KR0180368B1 - 자동차의 조향 구동륜 현가장치 - Google Patents

Abstract

가상의 링크를 만들어 롤 센터(Roll-Center)의 높이를 낮추고, 그의 변화율을 작게 하여 조정 안전성을 향상시키고, 멀티 링크를 채택함으로써, 이들 링크의 배치상태에 따라 킹핀, 캠버, 트레드 변화를 독립적으로 설정할 수 있도록 하여 설계 자유도를 높히며, 차체 후두라인의 높이와 운전자의 히프 포인트를 낮추어 시계확보와 안정성을 높히기 위한 목적으로; 자동차용 멀티 링크 타입 현가장치에 있어서, 아웃 어퍼콘트롤 아암이 휠 지지체와 연결되는 피봇 죠인트와, 휠 지지체와 커넥팅 링크에 대한 아웃 어퍼 콘트롤 아암의 순간중심과 로워 콘트롤 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선상에; 로워 콘트롤 아암의 양단 연결 포인트를 연결하는 가상의 직선이 만나는 점이 차체에 대한 휠의 순간중심이 되도록 다수의 링크가 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.

Description

자동차의 조향구동륜 현가장치

제1도는 본 발명에 의한 현가장치의 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 현가장치의 배면도.

제3도는 본 발명에 의한 현가장치의 측면도.

제4도는 본 발명의 작용에 의하여 얻을 수 있는 효과의 설명도.

제5도 및 제6a도 제6b도는 종래 기술의 설명을 위한 현가장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 휠 2 : 휠 지지체

3 : 아웃 어퍼 콘트롤아암 4 : 인너 어퍼 콘트롤아암

5 : 로워 콘트롤아암 6 : 커넥팅 링크

7 : 완충부재 8 : 서브 프레임

[산업상 이용분야]

본 발명은 자동차의 조향 구동륜 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티 링크 시스템으로 조향시 가상의 킹핀축을 만드는 것이 가능하여 조향 관련 지오메트리 특성을 최적화 할 수 있고 상하 운동시 가상의 콘트롤 링크를 만들어 롤 센터(Roll-Center)의 높이를 최적화시키며 변화율을 작게 하여 조종 안정성을 향상시키고, 캠버 및 트레드 변화에 대한 설계 자유도를 높일 수 있도록 하며, 쇽 업소오버 장착 부위를 낮게 하여 후드라인을 낮추는것이 가능하여 운전자의 시계확보는 물론 히프 포인트를 낮추어 차체의 전체 무게중심이 하향 위치함으로써, 안정성을 높일 수 있도록 한 자동차의 조향 구동륜 현가장치에 관한 것이다.

[종래 기술 및 문제점]

일반적으로 자동차에 있어서의 현가장치(Suspension System)라 함은 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 수평방향의 연결이 견고해야만 한다.

이러한 현가장치에 있어서, 승용차의 경우에는 차축을 분할하여 양 휠이 서로 관계없이 움직이게 하여 승차감과 안정성이 향상되도록 한 독립 현가장치가 주로 적용되고 있는데, 상기와 같은 조향륜 현가장치에 있어서는 노면으로 부터 받는 진동이나 충격을 흡수함은 물론 주행중 자동차의 바른 자세를 유지하여 주어 주행 안정성을 확보하고 선회시 조종 안정성을 확보할 수 있도록 설계되고 있다.

그리고 조향륜 현가장치에 있어서는 조향동작을 하기 때문에 킹핀을 중심으로 하여 좌우로 방향을 변환시킬 수 있도록 설치되며, 또한 어떤 기하학적인 각도를 두고 설치되어 상기 조항륜으로서의 조건을 만족시킬 수 있도록 하고 있다.

이와같이 조향륜이 기하학적인 각을 두고 설치되는 것을 휠 얼라인먼트(Front Wheel Alignment)라 하며, 상기의 휠 얼라인먼트에는 여러 요소로 구별되나 이의 요소들이 서로 보완작용은 조향륜으로서의 이상적인 작용이 이루어지도록 하게 되는데, 휠 얼라인먼트의 요소중 킹핀 경사각은 캠버(Camber)와 함께 핸들의 조작력을 경감시키고 제동 및 주행시의 충격을 흡수하며, 핸들의 복원력을 증대시켜 주게 되므로 직진성을 안정되게 하여 자동차의 주행 안정성과 선회시의 조종 안정성을 확보할 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 내용을 고려하여 종래 조향륜 현가장치를 살펴보면 다음과 같다.

