KR100456867B1 - The spring design method of an automotive suspension - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 현가장치용 스프링의 설계방법에 관한 것으로, 스프링상수와 형상과 같은 정적인 요소를 고려함과 더불어 쇽업소버의 댐퍼계수 및 외력 작용각과 같은 동적인 요소를 함께 고려하여 스프링 사양을 결정하여 실차에 가장 적합한 스프링을 설계함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a method of designing a spring for a vehicle suspension device, and considering the static factors such as the spring constant and shape, in addition to determining the spring specifications in consideration of the dynamic factors such as damper coefficient and external force operating angle of the shock absorber. The purpose is to design the most suitable spring for the actual vehicle.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량에 적용되는 쇽업소버에 따른 스프링의 정 하중 실험인자를 결정한 후, 이 정 하중 실험인자들을 적용하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 결정한 상태에서 내구 시험로 주행데이터를 이용해 주행내구력과 사양내구력을 산출한 다음, 이어 이 정하중인자를 바탕으로 동하중인자를 결정하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 결정하고 다시 주행내구력과 사양내구력을 산출한 후, 상기 정·동 하중 실험인자의 변경 여부를 판단하여 최종적인 스프링 사양을 결정하고 이에 따라 설계하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, after determining the static load test factor of the spring according to the shock absorber applied to the vehicle, by applying the static load test factors to determine the main stress (Y) and shear stress (t) Calculate driving durability and specification endurance using the driving data in the endurance test in the state, and then determine the main load (Y) and shear stress (t) based on the static load and determine the main stress (Y) and shear strength (t). After calculating the, after determining whether the static load dynamic test factor is changed to determine the final spring specification, it is characterized in that for designing.

Description

차량 현가장치용 스프링의 설계방법{The spring design method of an automotive suspension}Spring design method of an automotive suspension

본 발명은 차량 현가장치용 스프링의 설계방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실제 차량에서 발생되는 외력에 의한 변화를 고려하여 실제 가해지는 응력을최소화할 수 있도록 된 차량 현가장치용 스프링의 설계방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing a spring for a vehicle suspension, and more particularly, to a method for designing a spring for a vehicle suspension that can minimize the stress actually applied in consideration of the change due to the external force generated in the actual vehicle. It is about.

일반적으로, 차량의 현가 장치 중 쇽 업소버는 노면으로부터 오는 진동을 흡수하며 각종 부품들이 받는 충격을 완충시켜 차량의 승차감을 결정할 뿐만 아니라 차체의 선회 시 쏠림을 방지하고 스테빌라이저(Stabilizer)와 함께 평형을 유지하는 기능을 하게 된다.In general, shock absorbers in the suspension system of the vehicle absorb vibrations from the road surface and cushion the shocks from various parts to determine the ride comfort of the vehicle, prevent the vehicle from turning, and balance the stabilizer with the stabilizer. To maintain the function.

이러한 쇽업소버에는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 범프(Bump)와 리바운드(Rebound)시 발생되는 충격을 직접 받아 압축·인장을 반복하면서 전달되는 충격을 흡수하는 스프링이 쇽업소버에 구비된 어퍼·로워시트사이에 안착되는데, 이와 같이 어퍼·로워시트사이에 안착되어 지속적으로 압축·인장을 반복하는 특성상 특히 로워시트에 안착되는 권취부위(S)에 집중적으로 주응력과 전단응력이 발생되고 이에 따라, 상기 권취부위(S)가 상대적으로 타 부위에 비해 쉽게 변형되거나 심할 경우 파손되는 현상이 있게 된다.As shown in FIG. 1, the shock absorber includes a spring that absorbs the shock transmitted while repeatedly compressing and pulling the shock directly generated when the vehicle is bumped and rebounded. It is seated between the lower seats, and the main and shear stresses are generated intensively in the winding area (S) seated on the lower seats due to the characteristics of being repeatedly seated between the upper and lower seats. , If the wound (S) is relatively easily deformed or severe compared to other parts, there is a phenomenon that is broken.

