KR100391611B1 - 캠버 컨트롤 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 범프(bump)/리바운드(rebound) 및 롤링시에도 안정적인 캠버각을 형성할 수 있도록 한 서스펜션에 관한 것으로, 휠 회전중심선(C) 상에서 각각 휠 회전중심의 전방과 후방으로 절곡된 단부가 대응 휠의 너클(1L,1R)에 연결되는 좌/우측 롤감지링크(3L,3R)와, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)가 회전하는 것을 가이드 하도록 차체에 지지하는 회전지지브라켓(23)과, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)의 타단부에 설치된 베벨기어를 양쪽의 사이드기어(5L,5R)로 하는 차동기어유닛(7)과, 상기 차동기어유닛(7)의 차동기어케이스(9) 외주표면에 형성된 워엄기어(11)와, 상기 워엄기어(11)에 치합되는 기어가 형성되고 차축과 평행하게 설치되어 좌우로 직선운동 가능한 캠버컨트롤랙(13)과, 상기 캠버컨트롤랙(13)의 양단을 각각 양쪽 차륜 너클(1L,1R)에 연결하는 캠버컨트롤링크(15L,15R)와, 너클(1L,1R)의 휠 회전중심(C) 하측을 프레임에 지지하는 로워링크(17L,17R)로 구성된 롤링 컨트롤 서스펜션을 제공하여, 차량의 직진주행시나 선회주행시는 물론 롤링의 발생시나 범프/리바운드 운동의 발생시에 양쪽 바퀴의 수직방향 이동상태에 따라서 정지 및 이동되어 휠의 캠버를 조절하는 캠버컨트롤랙 및 캠버컨트롤링크의 작용으로 항상 타이어의 노면에 대한 접지상태를 최상의 상태가 되도록 하므로 어떤 주행상태에서도 타이어의 접지력이 충실히 확보되어 안정된 운전이 가능케 한다.

Description

캠버 컨트롤 서스펜션{A camber controlling suspension}

본 발명은 자동차의 서스펜션에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 범프(bump)와 리바운드(rebound)시는 물론 차량의 롤링시에도 안정적인 캠버각을 형성할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

캠버(camber)라 함은 자동차 바퀴의 중심선과 노면에 대한 수직선이 만드는 각도를 말하는 것으로 앞바퀴가 하중에 의해 아래가 벌어지는 것을 방지하고 주행중 바퀴가 빠져나가는 것을 방지하며, 특히 킹핀 경사각과 더불어 핸들의 조작력을 용이하게 하는 역할 등을 한다.

그런데, 차량의 주행중에는 이러한 캠버가 항상 일정한 상태를 유지하고 있는 것이 아니라 주행상태에 따라서 캠버의 변화가 발생되며, 채택하고 있는 서스펜션의 방식에 따라 그 변화의 양상이 달라지는데, 이를 몇몇 서스펜션에서 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 기존의 트레일링 암(trailing arm)방식이나 상하의 암(arm)의 길이가 서로 비슷한 더블 위시본(double wishbone)방식 서스펜션의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 범프/리바운드(bump/rebound)운동시에는 바퀴(100)의 캠버 변화가 거의 0에 가까운 상태로 바퀴의 상하운동이 가능하도록 설계하는 것이 가능하지만, 차량의 롤링(rolling)시에는 도 2에 도시된 바와 같이 롤링되는 각도만큼 캠버 변화가 생겨서 타이어의 트레드가 노면에 접지하는 접지능력이 저하되므로 코너링포스(cornering force)가 약해진다.

다음, 기존의 스윙암(swing arm)방식이나 상하의 암의 길이가 서로 다른 더블 위시본 방식의 서스펜션은 도 4에 도시된 바와 같이 차량의 롤링시에 바퀴(102)의 캠버 변화를 0에 가깝게 유지하도록 설계하여 노면의 접지성을 충분히 확보할 수 있으나, 반면 범프/리바운드 운동시에는 도 3에 도시된 바와 같이 캠버의 변화가 생겨 직진 안정성이 저하된다.

