KR102471877B1 - 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

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성준호
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에이치엘만도 주식회사
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Abstract

휠 모듈 및 이를 포함하는 차량이 개시된다. 본 실시 예에 의한 휠 모듈은 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클, 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치, 너클과 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체, 너클과 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고, 출력샤프트는 수직방향과 나란하게 배치되며, 제1 보강구조체는 수직방향과 나란한 제1 축을 따라 너클에 회전 가능하게 연결되는 제1 단부와, 차체에 연결되는 제2 단부를 포함하고, 출력샤프트의 회전축과 제1 축은 동축으로 마련될 수 있다.

Description

휠 모듈 및 이를 포함하는 차량{WHEEL MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 구비되는 복수의 휠을 개별적으로 구동 및 조향하고, 노면으로부터 전달되는 충격을 안정적으로 흡수함과 동시에, 차체에 안정적으로 설치 및 운용될 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 엔진 등의 동력원을 차체 상 별도의 공간에 설치하고, 이를 변속기, 드라이브 샤프트 등 여러 동력전달부재를 거쳐 차량의 휠에 전달함으로써 휠이 회전하고, 차량의 주행을 구현한다.
그러나 최근에는 엔진 등의 동력원을 차체의 별도 공간에 설치하지 않고, 휠의 내측에 구동장치를 장착하여 휠의 개별적인 구동을 수행하기 위한 시도가 있다. 특히 전기를 동력원으로 사용하는 전기 자동차에 대한 시장의 수요가 급증함에 따라 차량 휠의 내측에 전기 에너지에 의해 작동하는 구동장치를 장착시킨 인휠 시스템이 개발되고 있다. 이러한 인휠 시스템은 동력전달부재를 거치지 않고 구동장치가 휠을 직접적으로 구동시키기 때문에 동력손실이 적을 뿐만 아니라, 엔진을 비롯한 각종 부품요소의 생략이 가능해짐에 따라 차량의 경량화가 가능해져 연비가 향상되는 이점이 있다.
한편, 오늘날에는 차량의 주행보조 또는 자율주행 등에 대한 시장의 관심과 요구가 증대되면서, 브레이크 페달과 차량의 제동장치 간 유압적인 연결을 단절시키고 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 휠의 제동을 수행하는 브레이크 시스템이 개발되고 있고, 또한 핸들 등 조향휠과 차량의 조향장치 간 기계적인 연결을 단절시키고 운전자의 조향의지를 전기적 신호로 전달받아 휠의 조향을 수행하는 스티어링 시스템 역시 개발되고 있다.
아울러, 자가용에 대한 수요가 나날이 증가하여 도시교통의 차량밀도가 증가함에 따라, 좁은 공간에서 차량의 조작성 또는 주차 등에 대한 해결책이 요구되고 있다. 이러한 시장 및 개발 환경에 발 맞추어, 각 휠에 마련되는 인휠 시스템에 브레이크 시스템과 스티어링 시스템을 함께 탑재하여 휠의 조향각도를 크게 확장시킴과 동시에, 노면으로부터 전달되는 충격을 흡수하는 서스펜션 시스템도 함께 탑재하여 각각의 휠을 개별적으로 운용 및 제어하는 휠 모듈에 대한 개발이 진행되고 있다.
그러나 휠 모듈은 휠의 구동, 제동, 조향 및 현가를 수행하는 장치들이 일괄적으로 탑재됨에 따라, 차량 주행 시 휠에 가해지는 다양한 방향의 하중에 의해 각종 부품요소의 내구성과 작동의 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 또한, 휠 모듈의 강성 확보를 위해 구조물의 두께를 증가시킬 경우 차량의 공간 활용성이 떨어져 휠 모듈의 이점이 희석되는 문제점이 있다.
본 실시 예는 차량의 주행 시 각 휠에 전달되는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 부품요소의 내구성 및 작동 안정성을 향상시킬 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 장치의 크기 또는 규모를 소형화하여 차량의 넓은 실내공간을 확보하고 차량의 공간 활용성을 향상시킬 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 작은 설치공간 상에서도 큰 조향각을 구현하여 차량의 조작성을 향상시킬 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 제작 및 설치가 용이한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 구조 안정성이 향상되어 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 각 휠의 개별적인 구동, 제동, 조향 및 현가를 안정적으로 수행할 수 있는 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클; 상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치; 상기 포크와 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및 상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고, 상기 제1 보강구조체는 상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과, 상기 포크에 마련되되 상기 보강레일에 접촉 및 지지 가능하게 마련되고, 상기 보강레일을 따라 이동 가능하게 마련되는 보강링을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 보강링은 내측으로 상기 보강레일이 통과하도록 관통 형성되는 지지홀을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1 보강구조체는 일단이 상기 보강레일에 연결되고 타단이 상기 차체에 연결되어, 상기 보강레일을 상기 차체에 고정시키는 적어도 하나의 지지암을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 보강링은 상기 지지암이 통과하도록 상기 지지홀의 일측에 개방 형성되는 슬릿을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 포크는 상기 출력샤프트와 연결되고, 상기 휠의 상측에서 수평방향으로 연장 형성되는 포크바디와, 상기 포크바디의 내측단에 회전 가능하게 연결되고, 하향 연장 형성되는 포크링크를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 보강링은 상기 포크바디에 지지될 수 있다.
상기 보강링은 상기 포크바디에 회전 가능하게 연결 및 지지될 수 있다.
상기 제2 보강구조체는 일단이 상기 너클에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 포크바디와 상기 너클 사이에 마련되는 현가장치를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 휠의 내측에 설치되어 상기 휠의 회전력을 제공하는 구동장치; 및 상기 휠의 회전 속도를 조절하는 제동장치를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 너클은 상기 구동장치 및 상기 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브와, 상기 허브의 내측단에 연장 또는 확장 형성되는 브래킷을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 현가장치는 일단이 상기 포크바디에 지지되고, 타단이 상기 브래킷에 지지되는 댐퍼를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 댐퍼는 하단이 상기 브래킷에 지지되는 본체와, 적어도 일부분이 상기 본체의 내부로 인입 가능하게 마련되고, 상단이 상기 포크바디에 지지되는 피스톤로드와, 상기 피스톤로드의 외측에 배치되되, 상기 본체와 상기 피스톤로드를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제2 보강구조체의 일단은 상기 브래킷에 연결될 수 있다.
상기 제2 보강구조체는 일단이 상기 브래킷의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크의 하단부 측면에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제2 보강구조체는 일단이 상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 브래킷에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 댐퍼는 상기 본체에 고정 설치되어 상기 스프링의 일단을 지지하는 제1 지지대와, 상기 포크바디 또는 상기 피스톤로드에 고정 설치되어 상기 스프링의 타단을 지지하는 제2 지지대를 더 포함하여 제공될 수 있다.
휠을 회전 가능하게 지지하는 너클; 상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치; 상기 포크와 상기 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및 상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고, 상기 제1 보강구조체는 상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과, 상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 포크에 회전 가능하게 지지되고, 상기 보강레일에 접촉 및 이를 따라 이동 가능하게 마련되는 보강링을 포함하여 제공될 수 있다.
휠을 회전 가능하게 지지하는 너클; 상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치; 상기 포크와 상기 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및 상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고, 상기 제1 보강구조체는 상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과, 상기 포크가 상기 보강레일에 접촉 및 지지된 상태로 회전하도록 상기 포크와 상기 보강레일 사이에 개재되는 보강부재를 포함하여 제공될 수 있다.
각각의 휠을 개별적으로 구동 및 제어하는 휠 모듈을 포함하는 차량에 있어서, 어느 하나에 의한 상기 휠 모듈을 포함하는 차량이 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 차량의 주행 시 각 휠에 전달되는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 부품요소의 내구성 및 작동 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 장치의 크기 또는 규모를 소형화하여 차량의 넓은 실내공간을 확보하고 차량의 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 작은 설치공간 상에서도 큰 조향각을 구현하여 차량의 조작성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 단순한 구조로서 제작 및 설치가 용이한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 장치의 구조 안정성이 향상되어 장치와 차량의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 휠 모듈 및 이를 포함하는 차량은 각 휠의 개별적인 구동, 제동, 조향 및 현가를 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 11는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 12는 도 11의 A-A' 방향 단면도이다.
도 13는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 B 부분을 확대 도시한 도면으로서, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 포크바디와 포크링크 및 지지홈을 나타낸다.
도 16는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈을 나타내는 측면도이다.
도 17은 도 16의 C 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 19은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈의 변형된 실시 예를 나타내는 측면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
최근 들어, 엔진 등 차량의 동력원을 차체의 별도 공간에 설치하지 않고, 휠의 내측에 구동장치를 장착하여 각 휠의 개별적인 구동을 수행하는 인휠 시스템이 개발되고 있다. 특히, 전기를 동력원으로 사용하는 전기 자동차에 대한 시장의 수요가 급증함에 따라, 전기 에너지에 의해 작동되는 인휠 시스템이 각광을 받을 것으로 예상된다.
또한, 차량의 주행보조 또는 자율주행 등에 대한 시장의 관심과 요구가 증대되면서, 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 휠의 제동을 수행하는 브레이크 시스템이 개발되고 있으며, 운전자의 조향의지를 전기적 신호로 전달받아 휠의 조향을 수행하는 스티어링 시스템 역시 개발되고 있다.
아울러, 도시교통의 차량밀도가 증가함에 따라 좁은 공간에서의 차량 조작성과 주차에 대한 해결책이 요구되고 있다. 이러한 시장 및 개발 환경에 발 맞추어, 각 휠에 마련되는 인휠 시스템에 브레이크 시스템과 스티어링 시스템을 함께 탑재하여 휠의 조향각도를 크게 확장시킴과 동시에, 노면으로부터 전달되는 충격을 흡수하는 서스펜션 시스템도 함께 탑재하여 각각의 휠을 개별적으로 운용 및 제어하는 휠 모듈에 대한 개발이 요구되고 있다.
휠 모듈은 휠의 구동, 제동, 조향 및 현가를 수행하는 장치들이 일괄적으로 탑재됨에 따라, 차량 주행 시 휠에 가해지는 다양한 방향의 하중에 의해 각종 부품요소의 내구성과 작동의 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 또한, 휠 모듈의 강성 확보를 위해 구조물의 두께를 증가시킬 경우 차량의 공간 활용성이 떨어진다는 문제점이 있다.
이에 본 실시 예에 의한 휠 모듈(100, 200, 300, 400)은 휠(10)에 가해지는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 장치의 구조 안정성과 작동 신뢰성을 도모하면서도, 크기 및 규모를 소형화하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)을 나타내는 도면으로서, 구체적으로 도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)을 나타내는 사시도 및 측면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)은 차량의 휠(10) 내측에 설치되어 휠(10)의 회전력을 제공하는 구동장치, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동하는 제동장치, 휠(10)을 조향시키는 조향장치(120), 노면으로부터 휠(10)로 전달되는 진동 및 소음 등을 흡수 및 저감하는 현가장치(130), 휠(10)을 회전 가능하게 지지하는 너클(110), 너클(110)과 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(100)의 강성을 보완하는 보강구조체(150)를 포함하여 마련된다.
이하에서 설명하는 차체(S)는 차량의 일 부분으로서 섀시, 차대 등 부품요소를 안정적으로 지지시킬 수 있는 다양한 고정물 또는 고정 부위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
휠(10)은 차량에 복수개가 설치될 수 있으며, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)은 복수의 휠(10)에 각각 마련될 수 있다. 휠(10)은 노면에 접하여 회전함으로써 차량의 동작을 발생시킬 수 있으며, 휠(10)은 외측 둘레 부분을 따라 타이어가 설치되는 림(11)과, 림(11)에 연결되어 림(11)과 함께 회전하며 휠(10)의 외관을 형성하는 적어도 하나의 스포크(12)를 포함할 수 있다. 림(11)과 스포크(12)에 의해 형성되는 내측의 장착부(15)에는 휠(10)에 회전력을 제공하여 차량을 주행시키는 구동장치와, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동시키는 제동장치가 배치될 수 있다.
구동장치(미도시)는 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 구동장치는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동모터는 스포크(12)에 고정 설치되는 로터와, 로터에 고정 설치되며 자력을 구비하는 회전자와, 회전자와 대향하게 마련되며 자력을 구비하는 고정자 등을 포함할 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전과 차량의 동작을 발생시킬 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련되는 경우에도 동일하게 이해될 수 있다.
