KR20140125765A - 전면 판 스프링 - Google Patents

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KR20140125765A
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스테판 프레이제르트
안드레아스 구스타프슨
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볼보 라스트바그나르 아베
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Abstract

본 발명은 차량 프레임의 반대편 면들 상에서 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 판 스프링(61)을 포함하는 차량 서스펜션에 관한 것이다. 각각의 판 스프링(61)은 제 1 위치(71)에서 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷(63)에 의해 차량에 회전축 같이 연결되는 제 1 단부를 갖는다. 제 2 단부는 부하 조건들에서 판 스프링의 길이 변화를 보상하기 위하여, 제 2 위치에서 프레임에 단단하게 부착되는 제 2 브래킷에 회전축 같이 연결되는 스프링 섀클에 의해 차량 프레임에 연결된다. 서스펜션은 차량 프레임의 가로로 확장하는 액슬(66)을 더 포함하며, 액슬은 판 스프링의 제 1 및 제 2 단부의 중간의 위치에서 각각의 판 스프링(61)에 장착된다. 판 스프링(61)의 적어도 상부 판은 프레임을 향하여 확장하는 볼록 부(70)를 갖는 포물선형 스프링이며, 볼록 부(70)는 제 1 단부와 중간 위치 사이에 위치된다.

Description

전면 판 스프링{FRONT LEAF SPRING}
본 발명은 판 스프링(leaf spring)을 포함하는 차량 서스펜션에 관한 것으로서, 특히 개량된 롤 스티어(roll steer) 거동을 갖는 강성 액슬(rigid axle)에 관한 것이다.
강성 액슬이 판 스프링에 의해 위치되고 제어되는 차량 서스펜션들에 있어서, 많은 절충이 만들어져야만 한다. 그러한 절충들은 차량의 작동 동안에 겪게 되는 다양한 로딩 조건 하에서 서스펜션 성능에 대하여 부정적으로 반영한다. 그러한 로딩 조건의 예들은 차량이 굽은 곳(bend)을 넘거나 또는 가로 방향으로 강한 바람에 의해 유도되는 힘들의 대상이 될 때 발생하는 세로 롤 중심에 관한 차량 롤이다. 또 다른 로딩은 "범프 스티어(bump steer)"로서 불리는데, 이는 차량의 일 면상에서 휠이 노면 상의 장애물에 의해 위쪽으로 방향을 돌릴 때 발생한다. 이러한 형태의 로딩은 차량의 롤 스티어 거동에 영향을 미치며 서스펜션의 보조 롤 강성 컴포넌트(auxiliary roll stiffness component)를 향상시킴으로써 영향이 감소될 수 있다. 롤 운동(roll motion) 상의 스프링 강성의 효과는 총 롤 강성을 주기 위하여 보조 롤 강성(roll stiffness)과 결합된다. 보조 롤 강성은 스프링들 자체 이외에 서스펜션 컴포넌트들(트레일링 암 시스템들, 안티-롤 바들 등)로부터 유래하는 총 롤 강성의 컴포넌트이다.
보조 롤 강성 컴포넌트를 증가시키기 위한 일부 시도들이 아래에 설명되는 본 발명 이전에 만들어졌다. 차량 제조사들은 스프링들 상의 액슬의 공간의 세로 비대칭을 증가시킴으로써 제한된 성공을 달성하였다. 특히, 판 스프링의 중간 지점 및 스프링 행거(spring hanger)를 거쳐 차량 프레임으로의 직접적인 연결 사이에 액슬을 위치시킴으로써, 그리고 액슬의 비틀림 강성을 증가시킴으로써, 보조 롤 강성 컴포넌트에 약 10%의 이득이 만들어졌다. 이는 보조 롤 강성 컴포넌트, 판 트위스트 및 액슬 비틀림 중 두 가지 서브컴포넌트 모두의 상관 증가에 기인한다.
보조 롤 강성의 액슬 비틀림 서브컴포넌트는 다음과 같이 시각화될 수 있다. 차량이 방향의 변화를 넘어감에 따라, 스프링들은 측면 방향으로 비대칭으로 로딩된다. 그 결과 차체가 기울어진다. 이는 측면 방향으로 액슬과 차량 프레임 사이에 각을 생산하며, 외부 스프링은 크게 압축되고, 내부 스프링은 어느 정도까지는 완화된다. 스프링들은 이러한 각 차이를 수용하는 유연 부재(compliant member)가 된다. 즉, 스프링들은 그것들의 길이를 따라 약간 뒤틀린다. 판 스프링들이 그것들의 맨 끝에서 새시(chassis)에 부착되기 때문에, 전면 스프링 아이(front spring eye)와 중간 지점 액슬 부착 사이에, 그리고 후면 스프링 아이와 중간 지점 액슬 부착 사이에 비틀림이 발생한다. 이러한 비틀림에 저항하기 위한 전체 길이의 각각의 스프링의 절반 부분(half-portion)의 능력이 물질, 극관성 모멘트(polar moment of inertia), 및 그러한 절반 부분의 길이의 전단 탄성 계수의 함수이다. 전체 길이의 스프링 절반 부분의 비틀림 스프링 비율이 절반 부분의 길이의 역 함수이기 때문에, 세로 비대칭에 의해 짧게 만들어진 스프링 절반 부분에 대하여 비틀림 스프링 비율이 증가하는 비율은 그러한 동일한 세로 비대칭에 의해 길게 만들어진 스프링 절반 부분에 대하여 비틀림 스프링 비율이 감소하는 비율보다 빠르게 커진다. 그 이유는 스프링 행거를 거쳐 스프링과 차량 프레임 사이의 직접적인 연결이 일반적으로 스프링 섀클(spring shackle) 또는 액슬이 위치되는 스프링의 단부인, 편향(deflection) 상의 스프링 길이의 변이를 보상하는 부재를 거친 연결보다 더 단단하기 때문이다.
