KR100869355B1

KR100869355B1 - 지렛대 원리를 이용한 완충장치

Info

Publication number: KR100869355B1
Application number: KR1020070054368A
Authority: KR
Inventors: 정만희
Original assignee: 정만희
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-11-19
Also published as: WO2007148882A1; CN101112856A; KR20070120883A; US20080001376A1; US20080309043A1; CN101112856B; JP2008001356A; KR20060082068A; DE102007028424A1

Abstract

본 발명은 완충장치에 관한 것으로서, 하단부가 타이어(5)의 비회전휠축(5a)과 일체로 결합되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(10,12); 상기 충격전달부(10,12)와 일단부가 접하고 중앙에 받침점(20a,22a)을 갖는 지렛대(20,22); 및 상기 지렛대(20,22)의 타단부와 연결되어 차량의 상하 유동시 충격전달부(10,12)에 의해 지렛대(20,22)로 가압되는 충격량을 완화시키는 충격완화부(30)를 포함하여 구성된다. 따라서, 차량의 타이어(5)로부터 스프링으로 전달되는 충격량이 커질수록 충격 가압점은 지렛대의 중앙 받침점으로 이동하게 되고 그 결과 스프링상수가 가압점의 이동과 비례하여 커지는 것과 같은 효과를 발생시키게 된다. 즉 약한 충격량에서는 약한 스프링상수로써 대응하고 강한 충격량에서는 강한 스프링상수로서 대응할 수 있도록 함으로써, 기존 스프링 보다 부드러운 스프링을 사용하여도 타이어로부터의 충격량의 크기에 따라 실시간으로 적절히 대응할 수 있게 되어 탑승자에게 승차감과 안전성을 모두 부여할 수 있도록 하는 효과를 얻는다. 충격전달부의 곡면 경사 조절을 통해서 설계자는 미리 설정한 충격 거리 내에서 원하는 크기의 반발력을 얻을 수 있다.

완충장치, Suspension, 지렛대, 스프링, 자동차

Description

지렛대 원리를 이용한 완충장치{Apparatus for shock absorption by using the leverage}

도 1은 본 발명의 완충장치에 적용되는 지렛대와 접점이 이동 원리를 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 완충장치를 적용하였을 경우의 힘과 변위의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완충장치로서, 완충 작용의 작동전과 작동후로 나누어서 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 완충 작용의 작동전과 작동후로 나누어서 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 완충 작용의 작동전과 작동후로 나누어서 나타낸 개략도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 지렛대 대신 힌지바를 사용하였으며 완충 작용의 작동전과 작동후로 나누어서 나타낸 개략도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 비좁은 공간에서의 설치예를 나타낸 개략도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 : 지렛대 1a : 받침점

2 : 충격전달부 3 : 스프링

5 : 타이어 5a : 비회전휠축

5b : 힌지브라켓 8 : 차체

10 : 충격전달부 10a : 회전지지브라켓

10b : 원판회전체 12 : 충격전달부

12a : 힌지연결편 12b : 곡면부

20 : 지렛대 20a : 받침점

22 : 지렛대 22a : 받침점

30 : 충격완화부 31 : 로드

32 : 실린더 33 : 스프링

34 : 받침판 110 : 충격전달부

111 : 곡면부 120 : 하우징

121 : 관통공 130 : 지렛대

131 : 받침점 132 : 회전롤러

140 : 스프링 141 : 구름판

210 : 충격전달부 211 : 곡면부

220 : 하우징 221 : 관통공

230 : 힌지바 231 : 힌지축

232 : 회전롤러 240 : 스프링

241 : 구름판 310 : 제1충격전달부

311 : 제1피스톤부 320 : 실린더

321 : 유압유체 330 : 제2충격전달부

331 : 제2피스톤부 332 : 곡면부

340 : 하우징 341 : 관통공

350 : 힌지바 351 : 힌지축

360 : 스프링 361 : 구름판

P : 가압접점

일반적으로 자동차는 주행 중 발생할 수 있는 여러 가지의 충격을 완화시키기 위한 수단으로써 완충장치인 현가장치(suspension)가 마련되어 있다.

이러한 현가장치로는 차축과 차체를 연결하고, 노면으로부터 전달되는 충격을 완화하기 위한 섀시스프링과, 스프링의 자유 진동을 흡수하기 위한 쇽업소버와, 차체가 좌우로 요동하는 것을 방지하기 위한 스테이빌라이저 등으로 구성되어 있다.

