KR101127014B1 - 차량용 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 현가장치에 관한 것으로서, 특히, 비틀림에 대한 응력분포가 분산되도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 현가장치에 관한 것이다.
본 발명은 차륜이 연결되는 한 쌍의 트레일링암과, 트레일링암을 연결하는 토션빔과, 토션빔과 트레일링암에 연결되고 연결부위에 곡면부가 형성되는 보강부재를 포함하는 차량용 현가장치를 제공한다.

Description

차량용 현가장치 {SUSPENSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 현가장치에 관한 것으로서, 특히, 비틀림에 대한 응력분포가 분산되도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 불균일한 노면을 주행하게 되므로 소음을 수반하는 진동을 받게 되는데, 차체가 흔들리는 현상을 방지하기 위해 스프링과 쇽 업소버 및 스태빌라이저 등의 부재가 설치된다.

이러한 부재들은 댐핑력 및 차고 조종의 기능을 주로 행하면서 차량의 승차감과 안정성을 개선하는 역할을 한다.

이와 같은 현가장치 중 리어 현가장치는 보통 3개 내지 5개의 링크를 사용하여 액슬의 위치를 결정하는 멀티링크 리어 현가장치를 이룬다.

이러한 현가장치가 지지되는 로워암의 일단은 차륜의 너클(또는 캐리어)부위에 부시에 의해 체결되고, 로워암의 타단은 크로스멤버(또는 서브프레임)에 부시 체결된다.

여기서, 로워암 및 크로스멤버와 같은 부재를 현가부재라 하며, 소형차에는 로워암 및 크로스멤버 대신에 트레일링암과 토션빔이 설치된다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

일반적인 차량용 현가장치는 부품들 사이의 용접 부위에 비틀림에 대한 응력분포가 집중되므로 차량 주행 중에 발생되는 진동에 의해 용접 부위가 변형되거나 파손되는 문제점이 있다.

따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 비틀림에 대한 응력분포가 분산되도록 하여 차량 주행 중에 발생되는 진동에 의해 발생되는 변형 및 파손을 억제할 수 있는 차량용 현가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차륜이 연결되는 한 쌍의 트레일링암; 상기 트레일링암을 연결하는 토션빔; 및 상기 토션빔과 상기 트레일링암에 연결되고 연결부위에 곡면부가 형성되는 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치를 제공한다.

또한, 상기 토션빔은, 상기 트레일링암이 연결되는 연결홈부; 및 상기 연결홈부 사이에 배치되고 곡선부가 형성되는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡선부는 상기 중앙부의 개구부 측 단부에 아치 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡선부의 높이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.01배 내지 0.03배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡선부의 높이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.02배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡선부의 길이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.7배 내지 0.9배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡선부의 길이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.8배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡면부는 상기 트레일링암에 대향되는 상기 보강부재 단부의 모서리가 절곡되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡면부와 상기 트레일링암 사이의 간격은 상기 트레일링암과 상기 토션빔의 개구부 측 단부 사이의 거리와 비교하여 0.4배 내지 0.6배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡면부와 상기 트레일링암 사이의 간격은 상기 트레일링암과 상기 토션빔의 개구부 측 단부 사이의 거리와 비교하여 0.5배에 해당되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 현가장치는 토션빔에 가해지는 외력이 분산되고, 부재들 사이의 연결부위에 집중되는 응력이 분산되므로 차량 주행 중에 발생되는 진동에 의해 현가장치가 변형되거나 파손되는 것을 억제할 수 있어 제품의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치가 도시된 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치가 도시된 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 토션빔이 도시된 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치 토션빔의 연결홈부가 도시된 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 보강부재 장착구조가 도시된 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 보강부재가 도시된 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 A-A선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 연결구조가 도시된 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 해석자료이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 해석자료가 도시된 비교표이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 현가장치의 일 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치가 도시된 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치가 도시된 저면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 토션빔이 도시된 정면도이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치 토션빔의 연결홈부가 도시된 부분 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 보강부재 장착구조가 도시된 부분 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 보강부재가 도시된 사시도이다.

또한, 도 7은 도 2에 도시된 A-A선 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 연결구조가 도시된 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 해석자료이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 해석자료가 도시된 비교표이다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치는 차륜이 연결되는 한 쌍의 트레일링암(30)과, 트레일링암(30)을 연결하는 토션빔(10)과, 토션빔(10)과 트레일링암(30)에 연결되고 연결부위에 곡면부(52)가 형성되는 보강부재(50)를 포함한다.

토션빔(10)은 좌우 방향으로 긴 패널모양의 플레이트를 길이 방향으로 절곡시켜 단면 형상이 'Λ'모양을 이루도록 하고, 양측 단부로 갈수록 단면적이 넓어지므로 토션빔(10)과 트레일링암(30) 사이의 접촉면적이 넓어지게 된다.

토션빔(10)은 트레일링암(30)이 연결되는 연결홈부(12)와, 연결홈부(12) 사이에 배치되고 곡선부(16)가 형성되는 중앙부(14)를 포함한다.