보조 롤 강성의 액슬 비틀림 서브컴포넌트의 증가는 다음과 같이 시각화될 수 있다. 차량이 기울어짐에 따라, 이전에 설명된 것과 같이, 외부 스프링은 크게 압축되고, 내부 스프링은 어느 정도까지는 완화된다. 판 스프링이 압축됨에 따라, 포물선형(parabolic) 스프링의 경우에 이는 일반적으로 납작해지거나, 또는 평 스프링(flat spring)의 경우에는 역으로 포물선 모양이 된다. 이는 또한 이전에 설명된 스프링 섀클의 필요성을 설명하는, 스프링 아이들 사이의 거리를 변경한다. 그것의 중간 지점 또는 근처의 어느 지점에서, 그러한 지점에서 스프링에 끌려진 접선(tangent)은 스프링의 편향 동안에 차량의 세로 축과 관련하여 상당히 일정한 각으로 남아 있는다. 그러한 이론적 중간 지점의 전방과 후방, 스프링에 끌려진 접선 및 차량의 세로 축은 스프링의 편향 동안에 변경될 것이다. 일반적으로 이론적 중간 지점으로부터, 스프링 행거를 거쳐 스프링과 차량 사이의 직접적인 연결을 향하는 방향으로, 액슬을 그러한 이론적 중간 지점 이외의 지점에 부착함으로써, 내부 및 외부 스프링들이 스프링들에 끌려진 접선들과 차량의 세로 축 사이의 각의 반대 변화를 야기하는 반대편 방향으로 편향한다는 사실에 기인하여, 비틀림이 액슬에 도입된다. 또한 액슬의 비틀림 강도를 증가시킴으로써, 보조 롤 강성의 액슬 비틀림 서브컴포넌트가 증가된다.
종래의 차량 서스펜션 어레인지먼트의 일례가 도 1a와 1b에 도시되는데, 이는 한 쌍의 종래 전면 휠 서스펜션의 개략적인 측면도를 도시한다.이러한 도면들에서, 동일한 컴포넌트 부품들을 나타내기 위하여 동일한 참조 번호들이 사용될 것이다. 도 1a의 차량 서스펜션은 차량 프레임(11, 하나만 도시)의 반대편 면 상에 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 판 스프링(12)을 포함한다. 각각의 판 스프링은 제 1 위치에서 각각의 판 스프링 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷 또는 스프링 행거(13)에 의해 차량에 회전 축 같이 연결되는 제 1 단부를 갖는다. 로드 조건들 하에서 판 스프링의 길이 변화들을 보상하기 위하여, 판 스프링의 제 2 단부가 제 2 브래킷 또는 스프링 행거(14a) 및 스프링 섀클(15)에 의해 차량 프레임에 연결된다. 강성 액슬(16)은 차량 프레임의 가로로 확장하며, 상기 액슬은 각각의 제 1 및 제 2 단부 사이의 위치에서 또 다른 브래킷에 의해 각각의 판 스프링에 장착된다. 액슬(16)에 판 스프링(11)에 기대어 위치하는, 액슬 플레이트(19)가 제공된다. 판 스프링(11)은 각각 전면 및 후면 판 스프링 단부 아이(17, 18)에서 각각의 스프링 행거(13, 14a)에 부착된다. 이러한 예에서, 액슬은 전면 조향 액슬(front steering axle)이다. 공기 스프링과 같은 댐퍼(damper) 수단이 액슬에서 또는 액슬 근처의 액슬과 차량 프레임 사이에 장착된다.
도 1a는 무시해도 될 정도의 액슬 스티어를 갖는, 정상으로 조향되는 차량을 위한 판 스프링 어레인지먼트를 도시한다. 부하 하에서 판 스프링(11)이 편향됨에 따라, 액슬 플레이트(19)의 중앙에 위치되고 이 지점에서 액슬 플레이트를 통한 정상 평면에 의해 교차되는 지점(P)은 이른바 로스 지점(Ross point, RP)의 위치에 의해 결정되는 아크(arc)를 따를 것이다. 스프링 상의 부하가 증가되고 감소됨에 따라, 상기 지점(P)은 상부 지점(P1)과 하부 지점(P1) 사이를 이동할 것이다. 도 1a로부터 알 수 있는 것과 같이, 상부 및 하부 지점(P1, P2)을 통한 가상 선은 실질적으로 수직이며, 이는 실제로 액슬 스티어가 없는 중립 지향 서스펜션을 야기한다.