그리고, 이러한 현가장치로서 가장 보편적으로 사용되는 차축식은 좌우의 타이어를 하나의 액슬로 연결하여 스프링을 거쳐서 차체를 떠받치는 현가방식으로 겹판스프링(laminated leaf spring), 코일스프링(coil spring), 공기스프링(air spring) 등이 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 현가장치로 사용되는 스프링들은 일정한 스프링상수를 가지고 있으며, 즉 타이어를 통해 전달되는 충격량의 변화에 상관없이 스프링상수는 항상 일정하기 때문에 일례로 부드러운 스프링을 사용할 경우에는 승차감은 좋지만 커브길 등에서 차체가 원심력에 의해 한쪽으로 기울어지는 등 안전성에 문제가 있었고, 또한, 강한 스프링을 사용할 경우에는 타이어로부터 전달되는 충격이나 차체의 기울어짐 등 다양한 외부 충격에는 강하지만 승차감이 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 어떠한 스프링을 사용하더라도 만족할 만한 차량의 승차감과 안전성을 동시에 획득할 수는 없었다.

여기서, 스프링상수가 일정한 일반적인 종래 스프링이 승차감과 안정성을 동시에 획득하기 힘든 이유를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

스프링의 성질에 관한 물리학의 법칙 중 하나로서 후크의 법칙(

)이다. 여기서

는 스프링상수(spring constant)로서 변하지 않는 값을 말한다.

예를 들어, 부드러운 스프링을 사용할 경우, 자동차가 비교적 부드러운 노면을 주행할 때에는 차체의 상하 진폭이 작기 때문에 승차감이 좋으나, 거친 노면에서는 차체의 상하 진폭이 커지게 되므로 그만큼 스프링에 가해지는 힘이 훨씬 강해져 이러한 충격량을 스프링 자체에서 감쇄시키기 위해서는 충분한 완충거리를 확보하기 위해 스프링의 길이를 길게 하여야만 가능하게 된다.

그러나, 스프링의 길이를 길게 할 경우에는 충격 흡수거리가 길어져 승차감 은 좋아지지만 챠량이 지나치게 출렁거리고 커브 길에서는 차량이 바깥쪽으로 쏠리는 롤링현상이 발생되어 안정성이 크게 떨어지며, 또한, 스프링의 길이에 맞는 공간을 확보하여야 하기 때문에 차체의 공간 활용이 불리하게 된다.

이와 반대로, 안정성을 확보하는 위해서 강한 스프링을 사용할 경우, 차체의 상하 진폭이나 좌우 요동에 견고하게 대응하여 차체에 안정감을 부여할 수는 있으나, 이러한 외부 충격들이 곧바로 스프링을 통해 차체로 전달되기 때문에 승차감이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

한편, 정지 상태의 공차(空車) 무게에 비해 실제 주행 때 차량 총무게가 크게 변할 수 있는 소형차나 화물차는 무게 대비 스프링 강도를 조절하기 어렵기 때문에 비교적 강한 스프링을 사용하게 되고 이것이 승차감을 더욱 떨어뜨리는 원인이 된다.

이러한 문제점을 어느 정도 해결하기 위한 방도로서 일종의 에어스프링이라는 스프링이 제시되고 있다.

이 에어스프링은 공기라는 재질의 특성상 후크의 법칙에 따르지 않고 보일-샤를의 법칙(

＝일정)에 따르기 때문에 승차감과 안정성을 확보하는 것이 철제스프링 보다 용이하다고 볼 수 있다.

그 차이를 알아보기 위해 철제스프링과 에어스프링의 수축에 관한 예제를 살펴보자.

일례로, 37㎝를 수축할 수 있는 철제스프링을 준비하여 무게 5톤을 떠받치게 했을 때 무게 때문에 스프링이 줄어든 길이가 17㎝ 였다고 하면 앞으로 줄어들 수 있는 여유 공간은 20㎝이다.

그런 다음, 이 철제 스프링에 1톤의 무게를 더 추가했을 때 줄어들 수 있는 여유는 후크의 법칙에 의하면 16.6㎝가 남게 된다. 2톤을 추가했을 때 여유 길이는 13.2㎝, 3톤일 때 9.8㎝, 4톤일 때 6.4㎝가 된다.

마찬가지로 적당한 에어스프링(실린더형)으로 5톤을 떠받치고 있을 때 공기가 들어차 있는 부분의 높이가 20㎝였다고 하면 1톤의 짐을 더 실었을 경우 높이는 보일-샤를의 법칙에 의해 16.6㎝로 줄어들게 되고, 2톤일 때 14.3㎝, 3톤일 때 12.5㎝, 4톤일 때 11.1㎝ 와 같이 공기가 들어차 있는 부분의 높이가 축소된다. 이것을 그래프로 그려보면 아래와 같다.

