KR20010013819A - 자동차용 서스펜션 구조물 - Google Patents

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KR20010013819A
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패트릭 파스칼 라브
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패트릭 파스칼 라브
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Abstract

본 발명은 특히 자동차를 위한 차량용 탄성 서스펜션 구조물에 관한 것이다. 서스펜션 구조물은 차량의 길이방향 축선을 수용하는 수직방향 평면에 대하여 대칭이며 주로 수직방향으로 플렉시블하며 차량의 길이방향 축선을 수용하는 수직방향 평면에 대한 수평방향으로는 보다 낮은 정도로 플렉시블하다. 서스펜션 구조물은 하나의 단부에서 병합하여 결합되는 적어도 3개의 플렉시블한 아암을 포함하고 있다. 구조물의 수직방향으로 내밀어진 표면 영역은 인접한 아암들의 자유단부를 이음하는 다각형 내에 내접되어 있으며, 각각의 단부는 직접 또는 간접적으로 휠 지지부와 연결되어 있다. 각각의 아암은 다른 아암들과 연결되어 있는 단부와 휠 지지부에 연결되어 있는 단부 사이에서 이방성 스티프니스를 가진 플렉시블한 연결부에 의해 차량의 탑승객실로 연결되어 있으며, 플렉시블한 연결부는 각각의 아암에 대해 연결부의 위치에 있는 아암에 수직인 수평면에 인접한 축선에 대한 회전 움직임의 자유도를 제공하고 각각의 다른 5개의 축선 특히, 이음부 축선을 따르는 직선 운동 및 직교 축선들에 대한 회전에 대해서는 보다 낮은 움직임의 자유도를 제공하고 있다.

Description

자동차용 서스펜션 구조물{SUSPENSION STRUCTURE IN PARTICULAR FOR MOTOR VEHICLE}
당해분야에 잘 공지된 기술은 가이드 및 스티프니스(stiffness)를 제공하기 위하여 별도의 수단을 사용하고 있다: 이러한 기술은, 기능이 차량의 공중에 떠있는 부분에 대한 상대적인 각각의 휠의 움직임을 유도하는 것인 부품(삼각대, 트레일 암, 등) 그리고 기능이 에너지를 저장 및 재저장하는 것인 스프링을 구성하는 탄성 부재(코일 스프링, 토션바 등)를 사용하고 있다.
상기 기술의 결점은 고가의 조립 비용을 의미하는 다수의 구성 부품의 사용이다.
차량의 탑승자를 위한 양호한 수준의 안락성을 얻기 위해서는, 인간의 보행의 고유 진동수와 관련된 헌팅보다는 주어진 횡단방향 가속에 대한 최소 롤 각을 얻도록 롤(특히 높은 롤 관성을 가지고 있는 다목적 차량(MPV)에 대해서)에 있어서 휠에서의 스티프니스를 필수적으로 요하고 있다.
종래의 해결방법은 각각의 차축에 앤티-롤 바를 추가하는 것이었다.
이러한 방법은 구성요소의 개수를 증가시킨다는 점 이외에, 도로 장애물을 넘어 가기 위하여 하중이 단독적으로 가해지는 휠에서 스티프니스를 증가시킨다.
차량의 구조물로 전달되는 힘은 배증하며 탑승객에게 가해지는 가속의 변화는 결과적으로 더 높아서 안락성을 저하시킨다.
또한, 이러한 추가적인 스티프니스는 주어진 감속에 대한 브레이크 각을 제한하는데 이로울 피치(pitch)에 있어서 작동하지 않는다.
따라서, 상기 종래기술의 해결방법은 만족스럽지 못하다.
제한된 서스펜션 움직임으로 차량의 탑승객에 대한 안락성의 양호한 수준을 성취하는 것은 가변 스티프니스를 요하고 있다: 정적인 평형상태에 있을 때는 낮고 이런 상태에서 벗어날 때 압축과 팽창에 있어서 높은 스티프니스.
이러한 방법으로, 정적 평형 위치에 대한 휠의 위치에 있어서의 작은 변동은 가속의 작은 변화를 유도하며, 이것은 안락성에 기여한다.
