KR20100023648A - 커플드 토션 빔 액슬 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치는, 토션 빔의 양단에 각각 트레일링 아암을 연결하고, 상기 좌,우측 트레일링 아암단에 차체와의 장착을 위한 마운팅 부시유닛을 구성하며, 상기 마운팅 부시유닛은 상기 트레일링 아암의 선단에 아웃터 레이스가 고정되며, 상기 아웃터 레이스의 내부에 인너 레이스가 배치되고, 상기 아웃터 레이스의 내주면과 상기 인너 레이스의 외주면에 부시 고무가 접착되며, 상기 인너 레이스를 관통하여 양단부가 차체 측의 부시 브라켓으로 지지되는 회전봉이 구비되고, 상기 부시 브라켓은 상기 회전봉의 양단부를 지지하는 슬롯홀이 상하 방향으로 길게 형성되며, 상기 회전봉의 양단부와 연결되게 구성되어 상기 트레일링 아암의 마운팅점을 상기 슬롯홀을 따라 상하 방향으로 이동시키기 위한 상하 이동유닛이 구비되는 것을 특징으로 한다.

현가장치, 커플드 토션 빔 액슬, CTBA, 트레일링 아암, 마운팅점, 상하 이동유닛

Description

커플드 토션 빔 액슬 현가장치 {SUSPENSION OF COUPLED TORSION BEAM AXLE TYPE}

본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 커플드 토션 빔 액슬(CTBA : Coupled Torsion Beam Axle) 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 현가장치는 차량의 주행중 노면으로부터 지속적으로 발생되는 진동 및 충격이 휠 및 차축(Axle)을 통해 프레임(또는 차체 바디)에 전달되는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한 차량의 현가장치는 탑승자의 승차감을 향상시킴과 동시에 적재된 수화물의 손상을 방지하고, 무리한 충격에 의한 차체 부위가 손상되는 것을 방지하는 것이며, 휠의 불규칙한 진동을 억제하여 주행의 안전을 도모하는 장치이다.

상기한 바와 같은 현가장치는 차축식 현가방식과 독립식 현가방식이 있다. 여기서 독립식 현가방식은 좌우의 휠을 하나의 액슬로 연결하지 않고 서로 다른 휠에 관계없이 움직일 수 있는 것으로, 승용차의 프론트 휠에 가장 많이 사용되며, 또한 소형 트럭의 프론트 휠이나 승용차의 리어 휠에도 상당히 많이 사용하고 있다.

차축식 현가방식으로 리어 휠에 사용되는 커플드 토션 빔 액슬(CTBA : Coupled Torsion Beam Axle) 현가장치는 도 1에 도시한 바와 같이 토션 빔(1)의 양측에 트레일링 아암(4)이 용접되고, 트레일링 아암(4)의 앞쪽에는 차체에 장착하기 위한 부시(6)가 결합되며, 트레일링 아암(4)의 뒤쪽에는 스핀들 및 댐퍼/스프링이 장착되기 위한 브라켓(8)이 접합된 구조이다.

상기 CTBA 현가장치는 토션 빔(1) 및 트레일링 아암(4)을 일체형으로 조립하는 구조로서, 단순한 부품으로 인해 설계성능 범위가 높지 않음에도 불구하고 낮은 생산단가와 낮은 질량에 비해 상대적으로 높은 주행 안정성으로 수 십년에 걸쳐서 주로 경차 및 준준형 후륜 현가장치에 사용되고 있고, 중앙에 위치한 토션 빔(1)의 토션 변형 특성으로 인하여 휠의 변형이 이루어지는 특징이 있으며, 토션 빔(1)의 토션 변형, 트레일링 아암(4)의 위치 및 부시(6)의 특성에 의해서 롤(roll)시 언더 스티어(under steer)로 유도가 가능한 특징이 있다.

대부분의 CTBA 현가장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 레이 아웃상 트레일링 아암(4)의 마운팅점(T)이 휠 센터(W)보다 낮은 위치에 있고, 그 휠(Wheel)은 트레일링 아암(4)의 회전 반경을 따라 상하로 요동 운동을 회전 운동을 하게 된다.