이 그래프에서 철제스프링은 가해진 무게에 정 비례하여 스프링의 길이가 수축되지만 에어스프링은 수축되는 정도가 점점 작아지는 것을 알 수 있다. 1톤의 짐 을 실었을 때 철제스프링과 에어스프링 모두 3.4cm의 변형이 생기지만 4톤의 짐을 추가했을 때 줄어드는 길이는 철제스프링이 13.6㎝인 반면 에어스프링은 8.9㎝에 불과하다.

이러한 스프링의 재질별 특성을 들여다보면 다음과 같은 해석이 가능할 것이다. 동일한 승차감을 제공하도록 설계된 스프링일지라도 에어스프링이 철제스프링 보다 안정성이 크다는 것을 알 수 있다.

그 이유는 철제스프링은 압축 정도에 상관없이 동일한 스프링상수 값을 유지하지만 에어스프링은 압축이 진행될수록 스프링상수가 점점 커지기 때문이다.

이상적인 자동차 현가장치의 반발력에 관한 명확한 이론이 아직 없기 때문에 현재의 도로 여건과 경험에 의한 수치를 바탕으로 이상적인 현가장치의 완충거리와 반발력의 상관 관계를 제시하면, 초기 2㎝ 범위 내에서는 부드럽게 작동하고 과속방지턱을 넘을 때와 같은 커다란 충격이 가해지더라도 대략 5~6㎝ 이내의 거리에서 모든 충격을 흡수하는 것이 바람직하다.

실제 도로의 노면을 보면 대부분의 요철 높이가 1㎝ 보다 낮기 때문에 차량의 바퀴가 튀어오르는 높이가 2㎝ 이내일 때 스프링이 부드럽게 작동한다면 승차감을 좋게 할 수 있으며 완충거리가 2㎝를 넘어서는 순간부터 스프링 반발력이 강해져 전체 완충거리 5~6㎝(기존 차량으로 과속방지턱을 넘을 때의 완충거리) 정도에서 과속방지턱을 넘을 때와 같은 수준의 충격을 흡수할 수 있다면 차량의 쏠림 현상도 충분히 억제할 수 있을 것이다.

이러한 이상적인 완충작용을 위한 스프링 반발력 변화를 그래프로 나타내면 아래와 비슷한 형태가 될 것이다.

위 그래프에서 X축 쪽에 낮게 깔린 부분은 뛰어난 승차감을 보여주는 구간이고 그 후 급격하게 상승하는 반발력은 자동차가 커브 길을 지날 때 롤링현상이 거의 없음을 뜻한다. 기존의 철제스프링 또는 에어스프링은 위 그래프에서 보인 바와 같은 급격한 스프링 반발력 변화를 실현 하는 것이 불가능하였다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 중앙 받침점을 기준으로 일단부에 스프링이 배치되고 타단부에 충격전달부가 배치되는 지렛대 원리와 충격전달부를 곡면 구조로 하여 지렛대가 접하는 가압점이 곡면 원호를 따라 중앙 받침점으로 이동하게 되고 그 결과 가압점의 이동에 따라 스프링상수가 커지는 효과를 얻는, 즉 약한 충격량에서는 약한 스프링상수로써 대응하고 강한 충격량에서는 강한 스프링상수로서 대응할 수 있도록 함으로써, 설계자가 원하는 정도 의 부드러운 스프링을 사용하여도 타이어로부터의 충격량에 따라 적절히 대응할 수 있게 되어 탑승자에게 승차감과 안전성을 모두 부여할 수 있도록 하는 완충장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 완충장치는 하단부가 타이어의 비회전휠축과 결합되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부; 상기 충격전달부와 일단부가 접하고 중앙에 받침점을 갖는 지렛대; 및 상기 지렛대의 타단부와 연결되어 차량의 상하 유동시 충격전달부에 의해 지렛대로 가압되는 충격량을 완화시키는 충격완화부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 충격전달부의 상면에는 지렛대로의 가압이 진행됨에 따라 이 지렛대와의 가압접점이 받침점으로 이동되도록 라운드진 곡면부가 형성된 것이 바람직하며 지렛대가 충격전달부를 가압한 상태에서 완충작용이 일어날 때 지렛대와 충격전달부 사이에 발생하는 마찰저항을 줄이기 위한 방안을 강구하는 것이 좋다.

