KR20240053251A - 차량용 커플드 토션빔 액슬 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내구 수명이 향상될 수 있는 차량용 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 관한 것으로, 이는 토션빔; 상기 토션빔의 단부에 연결된 트레일링암; 및 상기 토션빔과 상기 트레일링암을 연결하는 스프링시트를 포함하고, 상기 스프링시트는, 스프링을 지지하는 스프링안착부; 상기 스프링안착부의 일측 단부에 형성된 트레일링암측 장착부; 상기 스프링안착부의 타측 단부에 형성된 토션빔측 장착부; 및 상기 토션빔측 장착부에 형성된 트레일링암측 연결부를 포함할 수 있다.

Description

차량용 커플드 토션빔 액슬 서스펜션{Coupled torsion beam axle suspension for vehicle}

본 발명은, 내구 수명이 향상될 수 있는 차량용 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 관한 것이다.

커플드 토션빔 액슬(Coupled Torsion Beam Axle, CTBA) 서스펜션은 차량의 롤 거동에 의해 발생되는 비틀림 강성을 제어하도록 구성되어, 주로 소형 차량의 후륜 서스펜션으로 사용된다.

커플드 토션빔 액슬 서스펜션은, 튜브형 토션빔의 양단에 트레일링암이 구비되고, 각각의 트레일링암에는 예를 들어 휠 마운팅 브라켓, 스프링시트 및 댐퍼브라켓이 구비된다. 스프링시트 및 댐퍼브라켓에는 각각 주행에 따른 진동을 저감시키기 위한 스프링과 댐퍼가 장착된다. 휠 마운팅 브라켓에는 휠축이 장착된다.

커플드 토션빔 액슬 서스펜션은, 다른 서스펜션에 비해 구조가 간단하고 소요되는 부품수가 적으며 경량화가 가능한 장점은 물론, 정비가 용이하고 원가의 절감에 유리하다.

이러한 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서는, 주행시 입력되는 하중에 의한 토션빔의 비틀림과 굽힘 등이 발생하게 되므로, 토션빔과 스프링시트 간 연결부위 또는 토션빔과 트레일링암 간 연결부위, 트레일링암과 휠 마운팅 브라켓 간 연결부위 등에 응력이 집중되어 크랙이 생기고 내구 수명이 저하되는 문제가 있다.

이를 해소하기 위해, 소재의 두께를 증대시키거나, 고강도 재질을 적용하는 방안 등이 있으나, 이는 중량 및 비용을 상승시킨다.

(특허문헌 1) KR 2013-0010672 A

본 발명은, 중량 및 비용의 상승 없이, 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 구성요소들 간 연결부위에 생기는 응력을 분산시킴으로써, 내구 수명이 향상될 수 있는 차량용 커플드 토션빔 액슬 서스펜션을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션은, 토션빔; 상기 토션빔의 단부에 연결된 트레일링암; 및 상기 토션빔과 상기 트레일링암을 연결하는 스프링시트를 포함하고, 상기 스프링시트는, 스프링을 지지하는 스프링안착부; 상기 스프링안착부의 일측 단부에 형성된 트레일링암측 장착부; 상기 스프링안착부의 타측 단부에 형성된 토션빔측 장착부; 및 상기 토션빔측 장착부에 형성된 트레일링암측 연결부를 포함할 수 있다.

상기 트레일링암측 연결부는, 상기 토션빔측 장착부의 일측 선단에서 연장하여 상기 트레일링암에 용접될 수 있다.

상기 트레일링암측 연결부의 용접부위는 상기 토션빔측 장착부의 용접부위와 상기 트레일링암측 장착부의 용접부위 사이에 위치될 수 있다.

상기 트레일링암측 장착부는, 상기 트레일링암의 저면에 용접하도록 형성된 제1 트레일링암측 장착부, 및 상기 트레일링암의 측면에 용접하도록 형성된 제2 트레일링암측 장착부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 중량 및 비용의 상승 없이, 스프링시트에 트레일링암측 연결부를 부가하여 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 구성요소들 간 연결부위에 생기는 응력을 분산시킴으로써, 내구 수명이 향상될 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 일부를 위에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 부분을 아래에서 바라본 사시도이다.
도 3은 종래기술과 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 소재에서 내구 해석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 일부를 위에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 부분을 아래에서 바라본 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션은 토션빔(10), 트레일링암(20) 및 스프링시트(30)를 포함할 수 있다.