이와 같은 현상의 가장 큰 이유는 상기 스프링의 설계 시 실제 차량에서 발생되는 작용을 고려하지 않고 즉, 차량에 직접 장착되어 외력을 받는 동(Dynamic)적인 상태를 고려하지 않고 스프링에서 받는 하중을 이론적으로 가정하는 정(Static)적인 상태만을 고려하여 스프링의 상수와 기타 제원을 결정하는 방식으로 설계하기 때문인데, 이와 같은 정적인 상태만을 고려하게 되면 실제 차량의 주행 중에 받는 하중상태를 고려하지 않아 스프링의 강도와 내구성이 예상과 일치하지 않는 한계성을 갖기 때문이다.The main reason for this phenomenon is that the design of the spring does not take into account the action that occurs in the actual vehicle, that is, it is theoretically based on the load received from the spring without considering the dynamic state directly mounted on the vehicle and subjected to external force. This is because it is designed in such a way that the constant and other specifications of the spring are determined by considering only the static state to be assumed. When considering only such static state, it is not considered the load state received during the actual vehicle driving. This is because strength and durability have limitations that do not match expectations.

이에 따라, 차량의 주행 중 지속적으로 하중을 받는 스프링의 강도와 내구성을 높여 설계치와 실제 적용치와의 차이를 줄임은 물론 가해지는 외력에 의한 응력을 최소화할 수 있는 스프링 설계방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need for a spring design method that can increase the strength and durability of a spring continuously loaded while driving the vehicle, thereby reducing the difference between the design value and the actual applied value and minimizing the stress caused by external forces. to be.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 스프링상수와 형상과 같은 정적인 요소를 고려함과 더불어 쇽업소버의 댐퍼계수 및 외력 작용각과 같은 동적인 요소를 함께 고려하여 스프링 사양을 결정하여 실차에 가장 적합한 스프링을 설계함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented in view of the above-mentioned points, and in consideration of static factors such as the spring constant and shape, the spring specification is determined in consideration of the dynamic factors such as damper coefficient and external force working angle of the shock absorber. The purpose is to design the most suitable spring for the actual vehicle.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적용되는 차량의 운동상태를 고려하여 결정된 스프링의 기본설계사양에서 정하중 실험인자를 결정한 후, 결정된 스프링의 기본설계사양에 이론적으로 작용되는 하중값을 적용해 서로 유사한 주응력과 전단응력의 실험 선도를 얻는 정하중실험단계,상기 정하중 실험인자에 대한 주응력과 전단응력이 서로 유사한 관계를 나타낸 상태에서, 내구 시험로 주행 데이터를 이용하여 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출해 서로 비례관계를 나타내는 주응력과 전단응력의 실험선도를 얻는 정적내구실험단계,상기 정하중 실험인자에 쇽업소버와 가해지는 하중상태를 고려한 동하중실험인자를 결정한 상태에서 이론적으로 작용되는 하중값을 적용해 서로 유사한 주응력과 전단응력의 실험선도를 얻는 동하중실험단계,상기 동하중 실험인자에 대한 주응력과 전단응력이 서로 유사한 관계를 나타낸 상태에서, 다시 내구시험로 주행 데이터를 이용해 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출한 후, 서로 완만한 곡선을 나타내는 비례관계를 나타내는 주응력과 전단응력의 실험선도를 얻게 되면 스프링의 사양을 결정하는 동적내구실험단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, after determining the static load test factor in the basic design specification of the spring determined in consideration of the state of motion of the vehicle to be applied, apply a load value theoretically applied to the basic design specification of the determined spring The static load test step to obtain the experimental diagram of the principal stress and the shear stress similar to each other, the driving durability and the specification of the spring using the driving data of the endurance test path in the state where the principal stress and the shear stress for the static load test factor showed similar relations The static endurance test step of calculating the durability and obtaining the test leads of the principal stress and the shear stress that have a proportional relationship to each other, and the load value theoretically acting in the state of determining the dynamic load test factor considering the shock absorber and the load state applied to the static load test factor. To obtain the experimental diagram of the principal and shear stresses similar to each other. In the dynamic load test step, the main stress and shear stress for the dynamic load test factor were similar to each other, and after calculating the driving endurance and specification endurance for the spring by using the driving data in the endurance test again, the curves showed smooth curves. When the experimental diagram of the principal stress and the shear stress showing the proportional relationship is obtained, it is characterized by the dynamic endurance test step of determining the specification of the spring.

