KR0142556B1 - 자동차의 구동측 조향륜 현가장치 - Google Patents

Abstract

자동차용 현가장치에 있어서, 멀티 타입으로 설계 자유도를 높이기 위하여;자동차용 멀티 링크 타입의 현가장치에 있어서, 어퍼 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트와 1쌍의 어퍼 아암을 연결하는 피봇 조인트를 연결하는 가상의 직선과, 스트러트 어셈블리의 중심축에 대하여 직교하는 가상의 직선이 만나는 점을, 휠의 순간 중심점과 연결하여 가상적으로 형성되는 직선상에, 휠, 캐리어와 차체를 연결하는 어퍼 아암의 2개의 힌지 포인트를 연결하여 형성되는 가상의 직선을 교차시켜 만나는 점이 차체에 대하여 휠의 순간 중심이 되도록 다수의 링크가 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동측 조향륜 현가장치.

Description

자동차의 구동측 조향륜 현가장치

제1도는 본 발명에 의한 현가장치의 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 현가장치의 작동설명을 하기 위한 가하학적 도면.

제3도 (a)(b)는 종래 기술의 설명을 위한 현가장치의 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2:휠 캐리어 4:구동축

6:타이로드 8,10:어퍼 아암

22:피봇 조인트 24:스트러트 어셈블리

26:스트러트 아암 32,34:로워 아암

H1,H2,H3,H4,H5,H6:힌지 포인트

L1,L2,L3,L4,L5,L6.L7:가상의 직선

S1,S2,S2:순간 중심점 RC:로울 센터

본 발명은 자동차의 구동측 조향륜 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 킹핀(kingpin)축의 설정을 용이하게 하고 가상의 링크를 만들어 롤 센터(Roll-Center)의 높이 변화율을 작게 하여 조정 안전성을 향상시키고, 캠버및 트레드 변화에 대한 설계 자유도를 높힐 수 있도록 하며, 특히 현가장치의 점유공간을 작게하여 엔진 룸의 유효체적을 최대한으로 넓게 확보할 수 있도록 한 자동차의 조향륜 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 있어서의 현가장치(Suspension System)라함은 차축과 프레임을 연결하고, 주행 중 노면으로부터 받는 진동과 충격을 흡수하여 승차감과 자동차의 안전성을 향상시키는 장치로서, 노면에서의 충격을 완화하기 위하여 상하방향의 연결이 유연하여야 하고, 휠에 발생되는 구동력, 제동력, 선회시의 원심력등을 이겨낼 수 있는 수평 방향의 연결이 견고해야만 한다.

상기와 같은 현가장치에는 구조상으로 일체 차축 현가장치와, 독립 현가장치로 구분되는데, 일체 차축 현가장치는 버스, 화물차등과 같은 대형차량과 승용차의 뒤차축에 적용되며, 독립 현가장치는 차축을 분할하여 양 휠이 서로 관계없이 움직이게하여 승차감과 안정성이 향상되도록 한것으로서 승용차에 주로 적용되고 있다.

이러한 현가장치에 있어서, 본 발명은 독립 현가장치에 관계 되는데, 독립 현가장치에느 여러 종류의 현가장치가 있으며 조향륜에 적용되는 현가장치로는 주로 맥퍼슨 타입(Macpherson strut type) 현가장치와 위시본 타입(Wishbone type) 현가장치가 적용되고 있다.

상기와 같은 조향륜 현가장치에 있어서는 노면으로 부터 받는 진동이나 충격을 흡수함은 물론 주행중 자동차의 바른 자세를 유지하여 주어 주행 안정성을 확보하고 선회시 조종 안정성을 확보할 수 있도록 설계되고 있다.

즉, 조향륜은 조향동작을 하기 때문에 킹핀을 중심으로 하여 좌우로 방향을 변환시킬 수 있도록 설치되며, 또한 어떤 기하학적인 각도를 두고 설치되어 상기 조향륜으로서의 조건을 만족시킬 수 있도록 하고 있다.

