KR20060064917A

KR20060064917A - 차량의 진동흡수장치

Info

Publication number: KR20060064917A
Application number: KR1020040103598A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-14

Abstract

본 발명은 차량의 진동흡수장치에 관한 것이며, 상세하게는 차량의 스프링 아래 진동을 억제하기 위하여 휠 캡을 동흡진기로 사용한 진동흡수장치 관한 것으로서, 휠에 설치하는 질량체의 강성을 타이어의 공기압에 부합되게 변화시켜서 스프링 아래 질량의 진동을 안정되고 양호하게 억제하고, 진동승차감을 획기적으로 개선할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 타이어(13)를 장착한 휠(10)과; 상기 휠(10)에 설치한 에어 스프링(20)과; 상기 에어 스프링(20)의 측면에 설치한 질량체(30)와; 상기 타이어(13)와 에어 스프링(20)을 상호 연통되게 연결한 압력평형수단(40a)(40b)으로 구성한 것이다.

휠, 타이어, 에어 스프링, 질량체, 압력평형수단

Description

차량의 진동흡수장치{SHOCK ABSORBER OF VEHICLE}

도 1 내지 도 4는 차량의 서스펜션의 스프링 위 진동의 영향도로서

도 1은 차량의 2 자유도 모델 거동도.

도 2는 상기 2 자유도 모델에서 감쇠계수의 영향을 나타낸 그래프.

도 3은 상기 2 자유도 모델에서 스프링 아래 질량의 영향을 나타낸 그래프.

도 4는 상기 2 자유도 모델에서 타이어 스프링 상수의 영향을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예의 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예의 측면도.

도 7은 본 발명의 실시예의 동적 모델 거동도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

10 : 휠 13 : 타이어 20 : 에어 스프링 30 : 질량체

40a,40b : 압력평형수단

본 발명은 차량의 진동흡수장치에 관한 것이며, 상세하게는 차량의 스프링 아래 진동을 억제하기 위하여 휠 캡을 동흡진기로 사용하는 진동흡수장치 관한 것이다.

일반적으로 비교적 저주파 영역의 진동에서는 진동강제력은 상하방향의 노면입력이 주로되기 때문에 상하방향 만을 고려한 2 자유도 모델로 차량의 거동을 설명한다.

도 1은 차량의 2 자유도 모델 거동도로서, 스프링 위 질량(sprung mass)이라고 하는 것은 서스펜션에 의해 지지되는 질량(m₁)이고, 스프링 아래 질량(unsprung mass)이라고 하는 것은 타이어와 서스펜션 사이에 있는 유효질량이다.

상기 스프링 위 질량(m₁)과 스프링 아래 질량(m₂)에 의한 진동모드는 차량의 승차감을 결정하는 중요한 요소로 작용한다.

그리고 도 1에서 서스펜션의 스프링 위ㆍ아래 사이의 상하 스프링 상수와 감쇠계수는 k₁ 및 c 이며, 휠에 구비된 타이어의 상하 스프링 상수는 k₂이다.

차량의 주행시 발생하는 진동현상은 고속도로의 큰 굴곡을 주행할 때나 도로의 요철 등을 타고 넘은 후에 나타나는 바운싱 진동, 연속적인 요철이 있는 노면을 주행할 때 나타나는 미진동 및 셰이크(vehicle shake) 등으로 구분할 수 있다.

스프링 아래 질량의 진동은 상기의 진동현상 모두에 큰 영향을 미치나, 그 중에서도 특히 셰이크에 더 큰 영향을 미치게 되고, 스프링 아래 질량의 공진은 타이어와 노면의 접지력을 악화시켜 제동력 및 주행 안전성을 크게 해친다.

도 2는 상기 2 자유도 모델에서 감쇠계수의 영향을 나타낸 그래프이고, 도 3은 상기 2 자유도 모델에서 스프링 아래 질량의 영향을 나타낸 그래프이며, 도 4는 상기 2 자유도 모델에서 타이어 스프링 상수의 영향을 나타낸 그래프이다.

