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KR102572227B1 - 틸팅가능한 자동차의 전륜부 및 이를 구비한 자동차 - Google Patents

틸팅가능한 자동차의 전륜부 및 이를 구비한 자동차 Download PDF

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KR102572227B1
KR102572227B1 KR1020187004881A KR20187004881A KR102572227B1 KR 102572227 B1 KR102572227 B1 KR 102572227B1 KR 1020187004881 A KR1020187004881 A KR 1020187004881A KR 20187004881 A KR20187004881 A KR 20187004881A KR 102572227 B1 KR102572227 B1 KR 102572227B1
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KR
South Korea
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front wheel
upright
stub axle
vehicle
hinges
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안드레아 라파엘리
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피아지오 ＆ 씨. 에스.피.에이.
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Abstract

전륜부 프레임(16)을 포함하는 자동차 전륜부(8)가 제공되는바, 상기 전륜부 프레임(16)에는 관절식 4변구조물에 의하여 한 쌍의 앞바퀴(10', 10")가 운동학적으로 연결되고, 상기 관절식 4변구조물은 중간 힌지에서 전륜부 프레임(16)에 힌지결합된 한 쌍의 가로 부재를 포함하며, 상기 가로 부재들는 대향된 횡단 단부들에서 직립체에 의하여 서로 연결되고, 상기 직립체는 측부 힌지들에서 상기 횡단 단부에 피봇결합되며, 상기 직립체들 각각은 앞바퀴(10', 10")의 스터브 액슬을 안내 및 지지하며, 각 직립체는 상측 단부로부터 하측 단부로 연장되고, 각 스터브 액슬은 앞바퀴의 회전핀에 기계적으로 연결되고, 앞바퀴(10', 10")의 각 회전핀은 대응되는 직립체의 상측 단부와 하측 단부 사이에 구비된다.

Description

틸팅가능한 자동차의 전륜부 및 이를 구비한 자동차
본 발명은 틸팅(tilting)가능한 자동차의 전륜부 및 이를 구비한 자동차에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 본 기술분야에는 하나의 후방 구동 바퀴와 구르거나 기울어지는 두 개의 조향 및 틸팅용 전방 바퀴를 구비한 3바퀴식 자동차가 존재한다.
뒷바퀴는 토크를 제공하도록 의도된 것으로서 견인력을 제공하며, 쌍을 이루는 앞바퀴들은 자동차의 방향성을 결정하도록 의도된 것이다.
두 개의 뒷바퀴 대신에 두 개의 앞바퀴를 이용함으로써, 토크 전달을 위하여 차동기어를 사용할 필요가 없어진다. 이로써 후방 액슬의 무게 및 비용 감소가 얻어진다.
상기 전륜부에서 쌍을 이루는 바퀴들은 조향 뿐만이 아니라 틸팅과 구름이 가능한 것인데, 이로 인하여 전륜부에 두 개의 바퀴들을 구비한 자동차는 - 후방 액슬에 두 개의 바퀴들이 구비된 3바퀴 자동차와 비교할 때 - 실제 이륜차와 유사하게 되는데, 이것은 이륜차와 같이 그 자동차가 코너링 시에 틸팅할 수 있기 때문이다.
그러나 전륜부에 쌍을 이루는 두 개의 바퀴를 구비한 자동차는, 2바퀴만을 가진 자동차와 비교할 때, 4바퀴 자동차에 의하여 제공되는 바와 유사하게 앞바퀴들이 지면에 이중으로 안착됨으로 인하여 더 우수한 안정성이 얻어진다.
상기 앞바퀴들은 운동 메카니즘(kinematic mechanisms)에 의하여 서로 운동학적으로 연결되는바, 상기 운동 메카니즘은 앞바퀴들의 구름 및/또는 조향을 동기식으로 가능하게 하며, 예를 들어 관절식 4변구조물이 구비됨으로써 대칭적으로 가능하게 된다.
앞바퀴들의 조향 각도와 관련하여, 4바퀴 자동차 유형의 조향을 예로 들면 코너링 시에 외측 바퀴가 더 많이 개방된 채로 유지되는 것과 같이, 앞바퀴들 사이에 상이한 조향 각도를 제공하는 것도 가능하다.
따라서 3바퀴 자동차의 틸팅은 사용자에게 2바퀴를 가진 이륜차의 핸들링을 제공함과 동시에, 4바퀴 자동차의 안정성 및 안전을 제공하도록 설계된다.
사실 상기 두 가지의 미리 정해진 목표는 서로 상반되는 것인데, 왜냐하면 안정성이 우수하게 되면 2바퀴 자동차에 비하여 (예를 들어 세번째 바퀴 및 이것의 운동 메카니즘과 같은) 추가적인 요소들의 존재를 필요로 하며, 이것은 필연적으로 자동차의 구조물의 무게를 증가시킨다.