반면에, 결과하는 작용력으로 하여금 차량의 이동 궤적을 충분히 조절하도록 하기 위하여 큰 도로장애물에 대해서는 높은 스티프니스가 요구되어서, 도로장애물을 만족스럽게 넘어 가기 위한 조건을 만들어낸다.
특허 FR 2 563 301(버튼)호는 2개의 단부 사이에 있는 횡단방향 탄성 리이프 스프링으로 만들어져 있고 롤 운동에 대해서는 반응하지 않는 장치를 제안하고 있다. 하지만, 이것은 헌팅에서의 경우와 비교하여, 단독적으로 하중이 작용하는 휠에서의 스티프니스를 2배로 증가시켜서 "범프(덜거덕거림)"의 강도를 증가시키며, 이것은 안락함을 저하시킨다.
이러한 악성 효과를 제한하기 위한 방법 중 하나는 헌팅에 있어서의 장치의 스티프니스를 줄이고 그리고 리이프 스프링을 프리스트레싱 처리하여서 결과하는 높은 정적 디플렉션을 보상하는 것이다.
차량 조립 라인에서 조립 시간을 증가시킬 이러한 프리스트레싱 처리를 제공하지 않기 위해서, 특허 FR 2 600 016(버튼)호는 프리스트레싱 처리된 리이프 스프링을 서브프레임 내에 설치하여서 차후 차량내로 조립하는 것을 설명하고 있다. 하지만, 이러한 해결방법은 다수의 구성요소를 갖는 다는 결점이 있다.
강성 단부를 갖춘 리이프 스프링의 사용에 기반한 특허 FR 2 624 446(버튼)호에 구성요소의 개수를 줄이고 점진적 스티프니스의 법칙을 사용하여 상기된 악성 효과를 제거하는 방법을 설명하고 있다. 하지만, 이러한 해결방법은 리이프 스프링의 각각의 단부에 섬세한 상호배열식 장착이 요구되는 것에 의해 효과가 상쇄된다.
더하여, 상기된 바 이외에, 가로놓인 리이프 스프링을 사용하는 해결책은 엔진이 구동하는 차축의 휠 사이에서 엔진의 장착을 방해한다는 결점을 가지고 있다. 이러한 구성 방법은, 안락함을 저해하는 피치에 있어서의 관성모멘트 증가를 유발하게 되는 캔티레버식으로 엔진을 장착하거나 탑승객실 쪽으로 이동되어 장착하는 것을 요구하는데, 이것은 또한 사용가능한 차량의 내부 공간을 줄이고 정면 충돌시 매우 위험하다.
차량에 대하여 휠이 움직일 때, 종래의 서스펜션 구조물은 비틀림과 굽힘에 있어서의 높은 구조적 강성을 요구하는 전방 및 후방에서의 높은 작용력을 유발한다.
이것은 이러한 부품들의 질량을 줄이는 것의 가능성을 제한하므로, 동적 거동, 안전성 및 동력 소비를 불리하게 한다.
당해 분야에 잘 공지된 바와 같이 변형 가능한 경량 재료의 사용에 대한 충돌 안전장치를 일부 믿을 수 있기 때문에, 차량의 전방 및 후방 단부의 간소화는 적절한 것이며 이것은 차량의 중량 감소에 유리하다.
또한 이것은 차량의 크기에 대하여 전체적인 감소가 수행될 수 있어서, 역시 질량 감소를 결과한다.
종래 기술의 앤티-롤 장치(예컨대 앤티-롤 바)는 노면과 접한 점들이 구획형성하는 사변형의 비틀림에 대하여 스티프니스를 유발하여서 노면 유지 성능을 저해한다.
특허 FR 2 640 205(르노우)호는, 차량의 구조물에 대한 비틀림 및 굽힘 응력을 제한하는 것을 목적으로 노면과 접하는 점들이 구획형성하는 사변형의 비틀림이 노면 하중으로부터 독립되는 등압식 서스펜션을 제공하고 있다.
하지만, 차축의 축선 상에 있는 리이프 스프링이 엔진의 위치결정을 방해한다는 점이외에, 이러한 해결책은 다수의 구성요소와 연결부를 요구하고 있다.
