KR101361287B1

KR101361287B1 - 차량용 서스펜션 암 연결 장치

Info

Publication number: KR101361287B1
Application number: KR1020120051293A
Authority: KR
Inventors: 함형승
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: KR20130127632A; US20130307243A1; DE102012110463A1; CN103419585A

Abstract

본 발명의 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향축과 롤센터 독립 제어가 가능한 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 로워암와 너클 간의 조인트를 휠 조향에 의한 회전부와, 휠의 상하운동에 의한 회전부로 이원화하여, 차량 선회시 롤센터 높이를 결정하는 로워암 조인트의 기능과 직진 주행시 휠진동 및 제동안정성에 영향을 미치는 조향축의 위치 결정이 서로 독립적으로 제어될 수 있도록 함으로써, 롤센터를 높이면서도 최적의 조향축(킹핀축) 위치 결정을 이룰 수 있는 차량용 서스펜션 암 연결 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량용 서스펜션 암 연결 장치{Suspension arm jointing device for vehicle}

본 발명의 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향축과 롤센터 독립 제어가 가능한 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 관한 것이다.

차량용 서스펜션 장치는 노면 요철에 의하여 차체로 전달되는 충격을 완충시키고, 차량의 구동, 제동, 선회 시, 차체의 움직임을 조정하여 승차감을 향상시키기 위한 장치를 말한다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 서스펜션 장치는 노면에서 가해지는 상하력을 받으면서 완충력을 제공하도록 쇽업소버, 스프링, 범프스토퍼, 인슐레이터가 조합된 스트럿(10)과, 휠(24)에서 들어오는 하중을 서브프레임(26)으로 전달하고 휠의 움직임을 원하는 위치로 제어하는 로워암(12)과, 스트럿(10)과 로워암(12) 간에 연결되어 차량의 전/후/좌/우 하중을 받으면서 휠의 회전을 지지하는 너클(14)과, 로워암(12)의 외측단과 너클(14)의 하단부 간에 연결되어 휠의 조향축 기능을 하는 볼조인트(16)를 포함하여 구성된다.

이러한 서스펜션 장치의 롤센터(Roll Center) 높이는 차량의 선회 안정성 확보에 중요한 성능 인자로서, 롤센터 높이 결정 원리를 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.

참고로, 롤센터란 예를 들어 차량이 요철 구간 등을 선회할 때 차량이 기울거나 흔들리는 중심 위치를 의미한다.

상기 로워암(12)의 외측단과 너클(14)의 하단부는 서로 휠의 조향축 기능을 하는 볼조인트(16)에 의하여 연결되어 있고, 스트럿(10)의 하단은 너클(14)의 상단에 마운팅되어 있다.

이러한 구성을 기반으로 하여, 첨부한 도 2에서 보듯이 스트럿(10) 마운팅 중심에서 조향축(킹핀축)인 조향축라인(A)과 수직을 이루며 연장되는 수직선(a)과, 로워암 볼조인트(16)와 서브프레임을 매개로 연결된 로워암 회전축(18)에서 차체의 내측방향으로 직선 연장된 로워암 연장선(b)이 서로 만나서 제1교점(c)을 이룰 때, 이 제1교점(c)에서 타이어 접지점(d)까지 연장시킨 연결선(e)과 차량의 중심선(f)이 만나는 제2교점(g)이 롤센터가 되며, 롤센터인 제2교점(g)으로부터 지면까지의 높이가 롤센터 높이로 결정된다.

이렇게 결정된 롤센터 높이는 차량의 선회 안정성 확보에 중요한 성능 인자이며, 롤센터인 제2교점(g)에서 차량 무게 중심(h)까지의 거리인 모멘트암(i)의 길이가 작을수록 선회시 차량을 기울게 하는 모멘트가 작아져 롤을 억제할 수 있다

이때, 상기 롤센터 높이는 로워암 볼조인트(16)의 위치에 따라 증가 또는 감소될 수 있다.

첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 로워암 볼조인트(16)의 위치를 하향시키게 되면, 로워암 연장선(b')의 기울기가 증가하게 되고, 제1교점(c')이 차량 중심선 쪽으로 이동하게 되며, 제1교점(c')에서 타이어 접지점(d)까지 연결한 연결선(e')과 차량의 중심선(f)가 만나는 제2교점(g')도 상승하게 되어, 제2교점(g')과 지면까지의 높이인 롤센터 높이가 증가하게 된다.

이렇게 롤센터 높이가 증가하게 되면, 롤센터인 제2교점(g')에서 차량 무게 중심(h)까지의 거리인 모멘트암의 길이(i)가 줄어들게 되며, 따라서 차량 선회시 차량을 기울게 하는 모멘트가 작아져 롤을 용이하게 억제할 수 있다.

그러나, 로워암 볼조인트의 위치를 하향시키면 다음과 같은 문제점이 따르게 된다.

차량 선회시 롤을 억제하기 위하여 로워암 볼조인트(16)를 하향하게 되면, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 본래의 조향축 라인(A)이 차량 내측으로 이동하여 다른 조향축 라인(A')을 이루게 되고, 조향축 라인(A')과 지면이 만나는 점(B')이 본래의 조향축 라인(A)과 지면이 만나는 점(B) 보다 차량 중심쪽으로 이동하게 된다,

이렇게 되면, 조향축 라인(A')이 지면과 만나는 점(B')과 타이어 접지점(C)의 거리인 지면킹핀옵셋(D)이 줄어들게 되거나, 그 줄어듬 거리가 커지면 조향축 라인(A')과 지면과 만나는 점(B')이 타이어 접지점(C)보다 차량 내측에 위치하게 된다.

이와 함께 차량 내측으로 이동된 조향축라인(A')에 의거, 휠센터 킹핀옵셋(E)도 커지게 되며, 이와 같이 휠센터 킹핀옵셋(E)이 증가하거나 지면킹핀옵셋(D)이 줄어들게 되면 주행중 핸들 진동이나 제동 안정성이 악화된다.

이를 해결하기 위해서, 로워암 볼조인트를 차량 외측으로 이동하여야 하나, 브레이크 디스크와의 공간 제약으로 볼조인트를 외측으로 이동하는데 제약이 있고, 결국 롤센터 확보와 지면 킹핀옵셋 확보를 모두 해소할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 로워암와 너클 간의 조인트를 휠 조향에 의한 회전부와, 휠의 상하운동에 의한 회전부로 이원화하여, 차량 선회시 롤센터 높이를 결정하는 로워암 조인트의 기능과 직진 주행시 휠진동 및 제동안정성에 영향을 미치는 조향축의 위치 결정이 서로 독립적으로 제어될 수 있도록 함으로써, 롤센터를 높이면서도 최적의 조향축(킹핀축) 위치 결정을 이룰 수 있는 차량용 서스펜션 암 연결 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서스펜션의 로워암과 너클 간을 컨트롤링크로 연결하되, 너클의 하단부를 좌우회전부재를 이용하여 컨트롤링크의 상단에 좌우회전 가능하게 연결하고, 로워암의 외측단을 상하회전부재를 이용하여 컨트롤링크의 하단에 상하회전 가능하게 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치를 제공한다.

특히, 상기 컨트롤링크의 상단에는 너클 연결용 로드가 형성되고, 컨트롤링크의 하단부 및 로워암의 외측단에 상하회전부재가 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현에에 따른 상기 상하회전부재는 컨트롤링크의 하단부에 로워암의 외측단이 삽입되는 요홈을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단과, 로워암의 외측단에 장착되어 힌지단에 힌지 결합되는 힌지로드로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 상기 상하회전부재는 로워암의 외측단에 요홈을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단과, 컨트롤링크의 하단부에 장착되어 힌지단에 힌지 결합되는 힌지로드로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 좌우회전부재는 너클의 하단부에 체결홀을 갖는 체결단을 일체로 형성하고, 체결홀내에 컨트롤링크의 너클 연결용 로드가 회전 가능하게 삽입되는 베어링을 내설하여서 달성된 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 베어링을 관통하여 체결단의 체결홀 위쪽으로 돌출된 컨트롤링크의 너클 연결용 로드의 상단에는 너트가 체결되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 로워암와 너클 간의 조인트 부위에 휠 조향에 의한 좌우 회전부와, 휠의 상하운동에 의한 상하 회전부로 이원화시키는 컨트롤로드를 장착하여, 선회시 롤센터 높이를 결정하는 로워암 조인트의 기능과 직진시 휠진동 및 제동안정성에 영향을 미치는 조향축의 위치 결정을 서로 독립적으로 제어할 수 있다.