연결홈부(12)는 관 형상의 트레일링암(30)이 삽입되도록 내측 방향으로 오목하게 형성되며, 연결홈부(12)가 트레일링암(30)의 둘레면을 감싸며 접합되므로 트레일링암(30)이 수직 방향으로 요동되는 것을 억제하게 된다.

곡선부(16)는 중앙부(14)의 개구부 측 단부에 아치 모양으로 형성되므로 토션빔(10)의 개구부 내측으로 오목하게 형성되는 곡선을 이루고, 토션빔(10)의 일측 단부로부터 타측 단부까지 일정한 곡률을 이루며 형성된다.

상기한 바와 같이 아치 모양의 곡선부(16)가 형성되는 중앙부(14)에는 외력이 집중되는 직선의 단부나 모서리가 형성되지 않으므로 외력이 가해졌을 때에 곡선부(16)를 따라 외력이 분산되는 효과가 나타나게 된다.

현가장치의 내구성을 측정하기 위해 실시한 내구실험을 설명한다.

내구실험은 차량 주행 중에 발생되는 진동을 현가장치에서 구현시킨 후에 현가장치 전체에 생성되는 응력집중 분포를 측정하면 도 9 및 도 10의 내구실험 해석결과에 도시된 바와 같이 응력집중이 높아 내구성이 낮은 부위는 진한 색상으로 도시된다.

도 9 및 도 10에 도시된 A부는 토션빔(10)의 중앙부(14)이며, B부는 보강부재(50)와 토션빔(10)의 연결부위이고, C부는 보강부재(50)의 곡면부(52)이다.

토션빔(10)에 곡선부(16)가 형성되지 않은 경우에는 내구수명이 15만 사이클로 측정되며, 곡선부(16) 상단의 높이(H)가 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.2배에 해당되는 경우에는 중앙부(14)의 내구수명이 98만 사이클로 향상됨을 알 수 있다.

또한, 곡선부(16) 상단의 높이(H)가 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.4배에 해당되는 경우에는 중앙부(16)의 내구수명이 32만 사이클로 급격히 감소함을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 토션빔(10) 곡선부(16)의 높이(H)는 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.1배 내지 0.3배에 해당되도록 제작한다.

바람직하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 토션빔(10) 곡선부(16)의 높이(H)는 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.2배에 해당되도록 제작하는 것이 좋다.

상기한 바와 같은 방법으로 곡선부(16)의 최적 길이(L')를 실험한 결과 곡선부(16)의 길이(L')는 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.7배 내지 0.9배에 해당되도록 제작할 때에 좋은 내구수명이 나타남을 알 수 있다.

바람직하게는 곡선부(16)의 길이(L')가 토션빔(10)의 길이(L)와 비교하여 0.8배에 해당되도록 제작할 때에 가장 좋은 내구수명이 나타난다.

여기서, 내구수명은 0.5mmHg 정도의 압력으로 현가장치를 1번 가압하는 것을 1사이클로 특정하고, 현가장치에 변형이나 파손이 발생되는 순간에 반복된 사이클의 회수를 내구수명이라 한다.

곡면부(16)는 트레일링암(30)에 대향되는 보강부재(50) 단부의 모서리가 절곡되어 이루어지므로 보강부재(50)와 토션빔(10)이 접합되는 부위와 토션빔(10)과 트레일링암(30)이 접합되는 부위가 서로 이격되게 배치되므로 접합부위에 집중되는 응력을 분산시키는 효과가 나타나게 된다.

현가장치에서 특히 응력집중이 이루어지는 부위는 부재들 사이에서 용접이 시작되는 부분과 용접이 종료되는 부분에서 응력집중이 발생되어 내구성이 취약해지는데, 일반적인 현가장치는 보강부재(50)와 토션빔(10)이 연결되는 용접부위는 토션빔(10)과 트레일링암(30)이 연결되는 용접부위와 동일선상에 배치되므로 응력이 집중되기 쉽다.

본 실시예는 트레일링암(30)에 대향되는 보강부재(50)의 단부 양측 모서리에 곡면부(52)가 형성되기 때문에 보강부재(50)와 토션빔(10)이 연결되는 용접부위가 토션빔(10)과 트레일링암(30)이 연결되는 용접부위와 이격되게 배치된다.

따라서 토션빔(10)과 트레일링암(30)을 연결하는 용접부위에 발생되는 응력집중과 토션빔(10)과 보강부재(50)를 연결하는 용접부위에 발생되는 응력집중이 서로 이격된 용접부위로 분산되므로 보강부재(50)의 용접부위의 내구수명을 향상시키게 된다.

곡면부(52)와 트레일링암(30) 사이의 간격(G')은 트레일링암(30)과 토션빔(10)의 개구부 측 단부 사이의 거리(G)와 비교하여 0.4배 내지 0.6배에 해당되도록 제작한다.

이는 상기한 내구실험에서와 같이 곡면부(16)와 트레일링암(30) 사이의 거리(G')를 다양하게 가변시키면서 내구실험을 행하여 얻은 실험치이다.