일례로, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서 원판회전체의 축(10a)과 지렛대의 축(20a)의 수평거리는 일정하기 때문에 완충작용이 일어날 때 지렛대(20)와 원판회전체(10)의 모양 차이로부터 발생하는 마찰저항을 줄이기 위해, 상기 충격전달부는 상기 타이어의 비회전휠축과 일체형으로 결합되는 회전지지브라켓; 및 상기 회전지지브라켓에 축 결합되어 지렛대로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 충격전달부(12) 역시 상기 타이어의 비회전휠축 저면에 힌지브라켓을 형성하되, 하단부에 상기 힌지브라켓과 힌지 연결되는 힌지연결편이 형성되며 상단부에 지렛대로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전되면서 이 지렛대와의 가압접점이 받침점으로 이동되도록 상방으로 볼록하게 라운드진 곡면부가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 충격완화부는 상기 충격전달부의 반대편인 지렛대의 타단부와 힌지 연결되는 로드; 상기 로드가 일단부로 출몰 가능하도록 이 로드를 덮어씌우고 그 타단부가 힌지 결합되는 실린더; 상기 실린더 내부에 배치된 로드의 외주면을 감싸는 스프링; 및 상기 스프링의 외부로 노출된 로드의 타단부와 결합되는 받침판을 포함하는 구성으로 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 스프링을 가압하는 지렛대의 저면에 회전롤러가 구비되고, 이에 대응되는 스프링의 상단부에 회전롤러가 구르면서 스프링을 가압하도록 하는 구름판이 더 구비된 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 완충장치는 도 3, 도 4 및 도 5와 같이 충격전달부와 맞닿는 지렛대의 일단과 스프링에 충격을 전달하는 지렛대의 타단이 지렛대의 축의 양측에 각각 위치하는 형태로 만들 수 있으며 충격전달부와 맞닿는 가압접점과 스프링에 충격을 전달하는 지점이 모두 힌지축(231)의 한쪽에 위치하도록 만들 수도 있다. 도 6에서 보듯, 하단부가 타이어의 비회전휠축과 직접 연결되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부; 상기 충격전달부의 상단부가 내부로 관통되도록 저면에 관통공이 형성되고 외측면이 차체에 고정되는 하우징; 상기 충격전달부와 일단 부 저면이 접하고 타단부가 힌지 연결된 힌지축을 갖는 힌지바; 및 상기 힌지바의 일단부 상면과 하우징의 상면 사이에 밀착 배치되는 스프링을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 스프링을 가압하는 힌지바의 상면에 회전롤러가 구비되고, 이에 대응되는 스프링의 하단부에 회전롤러가 구르면서 스프링을 가압하도록 하는 구름판이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 충격전달부의 상면에는 힌지바로의 가압이 진행됨에 따라 이 힌지바와의 가압접점이 힌지축으로 이동되도록 라운드진 곡면부가 형성된 것이 바람직하다.

그리고, 유압유체를 통하여 충격을 스프링으로 전달할 경우에는 스프링을 차체 어느 곳에라도 장착할 수 있는데, 본 발명의 완충장치는 바퀴 축 윗 쪽의 수직공간이 부족할 경우 도 7에서 처럼 하단부가 타이어의 비회전휠축과 직접 연결되고 상단부에 제1피스톤부가 마련된 제1충격전달부; 상기 제1충격전달부의 제1피스톤부를 덮어씌우고 내부에 유압유체가 충진되어 있으며 상부가 차체의 측방으로 절곡되는 실린더; 상기 실린더의 상단 내부에서 제1충격전달부의 제1피스톤부와 유압유체를 사이에 두고 배치되는 제2피스톤부가 일단부에 형성되고 그 타단부가 실린더 외부로 노출되는 제2충격전달부; 상기 제2충격전달부의 일단부가 내부로 관통되도록 측면에 관통공이 형성되고 외측면이 차체에 고정되는 하우징; 상기 제2충격전달부의 일단부와 일측면이 접하고 하단부가 힌지 연결된 힌지축을 갖는 힌지바; 및 상기 힌지바의 타측면과 하우징의 측벽면 사이에 밀착 배치되는 스프링을 포함하여 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 스프링을 가압하는 힌지바의 일측면에 회전롤러가 구비되고, 이에 대응되는 스프링의 일단부에 회전롤러가 구르면서 스프링을 가압하도록 하는 구름판이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 완충장치에 있어서, 상기 제2충격전달부의 일단부에는 힌지바로의 가압이 진행됨에 따라 이 힌지바와의 가압접점이 힌지축으로 이동되도록 라운드진 곡면부가 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 실시예들의 설명에 앞서 본 발명의 지렛대와 접점 변화에 의해 스프링상수가 변화되는 원리를 살펴보면 다음과 같다.

