KR100764986B1 - 차량의 스트러트 현가장치 - Google Patents

차량의 스트러트 현가장치 Download PDF

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KR100764986B1
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김성신
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Abstract

본 발명은 차량의 스트러트 현가장치에 관한 것으로서, 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하며 별도의 액추에이터에 의해 구동되는 작동바가 구비되어, 차량이 범프 및 리바운드됨에 따라 작동바의 운동에 의해 코일스프링이 전체적으로 균일한 압축량을 가짐으로써, 차량이 범프 및 리바운드될 때에도 차량의 바퀴 및 스티어링 휠의 회전이나 쏠림 현상이 방지되는 스트러트 현가장치를 제공한다.
쇽 옵서버, 코일스프링, 작동바, 액추에이터, 감지센서

Description

차량의 스트러트 현가장치{Strut Suspension System for Vehicle}
도 1은 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도,
도 2는 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 개념적으로 도시한 중심 단면도,
도 3은 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 코일스프링 압축 동작 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 도 3의 중심선을 따라 취한 중심 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도,
도 6은 본 발명에 따른 스트러트 현가장치의 동작 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 구조를 간략하게 개념적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 쇽 옵서버 20: 코일스프링
30: 상부스프링시트 40: 하부스프링시트
50, 51: 상부패드 52: 안착홀
60: 하부패드 71: 감지센서
72: 액추에이터 73: 작동바
74: 작동패드 72a: 캠
72b: 캠축 72c: 구동모터
본 발명은 차량의 스트러트 현가장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하며 별도의 액추에이터에 의해 구동되는 작동바가 구비되어, 차량이 범프 및 리바운드됨에 따라 작동바의 운동에 의해 코일스프링이 전체적으로 균일한 압축량을 가짐으로써, 차량이 범프 및 리바운드될 때에도 차량의 바퀴 및 스티어링 휠의 회전이나 쏠림 현상이 방지되는 스트러트 현가장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 현가 장치는 차축과 차체를 연결하여 주행 중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접적으로 전달되지 않도록 제어하여 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 양호하게 하는 장치로서, 노면으로부터 전달되는 충격을 완화하는 섀시 스프링과, 섀시 스프링의 자유 진동을 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇽 옵서버(Shock Absorber)와, 차량의 좌우 흔들림을 방지하는 스테빌라이저(Stabilizer) 등으로 구성된다.
현가 장치의 종류는 그 구조에 따라 스트러트 방식(Strut Type), 더블 위시본 방식(Double Wishbone Type) 및 멀티식(Multi Type) 등이 있는데, 승용차에는 주로 스트러트 방식이 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 개념적으로 도시한 중심 단면도이다.
스트러트 현가장치는 차량 진동에 대한 감쇠력을 발생시키는 쇽 옵서버(10)와 쇽 옵서버(10)의 외부에 마련된 코일스프링(20)으로 구성되는데, 코일스프링(20)의 상부와 하부에 각각 서로 평행하게 위치한 상부스프링시트(30)와 하부스프링시트(40)가 연결되어 쇽 옵서버(10)와 결합된다.
상부 및 하부스프링시트(30,40)는 쇽 옵서버(10)에 삽입되는데, 하부스프링시트(40)의 상부면에 하부패드(60)가 삽입된 상태에서 코일스프링(20)이 안착되고, 상부스프링시트(30)는 하부면에 상부패드(50)가 삽입된 상태로 코일스프링(20)의 상부에 장착됨으로써, 코일스프링(20)과 쇽 옵서버(10)가 결합 고정된다. 또한, 쇽 옵서버(10)의 상부는 상부스프링시트(30)의 상부에 구비된 인슐레이터(미도시)를 통해 차체에 연결되고 하부는 바퀴 측의 너클(미도시)에 연결된다.
따라서, 코일스프링(20)과 쇽 옵서버(10)로 구성되는 스트러트 현가장치는 차량의 중량을 지탱하고 조향시에는 차체에 대하여 회전하는 구조이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 쇽 옵서버(10)의 중심축(AL)과 코일스프 링(20)의 중심축(SL)은 일반적으로 일치하지 않고 임의 지점에서 교차하도록 어긋나게 형성되는데, 이는 쇽 옵서버(10)와 코일스프링(20)이 상호 경사지게 조립됨으로써, 쇽 옵서버(10)에 작용하는 좌우 방향의 하중이 코일스프링(20)에 의해 감쇄되는 기능을 한다.
도 3은 종래 기술에 의한 스트러트 현가장치의 코일스프링 압축 동작 상태를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 중심선을 따라 취한 중심 단면도이다.