이상과 같이 종래의 서스펜션구조로는 범프/리바운드 운동시나 롤링 운동시의 둘 중 어느 하나의 운동상태에만 최적화시킬 수 있어서, 직진주행성능과 선회주행성능 중 어느 하나에 치중한 설계가 이루어진다면 어쩔 수 없이 나머지 다른 하나의 성능은 저하되는 것을 감수할 수밖에 없는 구조적인 문제점을 안고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량의 직진주행상태나 선회주행상태에서 모두 최적의 서스펜션 지오메트리를 구성하여 직진주행중의 범프/리바운드 운동시에 안정적인 타이어의 접지상태를 구현함은 물론 선회주행시에도 확실한 타이어의 접지력을 형성하여 강한 코너링포스의 형성이 가능하도록 한 캠버 컨트롤 서스펜션을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 캠버 컨트롤 서스펜션은 휠 회전중심선 상에서 각각 휠 회전중심의 전방과 후방으로 절곡된 단부가 대응 휠의 너클에 연결되는 좌/우측 롤감지링크와, 상기 두 롤감지링크가 회전하는 것을 가이드 하도록 차체에 지지하는 회전지지브라켓과, 상기 두 롤감지링크의 타단부에 설치된 베벨기어를 양쪽의 사이드기어로 하는 차동기어유닛과, 상기 차동기어유닛의 차동기어케이스에 형성된 워엄기어와, 상기 워엄기어에 치합되는 기어가 형성되고 차축과 평행하게 설치되어 좌우로 직선운동 가능한 캠버컨트롤랙과, 상기 캠버컨트롤랙의 양단을 각각 양쪽 차륜 너클에 연결하는 캠버컨트롤링크와, 너클의 휠 회전중심 하측을 프레임에 지지하는 로워링크로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 트레일링 암 방식이나 상하의 암의 길이가 서로 비슷한 더블 위시본 방식 서스펜션의 범프/리바운드 운동상태를 도시한 상태도,

도 2는 일반적인 트레일링 암 방식이나 상하의 암의 길이가 서로 비슷한 더블 위시본 방식 서스펜션의 롤링 운동상태를 도시한 상태도,

도 3은 일반적인 스윙암 방식이나 상하의 암의 길이가 서로 다른 더블 위시본 방식 서스펜션의 범프/리바운드 운동상태를 도시한 상태도,

도 4는 일반적인 스윙암 방식이나 상하의 암의 길이가 서로 다른 더블 위시본 방식 서스펜션의 롤링 운동상태를 도시한 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 캠버 컨트롤 서스펜션의 구조를 도시한 평면 구조도,

도 6은 도 5의 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 서스펜션의 범프/리바운드시의 차동기어유닛 작동상태를 설명한 설명도,

도 8은 본 발명에 따른 서스펜션의 롤링시의 차동기어유닛 작동상태를 도시한 설명도,

도 9는 본 발명에 따른 서스펜션의 롤링시의 작동상태를 도시한 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1L,1R: 좌,우측 너클 3L,3R: 좌,우측 롤감지링크

5L,5R: 좌,우측 사이드기어 7: 차동기어유닛

9: 차동기어케이스 11: 워엄기어

13: 캠버컨트롤랙 15: 캠버컨트롤링크

17L,17R: 좌,우측 로워링크 21: 볼조인트링크

23: 회전지지브라켓

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 캠버 컨트롤 서스펜션의 실시예를 도시한 것으로서, 휠 회전중심선(C) 상에서 각각 휠 회전중심의 전방과 후방으로 절곡된 단부가 대응 휠의 너클(1L,1R)에 연결되는 좌/우측 롤감지링크(3L,3R)와, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)가 회전하는 것을 가이드 하도록 차체에 지지하는 회전지지브라켓(23)과, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)의 타단부에 설치된 베벨기어를 양쪽의 사이드기어(5L,5R ; 도 7참조)로 하는 차동기어유닛(7)과, 상기 차동기어유닛(7)의 차동기어케이스(9)에 형성된 워엄기어(11)와, 상기 워엄기어(11)에 치합되는 기어가 형성되고 차축과 평행하게 설치되어 좌우로 직선운동 가능한 캠버컨트롤랙(13)과, 상기 캠버컨트롤랙(13)의 양단을 각각 양쪽 차륜 너클(1L,1R)에 연결하는 캠버컨트롤링크(15L,15R)와, 너클(1L,1R)의 휠 회전중심(C) 하측을 프레임에 지지하는 로워링크(17L,17R)를 주요 구성요소로 하고 있다.

참고로, 도 5에서는 편의상 도 6에 도시된 캠버컨트롤랙(13)과 캠버컨트롤링크(15L,15R)가 생략되어 있으며, 이외에 도 5에는 래터럴링크(19) 및 토우링크(20) 등이 도시된 바와 같이 설치될 수 있다.

상기 두 롤감지링크(3L,3R)는 볼조인트링크(21)를 매개로 양쪽의 너클(3L,3R)에 연결되는 바, 이 볼조인트링크(21)는 상하 단부에 각각 구형 또는 반구형의 일반적 볼조인트가 구비된 것으로, 상단의 볼조인트는 롤감지링크(3L,3R)의 단부에 연결되고, 하단의 볼조인트는 너클(1L,1R)에 일체로 형성된 마운팅부(2L,2R)에 연결된다.그 연결상태는 상기 볼조인트링크(21)가 수직방향으로 설치되어 상기 너클(1L,1R)을 포함한 휠의 수직방향운동을 롤감지링크(3L,3R)로 전달할 수 있도록 되어 있다.또한, 상기 롤감지링크(3L,3R)는 차체측(예를 들어 프레임의 사이드멤버)에 고정된 상기 회전지지브라켓(23)에 의해 지지되어 상기 너클(1L,1R)과 볼조인트링크(21)를 통해 전해지는 바퀴의 수직방향운동 상태에 따라 회전하게 되어 있다.