상기 도 2를 참조하면, 서스펜션의 감쇠계수(c)를 높게 하면 스프링 위 공진점 부근에서 진동의 가속도가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서 서스펜션의 감쇠계수(c)를 조절함으로써 스프링 위 진동을 줄일 수 있다. 그러나 서스펜션의 감쇠가 증가한다 하여도 스프링 아래 공진은 아무런 영향을 받지 않는다.

그리고 도 3을 참조하면, 진동레벨은 변하지 않음으로 진동감소에는 아무런 도움이 되지 않는 것이다.

즉 서스펜션의 감쇠계수(c)를 조절하는 경우 및 스프링 아래 질량을 감소시키는 경우에도 공진 주파수에서의 스프링 아래 진동수준을 감소시킬 수 없게 되는 것이다.

또한 도 4를 참조하면, 스프링 아래 질량의 진동을 줄이려면 타이어의 스프링 상수(k₂)를 감소시켜야 한다. 즉 스프링 아래 질량의 진동을 줄이려면 반드시 타이어를 변화시켜야 하지만 실제적으로 타이어의 특성을 변화하는데는 한계가 있다. 예를 들어 타이어의 스프링 상수를 줄이게 되면 차고의 유지가 어렵고 노면으로부터의 충격에 대해 매우 취약해지며, 충분한 횡력의 발생이 어렵다는 단점이 있음으로 차량의 진동승차감 향상에 한계가 존재하여 왔다.

본 발명의 발명자 및 출원인은 상기한 차량의 진동승차감 향상 한계를 극복 하기 위하여 스프링 아래 질량을 직접 제어하는 차량의 진동흡수장치를 2003년 특허출원 제 54724 호로 제안한 바 있다.

상기한 선출원의 차량의 진동흡수장치는 휠에 질량체로서 휠 캡을 탄성장치(스프링)로 연결 설치하여 상기 휠 캡을 동흡진기로 작용하게 한 것이며, 상기한 휠 캡은 휠 캡의 질량과 탄성장치를 스프링 아래 질량의 공진 주파수와 동일하도록 설정함으로써 스프링 아래 질량을 제어토록 한 것이다.

그러나 스프링 아래 질량의 공진 주파수는 스프링 아래 질량뿐만 아니라 타이어의 강성에 직접 영향을 받고, 또한 타이어의 강성은 내부압력의 함수이며, 주행중 타이어 압력은 수시로 변할 뿐만 아니라 주위의 온도 및 주입하는 공기의 양에 따라서도 변하기 때문에 상기 선출원은 휠 캡의 질량과 탄성장치의 공진 주파수가 스프링 아래 질량의 공진 주파수와 일치하면 타이어의 진동을 현저히 억제시킬 수 있는 반면에 상기 두 주파수가 차이가 나면 오히려 진동이 커지게 됨으로써 스프링 아래 질량의 안정적인 진동감쇠가 어렵게 되는 문제점이 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 휠에 설치하는 질량체의 강성을 타이어의 공기압에 부합되게 변화시켜서 스프링 아래 질량의 진동을 안정되고 양호하게 억제하고, 진동승차감을 획기적으로 개선할 수 있도록 한 차량의 진동흡수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 타이어를 장착한 휠과; 상기 휠에 설치한 에어 스프링과; 상기 에어 스프링의 측면에 설치한 질량체와; 상기 타이 어와 에어 스프링을 상호 연통되게 연결한 압력평형수단으로 구성한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예의 측면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예의 동적 모델 거동도로서, 10은 휠로서, 상기 휠(10)은 디스크(11)의 주위에 림(12)을 형성하고, 림(12)에 타이어(13)를 장착하여 디스크(11)를 구동축에 연결한 허브(14)에 볼트(15)로 고정한 것이며, 상기 타이어(13)의 스프링 상수는 k₂ 이다.

20은 에어 스프링으로서, 상기 에어 스프링(20)은 중공 튜브 상으로 형성하여 상기 휠(10)의 림(12)에 외주면을 고정한 것이며, 그 스프링 상수는 k 이다.

30은 질량체로서, 상기 질량체(30)는 소정의 질량(m)을 가지며, 외관을 고려함과 동시에 제동장치의 효율적인 냉각을 위하여 통상적으로 부설하는 휠 캡이 바람직하다.