이와같이 조향륜이 기하학적인 각을 두고 설치되는 것을 휠 얼라인먼트(Front Wheel Alignment)라 하며, 상기의 휠 얼라인먼트에는 여러 요소로 구별되나 이의 요소들이 서로 보완작용은 조향륜으로서의 이상적인 작용이 이루어지도록 하게 되는데, 휠 얼라인먼트의 요소 중 킹핀 경사각은 캠버(Camber)와 함께 핸들의 조작력을 경감시키고 제동및 주행시의 충격을 흡수하며, 핸들의 복원력을 증대시켜 주게 되므로 직진성을 안정되게 하여 자동차의 주행 안정성과 선회시의 조종 안정성을 확보할 수 있도록 하고 있다.

상기에서 킹핀 경사각은 자동차를 앞에서 보았을 때 킹핀축의 수선에 대하여 일정 각도를 두고 설치되어 있는 것을 의미하며, 이의 킹핀축과 휠의 중심선과의 거리를 오프셋(Offset)이라 하는데, 보통 휠 센터에서의 오프셋과 지면에서의 오프셋 두가지로 분류하여 휠 센터에서의 오프셋은 주로 구동력이나 엔진 브레이크가 걸릴 때 직진성에 영향을 미치며 지면에서의 오프셋 량이 적으면 적을수록 조향에 대한 민감성이 감소되어 안정성이 좋아지게 되고 제동 및 선회시의 조종 안정성이 좋아지게 된다.

그리고 자동차의 안전성에 있어서는 차체의 진동과도 밀접한 관계가 있는데, 자동차는 주행 중에 차체의 상하진동(Bounce) 이외에 로울링(Rolling), 피칭(Picthing), 요우잉(Yawing)이 일어나기 마련이며, 이들 진동을 유연하게 흡수하여야만 승차감을 물론 안정성이 향상되게 된다.

이와같은 차체의 진동에 있어서, 자동차의 선회시에 발생되는 진동은 차체가 옆 방향으로 진동하는 것을 뜻하는 로울링이 심하게 발생되며, 이의 로울링이 선회시의 안정성에 많은 영향을 미치게 된다.

즉, 로울링은 어떤점을 기준으로 하여 발생되며, 이 점을 로울 센터(Roll Center)라고 칭하며 자동차의 로울링은 차체의 무게 중심이 로울센터 보다 높기 때문에 발생 되는데, 롤 센터 높이가 많이 변하면 한쪽에서 다른쪽으로의 무게 이동량이 많이 변하게 되고, 이러한 현상은 타이어에서의 슬립 앵글 변화가 많이 발생되므로 조향변화가 심하게 되어 직진 안전성을 비롯한 조종 안정성이 나빠지게 된다.

따라서 일반적으로 주행 안정성을 확보하기 위하여는 롤 센터 높이 변화율이 작은것이 바람직하다.

상기와 같은 내용을 고려하여 종래 조향륜 현가장치를 살펴보면 다음과 같다.

제3도 (a)는 일반적인 맥퍼슨 타입 현가장치로서, 맥퍼슨 현가장치는 조향너클(71)과 일체로 도어 있으며, 쇽 업소오버(72)가 내부에 포함되어 있으며 상측에 스프링(74)이 탄발설치되는 스트러트 아암(73)과, 상기한 조향너클(71)에 볼 조인트(76)를 개재하여 차체와 힌지결합되는 로워 아암(75)을 포함하여 이루어지고 있다.