제동장치(미도시)는 구동장치와 마찬가지로 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 휠(10)의 회전을 억제하여 차량의 제동을 수행할 수 있다. 제동장치는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하는 다양한 방식의 장치로 마련될 수 있다. 일 예로, 동력을 발생시키는 제동모터의 회전력을 선형 운동으로 변환시키는 너트 및 스핀들 구조에 의해 림(11)에 접근 및 이격함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수 있다. 그 외에도 제동모터의 동력에 의해 진퇴 이동하는 피스톤을 이용하여 가압매체에 액압을 발생시키고 이를 휠(10)에 마련되는 실린더로 전달함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시 예에 의한 제동장치는 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량의 제동을 수행할 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련될 수 있음은 물론이다.
구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나는 너클(110)에 회전 가능하게 지지 및 연결됨으로써 차체(S)에 지지될 수 있으며, 너클(110)은 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 너클(110)은 휠(10)을 후술하는 조향장치(120) 및 현가장치(130)에 연결하도록 마련됨으로써, 조향장치(120)의 작동을 휠(10)로 전달하여 휠(10)의 조향을 수행하거나, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 소음을 현가장치(130)로 전달하여 감쇠를 유도할 수 있다.
너클(110)은 구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브(111)와, 허브(111)의 내측단(도 2 기준 우측단)에 연장 형성되어 후술하는 조향장치(120) 및 현가장치(130)가 연결되는 브래킷(112)을 포함할 수 있다.
허브(111)는 외측단(도 2 기준 좌측단)이 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 경량화를 도모하고 구조를 단순화하기 위해 링 형태로 마련되되 휠(10)의 회전축과 동축으로 배치될 수 있다. 허브(111)의 하단에는 후술하는 보강구조체(150)의 제1 단부(151)가 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
브래킷(112)은 허브(111)의 내측단으로부터 수직방향 또는 상하방향으로 연장 형성될 수 있으며, 상측에는 후술하는 어퍼암(138)의 일단이 회전 가능하게 연결되고, 하측에는 후술하는 로워암(139)의 일단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 브래킷(112)에 대한 어퍼암(138)과 로워암(139)의 회전축은 휠(10)의 전후방향에 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(130)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 후술하는 어퍼암(138) 및 로워암(139)의 일단이 브래킷(112)에 각각 연결됨에 따라 어퍼암(138) 및 로워암(139)이 너클(110)과 함께 회전 또는 변위될 수 있으며, 이로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(130)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다.
브래킷(112)의 하측에는 장치의 설치공간의 최소화를 위해 후술하는 로워암(139)의 일단이 내측으로 인입되어 설치됨과 동시에, 브래킷(112)과 로워암(139)의 상대적인 회전 시 부품요소간 간섭을 방지하도록 허브(111)의 중심축 방향과 나란한 방향으로 관통 형성되는 인입구가 마련될 수 있다.
조향장치(120)는 너클(110)과 이에 연결되는 휠(10)을 회전시킴으로써 휠(10)을 조향하도록 마련된다.
도 5는 조향장치(120)에 의해 휠(10)이 조향되는 작동상태를 나타내는 사시도로서, 도 1 내지 도 3, 도 5를 참조하면, 조향장치(120)는 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 제공하는 액츄에이터(121)와, 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)와 연결되어 회전 동작하는 포크(125)를 포함할 수 있으며, 포크(125)와 너클(110)은 후술하는 현가장치(130)와 보강구조체(150)에 의해 연결됨으로써 일체로 회전 동작할 수 있다.
액츄에이터(121)는 차체(S)에 고정 설치되되, 출력샤프트(122)가 후술하는 제1 포크부(126)에 연결될 수 있다. 액츄에이터(121)는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 액츄에이터(121)는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 조향모터를 포함할 수 있으며, 출력샤프트(122)는 포크(125)와 일체로 동작하도록 연결 및 고정됨으로써, 조향모터의 회전동력을 포크(125)로 전달 및 출력하여 휠(10)의 조향을 발생시킬 수 있다.
액츄에이터(121)는 후술하는 제1 포크부(126)의 상측에 설치 및 배치될 수 있으며, 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)는 후술하는 제1 포크부(126)에 연결 및 고정되되 수직방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있다. 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)는 그 회전축(122a)이 후술하는 보강구조체(150)의 제1 축(151a)과 동축으로 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
포크(125)는 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)와 연결 및 고정되어 회전 동작할 수 있다. 포크(125)는 휠(10)의 상측에서 수평방향을 따라 연장 형성되고 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)와 연결 및 고정되는 제1 포크부(126)와, 제1 포크부(126)로부터 하향 연장 형성되는 제2 포크부(127)를 포함할 수 있다. 제1 포크부(126)가 휠(10)의 상측에 배치되고, 제2 포크부(127)가 휠(10)의 측부에 배치됨으로써, 액츄에이터(121)를 비롯한 현가장치(130) 등이 휠(10)에 인접한 상태로 운용 및 작동될 수 있다.
제1 포크부(126)와 제2 포크부(127)는 도면에 도시된 바와 같이 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 별도의 부재로 제조된 후 조립에 의해 하나의 부품요소로 취급될 수 있음은 물론이다.
제1 포크부(126)는 휠(10)의 상측에 배치되고 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)가 삽입 또는 고정됨으로써, 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122)와 일체로 회전할 수 있다. 이를 통해 액츄에이터(121)의 작동이 포크(125)와 현가장치(130) 및 너클(110)의 회전을 발생시키고, 이로써 휠(10)의 조향 작동이 이루어질 수 있다. 제1 포크부(126)의 하면에는 후술하는 현가장치(130)의 댐퍼(131)가 회전 가능하게 연결 및 지지될 수 있으며, 후술하는 댐퍼(131)의 스프링(134) 타단을 지지하는 제1 지지대(135)가 고정 설치될 수 있다.
제2 포크부(127)는 제1 포크부(126)의 내측단(도 2 기준 우측단)으로부터 휠(10)의 회전축 또는 휠(10)의 후면(도 2 기준 우측면)에 대향하도록 하향 연장 형성될 수 있으며, 제1 포크부(126)와 일체로 회전할 수 있다. 제2 포크부(127)의 상측에는 후술하는 어퍼암(138)의 타단이 회전 가능하게 연결되고, 하측에는 후술하는 로워암(139)의 타단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제2 포크부(127)에 대한 어퍼암(138)과 로워암(139)의 회전축은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(130)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 후술하는 어퍼암(138) 및 로워암(139)의 타단이 제2 포크부(127)에 각각 연결됨에 따라 어퍼암(138)과 로워암(139)이 너클(110) 및 포크(125)와 함께 회전 또는 변위될 수 있으며, 이로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(130)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다.
현가장치(130)는 조향장치(120)와 너클(110) 사이에 마련되어 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 각종 진동과 소음을 감쇠시키도록 마련된다. 이를 위해, 현가장치(130)는 너클(110)과 포크(125) 사이에 마련되는 어퍼암(138) 및 로워암(139)과, 포크(125)와 로워암(139) 사이에 마련되는 댐퍼(131)를 포함하여 마련될 수 있다.
어퍼암(138)과 로워암(139)은 너클(110)과 포크(125)를 연결하되, 너클(110)과 포크(125)의 상대적인 변위를 허용할 수 있다. 구체적으로, 어퍼암(138)은 일단이 너클(110)의 브래킷(112) 상측에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 제2 포크부(127)의 상측에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 로워암(139)은 일단이 너클(110)의 브래킷(112) 하측에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 제2 포크부(127)의 하측에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 어퍼암(138)과 로워암(139)의 양단이 각각 너클(110) 및 포크(125)에 회전 가능하게 연결됨에 따라, 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(130)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있으며, 어퍼암(138)과 로워암(139)의 양단 회전축이 휠(10)의 전후방향에 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(130)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다.
어퍼암(138)은 내측으로 후술하는 댐퍼(131)가 관통할 수 있도록 V자 형태로 이루어지는 위시본(wishbone) 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 어퍼암(138)은 일단이 브래킷(112)의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 제2 포크부(127)의 측면에 회전 가능하게 연결됨으로써 후술하는 댐퍼(131)가 어퍼암(138)을 통과하여 로워암(139)에 연결 및 지지될 수 있다. 로워암(139)은 일단 측 적어도 일부가 브래킷(112)의 인입구 내측으로 진입될 수 있으며, 타단은 제2 포크부(127)의 하단에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 로워암(139)에는 후술하는 댐퍼(131)의 타단이 회전 가능하게 연결될 수 있다.
이처럼 어퍼암(138)과 로워암(139)이 너클(110)의 브래킷(112)과 제2 포크부(127) 사이에서 상하 방향으로 한 개조를 이루어 배치됨으로써, 너클(110)과 포크(125) 간 수직방향 또는 상하방향의 상대적인 변위를 허용하면서도, 너클(110)과 포크(125)를 견고하게 연결하여 조향장치(120)로부터 제공되는 회전동력에 의해 너클(110)과 포크(125)가 일체로 회전 동작함으로써 휠(10)의 안정적인 조향을 구현할 수 있다.
댐퍼(131)는 일단이 제1 포크부(126)에 회전 가능하게 지지되고, 타단이 로워암(139)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 구체적으로, 댐퍼(131)는 하단이 로워암(139)에 휠(10)의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 회전 가능하게 연결 및 지지되는 본체(132)와, 적어도 일부가 본체(132)의 내측으로 인입 가능하게 마련되고 상단이 제1 포크부(126)에 휠(10)의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 회전 가능하게 연결 및 지지되는 피스톤로드(133)와, 본체(132)와 피스톤로드(133)를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링(134)을 포함할 수 있다.
본체(132)와 피스톤로드(133)는 유압실린더 구조로 마련됨으로써 휠(10)에 가해지는 충격과 하중을 액압에 의해 신축 작동함으로써 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 본체(132)의 하단과 피스톤로드(133)의 상단은 로워암(139) 및 제1 포크부(126)에 각각 회전 가능하게 연결 및 지지되되, 그 회전축은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치될 수 있다. 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 충격은 주로 상하방향으로 발생 및 전달된다. 이에 댐퍼(131)의 양단 회전축을 휠(10)의 상하방향에 직교하는 휠(10)의 전후방향을 따라 배치함으로써, 상하방향으로 가해지는 진동과 충격을 현가장치(130)가 안정적으로 감쇠시킬 수 있다.
스프링(134)은 본체(132)와 피스톤로드(133)를 서로 탄성적으로 지지할 수 있다. 스프링(134)은 코일 형태로 마련되되 피스톤로드(133)의 외측에 배치될 수 있으며, 스프링(134)의 일단은 본체(132)에 고정 설치되는 제1 지지대(135)에 밀착 및 지지되고, 스프링(134)의 타단은 제1 포크부(126) 또는 피스톤로드(133)에 고정 설치되는 제2 지지대(136)에 밀착 및 지지될 수 있다. 제1 및 제2 지지대(135, 136)는 스프링(134)과 접하는 부위가 만곡 형성됨으로써, 스프링(134)의 이탈을 방지하고 스프링(134)을 안정적으로 안착 및 지지할 수 있다.
보강구조체(150)는 너클(110)과 차체(S) 사이에 마련되어 휠(10)에 가해지는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 구조 안정성을 도모함과 동시에, 설치공간의 확대를 억제하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)을 나타내는 평면도로서, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 보강구조체(150)는 너클(110)에 회전 가능하게 연결되는 제1 단부(151)와, 차체(S)에 회전 가능하게 연결되는 제2 및 제3 단부(152, 153)와, 제1 단부(151)와 제2 단부(152)를 서로 연결하는 제1 프레임(154)과, 제1 단부(151)와 제3 단부(153)를 서로 연결하는 제2 프레임(155)과, 제1 프레임(154)과 제2 프레임(155) 사이에 마련되어 강성을 보강하는 지지프레임(156)을 포함하여 마련될 수 있다.