조향된 강성 액슬들을 위하여 정상 디자인은 로스 선과 기준 선(datum line) 모두를 위하여 상대적으로 큰 후면 경사를 필요로 하는, 언더스티어(understeer) 거동을 생성하는 것이다. 기준 선은 전면과 후면 판 스프링 단부 아이 사이의 가상 기준 선이다. 이의 일례가 도 1b에 도시되는데, 차량 서스펜션은 차량 프레임(12)의 반대편 면들 상에 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 판 스프링(11)을 포함한다. 각각의 판 스프링은 제 1 위치에서 각각의 판 스프링 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷 또는 스프링 행거(13)에 의해 차량에 회전 축 같이 연결되는 제 1 단부를 갖는다. 강성 액슬(16)은 차량 프레임의 가로로 확장하며, 상기 액슬은 각각의 제 1 및 제 2 단부 사이의 위치에서 또 다른 브래킷에 의해 각각의 판 스프링에 장착된다. 액슬(16)에 판 스프링(11)에 기대어 위치하는, 액슬 플레이트(19)가 제공된다. 판 스프링(11)은 각각 전면 및 후면 판 스프링 단부 아이(17, 18)에서 각각의 스프링 행거(13, 14a)에 부착된다. 확장된 스프링 행거(14b)는 로스 선과 기준 선 모두를 위하여 필요한 후면 경사를 야기한다.
기준 선은 전면과 후면 판 스프링 단부 아이(17, 18) 사이의 가상 기준 선이다. 일반적으로 로드 하에서 판 스프링이 이른바 "로스 지점"이라 불리는 공간 내의 가상 지점 주위를 포물선을 그릴 것이라는 사실이 종래에 알려졌다. 도 1a와 1b에서 로스 지점은 RP에 표시되고 로스 선은 RL에 표시된다. 또한 로스 선은 가능한 한 평면이고 길어야만 하며 로스 선의 기하학적 형태는 차량 조향 연결장치(steering linkage, 도시되지 않음)의 드래그 링크(drag link)의 기하학적 형태와 일치하여야만 한다. 드래그 링크는 종래의 조향 연결장치 내의 프트먼 암(pitman arm)과 아이들러 암(idler arm)을 연결한다.
도 1b는 액슬 조향을 갖는, 언더스트어된 차량을 위한 판 스프링 어레인지먼트를 도시한다. 부하 하에서 판 스프링(11)이 편향됨에 따라 지점(P)은 위에 설명된 것과 같이 로스 지점(RP)의 위치에 의해 결정되는 아크를 따를 것이다. 스프링 상의 로드가 증가되고 감소됨에 따라, 상기 지점(P)은 상부 지점(P1)과 하부 지점(P2) 사이를 이동할 것이다. 도 1b로부터 알 수 있는 것과 같이, 상부 및 하부 지점(P1, P2)을 통한 가상 선은 위쪽 및 뒤쪽 방향으로 경사진다. 도 1b에서의 판 스프링(11)의 배치는 X-Y 평면 내의 액슬 스티어로의 언더스티어된 서스펜션을 야기하는, 상부와 하부 지점(P1, P2)을 통한 세로 선들 사이의 세로 차이(x)를 야기한다. 뒤따르는 본문에서, x-축은 차량의 세로 방향으로 위치되고, y-축은 차량의 세로 방향으로 위치되며 z-축은 X-Y 평면에 대하여 수직으로, 수직 방향으로 위치된다.
도 1b의 로스 선과 기준 선 각은 도 2에 도시된 것과 같이, z-방향으로의 액슬 회전을 야기하는, 액슬 스티어를 야기할 것이다. 도 2는 도 1b에 도시된 서스펜션의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 2는 그것의 로딩되지 않은 위치에서 도 1b의 액슬(11)과 상응하는, 단단히 조향된 액슬(23)에 의해 연결되는, 왼쪽 및 오른쪽 판 스프링(21, 22)을 도시한다. 도면은 또한 스프링 상의 부하가 감소되고 액슬(23)의 외측(near side)이 하부 지점(P2)에 존재할 때의 위치에서, 쇄선들로 표시된, 조향된 액슬(23)을 도시한다. 이러한 로딩 상황은 조향 방향(S)으로의 운전자 조향 입력이 왼쪽으로 돌 동안에 차량에 오른쪽으로 롤링하도록 야기할 때 발생한다. 도면은 또한 조향가능한 휠(28)을 제어하기 위하여 조향 로드(steering rod, 26)와 스핀들 암(spindle arm, 27)에 연결되는 피트먼 암(도시되지 않음)을 갖는 조향 박스(steering box, 25)를 도시한다. 조향 박스(25)는 프레임에 부착되는데, 이는 명확성을 위하여 배제되었다. 왼쪽으로 돌 동안에 스프링 상의 로드는 액슬이 액슬(23)에 의해 표시된 위치로부터 액슬(24)에 의해 표시된 위치로 변위되도록 야기할 것이며, 이는 휠 중심(29)의 변위를 야기한다. 조향 로드(26)의 위치가 고정된 조향 박스(25)에 의해 제어되기 때문에, 휠 중심(29)의 변위는 언더스티어를 야기하는, 조향 입력의 반대 방향으로 휠(29)의 회전을 야기할 것이다.