이렇게 롤센터 높이 및 조향축의 위치 결정이 독립적으로 제어됨에 따라, 로워암과 너클간의 연결부를 차량 하방으로 이동하는 효과를 구현할 수 있고, 롤센터 높이 증대를 통해 선회주행시 롤각 축소 및 선회 안정성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 조향축을 차량 외측으로 이동하는 효과를 구현할 수 있고, 휠센터 옵셋 축소 및 지면킹핀옵셋 증대를 통해 직진 주행시 휠 진동 저감 및 제동 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 차량용 서스펜션 구성을 설명하는 개략도,
도 2는 차량용 서스펜션의 롤센터 높이 결정 원리를 설명하는 개략도,
도 3은 차량용 서스펜션의 로워암 볼조인트 위치에 따른 롤센터 높이가 달라지는 것을 설명하는 개략도,
도 4는 차량용 서스펜션의 로워암 볼조인트 위치가 하강된 경우, 조향축 변화를 설명하는 개략도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 차량용 서스펜션 암 연결 장치의 구성을 설명하는 분리사시도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 서스펜션 암 연결 장치의 조립 상태를 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 서스펜션 암 연결 장치의 휠 조향시 작동 원리를 설명하는 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 차량용 서스펜션 암 연결 장치의 휠 범프 및 리바운드시 작동 원리를 설명하는 단면도,
도 10은 본 발명의 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 따른 조향축 변화를 설명하는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 기존에는 너클과 로워암을 연결하는 로워암 볼조인트에 의하여 휠 상하 운동에 의한 상하방향 회전과, 휠 조향에 의한 좌우방향 회전이 동시에 이루어짐에 따라, 로워암 볼조인트의 위치를 하향시켜 롤센터를 높임에 따른 여러 문제점이 초래될 수 있다.

본 발명은 로워암와 너클 간의 조인트 부분을 휠 조향에 의한 좌우방향 회전부와, 휠의 상하운동에 의한 상하방향 회전부로 이원화시켜 독립적인 제어 동작이 이루어질 수 있도록 함으로써, 롤센터를 높이면서도 최적의 조향축(킹핀축) 위치 결정을 이룰 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 첨부한 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 서스펜션의 로워암(12)과 너클(14)이 휠 조향에 의한 좌우방향 회전 및 휠의 상하운동에 의한 상하방향 회전이 독립적으로 이루어질 수 있게 하는 컨트롤링크(20)로 연결된다.

즉, 상기 너클(14)의 하단부를 좌우회전부재(50)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 상단에 좌우회전 가능하게 연결하고, 상기 로워암(12)의 외측단을 상하회전부재(30,40)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 하단에 상하회전 가능하게 연결하게 된다.

상기 컨트롤링크(20)의 상단에는 일정길이의 너클 연결용 로드(22)가 형성되고, 안쪽방향으로 휘어진 컨트롤링트(20) 하단부에는 로워암(12)의 외측단과 함께 상하회전부재가 구성된다.

일 실시예에 따른 상하회전부재(30)는 컨트롤링크(20)의 하단부에 로워암(12)의 외측단이 삽입되는 요홈(32)을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단(34)과, 로워암(12)의 외측단에 장착되어 힌지단(34)에 힌지 결합되는 힌지로드(36)로 구성된다.