상기 휠 캡은 에어 스프링(20)의 내주면에 부착하며, 휠 캡의 내면에 원형 또는 바상의 지지부재(31)를 설치하여 상기 지지부재(31)를 에어 스프링(20)의 내주면에 고정하는 것이 바람직하다.

40a,40b는 압력평형수단으로서, 상기 압력평형수단(40a)(40b)은 상기 타이어(13)와 에어 스프링(20)을 상호 연통되게 연결하여 타이어(13)의 압력이 변하여 그 스프링 상수(k₂)가 변화할 때 타이어의 압력변화에 추종하여 에어 스프링(20)의 스프링 상수(k)가 변동되도록 하는 것이다.

상기한 압력평형수단(40a)(40b)은 타이어(13)의 공기압이 에어 스프링(20)보다 클 때는, 예를 들어 압력평형수단(40b)은 열리고, 압력평형수단(40a)은 닫치며, 타이어(13)의 공기압이 에어 스프링(20)의 공기압보다 작을 때에는 상기의 반대로 열리고 닫치는 것이다.

따라서 상기 압력평형수단(40a)(40b)은 체크 밸트로 형성하는 것이 바람직 한 바, 상기 체크 밸브는 보디(140)에 스프링(142)으로 지지한 볼(141)을 내장한 것이고, 어느 하나가 개방되면 다른 하나는 폐쇄되게 설치하는 것이며, 상기 스프링(142)은 설치하지 않아도 무방하다.

이상과 같은 본 발명은 노면의 요철에 의하여 타이어(13)가 가진(加振)되어 진동이 유발되면 그 진동이 에어 스프링(20)을 경유하여 질량체(30)인 휠 캡에 전달되어 휠 캡이 진동하며, 상기와 같이 휠 캡이 진동할 때 도 5와 같이 체크 밸브인 압력평형수단(40b)은 열리고, 압력평형수단(40a)은 닫침으로써 즉 타이어(13)의 스프링 상수(k₂)에 따라 질량체(30)인 휠 캡의 스프링 상수(k)가 변동되어 즉 질량체(30)인 휠 캡의 강성을 타이어(13)의 공기압에 부합되게 변화시킴으로써 스프링 아래 질량의 공진 주파수 성분의 진동이 소멸되는 것이다.

따라서 노면의 요철이 차량의 스프링 아래 질량의 공진 주파수와 일치하여 공진이 일어나도 휠 캡은 진동하지만 타이어는 진동하지 않게 되는 것이다.

상기와 같이 스프링 아래 질량의 공진 주파수 성분의 진동이 소멸되면 아래의 식을 만족하고,

또한 도 7과 같이 동적 모델 거동을 함으로써 휠 캡이 동흡진기로서의 기능을 양호하게 수행할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 휠에 에어 스프링을 설치하고, 상기 에어 스프링에 질량체를 설치함과 동시에 타이어와 에어 스프링을 압력평형수단으로 연결하여서, 타이어가 가진 되어 진동이 유발될 때 스프링 아래 질량의 공진을 안정되게 억제 소멸시켜 타이어의 진동을 방지하였음으로 셰이크 등의 진동을 유발하지 않게 되어 승차감을 향상시키고, 타이어의 접지력도 항상 충분하게 보장함으로써 조종안전성 및 선회성능을 향상하는 것이다.

Claims

타이어를 장착한 휠과; 상기 휠에 설치한 에어 스프링과; 상기 에어 스프링의 측면에 설치한 질량체와; 상기 타이어와 에어 스프링을 상호 연통되게 연결한 압력평형수단으로 구성한 차량의 진동흡수장치.
제 1 항에 있어서, 질량체는 휠 캡인 차량의 진동흡수장치.
제 1 항에 있어서, 압력평형수단은 체크 밸브인 차량의 진동흡수장치.
제 2 항에 있어서, 휠 캡은 그 내면에 지지부재를 설치하여 에어 스프링의 내주면에 고정한 차량의 진동흡수장치.
제 3 항에 있어서, 체크 밸브는 어느 하나가 개방되면 다른 하나는 폐쇄되는 차량의 진동흡수장치.