그리고 범프 시에 상기 마운팅점(T)이 높을수록 휠의 궤적이 차량 후방 쪽으로 형성되는데, 이는 차량 실내 거주성을 좋게 설정할 수 있는 환경을 제공한다.

다른 한편으로는 제동시의 안티 리프트( Anti-lift) 성능을 향상시킨다. 이런 이유들로 인해 높은 위치의 마운팅점(T)의 확보는 전륜 구동 차량의 후륜 현가장치에서 일반적으로 추구하는 경향이다.

그리고, 상기 마운팅점(T) 만을 단순히 위로 올리는 것은 곤란하다. 왜냐하면 마운팅점(T)은 토션 빔(1)의 전단 중심(C: shear center)과 서로 연동하여 토우, 캠버 등의 가장 중요한 기구학적 특성 등을 결정하기 때문이다.

그 중에서 핵심적인 것은 상기 마운팅점(T)과 전단 중심(C)의 상대 높이가 유지되어야 한다는 것이다.

따라서, 상기 마운팅점(T)을 높이기 위해서는 전단 중심(C)도 함께 높여야 한다. 측면에서 보았을 경우에 상기 마운팅점(T)과 전단 중심(C)을 연결하는 곡선의 기울기가 +인 경우는 코너링 시에 언더 스티어(under steer)를 유도하고, 곡선의 기울기가 -인 경우는 코너링 시에 오버 스티어(over steer)를 유도하기 때문이다.

한편, 전단 중심(C)을 높이면 범프(bump)시 머플러(muffler) 및 사이드 멤버(side member)와 토션 빔(torsion beam)과의 갭(gap)의 문제가 발생할 수 있으므로 주의해야 한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 차량의 주행 상태에 따라 트레일링 아암의 마운팅점 높이를 가변시킬 수 있도록 하는 커플드 토션 빔 액슬 현가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치는, 토션 빔의 양단에 각각 트레일링 아암을 연결하고, 상기 좌,우측 트레일링 아암단에 차체와의 장착을 위한 마운팅 부시유닛을 구성하며, 상기 마운팅 부시유닛은 상기 트레일링 아암의 선단에 아웃터 레이스가 고정되며, 상기 아웃터 레이스의 내부에 인너 레이스가 배치되고, 상기 아웃터 레이스의 내주면과 상기 인너 레이스의 외주면에 부시 고무가 접착되며, 상기 인너 레이스를 관통하여 양단부가 차체 측의 부시 브라켓으로 지지되는 회전봉이 구비되고, 상기 부시 브라켓은 상기 회전봉의 양단부를 지지하는 슬롯홀이 상하 방향으로 길게 형성되며, 상기 회전봉의 양단부와 연결되게 구성되어 상기 트레일링 아암의 마운팅점을 상기 슬롯홀을 따라 상하 방향으로 이동시키기 위한 상하 이동유닛이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 커플드 토션 빔 액슬 현가장치는, 상기 회전봉의 양단부에 각각 결합되는 피니언을 구비하고, 상기 슬롯홀의 일측 내주면에 상기 피니언과 치합하는 랙부를 형성할 수 있다.

상기 커플드 토션 빔 액슬 현가장치에 있어서, 상기 상하이동유닛은 상기 부시 브라켓에 고정되게 설치되고, 상기 각 피니언에 대응하여 구동축이 양측으로 돌출되게 구성되는 구동 모터와, 상기 구동축의 양단부와 상기 각 피니언을 무한 궤도 상으로 연결하는 구동 벨트를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 커플드 토션 빔 액슬 현가장치에 있어서, 상기 피니언은 내주면에 나사산이 형성되어 그 나사산을 통해 상기 회전봉의 양단부에 체결되며, 외주면에 기어열이 형성되어 그 기어열을 통해 상기 랙부와 치합될 수 있다.