차량이 범프(Bump) 또는 리바운드(Rebound)되면 코일스프링(20)은 압축 또는 팽창하게 되는데, 이에 따라 코일스프링(20)의 피치와 권수는 변화하게 된다.
코일스프링(20)은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이 하부스프링시트(40)에서부터 반시계 방향으로 감겨 올라간 형태로 형성되는데, 이와 같은 코일스프링(20)의 특성상 코일스프링(20)의 압축 및 팽창시에는 코일스프링(20) 상부 끝단과 이에 결합된 상부스프링시트(30)가 회전하며 압축 및 팽창된다.
압축시에는 코일스프링(20)의 감긴 방향과 동일하게 상부스프링시트(30)가 반시계 방향으로 회전하며 압축되고, 팽창시에는 코일스프링(20)의 감긴 방향과 반대로 상부스프링시트(30)가 시계 방향으로 회전하며 팽창된다.
이러한 코일스프링(20)의 압축 및 팽창 변형에 따른 코일스프링(20)의 회전 및 쇽 옵서버(10) 중심축(AL)과 코일스프링(20) 중심축(SL)의 불일치 등의 이유에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 상부스프링시트(30)와 하부스프링시트(40)의 평행상태가 어긋나며, 이에 따라 가상의 코일스프링 하중축(FL)이 코일스프링(20)의 중심으로부터 회전하며 변화하게 된다.
즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 차량이 범프되어 코일스프링(20)이 압축되면 그와 같이 압축된 상태에서, 코일스프링(20)에는 회전에 따른 비틀림 모멘트가 작용하며 코일스프링(20)의 일측 반원에 해당하는 부분이 타측 반원에 해당하는 부분에 비해 상대적으로 더 크게 압축된다. 또한, 차량이 리바운드되어 코일스프링(20)이 팽창된 상태는 이와 반대 상태로 된다.
이와 같이 차량의 범프 및 리바운드시에 코일스프링(20)에 모멘트가 발생하고 코일스프링(20)의 압축 및 팽창량이 양측에서 서로 다르게 발생함에 따라 가상의 코일스프링 하중축(FL)이 회전 이동하게 됨으로써, 쇽 옵서버 중심축(AL)을 중심으로 반대 회전 방향으로 모멘트가 발생하고, 이에 따라 차량의 바퀴가 일측으로 회전하게 된다. 이때, 차량의 양측에는 각각 동일한 방향으로 감긴 코일스프링(20)이 결합된 스트러트 현가장치가 장착되므로 차량의 범프 및 리바운드시에 차량의 양측 바퀴가 각각 동일한 방향으로 회전하게 되어 차량이 일측으로 쏠리게 되는 문제점이 있었다.
즉, 종래 기술에 의한 이러한 구조의 스트러트 현가장치는 차량이 범프 또는 리바운드될 때 차량의 바퀴 및 스티어링 휠이 저절로 회전하는 셀프 스티어링(Self-Steering)현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 코일스프링(20)을 필요로 하지 않는 공기압 현가장치가 사용되거나 또는 차량의 양측 바퀴 측에 각각 다른 방향으로 감긴 코일스프링(20)이 결합된 스트러트 현가장치가 사용될 수 있으나, 이러한 방식은 주변 장치 및 부품들의 변경이 아울러 요구되므로 원가 상승 및 작업 공정에 어려움이 발생하므로 적용하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하며 별도의 액추에이터에 의해 구동되는 작동바가 구비되어, 차량이 범프 및 리바운드됨에 따라 작동바의 운동에 의해 코일스프링이 전체적으로 균일한 압축량을 가짐으로써, 차량이 범프 및 리바운드될 때에도 차량의 바퀴 및 스티어링 휠의 회전이나 쏠림 현상이 방지되는 스트러트 현가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 쇽 옵서버와, 상기 쇽 옵서버의 외부에 구비된 코일스프링과, 상기 쇽 옵서버에 삽입되고 상기 코일스프링의 상부 및 하부에 각각 결합하는 상부 및 하부스프링시트와, 상기 상부 및 하부스프링시트에 각각 삽입되는 환형의 상부 및 하부패드를 포함하는 차량의 스트러트 현가장치에 있어서, 차량의 범프 및 리바운드 상태를 감지하는 감지센서; 상기 감지센서의 신호에 따라 동작하는 액추에이터; 및 상기 액추에이터에 의해 구동되어 상기 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하는 작동바를 포함하고, 상기 상부패드의 일부에는 상기 코일스프링의 일측 반원 부위가 팽창하며 삽입될 수 있는 안착홀이 형성되고, 상기 작동바의 동작에 의해 상기 코일스프링이 균일한 압축량 및 팽창량을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 스트러트 현가장치를 제공한다.
