이패스 유로 및 측면 유로와 연통하도록 복수의 오리피스(71b)가 일정 간격으로 형성되는 구조를 갖출 수 있다. 또한, 도 11b에 도시하지는 않았지만, 자기 코어의 하단을 커버하도록 구성된 하단 커버(72)도 MR유체가 유동하는 바이패스 유로 및 측면 유로와 연통하도록 상단 커버(71)의 오리피스(71b)들에 대응하는 복수의 오리피스들을 갖출 수 있다. 도면에서 미설명된 부호 '71c' 및 '72c'는 자기 코어에 상단 커버(71) 및 하단 커버(72)를 각각 체결하기 위한 '나사홈'을 나타낸다.
한편, 자기 코어의 상단 커버(71)와 하단 커버(72)의 재질은 내열성이 강한 엔지니어링 플라스틱이나 황동 또는 알루미늄이 적용되며, 이를 통해 상단 커버와 하단 커버는 자기장의 차폐 효과 및 스토퍼 역할을 수행할 수 있다.
또한, 자기 코어의 상단 커버(71)와 하단 커버(72)는 단면 형상이 도면에서와 같은 블록형 구조로 제공될 수도 있지만, 본 실시예에서는 그에 한정하지 않고 상단 커버와 하단 커버의 스토퍼 역할을 극대화할 수 있도록 사다리꼴이나 기타 다양한 형상의 구조로 제공될 수 있다.
[실시예 11]
도 12는 본 발명에 따른 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템에 적용되는 자기유변유체 댐퍼의 내부에 이물질의 침입을 방지하기 위한 구성을 나타낸 것으로, 도 12a에 따르면, 자기유변유체 댐퍼의 상부 캡(81)과 이를 통과하는 피스톤 로드(82) 사이에는 통상 NBR(nitrile-butadiene rubber)계의 러버 재질이나 실리콘 소재의 더스트 씰(dust seal;83)이 구비될 수 있다.
이러한 더스트 씰(83)은 MR유체로 채워진 자기유변유체 댐퍼의 내부에 먼지나 토사와 같은 이물질이 침투하는 것을 차단하기 위한 것으로, 도 12b의 확대 도면에 따르면, 더스트 씰(83)은 통공(83a)의 상부(83b)가 위로 돌출하고 통공(83a)의 하부(83c)가 외측 둘레 방향으로 넓게 펼쳐져 일정한 높이를 갖는 단차 구조로 제공될 수 있다. 이 경우, 돌출된 더스트 씰(83)의 통공 상부(83b)는 도 12a에 도시된 피스톤 로드(82)의 표면 및 상부 캡(81)의 내주연(81a)에 밀착되고, 통공 하부(83c)가 상부 캡(81)의 단차진 저면(81b) 및 내벽(81c)에 밀착되는 것으로, 더스트 씰(83)의 통공 상, 하부(83b)(83c)에 각각 오일 씰(Oil Seal/Dust Lip Seal)(84a)(84b)을 각각 하나 이상 장착함으로써 피스톤 로드(82)의 추종성을 원활하게 하고 피스톤 로드에 MR유체가 묻어나는 현상을 개선함과 동시에 댐퍼 내부의 기밀을 더욱 강화할 수 있다.
한편, 도면에서 도시하지는 않았지만, 오일 씰(84a)(84b)은 도 12b의 O링 형상 외에도 일정한 두께 및 면적의 디스크(disk) 구조로 더스트 씰(83)의 하단에 장착될 수 있으며, 이 경우 오일 씰(84a)(84b)의 형상은 다양한 형태의 단차 구조로 제공될 수 있다.