이러한 현가장치에 있어서는 구조가 간단하고 스프링 및 질량이 작으며 엔진룸의 유효체적을 간단하게 할 수 있다는 장점은 있으나, 킹핀 오프셋(a)을 줄이거나 '-'로 하기 위하여는 스트러트 아암(73)의 상측 지지점(77)을 엔진룸측으로 이동시키거나 보울 죠인트(76) 부분을 외측으로 이동시켜야 하는데, 상기에서와 같이 스트러트 아암(73)의 상측 지지점(77)을 엔진룸측으로 이동시키는 경우에는 엔진 룸의 유효체적이 줄어들고 킹핀 각(α)이 지나치게 크게 되어 선회성능에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.

그리고 보울 죠인트(76)를 외측으로 이동시키는 경우에는 휠(78)측으로 형성되는 브레이크 디스크와 간섭을 일으키게 되므로 볼 조인트(76)를 이동하는 방식으로 깅핀 오프셋(a) 을 작게하는 것은 사실상 불가능하다.

제3도 (b)는 일반적인 위시본 타입 현가장치로서, 어퍼 및 로워 콘트롤 아암(81)(82)과, 조향너클(83)과, 쇽 업소오버(84)를 포함하는 스프링 조립체(85)와, 상기 어퍼 및 로워 콘트롤 아암(81)(82)을 조향너클(83)과 연결시켜주는 보울이음(86)(87)으로 구성되는데, 이 또한 킹핀 오프셋(a)을 조정하기 위하여는 어퍼 콘트롤 아암(81)의 차체측 연결부(88)을 엔진룸측으로 이동시키거나 로워 콘트롤 아암(82)의 보올이음(87)을 외측으로 이동시켜야만 한다.

그러나 상기와 같은 위시본 타입 현가장치의 경우에도 전자의 맥퍼슨 현가장치와 마찬가지로 어퍼 콘트롤 아암(81)의 차체측 연결부(88)를 엔진룸측으로 이동시키는 경우에는 엔진 룸의 유효체적이 줄어들고 킹핀 각(α)이 지나치게 크게 되어 선회성능에 악영향을 미치게 되고, 로워 콘트롤 아암(82)의 보올이옴(87)을 외측으로 이동시키는 경우에는 휠(89)측으로 형성되는 브레이크 디스크와의 간섭으로 이동시키는것이 거의 불가능하여 킹핀 오프셋(a)을 작게하는데에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.

이러한 점을 고려하여 볼 때 종래의 맥퍼슨 타입 현가장치와 위시본 타입 현가장치에 있어서는 킹핀 각 설정의 설계 자유도가 극히 작은 범위로 한정되어 킹핀 오프셋(a)의 크기를 줄일 수 없는 바, 현가장치의 기능을 향상시키는데 한계가 있다.

또한, 양자 공통적으로 휠의 상하 운동이 단순히 길이가 짧은 콘트롤 아암에 의존하여 회전하게 되는 바, 로울센터의 높이 변화가 큰차로 변화하게 되어 상대적으로 주행 안정성이 결여 된다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가상 킹핀축(kingpin)의 설정을 용이하게 하고 가상의 링크를 만들어 롤 센터(Roll-Cinter)의 높이 변화율을 작게 하여 조정 안정성을 향상시키는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 캠퍼 및 트레드의 변화와 킹핀 축을 상호 독립적으로 설정할 수 있도록하여 설계 자유도를 높힐 수 있도록 하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현가장치의 점유공간을 작게하여 엔진룸의 유효체적을 최대한 크게 확보하는데에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 멀티 링크 타입의 자동차용 현가장치에 있어서, 차체에 일측단이 마운툉되며 피봇 조인트에 의해 상호 연결되는 1쌍의 어퍼 아암과, 상기한 어퍼 아암이 상측단부에 볼 조인트 결합되며 엔진의 구동력을 전달하는 구동축에 의해 회전하는 차륜이 회전가능하게 결합됨과 아울로 조향을 위한 타이로드에 의해 조타가 가능하게 연결되는 휠 캐리어와, 상기한 피봇 조인트에 연결됨과 아울러 스트러트 어셈블리의 하단부를 지지하는 스트러트 아암과, 상기한 스트러트 아암의 양측단에 각각 일측단이 마운팅됨과 아울러 타측단이 상기한 휠 캐리어에 마운팅되는 로워 아암을 포함하여 이루어지는 자동차의 구동측 조향륜 현가장치를 제공한다.