다른 실시예에 따른 상하회전부재(40)는 일 실시예와 반대로 로워암(12)의 외측단에 요홈(42)을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단(44)과, 컨트롤링크(20)의 하단부에 장착되어 힌지단(44)에 힌지 결합되는 힌지로드(46)로 구성된다.

상기 좌우회전부재(50)는 너클(14)의 하단부에 체결홀(52)을 갖는 체결단(54)을 일체로 형성하고, 이 체결홀(52)내에 베어링(56)을 내설하여서 이루어진 것으로서, 컨트롤링크(20)의 너클 연결용 로드(22)가 베어링(56)내에 회전 지지 가능하게 관통 삽입된다.

이때, 상기 베어링(56)을 관통하여 체결단(54)의 체결홀(52) 위쪽으로 돌출된 컨트롤링크(20)의 너클 연결용 로드(22)의 상단에는 나사산이 형성되고, 이 나사산에 너트(58)가 체결될 수 있고, 또는 너클 연결용 로드(22)가 체결홀(52)내에 강제 압입되도록 함으로써, 너클암에 대한 컨트롤링크의 마운팅이 이루어진다.

여기서, 상기와 같은 구성된 차량용 서스펜션 암 연결 장치에 대한 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

휠 조향시 작동 원리

첨부한 도 8에 도시된 바와 같이 휠 조향시, 휠과 연결된 너클이 조향축을 중심으로 즉, 좌우회전부재(50)를 중심으로 회전하게 된다.

보다 상세하게는, 너클(14)의 체결단(54)내의 베어링(56)내에 컨트롤링크(20)의 너클 연결용 로드(22)가 삽입된 상태이므로, 너클(14)이 베어링(56)의 회전 지지를 받으면서 회전을 하게 되고, 이와 동시에 너클(14)과 함께 액슬 및 타이어가 조향을 위한 회전을 하게 된다.

이때, 컨트롤링크(20)와 로워암(12) 간의 연결부, 즉 로워암(12)의 외측단과 컨트롤링크(20)의 하단이 상하회전부재(30,40)로 연결된 부분이 전후방향으로 회전중심이 설정되어 상하방향으로 회전하게 되므로 조향 방향으로 회전하지 않게 된다.

휠 범프 및 리바운드시 작동 원리

첨부한 도 9에 도시된 바와 같이, 휠 및 타이어의 범프 또는 리바운드 작용시 로워암(12)의 서브프레임 연결부를 중심으로 로워암이 회전하게 된다.

즉, 컨트롤링크(20)의 하단부와 로워암(12)의 외측단 간을 연결하고 있는 상하회전부재(30,40)를 중심으로, 로워암(12)이 상하방향으로 회전하게 된다.

보다 상세하게는, 일 실시예에 따른 상하회전부재(30)의 구성 중, 컨트롤링크(20)의 하단부에 형성된 힌지단(34)과, 로워암(12)의 외측단에 장착된 힌지로드(36)가 서로 힌지 결합된 지점을 중심으로, 로워암(12)이 상하방향으로 회전하게 된다.

또는, 다른 실시예에 따른 상하회전부재(40)의 구성 중, 로워암(12)의 외측단에 형성된 힌지단(44)과, 컨트롤링크(20)의 하단부에 장착된 힌지로드(46)가 서로 힌지 결합된 지점을 중심으로, 로워암(12)이 상하방향으로 회전하게 된다.

조향축 변화 원리

첨부한 도 10에서 보듯이, 기존의 너클(14)과 로워암(12)이 연결된 볼조인트(16)를 지나는 조향축에 비하여, 본 발명의 조향축은 컨트롤링크(20)의 상단이 너클(14)과 좌우회전부재(50)로 연결되는 동시에 컨트롤링크(20)의 하단이 로워암(12)과 상하회전부재(30,40)로 연결됨에 따라 로워암과의 연결점을 하향 이동시키는 동시에 조향축은 차량 외측으로 이동된 상태가 된다.