더하여, 제안된 해결책에서 언급하는 바에 의해 더욱 명확한 바와 같이, 차량의 이동 궤적은 차량의 공중에 떠있는 부분에 대한 휠의 어떠한 움직임에 의해서도 조절되지 않는다. 따라서, 이러한 상대적인 움직임은, 서스펜션의 기하학적 형상에 의해 허용되는 최대 값에 쉽게 도달할 수 있어서 결과적으로 범핑을 생성한다.
이러한 범핑은 안락성에 불리하게 작용할 것이며, 차량의 구조에 심한 응력을 가할 것이며, 이것은 의도된 목적에 적합하지 않다.
최종적으로, 주어진 속도에서 매우 가파른 도로 장애물(예컨대 인도변)을 넘어 가는데에서 발생하는 극한 작용력을 제한하기 위하여 서스펜션은 길이방향으로 탄력성을 갖추고 있는 것 또한 요구된다.
종래의 탄성 지지부 및 피벗부는 수락될 수 있는 기하학적 형상을 유지하기 위하여 공지된 기술의 구조물에 대해 제한된 굽힘 가능성만 부여할 수 있다.
FR-A-2 552 718호에 설명된 피포네(Piponet) 서스펜션 구조물은 2개의 길이방향 리이프 스프링과 2개의 횡단방향 리이프 스프링을 포함하고 있는 플렉시블한 프레임의 수단으로 4개의 휠을 연결하고 있으며, 바로 이러한 것 때문에 효과적이다.
하지만, 이러한 구조물은 차축의 휠 사이에 엔진을 위치결정시키는 것을 방해하며 헌팅에서보다 롤에서 더 낮은 스티프니스를 가지고 있다는 결점을 가지고 있다.
최종적으로, 서스펜션은 노면상에서 구르고 있는 타이어로 인한 진동을 최대한 제거해야 한다.
종래 기술의 구조물은 서스펜션을 서브프레임을 통하여 플렉시블한 연결부의 2개 스테이지에 의해 차량 구조물에 연결하는데, 이것은 최종 조립체의 스티프니스에 대한 이방성에 기여하지 않는다.
본 발명은 특히 자동차를 위한 서스펜션에 관한 것이며, 보다 상세하게는 4륜 자동차를 위한 것이나 이에 한정되어 있지는 않다.
도 1은 도 2의 선 B2-B2를 따라 차량의 윤곽선에 대하여 취한 본 발명에 따르는 서스펜션 구조물의 횡단면도;
도 2는 도 1의 선 A1-A1을 따라 취한 평면도;
도 3은 휠이 도로 장애물을 넘어갈 때의 본 발명에 따르는 서스펜션 구조물에 대한 도면;
도 4는 동일한 상황에 대한 평면도;
도 5는 주어진 속도로 휠이 인도변을 지나갈 때 도 6의 선 B6-B6을 따라 취한 본 발명에 따르는 탄성 서스펜션 구조물의 횡단면도;
도 6은 동일한 상황에 대한 평면도;
도 7a은 하나의 아암이 다른 아암들로 병합되는 위치에서 절결한 본 발명에 따르는 서스펜션 구조물의 하나의 아암에 대한 전면도;
도 7b는 하나의 아암이 다른 아암들로 병합되는 위치에서 동일한 아암의 평면도;
도 8은 도 9의 선 B9-B9를 따라 차량의 윤곽선에 대하여 취한 본 발명에 따르는 서스펜션 구조물의 횡단면도;
도 9는 도 8의 선 A8-A8을 따라 차량의 윤곽선에 대하여 취한 본 발명에 따르는 서스펜션 구조물의 평단면도;
도 10은 횡방향 단면에 대한 상세도이다.
본 발명의 목적은 차량의 동적 거동을 최적화하기 위한 간단한 구조물을 제안하여서 탑승객을 위한 양호한 수준의 안락성을 성취하는 것이다.