그러나, 액슬 스티어를 달성하기 위하여 후면 스프링 브래킷(14b)은 섀시 프레임으로부터의 상대적으로 큰 수직 오프셋에 기인하는 높은 강성을 필요로 한다. 그러한 배치는 공간을 많이 차지하고 무겁고 비용이 많이 든다.
후방으로 경사진 판 스프링 및 평행에 가까운 로스 선과 기준 선을 갖는, 위에 설명된 디자인은 기준 선의 방향으로 수직 이동을 거의 주지 않을 것이다. 이는 스프링과 액슬 시스템 내의 힘들을 감소시키며 따라서 액슬 스티어는 총 조향 거동에 대한 직접적인 언더스티어 영향을 가질 것이다. 이러한 맥락에서, 총 조향은 운전자 조향 입력, 언더스티어 및 롤 스티어에 의해 생성되는 조합된 조향 효과이다. 조향 로드가 세로 방향으로 스핀들 암을 이동시킬 때, 액슬 스티어는 차량 프레임의 롤 이동 동안에 언더스티어 효과를 야기할 것이다.
도 3은 로스 선(RL)과 기준 선(DL) 사이의 각이 원하는 액슬 스티어 거동을 달성하기에 충분히 큰 대안의 종래 기술 차량 서스펜션의 측면도를 도시한다. 도 3의 종래 기술 차량 서스펜션은 차량 프레임(32a, 32b)의 반대편 면들 상에 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 왼쪽과 오른쪽 판 스프링(31a, 31b)을 포함한다. 각각의 판 스프링은 제 1 위치에서 각각의 판 스프링 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷 또는 스프링 행거(33a, 33b)에 의해 차량에 회전 축 같이 연결되는 제 1 단부를 갖는다. 판 스프링의 제 2 단부는 로드 조건들 하에서 판 스프링의 길이 변화들을 보상하기 위하여, 제 2 브래킷 또는 스프링 행거(34a, 34b) 및 스프링 섀클(35a, 35b)에 의해 차량 프레임에 연결된다. 강성 액슬(36)은 차량 프레임의 가로로 확장하며, 상기 액슬은 각각의 제 1 및 제 2 단부 사이의 위치에서 또 다른 브래킷에 의해 각각의 판 스프링에 장착된다. 액슬(36)에 각각의 판 스프링(31a, 31b)에 기대어 위치하는, 액슬 플레이트(39a, 39b)가 제공된다. 판 스프링들(31a, 31b)은 각각 전면 및 후면 판 스프링 단부 아이(17a, 17b; 18a, 18b)에서 각각의 스프링 행거(33a, 33b; 34a, 34b)에 부착된다.
도 4에 나타낸 것과 같은, 조향된 액슬(36)은 왼쪽 스프링 상의 로드가 감소될 때의 액슬 위치와 상응하며, 외측에서의 액슬(36)의 단부는 하부 지점(P2)에 위치된다. 유사하게, 먼쪽(far side)에서의 액슬(36)의 단부는 상부 지점(P1)에 위치된다. 이러한 로딩 상황은 조향 방향(S)으로의 운전자 조향 입력이 왼쪽으로 돌 동안에 차량에 오른쪽으로 롤링하도록 야기할 때 발생한다.
로스 선(RL)과 기준 선(datum line) 사이의 각은 도 4에 개략적으로 표시된 액슬 위치에 의해 나타낸 것과 같이, 휠 중심들(41a, 41b)의 변위에 기인하는 바람직한 액슬 조향 거동을 달성할 정도로 충분히 크다. 그러나 결과는 두 판 스프링(11a, 11b) 사이에 큰 반응력이 존재할 것이다. 이는 도 5에 개략적으로 도시된 것과 같이, 액슬(36)과 판 스프링들(11a, 11b)에 비틀림 변형을 야기할 것이다. 액슬(36)의 변형은 휠 중심(41a, 41b)을 전체 스티어링 상의 원하는 언더스티어 효과를 감소시키는 방법으로 변위시킬 것이다. 도 5는 액슬(36)의 실제 위치뿐만 아니라 도 4로부터의 액슬의 원하는 위치(쇄선)를 도시한다.
본 발명에 따른 해결책은 위의 문제점들을 극복하는 개량된 판 스프링 어레인지먼트를 제공하는 것을 목표로 한다.
위의 문제점들은 첨부된 청구항들에 따른 포물선형 판 스프링에 의해 해결된다.