이때, 상기 작동바는 상기 상부패드의 안착홀을 관통하여 상하 운동하고, 상기 작동바의 선단에 원호 형상의 작동패드가 부착되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트러트 현가장치의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도이다.
본 발명에 따른 스트러트 현가장치는 쇽 옵서버(10)와 쇽 옵서버(10)의 외부에 마련된 코일스프링(20)으로 구성되며, 상부 및 하부스프링시트(30,40)가 쇽 옵서버(10)에 삽입되어 코일스프링(20)의 상하부에 각각 연결되고, 상부 및 하부스프링시트(30,40)에는 각각 상부 및 하부패드(60)가 삽입된다.
상부스프링시트(30)의 상부에 액추에이터(72)와 감지센서(71)가 부착되고, 액추에이터(72)에 의해 구동되는 작동바(73)가 구비된다. 상부패드(51)에는 코일스프링(20)의 일측 반원 부위가 삽입될 수 있도록 반원호 형태의 안착홀(52)이 형성되는데, 작동바(73)는 안착홀(52)을 관통하며 상부스프링시트(30)의 상부에 위치한 액추에이터(72)에 연결된다. 또한, 작동바(73)의 선단에는 코일스프링(20)의 상단 면에 접촉하도록 원호 형태의 작동패드(74)가 부착되는 것이 바람직하다.
감지센서(71)는 차량의 상대적인 높이를 감지하는 수단으로서, 차량이 범프되거나 리바운드되는 상태를 감지하여 신호를 발생시킨다. 이러한 감지센서(71)의 신호에 따라 액추에이터(72)가 작동하며, 액추에이터(72)에 의해 작동바(73)가 상하운동함으로써, 코일스프링(20)의 일측이 압축 및 압축해제된다. 이때, 작동바(73)는 상부스프링시트(30)의 안착홀(52)을 관통하여 위치하며 코일스프링(20)의 일측 상단면에 접촉하는데, 이에 따라 작동바(73)의 상하운동에 의해 코일스프링(20) 일측 부위가 압축되거나 압축해제된다. 또한, 작동바(73)의 선단에 원호 형태의 작동패드(74)가 부착됨으로써 작동 패드(74)에 의해 안정적으로 코일스프링(20)의 일측에 압축력이 가해지도록 하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 스트러트 현가장치의 동작 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
(a)상태는 차량이 범프된 상태에서 코일스프링(20)의 압축 상태를 도시한 것이고, (b)상태는 공차 상태에서 코일스프링(20)의 압축 상태를 도시한 것이고, (c)상태는 차량이 리바운드된 상태에서 코일스프링(20)의 압축 상태를 도시한 것이다.
종래 기술에서 설명한 바와 같이 차량이 범프되거나 리바운드되는 경우에 코일스프링(20)에 모멘트가 발생하고 코일스프링 하중축(FL)이 회전 이동하며 코일스프링(20)의 압축 및 팽창량이 양측 부위에서 서로 다르게 발생하게 되는데, 이에 따라 (a)와 (c)에 도시된 바와 같이 상부스프링시트(30)가 하부스프링시트(40)와의 평행 상태를 유지하지 못하고 어긋나게 된다.
(b)상태는 공차 상태로서, 코일스프링(20)이 압축 및 팽창 없는 원형 상태로 코일스프링(20)의 상단면이 상부패드(51)의 하부면과 일치된 상태로 유지된다. 따라서, 상부패드(51)의 안착홀(52) 내부에 위치한 작동패드(74)의 하단면이 상부패드(51)의 하부면과 동일 평면을 이루도록 최초 설정된다. 또한, 이러한 최초 설정에 따라 상부스프링시트(30)와 하부스프링시트(40)는 경사진 형태로 상호 평행하게 위치한다.
(a)상태는 차량이 범프된 상태로서, 코일스프링(20)에 압축이 발생한다. 작동바(73)가 구비되지 않은 상태라면, 코일스프링(20)의 압축은 상기한 바와 같이 균일하게 발생하지 않고 좌측 반원에 해당하는 부위가 더 많이 압축된다. 따라서, 상부스프링시트(30)와 상부패드(51)는 좌측으로 더욱 경사지게 되며 하부스프링시트(40)와의 평행 상태가 깨어진다. 이러한 불균일한 압축량에 따라 발생하는 코일스프링 하중축(FL)의 회전 이동이 방지되도록 즉, 코일스프링(20)의 압축량이 전체 부위에서 균일하게 발생하도록 작동바(73) 및 작동패드(74)가 하부측으로 운동하며 코일스프링(20)의 우측 부위에 압축력을 가한다. 따라서, 상부 및 하부스프링시트(30,40)가 상호 평행 상태가 깨어지더라도 코일스프링(20)의 전체 압축량이 동일하기 때문에 코일스프링 하중축(FL)의 회전이동이 발생되지 않는다.
