KR100320499B1 - 자동차의전륜현가장치 - Google Patents

Abstract

보다 나은 승차감과 조종 안정성의 구현이 가능하고, 옵셋 충돌시 이의 충격이 "井" 형태의 서브 프레임과 사이드 멤버에 분산 흡수되도록 하여 엔진룸과 실내를 구분하는 대시패널의 차내측 밀림량을 최소화함으로써, 충돌 안전성의 향상으로 인한 탑승자의 안전을 도모할 수 있도록 한 자동차의 전륜 현가장치를 제공할 목적으로;

휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 차체측과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과; 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 상측부로 형성되는 연장부 상단을 차체측과 연결하여 주는 어퍼 컨트롤 아암과; 스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 스트러트 어셈블리와; 차체를 보강하면서 상기 로워 컨트롤 아암의 차체측 연결부와 연결되는 서브 프레임을 포함하여 이루어지되,

상기 서브 프레임은 중앙부에 소정의 공간부를 두고 폐쇄형으로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 전륜 현가장치를 제공한다.

Description

자동차의 전륜 현가장치

본 발명은 자동차의 전륜 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고차원의 승차감과 조종 안정성을 동시에 향상시키고, 옵셋 충돌시 이의 충격이 서브 프레임과 사이드 멤버에 분산 흡수되도록 하여 대시 패널의 차내측 밀림량을 최소화함으로써, 충돌 안전성의 향상으로 인한 탑승자의 안전을 도모할 수 있도록 한 자동차의 전륜 현가장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서의 현가장치는 차체와 차륜 사이에 존재하면서 이 2개의 강체를 하나 혹은 다수의 컨트롤 아암으로 연결하여 상하 방향으로는 스프링과 쇽 업소오버에 의하여 지지되고, 기타 방향으로는 높은 강성과 유연성을 적절히 조화시킴으로써, 차체와 차륜 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시켜 주행 중 노면으로부터 받는 진동과 충격을 흡수하여 승차감과 선회 안정성을 향상시키는 장치이다.

이러한 현가장치는 노면으로부터의 입력에 대한 여러 부문의 성능을 만족시키기 위하여 다음의 3가지 조건이 요구되고 있다.

첫째, 조종 안정성을 위하여 타이어는 노면에 대하여 이상적인 자세를 유지케 하여 노면에 대한 그립(Grip)력을 극대화하고, 차체는 나름대로 최상의 자세를 유지하여 목적하는 차량 운동상태를 가능케 하여야 하며, 특히 어떠한 상태에서도 항상 다음 동작을 얻을 수 있는 순간력을 지님과 동시에 운전자의 의도하는 방향 및 순간 외에는 외부 입력에 의한 어떠한 거동도 허용하면 안된다.

둘째, 안락감을 위하여 어떠한 충격도 준민하게 흡수할 수 있도록 하여 차내에 있는 탑승자들로 하여금 불쾌감을 느끼지 못하도록 하여야 한다.

셋째, 충돌시 이의 충돌 에너지의 흡수에 기여토록 하여 충돌 안전성을 증대시킬 수 있도록 하여야 한다.

상기와 같은 현가장치의 요구 조건에 있어서, 이제까지는 첫째와 둘째 조건을 충족시키기 위한 개발이 중점적으로 이루어지고 이에 설계된 현가장치가 양산 차량에 적용되고 있으나, 최근에는 안전도에 대한 규제가 점차적으로 까다로워짐으로써, 기존 현가장치의 설계 개념만으로는 이를 충족시키기에는 역부족이었다.

이에 따라 최근에는 차체 구조에 악영향을 미치지 않는 조건에서 전면 및 옵셋 충돌시 이의 충돌 에너지를 효과적으로 흡수하여 충돌 안전성을 향상시킬 수 있는 현가장치가 초보 단계로서 개발되고 있는 실정이다.

이러한 점을 고려하여 전륜에 적용되는 종래의 스트러트형 현가장치를 살펴보면, 도 6에서와 같이, 스프링(102)과 쇽 업소오버(104)가 일체로 형성되어 그 상측단이 인슐레이터(106)를 개재시켜 차체에 현가 지지되며, 하측에는 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어(108)가 일체로 고착되는 스트러트 어셈블리(110)와;

상기 휠 캐리어(108)의 하측 부분이 직접 차체 또는 프레임(112)과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암(114)을 포함하여 이루어진다.

그리고 차체 또는 프레임(112)은 차폭으로 가로지르게 위치하여 형성되는 프레임이다.

상기 차체 또는 프레임(112)에 연결되는 사이드 멤버(116)와 차내와 운전석을 나누는 대시 패널(118)로 차량의 엔진룸이 이루어지고 있다.