제1 단부(151)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제1 축(151a)을 따라 너클(110)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 단부(151)는 휠 모듈(100)의 대형화를 억제하도록 너클(110)의 허브(111) 하단에 연결될 수 있으며, 제1 축(151a)은 출력샤프트(122)의 회전축(122a)과 동축으로 마련될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(121)의 출력샤프트(122) 회전축(122a)과 제1 단부(151)의 제1 축(151a)이 서로 일치하게 동축으로 마련됨에 따라, 출력샤프트(122)의 회전축(122a)과 제1 단부(151)의 제1 축(151a)이 함께 조향장치(120)의 킹핀(King pin)을 이룰 수 있다. 이로써 조향장치(120)의 작동 시 휠(10)의 조향을 안정적으로 수행함과 동시에, 조향 시 포크(125)와 너클(110)에 가해지는 부하 중 일부를 보강구조체(150)의 제1 단부(151)가 흡수 및 분산시켜줌으로써 휠 모듈(100)의 구조 안정성이 향상될 수 있다.
제2 단부(152)는 차체(S)의 길이 방향과 나란하게 배치되는 제2 축(152a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제2 단부(152)는 제1 프레임(154)에 의해 제1 단부(151)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제1 프레임(154)의 일단에는 제1 단부(151)가 구비되고, 타단에는 제2 단부(152)가 구비될 수 있다. 제2 단부(152)는 차체(S)의 길이 방향과 나란한 제2 축(152a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제2 축(152a)에 직교하는 횡방향 하중, 다시 말해 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 차체(S)의 폭 방향으로 가해지는 하중을 감당할 수 있다. 제1 프레임(154)은 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 횡방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 폭 방향과 나란한 방향 또는 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
제3 단부(153)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제3 축(153a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제3 단부(153)는 제2 프레임(155)에 의해 제1 단부(151)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제2 프레임(155)의 일단에는 제1 단부(151)가 구비되고, 타단에는 제3 단부(153)가 구비될 수 있다. 제3 단부(153)는 차체(S) 상 수직방향 또는 상하방향과 나란한 제3 축(153a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제3 축(153a)에 직교하는 종방향 하중, 다시 말해 차체(S)의 길이 방향으로 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 하중을 감당할 수 있다.
한편, 일반적으로 차량은 후진 주행 보다 전진 주행의 횟수 및 시간이 상대적으로 많고, 전진 주행 시 차량의 속도가 높아 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 하중이 더 크다. 즉, 차량 전진 주행 시, 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 종방향 하중은 주로 차체(S)의 후방으로 가해지게 된다. 이에 제3 단부(153)는 차체(S) 상 제2 단부(152)보다 후방에 배치될 수 있다. 아울러, 제2 프레임(155)은 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 후방을 향하는 종방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 수 있으며, 이로써 제2 프레임(155)은 제1 프레임(154)에 대해 일정 각도를 두고 배치될 수 있다.
이처럼 보강구조체(150)의 제2 단부(152)와 제3 단부(153)가 차체(S)에 회전 가능하게 각각 연결되되, 제2 단부(152)의 회전축(제2 축)과 제3 단부(153)의 회전축(제3 축)이 서로 직교하게 배치됨으로써 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 흡수 및 분산시킬 수 있으므로 휠 모듈(100)의 구조 안정성과 각종 장치의 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
보강구조체(150)의 제2 단부(152)와 제3 단부(153)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 하중이 가해지는 경우, 일 부위로 하중이 집중되지 않도록 차체(S) 상 같은 높이에 배치 및 연결될 수 있다. 또는 보강구조체(150)의 제2 단부(152)와 제3 단부(153)는 도 4에 도시된 바와 같이, 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지하고, 하중을 차체(S) 측으로 고르게 전달 및 분산시킬 수 있도록 차체(S)의 길이 방향을 기준으로 같은 위상에 배치될 수도 있다. 이로써, 차량의 주행 또는 휠(10)의 조향 시 다양한 방향에서 가해지는 하중에도 불구하고, 보강구조체(150)의 일 지점으로 하중이 집중되는 것을 방지하여 보강구조체(150) 및 휠 모듈(100)의 구조 안정성을 도모할 수 있으며, 보강구조체(150)의 제2 및 제3 단부(152, 153)를 거쳐 차체(S)에 가해지는 하중이 집중되는 것도 함께 방지하여 차체(S)의 구조 안정성 및 차량의 내구성을 향상시킬 수 있다.
보강구조체(150)는 제1 프레임(154)과 제2 프레임(155) 사이에 지지프레임(156)을 마련함으로써, 강성을 더욱 보강할 수 있다. 지지프레임(156)은 일단이 제1 프레임(154)에 연결되고, 타단이 제2 프레임(155)에 연결될 수 있으며, 다양한 방향에서 가해지는 하중을 수월하게 분산시킬 수 있도록 지지프레임(156)의 연장 방향은 제1 및 제2 프레임(155)의 연장 방향과 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 프레임(154)이 차체(S)의 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장되고 제2 프레임(155)의 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 경우, 지지프레임(156)은 차체(S)의 길이 방향을 따라 연장 형성됨으로써, 제1 및 제2 프레임(154, 155)과 지지프레임(156)이 서로 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 이를 통해 휠(10) 또는 휠 모듈(100)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 감당하면서도 이를 주변 부재로 전달 및 분산시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)에 대해 설명한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)을 나타내는 도면으로서, 구체적으로 도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)을 나타내는 사시도 및 측면도이며, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)을 나타내는 측방향 단면도이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 제1 실시 예에 의한 휠 모듈(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)은 차량의 휠(10) 내측에 설치되어 휠(10)의 회전력을 제공하는 구동장치, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동하는 제동장치, 휠(10)을 조향시키는 조향장치(220), 노면으로부터 휠(10)로 전달되는 진동 및 소음 등을 흡수 및 저감하는 현가장치(230), 휠(10)을 회전 가능하게 지지하는 너클(210), 너클(210)과 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(200)의 강성을 보완하는 제1 보강구조체(250), 너클(210)과 포크(225) 사이에 마련되어 휠 모듈(200)의 강성을 보완하는 제2 보강구조체(260)를 포함하여 마련된다.
이하에서 설명하는 차체(S)는 차량의 일 부분으로서 섀시, 차대 등 부품요소를 안정적으로 지지시킬 수 있는 다양한 고정물 또는 고정 부위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
휠(10)은 차량에 복수개가 설치될 수 있으며, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)은 복수의 휠(10)에 각각 마련될 수 있다. 휠(10)은 노면에 접하여 회전함으로써 차량의 동작을 발생시킬 수 있으며, 휠(10)은 외측 둘레 부분을 따라 타이어가 설치되는 림(11)과, 림(11)에 연결되어 림(11)과 함께 회전하며 휠(10)의 외관을 형성하는 적어도 하나의 스포크(12)를 포함할 수 있다. 림(11)과 스포크(12)에 의해 형성되는 내측의 장착부(15)에는 휠(10)에 회전력을 제공하여 차량을 주행시키는 구동장치와, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동시키는 제동장치가 배치될 수 있다.
구동장치(290)는 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 구동장치는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동모터는 스포크(12)에 고정 설치되는 로터와, 로터에 고정 설치되며 자력을 구비하는 회전자와, 회전자와 대향하게 마련되며 자력을 구비하는 고정자 등을 포함할 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전과 차량의 동작을 발생시킬 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련되는 경우에도 동일하게 이해될 수 있다.
제동장치(미도시)는 구동장치와 마찬가지로 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 휠(10)의 회전을 억제하여 차량의 제동을 수행할 수 있다. 제동장치는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하는 다양한 방식의 장치로 마련될 수 있다. 일 예로, 동력을 발생시키는 제동모터의 회전력을 선형 운동으로 변환시키는 너트 및 스핀들 구조에 의해 림(11)에 접근 및 이격함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수 있다. 그 외에도 제동모터의 동력에 의해 진퇴 이동하는 피스톤을 이용하여 가압매체에 액압을 발생시키고 이를 휠(10)에 마련되는 실린더로 전달함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시 예에 의한 제동장치는 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량의 제동을 수행할 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련될 수 있음은 물론이다.
구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나는 너클(210)에 회전 가능하게 지지 및 연결됨으로써 차체(S)에 지지될 수 있으며, 너클(210)은 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 너클(210)은 휠(10)을 후술하는 조향장치(220) 및 현가장치(230)에 연결하도록 마련됨으로써, 조향장치(220)의 작동을 휠(10)로 전달하여 휠(10)의 조향을 수행하거나, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 소음을 현가장치(230)로 전달하여 감쇠를 유도할 수 있다.
너클(210)은 구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브(211)와, 허브(211)의 내측단(도 7 기준 우측단)에 연장 형성되어 후술하는 조향장치(220) 및 현가장치(230)가 연결되는 브래킷(212)을 포함할 수 있다.
허브(211)는 외측단(도 7 기준 좌측단)이 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 경량화를 도모하고 구조를 단순화하기 위해 링 형태로 마련되되 휠(10)의 회전축과 동축으로 배치될 수 있다. 허브(211)의 하단에는 후술하는 제1 보강구조체(250)의 제1 단부(251)가 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
브래킷(212)은 허브(211)의 내측단으로부터 일측으로 연장 또는 확장 형성될 수 있다. 브래킷(212)의 상측에는 후술하는 댐퍼(231)의 본체(232)가 인입되어 설치되는 수용부가 함몰 형성될 수 있으며, 후술하는 제2 보강구조체(260)의 일단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 브래킷(212)에 대한 제2 보강구조체(260)의 회전축은 휠(10)의 전후방향에 나란하게 배치될 수 있다. 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 충격은 주로 상하방향으로 발생 및 전달되는 바, 브래킷(212)에 대한 제2 보강구조체(260)의 회전축을 휠(10)의 상하방향에 직교하는 전후방향을 따라 배치함으로써, 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(230)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 후술하는 제2 보강구조체(260)의 일단이 브래킷(212)에 연결됨에 따라 제2 보강구조체(260)가 너클(210)과 함께 회전 또는 변위될 수 있으며, 이로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(230)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제2 보강구조체(260)가 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 충격 및 진동을 후술하는 포크링크(227) 측으로 전달 및 분산시킴으로써 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
조향장치(220)는 너클(210)과 이에 연결되는 휠(10)을 회전시킴으로써 휠(10)을 조향하도록 마련된다.
도 9는 조향장치(220)에 의해 휠(10)이 조향되는 작동상태를 나타내는 사시도로서, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 조향장치(220)는 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 제공하는 액츄에이터(221)와, 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)와 연결되어 회전 동작하는 포크(225)를 포함할 수 있으며, 포크(225)와 너클(210)은 후술하는 현가장치(230)와 제2 보강구조체(260)에 의해 연결됨으로써 일체로 회전 동작할 수 있다.
액츄에이터(221)는 차체(S)에 고정 설치되되, 출력샤프트(222)가 후술하는 포크바디(226)에 연결될 수 있다. 액츄에이터(221)는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 액츄에이터(221)는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 조향모터를 포함할 수 있으며, 출력샤프트(222)는 포크(225)와 일체로 동작하도록 연결 및 고정됨으로써, 조향모터의 회전동력을 포크(225)로 전달 및 출력하여 휠(10)의 조향을 발생시킬 수 있다.
액츄에이터(221)는 후술하는 포크바디(226)의 상측에 설치 및 배치될 수 있으며, 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)는 후술하는 포크바디(226)에 연결 및 고정되되 수직방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있다. 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)는 그 회전축(222a)이 후술하는 제1 보강구조체(250)의 제1 축(251a)과 동축으로 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
포크(225)는 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)와 연결 및 고정되어 회전 동작할 수 있다. 포크(225)는 휠(10)의 상측에서 수평방향을 따라 연장 형성되고 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)와 연결 및 고정되는 포크바디(226)와, 포크바디(226)의 내측단(도 7 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결되고 하향 연장 형성되는 포크링크(227)를 포함할 수 있다. 포크바디(226)가 휠(10)의 상측에 배치되고, 포크링크(227)가 휠(10)의 측부에 배치됨으로써, 액츄에이터(221)를 비롯한 현가장치(230) 등이 휠(10)에 인접한 상태로 운용 및 작동될 수 있다.
포크바디(226)는 휠(10)의 상측에 배치되고, 액츄에이터(221)가 설치될 수 있다. 구체적으로 포크바디(226)는 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)가 삽입 또는 고정됨으로써, 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222)와 일체로 회전할 수 있다. 이를 통해 액츄에이터(221)의 작동이 포크(225)와 현가장치(230)와 제2 보강구조체(260) 및 너클(210)의 회전을 발생시키고, 이로써 휠(10)의 조향 작동이 이루어질 수 있다. 포크바디(226)의 하면에는 후술하는 현가장치(230)의 댐퍼(231)가 연결 및 지지될 수 있으며, 후술하는 댐퍼(231)의 스프링(234) 타단을 지지하는 제1 지지대(235)가 고정 설치될 수 있다.