제5도 (a)(b)는 일반적인 맥퍼슨 타입 현가장치를 도시한 것으로서, 맥퍼슨 현가장치는 조향너클(100)과 일체로 되어 있으며, 쇽업소오버(102)가 내부에 포함되어 있는 스트러트 아암(104)과, 로워 아암(106) 및 보올 죠인트(108)로 구성된다.

이러한 현가장치에 있어서는 구조가 간단하고 스프링 밑 질량이 작으며 엔진룸의 유효체적을 간단하게 할 수 있다는 장점은 있으나, 킹핀 오프셋(a)를 줄이거나 '-'로 하기 위하여는 스트러트 아암(104)의 상측 지지점(110)을 엔진룸측으로 이동시키거나 보올 죠인트(108) 부분을 외측으로 이동시켜야 하는데, 상기에서와 같이 스트러트 아암(104)의 상측 지지점(110)을 엔진룸측으로 이동시키는 경우에는 엔진 룸의 유효체적이 줄어들고 킹핀 각(α)이 지나치게 크게 되어 선회성능에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.

그리고 보올 죠인트(108)을 외측으로 이동시키는 경우에는 휠측으로 형성되는 브레이크 디스크와의 간섭으로 이동시키는 것이 거의 불가능하여 컹핀 오프셋(a)을 작게 하는데에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.

제6도 (a)(b)는 일반적인 위시본 타입 현가장치를 도시한 것으로서, 어퍼 및 로워 콘트롤 아암(120)(122)와, 조향너클(124)과, 쇽 업소오버(126)를 포함하는 스프링 조립체(128)과, 상기 어퍼 및 로워 콘트롤 아암(120)(122)를 조향너클(124)과 연결시켜주는 보올이음(130)(132)으로 구성되는데, 이 또한 킹핀 오프셋(a)을 조정하기 위하여는 어퍼 콘트롤 아암(120)의 차체측 연결부를 엔진룸측으로 이동시키거나 로워 콘트롤 아암(122)의 보올이음(132)을 외측으로 이동시켜야만 한다.

그러나 상기와 같은 위시본 타입 현가장치의 경우에도 전자의 맥퍼슨 현가장치와 마찬가지로 어퍼 콘트롤 아암(120)의 차체측 연결부를 엔진룸측으로 이동시키는 경우에는 엔진 룸의 유효체적이 줄어들고 킹핀 각(α)이 지나치게 크게 되어 선회성능에 악영향을 미치게 되고, 로워 콘트롤 아암(122)의 보울이음(132)을 외측으로 이동시키는 경우에는 휠측으로 형성되는 브레이크 디스크와의 간섭으로 이동시키는 것이 거의 불가능하여 킹핀 오프셋(a)을 작게 혹은 부(-)의 값으로 하는 데에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.

이러한 점을 고려하여 볼 때 종래의 맥퍼슨 타입 현가장치와 위시본 타입 현가장치에 있어서는 킹핀 각 설정의 설계 자유도가 극히 작은 범위로 한정되어 킹핀 오프셋(a)의 크기를 줄일 수 없는 바, 현가장치의 기능을 향상시키는데 한계가 있었다.

또한, 양자 공통적으로 휠의 상하 운동이 단순히 길이가 짧은 콘트롤 아암에 의존하여 회전하게 되는 바, 로울센터의 높이 변화가 큰차로 변화하게 되어 상대적으로 주행 안정성이 결여 된다는 문제점이 있다.