뒤따르는 본문에서, 언급되는 차량은 실질적으로 평행한 한 쌍의 빔들, 예를 들면, I- 또는 C-형태의 단면을 갖는 한 쌍의 빔들로 구성되는 프레임을 포함하는 상용차이다. 본 발명에 따른 서스펜션은 바람직하게는 조종가능한 휠들을 포함하는 전면 휠 서스펜션을 위하여 의도되나, 반드시 그렇지는 않다. 언급되는 모든 거리는 달리 명시되지 않는 한, 차량이 정지되고 서스펜션이 완전히 로딩되거나 또는 디자인 상태일 때 이루어진다는 것을 이해하여야 한다. 부가적으로, 차량은 범프(bump), 롤 및 브레이크와 관련하여 로딩 상태들의 대상의 될 수 있으나, 이러한 상태들은 차량이 이동할 때 발생한다.
본 발명은 차량 프레임의 반대편 면들 상에서 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 판 스프링을 포함하는 차량 서스펜션에 관한 것이다. 각각의 판 스프링은 제 1 위치에서 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷에 의해 차량에 회전축 같이 연결되는 제 1 단부를 갖는다. 판 스프링은 부하 조건들에서 판 스프링의 길이 변화를 보상하기 위하여 제 2 위치에서 프레임에 단단하게 부착되는 제 2 브래킷에 회전축 같이 연결되는 제 2 단부를 더 포함한다. 액슬은 차량 프레임의 가로로 확장하도록 배치되며 판 스프링의 제 1 및 제 2 단부의 중간의 위치에서 각각의 판 스프링에 장착된다. 판 스프링의 중간 위치에서 액슬을 각각의 판 스프링에 단단하게 부착하기 위하여 종래의 클램핑 어레인지먼트(clamping arrangement)가 사용될 수 있다. 액슬과 차량 프레임 사이에 적절한 댐퍼 수단이 장착된다. 댐퍼는 공압 벨로우즈(pneumatic bellows)와 같은 공기 스프링, 또는 망원 서스펜션 스트럿(telescopic suspension strut)과 같은 서스펜션 스트럿과 같은 종래의 적절한 댐퍼일 수 있으나, 사용되는 댐퍼의 종류는 본 발명에 필수적인 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 판 스프링의 적어도 하나의 상부 판은 프레임을 향하여 확장하는 볼록 부를 갖는 포물선형 스프링이며, 볼록 부는 제 1 단부와 중간 위치 사이에 위치된다.
그 결과, 서스펜션은 그것의 세로 확장부를 따라 그러한 형태를 갖는 단일 판 스프링을 포함할 수 있다. 대안으로서, 두 개 또는 그 이상의 판 스프링이 볼록 판 스프링의 스택(stack)으로 조립될 수 있으며 각각의 판 스프링은 그러한 볼록 부를 갖는다.
볼록 부는 판 스프링의 제 1 단부에 인접하게 위치되며 제 1 브래킷에 회전축 같이 부착되는 판 스프링의 초기 부는 그것의 부착 지점으로부터 볼록 부를 향하여 위쪽으로 그리고 뒤로 경사진다. 판 스프링은 볼록 부 및 액슬이 부착되는 상기 중간 위치 사이에 변곡점(inflection point)을 갖는다.
판 스프링이 중립 위치에 있을 때, 상부 판 스프링의 볼록 부의 상부 표면은 바람직하게는 제 1 브래킷에서의 제 1 단부 아이 및 스프링 섀클에서의 제 2 단부 아이 사이의 기준 선과 같거나 또는 위의 레벨에 위치된다. 이러한 기준 선은 또한 기준 선으로 언급된다. 무 부하 상태에서, 중간 위치에서 상부 판 스프링의 상부 표면은 상기 기준 선 아래의 미리 결정된 제 1 거리(B)에 위치된다. 동시에, 볼록 부의 상부 표면은 중간 위치에서 상기 판 스프링의 상부 표면의 위치 위의 미리 결정된 제 2 거리(C)에 위치되는데, 제 2 거리(C)는 C ≥ 0.75B로서 정의된다. 거리의 최대 값은 물론 프레임 및 서스펜션의 이동가능한 부품들의 부근에 장착되는 다른 컴포넌트들과 관련하여 판 스프링의 허용가능한 이동에 의해 제한된다. 제 1 단부 아이와 중간 위치는 판 스프링의 세로 방향으로 미리 결정된 길이(A)에 의해 분리되는데, 제 1 거리는 B ＞ A/16으로 정의된다.
본 발명은 또한 위의 실시 예들에서 설명된 것과 같은 적어도 하나의 판 스프링을 포함하는 서스펜션이 제공되는 차량에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면들은 단지 설명의 목적을 위하여 디자인되었으며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 이는 첨부된 청구항들에 의해 만들어져야 한다는 것을 이해하여야 한다. 또한 도면들은 달지 표시되지 않는 한, 일정한 비율로 도시되지 않으며, 도면들은 단지 여기에 설명되는 구조들과 과정들을 개략적으로 도시하도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다.
도 1a-b는 한 쌍의 대안의 종래 기술의 전면 휠 서스펜션의 측면도를 도시한다.
도 2는 도 1b의 전면 휠 서스펜션의 평면도를 도시한다.