(c)상태는 차량이 리바운드된 상태로서, 코일스프링(20)에 팽창이 발생한다. 안착홀(52)이 형성되지 않은 상태라면, (a)상태와는 반대로 코일스프링(20)의 팽창은 좌측 반원에 해당하는 부위가 더 많이 팽창된다. 따라서, 상부스프링시트(30)는 좌측 경사가 완만해지며 하부스프링시트(40)와의 평행 상태가 깨어진다. (a)상태와 마찬가지 원리로 코일스프링(20)의 팽창량이 전체 부위에서 균일하게 발생하도록 안착홀(52) 내부에 위치한 작동바(73) 및 작동패드(74)가 상부측으로 운동함으로써, 코일스프링(20)의 우측 부위가 안착홀(52) 내부로 삽입되며 더 팽창된다. 따라서, 코일스프링(20)의 우측 부위가 더 팽창하며 좌측 부위와 팽창량이 동일하게 됨으로써, 상부 및 하부스프링시트(30,40)가 상호 평행 상태가 깨어지더라도 코일스프링(20)의 전체 팽창량이 동일하기 때문에 코일스프링 하중축(FL)의 회전이동이 발생되지 않는다.
(a),(c)상태에서 작동바(73) 및 작동패드(74)의 상하 방향의 운동은 상부스프링시트(30)의 상부에 구비된 액추에이터(72)의 구동에 의해 발생하고, 액추에이터(72)는 감지센서(71)의 범프 및 리바운드 상태 감지 신호에 따라 동작한다.
이러한 동작 원리에 따라 본 발명에 따른 스트러트 현가장치는 차량의 범프 및 리바운드시에 자동으로 코일스프링(20)의 일측이 압축 및 압축 해제됨으로써 전체 부위에서 균일한 코일스프링(20) 압축량을 유지하는 구조이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 구조를 간략하게 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(72)는 캠구조를 이용한 것으로서, 반원 형상의 캠(72a)이 회전하고 이에 연동되는 작동바(73)가 캠(72a)의 회전에 따라 상하 운동하는 방식으로 구성될 수 있다. 이때, 캠(72a)은 캠축(72b)이 구비되어 캠축(72b)을 중심으로 회전하며, 별도의 구동모터(72c)에 의해 캠축(72b)이 회전 구동됨으로써 캠(72a)이 회전하는 구조이다.
따라서, 감지센서(71)에 의해 차량의 범프 상태 신호가 인가되면 구동모터(72c)는 캠축(72b)을 시계 방향으로 회전시키고, 차량의 리바운드 상태 신호가 인가되면 반시계 방향으로 회전시킨다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하며 별도의 액추에이터에 의해 구동되는 작동바가 구비되어, 차량이 범프 및 리바운드됨에 따라 작동바의 운동에 의해 코일스프링이 전체적으로 균일한 압축량을 가짐으로써, 차량이 범프 및 리바운드될 때에도 차량의 바퀴 및 스티어링 휠의 회전이나 쏠림 현상이 방지되고 차량의 운행 조건이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 쇽 옵서버와, 상기 쇽 옵서버의 외부에 구비된 코일스프링과, 상기 쇽 옵서버에 삽입되고 상기 코일스프링의 상부 및 하부에 각각 결합하는 상부 및 하부스프링시트와, 상기 상부 및 하부스프링시트에 각각 삽입되는 환형의 상부 및 하부패드를 포함하는 차량의 스트러트 현가장치에 있어서,
    차량의 범프 및 리바운드 상태를 감지하는 감지센서;
    상기 감지센서의 신호에 따라 동작하는 액추에이터; 및
    상기 액추에이터에 의해 구동되어 상기 코일스프링의 일측을 압축 및 압축 해제하는 작동바
    를 포함하고,
    상기 상부패드의 일부에는 상기 코일스프링의 일측 반원 부위가 팽창하며 삽입될 수 있는 안착홀이 형성되고,
    상기 작동바의 동작에 의해 상기 코일스프링이 균일한 압축량 및 팽창량을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 스트러트 현가장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동바는 상기 상부패드의 안착홀을 관통하여 상하 운동하는 것을 특징으로 하는 차량의 스트러트 현가장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동바의 선단에 원호 형상의 작동패드가 부착된 것을 특징으로 하는 차량의 스트러트 현가장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는
    반원 형상의 캠;
    상기 캠에 부착되어 상기 캠의 회전 중심이 되는 캠축; 및
    상기 캠축을 회전 구동하는 구동모터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 스트러트 현가장치.
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