도 1은 일반적인 차량 현가장치용 스프링의 사시도1 is a perspective view of a spring for a general vehicle suspension

도 2는 본 발명에 따른 스프링의 설계 순서도2 is a design flow chart of the spring according to the present invention

도 3은 본 발명에 따른 정하중인자에서 스프링의 주응력 선도3 is a principal stress diagram of the spring in the static load according to the present invention

도 4는 본 발명에 따른 정하중인자에서 스프링의 전단응력 선도Figure 4 is a shear stress diagram of the spring in the static load according to the present invention

도 5는 본 발명에 따른 정하중인자에서 스프링의 주응력과 전단응력 선도5 is the main stress and shear stress diagram of the spring in the static load according to the present invention

도 6은 본 발명에 따른 동하중인자에서 스프링의 주응력 선도6 is a principal stress diagram of the spring in the dynamic load according to the present invention

도 7은 본 발명에 따른 동하중인자에서 스프링의 전단응력 선도7 is a shear stress diagram of the spring in the dynamic load according to the present invention

도 8은 본 발명에 따른 정하중인자에서 스프링의 주응력과 전단응력 선도8 is a principal stress and shear stress diagram of the spring in the static load according to the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 스프링의 설계 순서도를 도시한 것인바, 본 발명은 차량에 적용되는 쇽업소버에 따른 스프링의 정 하중 실험인자를 결정한 후, 이 정하중 실험인자들을 적용하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 결정한 상태에서 내구 시험로 주행데이터를 이용해 주행내구력과 사양내구력을 산출한 다음, 이어 이 정하중인자를 바탕으로 동하중인자를 결정하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 결정하고 다시 주행내구력과 사양내구력을 산출한 후, 상기 정·동 하중 실험인자의 변경 여부를 판단하여 최종적인 스프링 사양을 결정하고 이에 따라 설계하게 된다.Figure 2 shows a design flow chart of the spring according to the present invention, after determining the static load test factor of the spring according to the shock absorber applied to the vehicle, by applying the static load test factors, the main stress (Y) and In the state of determining the shear stress (t), the driving durability and specification durability are calculated using the driving data by the endurance test, and then the main load (Y) and the shear stress (t) are determined by determining the dynamic load based on the static load. After calculating the driving durability and specification durability again, it is determined whether the static and dynamic load test factors are changed to determine the final spring specification and design accordingly.

이하 이와 같은 설계방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, such a design method will be described in detail.

먼저, 적용되는 차량의 운동상태를 고려하여 결정된 스프링의 기본설계사양에서 정하중 실험인자를 결정한다.First, the static load test factor is determined from the basic design specifications of the spring determined by considering the motion state of the applied vehicle.

여기서, 기본설계사양은 스프링강성과 스프링자유고, 스프링선경, 스프링좌권부권수, 스프링 피치유효값, 스프링밀착고등과 같은 스프링의 형상과 제원에 대한 것이며, 이는 수학식에 의해 결정되므로 이에 대한 수식은 설명하지 않는다.Here, the basic design specifications are for the shape and specifications of the spring such as spring stiffness and spring freedom, spring wire diameter, spring seat winding number, spring pitch effective value, spring tightness, etc. Does not explain.

또한, 상기 정하중 실험인자는 기본설계사양 중 스프링강성(G)과 스프링자유고(H), 스프링선경(d), 스프링좌권부권수(E)만으로 결정하게 된다.In addition, the static load test factor is determined by the spring stiffness (G) and the spring free height (H), the spring wire diameter (d), the spring seat winding number (E) of the basic design specifications.

이어, 상기 정하중 실험인자가 결정되면 이론적으로 작용되는 하중값을 적용하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 산출하게 되는데, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 정하중 실험인자에 대한 주응력(Y)의 선도와 도 4에 도시된 바와 같이 정하중 실험인자에 대한 전단응력(t)의 선도가 서로 유사해질 때까지 반복 수행하게 된다.Subsequently, when the static load test factor is determined, the main stress (Y) and the shear stress (t) are calculated by applying a load value acting theoretically, which is the main stress (Y) for the static load test factor as shown in FIG. 3. As shown in FIG. 4 and the diagram of the shear stress (t) for the static load test factor as shown in FIG.