도 3은 또 다른 종래 기술의 전면 휠 서스펜션의 측면도를 도시한다.
도 4는 도 3의 서스펜션을 위한 바람직한 액슬 위치의 평면도를 도시한다.
도 5는 도 3의 서스펜션을 위한 실제 액슬 위치의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 디자인 상태에서 판 스프링을 갖는 휠 서스펜션의 측면도를 도시한다.
도 7은 부하의 대상일 때 도 6의 전면 휠 서스펜션의 수직 변위의 측면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 판 스프링을 포함하는 휠 서스펜션이 제공되는 차량을 도시한다.
도 9는 수직 롤의 대상이 되는 차량을 위한 롤 각에 대한 롤 조향 각을 나타내는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 10은 횡력을 받는 롤의 대상이 되는 차량을 위한 롤 각에 대한 롤 조향 각을 나타내는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 판 스프링을 갖는 휠 서스펜션의 측면도를 도시한다. 그것의 디자인 상태를 위하여 스프링의 위치가 도시되는데, 즉, 차량이 완전히 로딩될 때의 스프링의 위치이다.
차량 서스펜션은 차량 프레임(62)의 반대편 면들 상에 세로로 확장하도록 배치되는 판 스프링(61)을 포함한다. 각각의 판 스프링(61)은 제 1 위치에서 프레임(62)에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷(63)에 의해 차량에 회전축 같이 연결되는 제 1 단부(71)를 갖는다. 판 스프링은 로드 조건들 하에서 판 스프링의 길이 변화들을 보상하기 위하여, 제 2 위치에서 프레임에 단단하게 부착되는 제 2 브래킷(64)에 회전축 같이 연결되는 스프링 섀클(65)에 의해 차량 프레임에 연결되는 제 2 단부(72)를 더 포함한다. 액슬(66, 도 7 참조)은 차량 프레임(62)의 가로로 확장하도록 배치되며 상기 액슬은 제 1 및 제 2 단부(71, 72) 중간의 위치(73)에서 각각의 판 스프링(61)에 장착된다. 여기에 도시된 배치에서, 제 1 및 제 2 단부(71, 72)는 각각 판 스프링(61)의 제 1 및 제 2 단부 아이와 일치한다. 따라서, 이러한 특징을 위하여 동일한 기준 수가 사용될 것이다. 종래의 클램핑 어레인지먼트(도시되지 않음)는 판 스프링의 중간 위치(73)에서 액슬을 각각의 판 스프링에 단단하게 부착하기 위하여 사용된다. 댐퍼 수단(도 7에 도시되지 않음)은 액슬과 차량 프레임 사이의 판 스프링의 상부 부에 장착된다. 댐퍼는 차량의 중량과 형태에 따라, 공압 벨로우즈와 같은 공기 스프링, 또는 망원 서스펜션 스트럿과 같은 서스펜션 스트럿과 같은 적절한 종래 기술의 댐퍼일 수 있다.
도 6은 프레임(62)을 향하여 확장하는 볼록 부(70)를 갖는 볼록 스프링인, 단일 판 스프링(61)을 도시한다. 도면은 판 스프링의 중립 선(N1), 즉 차량이 완전히 로딩되고 정지상태에서의 스프링의 위치를 도시한다. 비교로서, 벤드 스프링 하에서의 표준의 중립 선(N2)이 쇄선들로 표시된다. 볼록 부(70)는 제 1 단부(71)와 중간 위치(73) 사이에 위치된다.
도 6의 볼록 부(70)는 판 스프링(61)의 제 1 단부(71)에 인접하게 위치되며, 제 1 브래킷(63)에 회전가능하게 부착되는 판 스프링의 초기 부는 그것의 부착 지점으로부터 볼록 부(70)를 향하여 위쪽으로 그리고 뒤로 경사진다. 판 스프링은 볼록 부(70) 및 액슬이 부착되는 상기 중간 위치(73) 사이에 변곡점을 갖는다
판 스프링이 중립 위치에 있을 때, 상부 판 스프링(61)의 볼록 부(70)의 상부 표면은 제 1 브래킷(63)에서의 제 1 단부 아이(71) 및 스프링 섀클(65)에서의 제 2 단부 아이(72) 사이의 기준 선(DL)과 같거나 또는 위의 레벨에 위치된다. 이러한 기준 선(DL)은 또한 기준 선으로 언급된다. 완전히 로딩된 상태에서, 중간 위치(73)에서의 판 스프링(71)의 상부 표면의 위치는 상기 기준 선(DL) 아래의 미리 결정된 제 1 거리(B)에 위치된다. 동시에, 볼록 부(70)의 상부 표면은 중간 위치(73)에서의 상기 판 스프링(61)의 상부 표면의 위치 위의 미리 결정된 제 2 거리(C)에 위치되는데, 제 2 거리(C)는 C ≥ 0.75B로서 정의된다. 거리의 최대 값은 물론 프레임 및 서스펜션의 이동가능한 부품들의 부근에 장착되는 다른 컴포넌트들과 관련하여 판 스프링의 허용가능한 이동에 의해 제한된다. 제 1 단부 아이(71)와 중간 위치(73)는 판 스프링(61)의 세로 방향으로 미리 결정된 길이(A)에 의해 분리되는데, 제 1 거리는 B ＞ A/16으로 정의된다. 비-제한적 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 볼록 판 스프링은 제 1 및 제 2 단부 아이(71, 72) 사이에 1720 ㎜의 총 길이를 갖는다. 다양한 거리들을 위한 적절한 면적은 A=860 ㎜, B=55㎜, 및 C=70 ㎜이다. 이러한 배치는 3.8o의 로스 각(Ross angle)을 줄 것이다. 댐퍼 수단(도시되지 않음)은 액슬과 차량 프레임 사이의 판 스프링의 상부 부에 장착된다. 댐퍼는 공압 벨로우즈와 같은 공기 스프링, 또는 망원 서스펜션 스트럿과 같은 서스펜션 스트럿과 같은 적절한 종래 기술의 댐퍼일 수 있다.