[목적]

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가상 킹핀축(kingpin)의 설정을 용이하게 하고 가상의 콘트롤 링크를 만들어 롤 센터(Roll-Center)의 높이 변화율을 작게 하여 조종 안정성을 향상시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 캠버 및 트레드의 변화와 킹핀 축을 상호 독립적으로 설정할 수 있도록 하여 설계 자유도를 높일 수 있도록 하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 후드라인을 낮추는 것이 가능하여 운전자의 시계확보는 물론 히프 포인트를 낮추어 차체의 전체 무게중심이 하향 위치함으로써, 안정성을 높힐 수 있도록 하는데에 있다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

이를 실현하기 위하여 본 발명은 휠을 회전 가능하게 지지하며 후측에 돌출부가 형성되어 공지의 타이로드가 볼 조인트 연결되어 조향시 타이로드의 동작에 의하여 조향이 이루어지도록 하는 휠 지지체와;

휠측단 연결부가 상기 휠 지지체의 상단에 피봇 연결되는 아웃 어퍼 콘트롤아암과;

상기 아웃 어퍼 콘트롤아암과 서브 프레임을 연결하여 주는 인너 어퍼 콘트롤 아암과;

전후측 2개의 아암으로 형성되어 상기 휠 지지체를 서브 프레임 및 차체에 연결하여 주는 로워 콘트롤 아암과;

양단의 연결부가 아웃 어퍼 콘트롤아암의 중간부와 로워 콘트롤 아암에 피봇 연결되고 구동 샤프트가 지날 수 있도록 중간부가 원형으로 천공된 커넥팅 링크와;

쇽 업소오버와 스프링의 조립체로 구성되어 아웃 어퍼 콘트롤 아암과 서브 프레임사이로 탄지되는 완충부재를 포함하여 이루어지는 자동차의 조향 구동륜 현가장치를 제공함에 특징이 있다.

자동차용 멀티 링크 타입 현가장치에 있어서, 아웃 어퍼콘트롤 아암이 휠 지지체와 연결되는 피봇 죠인트와, 휠 지지체와 커넥팅 링크에 대한 아웃 어퍼 콘트롤 아암의 순간중심과 로워 콘트롤 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선상에;

로워 콘트롤 아암의 양단 연결 포인트를 연결하는 가상의 직선이 만나는 점이 상하 운동시 차체에 대한 휠의 순간중심이 되도록 다수의 링크가 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치를 제공한다.

[실시예]

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

제1도 내지 제3도는 본 발명에 의한 현가장치의 일실시예를 도시한 것으로서, 휠 지지체(2)는 종래와 마찬가지로 휠(1)을 회전 가능하게 지지하며, 조향 구동륜인 경우에는 도면에서와 같이 중앙부에 관통공(20)이 형성되어 이에 구동축이 관통되어 그의 선단으로는 미도시된 스핀들이 장착되어 휠(1)을 구동시키게 된다.

그리고 상기 휠 지지체(2)의 후측에는 돌출부(21)가 형성되어 공지의 타이로드(22)가 볼 죠인트 연결되어 조향시 타이로드(22)의 동작에 의하여 휠 지지체(2)의 조향이 이루어지도록 형성된다.

또한, 휠측단 연결부(30)가 상기 휠 지지체(2)의 상단에 볼 죠인트 연결되는 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)은 휠 지지체(2)와 인너 어퍼 콘트롤 아암(4) 사이에 개재되는 것으로서, 그의 차체측단 연결부는 인너 어퍼 콘트롤 아암(4)의 휠측 연결부(40)에 탄성부시 또는 핀 죠인트 방식으로 연결된다.

상기 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)의 차체측단을 차체와 연결하여 주는 인너 어퍼 콘트롤 아암(4)은 서브 프레임(8)에 탄성부시를 개재시켜 피봇 연결되며, 휠측 연결부(40)는 상기한 바와 같이 커넥팅 아암(3)의 차체측단과 탄성부시를 개재시켜 피봇 연결된다.

그리고 상기 휠 지지체(2)의 하단을 차체와 연결하여 주는 로워 콘트롤 아암(5)은 전후측 2개의 아암(50)(51)으로 형성되어 휠측 연결부(52)(53)는 휠 지지체(2)의 하측에 평면상으로 한데 모아져 볼 죠인트로 연결되며, 차체측 연결부(54)(55)는 서브 프레임(8) 및 차체에 고무부시를 개재시켜 피봇 연결된다.

