KR101383725B1

KR101383725B1 - 차량 현가장치용 토션빔

Info

Publication number: KR101383725B1
Application number: KR1020120141658A
Authority: KR
Inventors: 장대원; 장성배; 강희곤
Original assignee: 현대자동차(주)
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-04-08
Also published as: CN103863046B; CN103863046A; US20140159334A1

Abstract

본 발명은 차량 현가장치용 토션빔에 관한 것으로, 외형이 되는 바디부재(21)가 복합 신소재에 해당하는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성됨으로써 경량화가 가능하고 이를 통해 친환경 차량에 적용이 가능하도록 된 것이다.

Description

차량 현가장치용 토션빔{TORSION BEAM FOR SUSPENSION IN VEHICLE}

본 발명은 차량 현가장치용 토션빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 강화 플라스틱이 적용된 차량 현가장치용 토션빔에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량의 현가장치는 주행할 때 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체나 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다.

차량의 현가장치 중 토션빔 액슬(torsion beam axle) 타입으로 주로 중소형 승용차의 후륜에 적용되는 리어 현가장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 차체의 좌우측에서 전후방향을 따라 배치되는 한 쌍의 트레일링암(1)과, 차체의 좌우방향으로 배치되면서 양단이 상기 한 쌍의 트레일링암(1)에 결합되어 설치되는 토션빔(2)을 포함하여 구성된다.

상기 토션빔(2)은 아래쪽으로 개방된 오픈 폐단면 구조로 보통 강성 확보를 위해 스틸(steel)로 형성된다.

상기 트레일링암(1)의 후방단에는 스프링시트(3)와 스핀들브라켓(4)이 각각 결합되어 설치되는데, 상기 스프링시트(3)에는 차체와 연결된 코일스프링(5)의 하단이 안착되고, 상기 코일스프링(5)의 측부에는 차체와 연결된 쇽업소버(6)의 하단이 설치된다.

그리고, 상기 트레일링암(1)의 전방 단부에는 트레일링암 부시(7)가 결합되고, 상기 트레일링암 부시(7)는 부시축(8)을 매개로 부시브라켓(9)과 결합되며, 상기 부시브라켓(9)은 차체와 결합된 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 리어 현가장치는 주행 중 노면으로부터 충격이 전달되면 스핀들브라켓(4)에 결합된 차륜의 타이어와 코일스프링(5) 및 쇽업소버(6)가 이를 흡수하여 차체쪽으로 전달을 최소화시킴에 따라 승차감을 향상시키게 된다.

또한, 상기 토션빔(2)은 비틀림 탄성력을 통해 롤강성 및 횡강성을 향상시켜주게 된다.

그런데, 종래의 토션빔(2)은 강도 및 내구 확보를 위해 전체가 스틸로 형성된 것으로서 연비향상에 주된 역할을 하는 경량화를 만족하지 못하는 단점이 있고, 이로 인해 친환경 차량에 적용하기가 곤란한 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2007-0014326호.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 스틸 또는 알루미늄 대비 고강도와 고탄성 그리고 경량화가 가능하고, 이를 통해 연비향상 및 친환경 차량에 적용이 가능하도록 탄소섬유 강화 플라스틱이라는 복합소재를 이용해서 제작된 차량 현가장치용 토션빔을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 현가장치용 토션빔은, 전후방향으로 배치된 전방단부와 후방단부 그리고 전,후방단부를 연결하면서 상측으로 돌출된 중간부에 각각 폐단면 공간을 구비하도록 형성된 바디부재; 및 상기 바디부재의 형상유지를 상기 폐단면 공간속에 각각 채워져서 바디부재()와 일체로 결합되는 충진제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 바디부재는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 바디부재는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용해서 필름형태로 제작된 다수개의 필름지로 구성되고; 상기 다수개의 필름지가 일정두께로 적층 결합되어서 상기 바디부재를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 바디부재는 외력에 대한 비틀림 자유도를 확보할 수 있도록 상기 전방단부와 후방단부사이에 다수개의 개구부가 구비되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 바디부재는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용해서 필름형태로 제작된 다수개의 필름지로 구성되고; 상기 바디부재 중 부위별로 요구되는 강성의 차이에 따라 상기 필름지는 서로 다른 두께로 적층되어 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 충진제는 열에 의해 발포 성형되면서 상기 바디부재의 형상을 설정하고, 발포 완료 후 경화되면서 상기 바디부재의 형상유지를 위해 바디부재와 일체로 결합되는 폼(foam)소재인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량 현가장치용 토션빔에 의하면, 외형이 되는 바디부재가 복합 신소재에 해당하는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성됨에 따라 고강도, 고탄성, 내구성, 내마모성이 우수하고, 중량이 가벼워서 경량화가 가능하며, 특히 경량화로 인해 차량의 연비향상을 도모할 수 있게 됨으로써 친환경 차량에 적용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 커플드 토션빔 액슬 타입 리어 현가장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 토션빔을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 현가장치용 토션빔에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 차량 현가장치용 토션빔(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 전후방향을 따라 절개한 단면으로 볼 때, 전후방향으로 배치된 전방단부(21a)와 후방단부(21b) 그리고 전,후방단부(21a,21b)를 연결하면서 상측으로 돌출된 중간부(21c)에 각각 폐단면 공간(21d)을 구비하도록 형성된 바디부재(21); 및 상기 바디부재(21)의 형상유지를 상기 폐단면 공간(21d)속에 각각 채워져서 바디부재(21)와 일체로 결합되는 충진제(22);를 포함한다.