본 발명은 차량을 위한 탄성 서스펜션 구조물에 관한 것이고, 보다 상세하게는 자동차를 위한 것이며 이 구조물은 차량의 길이방향 축선을 수용하고 있는 수직방향 평면에 대하여 대칭이며, 차량의 길이방향 축선을 수용하고 있는 수직방향 평면에 대하여 주로 수직방향으로 플렉시블하고 수평방향으로는 보다 낮은 정도이며, 그리고 하나의 단부에서 서로 결합되어 병합되는 적어도 3개의 플렉시블한 아암을 포함하고 있으며, 상기 구조물의 수직방향으로 내밀어진 표면 영역이 인접한 아암들의 자유 단부를 이음하고 있는 다각형 내에 내접하고 있으며, 각각의 단부는 휠 지지부에 직접 또는 간접적으로 연결되어 있다.
각각의 아암은, 다른 아암들과 연결되어 있는 이의 단부와 휠 지지부에 연결된 이의 단부 사이에서 차량의 탑승객실에 연결되어 있는 본 발명에 따르는 탄성제 구조이다.
가장 통상적으로, 아암은 이방성 스티프니스를 가진 플렉시블한 연결부에 의해 연결되어 있어서, 연결부의 위치에 있는 아암에 수직인 수평면에 인접한 축선에 대한 회전 움직임의 자유도를 제공하고 그리고 각각의 다른 5개의 아암들에는 보다 작은 움직임의 자유도를 제공하며, 특히 이의 이음부 축선을 따르는 직선운동 및 직교 축선들에 대한 회전에 대해서는 더욱 그러하다.
이러한 연결상태는 플렉시블한 피벗부, 타원형 지지부, 한 쌍의 탄성 지지부 또는 이방성 스티프니스를 가진 임의의 탄성체 장치의 형태로 이루어질 수 있다.
각각의 아암의 주요부분의 폭 대 두께 비율은 유리하게 탑승객실로의 아암 연결부 위치 근처에서 적어도 1개의 최소값을 가지며 아암이 병합하는 위치 근처에서 적어도 1개의 최대값을 가진다. 강한 수직 하중의 존재하에서 각각의 아암의 프로파일 대한 수직방향 평면 상으로의 수평방향 내밀어짐은 휠 지지부에 연결된 이의 단부로부터 차량의 탑승객실에 연결된 단부로 직선으로 될 수 있다.
강한 수직방향 하중에 있어서, 아암의 단부가 휠 지지부로 결합되어 있는 연결부 부분과 차량의 탑승객실로의 연결부에 있는 부분 사이의 아암의 부분에서는, 휠 지지부에 결합되어 있는 아암의 단부에 작용되는 수평방향 작용력에 의한 비틀림은 상쇄된다.
에너지 저장 용량을 증가시키기 위해서는, 각각의 아암은 다른 아암들과 연결된 단부와 차량의 탑승객실로의 연결부 사이의 중앙부에서 하나 또는 그 이상의 횡단방향 리브를 가질 수 있다.
스프링 또는 바람직하게 예컨대, 차량의 속도 및/또는 하중에 맞추어진 압입된 가스가 채워져 있는 공동을 수용하는 고무합성재로 만들어진 맞닿음부에 의해 제공되는 부가적인 스티프니스부는 서스펜션 구조물의 중앙부와 차량의 탑승객실 사이에 설치될 수 있고 이 스티프니스부는 차량의 탑승객실로의 연결부에 의해 제한된다.
특히 4륜 차량에 있어서는, 서스펜션 구조물은, 수평면으로는 강성이고, 차량의 길이방향 축선을 수용하고 있는 수직방향 평면에 대하여 대칭이며, 비틀림에 대해서는 플렉시블하고 비틀림 하중 이외의 하중에 대해서는 강성인 서브프레임에 의해서 차량의 탑승객실에 연결될 수 있으며, 서브프레임은 측면이 만곡되어 있으며 주요부분이 4개의 연결부에 의해 차량에 결합된 서브프레임 사이에 있는 서스펜션 구조물로의 연결부를 지지하는 접합점을 향하여 유리하게 감소하는 방식으로 개방되어 있으며, 2개의 연결부는 서브플레임의 길이방향 대칭면에 위치하기 때문에 "길이방향"이라 명명되고 2개의 연결부는 길이방향 연결부로부터 동일한 거리에서 적절히 선택된 지점에서 대칭면을 교차하는 횡단방향 축선 상에 있기 때문에 "횡단방향"이라 명명된다.