상기 차동기어유닛(7)은 통상의 차동기어장치와 거의 비슷한 구성을 갖고 있는 바, 도 7과 도 8을 참고하여 보면, 상기 롤감지링크(3L,3R)의 차체 중심측 단부에 마련된 베벨기어를 사이드기어(5L,5R)로 하고 이들 두 사이드기어(5L,5R)에 맞물리는 피니언기어(25)와 상기 피니언기어(25)의 회전축을 지지하면서 상기 사이드기어(5L,5R)와는 분리되어 사이드기어(5L,5R)의 외측에서 회전 가능한 상태로 형성된 차동기어케이스(9)로 이루어져 있어서, 종래의 일반적인 차동기어와는 상기 차동기어케이스(9)에 추진축으로부터 회전력을 전달받기 위한 링기어가 마련되어 있지 않다는 점만이 다르다.

또한, 상기 차동기어케이스(9)의 외주 표면에는 상기한 바와 같이 워엄기어(11)가 형성되고, 여기에 상기 캠버컨트롤랙(13)이 치합되어 상기 워엄기어(11)의 회전에 의해 차축에 평행한 방향으로 직선운동 가능하도록 설치되는데, 그 직선운동의 방향은 리바운드되는 차륜쪽을 향하여 이동되도록 워엄기어(11)의 방향이 설정되어 있다.즉, 상기 워엄기어(11)는 차량의 우측 방향으로 롤링이 발생했을때 캠버컨트롤랙(13)을 좌측 차륜쪽으로 이동시키고, 차량의 좌측 방향으로 롤링이 발생했을때는 캠버컨트롤랙(13)을 우측 차륜쪽으로 이동시키도록 기어의 방향이 형성된다.상기 캠버컨트롤링크(15L,15R)는 상기 캠버컨트롤랙(13)의 직선운동을 양쪽 차륜 너클(1L,1R)의 휠 회전중심(C) 상측에 전달하도록 연결되어 있으며, 상기 로워링크(17L,17R)는 상기 캠버컨트롤링크(15L,15R)와 비슷한 길이로 너클(1L,1R)의 하측을 차체의 프레임에 지지하도록 구성되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

차량의 직진주행시 차량의 범프/리바운드 운동에 의해 양쪽의 차륜이 상하로 동시에 거동하게 되는 경우에는 상기 캠버컨트롤링크(15L,15R)와 로워링크(17L,17R)의 길이가 서로 유사하여 상하의 암의 길이가 서로 비슷한 더블 위시본(double wishbone)방식과 비슷하게 범프/리바운드 운동시에 바퀴의 움직임은 도 1에 도시된 바와 같이 이루어지며, 이때 너클(1L,1R)의 상하운동은 상기 볼조인트링크(21)를 통해 상기 롤감지링크(3L,3R)를 회전시키는데, 이때 좌측의 롤감지링크(3L)와 우측의 롤감지링크(3R)는 도 7에 도시된 바와 같이 서로 반대방향으로 회전하게 되며, 이에 따라 상기 롤감지링크(3L,3R)에 연결된 양쪽의 사이드기어(5L,5R)가 서로 반대방향으로 회전되어 차동기어유닛(7)의 피니언(25)을 회전시키는 바, 이 때 단순히 상기 피니언(25)만 회전될 뿐 피니언(25)에 회전축을 제공하고 있는 차동기어케이스(9)는 회전되지 않는다.

따라서, 상기 차동기어케이스(9)에 형성된 워엄기어(11)와 치합된 캠버컨트롤랙(13)은 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하며, 상기 캠버컨트롤랙(13)에 연결된 캠버컨트롤링크(15L,15R)는 상기 로워링크(17L,17R)와 함께 일반적인 종래의 트레일링 암(trailing arm)방식이나 상하의 암(arm)의 길이가 서로 비슷한 더블 위시본(double wishbone)방식 서스펜션의 특성을 그대로 살려 작동하게 되므로 바퀴의 범프/리바운드 운동시에 캠버의 변화는 거의 없이 타이어의 노면 접지량을 충분히 확보하여 원활한 직진주행성능이 확보된다.