상기 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)과 로워 콘트롤 아암(5) 사이에 개재되는 커넥팅 링크(6)는 양단에 연결부(60)(61)가 형성되어 이의 연결부(60)(61)는 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)의 중간부와 로워 콘트롤 아암(5)의 전측 아암(50)을 연결하여 주되, 그의 하측단이 휠측부로 약간 치우쳐 탄성부시 또는 핀 죠인트로 연결된다.

상기 아암(3)(4)(5)(6)들을 상호 연결하여 주는 탄성부시 또는 핀 죠인트와 볼 죠인트는 종래 현가장치에 적용되는 것과 동일한 것을 사용하게 되며, 이들을 휠 지지체(2)를 포함하는 휠(1)이 차체에 대하여 상하운동이 가능하도록 한다.

그리고 상기 연결부에 사용되는 고무부시는 적당한 탄성을 갖고 콘트롤 아암의 상하 유동을 적정하게 제어하게 된다.

완충부재(7)는 쇽 업소오버(70)와 스프링(71)의 조립체로 구성되어 상기 아웃 어퍼콘트롤아암(3)의 차체측과 서브 프레임(8)의 지지부(80)사이로 탄지되어 차체의 상하방향으로 입력되는 충격을 흡수 감쇠하면서 지지하게 된다.

이에 따라 상기 완충부재(7)의 변위량은 휠(1)의 상하변위량보다 작게 할 수 있게 되어 장착점 사이가 짧아질 수 있어 장착점을 낮출 수 있고, 후드라인 즉, 차체의 앞쪽을 낮출 수 있는 바, 운전자의 시계를 넓게 확보하고, 운전자의 히프 포인트를 낮출 수 있으므로 자체의 전체 무게중심 위치가 낮아지게 되어 안정성이 향상된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 작용효과를 제4도를 보면서 설명하되, 각 연결부에 대한 부호를 설명의 편의상 P₁,₂,₃,₄,₅,₆,₇로 부여하고 각 아암 및 링크에 대하여는 대표적인 부호만을 표시하였음을 전제하며, 그에 대한 설명은 다음과 같다.

즉, 휠(1)이 상하진동을 하거나 차체가 로울링시 현가장치를 구성하는 각 부품들의 순간 중심을 살펴보면 차체에 대한 인너 어퍼 콘트롤 아암(4) 및 로워 콘트롤 아암(5)의 순간 중심은 이들 아암(4)(5)들을 상호 차체와 연결하여 주는 연결점 P₁, P₄가 순간중심이 되고, 인너 어퍼 콘트롤 아암(4)에 대한 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)의 순간 중심은 인너 어퍼 콘트롤 아암(4)과 아웃 어퍼 콘트롤 아암(3)을 연결하여 주는 연결점 P₂가 되고, 인너 어퍼 콘트롤아암(4) 및 로워 콘트롤 아암(5)에 대한 휠(1)의 순간중심은 연결점 P₃, P₅가 된다.

그리고 휠 지지체(2)와 커넥팅 링크(6)에 대한 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)의 순간중심은 P₃, P₅의 연장선과 P₆, P₇의 연장선이 만나는 교점(C₁)이 되고, 차체에 대한 커넥팅 링크(6)의 순간 중심은 C₁, P₄의 연장선과 P₂, P₁의 연장선이 만나는 교점(C₂)이 된다.

따라서 차체에 대한 휠(1)의 순간중심은 아웃 어퍼 콘트롤아암(3)과 휠 지지체(2)의 연결점인 P₃와 C₂를 연결하는 연결선과 로워 콘트롤 아암(5)의 연결점인 P₅과 P₄연장선의 교점인 C₃가 된다.

이에 따라 P₃와 C₃와를 연결하는 선분이 가상의 스윙아암(S) 즉, 가상의 어퍼 콘트롤 아암이 된다.

이에 따라 가상의 어퍼 콘트롤 아암인 선분의 길이는 대단히 길어서 순간중심(C₃)의 상하 변위에 대한의 선회각은 극히 미소하다.

