KR0180364B1 - 자동차의 조향륜 현가장치 - Google Patents

Abstract

주행조건에 따라 캐스터 각을 가변시켜 저속시에는 조향효과를 높여주고, 중,고속시에는 직진 안정성을 높혀주며, 선회시에는 이상적인 캠버 변화로 선회성능을 향상시켜 줄 수 있는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공할 목적으로; 휠을 회전 가능하게 지지하여 주는 휠 지지체의 상하부를 차체에 연결하여 주는 어퍼 및 로워 컨트롤 아암과; 스프링을 포함하여 이루어져 상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암의 사이로 배치되어 완충기능을 수행하는 쇽 업소오버 조립체와; 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측단 연결부와 차체 사이에 배치되어 유압에 의하여 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단을 전후로 이동시켜 캐스터를 조절하는 캐스터 조절수단을 포함하여 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공한다.

Description

자동차의 조향륜 현가장치

제1도는 본 발명에 의한 현가장치의 구성을 나타내기 위한 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 현가장치의 요부 확대 단면도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 적용되는 탄성부시의 작동 상태도.

제5도 및 제6도는 본 발명의 현가장치를 평면에서 본 작동 상태도.

제7도는 본 발명의 현가장치를 측면에서 본 작동 상태도.

제8도는 종래 기술의 설명을 위한 현가장치의 구성도이다.

[산업상 이용분야]

본 발명은 자동차의 조향륜 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 주행 속도에 따라 캐스터의 변화를 가장 이상적으로 제어하여 직진 안정성과 조향효과를 향상시킬 수 있는 자동차의 현가장치에 관한 것이다.

[종래 기술 및 문제점]

일반적으로 자동차에 있어서의 현가장치(Suspension System)라함은 차축과 프레임을 연결하고, 주행중 노면으로부터 받는 진동과 충격을 흡수하여 승차감과 자동차의 안전성을 향상시키는 장치로서, 노면에서의 충격을 완화하기 위하여 상하방향의 연결이 유연하여야 하고, 휠에 발생되는 구동력, 제동력, 선회시의 원심력등을 이겨낼 수 있는 수평 방향의 연결이 견고해야만 한다.

이러한 현가장치에는 조향륜 현가장치와 후륜 현가장치가 있는데, 이들은 상기와 같은 기능을 수행하되, 자동차에 있어서는 조향륜과 후륜에 입력되는 하중과 그의 특성이 다르게 되는 바, 그의 특성에 알맞는 현가장치가 제공되고 있다.

상기와 같은 현가장치에 있어서, 본 발명이 관계하는 조향륜 현가장치는 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 흡수함은 물론 주행중 자동차의 바른 자세를 유지하여 주어 주행 안정성을 확보하고, 선회시 조종 안정성을 확보할 수 있도록 설계되어야만 한다.

즉, 조향륜 현가장치는 조향륜이 조향동작을 하기 때문에 킹핀을 중심으로 하여 좌우 방향으로 변환되도록 설치하고, 또한, 어떤 기하학적인 각도를 두고 설치되어야만 상기 조향륜으로서의 조건을 만족시킬 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 조향륜이 어떠한 기하학적인 각을 두고 설치되는 것을 휠 얼라인먼트로 하며, 이의 휠 얼라인먼트가 정확하여야만 핸들의 조작력을 경감시키고, 제동 및 주행시의 충격을 흡수하며, 핸들의 복원력을 증대시켜 주어 직진성을 안정되게 하고 자동차의 주행 안정성과 선회시의 조종 안정성을 확보할 수 있게 된다.

이러한 휠 얼라인먼트는 핸들의 조작력을 감소시키고 앞차축의 휨을 방지하기 위한 캠버각과; 주행중 조향륜에 방향성과 복원성을 부여하는 캐스터각과; 조향륜의 평행과, 횡방향 미끄러짐, 조향 링키지 마멸방지 기능을 부여하는 토우인과; 핸들 조작력 감소 및 복원성을 부여하는 킹핀각등으로 이루어지게 된다.

이와 같은 조건을 구비하는 종래 현가장치의 일예를 살펴보면 제8도에서 보인 바와 같이, 휠을 회전 가능하게 지지하여 주는 휠 지지체(100)의 상하부가 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(102)(104)에 의하여 차체에 연결되고, 상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(102)(104)의 사이로는 스프링(106)을 포함하는 쇽 업소오버 조립체(108)가 결합되는 구성을 갖는다.