그러나 상기와 같은 현가장치에 있어서는 승차감과 조정 안정성을 고려하여 설계된 현가장치인 바, 충돌 사고시 이의 충돌 하중에 의하여 현가장치, 특히 로워컨트롤 아암이 후측으로 밀리면서 이의 후단 연결부가 차내측으로 치고 들어오거나, 이를 고정하고 있는 사이드 멤버 및 대시 패널의 하단측부를 차내측으로 변형시키게 됨으로써, 차내의 탑승자 안전을 보장할 수 없다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 옵셋 충돌시 이의 충격이 서브 프레임과 사이드 멤버에 분산 흡수되도록 하여 현가장치의 차내측 밀림량을 최소화함으로써, 충돌 안전성의 향상으로 인한 탑승자의 안전을 도모할 수 있도록 한 자동차의 전륜 현가장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 현가장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 현가장치의 배면도.

도 3은 본 발명에 적용되는 로워 컨트롤 아암의 사시도.

도 4는 본 발명에 적용되는 서브 프레임의 평면도.

도 5는 본 발명에 적용되는 서브 프레임과 사이드 멤버와의 결합 상태를 개략적인으로 보인 측면도.

도 6은 종래 현가장치의 일예를 보인 사시도.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 자동차의 전륜 현가장치는, 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 차체측과 연결하여 주는 것으로, 외측으로 상기 휠 캐리어의 본체부 하측에 연결되는 1개의 휠측 연결부와, 내측부에서 전,후 분기되어 서브 프레임에 연결되는 2개의 차체측 연결부를 보유하되, 상기 휠측 연결부는 볼 조인트 방식에 의하여 연결이 이루어지고, 차체측 연결부의 전측 연결부는 수평형, 후측 연결부는 수직형 부시를 이용하여 연결이 이루어진 로워 컨트롤 아암과; 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 상측부로 형성되는 연장부 상단을 차체측과 연결하여 주는 것으로, 어퍼 컨트롤 아암은 1개의 휠측 연결부와, 전,후 2개의 차체측 연결부를 보유하되, 휠측 연결부는 볼 조인트 방식에 의하여 연결되고, 차체측 연결부는 수평형 부시와 앵커볼트로서 차체에 연결되는 어퍼 컨트롤 아암과; 스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 것으로, 그 하단부분이 전,후측으로 분기되어 로워 컨트롤 아암의 휠측 연결부의 내측으로 형성된 연결부에 수평형 부시를 개재시켜 연결되는 스트러트 어셈블리와; 차체를 보강하면서 상기 로워 컨트롤 아암의 차체측 연결부와 연결되는 서브 프레임을 포함하여 이루어지되, 상기 서브 프레임은 중앙부에 대략적인 사각형태로 공간부를 형성하여 이루어짐이 " 井 "형태가 되고, 길이방향의 중간부분이 하향 요입된 형태로 형성되어 다수 개소의 연결부를 통해 사이드 멤버에 고정되고, 상기 서브 프레림과 상기 사이드 멤버는 전,후측 양측단과, 중간부 후측에 형성되는 연결부에 수직형 고무 부시를 개재시켜 연결되는 것을 그 특징으로 한다.

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

도1,2에서와 같이, 휠 캐리어(2)는 휠(4)을 회전 가능하게 지지하며, 그의 본체부(6) 중앙에는 관통공(8)이 형성되어 이에 미도시한 구동축의 단부를 회전 가능하게 지지토록 하였다.

그리고 상기 본체부(6)의 상측부에는 상측부분이 차내측으로 만곡되고, 그의 상단부가 휠(2)의 차체측 상부에 위치하는 연장부(10)가 일체로 형성되며, 이의 본체부(6) 하측부분과 연장부(10)의 상단부분은 로워 컨트롤 아암(12) 및 어퍼 컨트롤 아암(14)의 휠측 연결부와 연결이 이루어진다.

상기에서 로워 컨트롤 아암(12)은 도 3에서와 같이, 외측으로 상기 휠 캐리어(2)의 본체부(6) 하측에 연결되는 1개의 휠측 연결부(16)와, 내측부에서 전,후 분기되어 차체 또는 서브 프레임(18)에 연결되는 2개의 차체측 연결부(20)(22)가 형성된다.

그리고 상기 휠측 연결부(16)는 공지의 볼 조인트 방식에 의하여 연결이 이루어지고, 차체측 연결부(20)(22)의 전측 연결부(20)는 수평형, 후측 연결부(22)는 수직형 부시를 이용하여 연결이 이루어진다.

또한, 상기 로워 컨트롤 아암(12)의 차체측 연결부의 전측 연결부(20)는 부시 축(21)의 양단부를 차체 외측으로부터 내측으로 관통 체결되는 볼트에 의하여 고정이 이루어지는데, 이는 로워 컨트롤 아암의 조립성 향상을 위한 것이다.