그러므로 순간중심(C₃)의 높이 변화는 상대적으로 작게 되며, 이것은 순간중심 C₃과 휠(1)의 접지부와의 연결선과 차체의 센터라인(CL)의 교점이 되는 로울센터(RC)의 높이(H) 변화가 작게 이루어지는 것을 의미하며, 로울 센터(RC)의 높이(H) 변화가 작다는 것은 조종 안정성이 상대적으로 안정되는 것이므로 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

[효과]

이상에서와 같이 본 발명에 의한 현가장치 및 따른 실시예의 현가장치는 공통적으로 다수의 아암 또는 링크를 사용하게 됨으로써, 그의 배치 상태에 따라 기구학적인 특성을 변화시킬 수 있어 조향륜의 얼라인먼트에 관계하는 킹핀과 캠버 및 트레드 변화의 설정을 용이하게 할 수 있다.

또한, 로울 센터의 위치 변화를 임의로 설정할 수 있으며, 다수 아암 및 링크의 배치 상태를 주어진 공간내에서 자유로이 설계할 수 있는 바, 설계 자유도를 높힘과 아울러 차체의 후두라인과 운전자의 히프 포인트를 낮출 수 있으므로 시계확보와 안정성을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하며 후측에 돌출부가 형성되어 공지의 타이로드가 볼 죠인트 연결되어 조향시 타이로드의 동작에 의하여 조향이 이루어지도록 하는 휠 지지체와; 휠측단 연결부가 상기 휠 지지체의 상단에 피봇 연결되는 아웃 어퍼 콘트롤아암과; 상기 아웃 어퍼 콘트롤아암과 서브 프레임을 연결하여 주는 인너 어퍼콘트롤 아암과; 전후측 2개의 아암으로 형성되어 상기 휠 지지체를 서브 프레임 및 차체에 연결하여 주는 로워 콘트롤 아암과; 양단의 연결부가 아웃 어퍼 콘트롤아암의 중간부와 로워 콘트롤 아암에 피봇 연결되는 커넥팅 링크와; 쇽 업소오버와 스프링의 조립체로 구성되어 아웃 어퍼 콘트롤 아암과 서브 프레임사이로 탄지되는 완충부재를 포함하여 이루어지는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
2. 제1항에 있어서, 커넥팅 링크는 상단부가 하단부보다 휠측으로 기울어져 연결됨을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
3. 제1항에 있어서, 휠 지지체가 아웃 어퍼 콘트롤 아암과 로워 콘트롤 아암과 연결되는 피봇 죠인트를 연결하는 가상의 직선과; 커넥팅 링크가 아웃 어퍼 콘트롤아암과 로워 콘트롤 아암과 연결되는 피봇 죠인트를 연결하는 가상의 직선이 교차하는 점이 휠 지지체와 커넥팅 링크에 대한 아웃 어퍼 콘트롤아암의 순간중심점이 가상적으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
4. 제1항에 있어서, 인너 어퍼 콘트롤 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트와 피봇 죠인트를 연결하는 가상의 직선과, 휠 지지체와 커넥팅 링크에 대한 아웃 어퍼 콘트롤아암의 순간중심과 로워 콘트롤 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선이 교차하는 점을 차체에 대한 커넥팅 링크의 순간중심점이 가상적으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
5. 자동차용 멀티 링크 타입 현가장치에 있어서, 아웃 어퍼콘트롤 아암이 휠 지지체와 연결되는 피봇 죠인트와, 휠 지지체와 커넥팅 링크에 대한 아웃 어퍼 콘트롤 아암의 순간중심과 로웡 콘트롤 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선상에; 로워 콘트롤 아암의 양단 연결 포인트를 연결하는 가상의 직선이 만나는 점이 차체에 대한 휠의 순간중심이 되도록 다수의 링크가 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
6. 제5항에 있어서, 차체에 대한 휠의 순간중심과 휠의 접지부가 연결되는 가상의 직선이 차체의 중심선과 만나는 지점에서 로울센터가 형성됨을 특징으로 하는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.
7. 제5항에 있어서, 어퍼 콘트롤 아암과 휠 지지체를 연결하는 죠인트의 센터 포인트와 두 개의 로워 콘트롤 아암의 연장선이 교차하는 가상점을 연결하여 이루어지는 가상의 선분이 가상의 킹핀 축으로 형성되는 자동차의 조향 구동륜 현가장치.