또한, '단지' 3개의 바퀴들이 존재함으로써는, 4바퀴 자동차의 노면 밀착성과 안정성을 보장할 수 없다.
그러므로, 이와 같은 상반되는 목표들을 절충시켜서 안정성과 핸들링을 보장하면서도 신뢰성과 저비용을 달성하는 3바퀴 자동차를 개발하는 것이 필요하다.
위와 같은 문제를 해결하는 목적을 달성하기 위해서, 앞바퀴들의 조향과 구름 또는 틸팅 움직임을 지원하는 특정의 기하구조를 가진 전륜부 또는 프레임의 전방 부분이 개발될 필요가 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 현재까지 두 개의 앞바퀴를 가진 3바퀴 자동차에 많은 방안들이 채택되어 왔다.
이와 같은 종래 기술의 방안들은 전술된 안정성 및 핸들링에 대한 필요를 최적화시키지 못했다.
따라서 종래 기술과 관련하여 설명된 단점들 및 한계들을 해결할 필요가 있다.
위와 같은 필요는 청구항 1 에 따른 자동차 전륜부와 청구항 26 에 따른 자동차에 의하여 달성된다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들은 하기의 첨부 도면들을 참조로 하는 바람지하고 비제한적인 실시예들에 관한 아래의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1 에는 본 발명에 따른 전륜부를 포함하는 자동차의 부분 사시도가 도시되어 있다.
도 2 에는 도 1 의 화살표(II) 측으로부터 본, 도 1 의 자동차의 측면도가 도시되어 있다.
도 3 에는 도 1 의 화살표(III) 측으로부터 본, 도 1 의 자동차의 정면도가 도시되어 있다.
도 4 에는 도 1 의 화살표(IV) 측으로부터 본, 도 1 의 자동차의 평면도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6 에는 본 발명에 따른 자동차 전륜부의 부분 사시도가 도시되어 있다.
도 7a 및 도 7b 에는 본 발명에 따른 자동차에 적용되는 서스펜션의 사시도 및 단면도가 각각 도시되어 있다.
도 8 에는 본 발명에 따른 자동차의 바퀴의 부분 사시도가 도시되어 있다.
도 9 및 도 10 에는 본 발명에 따른 자동차 전륜부의 부품들의 부분 측면도가 도시되어 있다.
아래에서 설명되는 실시예들에서 공통적인 구성요소들 또는 구성요소의 부분들은 동일한 참조부호로 표시될 것이다.
상기 도면들을 참조함에 있어서 참조부호 4 는 본 발명에 따른 자동차의 개략적인 모습 전체를 통칭하여 나타낸다.
본 발명의 목적과 관련하여, 자동차라는 용어는 넓은 의미에서 적어도 3개의 바퀴, 즉 적어도 하나의 뒷바퀴와 아래에서 설명되는 바와 같이 두 개의 정렬된 바퀴를 구비한 임의의 모터사이클도 포괄하는 것으로 고려되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 따라서 이와 같은 정의에는, 후방 액슬에 두 개의 바퀴들이 구비되고 전륜부에 두 개의 바퀴를 구비한 소위 쿼드 바이크(quad bike)도 포함된다.
자동차(4)는 적어도 두 개의 앞바퀴(10)를 지지하는 전륜부(8)로부터 하나 이상의 뒷바퀴(14)를 지지하는 후방 액슬(12)까지 연장되는 프레임(6)을 포함한다. 좌측 앞바퀴(10')와 우측 앞바퀴(10")를 구별하는 것이 가능한데, 여기에서 좌측(10')과 우측(10")의 정의는 순전히 형식적인 것으로서 자동차의 운전자에 대해 정해진 것이다. 상기 바퀴들은 자동차를 운전하는 운전자의 관찰시점을 기준으로 하여 자동차의 중심선 평면(M-M)의 좌측과 우측에 배치된다.
아래의 설명과 도면들에서, 상기 중심선 평면(M-M)을 기준으로 하여 전륜부의 대칭적인 또는 거울대칭적인 구성요소들은 첨자 ' 및 " 를 이용하여 참조하는데, 이로써 자동차를 운전하는 운전자의 관찰시점을 기준으로 해서 전륜부의 좌측과 우측에 있는 부품들이 각각 표시된다.
본 발명의 목적과 관련하여, 자동차의 프레임(6)은 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있는바, 예를 들어 격자, 박스, 크래들, 단일형, 또는 이중형 등의 형태를 가질 수 있다.
상기 자동차의 프레임(6)은 단일 부재 또는 복수의 부분들로 이루어질 수 있는바, 예를 들어 상기 자동차의 프레임(6)은 후방 액슬 프레임(13)과 상호연결되고, 상기 후방 액슬 프레임(13)은 하나 이상의 후방 구동 바퀴(14)를 지지하는 진동식 후방 포크(oscillating rear fork)(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 진동식 후방 포크는 레버 메커니즘 및/또는 중간 프레임들의 개재에 의하여, 또는 직접적인 힌지결합에 의하여 프레임(6)에 연결될 수 있다.
