KR100369037B1

KR100369037B1 - 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조

Info

Publication number: KR100369037B1
Application number: KR10-2000-0069508A
Authority: KR
Inventors: 진병운
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20020039726A

Abstract

본 발명은 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조에 관한 것으로, 차량의 선회시 가해지는 롤링가압력에 의한 어퍼·로워암과 너클의 운동궤적에 따른 갭의 형성을 방지하여 리프스프링에 가해지는 횡력을 제거함은 물론 차륜에 가해지는 가압력에 따른 조향휠과 액슬센터의 운동궤적을 일치시켜 조향 성능을 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중간부분을 U볼트를 이용하여 차축(4)에 고정한 리프스프링(2)이 그 일측이 섀클(3)을 매개로 프레임(1)의 측면으로 장착됨과 더불어 그 타측이 롤링가압력(F)을 흡수 및 완충하는 장치로 이루어지되, 이 롤링가압력(F)을 흡수 및 완충하는 장치는 리프스프링(2)의 스프링아이부위가 결합되는 너클(10)과, 이 너클(10)의 상·하단부위로 각각 프레임(1)에 고정되는 어퍼·로워브라켓트(40,50)를 매개로 고정되는 어퍼·로워암(20,30), 상기 어퍼암(20)에 일단이 고정되면서 타단이 프레임(1)에 고정되는 토션바(60) 및 상기 너클(10)에 결합된 스프링아이의 양 측면으로 구비되어 롤링가압력(F)에 의한 변형을 흡수하는 보조완충장치(100)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조{The leaf spring supporting structure of a leaf spring type suspension system}

본 발명은 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로부터 가해지는 롤링 가압력에 의한 변형을 흡수 및 완충하여 원활한 운동 궤적을 유지하도록 된 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 현가 장치는 노면으로부터의 충격을 흡수하여 승차감을 좋게 하면서 주행 안정성과 선회특성이 향상되도록 하기 위해 구비되는 것으로서, 이와 같은 현가 장치는 대부분 스프링을 차축과 차체사이에 설치되도록 하여 형성하게 되는데 이중 대형 차량에서 주로 사용되는 리프 스프링 타입의 현가 장치는 통상, 띠 모양의 판 스프링을 여러 장 겹쳐서 활 모양으로 약간 굽혀 형성되는 것으로서 도 1에서 보는 바와 같이, 대부분 리프스프링(2) 중심에 구멍을 뚫어 센터 볼트로 조이고, 최 상단의 메인 스프링 양단은 말아 올려 스프링 아이를 형성한 후 프레임(1)과 결합되는 한편, 그 중간부분은 U볼트를 이용하여 차축(4)에 고정하게 된다.

여기서, 상기 리프 스프링(2) 뒤쪽의 스프링 아이는 스팬(Span)의 변화가 가능하도록 하기 위해 섀클(3, Shackle)을 사이에 두고 프레임(1)에 고정되는 한편, 그 반대쪽에는 롤링가압력을 흡수 및 완충하는 구조를 갖게된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 리프스프링(2)의 스프링아이부위가 결합되도록 돌출된 스핀들(12)이 형성됨과 더불어 상하로 갈라진 요크 형상의 서포트(11)로 이루어진 너클(10)과, 이 너클(10)의 서포트(11)상·하단부위로 각각 프레임(1)에 고정되는 어퍼·로워브라켓트(40,50)를 매개로 고정되는 어퍼·로워암(20,30) 및 상기 어퍼암(20)에 일단이 어퍼브라겟트(40)를 매개로 고정되면서 타단이 프론트브라켓트(70)를 매개로 프레임(1)에 고정되는 토션바(60)로 이루어진다.

여기서, 상기 어퍼 암(20)과 로워 암(30)의 체결 단부는 요크 형상으로 형성되도록 하여 상기 너클(10)의 서포트(11) 상·하단에 회동이 가능하게 핀 고정될 수 있게됨은 물론이다.

특히, 상기 어퍼 암(20)의 어퍼브라켓트(40)측 단부는 중심이 회동 가능하게 핀 결합되도록 형성되는 동시에 상하의 연장 단부에는 각각 일측으로 돌설시킨 체결공이 형성되도록 하므로서 프론트 브라켓트(70)에 일단이 고정 체결된 토션 바(60)의 타단이 고정 체결되도록 하여, 상기 어퍼 암(20)의 회동작동에 의해 상기 토션 바(60)는 비틀림 작용을 할 수 있도록 한 구성이다.