포크링크(227)는 포크바디(226)의 내측단(도 7 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 휠(10)의 회전축 또는 휠(10)의 후면(도 7 기준 우측면)에 대향하도록 하향 연장 형성될 수 있다. 포크바디(226)와 포크링크(227)는 액츄에이터(221)의 작동에 의해 일체로 회전하되, 휠(10)의 전후방향과 나란한 방향을 회전축으로 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이를 통해 후술하는 현가장치(230)에 의해 충격 및 진동 감쇠 시, 포크(225)에 가해지는 하중 및 부하를 안정적으로 흡수 및 감당할 수 있으며, 포크(225)의 유연한 동작이 가능해짐에 따라 현가장치(230)에 의한 충격 및 진동 감쇠성능이 향상될 수 있다.
포크링크(227)의 하측에는 후술하는 제2 보강구조체(260)의 타단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 포크링크(227)에 대한 제2 보강구조체(260)의 회전축은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(230)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 현가장치(230)가 너클(210) 및 포크(225)와 함께 회전 또는 변위됨에 따라 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(230)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제2 보강구조체(260)에 의해 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격 및 진동이 포크링크(227)로 전달 및 분산됨으로써 일 부위로 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
현가장치(230)는 조향장치(220)와 너클(210) 사이에 마련되어 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 각종 진동과 소음을 감쇠시키도록 마련된다. 이를 위해, 현가장치(230)는 포크바디(226)와 브래킷(212) 사이에 마련되는 댐퍼(231)를 포함하여 마련될 수 있다.
댐퍼(231)는 일단이 포크바디(226)에 회전 가능하게 지지되고, 타단이 너클(210)의 브래킷(212)에 지지될 수 있다. 구체적으로, 댐퍼(231)는 하단이 브래킷(212)에 지지되는 본체(232)와, 적어도 일부가 본체(232)의 내측으로 인입 가능하게 마련되고 상단이 포크바디(226)에 지지되는 피스톤로드(233)와, 본체(232)와 피스톤로드(233)를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링(234)을 포함할 수 있다.
본체(232)와 피스톤로드(233)는 유압실린더 구조로 마련됨으로써 휠(10)에 가해지는 충격과 하중을 액압에 의해 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 본체(232)의 하단은 너클(210)의 브래킷(212)에 함몰 형성되는 수용부에 삽입 및 지지되고, 피스톤로드(233)의 상단은 포크바디(226)에 지지됨으로써, 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 진동 및 충격을 본체(232)와 피스톤로드(233)가 상하 방향으로 신축 작동하여 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한 본체(232)와 피스톤로드(233)는 조향장치(220)의 작동 시 포크바디(226) 및 너클(210)과 함께 회전함으로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격과 진동을 안정적으로 흡수할 수 있다.
스프링(234)은 본체(232)와 피스톤로드(233)를 서로 탄성적으로 지지할 수 있다. 스프링(234)은 코일 형태로 마련되되 피스톤로드(233)의 외측에 배치될 수 있으며, 스프링(234)의 일단은 본체(232)에 고정 설치되는 제1 지지대(235)에 밀착 및 지지되고, 스프링(234)의 타단은 포크바디(226) 또는 피스톤로드(233)에 고정 설치되는 제2 지지대(236)에 밀착 및 지지될 수 있다. 제1 및 제2 지지대(235, 236)는 스프링(234)과 접하는 부위가 만곡 형성됨으로써, 스프링(234)의 이탈을 방지하고 스프링(234)을 안정적으로 안착 및 지지할 수 있다.
제1 및 제2 보강구조체(250, 260)는 휠(10)에 가해지는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 구조 안정성을 도모함과 동시에, 설치공간의 확대를 억제하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다. 제1 보강구조체(250)는 너클(210)과 차체(S) 사이에 마련될 수 있으며, 제2 보강구조체(260)는 너클(210)과 포크(225) 사이에 마련될 수 있다.
제1 보강구조체(250)는 너클(210)에 회전 가능하게 연결되는 제1 단부(251)와, 차체(S)에 회전 가능하게 연결되는 제2 및 제3 단부(252, 253)와, 제1 단부(251)와 제2 단부(252)를 서로 연결하는 제1 프레임(254)과, 제1 단부(251)와 제3 단부(253)를 서로 연결하는 제2 프레임(255)과, 제1 프레임(254)과 제2 프레임(255) 사이에 마련되어 강성을 보강하는 지지프레임(256)을 포함하여 마련될 수 있다.
제1 단부(251)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제1 축(251a)을 따라 너클(210)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 단부(251)는 휠 모듈(200)의 대형화를 억제하도록 너클(210)의 허브(211) 하단에 연결될 수 있으며, 제1 축(251a)은 출력샤프트(222)의 회전축(222a)과 동축하게 마련될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222) 회전축(222a)과 제1 단부(251)의 제1 축(251a)이 서로 일치하게 동축으로 마련됨에 따라 액츄에이터(221)의 출력샤프트(222) 회전축(222a)와 제1 단부(251)의 제1 축(251a)이 함께 조향장치(220)의 킹핀(King pin)을 이룰 수 있다. 이로써 조향장치(220)의 작동 시 휠(10)의 조향을 안정적으로 수행함과 동시에, 조향 시 포크(225)와 너클(210)에 가해지는 부하 중 일부를 제1 보강구조체(250)의 제1 단부(251)가 흡수 및 분산시켜줌으로써 휠 모듈(200)의 구조 안정성이 향상될 수 있다.
제2 단부(252)는 차체(S)의 길이 방향과 나란하게 배치되는 제2 축(252a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제2 단부(252)는 제1 프레임(254)에 의해 제1 단부(251)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제1 프레임(254)의 일단에는 제1 단부(251)가 구비되고, 타단에는 제2 단부(252)가 구비될 수 있다. 제2 단부(252)는 차체(S)의 길이 방향과 나란한 제2 축(252a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제2 축(252a)에 직교하는 횡방향 하중, 다시 말해 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 차체(S)의 폭 방향으로 가해지는 하중을 감당할 수 있다. 제1 프레임(254)은 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 횡방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 폭 방향과 나란한 방향 또는 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
제3 단부(253)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제3 축(253a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제3 단부(253)는 제2 프레임(255)에 의해 제1 단부(251)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제2 프레임(255)의 일단에는 제1 단부(251)가 구비되고, 타단에는 제3 단부(253)가 구비될 수 있다. 제3 단부(253)는 차체(S) 상 수직방향 또는 상하방향과 나란한 제3 축(253a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제3 축(253a)에 직교하는 종방향 하중, 다시 말해 차체(S)의 길이 방향으로 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 하중을 감당할 수 있다.
한편, 일반적으로 차량은 후진 주행 보다 전진 주행의 횟수 및 시간이 상대적으로 많고, 전진 주행 시 차량의 속도가 높아 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 하중이 더 크다. 즉, 차량 전진 주행 시, 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 종방향 하중은 주로 차체(S)의 후방으로 가해지게 된다. 이에 제3 단부(253)는 차체(S) 상 제2 단부(252)보다 후방에 배치될 수 있다. 아울러, 제2 프레임(255)은 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 후방을 향하는 종방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 수 있으며, 이로써 제2 프레임(255)은 제1 프레임(254)에 대해 일정 각도를 두고 배치될 수 있다.
이처럼 제1 보강구조체(250)의 제2 단부(252)와 제3 단부(253)가 차체(S)에 회전 가능하게 각각 연결되되, 제2 단부(252)의 회전축(제2 축)과 제3 단부(253)의 회전축(제3 축)이 서로 직교하게 배치됨으로써 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 흡수 및 분산시킬 수 있으므로 휠 모듈(200)의 구조 안정성과 각종 장치의 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
제1 보강구조체(250)의 제2 단부(252)와 제3 단부(253)는 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 하중이 가해지는 경우, 일 부위로 하중이 집중되지 않도록 차체(S) 상 같은 높이에 배치 및 연결될 수 있다. 또는 제1 보강구조체(250)의 제2 단부(252)와 제3 단부(253)는 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지하고, 하중을 차체(S) 측으로 고르게 전달 및 분산시킬 수 있도록 차체(S)의 길이 방향을 기준으로 같은 위상에 배치될 수도 있다. 이로써, 차량의 주행 또는 휠(10)의 조향 시 다양한 방향에서 가해지는 하중에도 불구하고, 제1 보강구조체(250)의 일 지점으로 하중이 집중되는 것을 방지하여 제1 보강구조체(250) 및 휠 모듈(200)의 구조 안정성을 도모할 수 있으며, 제1 보강구조체(250)의 제2 및 제3 단부(252, 253)를 거쳐 차체(S)에 가해지는 하중이 집중되는 것도 함께 방지하여 차체(S)의 구조 안정성 및 차량의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제1 보강구조체(250)는 제1 프레임(254)과 제2 프레임(255) 사이에 지지프레임(256)을 마련함으로써, 강성을 더욱 보강할 수 있다. 지지프레임(256)은 일단이 제1 프레임(254)에 연결되고, 타단이 제2 프레임(255)에 연결될 수 있으며, 다양한 방향에서 가해지는 하중을 수월하게 분산시킬 수 있도록 지지프레임(256)의 연장 방향은 제1 및 제2 프레임(254, 255)의 연장 방향과 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 프레임(254)이 차체(S)의 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장되고 제2 프레임(255)의 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 경우, 지지프레임(256)은 차체(S)의 길이 방향을 따라 연장 형성됨으로써, 제1 및 제2 프레임(254, 255)과 지지프레임(256)이 서로 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 이를 통해 휠(10) 또는 휠 모듈(200)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 감당하면서도 이를 주변 부재로 전달 및 분산시킬 수 있다.
제2 보강구조체(260)는 너클(210)의 브래킷(212)과 포크링크(227) 사이에 개재되어 너클(210)과 포크(225)를 연결하되, 너클(210)과 포크(225)의 상대적인 변위를 허용할 수 있다. 구체적으로, 제2 보강구조체(260)는 일단이 너클(210)의 브래킷(212)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(227)의 하단부에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 제2 보강구조체(260)의 양단 회전축은 앞서 설명한 바와 같이, 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치될 수 있다.
제2 보강구조체(260)는 한 쌍이 마련되어 브래킷(212)과 포크링크(227)의 측면부에 각각 연결될 수 있다. 즉, 한 쌍의 제2 보강구조체(260)는 일단이 브래킷(212)의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(227)의 측면에 회전 가능하게 각각 연결됨으로써, 댐퍼(231)의 압축에 의해 너클(210)과 포크(225)의 상대적 변위가 발생 시 한 쌍의 제2 보강구조체(260) 사이에 형성되는 공간을 통해 너클(210)과 댐퍼(231)가 통과되는 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼 제2 보강구조체(260)는 너클(210)과 포크(225)를 견고하게 연결하여 조향장치(220)로부터 제공되는 회전동력에 의해 너클(210)과 포크(225)가 일체로 회전동작함으로써 휠(10)의 안정적인 조향을 구현함과 동시에, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 하중을 포크(225)로 전달 및 분산시켜 하중의 집중을 방지할 수 있다. 아울러, 제2 보강구조체(260)가 너클(210)과 포크(225)에 각각 회전 가능하게 연결됨으로써, 너클(210)과 포크(225) 간 수직방향 또는 상하방향의 상대적 변위를 허용하고 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동과 충격을 댐퍼(231)로 전달함으로써, 차량의 승차감을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)에 대해 설명한다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)을 나타내는 도면으로서, 구체적으로 도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)을 나타내는 사시도 및 측면도이며, 도 12는 도 11의 A-A' 방향 단면도이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 제2 실시 예에 의한 휠 모듈(200)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)은 차량의 휠(10) 내측에 설치되어 휠(10)의 회전력을 제공하는 구동장치, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동하는 제동장치, 휠(10)을 조향시키는 조향장치(320), 노면으로부터 휠(10)로 전달되는 진동 및 소음 등을 흡수 및 저감하는 현가장치(330), 휠(10)을 회전 가능하게 지지하는 너클(310), 포크(325)와 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(300)의 강성을 보완하는 제1 보강구조체(350), 너클(310)과 포크(325) 사이에 마련되어 휠 모듈(300)의 강성을 보완하는 제2 보강구조체(360)를 포함하여 마련된다.