자동차 전륜부(8)는, 전륜부 프레임(16)과, 관절식 4변구조물(20)에 의하여 전륜부 프레임(16)에 운동학적으로 연결된 한 쌍의 앞바퀴(10)를 포함한다.
상기 관절식 4변구조물(20)은 중간 힌지(28)에 의하여 전륜부 프레임(16)에 힌지결합된 한 쌍의 가로 부재(24)를 포함한다.
중간 힌지(28)들에 의하여, 서로에 대해 평행한 중간 힌지 축(W-W)들이 정의된다.
예를 들어 상기 중간 힌지들은, 자동차의 이동 방향 또는 길이 방향(X-X)을 관통하는 중앙선 평면(M-M)에 걸쳐 배치되도록, 전방 비임(32)에 장착된다.
예를 들어 자동차(4)의 핸들바아(미도시)에 연결되어 있는 조향 메카니즘(36)은, 자동차(4)의 프레임(6)의 조향 튜브(34) 안에서 회전하도록 삽입되어 있는 조향 칼럼(35)에서 피봇된다.
가로 부재(24)들은 대향된 횡단 단부들(40, 44) 사이에서 주된 횡단 방향(Y-Y)으로 연장된다.
구체적으로 상기 가로 부재(24)들은 상기 대향된 횡단 단부(40, 44)에 의하여 서로 연결되는바, 이것은 측부 힌지(52)에 의하여 상기 횡단 단부(40, 44)에 피봇결합되는 직립체(48)에 의하여 이루어진다.
일 실시예에서 상기 가로 부재(24, 24',24")는 전방 비임(32)에 대해 외팔보 방식으로 장착된다.
상기 가로 부재(24)들과 직립체(48)들이 상기 관절식 4변구조물(20)을 정의한다. 구체적으로 상기 4변구조물은 두 개의 가로 부재(24), 즉 상부 가로 부재(24')와 저부 가로 부재(24")를 포함하는바, 여기에서 상부 가로 부재는 핸들바아 측을 향하여 배치되고 저부 가로 부재는 자동차를 지탱하는 지면을 향하여 배치된다.
상기 가로 부재들은 형상, 재료, 및 크기 면에서 반드시 서로 동일할 필요는 없고, 각 가로 부재(24)는 단일 부재로 만들어지거나 또는 예를 들어 용접, 볼트, 리벳, 등에 의하여 기계적으로 결합된 둘 이상의 부재로 이루어질 수 있다.
두 개의 직립체(48)가 제공되는바, 구체적으로는 좌측 직립체(48')와 우측 직립체(48")가 그것이다.
좌측 직립체(48')와 우측 직립체(48")의 정의는 순전히 형식적인 것으로서, 이것은 자동차의 운전자를 기준으로 정의된다. 상기 좌측 직립체(48')와 우측 직립체(48")는, 자동차를 운전하는 운전자의 관찰 시점을 기준으로하여 자동차의 중앙선 평면(M-M)의 좌측과 우측에 배치된다.
측부 힌지(52)들은 서로 평행하고, 각각의 측부 힌지 축(Z-Z)을 정의한다.
바람직하게는, 상기 중간 힌지(28)와 측부 힌지(52)가, 서로에 대해 평행한 중간 힌지 축(W-W)과 측부 힌지 축(Z-Z)을 따르는 방위를 갖는다.
상기 좌측 직립체(48')와 우측 직립체(48")는 상기 좌측 앞바퀴(10') 및 우측 앞바퀴(10")를 개별의 조향축(S'-S', S"-S") 주위에서 회전가능하게 지지한다. 상기 조향축들(S'-S', S"-S")은 서로 평행하다.
가능한 일 실시예에 따르면 상기 중간 힌지(28) 및 측부 힌지(52)는 서로 평행하고 또한 상기 조향축들(S'-S', S"-S")에 대해 직각을 이룬다. 다시 말해서 일 실시예에 따르면, 상기 중간 힌지(28)들을 관통하는 투사 평면(projection plane; P)에서 비교할 때, 상기 조향축들(S'-S', S"-S")은 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)과 90도의 각도(α)를 형성한다.
가능한 실시예에 따르면, 상기 각도(α)는 80도 내지 120도 사이일 수 있고, 바람직하게 상기 각도(α)는 90도 내지 110도 사이이며, 더 바람직하게는 상기 각도(α)가 100도이다.
상기 투사 평면(P)에 있어서 상기 조향축들(S'-S', S"-S")은 지면에 대해 직각인 수직 방향(N-N)에 대해 5도 내지 20도 사이, 바람직하게는 8도 내지 16도 사이인 조향 각도(β)로 경사를 이룰 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 중간 힌지(28) 및 측부 힌지(52)가 상기 지면에 대해 평행한, 즉 상기 투사 평면(P)에 있어서 상기 수직 방향(N-N)에 대해 직각인, 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)에 따라 틸팅되게 제공되는 것도 가능한데, 이 구성형태에 상기 조향 각도(β)는 0도이다.