이에 따라, 차량이 선회시 도 3에 도시된 바와 같이 차체가 롤링을 하면서 롤링가압력(F)에 의해 하중이 쏠리게 되는 일측의 리프 스프링(2)을 섀클(3)에 의해서 뿐만 아니라 어퍼 암(20)과 로워 암(30)의 링크작용에 의해서 캠버작용이 축소되도록 하여 차축(4)의 중심이 과잉으로 이동되지 않도록 하는 것이다.

특히, 롤링이 해소되면서 양측 하중 차이가 줄어들게 되면 상기의 어퍼 암(20) 단부에 일단을 고정시킨 토션 바(60)가 링크작용시 비틀려졌다 다시 복귀하면서 신속하게 어퍼 암(20)과 로워 암(30)을 원상태로 유지시키게 되어 조기에 롤링 상태에서 벗어날 수 있도록 한다.

즉, 차량이 일측으로 기울어지면서 바깥쪽 리프 스프링(2)으로 일정한 중력이 가해지게 되면 캠버작용에 의해 리프스프링(2)의 스프링 아이일단이 축 지지되는 너클(10)이 롤링가압력(F)에 의해 상부로 이동하면서, 상기 너클(10)의 서포트(11)에 각각의 일단이 핀결합된 어퍼 암(20)과 로워 암(30)이 차체(110)측에 고정된 브라켓트(40,50)를 축으로 회전을 하면서 상기 어퍼암(20)에 의해 토션바(60)는 프론트 브라켓트(70)의 고정단부를 축으로 일정한 비틀림 작용을 하게 된다.

그러나, 이와 같은 상기 어퍼 암(20)과 로워 암(30)의 링크작용으로 인한 캠버량 축소는 차축(4)의 중심 이동량을 줄여 오버 스티어링 및언더 스티어링을 줄이게 되지만, 도 3에 도시된 바와 같이 롤링가압력(F)에 의해 어퍼·로워암(20,30)과 너클(10)의 결합지점인 초기위치(L)가 일정한 갭(G)을 형성하는 변형위치(L')로 이동되어지고 이에 따라, 상기 리프스프링(2)도 작용하는 횡력(F')에 의해 그 중심축이 초기중심(X)에서 변형중심(X')으로 변화가 되는 구조적인 단점을 갖게 된다.

이와 같은 롤링가압력(F)에 의한 구조적인 변형인 어퍼·로워암(20,30)과 너클(10)의 갭(G)생성은 결국, 리프스프링(2)에 작용하는 횡력(F')을 생성시켜 리프스프링(2)의 변형을 유발함은 물론 현가장치 전체에 대한 작동 상 무리한 변형을 초래하면서 부품간의 내구력을 저하시키는 등의 문제가 발생되어진다.

또한, 위와 같은 롤링가압력(F)에 의한 구조적인 변형은 도 4에 도시된 바와 같이 결국 조향휠(St)의 조작 시 차륜(W)에 가해지는 상·하 차륜가압력(Fw)에 의해 너클중심(Pa)과 조향휠중심(Ps)에 대해 드래그링크(D)의 운동궤적이 액슬센터(A)의 운동궤적을 추종하지 못하는 지오메트리(Geometry)특성을 보여 인터퍼런스량이 크고(약 15mm 정도)또한 킥백량이 충분히 작은 값을 유지하지 못하면서 조향장치의 볼조인트부위에 대한 내구성이 약화되는 등의 문제가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 차량의 선회시가해지는 롤링가압력에 의한 어퍼·로워암과 너클의 운동궤적에 따른 갭의 형성을 방지하여 리프스프링에 가해지는 횡력을 제거함은 물론 차륜에 가해지는 가압력에 따른 조향휠과 액슬센터의 운동궤적을 일치시켜 조향 성능을 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중간부분을 U볼트를 이용하여 차축에 고정한 리프스프링이 그 일측이 섀클을 매개로 프레임의 측면으로 장착됨과 더불어 그 타측이 롤링가압력을 흡수 및 완충하는 장치로 이루어지되, 이 롤링가압력을 흡수 및 완충하는 장치는 리프스프링의 스프링아이부위가 결합되는 너클과, 이 너클의 상·하단부위로 각각 프레임에 고정되는 어퍼·로워브라켓트를 매개로 고정되는 어퍼·로워암, 상기 어퍼암에 일단이 고정되면서 타단이 프레임에 고정되는 토션바 및 상기 너클에 결합된 스프링아이의 양 측면으로 구비되어 롤링가압력에 의한 변형을 흡수하는 보조완충장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지 구성도