상기에서 전,후측 연결부(20)(22)에서 적용되는 수평, 수직형 부시라고 함은 부시의 축이 어떻게 배치되는가에 따라 분류한 것으로서, 수평형은 그 축방향이 수평의 상태로 배치된 것이고, 수직형은 그 축방향이 수직의 상태로 배치된 것을 의미한다.

그리고 상기 휠 캐리어(2)의 상단부를 차체와 연결하는 어퍼 컨트롤 아암 (14)은 상기 로워 컨트롤 아암(12)과 같이 1개의 휠측 연결부(24)와, 전,후 2개의 차체측 연결부(26)(28)를 보유하되, 휠측 연결부(24)는 볼 조인트 방식에 의하여 연결되고, 차체측 연결부(26)(28)는 수평형 부시를 이용하되, 앵커볼트(30)(32)를 이용하여 높게 차체에 고정되도록 하였다.

상기에서 휠 캐리어(2)와 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(14)을 연결함에 있어서, 볼 죠인트 방식을 이용한 것은 휠 캐리어(2)가 회전에 의한 조향이 이루어지도록 하기 위함이다.

또한, 상기에서의 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(14)은 차량의 주행 과정에서 복잡하고 가혹한 하중을 받게 되는 바, 이에 따른 피로 손상으로 균열이나 절손이 발생되어 대형 사고로 유발함을 방지하기 위하여 피로에도 충분히 견딜 수 있는 구조로 형성되어야만 한다.

이에따라 이들 아암은 대개 상,하 2개의 강판을 프레스 가공하여 그 가장 자리를 상호 용접하여 그 내부로 중공부가 형성되는 구조로 제작하는 것이 일반적인 예이다.

그리고 상기에 적용되는 부시들은 적절한 강성과 유연성을 갖는 고무 부시가 사용되는데, 이들은 공지의 것인 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 휠(4)의 상하운동을 제어하는 스트러트 어셈블리(34)는 코일 스프링 (36)과 쇽 업소오버(38)가 일체로 형성되어 그 상측단이 인슐레이터(40)를 개재시켜 차체에 현가 지지되며, 하측부분은 전,후측으로 분기되어 로워 컨트롤 아암(12)의 휠측 연결부(16)의 내측으로 형성된 연결부(42)에 수평형 부시를 개재시켜 연결이 이루어진다.

이에 따라 노면 상태에 따라 휠(4)로부터 입력되는 상하방향의 충격을 흡수 감쇠시키게 된다.

그리고 상기의 구성품 하측부분을 지지하여 주는 서브 프레임(18)은 도1, 4에서와 같이, 내부에 소정 형상의 공간부가 형성되는 형태로 이루어지는데, 본 발명에서는 상기의 공간부가 대략 사각 형태를 이루도록 형성하여 전체적으로 " 井 " 형태가 되도록 하였으며, 측면에서 보았을 때 중간부분이 하향 요입된 형태로 형성하였다.

또한, 상기 서브 프레임(18)을 형성함에 있어서는 상,하 2개의 강판을 프레스 가공하여 그 가장자리를 용접하는 수단으로 제작하였다.

이는 피로강성을 증대시킴은 물론 경량화를 위함이다.

상기에서 공간부를 형성한 것과, 중간부를 하향요입시킨 것은 엔진 및 변속기를 포함하는 파워 유닛의 탑재성을 고려하여 형성하는 것이며, 이의 서브 프레임 (18)은 도 5에서와 같이, 차체의 사이드 멤버(46)의 하측에 고착된다.

이와 같이 서브 프레임(18)을 사이드 멤버(46)의 하측에 연결함에 있어서는 전. 후측 양측단과, 중간부 후측에 형성되는 연결부(48)(50),(52)(54),(56)(58)를 통하여 연결이 이루어지는데, 이의 연결부에는 수직형 고무부시를 개재시켜 연결하게 된다.

그리고 상기에서 중간 연결부(52)(54)는 서브 프레임(18)으로부터 상향 돌출되는 지지부재(60)(62)의 상단부에 형성되며, 이는 서프 프레임(18)의 형상과 사이드 멤버(46)에 의하여 형성되는 것으로서, 돌출에 대한 특별한 의미를 부여할 필요는 없다.

또한, 상기에서 서브 프레임(18)을 사각 형태로 일체 형성한 것으로 설명되고 있으나, 이에 한정되는 것은 결코 아니며, 후측 횡방향 부재는 기존 차체의 크로스 멤버를 사용할 수 있다.

도면 중 미설명 부호 64는 조향을 위한 조향기구를 지칭한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 기존의 현가장치와 마찬가지로 노면으로부터 입력되는 상,하의 충격은 코일 스프링(36)과 쇽 업소오버(38)로 이루어지는 스트러트 어셈블리(34)에 의하여 흡수 감쇠된다.