다음, 차량의 선회주행에 따른 롤링시에는 양쪽 바퀴의 상하운동이 서로 반대 방향으로 일어나는 바, 양쪽의 너클(1L,1R)이 서로 반대방향으로 거동함에 따라 양쪽의 볼조인트링크(21)에 지지된 상기 두 롤감지링크(3L,3R)는 도 8에 도시된 바와 같이 동일한 방향으로 회전된다.따라서, 상기 롤감지링크(3L,3R)의 회전력을 받는 두 사이드기어(5L,5R)가 동일한 방향으로 회전력을 받으므로 피니언(25)이 회전되지 않고 사이드기어(5L,5R)에 의해 공전하게 되며, 결과적으로 상기 차동기어케이스(9)가 회전된다.

상기 차동기어케이스(9)가 회전되면 도 9에 도시된 바와 같이, 차동기어케이스(9)의 표면에 형성된 워엄기어(11)에 의해 상기 캠버컨트롤랙(13)이 직선운동되며, 그 직선운동의 방향은 리바운드되는 쪽의 바퀴를 향하는 방향이므로 도면상 좌측의 바퀴쪽으로 이동되어 캠버컨트롤링크(15L)가 좌측 바퀴의 너클(1L) 상측을 차체의 외측으로 밀어 차량을 기준으로 한 캠버 변화의 값은 양이 되고, 범프되는 오른쪽의 너클(1R)은 캠버컨트롤링크(15R)에 의해 상측이 당겨지므로 차량기준 캠버의 변화가 음의 값이 되어 차체의 롤링 운동을 고려하면 노면에 대한 캠버의 변화는 거의 0에 가까운 상태가 유지된다.

물론, 반대방향의 롤링이 일어나는 경우에는 상기 차동기어케이스(9)가 반대방향으로 회전되므로 상기 캠버컨트롤랙(13) 및 두 캠버컨트롤링크(15L,15R)의 운동방향이 반대로 되어 마찬가지로 노면에 대한 캠버의 변화를 0에 가까운 상태로 형성하여 지속적으로 확실한 접지력을 확보할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량의 직진주행이나 선회주행에 따른 롤링 및 범프/리바운드 운동의 발생시에 양쪽 바퀴의 수직방향 이동상태에 따라서 정지 및 이동되어 휠의 캠버를 조절하는 캠버컨트롤랙 및 캠버컨트롤링크의 작용으로 항상 타이어의 노면에 대한 접지상태를 최상의 상태가 되도록 하므로 어떤 주행상태에서도 타이어의 접지력이 충실히 확보되어 안정된 운전이 가능케 한다.

아울러, 본 기술은 더블 위시본이나 멀티링크 방식과 비슷한 구성을 가지고 있으므로 상기한 바와 같은 캠버 컨트롤 성능 이외의 다른 서스펜션의 성능들은 종래의 더블 위시본이나 멀티링크 방식이 가지고 있는 장점을 그대로 살릴 수 있다.

Claims (3)

1. 휠 회전중심선(C) 상에서 각각 휠 회전중심의 전방과 후방으로 절곡된 단부가 대응 휠의 너클(1L,1R)에 연결되는 좌/우측 롤감지링크(3L,3R)와, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)가 회전하는 것을 가이드 하도록 차체에 지지하는 회전지지브라켓(23)과, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)의 타단부에 설치된 베벨기어를 양쪽의 사이드기어(5L,5R)로 하는 차동기어유닛(7)과, 상기 차동기어유닛(7)의 차동기어케이스(9) 외주표면에 형성된 워엄기어(11)와, 상기 워엄기어(11)에 치합되는 기어가 형성되고 차축과 평행하게 설치되어 좌우로 직선운동 가능한 캠버컨트롤랙(13)과, 상기 캠버컨트롤랙(13)의 양단을 각각 양쪽 차륜 너클(1L,1R)에 연결하는 캠버컨트롤링크(15L,15R)와, 너클(1L,1R)의 휠 회전중심(C) 하측을 프레임에 지지하는 로워링크(17L,17R)로 구성된 것을 특징으로 하는 캠버 컨트롤 서스펜션.
2. 제 1항에 있어서, 상기 두 롤감지링크(3L,3R)와 너클(1L,1R)의 연결은 상하 단부에 볼조인트가 형성되어 수직방향으로 상단의 볼조인트는 롤감지링크(3L,3R)에 연결되고 하단의 볼조인트는 너클(1L,1R)의 마운팅부(2L,2R)에 연결된 볼조인트링크(21)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠버 컨트롤 서스펜션.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캠버컨트롤랙(13)은 상기 차동기어케이스(9)의 상측에 설치되고, 상기 캠버컨트롤링크(15L,15R)는 상기 캠버컨트롤랙(13)의 직선운동을 양쪽 차륜 너클(1L,1R)의 휠 회전중심 상측에 전달하도록 연결된 것을 특징으로 하는 캠버 컨트롤 서스펜션.