도 2는 도 1의 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조의 사시도

도 3은 종래에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조의 작동상태도

도 4는 종래에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조와 조향휠 작동과의 관련상태도

도 5는 본 발명에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조의 사시도

도 6은 도 5에 따른 작동 상태도

도 7은 보 발명에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조와 조향휠 작동과의 관련상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프레임 2 : 리프스프링

3 : 새클 4 : 차축

10 : 너클 11 : 서포트

11a,130a : 안착홈 12 : 스핀들

12a : 고정단 20 : 어퍼암

30 : 로워암 40 : 어퍼브라켓트

50 : 로워브라켓트 60 : 토션바

70 : 프론트브라켓트

100 : 보조완충장치 110,110' : 스프링와셔

120,120' : 탄성부재 130 : 고정부재

A : 액슬센터

D : 드래그링크 F : 롤링가압력

Fw : 차륜가압력 G : 갭

L,O,S : 초기위치 L',O',S' : 변형위치

Pa : 너클중심 Ps : 조향휠중심

St : 조향휠 W : 차륜

X : 초기중심 X' : 변형중심

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조의 사시도를 도시한 것인바, 본 발명은 프레임(1)의 측면으로 일측이 스팬의 변화가 가능하도록 하기 위해 섀클(3)을 매개로 장착되면서 그 중간부분을 U볼트를 이용하여 차축(4)에 고정함과 더불어 타측이 롤링가압력(F)을 흡수 및 완충하는 장치로 이루어지되, 이 롤링가압력(F)을 흡수 및 완충하는 장치는 리프스프링(2)의 스프링아이부위가 결합되도록 돌출된 스핀들(12)이 형성됨과 더불어 상하로 갈라진 요크 형상의서포트(11)로 이루어진 너클(10)과, 이 너클(10)의 서포트(11)상·하단부위로 각각 차체(1)에 고정되는 어퍼·로워브라켓트(40,50)를 매개로 고정되는 어퍼·로워암(20,30), 상기 어퍼암(20)에 일단이 어퍼브라겟트(40)를 매개로 고정되면서 타단이 프론트브라켓트(70)를 매개로 차체(1)에 고정되는 토션바(60) 및 상기 너클(10)의 스핀들(12)에 결합된 스프링아이의 양 측면으로 구비되어 롤링가압력(F)에 의한 변형을 흡수하는 보조완충장치(100)로 이루어진다.

여기서, 상기 보조완충장치(100)는 리프스프링(2)의 스프링아이의 양측면으로 구비된 스프링와셔(110,110')와, 이 스프링와셔(110)와 너클(10)의 서포트(11)에 형성된 호 형상의 안착홈(11a)에 안착 지지되는 탄성부재(120), 상기 스프링와셔(110')와 너클(10)의 스핀들(12)에 형성된 고정단(12a)에 나사 체결되는 고정부재(130)에 형성된 호 형상의 안착홈(130a)에 안착 지지되는 탄성부재(120')로 이루어진다.

그리고, 상기 탄성부재(120,120')는 각각 원추형상의 스프링으로 이루어져 상기 스프링와셔(110,110')쪽에서 안착홈(11a,130a)쪽으로 넓게 벌어지는 형상을 이루게 된다.

이하 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

본 발명은 전술한 종래의 경우와 같이 차량이 선회시 차체가 롤링을 하면서 롤링가압력(F)에 의해 하중이 쏠리게 되는 일측의 리프 스프링(2)을 섀클(3)에 의해서 뿐만 아니라 어퍼 암(20)과 로워 암(30)의 링크작용에 의해서 캠버작용이 축소되도록 하여 차축(4)의 중심이 과잉으로 이동되지 않도록 하는 것임은 물론이다.

즉, 차량이 일측으로 기울어지면서 바깥쪽 리프 스프링(2)으로 일정한 중력이 가해지게 되면 캠버작용에 의해 리프스프링(2)의 스프링 아이일단이 축 지지되는 너클(10)에는 롤링가압력(F)에 의해 전술한 종래의 경우와 같이 상기 어퍼·로워암(20,30)과 너클(10)의 결합지점인 초기위치(L)가 일정한 갭(G)을 형성하는 변형위치(L')로 이동되려는 경향을 갖게 되고, 이에 따라 상기 리프스프링(2)도 작용하는 횡력(F')이 전술한 종래의 경우와 같이 발생하게 된다.