또한, 상기 상하방향 이외의 방향으로 입력되는 전후력 및 횡력은 이들 휠 캐리어(2)와, 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(12)(14),그리고 차체 및 서브 프레임(18)들을 상호 연결하는 연결부에 개재되는 부시의 강성과 유연성에 의하여 흡수되어진다.

그리고 차량의 주행 중 옵셋 충돌 또는 추돌에 의하여 차량의 앞쪽에서 도 4, 5에서와 같이 충격력(F)이 입력되는 경우에는 먼저 서브 프레임(18)과 사이드 멤버(46)로 배분(f1)(f2)되어 입력되는 바, 종래와 같이 현가장치의 로워 컨트롤 아암이 차내측으로 치고 들어는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

즉, 기존의 현가장치에 있어서는 옵셋 충돌시 이의 충격력이 현가장치에 집중적인 하중으로 작용하여 로워 컨트롤 아암이 대시 패널(D)을 뚫고 차내측으로 치고 들어오는 현상이 발생되었으나, 본 발명에서는 서브 프레임(18)과 사이드 멤버 (46)에서 1차 흡수한 상태에서 변형이 이루어지고, 이의 변형량에 따라 현가장치의 밀림 현상이 발생되므로 그 변형량은 극히 미소하게 이루어짐으로써, 기존과 같은 위험은 발생되지 않는다.

또한, 서브 프레임(18)이 중앙부에 소정의 공간부를 갖는 폐쇄형으로 형성되는 바, 그 충격력의 분산이 효과적으로 이루어지고, 이에 내구력이 폐쇄형이 아닌것에 비하여 상대적으로 크게 상승됨으로써, 그 충격 흡수 효과는 한층 높아짐은 물론 변형량이 최소화된다.

상기에서 옵셋 충돌이라 함은 어떠한 2개의 강체가 서로 충돌할 때, 정면 충돌이 아니고 중심부를 기준으로 하여 편심된 상태로 충돌하는 것을 말하는 것으로서, 차량에 있어서는 차량의 중심에서 어느 한쪽으로의 부분 충돌을 의미하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 하이 마운티드 어퍼 컨트롤 아암과 로워 컨트롤 아암과의 스팬이 넓어 캠버 강성이 높음은 물론 캠버 불량률도 적어지고, 최적의 휠 지오메트리 구현이 가능하여 고성능의 서스펜션을 제공할 수 있게 된다.

그리고 안전도 측면에 있어서도 옵셋 충돌시 이의 충격이 서브 프레임과 사이드 멤버에 분산 흡수되도록 하여 대시 패널의 차내측 밀림량을 최소화함으로써, 충돌 안전성의 향상으로 인한 탑승자의 안전을 도모할 수 있는 등 다목적 성능을 달성할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와;

   차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 차체측과 연결하여 주는 것으로, 외측으로 상기 휠 캐리어의 본체부 하측에 연결되는 1개의 휠측 연결부와, 내측부에서 전,후 분기되어 서브 프레임에 연결되는 2개의 차체측 연결부를 보유하되, 상기 휠측 연결부는 볼 조인트 방식에 의하여 연결이 이루어지고, 차체측 연결부의 전측 연결부는 수평형, 후측 연결부는 수직형 부시를 이용하여 연결이 이루어진 로워 컨트롤 아암과;

   차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 상측부로 형성되는 연장부 상 단을 차체측과 연결하여 주는 것으로, 어퍼 컨트롤 아암은 1개의 휠측 연결부와, 전,후 2개의 차체측 연결부를 보유하되, 휠측 연결부는 볼 조인트 방식에 의하여 연결되고, 차체측 연결부는 수평형 부시와 앵커볼트로서 차체에 연결되는 어퍼 컨트롤 아암과;

   스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 것으로, 그 하단부분이 전,후측으로 분기되어 로워 컨트롤 아암의 휠측 연결부의 내측으로 형성된 연결부에 수평형 부시를 개재시켜 연결되는 스트러트 어셈블리와;

   차체를 보강하면서 상기 로워 컨트롤 아암의 차체측 연결부와 연결되는 서브 프레임을 포함하여 이루어지되,

   상기 서브 프레임이 중앙부에 대략적인 사각형태로 공간부를 형성하여 이루어짐이 " 井 "형태가 되고, 길이방향의 중간부분이 하향 요입된 형태로 형성되어 다수 개소의 연결부를 통해 사이드 멤버에 고정되고, 상기 서브 프레임과 상기 사이드 멤버는 전,후측 양측단과, 중간부 후측에 형성되는 연결부에 수직형 고무부시를 개재시켜 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 전륜 현가장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 로워 컨트롤 아암의 차체측 연결부의 전측 연결부는 부시 축의 양단부를 차체 외측에서 관통 체결되는 볼트로 고정함을 특징으로 하는 자동차의 전륜 현가장치.

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