이렇게 조향축이 차량 외측으로 이동하게 되면, 지면킹핀옵셋이 증가하게 되고, 휠센터 킹핀옵셋이 축소되며, 그에 따라 직진 주행시 휠진동 저감 및 제동 안정성 향상이 이루어질 수 있다.

또한, 상기와 같이 컨트롤링크와 로워암 간의 연결부는 조향 회전과 기능이 분리되어 차량 하방으로 이동된 상태이므로 브레이크 디스크 갭 등의 제약조건 없이 차량 내측으로 이동하여도 조향 회전에 영향을 미치지 않으므로, 그 형상이나 사이즈에 제약이 없을 뿐만 아니라, 로워암의 장착 각도를 경사지게 배치할 수 있으므로 롤센터 높이를 증대하여 선회시 롤억제를 통해 선회 안정성이 향상을 도모할 수 있다.

10 : 스트럿 12 : 로워암
14 : 너클 16 : 볼조인트
18 : 로워암 회전축 20 : 컨트롤링크
22 : 너클 연결용 로드 24 : 휠
26 : 서브프레임 30 : 상하회전부재
32 : 요홈 34 : 힌지단
36 : 힌지로드 40 : 상하회전부재
42 : 요홈 44 : 힌지단
46 : 힌지로드 50 : 좌우회전부재
52 : 체결홀 54 : 체결단
56 : 베어링 58 : 너트
A : 조향축라인 a : 수직선
b: 로워암 연장선 c : 제1교점
d : 타이어 접지점 e : 연결선
f : 중심선 g : 제2교점
h : 차량 무게 중심 i : 모멘트암의 길이
b' : 로워암 연장선 c' : 제1교점
d : 타이어 접지점 e' : 연결선
g' : 제2교점 A' : 조향축 라인
B' : 조향축 라인(A')과 지면이 만나는 점
C : 타이어 접지점 D : 지면킹핀옵셋
E : 휠센터 킹핀옵셋

Claims

서스펜션의 로워암(12)과 너클(14) 간을 컨트롤링크(20)로 연결하되, 너클(14)의 하단부를 좌우회전부재(50)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 상단에 좌우회전 가능하게 연결하고, 로워암(12)의 외측단을 상하회전부재(30,40)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 하단에 상하회전 가능하게 연결하고,
상기 컨트롤링크(20)의 상단에는 너클 연결용 로드(22)가 형성되고, 컨트롤링크(20)의 하단부 및 로워암(12)의 외측단에는 상하회전부재(30,40)가 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 상하회전부재(30)는:
컨트롤링크(20)의 하단부에 로워암(12)의 외측단이 삽입되는 요홈(32)을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단(34)과, 로워암(12)의 외측단에 장착되어 힌지단(34)에 힌지 결합되는 힌지로드(36)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상하회전부재(40)는:
로워암(12)의 외측단에 요홈(42)을 형성하면서 일체로 형성된 한 쌍의 힌지단(44)과, 컨트롤링크(20)의 하단부에 장착되어 힌지단(44)에 힌지 결합되는 힌지로드(46)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치.
서스펜션의 로워암(12)과 너클(14) 간을 컨트롤링크(20)로 연결하되, 너클(14)의 하단부를 좌우회전부재(50)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 상단에 좌우회전 가능하게 연결하고, 로워암(12)의 외측단을 상하회전부재(30,40)를 이용하여 컨트롤링크(20)의 하단에 상하회전 가능하게 연결하고,
상기 좌우회전부재(50)는 너클(14)의 하단부에 체결홀(52)을 갖는 체결단(54)을 일체로 형성하고, 체결홀(52)내에 컨트롤링크(20)의 너클 연결용 로드(22)가 회전 가능하게 삽입되는 베어링(56)을 내설하여서 달성된 것임을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 베어링(56)을 관통하여 체결단(54)의 체결홀(52) 위쪽으로 돌출된 컨트롤링크(20)의 너클 연결용 로드(22)의 상단에는 너트(58)가 체결되거나 압입되는 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션 암 연결 장치.