상기한 어퍼 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트와 피봇 조인트를 연결하는 가상의 직선과, 스트러트 어셉블리의 중심축에 대하여 직교하는 가상의 직선이 교차하는 점이 차체에 대하여 어퍼 아암의 순간 운동 중심점이 가상적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 구동측 조향륜 현가장치를 제공한다.

상기한 로워 아암이 양측단 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선과, 피봇 조인트와 어퍼 아암이 휠 캐리어와 연결되는 힌지 포인트를 직선으로 연결하여 만나는 점이 스트러트 아암에 대한 휠의 순간 운동 중심점이 되도록 하여 롤링을 최소화한 자동차용 구동측 조향륜 현가장치를 제공한다.

자동차용 멀티 링크 타입의 현가장치에 있어서, 어퍼 아암이 차체와 연결되는 힌지 포인트와 1쌍의 어퍼 아암을 연결하는 피봇 조인트를 연결하는 가상의 직선과, 스트러트 어셈블리의 중심축에 대하여 직교하는 가상의 직선이 만나는 점을, 휠의 순간 중심점과 연결하여 가상적으로 형성되는 직선상에, 휠 캐리어와 차체를 연결하는 어퍼 아암의 2개의 힌지 포인트를 연결하여 형성되는 가상의 직선을 교차시켜 만나는 점이 차체에 대하여 휠의 순간 중심이 되도록 다수의 링크가 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동측 조향륜 현가장치를 제공한다.

이하, 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 실시예에 의한 현가장치의 사시도로서, 엔진의 출력을 변속기를 통하여 휠 캐리어(2)측으로 전달하여 구동륜을 회전시키는 구동축(4)과, 조향핸들의 조향방향에 따라 조향기어 박스의 피스톤과 연동하여 조향을 행하도록 하는 로드(6)를 포함하는 구동측 조향륜의 현가부가 도시되고 있다.

상기한 휠 캐리어(2)의 상측부와 연결되는 1쌍의 어퍼 아암(8)(10)은 내측으로 마운팅 부시를 개재하여 차체와 연결할 수 있는 연결부(12)(14)를 각각 보유하고 있는데, 이러한 연결은 차체에 대하여 어퍼 아암(8)(10)이 순간 중심점을 갖을 수 있게 된다.

상기한 1쌍의 어퍼 아암(8)(10)이 1개의 휠 캐리어(2)에 동일 수평면상에서 연결되도록 하기 위하여 휠 캐리어(2)의 상측부위를 분지하여 각각 볼 조인트(18)(20)로서 연결될 수 있도록 하고 있다.

또한 상기한 어퍼 아암(8)(10)은 휠 캐리어(2)와 연결되는 지점에서 차체측으로 가면서 벌려지는 구조를 갖고 있는데, 이들 어퍼 아암(8)(10)은 피봇 조인트(22)로 연결되어 피봇 운동이 가능한 결합을 이루어 지도록 하고 있다.

상기한 피봇 조인트(22)는, 스프링과 쇽 업소오버가 결합되어 이루어지는 스트러트 어셈블리(24)의 하측부가 스트러트 아암(26)과 고정되는 부위와 일체를 이루고 있다.

이 스트러트 어셈블리(24)의 하단부를 스트러트 아암(26)과 연결하기 위하여 스트러트 아암(26)을 상방으로 휘어 휘어진 부분의 최상단점에서 연결이 이루어지도록 하고 있다.