또한 도시된 바와 같이, 중간 힌지(28)와 측부 힌지(52)가 조향축들(S'-S', S"-S")에 대해 직각이 되지 않도록 하는 것도 가능한데, 실제에서는 전술된 바와 같이 상기 중간 힌지(28)들을 통과하는 투사 평면(P)에 있어서 중간 힌지 축(W-W)및 측부 힌지 축(Z-Z)과 상기 조향축들(S'-S', S"-S") 사이의 상기 각도(α)가 80도 내지 120도 사이이고, 바람직하게는 90도 내지 110도 사이이며, 더 바람직하게는 100도이다.
중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)이 지면에 대해 평행하다는 것은, 구름 움직임에 있어서 커브에 대한 내측 바퀴가 거의 수직 상방향으로 상승하여, (지면으로부터 전달되는) 수평의 제동력으로부터 바퀴의 구름 움직임을 분리시킴과 자동차의 저부를 향하여 상대적으로 적은 공간을 차지함이라는 이중의 장점을 의미한다.
휴지 상태의 정적 상태에서 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)이 지면에 대해 평행하도록 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)을 조향축들(S'-S', S"-S")에 대해 틸팅시킴으로써, 제동 중 상태에서 즉 앞바퀴들(10', 10")의 서스펜션이 압축되는 상태에서 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)은 지면에 대해 실질적으로 평행하게 되는 상태로 움직이며 기울어진다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어 도 10 을 참조하면, 정적 상태에서 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)이 수평 방향과 0이 아닌 각도(β)(수평 방향에 대해 직각인 수직 방향에 대해 형성되는 각도와 일치)를 형성한다면, 제동에 의한 최대 압축 상태에서 그 각도는 0이 되는 경향이 있다.
제동(braking) 동안에 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)이 지면에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 경우에는 바퀴들의 점핑(jumping)이 방지되는데, 왜냐하면 수평적이고 이에 따라 지면에 대해 평행한 제동력이 지면에 대해 사실상 직각인, 즉 수직 방향인 바퀴들의 이탈 움직임(excursion movement)을 따르는 성분을 발생시키지 않기 때문이다.
직립체들(48) 각각은 앞바퀴(10)의 스터브 액슬(56)을 안내 및 지지하고, 각 직립체(48)는 상측 단부(60)로부터 하측 단부(64)까지 연장된다. 상측 단부(60)는 상측 가로 부재(24')를 향하여 배치되고, 하측 단부(64)는 저부 가로 부재(24")를 향하여 배치된다.
일 실시예에 따르면, 각 스터브 액슬(56)은 앞바퀴(10)의 회전핀(68)에 기계적으로 연결되어, 앞바퀴(10)를 관련 회전축(R-R) 주위에서 회전가능하게 지지한다.
유리하게는, 상기 앞바퀴(10)의 각 회전핀(68)은 관절식 4변구조물(20)의 대응되는 직립체들(48)의 상측 단부(60)와 하측 단부(64) 사이에 구비된다.
바람직하게는, 각 앞바퀴(10)의 각 회전핀(68)은 관절식 4변구조물(20)의 가로 부재(24)들의 인접한 측부 힌지(52)들 사이에 구비된다.
각 앞바퀴(10)의 스터브 액슬(56)은 상기 관절식 4변구조물(20)의 단일의 대응되는 직립체(48)에 의하여 지지 및 안내된다.
일 실시예에 따르면, 각 스터브 액슬(56)은 대응되는 직립체(48)에 대해 적어도 1 자유도를 갖도록 대응되는 직립체(48)에 장착되고, 상기 적어도 1 자유도는: 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대해 평행한 병진 움직임; 및/또는 상기 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T) 주위에서의 회전 움직임을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 간의 결합(coupling)은 각기둥 유형(prismatic type)으로 이루어져서, 상기 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의 오직 1 자유도, 즉 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대해 평행한 병진 움직임 만이 허용된다. 상기 병진 움직임은 스터브 액슬(56)과 이에 연결된 대응 앞바퀴(10)의 흔듦 움직임(shaking motion)이라고도 호칭되는데, 상기 앞바퀴(10)는 실질적으로 직선의 궤적을 따라서 움직인다.