서스펜션은 그것의 세로 확장부를 따라 그러한 형태를 갖는 단일 판 스프링을 포함할 수 있다. 대안으로서, 두 개 또는 그 이상의 판 스프링이 볼록 판 스프링의 스택으로 조립될 수 있으며 각각의 판 스프링은 그러한 볼록 부를 갖는다.
도 7은 완전히 로딩될 때 도 6의 전면 휠 서스펜션의 측면도를 도시한다. 도 7은 언더스티어된 차량을 위하여 미리 결정된 액슬 스티어를 제공할 본 발명에 따른 판 스프링(61)을 도시한다. 도 7에서 로스 지점이 RP에 표시되고 로스 선이 RL에 표시된다. 기준 선(DL)과 로스 선(RL) 사이의 각이 로스 각(α)이다. 판 스프링(61)이 로드 하에서 편향되기 때문에 지점(P)은 위에 설명된 것과 같이 로스 지점(RP)의 위치에 의해 결정되는 아크를 따를 것이다. 스프링 상의 로드가 증가하고 감소함에 따라, 상기 지점(P)은 상부 지점(P1)과 하부 지점(P2) 사이를 이동할 것이다. 도 7로부터 알 수 있는 것과 같이, 상부와 하부 지점(P1, P2)을 통한 가상 선은 위쪽 및 뒤쪽 방향으로 경사진다. 도 7의 판 스프링(61)의 배치는 X-Y 평면 내의 액슬 스티어을 갖는 언더스티어된 서스펜션을 야기하는 상부와 하부 지점(P1, P2)을 통하여 수직 선들 사이의 세로 차이(x)를 야기한다. 본문에서, x-축은 차량의 세로 방향으로 위치되고, y-축은 차량의 가로 방향으로 위치되며 z-축은 X-Y 평면에 수직으로, 수직 방향으로 위치된다.
도 8은 강성 액슬(84)에 부착되는 본 발명에 따른 판 스프링들(82, 83)을 포함하는 휠 서스펜션(81)이 제공되는 차량을 도시한다. 차량(80)이 횡력을 받는 롤의 대상이 됨에 따라 판 스프링들(82, 83) 상으로 로딩 상태를 유도하는, 굽은 곳을 넘을 때의 차량이 도시된다.
도 9는 차량이 수직 롤의 대상이 될 때 본 발명에 따른 판 스프링이 제공되는 차량을 위하여 전체 롤 각에 대한 롤 조향 각을 나타내는 개략적인 다이어그램을 도시한다. 수직 롤은 차량이 횡력의 대상이 아니라는 것을 나타낸다. 이러한 형태의 로딩은 강성 액슬 상의 휠들 중 하나가 산등성이 또는 도로 표면 상의 바위와 같은 장애물에 의해 위쪽으로 편향될 때 이른바 "범프-스티어"에 의해 야기된다. 다이어그램에서의 롤 조향 각은 왼쪽과 오른쪽 휠에 대한 평균 롤 조향 각이다.
다이어그램에서의 실선으로부터 알 수 있는 것과 같이, 상대적으로 큰 롤 각도 롤 조향 각에 대하여 무시해도 될 효과를 가질 것이다. 이는 도 9의 쇄선에 의해 표시된 것과 같이, 종래의 언더벤드(underbend) 판 스프링의 롤 스티어 거동과 비교될 수 있다. 다이어그램은 본 발명에 따른 스프링이 증가된 언더-스티어를 야기할 것이라는 것을 나타내며, 이는 울퉁불퉁한 표면을 가로질러 운전할 때 운전자에 향상된 조향감을 준다.
도 10은 횡력을 받는 롤의 대상이 될 때 본 발명에 따른 판 스프링들이 제공되는 차량을 위하여 롤 각에 대한 롤 조향 각을 나타내는 개략적인 다이어그램을 도시한다. 이러한 경우에 있어서, 횡력을 받는 롤은 0.4 g의 횡력에 의해 야기된다. 이러한 형태의 로딩은 굽은 곳을 넘는 차량에 의해 야기된다.