또한, 상술한 설명에서 언급되지는 않았지만, 본 발명은 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템과 함께 주행 모드별 조절이 가능한 스위치를 설치할 수 있으며, 이를 통해 각 주행 모드에 따른 감쇠력 조절이 가능하다. 또한, 그와 같이 함으로써 이륜차 주행 중 노면 요철이나 과속방지턱 통과 시에도 충격이 보다 잘 흡수되고 진동이 저감되어 운전자의 승차감을 향상시킬 수 있으며, 장시간 주행이나 운행시에도 둔부의 통증과 허벅지 근육 뭉침 등의 육체적인 피로를 발생시키지 않아 안정적인 주행이 가능하게 된다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (25)

  1. MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더 내 MR유체 아래에 공기 또는 질소가 충전 압입되어 제공되는 가스챔버, 및 상기 가스챔버와 MR유체 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 실린더의 내부에 상하 승강가능하게 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서,
    상기 주 피스톤은, 피스톤 승,하강시 실린더 내부의 MR유체가 통과하도록, 피스톤 헤드 상에 피스톤 로드의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로의 외측으로 상기 피스톤 헤드와 상기 실린더의 내벽 사이에는 측면 유로가 형성되며, 상기 바이패스 유로의 주위에는 외부 전원과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어가 구비되어 전류 인가시 상기 자기 코어 주위에 자기장이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기유변유체 댐퍼는 MR유체가 충전된 ∩자형 실린더와 상기 ∩자형 실린더의 상부로부터 왕복 승강(昇降) 운동하도록 구성된 ∩자형 피스톤을 포함하고,
    상기 ∩자형 실린더는 양쪽 포크의 내부가 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되어 상기 상부 공간이 MR유체로 채워지고 상기 하부 공간이 공기 또는 질소가 충전된 가스챔버로 제공되며,
    상기 ∩자형 피스톤은 상기 ∩자형 실린더의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드와 이들 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부의 중앙에는 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브가 상방향으로 연장된 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 ∩자형 피스톤은 양측 피스톤 로드의 각 하단에 상기 피스톤 로드와 동일 재질의 중공의 지지튜브가 연장되고 각 지지튜브의 끝단에 상기 피스톤 헤드가 구비된 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 ∩자형 피스톤은, 양측 피스톤 로드의 내부가 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 이루어져 상기 가스챔버 하단에 위치된 플로팅 피스톤을 경계로 상기 ∩자형 실린더 내부의 MR유체와 구획되며, 상기 크라운부의 하단으로부터 연장된 중공의 지지튜브가 상기 플로팅 피스톤을 관통하여 상기 ∩자형 실린더 내부로 삽입되고 각 지지튜브의 끝단에 상기 피스톤 헤드가 구비된 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자기유변유체 댐퍼는 이륜 차량의 바퀴 일측 또는 양쪽에 설치하여 좌우 댐퍼의 가변 감쇠력이 각각 독립적으로 발생되는 것으로서, MR유체가 충전된 ｜자형 실린더와 상기 ｜자형 실린더의 상부로부터 왕복 승강(昇降) 운동하도록 구성된 Г자형 피스톤을 포함하고,
    상기 ｜자형 실린더는 내부가 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되어 상기 상부 공간이 MR유체로 채워지고 상기 하부 공간이 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 제공되며,
    상기 Г자형 피스톤은 상기 ｜자형 실린더의 표면과 겹친 상태로 상기 ｜자형 실린더의 외부로 상하 슬라이딩하도록 구성된 피스톤 로드, 및 상기 피스톤 로드의 상단에 Г자 형태로 연장된 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부의 끝단에는 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브가 상방향으로 연장된 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 ∩자형 실린더는 양쪽 포크의 상부를 연결하는 아치부를 가지며, 상기 ∩자형 피스톤은 상기 ∩자형 실린더의 양쪽 포크 내부로 삽입되는 피스톤 로드와 상기 피스톤 로드의 상단을 연결하는 크라운부로 구성되고, 상기 크라운부는 중앙에 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와, 상기 스티어링 튜브로부터 하향 연장되고 끝단이 상기 ∩자형 실린더의 아치부 중앙에 연결된 피스톤 튜브가 구비되고, 상기 피스톤 튜브의 상부는 스티어링 튜브의 하단에 