각 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 간의 결합이 원통형 유형(cylindrical type)의 것이기 때문에, 상기 바퀴듸 조향을 가능하게 하기 위해서는 상기 스터브 액슬(56)과 개별의 안내부 사이에 추가적인 구성요소가 도입될 필요가 있다. 이로써, 각 직립체(48)의 주된 연장축(T-T) 또는 대칭축으로부터 각 앞바퀴(10)의 조향축(S-S)을 오프셋시키는 것이 가능하게 되며, 또한 이와 같은 구성에 의하여 상기 조향축(S-S)과 각 직립체(48)의 대응되는 주된 연장축(T-T) 간에 상이한 경사가 형성되는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 바퀴의 견인력을 향상시키기 위해서 상기 조향축(S-S)의 경사를 최적화시키는 것이 가능하게 되고, 또한 상기 직립체의 주된 연장축(T-T)의 경사를 상기 바퀴의 범핑 궤적과 상기 자동차에 대한 전체적인 크기에 대해 최적화시키는 것이 가능하게 된다. 나아가, 상기 스터브 액슬(56)은 각 직립체의 안내를 유지하는 기능을 갖지 않으므로, 바퀴의 구름 동안에 바퀴를 지지함에 최적화될 수 있다. 예를 들어, 스터브 액슬(56) 내에서의 구름 베어링(rolling bearings)의 위치 및/또는 치수를 최적화시키는 것이 가능하다.
다른 실시예에 따르면, 각 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 간의 결합이 원통형 유형의 것이어서, 상기 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대한 스터브 액슬(56)의 병진 움직임 및 회전 움직임 모두가 허용된다.
바람직하게는, 각 앞바퀴(10', 10")가, 상기 원통형 유형의 직립체(48)의 대칭축 및 상기 주된 연장축(T-T)과 일치하는 조향축(S-S)을 갖는다.
또한, 개별의 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)을 형성하는 중간 힌지(28)들 및 측부 힌지(52)들은 개별의 앞바퀴(10', 10")의 회전핀(68)의 위와 아래에 배치되되 종래 기술의 방안에서처럼 완전히 위로 넘어 배치되지는 않는다. 다시 말하면, 각 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 있어서, 앞바퀴(10', 10")의 각 회전핀(68)은 관절식 4변구조물의 상측 가로 부재(24')와 하측 가로 부재(24") 각각의 중간 힌지(28)와 측부 힌지(52) 사이에 구비된다.
이것은, 상기 서스펜션을 포함하는 관절식 4변 구조물과 각 앞바퀴(10', 10") 간의 연결 강직도(stiffness)가 전술된 종래 기술의 방안에서보다 수배 더 견고하여, 제동력 또는 비대칭적인 충격으로 인하여 앞바퀴(10', 10")의 교번적인 공진(alternating resonance)이 발생할 가능성이 더 적어지는데 도움이 됨을 의미한다. 결과적으로, 본 발명은 경량일 뿐만 아니라 안전하고 정밀하며, 핸들 바아에서의 진동 또는 흔들림을 사용자에게 전달하지 않기 때문에 운전자에게 전륜부에서의 안전한 느낌을 주는 자동차를 제공하는데에 전반적으로 도움이 된다.
또한, 상기 관절식 4변구조물의 상측 가로 부재(24') 및 하측 가로 부재(24")를 상기 바퀴들의 수직 치수 안에 위치시킴으로써, 전륜부의 중심, 그리고 이에 따라 자동차의 중심이 아래로 이동함이 가능하게 되어 자동차의 동적 거동이 향상된다.
앞바퀴(10)들의 조향과 관련하여, 일 실시예에 따르면, 상기 전륜부(8)는 적어도 하나의 브라켓(72)을 포함하고, 상기 브라켓(72)은 전륜부(8)의 조향 레버(76)들 및 앞바퀴(10)의 스터브 액슬(56)에 연결되어서, 각 앞바퀴(10)의 개별 조향축(S-S) 주위에서의 상기 스터브 액슬(56)의 회전을 통제한다.
바람직하게는, 상기 브라켓(72)이 각 앞바퀴(10)의 스터브 액슬(56)과 단일 부재로서 일체를 이룬다.
일 실시예에 따르면, 상기 브라켓(72)은 앞바퀴(10)를 위한 제동 수단(80)을 지지한다.
예를 들어 상기 제동 수단(80)은 앞바퀴(10)와 함께 일체적으로 회전하는 브레이크 디스크(84)에 걸터앉는 형태로 배치된, 디스크 브레이크를 위한 칼리퍼를 포함한다.
바람직하게는, 상기 브라켓(72)이 상기 직립체(48)의 하측 단부(64) 측으로부터, 직립체(48)에 걸터앉는 형태로 연장된다.
이와 같은 구조 덕분에, 서스펜션이 전체적으로 대응 직립체에 대해 중심에 위치하게 되고, 횡단방향의 굽힘 모멘트를 방지하는 것이 가능하게 된다.
바람직하게는, 상기 스터브 액슬(56)이 직립체(48)에 대해 동축을 이루도록 배치된 슬리브(88)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 사이에 앞바퀴(10)의 서스펜션 수단(92)이 배치된다.
예를 들어 상기 서스펜션 수단(92)은 스프링(94) 및/또는 댐퍼(96)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 직립체(48)들은 중공의 것으로서, 상기 서스펜션 수단을 적어도 부분적으로 내부에 수용한다.