바람직하게는 곡면부(52)와 트레일링암(30) 사이의 간격(G')이 트레일링암(30)과 토션빔(10)의 개구부 측 단부 사이의 거리(G)와 비교하여 0.5배에 해당되도록 제작하는 것이 좋다.

또한, 보강부재(50)는 중앙부(14) 측으로 갈수록 토션빔(10) 내측으로 절곡되는 연장부(54)가 형성되고, 연장부(54)는 한 쌍으로 갈라지면서 토션바(미도시)가 통과되는 절개부(56)를 이룬다.

또한, 트레일링암(30)과 토션빔(10)의 외벽에 각각 용접되는 고정부재(70)가 설치되며, 고정부재(70)에는 유압라인이나 전기라인이 취부되는 장착홀부(72)가 형성된다.

미설명 부호 12a는 토션빔(10)의 연결홈부(12)와 다른 부재가 간섭되는 것을 방지하기 위해 연결홈부(12)의 외측 모서리를 절개하여 이루어지는 삭제부(12a)이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 현가장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

차량 주행 중에는 노면이 균일하지 않으므로 좌측 차륜과 우측 차륜이 불균일하게 진동되는데, 불균일한 진동에 의해 현가장치에 비틀림 외력이 발생된다.

이때, 토션빔(10)은 'Λ'모양으로 절곡된 토션빔(10)의 단면 형상에 의해 비틀림이 억제되고, 토션빔(10)의 중앙부(14)에 가해지는 비틀림 외력이 곡선부(16)를 따라 토션빔(10) 전체로 분산되므로 토션빔(10)의 중앙부(14)에 응력집중이 발생되는 것을 억제할 수 있게 된다.

또한, 토션빔(10)과 트레일링암(30)의 연결부위에도 비틀림이 발생되는데, 토션빔(10)의 양측 내벽을 연결하는 보강부재(50)에 의해 토션빔(10)의 연결홈부(12)가 비틀리는 것을 억제하므로 토션빔(10)과 트레일링암(30) 연결부위의 응력집중을 억제하게 된다.

또한, 보강부재(50)의 곡면부(52)는 트레일링암(30)과 간격(G')을 유지하도록 절곡되고 토션빔(10)에 용접되므로 보강부재(50)와 토션빔(10) 사이의 연결부위와 트레일링암(30)과 토션빔(10) 사이의 연결부위가 이격되어 각각의 연결부위에 집중되는 응력이 분산되도록 한다.

이로써, 부재들 사이의 연결부위에 집중되는 응력이 분산되는 효과가 나타나므로 비틀림에 대한 응력분포가 분산되도록 하여 차량 주행 중에 발생되는 진동에 의해 발생되는 변형 및 파손을 억제할 수 있는 차량용 현가장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

또한, 차량용 현가장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 차량용 현가장치가 아닌 다른 제품에도 본 발명의 현가장치가 사용될 수 있다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 토션빔 12 : 연결홈부
12a : 삭제부 14 : 중앙부
16 : 곡선부 30 : 트레일링암
50 : 보강부재 52 : 곡면부
54 : 연장부 56 : 절개부
70 : 고정부재 72 : 장착홀부

Claims (10)

1. 차륜이 연결되는 한 쌍의 트레일링암;
   상기 트레일링암을 연결하는 토션빔; 및
   상기 토션빔과 상기 트레일링암에 연결되고 연결부위에 곡면부가 형성되는 보강부재를 포함하고;
   상기 곡면부는 상기 트레일링암에 대향되는 상기 보강부재 단부의 모서리가 절곡되어 이루어지고;
   상기 곡면부와 상기 트레일링암 사이의 간격은 상기 트레일링암과 상기 토션빔의 개구부 측 단부 사이의 거리와 비교하여 0.4배 내지 0.6배에 해당되고;
   상기 보강부재와 상기 토션빔이 연결되는 용접부위가 상기 토션빔과 상기 트레일링암이 연결되는 용접부위와 이격되게 배치되고;
   상기 보강부재는 중앙부 측으로 갈수록 상기 토션빔 내측으로 절곡되는 연장부가 형성되고, 상기 연장부는 한 쌍으로 갈라지면서 토션바가 통과되는 절개부를 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 토션빔은,
   상기 트레일링암이 연결되는 연결홈부; 및
   상기 연결홈부 사이에 배치되고 곡선부가 형성되는 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 곡선부는 상기 중앙부의 개구부 측 단부에 아치 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 곡선부의 높이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.01배 내지 0.03배에 해당되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 곡선부의 높이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.02배에 해당되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 곡선부의 길이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.7배 내지 0.9배에 해당되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 곡선부의 길이는 상기 토션빔의 길이와 비교하여 0.8배에 해당되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 곡면부와 상기 트레일링암 사이의 간격은 상기 트레일링암과 상기 토션빔의 개구부 측 단부 사이의 거리와 비교하여 0.5배에 해당되는 것을 특징으로 하는 차량용 현가장치.
    

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