상기 커플드 토션 빔 액슬 현가장치에 있어서, 상기 피니언은 고정 핀을 통하여 상기 회전봉의 양단부에 고정되게 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치에 의하면, 차량의 주행 상태에 따라 트레일링 아암의 마운팅점 높이를 가변시킬 수 있으므로, 후륜에서의 충분한 언더 스티어 확보가 가능하고 승차감을 높이는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시적인 실시예에 반드시 한정되지 않는다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면 구성도이고, 도 5는 도 3에 도시된 트레일링 아암 부위의 측면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치(100)의 전체적인 구성은, 차체의 횡 방향으로 토션 빔(1)이 구비되고, 그 토션 빔(1)의 양단에는 타이어와 휠을 장착하기 위한 캐리어(3)를 장착한 트레일링 아암(4)이 용접 고정된다.

상기 트레일링 아암(4)의 후방에는 스프링(7)을 장착하기 위한 스프링 시트(9)와 쇽 업소버 핀(13)이 구성된다.

또한 상기 각 트레일링 아암(4)의 선단에는 차체와 연결하기 위한 마운팅 부시유닛(15)이 구성된다.

상기 마운팅 부시유닛(15)은 기본적으로 트레일링 아암(4)에 고정되는 부시(21)와 차체에 장착되는 부시 브라켓(23)으로 구성된다.

본 실시예에서, 상기 부시(21)는 트레일링 아암(4)의 선단에 아웃터 레이스(25)가 고정되며, 그 아웃터 레이스(25)의 내부에 인너 레이스(27)가 배치되고, 아웃터 레이스(25)의 내주면과 인너 레이스(27)의 외주면에 부시 고무(29)가 접착되며, 인너 레이스(27)를 관통하는 회전봉(31)의 양단부가 차체 측의 부시 브라켓(23)으로 지지되는 구조를 이룬다.

이 경우 상기 부시 브라켓(23)은 회전봉(31)의 양단부를 지지하는 슬롯홀(24)이 상하 방향으로 길게 형성되어 있다.

여기서, 상기 회전봉(31)의 양 단부에는 피니언(41)이 각각 결합되고, 상기 슬롯홀(24)의 일측 내주면에는 피니언(41)과 치합되는 랙부(51)를 형성하고 있다.

상기에서 피니언(41)은 내주면에 나사산(42)이 형성되어 그 나사산(42)을 통해 회전봉(31)의 양 단부에 체결되며, 외주면에 기어열(43)이 형성되어 그 기어열(43)을 통해 슬롯홀(24)의 랙부(51)와 상호 치합된다.

이 때, 상기 피니언(41)은 고정 핀(45)을 통하여 회전봉(31)의 양 단부에 고정되게 설치될 수 있다.

즉, 상기 피니언(41)은 회전봉(31)의 회전 시, 고정 핀(45)에 의해 그 회전봉(31)의 양 단부로부터 분리되지 않게 된다.

그리고, 본 실시예에 따른 상기 마운팅 부시유닛(15)에 있어, 부시 브라켓(23)에는 트레일링 아암(4)의 마운팅점을 언급한 바 있는 슬롯홀(24)을 따라 상하 방향으로 이동시키기 위한 상하 이동유닛(70)이 구비된다.

본 실시예에서, 상기 상하 이동유닛(70)은 부시 브라켓(23)에 고정되게 설치되고 구동축(71)이 양측으로 돌출되게 구성되는 구동 모터(73)와, 그 구동축(71)의 양 단부와 각 피니언(41)을 무한 궤도 상으로 연결하는 구동 벨트(76)를 포함하여 이루어진다.

상기 구동 모터(73)는 정역 방향의 회전이 가능한 스탭핑 모터와 같은 공지 기술의 제어 모터로서 구비되고, 그 구동축(71)의 양 단부에는 타이밍 벨트 풀리로서 구동 풀리(75)가 결합된다.

이 경우 구동 모터(73)의 구동은 제어유닛(ECU: 미도시)에 의해 제어되는 바, 그 제어유닛(ECU)은 스티어링 센서와 속도 센서(미도시)로부터 차량의 주행 상 태에 상응하는 감지 신호를 제공받아 그 감지 신호에 따라 구동 모터(73)의 회전 방향 및 회전수를 결정하게 된다.