상기 직립체들 내에 서스펜션 수단을 위치함으로써 몇 가지 장점들이 얻어지는바: 예를 들어 상기 직립체가 서스펜션 수단을 보호하고, 순전히 압축 상태로만 작동하게 되어 굽힘 모멘트가 방지된다.
바람직하게는 상기 서스펜션 수단(92)이 개별의 직립체(48)에 대해 동축으로 배치된다.
각 앞바퀴(10)는 타이어(102)를 지지하는 바퀴 림(100)을 포함하고, 상기 바퀴 림(100)은 관련된 스터브 액슬(56)에 의해 회전가능하게 지지되며, 스터브 액슬(56)은 상기 바퀴 림(100)에 의하여 한정되는 체적 안에 적어도 부분적으로 수용된다.
바람직하게는 스터브 액슬(56) 및 직립체(48)가 바퀴 림(100)에 의하여 한정되는 상기 체적 안에 일체적으로 수용된다.
바람직한 실시예에서 바퀴의 각 중심선 평면(R'-R', R"-R")은 각 앞바퀴(10', 10")의 조향축(S'-S', S"-S")을 통해 지나간다.
다른 실시예에서, 각 조향축(S'-S', S"-S")과 바퀴의 중심선 평면(R'-R', R"-R") 사이에는 오프셋(offset) 또는 횡단 오버행(transverse overhang)이 제공된다. 이와 같은 횡단 오버행은 0 내지 2 cm 사이이고, 더 바람직하게는 0 내지 1 cm 사이이며, 더욱더 바람직하게는 0.7 cm 이다.
바람직하게는, 상기 바퀴 림(100)에 의하여 한정되는 상기 체적이 상기 중간 힌지(28)를 통과하는 전륜부의 중심선 평면(M-M)을 향한다. 다시 말하면, 스터브 액슬(56)들은 자동차의 중심선 평면(M-M)을 향하여 내향으로 향하고, 스터브 액슬(56)과 관련된 대응 부품들은 외부의 관찰자에게 직접적으로 보이지 않는다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차(4)는 적어도 하나의 후방 구동 바퀴(14)를 포함하는바, 가능한 실시예에서는 자동차가 후방 액슬(12)에 두 개의 후방 구동 바퀴(14)를 구비한다.
예를 들어, 자동차가 4바퀴 사이클인 이 실시예에서는, 후방 액슬(12)에 있는 후방 구동 바퀴(14)들이 앞바퀴(10)들과 관련하여 위에서 설명한 관절식 4변구조물(20)에 의하여 후방 액슬 프레임(13)에 그리고 서로 연결된다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 종래 기술의 문제점들을 해결하는 것이 가능하게 된다.
구체적으로 상기 전륜부는 제한된 치수들 및 무게를 갖게 된다.
구체적으로, 상기 전륜부의 주된 구성요소들 모두가 상기 관절식 4변구조물의 투영범위(footprint) 내부에 놓이기 때문에 상기 치수들이 특히 감소된다.
또한, 상기 전륜부의 부품들은 각 바퀴 림에 의하여 한정된 체적 안에 적어도 부분적으로 포함된다.
따라서 본 발명의 방안은 특히 콤팩트한 형태를 갖게 된다.
또한 본 발명의 방안에 따르면 특별히 포함된 매달림 질량(suspended mass)이 존재하지 않는데, 이것은 단지 바퀴 및 이에 대응하는 스터브 액슬에 의해서만 구성된다.
전술된 방안은 상호연결된 서스펜션(interconnected suspension)의경우에도 해당되는바, 왜냐하면 하나의 앞바퀴에서의 부하에 대한 균형이 복합된 앞바퀴에서의 동등한 부하로 얻어지며, 부하의 전달은 상기 4변구조물을 통해 이루어지고, 이로써 자동차 전체의 관성과도 관련되는 4변구조물의 관성에 의하여, 상기 관성과 관련된 단위체(entity)의 지연이 발생한다.
실제에서 상기 쌍을 이루는 바퀴들 사이에 개재된 관성은 상호연결된 바퀴들을 가진 방안을 독립적인 바퀴들을 가진 것에 가깝게 만드는 작용을 하여, 그렇지 않았다면 댐핑되지 않아 상기 바퀴들에 촉발될 수 있는 임의의 공진 현상을 상쇄시키고 편안함에 도움이 된다.
그러므로 본 발명에 따른 자동차는 쌍을 이루는 2개의 앞바퀴들이 존재함으로 인하여 2바퀴 자동차보다 우수한 높은 안정성을 보장할 뿐만 아니라, 2바퀴를 가진 자동차에서 전형적인 우수한 핸들링 및 기울임 편의성(ease of leaning)도 보장된다.