승강 가능하게 삽입되고, 상기 피스톤 튜브의 내부는 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버로 구성되어 하단의 플로팅 피스톤을 경계로 상기 가스챔버 내부의 공기 또는 질소와 상기 아치부 내부의 MR유체가 구획되는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템은 차량의 앞 바퀴 부분에 설치되는 전륜 서스펜션 시스템인 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  8. MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더로부터 연장하여 상기 실린더와 연동 가능하도록 설치되고 내부에 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버, 및 상기 실린더와 가스챔버 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 가스챔버의 내부에 상하 승강 운동이 가능하도록 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 주 피스톤은, 피스톤 승,하강시 실린더 내부의 MR유체가 통과하도록, 피스톤 헤드 상에 피스톤 로드의 주변을 따라 적어도 하나 이상의 상,하 관통된 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로의 외측으로 상기 피스톤 헤드와 상기 실린더의 내벽 사이에는 측면 유로가 형성되며, 상기 바이패스 유로의 주위에는 외부 전원과 연결된 코일 권선 형태의 자기 코어가 구비되어 전류 인가시 상기 자기 코어 주위에 자기장이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 가스챔버는 상하 승강 운동이 가능하게 내벽에 밀착된 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되고, 상기 상부 공간은 적어도 10 bar 이상의 공기 또는 질소로 충전되고 상기 하부 공간은 상기 실린더로부터 유입된 MR유체로 충전되어 상기 플로팅 피스톤과 함께 상기 자기유변유체 댐퍼에 의한 진동 감쇠력을 보완하는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더는 이륜 차량의 차체 프레임에 고정되고 상기 주 피스톤은 이륜 차량의 후륜 또는 안장의 일측에 고정되는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  12. MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강 운동하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더 내 MR유체 아래에 공기 또는 질소가 충전 압입되어 제공되는 가스챔버, 및 상기 가스챔버와 MR유체 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 실린더의 내부에 상하 승강 운동이 가능하도록 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서,
    상기 실린더는, 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와 상기 이륜 차량의 앞 바퀴를 서로 연결하기 위한 양쪽 포크의 일측에 고정되고, 상기 주 피스톤은 진동 발생시 스티어링 튜브와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 상기 스티어링 튜브의 하단 일측에 연결되는, 전동 킥보드의 전륜 댐퍼, 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에의 적용을 위한 구성의, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  13. MR유체가 충전된 실린더, 및 진동에 의해 상기 실린더의 내부를 상하 승강하도록 구성된 주 피스톤을 포함하고 전류 세기에 따른 MR유체의 항복응력 변화에 따라 가변 감쇠력을 제공하도록 구성된 자기유변유체 댐퍼, 상기 실린더로부터 연장하여 상기 실린더와 연동 가능하게 설치되고 내부에 공기 또는 질소가 충전 압입된 가스챔버, 및 상기 실린더와 가스챔버 사이를 차폐하며 상기 자기유변유체 댐퍼와 연동하여 상기 가스챔버 내 가스 압력에 의한 추가적인 감쇠력을 제공하도록 상기 가스챔버의 내부에 상하 승강가능하게 구비된 플로팅 피스톤을 포함하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 서스펜션 시스템으로서,
    상기 실린더는, 상방향으로 연장하여 이륜 차량의 핸들축과 연결되는 스티어링 튜브와 상기 이륜 차량의 앞 바퀴를 서로 연결하기 위한 양쪽 포크의 일측에 고정되고, 상기 주 피스톤은 진동 발생시 스티어링 튜브와 함께 상하 승강 운동이 가능하도록 상기 스티어링 튜브의 하단 일측에 연결되는, 전동 킥보드의 전륜 댐퍼, 후륜 댐퍼 또는 시트(안장) 댐퍼에의 적용을 위한 구성의, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가스챔버는 진동 발생시 자체적으로 완충 기능을 갖도록 둘레에 코일 스프링이 장착되고, 상기 코일 스프링은 상기 스티어링 튜브의 일측에 고정되며, 상기 가스챔버는 상하 승강 가능하게 내벽에 밀착된 플로팅 피스톤을 중심으로 상부 공간과 하부 공간으로 구획되고, 상기 상부 공간에 적어도 10 bar 이상의 고압의 공기 또는 질소가 충전되고 상기 하부 공간에 상기 실린더로부터 유입된 MR유체가 충전되어 상기 플로팅 피스톤과 함께 상기 자기유변유체 댐퍼에 의한 진동 감쇠력을 보완하는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  15. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 자기 코어는, 상기 자기 코어로부터 인출 연장된 코일이 지지튜브의 내부를 따라 외부 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    전원 연결을 위해 상기 자기 코어로부터 인출되어 댐퍼 외부로 연장되는 상기 코일은 알루미늄 재질의 중공 파이프로 감싸서 보호하는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  17. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 10항, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스챔버 내부에 충진된 공기 또는 질소의 압력은 적어도 10 bar 이상인 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  18. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤 로드는 충격, 긁힘에 의한 손상을 방지하고 댐퍼 내부로 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위해 표면을 벨로우즈(bellows;주름관) 타입의 더스트 커버로 감싸는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  19. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 10항, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 피스톤은, 내구성을 강화함과 동시에 가스챔버와 MR유체 사이에 장착되는 씰 부재 또는 백업 링을 포함하는 씰링부의 노후화로 인해 댐퍼 내부의 서스펜션 오일 또는 MR유체가 상기 가스챔버 쪽으로 누유되어 유입되는 것을 방지하도록, 그 둘레 표면이 다단의 층상 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 다단의 층상 구조는 하단부가 공간부로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 다단의 층상 구조는 적어도 더스트 씰이 장착되는 더스트 씰 장착부와 2단의 스텝 씰들이 장착되는 스텝 씰 장착부를 포함하는 3단 기밀 구조, 또는 더스트 씰 장착부, 오일 씰 장착부, 스텝 씰 장착부, 체크 씰 장착부를 포함하는 4단 기밀 구조인 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  22. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 10항, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기유변유체 댐퍼는 피스톤 헤드 상에 형성된 바이패스 유로가 2-웨이(way) 압력제어 방식의 상,하 2단 듀얼 플로우 구조를 갖되, 상부와 하부의 듀얼 유로들은 적어도 일측이 45도 경사진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  23. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 10항, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기유변유체 댐퍼는 자기 코어의 상단을 커버하도록 구성된 상단 커버와 자기 코어의 하단을 커버하도록 구성된 하단 커버를 포함하되, 상기 상단 커버는 중앙에 피스톤 로드가 통과하는 통공이 형성되고, 상기 통공 주변에는 MR유체가 유동하는 바이패스 유로 및 측면 유로와 연통하도록 복수의 오리피스가 일정 간격으로 형성되고, 상기 하단 커버는 MR유체가 유동하는 바이패스 유로 및 측면 유로와 연통하도록 상기 상단 커버의 오리피스들에 대응하는 복수의 오리피스들을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  24. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 10항, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기유변유체 댐퍼는 MR유체로 채워진 자기유변유체 댐퍼의 내부에 이물질이 침투하는 것을 차단하기 위해 상부 캡과 상기 상부 캡을 통과하는 피스톤 로드 사이에 더스트 씰을 구비하며, 상기 더스트 씰은 중앙의 통공 상부가 위로 돌출하고 통공 하부가 외측 둘레 방향으로 넓게 펼쳐져 일정한 높이를 갖는 단차 구조로 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 더스트 씰의 통공 상부는 상기 피스톤 로드의 표면 및 상부 캡의 내주연에 밀착되고 상기 통공 하부는 상부 캡의 단차진 저면 및 내벽에 밀착되되, 상기 더스트 씰의 통공 상부 및 통공 하부에는 오일 씰이 하나 이상 장착된 것을 특징으로 하는, 전기 자전거를 포함한 이륜 차량용 스마트 서스펜션 시스템.
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