상기와 같은 현가장치는 주행 조건에 따른 휠의 상하 진동시 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(102)(104)의 길이가 한정되어 있는 상태에서 상하 요동을 하면서 현가장치로서의 기능을 수행하게 된다.

그리고 이러한 현가장치에 있어서는 휠 얼라인먼트가 조립 제작 당시 가장 이상적인 각으로 설정된다.

그러나 상기와 같은 현가장치의 휠 얼라인먼트 구성요소중 캐스터각은 차량의 주행속도에 따라 그의 특성이 변하기 때문에 차량의 주행 속도에 따라 변화시켜 주는 것이 바람직한데, 종래 현가장치에 있어서는 상기한 바와 같이 출고 당시 하나의 각으로 고정된 상태로 출고되는 바, 차량의 주행속도에 따라 가변적으로 변하지 않음으로써, 이에 따른 문제점이 뒤따르게 된다.

즉, 캐스터 각이 작으면 조향 효과는 좋으나, 직진 안정성이 떨어지고, 반대로 캐스터 각이 크면 조향 효과는 좋지 않으나 직진 안정성이 좋아진다는 서로 상반적 결과를 초래하므로, 가능한 한 저속시에는 캐스터 각을 작게 하고, 중, 고속에서는 캐스터 각을 크게 하여 주는 것이 가장 바람직하다.

[목적]

따라서 본 발명은 상기와 같은 캐스터 각의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주행조건에 따라 캐스터 각을 가변시켜 저속시에는 조향효과를 높여주고, 중,고속시에는 직진 안정성을 높혀주며, 선회시에는 이상적인 캠버 변화로 선회성능을 향상시켜 줄 수 있는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공하려는 것이다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

이를 실현하기 위하여 본 발명은 휠을 회전 가능하게 지지하여 주는 휠 지지체의 상하부를 차체에 연결하여 주는 어퍼 및 로워 컨트롤 아암과; 스프링을 포함하여 이루어져 상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암의 사이로 배치되어 완충기능을 수행하는 쇽 업소오버 조립체와; 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측단 연결부와 차체 사이에 배치되어 유압에 의하여 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단을 전후로 이동시켜 캐스터를 조절하는 캐스터 조절수단을 포함하여 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공한다.

상기에서 캐스터 조절수단은 좌우 유체실의 유압 조절로 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단을 전후측으로 이동시킬 수 있는 탄성부재와; 유압펌프로부터 상기 탄성부재에 공급되는 유압의 방향을 제어하는 방향 전환밸브와; 차속센서와, 횡력센서의 전기적인 신호를 받아 상기 방향 전환밸브를 제어하는 전자 제어유닛을 포함하여 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공한다.

상기에서 탄성부재는 내측관과 원통형으로 형성되는 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단 연결부의 사이로 배치되며, 이의 탄성부재의 내부 좌우측에 상호 격리되는 공간부로 좌우 유체실이 형성되고, 상기 좌우 유체실은 그의 일부가 외부와 연통되어 이에 개재되는 연결관에 의하여 방향 전환밸브와 관로로 연결이 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치를 제공한다.

[실시예]

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 현가장치의 개략적인 구성도로서, 휠(1)을 회전가능하게 지지하는 휠 지지체(2)와; 상기 휠 지지체(2)의 상하부를 차체에 연결하여 주는 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(3)(4)과; 스프링(50)을 포함하여 이루어져 상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(3)(4)의 사이에 배치되는 완충기구인 쇽 업소오버 조립체(5)를 포함하여 이루어진다.

상기 휠 지지체(2)는 조향륜에 적용되는 바, 후측으로 돌출부(20)가 형성되어 이에 조향기구의 조향 링크(21)가 연결된다.

그리고 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(3)(4)은 휠측단이 휠 지지체(2)에 볼 죠인트(30)(40)로 연결이 이루어지며, 차체측은 전후로 분기되는 형태로 취하며 이에 각각 차체측 연결부(31)(32), (41)(42)가 형성되어 차체와 탄성부재를 개재시켜 연결된다.

이에 따라 휠(1)은 어퍼 및 로워 컨트롤아암(3)(4)의 길이에 따른 운동궤적을 따라 승하강 하면서 쇽 업소오버 조립체(5)의 완충작용에 의하여 충격이 흡수되어진다.