또한, 전술된 바와 같이, 각각의 중간 힌지 축 및 측부 힌지 축을 정의하는 중간 힌지들 및 측부 힌지들이 각 앞바퀴의 회전핀 위와 아래에 배치되고 종래 기술의 방안에서 처럼 완전히 위로 넘어 배치되지는 않는다. 이로써 각 직립체의 주된 연장축에 있어서 상기 앞바퀴의 회전핀이 상기 관절식 4변구조물의 상측 가로 부재와 하측 가로 부재 각각의 중간 힌지들과 측부 힌지들 사이에 구비된다. 이것은, 상기 서스펜션을 포함하는 관절식 4변 구조물과 각 앞바퀴 간의 연결 강직도가 전술된 종래 기술의 방안에서보다 수배 더 견고하여, 제동력 또는 비대칭적인 충격으로 인하여 앞바퀴의 교번적인 공진이 발생할 가능성이 더 적어지는데 도움이 됨을 의미한다. 결과적으로, 본 발명은 경량일 뿐만 아니라 안전하고 정밀하며, 핸들 바아에서의 진동 또는 흔들림을 사용자에게 전달하지 않기 때문에 운전자에게 전륜부에서의 안전한 느낌을 주는 자동차를 제공하는데에 전반적으로 도움이 된다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 특정 또는 소정의 요구사항들을 중족시키기 위하여 하기 청구범위에 의하여 정해진 본 발명의 보호범위 내에서 전술된 방안에 대한 다양한 변형 및 변경을 가할 수 있을 것이다.

Claims (28)

  1. 전륜부 프레임(16)을 포함하는 자동차 전륜부(motor vehicle forecarriage; 8)로서,
    상기 전륜부 프레임(16)에는 관절식 4변구조물(quadrilateral; 20)에 의하여 한 쌍의 앞바퀴(10', 10")가 운동학적으로 연결되고,
    상기 관절식 4변구조물(20)은 중간 힌지(28)에서 전륜부 프레임(16)에 힌지결합된 한 쌍의 가로 부재(24', 24")를 포함하며,
    상기 가로 부재(24', 24")는 대향된 횡단 단부(40, 44)에서 직립체(48, 48', 48")에 의하여 서로 연결되고, 상기 직립체는 측부 힌지(52)들에서 상기 횡단 단부(40, 44)에 피봇결합되며,
    상기 가로 부재들(24', 24")과 직립체들(48)에 의하여 상기 관절식 4변구조물(20)이 형성되고,
    상기 직립체들(48, 48', 48") 각각은 앞바퀴(10', 10")의 스터브 액슬(stub axle; 56)을 안내 및 지지하며, 각 직립체(48)는 상측 단부(60)로부터 하측 단부(64)로 연장되어 조향축(S'-S', S"-S")을 정의하고,
    각 스터브 액슬(56)은 앞바퀴(10', 10")의 회전핀(rotation pin; 68)에 기계적으로 연결되어 앞바퀴(10', 10")를 회전축(R-R) 주위로 회전가능하게 지지하며, 앞바퀴(10', 10")의 각 회전핀(68)은 상기 관절식 4변구조물(20)의 대응되는 직립체(48, 48', 48")의 상측 단부(60)와 하측 단부(64) 사이에 구비되며,
    상기 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 사이에는 앞바퀴(10', 10")의 서스펜션 수단(suspension means; 92)이 배치되고,
    상기 직립체(48)들은 앞바퀴(10', 10")의 상기 서스펜션 수단(92)을 적어도 부분적으로 내부에 수용하도록 중공(hollow)의 형태를 가진 것을 특징으로 하는, 자동차 전륜부(8).
  2. 제1항에 있어서,
    각 앞바퀴(10)의 각 회전핀(68)은 상기 관절식 4변구조물(20)의 가로 부재(24)들의 인접한 측부 힌지(52)들 사이에 구비되는, 자동차 전륜부(8).
  3. 제1항에 있어서,
    각 앞바퀴(10', 10")의 스터브 액슬(56)은 상기 관절식 4변구조물(20)의 대응되는 단일의 좌측 직립체(48')와 우측 직립체(48")에 의해 지지 및 안내되는, 자동차 전륜부(8).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간 힌지(28)들과 측부 힌지(52)들은 서로 평행하고, 또한 상기 중간 힌지(28)들을 관통하는 투사 평면(projection plane; P)에서 상기 조향축들(S'-S', S"-S")이 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)과 80도 내지 120도 사이인 각도(α)를 형성하게 되는 방위를 가진, 자동차 전륜부(8).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 힌지(28)들과 측부 힌지(52)들은 서로 평행하고, 또한 상기 중간 힌지(28)들을 관통하는 투사 평면(P)에서 상기 조향축들(S'-S', S"-S")이 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)과 90도인 각도(α)를 형성하게 되도록, 상기 조향축들(S'-S', S"-S")에 대해 직교하는, 자동차 전륜부(8).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 힌지(28)들을 관통하는 투사 평면(P)에서 상기 조향축들(S'-S', S"-S")은 지면에 대해 직각인 수직 방향(N-N)에 대해 5도 내지 20도 사이인 조향 각도(steering angle; β)로 기울어진, 자동차 전륜부(8).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 힌지(28)들과 측부 힌지(52)들은 지면에 대해 평행한, 즉 지면에 대해 직각인 수직 방향(N-N)에 대해 직각인 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)을 따라서 기울어진, 자동차 전륜부(8).