이하에서 설명하는 차체(S)는 차량의 일 부분으로서 섀시, 차대 등 부품요소를 안정적으로 지지시킬 수 있는 다양한 고정물 또는 고정 부위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
휠(10)은 차량에 복수개가 설치될 수 있으며, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(300)은 복수의 휠(10)에 각각 마련될 수 있다. 휠(10)은 노면에 접하여 회전함으로써 차량의 동작을 발생시킬 수 있으며, 휠(10)은 외측 둘레 부분을 따라 타이어가 설치되는 림(11)과, 림(11)에 연결되어 림(11)과 함께 회전하며 휠(10)의 외관을 형성하는 적어도 하나의 스포크(12)를 포함할 수 있다. 림(11)과 스포크(12)에 의해 형성되는 내측의 장착부(15)에는 휠(10)에 회전력을 제공하여 차량을 주행시키는 구동장치와, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동시키는 제동장치가 배치될 수 있다.
구동장치(390)는 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 구동장치는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동모터는 스포크(12)에 고정 설치되는 로터와, 로터에 고정 설치되며 자력을 구비하는 회전자와, 회전자와 대향하게 마련되며 자력을 구비하는 고정자 등을 포함할 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전과 차량의 동작을 발생시킬 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련되는 경우에도 동일하게 이해될 수 있다.
제동장치(미도시)는 구동장치와 마찬가지로 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 휠(10)의 회전을 억제하여 차량의 제동을 수행할 수 있다. 제동장치는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하는 다양한 방식의 장치로 마련될 수 있다. 일 예로, 동력을 발생시키는 제동모터의 회전력을 선형 운동으로 변환시키는 너트 및 스핀들 구조에 의해 림(11)에 접근 및 이격함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수 있다. 그 외에도 제동모터의 동력에 의해 진퇴 이동하는 피스톤을 이용하여 가압매체에 액압을 발생시키고 이를 휠(10)에 마련되는 실린더로 전달함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시 예에 의한 제동장치는 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량의 제동을 수행할 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련될 수 있음은 물론이다.
구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나는 너클(310)에 회전 가능하게 지지 및 연결됨으로써 차체(S)에 지지될 수 있으며, 너클(310)은 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 너클(310)은 휠(10)을 후술하는 조향장치(320) 및 현가장치(330)에 연결하도록 마련됨으로써, 조향장치(320)의 작동을 휠(10)로 전달하여 휠(10)의 조향을 수행하거나, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 소음을 현가장치(330)로 전달하여 감쇠를 유도할 수 있다.
너클(310)은 구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브(311)와, 허브(311)의 내측단(도 11 기준 우측단)에 연장 형성되어 후술하는 조향장치(320) 및 현가장치(330)가 연결되는 브래킷(312)을 포함할 수 있다.
허브(311)는 외측단(도 11 기준 좌측단)이 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 경량화를 도모하고 구조를 단순화하기 위해 링 형태로 마련되되 휠(10)의 회전축과 동축으로 배치될 수 있다.
브래킷(312)은 허브(311)의 내측단으로부터 일측으로 연장 또는 확장 형성될 수 있다. 브래킷(312)의 상측에는 후술하는 댐퍼(331)의 본체(332)가 인입되어 설치되는 수용부가 함몰 형성될 수 있으며, 후술하는 제2 보강구조체(360)의 일단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 브래킷(312)에 대한 제2 보강구조체(360)의 회전축은 휠(10)의 전후방향에 나란하게 배치될 수 있다. 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 충격은 주로 상하방향으로 발생 및 전달되는 바, 브래킷(312)에 대한 제2 보강구조체(360)의 회전축을 휠(10)의 상하방향에 직교하는 전후방향을 따라 배치함으로써, 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(330)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 후술하는 제2 보강구조체(360)의 일단이 브래킷(312)에 연결됨에 따라 제2 보강구조체(360)가 너클(310)과 함께 회전 또는 변위될 수 있으며, 이로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(330)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제2 보강구조체(360)가 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 충격 및 진동을 후술하는 포크링크(327) 측으로 전달 및 분산시킴으로써 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 조향장치(320)는 너클(310)과 이에 연결되는 휠(10)을 회전시킴으로써 휠(10)을 조향하도록 마련된다.
도 13은 조향장치(320)에 의해 휠(10)이 조향되는 작동상태를 나타내는 사시도로서, 도 10 내지 도 13을 참조하면, 조향장치(320)는 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 제공하는 액츄에이터(321)와, 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)와 연결되어 회전 동작하는 포크(325)를 포함할 수 있으며, 포크(325)와 너클(310)은 후술하는 현가장치(330)와 제2 보강구조체(360)에 의해 연결됨으로써 일체로 회전 동작할 수 있다.
액츄에이터(321)는 차체(S)에 고정 설치되되, 출력샤프트(322)가 후술하는 포크바디(326)에 연결될 수 있다. 액츄에이터(321)는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 액츄에이터(321)는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 조향모터를 포함할 수 있으며, 출력샤프트(322)는 포크(325)와 일체로 동작하도록 연결 및 고정됨으로써, 조향모터의 회전동력을 포크(325)로 전달 및 출력하여 휠(10)의 조향을 발생시킬 수 있다.
액츄에이터(321)는 후술하는 포크바디(326)의 상측에 설치 및 배치될 수 있으며, 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)는 후술하는 포크바디(326)에 연결 및 고정되되 수직방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있다. 포크(325)는 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)와 연결 및 고정되어 회전 동작할 수 있다. 포크(325)는 휠(10)의 상측에서 수평방향을 따라 연장 형성되고 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)와 연결 및 고정되는 포크바디(326)와, 포크바디(326)의 내측단(도 11 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결되고 하향 연장 형성되는 포크링크(327)를 포함할 수 있다. 포크바디(326)가 휠(10)의 상측에 배치되고, 포크링크(327)가 휠(10)의 측부에 배치됨으로써, 액츄에이터(321)를 비롯한 현가장치(330) 등이 휠(10)에 인접한 상태로 운용 및 작동될 수 있다.
포크바디(326)는 휠(10)의 상측에 배치되고, 액츄에이터(321)가 설치될 수 있다. 구체적으로 포크바디(326)는 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)가 삽입 또는 고정됨으로써, 액츄에이터(321)의 출력샤프트(322)와 일체로 회전할 수 있다. 이를 통해 액츄에이터(321)의 작동이 포크(325)와 현가장치(330)와 제2 보강구조체(360) 및 너클(310)의 회전을 발생시키고, 이로써 휠(10)의 조향 작동이 이루어질 수 있다. 포크바디(326)의 하면에는 후술하는 현가장치(330)의 댐퍼(331)가 연결 및 지지될 수 있으며, 후술하는 댐퍼(331)의 스프링(334) 타단을 지지하는 제1 지지대(335)가 고정 설치될 수 있다.
포크링크(327)는 포크바디(326)의 내측단(도 11 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 휠(10)의 회전축 또는 휠(10)의 후면(도 11 기준 우측면)에 대향하도록 하향 연장 형성될 수 있다. 포크바디(326)와 포크링크(327)는 액츄에이터(321)의 작동에 의해 일체로 회전하되, 휠(10)의 전후방향과 나란한 방햐을 회전축으로 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이를 통해 후술하는 현가장치(330)에 의해 충격 및 진동 감쇠 시, 포크(325)에 가해지는 하중 및 부하를 안정적으로 흡수 및 감당할 수 있으며, 포크(325)의 유연한 동작이 가능해짐에 따라 현가장치(330)에 의한 충격 및 진동 감쇠성능이 향상될 수 있다.
포크링크(327)의 하측에는 후술하는 제2 보강구조체(360)의 타단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 포크링크(327)에 대한 제2 보강구조체(360)의 회전축은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(330)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 현가장치(330)가 너클(310) 및 포크(325)와 함께 회전 또는 변위됨에 따라 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(330)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제2 보강구조체(360)에 의해 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격 및 진동이 포크링크(327)로 전달 및 분산됨으로써 일 부위로 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
현가장치(330)는 조향장치(320)와 너클(310) 사이에 마련되어 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 각종 진동과 소음을 감쇠시키도록 마련된다. 이를 위해, 현가장치(330)는 포크바디(326)와 브래킷(312) 사이에 마련되는 댐퍼(331)를 포함하여 마련될 수 있다.
댐퍼(331)는 일단이 포크바디(326)에 지지되고, 타단이 너클(310)의 브래킷(312)에 지지될 수 있다. 구체적으로, 댐퍼(331)는 하단이 브래킷(312)에 지지되는 본체(332)와, 적어도 일부가 본체(332)의 내측으로 인입 가능하게 마련되고 상단이 포크바디(326)에 지지되는 피스톤로드(333)와, 본체(332)와 피스톤로드(333)를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링(334)을 포함할 수 있다.
본체(332)와 피스톤로드(333)는 유압실린더 구조로 마련됨으로써 휠(10)에 가해지는 충격과 하중을 액압에 의해 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 본체(332)의 하단은 너클(310)의 브래킷(312)에 함몰 형성되는 수용부에 삽입 및 지지되고, 피스톤로드(333)의 상단은 포크바디(326)에 지지됨으로써, 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 진동 및 충격을 본체(332)와 피스톤로드(333)가 상하 방향으로 신축 작동하여 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한 본체(332)와 피스톤로드(333)는 조향장치(320)의 작동 시 포크바디(326) 및 너클(310)과 함께 회전함으로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격과 진동을 안정적으로 흡수할 수 있다.
스프링(334)은 본체(332)와 피스톤로드(333)를 서로 탄성적으로 지지할 수 있다. 스프링(334)은 코일 형태로 마련되되 피스톤로드(333)의 외측에 배치될 수 있으며, 스프링(334)의 일단은 본체(332)에 고정 설치되는 제1 지지대(335)에 밀착 및 지지되고, 스프링(334)의 타단은 포크바디(326) 또는 피스톤로드(333)에 고정 설치되는 제2 지지대(336)에 밀착 및 지지될 수 있다. 제1 및 제2 지지대(335, 336)는 스프링(334)과 접하는 부위가 만곡 형성됨으로써, 스프링(334)의 이탈을 방지하고 스프링(334)을 안정적으로 안착 및 지지할 수 있다.
제1 및 제2 보강구조체(350, 360)는 휠(10)에 가해지는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 구조 안정성을 도모함과 동시에, 설치공간의 확대를 억제하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다. 제1 보강구조체(350)는 포크(325)와 차체(S) 사이에 마련될 수 있으며, 제2 보강구조체(360)는 너클(310)과 포크(325) 사이에 마련될 수 있다.
제1 보강구조체(350)는 차체(S)에 지지되고 포크(325)의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일(351)과, 포크(325)와 보강레일(351) 사이에 개재되되 포크(325)와 함께 보강레일(351)을 따라 이동 가능하게 마련되는 보강부재를 포함할 수 있다.
보강레일(351)은 포크(325)의 회전 경로를 따라 연장 형성되거나, 또는 휠(10)의 조향축을 중심으로 원호 형상으로 형성되어 차체(S)에 고정 설치될 수 있다. 보강레일(351)은 적어도 하나의 지지암(355)을 통해 차체(S)에 고정될 수 있으며, 이를 위해 지지암(355)은 일단이 보강레일(351)에 연결 및 고정되고, 타단이 차체(S)에 연결 및 고정될 수 있다. 보강레일(351)은 조향장치(320)를 비롯한 현가장치(330) 및 휠(10) 등의 부품요소들의 강성을 보완하면서도 휠(10)로부터 전달되는 하중을 안정적으로 감당할 수 있도록 스틸(steel) 등 충분한 강성을 가진 재질로 마련될 수 있다.
보강부재는 포크(325)에 마련되되, 보강레일(351)에 접촉 및 지지된 상태로 보강레일(351)을 따라 이동 가능하게 마련될 수 있다. 보강부재는 내측으로 보강레일(351)이 통과하도록 관통 형성된 지지홀(353)을 구비하는 원통 형상의 보강링(352)으로 마련될 수 있으며, 보강링(352)은 포크바디(326)의 내측단(도 11 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결 및 결합될 수 있다. 포크바디(326)에 대한 보강링(352)의 힌지축(352a)은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치될 수 있다. 이를 통해 현가장치(330)의 동작에 따라 포크바디(326)에 상하방향의 비세한 변위가 발생하는 경우에도 포크바디(326)와 보강링(352) 간 상대적 변위 또는 회전을 통해 보강링(352)을 매개로 한 포크바디(326)와 보강레일(351) 간 연결 및 접촉이 안정적으로 유지될 수 있다.