이후, 상기 정하중 실험인자에 대한 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 유사한 관계를 나타내면 내구시험로 주행 데이터를 이용하여 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출하게 되고, 이에 따른 결과가 도 5에 도시된 바와 같이주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 비례관계를 나타내지 않는 경우에는 다시 기본설계사양을 재결정하게 된다.Then, when the principal stress (Y) and the shear stress (t) for the static load test factor shows a similar relationship with each other, the driving durability and specification durability for the spring are calculated using the driving data of the endurance test. As shown in Fig. 5, when the main stress (Y) and the shear stress (t) do not have a proportional relationship with each other, the basic design specification is re-determined again.

이어, 상기 정하중 실험인자가 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 비례관계를 나타내게 되면 이를 바탕으로 동하중실험인자를 결정하게 되는데 이때, 상기 동하중실험인자는 스프링자유고(H)와 스프링선경(d), 스프링좌권부권수(E), 쇽업소버댐핑계수(D) 및 하중입력각(a)으로 결정하게 된다.Subsequently, when the static load test factor exhibits a proportional relationship between the main stress (Y) and the shear stress (t), the dynamic load test factor is determined based on this. The dynamic load test factor is the spring free height (H) and the spring wire diameter. (d), spring left winding number (E), shock absorber damping coefficient (D) and load input angle (a).

이후, 상기 동하중 실험인자가 결정되면 이론적으로 작용되는 하중값을 적용하여 주응력(Y)과 전단응력(t)을 산출하고, 이와 같이 산출된 결과가 도 6에 도시된 바와 같이 동하중 실험인자에 대한 주응력(Y)의 선도와 도 7에 도시된 바와 같이 동하중 실험인자에 대한 전단응력(t)의 선도가 서로 유사해질 때까지 반복 수행하게 된다.Subsequently, when the dynamic load test factor is determined, the principal stress (Y) and the shear stress (t) are calculated by applying a load value acting theoretically, and the result calculated as described above for the dynamic load test factor is shown in FIG. 6. As shown in FIG. 7, the principal stress Y and the shear stress t for the dynamic load test factor are repeated until they are similar to each other.

이어, 상기 동하중 실험인자에 대한 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 유사한 관계를 나타내면 다시 내구시험로 주행 데이터를 이용하여 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출하게 되고, 이에 따른 결과가 도 8에 도시된 바와 같이 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 완만한 곡선을 나타내는 비례관계를 갖게 되면 이에 따라, 스프링의 사양과 제원을 상세하게 결정하여 설계를 완성하게 된다.Subsequently, when the main stress (Y) and the shear stress (t) for the dynamic load test factor show similar relations, the driving durability and specification durability for the spring are calculated by using the driving data as the endurance test again. As shown in FIG. 8, when the main stress (Y) and the shear stress (t) have a proportional relationship representing a smooth curve with each other, the design and specification of the spring are determined in detail to complete the design.

한편, 상기 내구시험로 주행 데이터를 이용한 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출 결과에 따른 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 완만한 곡선을 나타내는 비례관계를 갖지 않는 경우에는 다시 기본설계사양과 정하중실험인자 및 동하중실험인자 중 어느 하나를 재결정하여 전술한 과정을 반복 수행하게 된다.On the other hand, if the main stress (Y) and the shear stress (t) according to the result of calculating the driving durability and specification durability for the spring using the driving data in the endurance test does not have a proportional relationship representing a smooth curve, the basic design again The above procedure is repeated by re-determining either the specification, the static load test factor, or the dynamic load test factor.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스프링의 정 하중 실험인자에 대한 주행내구력과 사양내구력을 산출해 나타난 결과를 이용해 다시 동하중인자를 결정하여 재차 주행내구력과 사양내구력을 산출하여 스프링의 사양을 결정하므로 실제 차량의 주행 중에 받는 하중상태에 따른 최적의 스프링의 강도와 내구성을 갖도록 설계할 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, the driving load and specification durability for the static load test factor of the spring are calculated again to determine the dynamic load, and the driving durability and specification durability are again calculated to determine the spring specification. It can be designed to have the optimal strength and durability of the spring according to the load state received during the actual driving of the vehicle.