여기서, 상기 구동 벨트(76)는 구동축(71)의 구동 풀리(75)와 피니언(41)을 연결하는 통상적인 타이밍 벨트로서 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치(100)에 의하면, 차량의 주행 상태에 따라 구동 모터(73)가 정역 방향으로 회전하게 되면, 도 2에서와 같은 트레일링 아암(4)의 마운팅점(T) 위치가 변화하게 된다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면, 우선 도 5와 같은 상태에서 차량의 직진 주행 시, 제어유닛(ECU)은 도 6a에서와 같이 구동 모터(73)를 정 방향으로 회전시킨다.

그러면, 피니언(41)은 구동 벨트(76)를 통해 구동 모터(73)의 구동력을 제공받아 일측 방향으로 회전하게 되는 바, 그 피니언(41)은 부시 브라켓(23)에 형성된 슬롯홀(24)의 랙부(51)와 치합되어 있기 때문에 그 랙부(51)를 따라 슬롯(24)의 최고점으로 이동하게 된다.

즉, 이 경우는 차량의 직진 주행 시, 구동 모터(73)가 정회전 하여 트레일링 아암(4)의 마운팅점(T)을 최대한 상측으로 이동시킴으로써 휠의 범프 시 승차감을 높여 준다.

또한, 차량의 선회 시, 제어유닛(ECU)은 도 6b에서와 같이 구동 모터(73)를 역 방향으로 회전시킨다.

그러면, 피니언(41)은 구동 벨트(76)를 통해 구동 모터(73)의 구동력을 제공받아 다른 일측 방향으로 회전하게 되는 바, 그 피니언(41)은 랙부(51)를 따라 슬롯(24)의 최저점으로 이동하게 된다.

따라서 이 경우는 차량의 선회 시, 구동 모터(73)가 역회전 하여 트레일링 아암(4)의 마운팅점(T)을 최대한 하측으로 이동시킴으로써 롤 스티어 특성을 언더 스티어로 유도하게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 일반적인 커플드 토션 빔 액슬 현가장치의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 트레일링 아암의 측면 구성도이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치의 사시도이다.

도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면 구성도이다.

도 5는 도 3에 도시된 트레일링 아암 부위의 측면 구성도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 현가장치의 작동 상태도이다.

Claims (3)

1. 토션 빔의 양단에 각각 트레일링 아암을 연결하고, 상기 좌,우측 트레일링 아암단에 차체와의 장착을 위한 마운팅 부시유닛을 구성하는 커플드 토션 빔 액슬 현가장치에 있어서,

   상기 마운팅 부시유닛은 상기 트레일링 아암의 선단에 아웃터 레이스가 고정되며, 상기 아웃터 레이스의 내부에 인너 레이스가 배치되고, 상기 아웃터 레이스의 내주면과 상기 인너 레이스의 외주면에 부시 고무가 접착되며, 상기 인너 레이스를 관통하여 양단부가 차체 측의 부시 브라켓으로 지지되는 회전봉이 구비되고,

   상기 부시 브라켓은 상기 회전봉의 양단부를 지지하는 슬롯홀이 상하 방향으로 길게 형성되며, 상기 회전봉의 양단부와 연결되게 구성되어 상기 트레일링 아암의 마운팅점을 상기 슬롯홀을 따라 상하 방향으로 이동시키기 위한 상하 이동유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 커플드 토션 빔 액슬 현가장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 회전봉의 양단부에 각각 결합되는 피니언을 구비하고, 상기 슬롯홀의 일측 내주면에 상기 피니언과 치합하는 랙부를 형성하며,

   상기 상하이동유닛은,

   상기 부시 브라켓에 고정되게 설치되고, 상기 각 피니언에 대응하여 구동축이 양측으로 돌출되게 구성되는 구동 모터와,

   상기 구동축의 양단부와 상기 각 피니언을 무한 궤도 상으로 연결하는 구동 벨트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 커플드 토션 빔 액슬 현가장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 피니언은 내주면에 나사산이 형성되어 그 나사산을 통해 상기 회전봉의 양단부에 체결되며, 외주면에 기어열이 형성되어 그 기어열을 통해 상기 랙부와 치합되는 것을 특징으로 하는 커플드 토션 빔 액슬 현가장치.

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