이와 같이 작용하는 횡력(F')은 도 6에 도시된 바와 같이 리프스프링(2)의 중심축이 초기중심(X)에서 변형중심(X')으로 변화시키게 되지만 이때, 상기 리프스프링(2)의 스프링아이의 양 측면으로 구비된 보조완충장치(100)의 탄성부재(120,120')가 상기 횡력(F')에 의한 초기중심(X)에서 변형중심(X')으로의 이동량을 흡수하게 된다.

즉, 이를 상기 횡력(F')이 도 6의 좌측으로 작용하는 경우로 설명하면 상기 리프스프링(2)의 스프링아이에 의해 좌측으로 횡력(F')이 작용하게 되면, 상기 스프링아이의 좌측부위로 접촉된 스프링와셔(110)에 횡력이 작용하게 되고 이에 따라, 상기 스프링와셔(110)가 원추스프링인 탄성부재(120)를 압축하면서 횡력(F')을 흡수하게 된다.

이와 같이, 상기 리프스프링(2)의 스프링아이에 작용하는 횡력(F')이 보조완충장치(100)의 탄성부재(120)로 흡수되면 도 7에 도시된 바와 같이 조향휠(St)의 조작 시 차륜(W)에 가해지는 상·하 차륜가압력(Fw)에 의해 너클중심(Pa)과 조향휠중심(Ps)에 대해 드래그링크(D)의 운동궤적이 액슬센터(A)의 운동궤적을 추종하는지오메트리특성을 보여 인터퍼런스량이 작고(약 9mm 정도)또한 킥백량이 전술한 종래에 비해 약 50%로 감소함은 물론 조향장치의 볼조인트부위에 대한 내구성이 향상되어 진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량이 선회하면서 롤링시 리프 스프링의 캠버량을 축소시키게되므로 차축의 중심 이동폭이 최대한 축소되도록 하는 동시에 토션 바에 의해 복원성이 증강되도록 하므로서 액슬 스티어링 현상을 극소화시키게 되는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 스프링의 탄성력을 이용해 리프 스프링의 스프링아이부위로 가해지는 횡력을 흡수하여 차량의 주행 중 코너링시 너클중심과 조향휠중심에 대해 드래그링크의 운동궤적이 액슬센터의 운동궤적을 추종하는 지오메트리특성을 보여 운전자의 의도에 적절한 조향이 이루어질 수 있도록 하므로서 정밀한 조향과 안정된 선회 승차감 및 불안감 해소를 제공할 수 있도록 하는 효과를 갖게 됨은 물론이다.

Claims

일단이 섀클(3)을 사이에 두고 프레임(1)에 고정되도록 한 리프 스프링(2)의 타단을 스핀들(12)에 의해서 축 고정 되도록 한 너클(10)과. 이 너클(10)의 서포트(11) 상·하부로 일단이 회동 가능하게 축설되면서 타단은 프레임(1)에 고정 결착된 브라켓트(40,50)에 의해서 회동이 가능하게 축설 되도록 하여 링크작용을 하도록 한 로워·어퍼 암(20,30) 및 이 어퍼 암(20)의 브라켓트(40)측 단부로 일단이 고정 결착되면서 타단은 상기 브라켓트(40)와 프레임(1) 전방으로 동일선상에 고정시킨 프론트 브라켓트(70)에 고정 결착되도록 한 토션 바(60)로서 결합 구성된 리프 스프링식 현가 장치의 스프링 지지구조에 있어서,

상기 너클(10)의 스핀들(12)에 결합된 리프스프링(2)의 스프링아이의 양 측면으로 구비되어 탄성 복원력을 매개로 가해지는 롤링가압력(F)에 의한 변형을 흡수하는 보조완충장치(100)가 구비되어진 것을 특징으로 하는 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조.
제 1항에 있어서, 상기 보조완충장치(100)는 리프스프링(2)의 스프링아이의 양측면으로 구비된 스프링와셔(110,110')와, 이 스프링와셔(110)와 너클(10)의 서포트(11)에 형성된 호 형상의 안착홈(11a)에 안착 지지되는 탄성부재(120), 상기 스프링와셔(110')와 너클(10)의 스핀들(12)에 형성된 고정단(12a)에 나사 체결되는 고정부재(130)에 형성된 호 형상의 안착홈(130a)에 안착 지지되는 탄성부재(120')로 이루어진 것을 특징으로 하는 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조.
제 2항에 있어서, 상기 탄성부재(120,120')는 각각 원추형상의 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리프 스프링 식 현가장치의 스프링지지구조.