상기한 스트러트 아암(26)의 양단부에는 마운팅 부시를 개재하는 연결부(28)(30)가 설치되고 있는데, 이 연결부(28)(30)에는 1쌍의 로워 아암(32)(34)의 일단이 각각 연결되어 소프트한 연결이 이루어지도록 되어 있으며, 로워 아암(32)(34)의 타측단은 휠 캐리어(2)의 하단부에 볼조인트(36)로 연결되어 상기한 어퍼 아암(8)(10)과 휠 캐리어(2)의 순간 중심점을 얻을 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 현가장치는, 제2도에 도시한 바와 같이 각각의 구성 요소들이 운동을 할때 순간 중심점을 갖을 수 있는데, 이 기하학적 선도를 설명한다.

스트러트 어셈블리(24)는 차체와 힌지 포인트(H1)에서 연결되고 있으며, 어퍼 아암(8)(10)과 휠 캐리어(2)는 힌지 포인트(H2)에서 연결되고 있으며, 1쌍의 어퍼 아암(8)(10)을 연결하는 힌지 포인트(H3)는 어퍼 아암(8)(10)이 차체와 연결되는 힌지 포인트(H4)와 유기적인 관계를 갖을 수 있는데, 이것은 차체에 대하여 어퍼 아암(8)(10)이 운동할때의 순간 중심점을 제공하게 된다.

또한 휠 캐리어(2)의 하단부와 로워 아암(32)은 힌지 포인트(H5)에서 연결되고 있으며, 스트러트 아암(26)과 로워 아암(32)은 힌지 포인트(H6)에서 연결을 이루고 있다.

이러한 힌지 포인트들(H1,H2,H3,H4,H5,H6)은 각각의 요소들이 운동할때 순간 중심점을 가상적으로 제공하는데, 먼저 힌지 포인트(H2)와 또다른 힌지 포인트(H3)를 연결하는 가상 직선(L1)을 생각하고 로워 아암(32)의 양측단 힌지 포인트(H5)(H6)를 연결하는 가상 직선(L2)을 생각하게 되면 이들 가상 직선(L1)(L2)은 휠 캐리어(2)가 상하로 이동할때 순간적으로 교차하는 점을 만들게 되는데, 이점이 스트러트 아암(26)에 대한 휠 캐리어(2)의 순간 운동 중심점(S1)이 된다.

그리고 스트러트 어셈블리(24)의 중심축에 대하여 직교하는 가상의 직선(L3)을 그리고 어퍼 아암(8)(10)의 힌지 포인트(H3)(H4)를 연결하는 가상 직선(L4)을 그리게 되면 이들 가상직선(L3)(L4)은 한점에서 교차하게 되는데, 이 점이 차체에 대한 어퍼 아암(8)(10)의 순간 운동 중심점(S2)이 된다.

따라서 순간 중심점(S1)을 중심으로 휠 캐리어(2)가 선회하게 되므로 휠 캐리어(2)에 설치되는 차륜(T)이 선회하게 되는데, 이것은 차륜의 선회 중심거리가 가상선으로 이루어지면서 차륜으로 부터 멀리 떨어진 곳에 존재하게 되므로 롤링의 변화가 작게 된다.

그리고 어퍼 아암(8)(10)의 가상의 순간 중심점이 S2가 되기 때문에 어퍼 아암(8)(10)으로 부터 대단히 멀리 떨어진 곳에 위치함에 의해 어퍼 아암의 선회각은 극히 미소하게 된다.

그러므로 순간 중심점(S1)(S2)을 연결하는 가상의 직선(L5)과 힌지 포인트(H2)(H4)를 연결하는 가상의 직선(L6)이 만나는 순간 중심점(S3)은 차체에 대한 차륜(T)의 순간 중심점이 될 것이므로, 이 순간 중심점(S3)의 높이 변화는 당연히 적은량으로 될 것이다.

이러한 기하학적 도식으로 로울 센터(RC)를 생각할 수 있는데, 로울 센터(RC)는 차체에 대한 차륜의 순간 중심점(S3)과 차륜(T)의 접지부와를 연결하는 가상직선(L7)과, 차체의 센터 라인(CL)이 만나는 교점에서 형성된다.