상기 토션빔(20)의 좌우방향 양단은 도 1을 참조로 설명하였던 바와 같이 차체의 좌우측에서 전후방향을 따라 배치된 좌우측의 트레일링암(1)과 각각 일체로 결합되어서 설치된다.

한편, 상기 바디부재(21)는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성된 것이 바람직하다.

상기 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastics)은 탄소섬유(CF)를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재로서 고강도, 고탄성, 내구성, 내마모성 및 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있으며, 특히 스틸 및 알루미늄 대비 강도와 탄성이 뛰어나고 중량이 가벼워서 경량화가 가능한 장점이 있다.

따라서, 본 발명과 같이 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용해서 토션빔(20)의 바디부재(21)를 제작하게 되면, 토션빔(20)의 경량화를 통해 차량의 연비향상을 도모할 수 있게 되고, 이를 통해 경량화가 가장 큰 이슈인 친환경 차량에 본 발명에 따른 토션빔(20)의 적용이 가능한 장점이 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 바디부재(21)는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용해서 필름형태로 제작된 다수개의 필름지(21e)로 구성되고; 상기 다수개의 필름지(21e)가 일정두께로 적층 결합되어서 상기 바디부재(21)를 형성하게 되는 것이다.

여기서, 상기 토션빔(20)의 바디부재(21)는 외력에 대한 비틀림 자유도를 확보할 수 있도록 상기 전방단부(21a)와 후방단부(21b)사이에 다수개의 개구부(21f)가 구비되도록 형성된 것이 바람직하다.

일례로, 주행중인 차체에 피칭(pitching)이 발생하는 경우나 또는 선회 주행시에 토션빔(20)의 바디부재(21)는 비틀림력을 받게 되는데, 이때 바디부재(21)가 비틀림력에 대한 자유도가 좋지 않으면 롤강성 및 횡강성이 약해지고 특히 주행 안정성을 확보할 수 없게 되는 바, 이를 예방하기 위해 토션빔(20)의 바디부재(21)는 외력에 대해 충분히 비틀림 자유도를 확보할 수 있도록 구성된 것이 바람직하고, 이를 위해 본 발명에 따른 토션빔(20)의 바디부재(21)는 비틀림 자유도를 확보할 수 있도록 다수개의 개구부(21f)가 구비되도록 형성된 것이 바람직한 것이다.

그리고, 상기 바디부재(21) 중 부위별로 요구되는 강성의 차이에 따라 상기 필름지(21e)는 서로 다른 두께로 적층되어 결합되는 것이 바람직한 바, 즉 큰 강성이 요구되는 부위에는 도 2의 전방쪽 부위와 같이 필름지(21e)를 많이 적층시켜서 두껍게 하고, 반대로 큰 강성이 필요하지 않은 부위에는 도 2의 후방쪽 부위와 같이 필름지(21e)를 전방쪽보다 적게 적층시켜서 상대적으로 얇게 하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 토션빔(20)은 필름지(21e)의 두께 조절을 통해 바디부재(21)가 충분한 강성을 유지할 수 있도록 하면서 더 나아가 중량감소를 도모해서 경량화를 이룩할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 상기 충진제(22)는 열에 의해 발포 성형되면서 상기 바디부재(21)의 형상을 설정하고, 발포 완료 후 경화되면서 상기 바디부재(21)의 형상유지를 위해 바디부재(21)와 일체로 결합되는 폼(foam)소재인 것을 특징으로 하는 바, 일례로 고무, 비닐, 폴리우레탄, 스티로폼 등과 같은 발포제가 여기에 해당된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 토션빔(20)은 외형을 이루는 바디부재(21)가 복합 신소재에 해당하는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성됨에 따라, 종래 스틸 및 알루미늄 구조 대비 고강도, 고탄성, 내구성, 내마모성이 우수하고, 중량이 가벼워서 경량화가 가능하며, 특히 경량화로 인해 차량의 연비향상을 도모할 수 있게 됨으로써 친환경 차량에 적용이 가능한 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

20 - 토션빔 21 - 바디부재
21a - 전방단부 21b - 후방단부
21c - 중간부 21d - 폐단면 공간
21e - 필름지 21f - 개구부
22 - 충진제

Claims

전후방향으로 배치된 전방단부(21a)와 후방단부(21b) 그리고 전,후방단부(21a,21b)를 연결하면서 상측으로 돌출된 중간부(21c)에 각각 폐단면 공간(21d)을 구비하도록 형성된 바디부재(21); 및
상기 바디부재(21)의 형상유지를 상기 폐단면 공간(21d)속에 각각 채워져서 바디부재(21)와 일체로 결합되는 충진제(22)를 포함하고;
상기 바디부재(21)는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용해서 필름형태로 제작된 다수개의 필름지(21e)가 일정두께로 적층 결합됨에 따라 형성되고;
상기 바디부재(21)는 외력에 대한 비틀림 자유도를 확보할 수 있도록 상기 전방단부(21a)와 후방단부(21b)사이에 다수개의 개구부(21f)가 구비되도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량 현가장치용 토션빔.
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청구항 1에 있어서,
상기 바디부재(21) 중 부위별로 요구되는 강성의 차이에 따라 상기 필름지(21e)는 서로 다른 두께로 적층되어 결합되는 것을 특징으로 하는 차량 현가장치용 토션빔.
청구항 1에 있어서,
상기 충진제(22)는 열에 의해 발포 성형되면서 상기 바디부재(21)의 형상을 설정하고, 발포 완료 후 경화되면서 상기 바디부재(21)의 형상유지를 위해 바디부재(21)와 일체로 결합되는 폼(foam)소재인 것을 특징으로 하는 차량 현가장치용 토션빔.