다이어그램에서의 실선으로부터 알 수 있는 것과 같이, 롤 조향 각은 롤 각의 증가에 따라 증가된다. 종래의 언더벤드 판 스프링의 롤 스티어 거동과 비교하여, 도 8의 쇄선에 의해 나타낸 것과 같이, 롤 조향 각은 록 각의 전체 범위에 걸쳐 향상되는 것을 알 수 있다. 다이어그램은 본 발명에 따른 스프링이 롤 각의 증가에 따라 증가된 언더스티어를 야기할 것이며, 이는 판 스프링들이 제공되는 트럭들과 상용 차량들에 바람직하다는 것을 나타낸다.
본 발명은 위의 실시 예들에 한정되지 않으며, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다.
11 : 판 스프링
12 : 차량 프레임
13 : 제 1 브래킷 또는 스프링 행거
14a : 제 2 브래킷 또는 스프링 행거
15 : 스프링 섀클
16 : 액슬
17 : 전면 판 스프링 단부 아이
18 : 후면 판 스프링 단부 아이
19 : 액슬 플레이트
21 : 왼쪽 판 스프링
22 : 오른쪽 판 스프링
23 : 액슬
25 : 조향 박스
26 : 조향 로드
27 : 스핀들 암
28 : 휠
29 : 휠 중심
31a : 왼쪽 판 스프링
31b : 오른쪽 판 스프링
32a, 32b : 차량 프레임
33a, 33b : 제 1 브래킷
34a, 34b : 제 2 브래킷
35a, 35b : 스프링 섀클
36 : 액슬
39a, 39b : 액슬 플레이트
41a, 41b : 휠 중심
61 : 판 스프링
62 : 차량 프레임
63 : 제 1 브래킷
64 : 제 2 브래킷
65 : 스프링 섀클
70 : 볼록 부
71 : 제 1 단부
72 : 제 2 단부
73 : 판 스프링의 중간 위치
80 : 차량
81 : 휠 서스펜션
82, 83 : 판 스프링
84 : 액슬

Claims (10)

  1. 차량 프레임(62)의 반대편 면들 상에서 세로로 확장하도록 배치되는 한 쌍의 판 스프링(61)을 포함하는 차량 서스펜션에 있어서,
    각각의 상기 판 스프링(61)은 제 1 위치(71)에서 상기 프레임에 단단하게 부착되는 제 1 브래킷(63)에 의해 차량에 회전축 같이 연결되는 제 1 단부; 및 로드 조건들에서 상기 판 스프링(61)의 길이 변화들을 보상하기 위하여, 제 2 위치에서 상기 프레임(62)에 단단하게 부착되는 제 2 브래킷(64)에 회전축 같이 연결되는 스프링 섀클(65)에 의해 상기 차량 프레임(62)에 연결되는 제 2 단부;를 가지며,
    상기 서스펜션은 상기 차량 프레임(62)의 가로로 확장하는 액슬(66)을 더 포함하며, 상기 액슬은 제 1 및 제 2 단부의 중간의 위치에서 각각의 상기 판 스프링(61)에 장착되며, 댐퍼 수단은 상기 액슬(61)과 상기 차량 프레임(62) 사이에 장착되며, 상기 판 스프링(61)의 적어도 상부 판은 상기 프레임(62)을 향하여 확장하는 볼록 부(70)를 갖는 포물선형 스프링이며, 상기 볼록 부(70)는 상기 제 1 단부와 상기 중간 위치 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션.
  2. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 판 스프링(61)은 볼록 부(70)를 갖는 포물선형 스프링들의 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 볼록 부(70)는 상기 판 스프링(61)의 상기 제 1 단부와 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  4. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 스프링(61)은 상기 볼록 부(70)와 상기 중간 위치 사이에 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  5. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 판 스프링(61)의 상기 볼록 부(70)의 상부 표면은 상기 판 스프링(61)이 중립 위치에 있을 때, 상기 제 1 브래킷(63)에서의 제 1 단부 아이 및 상기 스프링 섀클(65)에서의 제 2 단부 아이 사이의 기준 선(DL)과 같거나 또는 위의 레벨에 위치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 중간 위치에서 상기 상부 판 스프링(61)의 상기 상부 표면은 상기 기준 선(DL) 아래의 미리 결정된 제 1 거리(B)에 위치되며, 상기 볼록 부(70)의 상부 표면은 상기 중간 위치에서 상기 판 스프링(61)의 위치 위의 미리 결정된 제 2 거리(C)에 위치되며, 상기 제 2 거리(C)는 C ≥ 0.75B로서 정의되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  7. 제 5항 또는 6항에 있어서, 상기 제 1 단부 아이 및 상기 중간 위치는 상기 판 스프링(61)의 세로 방향으로 미리 결정된 길이(A)에 의해 분리되며, 상기 제 1 거리(B)는 B ＞ A/16으로 정의되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  8. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐퍼 수단은 공압 벨로우즈와 같은, 공기 스프링인 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  9. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐퍼 수단은 서스펜션 스트럿인 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 따른 서스펜션이 제공되는 것을 특징으로 하는 차량.
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