이러한 현가장치에 있어서, 본 발명은 상기 어퍼 컨트롤 아암(3)의 차체측단 연결부(31)와 차체(10) 사이에 캐스터 조절수단(6)을 형성하였다.

상기 캐스터 조절수단(6)은 유압에 의하여 어퍼 컨트롤 아암(3)의 휠측단을 전후측으로 이동시킬 수 있는 탄성부재(60)(61)와; 유압펌프(7)로부터 상기 탄성부재(60)(61)에 공급되는 유압의 방향을 제어하는 방향 전환밸브(62)와; 차속센서(630)와, 횡력센서(631)의 전기적인 신호를 받아 상기 방향 전환밸브(62)를 제어하는 전자 제어유닛(63)으로 이루어진다.

상기에서 탄성부재(60)(61)는 어퍼 컨트롤 아암(31)의 차체측 연결부(31)(32) 모두에 배치되는데, 그의 구성은 제2도에서 보인 바와 같이 내,외측관(600)(601), (610)(611) 사이로 배치되며, 이의 탄성부재(60)(61)의 내부 좌우측에 상호 격리되는 공간부로 좌우 유체실(604)(605), (614)(615)이 형성된다.

물론 상기에서 내측관(600)(610)이라 함은 중앙부로 고정봉(64)이 억지끼움으로 관통되어 차체에 연결하도록 하는 것을 칭하며, 외측관(601)(611)은 어퍼 컨트롤 아암(3)의 휠측단 연결부(31)(32)를 지칭한다.

이에 따라 상기 탄성부재(60)(61)는 어퍼 컨트롤 아암(3)의 승강 운동시 비틀림 탄성으로 어퍼 컨트롤 아암(3)의 승강운동이 유연하게 이루어지게 한다.

그리고 상기 탄성부재(60)(61)의 좌우 유체실(604)(605), (614)(615)는 그의 일부가 외부와 연통되어 이에 개재되는 연결관(606)(607), (616)(617)에 의하여 방향 전환밸브(62)와 관로(620)(621)로 연결이 이루어진다.

상기 탄성부재(60)(61)로 공급되는 유압의 방향을 변환하는 방향 전환밸브(62)는 차속센서(630) 및 횡력센서(631)에서 입력되어지는 신호를 기입력된 데이터와 비교 판단하는 전자 제어유닛(63)의 제어에 의하여 작동이 이루어진다.

상기의 구성에 의하여 탄성부재(60)(61)는 제3도 및 제4도에서와 같이 차체측 유체실(604)(614)의 유압을 빼내고 휠측 유체실(605)(615)에 유압을 공급하면 휠측 유체실(605)(615)이 팽창되면서 어퍼 컨트롤 아암(3)을 흴측으로 L1만큼 이동시키고, 상기와 반대로 휠측 유체실(605)(615)의 유압을 빼내고 차체측 유체실(604)(614)에 유압을 공급하면 차체측 유체실(604)(614)이 팽창하면서 어퍼 컨트롤 아암(3)을 차체측으로 L2만큼 이동시키게 된다.

이러한 탄성부재(60)(61)의 작용을 이용하여 어퍼 컨트롤 아암(3)의 휠측단이 이동될 수 있도록 한 것인데, 이는 전후로 배치되는 탄성부재(60)(61)에 유압을 반대로 공급하면 된다.

즉, 직진 주행과 같은 일반적인 주행시에는 전자 제어유닛(63)에서 방향 전환밸브(62)을 제어하여 탄성부재(60)(61)의 좌우 유체실(604)(605), (614)(615)에 유체가 동일한 압력으로 들어있는 상태에서 유로를 차단하게 된다.

그러면 전후측 탄성부재(60)(61)의 유압조건이 동일하게 이루어지는 바, 평형을 유지하게 되어 현가 장치의 설계시 의도하였던 캐스터 각이 제7도의 실선과 같은 기준치 캐스터 각(α)을 유지하면서 주행하게 된다.

상기와 같은 직진 상태에서 차량의 주행속도가 상승하면, 속도신호가 차속센서(650)에 의하여 전자 제어유닛(63)으로 보내어진다.