토션빔(10)은 차량을 좌우방향으로 가로질러 차량에 설치될 수 있다. 토션빔은, 예를 들어 판재의 전후방향 단부가 중앙부를 중심으로 하여 하방으로 구부려지게 가공함으로써, 대략 역U자형 또는 역V자형 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

트레일링암(20)은 쌍으로 구비되어 토션빔(10)의 양측 단부에 각각 연결될 수 있다. 토션빔에 연결된 상태에서 트레일링암은 차량의 전후방향으로 연장하도록 설치되어 앞쪽 단부는 차체에 연결되고, 뒤쪽 단부에는 휠이 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 의해 양쪽 휠의 거동이 상호 제한됨으로써 롤링이 억제되고, 이를 통해 선회시 차량 자세를 안정화시킬 수 있게 된다.

스프링시트(30)는, 주행 중 발생하는 진동을 감쇠시키기 위해 구비된 스프링의 하단을 지지하기 위한 것으로서, 토션빔(10)과 트레일링암(20)을 연결하도록 배치될 수 있다.

스프링시트(30)는 스프링을 안정적으로 지지하기 위해 대략 원형으로 형성된 오목한 스프링안착부(31)를 포함할 수 있다.

스프링안착부(31)는 중심에 형성된 원형공을 중심으로 보스가 돌출되게 형성되어 있어, 보스의 외주에 스프링을 외삽할 수 있다.

스프링시트(30)는, 스프링안착부(31)의 좌우방향측 단부, 즉 차체의 외측을 향한 단부에 형성되어, 트레일링암(20)에 용접하도록 된 트레일링암측 장착부(32)를 포함할 수 있다.

트레일링암측 장착부(32)는, 예컨대 트레일링암(20)의 저면에 면촉접하여 용접하도록 형성된 제1 트레일링암측 장착부(32a)와, 예컨대 트레일링암에서 차체의 내측을 향한 측면에 T이음으로 용접하도록 형성된 제2 트레일링암측 장착부(32b)를 포함할 수 있다.

또, 스프링시트(30)는, 스프링안착부(31)의 전후방향측 단부, 즉 차체의 전방측을 향한 단부에 형성되어, 토션빔(10)에 용접하도록 된 토션빔측 장착부(33)를 포함할 수 있다.

트레일링암측 장착부(32)와 토션빔측 장착부(33)가 각각 트레일링암(20)과 토션빔(10)에 용접됨으로써, 스프링시트(30)는 트레일링암(20)과 토션빔(10)을 직접 연결하게 되며, 이에 따라 별도의 보강부재 없이도 토션빔의 비틀림 강성 및 굽힘 강성을 보강할 수 있다.

스프링안착부(31)는 스프링을 안정적으로 지지하면서 스프링의 길이를 충분히 수용하도록, 토션빔(10)이나 트레일링암(20)에 연결되는 장착부(33, 32)들보다 낮은 높이로 깊게 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서는, 스프링시트(30)의 토션빔측 장착부(33)에 추가로 트레일링암측 연결부(34)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 트레일링암측 연결부는 토션빔측 장착부에서 분기될 수 있다.

트레일링암측 연결부(34)는 토션빔측 장착부(33)의 일측 선단에서 외팔보 형태로 연장하여, 트레일링암(20)의 대응 부위(맞대어지는 부위)에 용접될 수 있다. 예컨대, 트레일링암측 연결부는 트레일링암에서 차체의 내측을 향한 측면에 T이음으로 용접될 수 있다.

이러한 트레일링암측 연결부(34)의 용접부위는 토션빔측 장착부(33)의 용접부위와 트레일링암측 장착부의 용접부위 사이에 위치될 수 있다.

이와 같이 해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서 스프링시트(30)는 총 4곳에서 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서는, 스프링시트(30) 자체의 장착 강도가 기존보다 향상되어 더욱 견고하고 안정적으로 스프링을 지지할 수 있음과 동시에, 스프링시트가 토션빔(10)과 트레일링암(20)을 훨씬 더 강력하게 연결해 줄 수 있게 됨으로써 토션빔의 비틀림 강성 및 굽힘 강성을 더욱 보강할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

도 3은 종래기술과 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 소재에서 내구 해석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.