따라서 차체의 센터 라인(CL)과 가상직선(L5) 및 가상직선(L7)이 각각 만나는 교점사이의 거리가 로울 센터(RC)의 높이(h)가 되는데, 상기한 바와 같이 순간 중심점(S3)의 변화율이 적기 때문에 결국 로울 센터의 높이(h)도 변화가 적게 일어나게 된다.

이것은 주행 안전성에 관계하게 되는데, 로울 센터의 변화가 적기 때문에 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 상기한 바와 같은 구성에 의해 얻어지는 효과는 가상의 킹핀축을 적절히 설정할 수 있으므로 조향시 거동을 조절할 수 있으며, 로워 아암이 스트러트 아암에 마운팅되기 때문에 특히 조향륜에 장착이 가능하며 공간을 최대로 활용할 수 있다.

또한 1쌍의 어퍼 아암과 가상의 로워 아암에 의해 로울 센터와 캠버 및 휠 트레드의 특성이 결정되므로 멀티 타입에 의한 본 발명의 현가장치는 종래의 맥퍼슨 타입이나 위시본 타입의 현가장치에 비하여 설계 자유도를 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 차체측단이 차체에 연결되고, 중간부분에 피봇 조인트에 의해 상호 연결되는 한쌍의 어퍼아암과; 차륜을 회전 가능하게 지지하며, 상측단부가 상기 어퍼아암과 볼 조인트 연결되는 휠 캐리어와; 상기한 피봇 조인트와 일체로 형성됨과 동시에 스트러트 어셈블리의 하단부를 지지하는 스트러트 아암과; 상기한 스트러트 아암의 양측단에 각각 차체측단이 연결되고, 타측단이 상기한 휠 캐리어에 마운팅되는 로워 아암을 포함하여 이루어지는 자동차의 구동측 조향륜 현가장치.
2. 제1항에 있어서, 차체에 대한 어퍼아암의 순간운동 중심점이, 어퍼아암과 차체와 연결되는 힌지 포인트와 피봇 죠인트를 연결하는 가상의 직선과, 스트러트 어셈블리 중심축에 대하여 직교하는 가상의 직선이 교차하는 점이 되도록; 상기 어퍼아암을 거의 수평의 상태로 배치하고, 스트러트 어셈블리의 상측단이 차체측으로 일정각 기울지게 배치함을 특징으로 하는 차량의 구동측 조향륜 현가장치.
3. 제1항에 있어서, 스트러트 아암에 대한 휠의 순간운동 중심점이, 로워아암의 양측단 연결부를 연결하는 가상의 직선과, 피봇 조인트와 어퍼아암이 휠 캐리어와 연결되는 힌지 포인트를 연결하는 가상의 직선이 만나는 교점이 되도록; 피봇 조인트를 어퍼아암의 휠측단 연결부 보다 낮은 위치에 배치하고, 로워아암은 거의 수평의 상태로 배치함을 특징으로 하는 차량의 구동측 조향륜 현가장치.
4. 자동차용 멀티 링크 타입 현가장치에 있어서, 차체에 대한 휠의 순간중심이, 스트러트 아암에 대한 휠의 순간중심과 차체에 대한 어퍼아암의 순간중심을 연결하는 가상의 선과, 휠 캐리어와 차체를 연결하는 어퍼아암의 양단 힌지부를 연결하는 가상의 선이 교차하는 점이 되도록; 한쌍의 어퍼아암을 중간부에서 연결하는 피봇 조인트를 어퍼아암의 휠측단 연결부 보다 낮은 위치에 배치하고, 로워아암은 거의 수평의 상태로 배치하고, 스트러트 어셈블리의 상측단이 차체측으로 일정각 기울지게 배치함을 특징으로 하는 차량의 구동측 조향륜 현가장치.