보강링(352)에 관통 형성되는 지지홀(353)은 보강레일(351)의 연장 방향과 나란한 방향으로 마련될 수 있으며, 지지홀(353)의 일측에는 보강레일(351)을 차체(S)에 지지하는 지지암(355)이 통과하는 슬릿(354)이 개방 형성될 수 있다. 도 10 내지 도 13에서는 지지암(355)이 보강레일(351)의 측부에 설치되고 슬릿(354) 역시 보강링(352)의 측부에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 차량의 종류 또는 차체(S)의 형태에 따라 지지암(355)과 슬릿(354)의 형성 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
이처럼, 보강레일(351)이 포크(325)의 회전 경로 또는 조향축을 중심으로 하는 곡선의 형태로 연장 형성되고, 보강링(352)을 매개로 포크(325)가 보강레일(351)에 지지된 상태에서 회전함에 따라, 휠(10)의 조향을 안정적으로 수행함과 동시에 포크(325)에 가해지는 부하와 하중을 제1 보강구조체(350)가 흡수 및 분산시켜줌으로써 휠 모듈(300)의 구조 안정성이 향상될 수 있다. 아울러, 보강링(352)이 포크(325)에 회전 가능하게 연결된 상태로 포크(325)와 함께 회전함으로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 포크(325)로 전달되는 부하와 하중을 감당할 수 있게 되어 휠 모듈(300)의 작동 신뢰성을 도모할 수 있다.
제2 보강구조체(360)는 너클(310)의 브래킷(312)과 포크링크(327) 사이에 개재되어 너클(310)과 포크(325)를 연결하되, 너클(310)과 포크(325)의 상대적인 변위를 허용할 수 있다. 구체적으로, 제2 보강구조체(360)는 일단이 너클(310)의 브래킷(312)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(327)의 하단부에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 제2 보강구조체(360)의 양단 회전축은 앞서 설명한 바와 같이, 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치될 수 있다.
제2 보강구조체(360)는 한 쌍이 마련되어 브래킷(312)과 포크링크(327)의 측면부에 각각 연결될 수 있다. 즉, 한 쌍의 제2 보강구조체(360)는 일단이 브래킷(312)의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(327)의 측면에 회전 가능하게 각각 연결됨으로써, 댐퍼(331)의 압축에 의해 너클(310)과 포크(325)의 상대적 변위가 발생 시 한 쌍의 제2 보강구조체(360) 사이에 형성되는 공간을 통해 너클(310)과 댐퍼(331)가 통과되는 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼 제2 보강구조체(360)는 너클(310)과 포크(325)를 견고하게 연결하여 조향장치(320)로부터 제공되는 회전동력에 의해 너클(310)과 포크(325)가 일체로 회전동작함으로써 휠(10)의 안정적인 조향을 구현함과 동시에, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 하중을 포크(325)로 전달 및 분산시켜 하중의 집중을 방지할 수 있다. 아울러, 제2 보강구조체(360)가 너클(310)과 포크(325)에 각각 회전 가능하게 연결됨으로써, 너클(310)과 포크(325) 간 수직방향 또는 상하방향의 상대적 변위를 허용하고 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동과 충격을 댐퍼(331)로 전달함으로써, 차량의 승차감을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)에 대해 설명한다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)을 나타내는 도면으로서, 구체적으로 도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)을 나타내는 사시도이며, 도 15는 도 14의 B부분 확대도이다. 또한, 도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)을 나타내는 측면도이며, 도 17은 도 16의 C 부분을 확대 도시한 도면이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 제1 및 제3 실시 예에 의한 휠 모듈(100, 300)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
도 14 내지 도 17를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)은 차량의 휠(10) 내측에 설치되어 휠(10)의 회전력을 제공하는 구동장치, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동하는 제동장치, 휠(10)을 조향시키는 조향장치(420), 노면으로부터 휠(10)로 전달되는 진동 및 소음 등을 흡수 및 저감하는 현가장치(430), 휠(10)을 회전 가능하게 지지하는 너클(410), 포크(425)와 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(400)의 강성을 보완하는 제1 보강구조체(450), 너클(410)과 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(400)의 강성을 보완하는 제2 보강구조체(460)와, 너클(410)과 포크(425) 사이에 마련되어 휠 모듈(400)의 강성을 보완하는 제3 보강구조체(470)를 포함하여 마련된다.
이하에서 설명하는 차체(S)는 차량의 일 부분으로서 섀시, 차대 등 부품요소를 안정적으로 지지시킬 수 있는 다양한 고정물 또는 고정 부위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
휠(10)은 차량에 복수개가 설치될 수 있으며, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)은 복수의 휠(10)에 각각 마련될 수 있다. 휠(10)은 노면에 접하여 회전함으로써 차량의 동작을 발생시킬 수 있으며, 휠(10)은 외측 둘레 부분을 따라 타이어가 설치되는 림(11)과, 림(11)에 연결되어 림(11)과 함께 회전하며 휠(10)의 외관을 형성하는 적어도 하나의 스포크(12)를 포함할 수 있다. 림(11)과 스포크(12)에 의해 형성되는 내측의 장착부(15)에는 휠(10)에 회전력을 제공하여 차량을 주행시키는 구동장치와, 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량을 제동시키는 제동장치가 배치될 수 있다.
구동장치(490)는 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 구동장치는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동모터는 스포크(12)에 고정 설치되는 로터와, 로터에 고정 설치되며 자력을 구비하는 회전자와, 회전자와 대향하게 마련되며 자력을 구비하는 고정자 등을 포함할 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전과 차량의 동작을 발생시킬 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련되는 경우에도 동일하게 이해될 수 있다.
제동장치(미도시)는 구동장치와 마찬가지로 휠(10)의 장착부(15) 내측에 마련될 수 있으며, 휠(10)의 회전을 억제하여 차량의 제동을 수행할 수 있다. 제동장치는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하는 다양한 방식의 장치로 마련될 수 있다. 일 예로, 동력을 발생시키는 제동모터의 회전력을 선형 운동으로 변환시키는 너트 및 스핀들 구조에 의해 림(11)에 접근 및 이격함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수 있다. 그 외에도 제동모터의 동력에 의해 진퇴 이동하는 피스톤을 이용하여 가압매체에 액압을 발생시키고 이를 휠(10)에 마련되는 실린더로 전달함으로써 휠(10)의 회전속도를 조절할 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시 예에 의한 제동장치는 휠(10)의 내측에 배치되고 전원을 공급받아 휠(10)의 회전속도를 조절하여 차량의 제동을 수행할 수 있다면 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련될 수 있음은 물론이다.
구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나는 너클(410)에 회전 가능하게 지지 및 연결됨으로써 차체(S)에 지지될 수 있으며, 너클(410)은 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 너클(410)은 휠(10)을 후술하는 조향장치(420) 및 현가장치(430)에 연결하도록 마련됨으로써, 조향장치(420)의 작동을 휠(10)로 전달하여 휠(10)의 조향을 수행하거나, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 소음을 현가장치(430)로 전달하여 감쇠를 유도할 수 있다.
너클(410)은 구동장치 및 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브(411)와, 허브(411)의 내측단(도 16 기준 우측단)에 연장 형성되어 후술하는 조향장치(420) 및 현가장치(430)가 연결되는 브래킷(412)을 포함할 수 있다.
허브(411)는 외측단(도 16 기준 좌측단)이 구동장치 또는 제동장치를 매개로 휠(10)을 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 경량화를 도모하고 구조를 단순화하기 위해 링 형태로 마련되되 휠(10)의 회전축과 동축으로 배치될 수 있다. 허브(411)의 하단에는 후술하는 제2 보강구조체(460)의 제1 단부(461)가 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
브래킷(412)은 허브(411)의 내측단으로부터 일측으로 연장 또는 확장 형성될 수 있다. 브래킷(412)의 상측에는 후술하는 댐퍼(431)의 본체(432)가 인입되어 설치되는 수용부가 함몰 형성될 수 있으며, 후술하는 제3 보강구조체(470)의 일단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 브래킷(412)에 대한 제3 보강구조체(470)의 회전축은 휠(10)의 전후방향에 나란하게 배치될 수 있다. 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 진동 및 충격은 주로 상하방향으로 발생 및 전달되는 바, 브래킷(412)에 대한 제3 보강구조체(470)의 회전축을 휠(10)의 상하방향에 직교하는 전후방향을 따라 배치함으로써, 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(430)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 후술하는 제3 보강구조체(470)의 일단이 브래킷(412)에 연결됨에 따라 제3 보강구조체(470)가 너클(410)과 함께 회전 또는 변위될 수 있으며, 이로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(430)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제3 보강구조체(470)가 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 충격 및 진동을 후술하는 포크링크(427) 측으로 전달 및 분산시킴으로써 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
조향장치(420)는 너클(410)과 이에 연결되는 휠(10)을 회전시킴으로써 휠(10)을 조향하도록 마련된다.
도 18은 조향장치(420)에 의해 휠(10)이 조향되는 작동상태를 나타내는 사시도로서, 도 14 내지 도 18을 참조하면, 조향장치(420)는 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 제공하는 액츄에이터(421)와, 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)와 연결되어 회전 동작하는 포크(425)를 포함할 수 있으며, 포크(425)와 너클(410)은 후술하는 현가장치(430)와 제3 보강구조체(470)에 의해 연결됨으로써 일체로 회전 동작할 수 있다.
액츄에이터(421)는 차체(S)에 고정 설치되되, 출력샤프트(422)가 후술하는 포크바디(426)에 연결될 수 있다. 액츄에이터(421)는 배터리 등 전원장치로부터 전원을 공급받아 휠(10)의 조향을 위한 회전동력을 발생시킬 수 있다. 액츄에이터(421)는 전기 에너지에 의해 회전동력을 발생시키는 조향모터를 포함할 수 있으며, 출력샤프트(422)는 포크(425)와 일체로 동작하도록 연결 및 고정됨으로써, 조향모터의 회전동력을 포크(425)로 전달 및 출력하여 휠(10)의 조향을 발생시킬 수 있다.
액츄에이터(421)는 후술하는 포크바디(426)의 상측에 설치 및 배치될 수 있으며, 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)는 후술하는 포크바디(426)에 연결 및 고정되되 수직방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있다. 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)는 그 회전축(422a)이 후술하는 제2 보강구조체(460)의 제1 축(461a)과 동축으로 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
포크(425)는 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)와 연결 및 고정되어 회전 동작할 수 있다. 포크(425)는 휠(10)의 상측에서 수평방향을 따라 연장 형성되고 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)와 연결 및 고정되는 포크바디(426)와, 포크바디(426)의 내측단(도 16 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결되고 하향 연장 형성되는 포크링크(427)를 포함할 수 있다. 포크바디(426)가 휠(10)의 상측에 배치되고, 포크링크(427)가 휠(10)의 측부에 배치됨으로써, 액츄에이터(421)를 비롯한 현가장치(430) 등이 휠(10)에 인접한 상태로 운용 및 작동될 수 있다.
포크바디(426)는 휠(10)의 상측에 배치되고, 액츄에이터(421)가 설치될 수 있다. 구체적으로 포크바디(426)는 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)가 삽입 또는 고정됨으로써, 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422)와 일체로 회전할 수 있다. 이를 통해 액츄에이터(421)의 작동이 포크(425)와 현가장치(430)와 제3 보강구조체(470) 및 너클(410)의 회전을 발생시키고, 이로써 휠(10)의 조향 작동이 이루어질 수 있다. 포크바디(426)의 하면에는 후술하는 현가장치(430)의 댐퍼(431)가 연결 및 지지될 수 있으며, 후술하는 댐퍼(431)의 스프링(434) 타단을 지지하는 제1 지지대(435)가 고정 설치될 수 있다.