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 스터브 액슬(56)은 대응되는 직립체(48)에 대해 적어도 1 자유도를 갖도록 대응되는 직립체(48)에 장착되고,
    상기 적어도 1 자유도는: 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대해 평행한 병진 움직임; 및 상기 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T) 주위에서의 회전 움직임 중 적어도 한 가지를 포함하는, 자동차 전륜부(8).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 간의 결합은 각기둥 유형(prismatic type)으로 이루어져서, 상기 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의 오직 1 자유도, 즉 직립체(48)에 대한 스터브 액슬(56)의, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대해 평행한 병진 움직임 만이 허용되는, 자동차 전륜부(8).
  10. 제8항에 있어서,
    각 스터브 액슬(56)과 직립체(48) 간의 결합은 원통형 유형(cylindrical type)의 것이어서, 직립체(48)의 주된 연장축(T-T)에 대한 스터브 액슬(56)의 병진 움직임 및 회전 움직임 모두가 허용되는, 자동차 전륜부(8).
  11. 제10항에 있어서,
    각 앞바퀴(10', 10")는, 상기 원통형 유형의 직립체(48', 48")에 대한 대칭축 및 상기 주된 연장축(T-T)과 일치하는 조향축(S'-S', S"-S")을 가진, 자동차 전륜부(8).
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전륜부(8)는 적어도 하나의 브라켓(bracket; 72)을 포함하고, 브라켓(72)은 앞바퀴(10', 10")의 스터브 액슬(56)과 전륜부(8)의 조향 레버(steering lever; 76)들에 연결되어, 각 앞바퀴(10', 10")의 각 조향축(S'-S', S"-S") 주위에서의 스터브 액슬(56)의 회전을 통제하는, 자동차 전륜부(8).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 브라켓(72)은 상기 앞바퀴(10', 10")를 위한 제동 수단(80)을 지지하는, 자동차 전륜부(8).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제동 수단(80)은, 앞바퀴(10', 10")와 함께 일체적으로 회전하는 브레이크 디스크(brake disc; 84)에 걸터앉는 형태로 배치된, 디스크 브레이크를 위한 칼리퍼(calliper)를 포함하는, 자동차 전륜부(8).
  15. 제12항에 있어서,
    상기 브라켓(72)은 직립체(48)에, 상기 직립체(48)의 하측 단부(64) 측으로부터 걸터앉는 형태로 연장되는, 자동차 전륜부(8).
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스터브 액슬(56)은 상기 직립체(48)에 대해 동축으로 배치된 슬리브(sleeve; 88)를 포함하는, 자동차 전륜부(8).
  17. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션 수단(92)은 스프링(94) 및 댐퍼(96) 중 적어도 하나를 포함하는, 자동차 전륜부(8).
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서스펜션 수단(92)은 개별의 직립체(48)에 대해 동축으로 배치된, 자동차 전륜부(8).
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 앞바퀴(10', 10")는 타이어(102)를 지지하는 바퀴 림(wheel rim; 100)을 포함하고, 상기 바퀴 림(100)은 관련된 스터브 액슬(56)에 의해 회전가능하게 지지되며, 스터브 액슬(56)은 상기 바퀴 림(100)에 의하여 한정되는 체적 안에 적어도 부분적으로 수용되는, 자동차 전륜부(8).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 스터브 액슬(56)과 직립체(48)는 상기 바퀴 림(100)에 의하여 한정되는 상기 체적 안에 일체적으로 수용되는, 자동차 전륜부(8).
  21. 제19항에 있어서,
    상기 체적은 상기 중간 힌지(28)들을 통과하는 전륜부(8)의 중앙선 평면(M-M)을 대면하는, 자동차 전륜부(8).
  22. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 힌지(28)들 및 측부 힌지(52)들은 서로 평행한 상기 중간 힌지 축(W-W) 및 측부 힌지 축(Z-Z)을 따르는 방위를 갖는, 자동차 전륜부(8).
  23. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 자동차 전륜부(8)와, 후방 액슬(rear axle)에 있는 구동 바퀴(drive wheel)를 포함하는, 자동차(4).
  24. 제23항에 있어서,
    상기 자동차(4)는 후방 액슬(12)에 두 개의 후방 구동 바퀴(14)를 포함하는, 자동차(4).
  25. 제24항에 있어서,
    상기 후방 액슬(12)에 있는 후방 구동 바퀴(14)들은 관절식 4변구조물(20)에 의하여 후방 액슬 프레임에 그리고 서로에 대하여 연결되는, 자동차(4).
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