그러면 전자 제어유닛(63)에서는 제5도에서와 같이, 방향 전환밸브(62)를 제어하여 전측 탄성부재(60)의 휠측 유체실(605)와 후측 탄성부재(61)의 차체측 유체실(614)에 유압을 공급하여 팽창시키고, 상기 나머지 유체실(604)(615)의 유압을 빼낸다.

이와 같이 하면 탄성부재(60)(61)의 작용에 의하여 어퍼 컨트롤 아암(3)의 전측 연결부(31)는 휠측으로 밀리고, 후측 연결부(32)는 차체측으로 밀리게 되는 바, 어퍼 컨트롤 아암(3)의 휠측단이 후측으로 호정의 양(θ1)만큼 이동하게 되어 결국 캐스터 각은 제7도의 α1와 같이 커지게 되어 주행 안전성을 높히게 된다.

그리고 차속이 저속일 때는 이의 신호가 차속센서(650)에 의하여 전자 제어유닛(63)으로 보내어진다.

그러면 전자 제어유닛(63)에서는 제6도에서와 같이, 방향 전환밸브(62)를 제어하여 전측 탄성부재(60)의 차체측 유체실(604)와 후측 탄성부재(61)의 휠측 유체실(615)에 유압을 공급하여 팽창시키고, 상기 나머지 유체실(605)(614)의 유압을 빼낸다.

이와 같이 하면 탄성부재(60)(61)의 작용에 의하여 어퍼 컨트롤 아암(3)의 전측 연결부(31)는 차체측으로 밀리고, 후측 연결부(32)는 휠측으로 밀리게 되는 바, 어퍼 컨트롤 아암(3)의 휠측단이 전측으로 소정의 양(θ2)만큼 이동하게 되어 결국 캐스터 각은 제7도의 α2와 같이 작아지게 되어 가장 이상적인 캐스터 각을 유지시켜 줄 수 있게 된다.

그리고 선회시에는 선회 외측률은 캐스터 각을 크게 하고, 선회 내측륜은 캐스터 각을 작게 하면, 외륜의 대지캠버는 부의 캠버로 크게 변화하고, 내륜의 대지캠버는 정의 캠버로 작게 변하게 되어 타이어의 최대 접지력으로 한계 선회성능 및 선회성능이 향상된다.

상기에서 좌우 휠의 캐스터를 다르게 제어할 수 있는 것은 양측 조향륜 현가장치가 상기와 동일 구조로 형성하는 바, 가능한 것이며, 선회에 대한 선호는 조향각 센서로부터 받는다.

[효과]

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 주행 조건에 따라 조향륜의 캐스터각을 능동적으로 가변시켜줌으로써, 저속시에는 조향효과를 높여주고, 중,고속시에는 직진 안정성을 높혀주며, 선회시에는 이상적인 캠버 변화로 선회성능을 향상시켜 줄 수 있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하여 주는 휠 지지체의 상하부를 차체에 연결하여 주는 어퍼 및 로워 컨트롤 아암과; 스프링을 포함하여 이루어져 상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암의 사이로 배치되어 완충기능을 수행하는 쇽 업소오버 조립체와; 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측단 연결부와 차체 사이에 배치되어 유압에 의하여 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단을 전후로 이동시켜 캐스터를 조절하는 캐스터 조절수단을 포함하여 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치.
2. 제1항에 있어서, 캐스터 조절수단은 좌우 유체실의 유압 조절로 어퍼 컨트롤 아암의 휠측단을 전후측으로 이동시킬 수 있는 탄성부재와; 유압펌프로부터 상기 탄성부재에 공급되는 유압의 방향을 제어하는 방향 전환밸브와; 차속센서와, 횡력센서의 전기적인 신호를 받아 상기 방향 전환밸브를 제어하는 전자 제어유닛을 포함하여 이루어지는 자동차의 조향륜 현가장치.
3. 제1항에 있어서, 탄성부재는 내측관과 원통형으로 형성되는 어퍼컨트롤 아암의 휠측단 연결부의 사이로 배치되며, 이의 탄성부재의 내부 좌우측에 상호 격리되는 공간부로 좌우 유체실이 형성되고, 상기 좌우 유체실은 그의 일부가 외부와 연통되어 이에 개재되는 연결관에 의하여 방향 전환밸브와 관로로 연결이 이루어지는 자둥차의 조향륜 현가장치.