포크링크(427)는 포크바디(426)의 내측단(도 16 기준 우측단)에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 휠(10)의 회전축 또는 휠(10)의 후면(도 16 기준 우측면)에 대향하도록 하향 연장 형성될 수 있다. 포크바디(426)와 포크링크(427)는 액츄에이터(421)의 작동에 의해 일체로 회전하되, 휠(10)의 전후방향과 나란한 방향을 회전축으로 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이를 통해 후술하는 현가장치(430)에 의해 충격 및 진동 감쇠 시, 포크(425)에 가해지는 하중 및 부하를 안정적으로 흡수 및 감당할 수 있으며, 포크(425)의 유연한 동작이 가능해짐에 따라 현가장치(430)에 의한 충격 및 진동 감쇠성능이 향상될 수 있다.
포크바디(426)에는 후술하는 제1 보강구조체(450)의 보강레일(451)을 따라 이동 가능하게 마련되는 지지홈(452)이 함몰 형성될 수 있으며, 포크링크(427)의 하측에는 후술하는 제3 보강구조체(470)의 타단이 회전 가능하게 연결될 수 있다. 포크링크(427)에 대한 제3 보강구조체(470)의 회전축은 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치됨으로써, 도로의 방지턱 또는 손상된 노면 등으로부터 휠(10)에 가해지는 상하방향의 진동 및 충격을 현가장치(430)가 안정적으로 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 현가장치(430)가 너클(410) 및 포크(425)와 함께 회전 또는 변위됨에 따라 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 현가장치(430)가 안정적으로 개입 및 작동할 수 있다. 나아가, 제3 보강구조체(470)에 의해 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격 및 진동이 포크링크(427)로 전달 및 분산됨으로써 일 부위로 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
현가장치(430)는 조향장치(420)와 너클(410) 사이에 마련되어 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 각종 진동과 소음을 감쇠시키도록 마련된다. 이를 위해, 현가장치(430)는 포크바디(426)와 브래킷(412) 사이에 마련되는 댐퍼(431)를 포함하여 마련될 수 있다.
댐퍼(431)는 일단이 포크바디(426)에 지지되고, 타단이 너클(410)의 브래킷(412)에 지지될 수 있다. 구체적으로, 댐퍼(431)는 하단이 브래킷(412)에 지지되는 본체(432)와, 적어도 일부가 본체(432)의 내측으로 인입 가능하게 마련되고 상단이 포크바디(426)에 지지되는 피스톤로드(433)와, 본체(432)와 피스톤로드(433)를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링(434)을 포함할 수 있다.
본체(432)와 피스톤로드(433)는 유압실린더 구조로 마련됨으로써 휠(10)에 가해지는 충격과 하중을 액압에 의해 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한, 본체(432)의 하단은 너클(410)의 브래킷(412)에 함몰 형성되는 수용부에 삽입 및 지지되고, 피스톤로드(433)의 상단은 포크바디(426)에 지지됨으로써, 노면으로부터 휠(10)로 가해지는 진동 및 충격을 본체(432)와 피스톤로드(433)가 상하 방향으로 신축 작동하여 흡수 및 감쇠시킬 수 있다. 또한 본체(432)와 피스톤로드(433)는 조향장치(420)의 작동 시 포크바디(426) 및 너클(410)과 함께 회전함으로써 휠(10)이 어느 조향각도에 있더라도 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 충격과 진동을 안정적으로 흡수할 수 있다.
스프링(434)은 본체(432)와 피스톤로드(433)를 서로 탄성적으로 지지할 수 있다. 스프링(434)은 코일 형태로 마련되되 피스톤로드(433)의 외측에 배치될 수 있으며, 스프링(434)의 일단은 본체(432)에 고정 설치되는 제1 지지대(435)에 밀착 및 지지되고, 스프링(434)의 타단은 포크바디(426) 또는 피스톤로드(433)에 고정 설치되는 제2 지지대(436)에 밀착 및 지지될 수 있다. 제1 및 제2 지지대(435, 436)는 스프링(434)과 접하는 부위가 만곡 형성됨으로써, 스프링(434)의 이탈을 방지하고 스프링(434)을 안정적으로 안착 및 지지할 수 있다.
제1 내지 제3 보강구조체(450, 460, 470)는 휠(10)에 가해지는 다양한 방향의 하중에도 불구하고 구조 안정성을 도모함과 동시에, 설치공간의 확대를 억제하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다. 제1 보강구조체(450)는 포크(425)와 차체(S) 사이에 마련되고, 제2 보강구조체(460)는 너클(410)과 차체(S) 사이에 마련될 수 있으며, 제3 보강구조체(470)는 너클(410)과 포크(425) 사이에 마련될 수 있다.
제1 보강구조체(450)는 차체(S)에 지지되고 포크(425)의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일(451)과, 포크(425)에 함몰 형성되어 보강레일(451)의 적어도 일부분이 내측으로 삽입 및 지지된 상태로 포크(425)와 함께 보강레일(451)을 따라 이동 가능하게 마련되는 지지홈(452)을 포함할 수 있다.
보강레일(451)은 포크(425)의 회전 경로를 따라 연장 형성되거나, 또는 휠(10)의 조향축을 중심으로 원호 형상으로 형성되어 차체(S)에 고정 설치될 수 있다. 보강레일(451)은 적어도 하나의 지지암(455)을 통해 차체(S)에 고정될 수 있으며, 이를 위해 지지암(455)은 일단이 보강레일(451)에 연결 및 고정되고, 타단이 차체(S)에 연결 및 고정될 수 있다. 보강레일(451)은 조향장치(420)를 비롯한 현가장치(430) 및 휠(10) 등의 부품요소들의 강성을 보완하면서도 휠(10)로부터 전달되는 하중을 안정적으로 감당할 수 있도록 충분한 강성을 가진 재질로 마련될 수 있다.
지지홈(452)은 포크(425)에 함몰 형성되어 내측으로 보강레일(451)의 적어도 일부분이 삽입 및 지지된 상태로 보강레일(451)을 따라 이동 가능하게 마련될 수 있다. 지지홈(452)은 보강레일(451)의 단면 형상에 상응하는 형태로 포크바디(426)에 함몰 형성될 수 있으며, 보강레일(451)의 연장 방향과 나란한 방향으로 마련될 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 지지홈(452)이 포크바디(426)에 함몰 형성됨에 있어서, 보강레일(451)과의 접촉면 및 지지면을 확대하도록 보강레일(451)의 둘레를 모두 둘러싸도록 마련되는 경우 지지홈(452)의 일측에는 보강레일(451)을 차체(S)에 지지하는 지지암(455)이 통과하는 슬릿(미도시)이 개방 형성될 수 있다.
도 15 내지 도 17에서는 보강레일(451)이 차체(S) 상 포크바디(426)의 상측 부위에 마련되고, 이에 대향하도록 지지홈(452)이 포크바디(426)의 상면에 함몰 형성된 것으로 도시되어 있으나, 포크(425)에 가해지는 부하와 하중을 흡수 및 분산시킬 수 있다면 보강레일(451)과 지지홈(452)은 다양한 위치에 형성될 수 있다. 일 예로, 도 19은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 휠 모듈(400)의 변형된 실시 예를 나타내는 측면도로서, 도 19를 참조하면, 보강레일(451)이 차체(S) 상 포크바디(426)의 내측 부위에 마련되고, 지지홈(452)이 보강레일(451)에 대향하도록 포크바디(426)의 내측단에 함몰 형성되어 포크(425)에 가해지는 부하와 하중을 흡수 및 분산시킬 수도 있다.
이처럼, 보강레일(451)이 포크(425)의 회전 경로 또는 조향축을 중심으로 하는 곡선의 형태로 연장 형성되고, 지지홈(452)을 매개로 포크(425)가 보강레일(451)에 접촉 및 지지된 상태에서 회전함에 따라, 휠(10)의 조향을 안정적으로 수행함과 동시에 포크(425)에 가해지는 부하와 하중을 제1 보강구조체(450)가 흡수 및 분산시켜줌으로써 휠 모듈(400)의 구조 안정성이 향상될 수 있다.
제2 보강구조체(460)는 너클(410)과 차체(S) 사이에 마련되어 휠 모듈(400)의 구조 안정성을 도모함과 동시에, 설치공간의 확대를 억제하여 차량의 공간 활용성을 향상시키도록 마련된다.
제2 보강구조체(460)는 너클(410)에 회전 가능하게 연결되는 제1 단부(461)와, 차체(S)에 회전 가능하게 연결되는 제2 및 제3 단부(462, 463)와, 제1 단부(461)와 제2 단부(462)를 서로 연결하는 제1 프레임(464)과, 제1 단부(461)와 제3 단부(463)를 서로 연결하는 제2 프레임(465)과, 제1 프레임(464)과 제2 프레임(465) 사이에 마련되어 강성을 보강하는 지지프레임(466)을 포함하여 마련될 수 있다.
제1 단부(461)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제1 축(461a)을 따라 너클(410)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 단부(461)는 휠 모듈(400)의 대형화를 억제하도록 너클(410)의 허브(411) 하단에 연결될 수 있으며, 제1 축(461a)은 조향장치(420)의 출력샤프트(422) 회전축(422a)과 동축으로 마련될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(421)의 출력샤프트(422) 회전축(422a)과 제1 단부(461)의 제1 축(461a)이 서로 일치하게 동축으로 마련됨에 따라, 출력샤프트(422)의 회전축(422a)과 제1 단부(461)의 제1 축(461a)이 함께 조향장치(420)의 킹핀(King pin)을 이룰 수 있다. 이로써 조향장치(420)의 작동 시 휠(10)의 조향을 안정적으로 수행함과 동시에, 조향 시 포크(425)와 너클(410)에 가해지는 부하 중 일부를 제2 보강구조체(460)의 제1 단부(461)가 흡수 및 분산시켜줌으로써 휠 모듈(400)의 구조 안정성이 향상될 수 있다.
제2 단부(462)는 차체(S)의 길이 방향과 나란하게 배치되는 제2 축(462a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제2 단부(462)는 제1 프레임(464)에 의해 제1 단부(461)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제1 프레임(464)의 일단에는 제1 단부(461)가 구비되고, 타단에는 제2 단부(462)가 구비될 수 있다. 제2 단부(462)는 차체(S)의 길이 방향과 나란한 제2 축(462a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제2 축(462a)에 직교하는 횡방향 하중, 다시 말해 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 차체(S)의 폭 방향으로 가해지는 하중을 감당할 수 있다. 제1 프레임(464)은 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 횡방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 폭 방향과 나란한 방향 또는 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
제3 단부(463)는 수직방향 또는 상하방향과 나란하게 배치되는 제3 축(463a)을 따라 차체(S)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제3 단부(463)는 제2 프레임(465)에 의해 제1 단부(461)와 연결될 수 있으며, 이를 위해 제2 프레임(465)의 일단에는 제1 단부(461)가 구비되고, 타단에는 제3 단부(463)가 구비될 수 있다. 제3 단부(463)는 차체(S) 상 수직방향 또는 상하방향과 나란한 제3 축(463a)을 따라 회전 가능하게 차체(S)에 연결 및 지지됨으로써, 제3 축(463a)에 직교하는 종방향 하중, 다시 말해 차체(S)의 길이 방향으로 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 하중을 감당할 수 있다.
한편, 일반적으로 차량은 후진 주행 보다 전진 주행의 횟수 및 시간이 상대적으로 많고, 전진 주행 시 차량의 속도가 높아 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 하중이 더 크다. 즉, 차량 전진 주행 시, 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 종방향 하중은 주로 차체(S)의 후방으로 가해지게 된다. 이에 제3 단부(463)는 차체(S) 상 제2 단부(462)보다 후방에 배치될 수 있다. 아울러, 제2 프레임(465)은 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 후방을 향하는 종방향 하중을 보다 안정적으로 감당할 수 있도록 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 수 있으며, 이로써 제2 프레임(465)은 제1 프레임(464)에 대해 일정 각도를 두고 배치될 수 있다.