연결부는 전체적으로 등방성 스티프니스를 갖춘 플렉시블 연결부이며 각각의 길이방향 또는 횡단방향 축선에 대한 회전에 있어서의 움직임의 자유도를 제공하며, 특히 이음부 축선을 따르는 직선방향 및 직교 축선에 대한 회전에 대하여 각각의 다른 축선에 대해서는 보다 낮은 움직임의 자유도를 제공한다.
각각의 상기 연결부는 플렉시블한 피벗부, 타원형 지지부, 한 쌍의 탄성 지지부 또는 이방성 스티프니스를 가진 임의의 탄성체 장치의 형태로 이루어질 수 있다.
이것은 비틀림 운동에 대한 바람직한 처리를 제공하고 있으며 결과하는 유연성은 비틀림에 대한 서스펜션의 스티프니스를 감소시키며, 이것은 동적 거동 및 특히 안락성을 최적화한다.
본 발명에 따르는 서스펜션 구조물 및 서브프레임은 높은 굽힘률 대 피로 저항 비율을 가지고 있는 임의의 재료로 이루어질 수 있으며, 바람직하게 합성수지에 적어도 두 방향으로 방향잡혀 삽입된 섬유로 이루어진 합성재료로, 예컨대 글라스-에폭시 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 특징은 4륜 차량에 대한 실시예와 함께 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된다.

Claims (8)

  1. 제 2 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 스프링 또는 바람직하게 예컨대, 차량의 속도 및/또는 하중에 맞추어진 압입된 가스가 채워져 있는 공동을 수용하는 고무합성재로 만들어진 맞닿음부에 의해 제공되는 부가적인 스티프니스부(7)는 서스펜션 구조물의 중앙부(199)와 차량(3)의 탑승객실 사이에 설치될 수 있고 이 스티프니스부는 차량(3)의 탑승객실로의 연결부에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 구조물(1).
  2. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 각각이 차량의 휠(2 또는 2')에 해당되는 4개의 아암(11,12,13,14)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 구조물(1).
  3. 제 8 항에 있어서, 서스펜션 구조물(1)은, 차량의 길이방향 축선을 수용하고 있는 수직방향 평면에 대하여 대칭이며 자신의 평면에서 강성이고 비틀림에 대해서 플렉시블하고 다른 하중에 대해서는 보다 강성인 서브프레임(5)에 의해 차량(3)의 탑승객실에 연결되어 있으며, 서브프레임은 측면이 만곡되어 있는 장방형 프레임일 수 있고 이의 주요 부분은 서브프레임이 4개의 연결부에 의해 차량에 결합된 부분 사이에 있는 서스펜션 구조물로의 연결부(6)를 지지하는 접합점들을 향하여 유리하게 줄어드는 방식으로 개방되어 있으며, 2개의 연결부(41)는 서브프레임의 길이방향 대칭면에 위치되어 있기 때문에 "길이방향"이라 명명되고, 2개의 연결부(42)는 길이방향 연결부로부터 동일한 거리인 적절히 선택된 점에서 대칭면을 교차하는 횡단방향 축선 상에 있기 때문에 "횡단방향"이라 명명되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 구조물.
  4. 제 9 항에 있어서, 각각의 "길이방향"(41) 또는 "횡단방향"(42) 서브프레임 연결부는 등방성 스티프니스를 가진 플렉시블한 연결부이며 각각의 길이방향 또는 횡단방향 축선에 대한 회전 움직임의 자유도를 제공하고 각각의 다른 5개의 축선 특히, 이음부 축선을 따르는 직선 움직임 및 직교 축선들에 대한 회전에 대해서는 보다 낮은 움직임의 자유도를 제공하고 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 구조물(1).
  5. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 방향으로 방향 잡혀 있는 합성 수지에 삽입된 섬유질로 이루어진 재료로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 구조물(1).
  6. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항의 서스펜션 구조물(1)의 일부인 적어도 하나의 아암을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션.
  7. 특히 자동차를 위한 것이며 제 1 항 내지 제 11 항중 어는 한 항을 따르고 있는 탄성 구조물(1)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  8. 제 13 항에 따르고 있는 서스펜션을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차.
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