또한 본 발명은 스프링의 설계시 정하중과 동하중을 고려하므로 차량의 주행 중 지속적으로 하중을 받는 스프링의 강도와 내구성을 최적으로 높여 설계치와 실제 적용치와의 차이를 줄이면서도 가해지는 외력에 의한 응력을 최소화할 수 있는 스프링을 설계할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.In addition, the present invention considers the static load and the dynamic load during the design of the spring, thereby optimally increasing the strength and durability of the spring continuously loaded while driving the vehicle to minimize the stress due to external force applied while reducing the difference between the design value and the actual applied value. Of course, there is an effect to design a spring that can.

Claims (3)

적용되는 차량의 운동상태를 고려하여 결정된 스프링의 기본설계사양에서 정하중 실험인자를 결정한 후, 결정된 스프링의 기본설계사양에 이론적으로 작용되는 하중값을 적용해 서로 유사한 주응력(Y)과 전단응력(t)의 실험 선도를 얻는 정하중실험단계;After determining the static load test factor in the basic design specification of the spring determined by considering the motion state of the applied vehicle, apply the principal load values theoretically applied to the basic design specification of the determined spring and apply similar principal stress (Y) and shear stress (t). Static load test step to obtain the experimental diagram of the; 상기 정하중 실험인자에 대한 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 유사한 관계를 나타낸 상태에서, 내구 시험로 주행 데이터를 이용하여 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출해 서로 비례관계를 나타내는 주응력(Y)과 전단응력(t)의 실험선도를 얻는 정적내구실험단계;In the state where the principal stress (Y) and the shear stress (t) for the static load test factor were similar to each other, the driving stress and specification durability for the spring were calculated using the driving data of the endurance test, and the principal stress showing the proportional relationship with each other. Static endurance test step of obtaining an experimental diagram of (Y) and shear stress (t); 상기 정하중 실험인자에 쇽업소버와 가해지는 하중상태를 고려한 동하중실험인자를 결정한 상태에서 이론적으로 작용되는 하중값을 적용해 서로 유사한 주응력(Y)과 전단응력(t)의 실험선도를 얻는 동하중실험단계;Dynamic load test step of applying the theoretically applied load values to the static load test factors in consideration of the shock absorber and the load state applied to the static load factor to obtain similar experimental stresses of principal stress (Y) and shear stress (t). ; 상기 동하중 실험인자에 대한 주응력(Y)과 전단응력(t)이 서로 유사한 관계를 나타낸 상태에서, 다시 내구시험로 주행 데이터를 이용해 스프링에 대한 주행내구력과 사양 내구력을 산출한 후, 서로 완만한 곡선을 나타내는 비례관계를 나타내는 주응력(Y)과 전단응력(t)의 실험선도를 얻게 되면 스프링의 사양을 결정하는 동적내구실험단계;In the state where the main stress (Y) and the shear stress (t) for the dynamic load test factor were similar to each other, the driving durability and specification durability for the spring were calculated using the driving data again in the endurance test, and then smoothed with each other. Dynamic endurance test step of determining the specification of the spring when the experimental diagram of the main stress (Y) and the shear stress (t) representing the proportional relationship representing; 로 이루어진 차량 현가장치용 스프링의 설계방법.Design method of the spring for the vehicle suspension consisting of. 제 1항에 있어서, 상기 정하중 실험인자는 기본설계사양 중 스프링강성(G)과스프링자유고(H), 스프링선경(d), 스프링좌권부권수(E)만으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 현가장치용 스프링의 설계방법.2. The vehicle suspension according to claim 1, wherein the static load test factor is determined by only the spring stiffness (G), the spring free height (H), the spring wire diameter (d), and the spring seat winding number (E) of the basic design specifications. Design method of spring for device. 제 1항에 있어서, 상기 동하중실험인자는 스프링자유고(H)와 스프링선경(d), 스프링좌권부권수(E), 쇽업소버댐핑계수(D) 및 하중입력각(a)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 현가장치용 스프링의 설계방법.The method of claim 1, wherein the dynamic load test factor is determined by the spring free height (H) and the spring wire diameter (d), the spring seat winding number (E), shock absorber damping coefficient (D) and the load input angle (a) A method of designing a spring for a vehicle suspension characterized in that.
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