이처럼 제2 보강구조체(460)의 제2 단부(462)와 제3 단부(463)가 차체(S)에 회전 가능하게 각각 연결되되, 제2 단부(462)의 회전축(제2 축)과 제3 단부(463)의 회전축(제3 축)이 서로 직교하게 배치됨으로써 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 흡수 및 분산시킬 수 있으므로 휠 모듈(400)의 구조 안정성과 각종 장치의 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
제2 보강구조체(460)의 제2 단부(462)와 제3 단부(463)는 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 하중이 가해지는 경우, 일 부위로 하중이 집중되지 않도록 차체(S) 상 같은 높이에 배치 및 연결될 수 있다. 또는 제2 보강구조체(460)의 제2 단부(462)와 제3 단부(463)는 일 부위에 하중이 집중되는 것을 방지하고, 하중을 차체(S) 측으로 고르게 전달 및 분산시킬 수 있도록 차체(S)의 길이 방향을 기준으로 같은 위상에 배치될 수도 있다. 이로써, 차량의 주행 또는 휠(10)의 조향 시 다양한 방향에서 가해지는 하중에도 불구하고, 제2 보강구조체(460)의 일 지점으로 하중이 집중되는 것을 방지하여 제2 보강구조체(460) 및 휠 모듈(400)의 구조 안정성을 도모할 수 있으며, 제2 보강구조체(460)의 제2 및 제3 단부(462, 463)를 거쳐 차체(S)에 가해지는 하중이 집중되는 것도 함께 방지하여 차체(S)의 구조 안정성 및 차량의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제2 보강구조체(460)는 제1 프레임(464)과 제2 프레임(465) 사이에 지지프레임(466)을 마련함으로써, 강성을 더욱 보강할 수 있다. 지지프레임(466)은 일단이 제1 프레임(464)에 연결되고, 타단이 제2 프레임(465)에 연결될 수 있으며, 다양한 방향에서 가해지는 하중을 수월하게 분산시킬 수 있도록 지지프레임(466)의 연장 방향은 제1 및 제2 프레임(464, 465)의 연장 방향과 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 프레임(464)이 차체(S)의 폭 방향에 상응하는 방향을 따라 연장되고 제2 프레임(465)의 차체(S)의 후방을 향해 경사지게 연장 형성될 경우, 지지프레임(466)은 차체(S)의 길이 방향을 따라 연장 형성됨으로써, 제1 및 제2 프레임(464, 465)과 지지프레임(466)이 서로 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 이를 통해 휠(10) 또는 휠 모듈(400)에 가해지는 다양한 방향의 하중을 안정적으로 감당하면서도 이를 주변 부재로 전달 및 분산시킬 수 있다.
제3 보강구조체(470)는 너클(410)의 브래킷(412)과 포크링크(427) 사이에 개재되어 너클(410)과 포크(425)를 연결하되, 너클(410)과 포크(425)의 상대적인 변위를 허용할 수 있다. 구체적으로, 제3 보강구조체(470)는 일단이 너클(410)의 브래킷(412)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(427)의 하단부에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 제3 보강구조체(470)의 양단 회전축은 앞서 설명한 바와 같이, 휠(10)의 전후방향과 나란하게 배치될 수 있다.
제3 보강구조체(470)는 한 쌍이 마련되어 브래킷(412)과 포크링크(427)의 측면부에 각각 연결될 수 있다. 즉, 한 쌍의 제3 보강구조체(470)는 일단이 브래킷(412)의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 포크링크(427)의 측면에 회전 가능하게 각각 연결됨으로써, 댐퍼(431)의 압축에 의해 너클(410)과 포크(425)의 상대적 변위가 발생 시 한 쌍의 제3 보강구조체(470) 사이에 형성되는 공간을 통해 너클(410)과 댐퍼(431)가 통과되는 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼 제3 보강구조체(470)는 너클(410)과 포크(425)를 견고하게 연결하여 조향장치(420)로부터 제공되는 회전동력에 의해 너클(410)과 포크(425)가 일체로 회전동작함으로써 휠(10)의 안정적인 조향을 구현함과 동시에, 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 하중을 포크(425)로 전달 및 분산시켜 하중의 집중을 방지할 수 있다. 아울러, 제3 보강구조체(470)가 너클(410)과 포크(425)에 각각 회전 가능하게 연결됨으로써, 너클(410)과 포크(425) 간 수직방향 또는 상하방향의 상대적 변위를 허용하고 노면으로부터 휠(10)에 가해지는 진동과 충격을 댐퍼(431)로 전달함으로써, 차량의 승차감을 향상시킬 수 있다.
100, 200, 300, 400: 휠 모듈
110, 210, 310, 410: 너클 120, 220, 320, 420: 조향장치
121, 221, 321, 421: 액츄에이터 122, 222, 322, 422: 출력샤프트
122a, 222a, 422a: 회전축 125, 225, 325, 425: 포크
226, 326, 426: 포크바디 227, 327, 427: 포크링크
130, 230, 33, 430: 현가장치 131, 231, 331, 431: 댐퍼
138: 어퍼암 139: 로워암
150, 250, 260, 350, 360, 450, 460, 470: 보강구조체
151, 251, 461: 제1 단부 151a, 251a, 461a: 제1 축 152, 252, 462: 제2 단부 152a, 252a, 462a: 제2 축 153, 253, 463: 제3 단부 153a, 253a, 463a: 제3 축 154, 254, 464: 제1 프레임 155, 255, 465: 제2 프레임 156, 256, 466: 지지프레임 351, 451: 보강레일
352: 보강링 352a: 힌지축
353: 지지홀 354: 슬릿
355, 455: 지지암 452: 지지홈

Claims (20)

  1. 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클;
    상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치;
    상기 포크와 상기 너클 사이에 마련되는 현가장치;
    상기 포크와 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및
    상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고,
    상기 포크는
    상기 휠의 상측에서 수평방향으로 연장 형성되고, 상기 출력샤프트와 고정 및 연결되되, 상기 현가장치가 지지되는 포크바디와,
    상기 포크바디에 회전 가능하게 연결되고, 하향 연장 형성되는 포크링크를 포함하며,
    상기 제2 보강구조체는
    일단이 상기 너클에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결되는 휠 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강구조체는
    상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과,
    상기 포크에 마련되되 상기 보강레일에 접촉 및 지지 가능하게 마련되고, 상기 보강레일을 따라 이동 가능하게 마련되는 보강링을 포함하는 휠 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보강링은
    내측으로 상기 보강레일이 통과하도록 관통 형성되는 지지홀을 포함하는 휠 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보강구조체는
    일단이 상기 보강레일에 연결되고 타단이 상기 차체에 연결되어, 상기 보강레일을 상기 차체에 고정시키는 적어도 하나의 지지암을 더 포함하는 휠 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보강링은
    상기 지지암이 통과하도록 상기 지지홀의 일측에 개방 형성되는 슬릿을 더 포함하는 휠 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 보강링은
    상기 포크바디에 지지되는 휠 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 보강링은
    상기 포크바디에 회전 가능하게 연결 및 지지되는 휠 모듈.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 휠의 내측에 설치되어 상기 휠의 회전력을 제공하는 구동장치; 및
    상기 휠의 회전 속도를 조절하는 제동장치를 더 포함하는 휠 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 너클은
    상기 구동장치 및 상기 제동장치 중 적어도 어느 하나에 연결되는 허브와,
    상기 허브의 내측단에 연장 또는 확장 형성되는 브래킷을 포함하는 휠 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 현가장치는
    일단이 상기 포크바디에 지지되고, 타단이 상기 브래킷에 지지되는 댐퍼를 포함하는 휠 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 댐퍼는
    하단이 상기 브래킷에 지지되는 본체와,
    적어도 일부분이 상기 본체의 내부로 인입 가능하게 마련되고, 상단이 상기 포크바디에 지지되는 피스톤로드와,
    상기 피스톤로드의 외측에 배치되되, 상기 본체와 상기 피스톤로드를 서로 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하는 휠 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 보강구조체의 일단은
    상기 브래킷에 연결되는 휠 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 보강구조체는
    일단이 상기 브래킷의 측면에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크의 하단부 측면에 회전 가능하게 연결되는 휠 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 보강구조체는
    일단이 상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 브래킷에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결되는 휠 모듈.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 댐퍼는
    상기 본체에 고정 설치되어 상기 스프링의 일단을 지지하는 제1 지지대와, 상기 포크바디 또는 상기 피스톤로드에 고정 설치되어 상기 스프링의 타단을 지지하는 제2 지지대를 더 포함하는 휠 모듈.
  18. 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클;
    상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치;
    상기 포크와 상기 너클 사이에 마련되는 현가장치;
    상기 포크와 상기 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및
    상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고,
    상기 포크는
    상기 휠의 상측에서 수평방향으로 연장 형성되고, 상기 출력샤프트와 고정 및 연결되되, 상기 현가장치가 지지되는 포크바디와,
    상기 포크바디에 회전 가능하게 연결되고, 하향 연장 형성되는 포크링크를 포함하며,
    상기 제1 보강구조체는
    상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과,
    상기 휠의 전후방향과 나란한 방향을 축으로 상기 포크바디에 회전 가능하게 지지되고, 상기 보강레일에 접촉 및 이를 따라 이동 가능하게 마련되는 보강링을 포함하고,
    상기 제2 보강구조체는
    일단이 상기 너클에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결되는 휠 모듈.
  19. 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클;
    상기 휠을 조향하는 동력을 제공하는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 출력샤프트와 연결되어 회전 동작하는 포크를 구비하는 조향장치;
    상기 포크와 상기 너클 사이에 마련되는 현가장치;
    상기 포크와 상기 차체 사이에 마련되는 제1 보강구조체; 및
    상기 너클과 상기 포크 사이에 마련되는 제2 보강구조체를 포함하고,
    상기 포크는
    상기 휠의 상측에서 수평방향으로 연장 형성되고, 상기 출력샤프트와 고정 및 연결되되, 현가장치가 지지되는 포크바디와,
    상기 포크바디에 회전 가능하게 연결되고, 하향 연장 형성되는 포크링크를 포함하며,
    상기 제1 보강구조체는
    상기 차체에 지지되고, 상기 포크의 회전 경로를 따라 연장 형성되는 보강레일과,
    상기 포크바디가 상기 보강레일에 접촉 및 지지된 상태로 회전하도록 상기 포크바디와 상기 보강레일 사이에 개재되는 보강부재를 포함하고,
    상기 제2 보강구조체는
    일단이 상기 너클에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 상기 포크링크에 회전 가능하게 연결되는 휠 모듈.
  20. 각각의 휠을 개별적으로 구동 및 제어하는 휠 모듈을 포함하는 차량에 있어서,
    제1항 내지 제7항, 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 의한 상기 휠 모듈을 포함하는 차량.
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CN116238276A (zh) * 2023-03-15 2023-06-09 艾德斯汽车电机无锡有限公司 一种装有轮毂电机汽车的摆臂总成布置结构
KR102660410B1 (ko) * 2023-04-10 2024-04-24 에이치엘만도 주식회사 차량용 휠 모듈
KR102653923B1 (ko) * 2023-08-30 2024-04-03 에이치엘만도 주식회사 휠 모듈 및 이를 구비하는 자동차

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0558127A (ja) * 1991-08-29 1993-03-09 Toyota Motor Corp 操舵輪用サスペンシヨン装置
US6206132B1 (en) * 1999-06-02 2001-03-27 Trw Inc. Vehicle electric steering apparatus
KR101382701B1 (ko) * 2008-10-07 2014-04-08 현대자동차주식회사 조향 링키지
CN106541986A (zh) * 2016-11-08 2017-03-29 同济大学 一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向***
JP2020111270A (ja) * 2019-01-16 2020-07-27 トヨタ自動車株式会社 転舵装置、および、それを備えた車両用車輪配設モジュール
CN211195750U (zh) * 2019-10-18 2020-08-07 吉林大学 一种分布式驱动电动汽车轮边集成***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110949498B (zh) * 2019-11-22 2021-08-03 江苏大学 一种电动汽车和集成转向与悬架的轮毂结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0558127A (ja) * 1991-08-29 1993-03-09 Toyota Motor Corp 操舵輪用サスペンシヨン装置
US6206132B1 (en) * 1999-06-02 2001-03-27 Trw Inc. Vehicle electric steering apparatus
KR101382701B1 (ko) * 2008-10-07 2014-04-08 현대자동차주식회사 조향 링키지
CN106541986A (zh) * 2016-11-08 2017-03-29 同济大学 一种双曲柄传动麦弗逊悬架线控独立转向***
JP2020111270A (ja) * 2019-01-16 2020-07-27 トヨタ自動車株式会社 転舵装置、および、それを備えた車両用車輪配設モジュール
CN211195750U (zh) * 2019-10-18 2020-08-07 吉林大学 一种分布式驱动电动汽车轮边集成***

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