본 출원인은 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 대하여 시뮬레이션을 통해 내구 성능의 해석을 실시하였다. 해석 방법으로는 MSM(Modal Superposition Method) 내구 해석이 적용되었다.

일정 시간 동안 일정 수준의 하중을 견디는 성능과 관련하여, 종래기술의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션(a)과 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션(b)의 파단시 하중 정도를 비교해 보았다.

종래기술의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션(a)에서는, 스프링시트(30)에서 트레일링암측 연결부(34)가 생략된 형상을 갖도록 설정하였다.

종래기술의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션은, 토션빔(10)과 트레일링암(20)은 물론, 토션빔과 트레일링암의 연결부위에 응력이 집중되는 것을 볼 수 있다.

반면에, 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션(b)은, 토션빔(10)과 트레일링암(20)의 연결부위에서 스프링시트(30)가 토션빔 및 트레일링암을 훨씬 더 강력하게 연결하면서 강성을 더욱 보강하고 있어, 동일 시간이 지나도 크랙 없이 버티고 있음을 확인할 수 있었다.

예를 들면, 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션은, 종래기술보다 초대 대략 30% 이상 증가된 하중도 견디어 내어, 그 내구 수명이 대폭 연장됨을 확인할 수 있었다.

도 3의 (b)에서 (a)보다 붉은색 계열이 상대적으로 없다는 것은, 그만큼 응력의 집중없이 구성요소에 응력이 전반적으로 고르게 분산됨을 의미한다.

더욱이, 토션빔(10)과 트레일링암(20)의 용접부위와 트레일링암(20)과 휠 마운팅 브라켓(21)의 용접부위에 대해서도, 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서 그 내구 성능이 종래기술보다 훨씬 더 우수함을 확인하였다.

예를 들어, 토션빔(10)의 비틀림과 굽힘시, 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서는 스프링시트(30)가 취약 부위의 스트레인은 최소화하고 내구 마진이 있는 토션빔(10) 쪽으로 변위를 유도하는 역할을 할 수 있다.

이와 같이 스프링시트(30)에 의해, 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 생기는 응력이 전반적으로 고르게 분산됨을 알 수 있다.

따라서, 내구 성능의 평가 결과에 따르면, 스프링시트(30)에 트레일링암측 연결부(34)를 더 부가함으로써, 본 발명의 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에서는 하중 경로의 수가 증대되고, 이에 따라 전반적인 응력이 감소됨을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 커플드 토션빔 액슬 서스펜션에 의하면, 소재의 두께를 증대시키거나 고강도 재질을 적용하지 않고서도 강성을 보강할 수 있기 때문에, 중량 및 비용의 상승 없이 커플드 토션빔 액슬 서스펜션의 내구 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 토션빔
20: 트레일링암
21: 휠 마운팅 브라켓
30: 스프링시트
31: 스프링안착부
32: 트레일링암측 장착부
32a: 제1 트레일링암측 장착부
32b: 제2 트레일링암측 장착부
33: 토션빔측 장착부
34: 트레일링암측 연결부

Claims (4)

1. 토션빔;
   상기 토션빔의 단부에 연결된 트레일링암; 및
   상기 토션빔과 상기 트레일링암을 연결하는 스프링시트
   를 포함하고,
   상기 스프링시트는,
   스프링을 지지하는 스프링안착부;
   상기 스프링안착부의 일측 단부에 형성된 트레일링암측 장착부;
   상기 스프링안착부의 타측 단부에 형성된 토션빔측 장착부; 및
   상기 토션빔측 장착부에 형성된 트레일링암측 연결부
   를 포함하는 커플드 토션빔 액슬 서스펜션.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 트레일링암측 연결부는, 상기 토션빔측 장착부의 일측 선단에서 연장하여 상기 트레일링암에 용접된 커플드 토션빔 액슬 서스펜션.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 트레일링암측 연결부의 용접부위는 상기 토션빔측 장착부의 용접부위와 상기 트레일링암측 장착부의 용접부위 사이에 위치된 커플드 토션빔 액슬 서스펜션.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 트레일링암측 장착부는,
   상기 트레일링암의 저면에 용접하도록 형성된 제1 트레일링암측 장착부, 및
   상기 트레일링암의 측면에 용접하도록 형성된 제2 트레일링암측 장착부
   를 포함하는 커플드 토션빔 액슬 서스펜션.