도 1에서 나타낸 것과 같이, 지렛대(1)의 중앙 받침점(1a)을 기준으로 일단부 저면에 타이어로부터의 충격량을 전달하기 위한 충격전달부(2)가 배치되고 지렛대(1)의 타단부 저면에 충격량 감쇄를 위한 스프링(3)이 배치되어 있다.

그리고, 상기 충격전달부(2)의 상단부는 지렛대(1)의 받침점(1a)을 향하는 방향으로 완만하게 곡선 하강하는 형상으로 곡면 처리되어 있다.

한편, 상기 지렛대의 원리를 설명하기 위한 방편으로서, 차체의 상하 진폭에 의해 차체가 내려앉으면서 지렛대(1)에 하중을 가하는 것은 역으로 타이어로부터의 충격량이 충격전달부(2)를 통해 지렛대(1)를 상방으로 밀어 올리는 반작용으로 가정할 수 있을 것이다.

이러한 힘의 원리에 입각하여, 도 1에서와 같이 도면만 놓고 가정할 경우, 타이어로부터의 가압에 의해 충격전달부(2)가 지렛대(1)를 상방으로 밀게 되며 가압이 진행되는 동안 지렛대(1)가 스프링(3)을 가압하는 동시에 충격전달부(2)와 지 렛대(1)의 가압접점(P)이 받침점(1a)쪽으로 진행됨을 알 수 있다.

즉, 받침점(1a)과 스프링(3) 사이의 거리인 L1은 변화하지 않지만 받침점(1a)과 가압접점(P) 사이의 거리인 L2는 L2'로 변화되는 것이다.

이것은 다시 말해서, 충격전달부(2)가 지렛대(1)를 밀어 올리는 것과 비례하여 L2는 L2'로 변화되면서 거리가 짧아지는 한편, 스프링상수는 이와 비례하여 점점 커지는 것과 같은 효과가 발생할 것이다.

즉, 차체의 작은 상하 진폭에 대해서는 약한 스프링상수로서 충격량에 대응하고, 차체의 큰 상하 진폭에 대해서는 강한 스프링상수로서 충력량에 대응하는 것을 알 수 있다.

한편, 도 2는 이러한 연속적으로 변화하는 지렛대의 원리에 의해 부드러운 스프링을 사용했을 때 얻을 수 있는 완충장치의 반발력 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

이러한 본 발명의 지렛대 원리와 접점 이동 원리를 바탕으로 아래에서 다양한 실시예를 살펴본다.

도 3에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 완충장치는 하단부가 타이어(5)의 비회전휠축(5a)과 일체로 결합되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(10)와, 이 충격전달부(10)와 일단부가 접하고 중앙에 받침점(20a)을 갖는 지렛대(20) 및 이 지렛대(20)의 타단부와 연결되어 차량의 상하 유동시 충격전달부(10)에 의해 지렛대(20)로 가압되는 충격량을 완화시키는 충격완화부(30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 충격전달부(10)는 하단부가 상기 타이어(5)의 비회전휠축(5a)과 일체형으로 결합되고 상단부가 지렛대(20) 측으로 절곡 연장되는 회전지지브라켓(10a)과, 이 회전지지브라켓(10a)에 회전 가능하게 축 결합되어 지렛대(20)로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전되면서 이 지렛대(20)와의 가압접점(P)이 받침점(20a)으로 이동되는 원판회전체(10b)로 이루어져 있다.

상기 지렛대(20)는 특히 원판회전체(10b)와 접하는 하단의 지렛대(20)는 이 원판회전체(10b)의 외주면 상단부를 덮어씌워 서로 간에 이탈이 발생되지 않도록 단면이 디귿자 형상을 갖는 것이 바람직할 것이다.

상기 충격완화부(30)는, 상기 충격전달부(10)의 반대편인 지렛대(20)의 타단부와 힌지 연결되는 로드(31)와, 이 로드(31)가 일단부로 출몰 가능하도록 이 로드(31)를 덮어씌우고 그 타단부가 힌지 결합되는 실린더(32)와, 이 실린더(32) 내부에 배치된 로드(31)의 외주면을 감싸는 스프링(33) 및 이 스프링(33)의 외부로 노출된 로드(31)의 타단부와 결합되는 받침판(34)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 완충장치는 바퀴가 도로면의 요철에 의해 튀어오를 때 지렛대(20)가 충격전달부(10)의 원판회전체(10b)에 의해 상방으로 밀리게 되는 동시에 지렛대(20)는 받침점(20a)을 축으로 그 상단부가 반 시계방향으로 회전하면서 충격완화부(30)의 로드(31)를 잡아당기게 되며, 이에 따라 실린더(32) 내부의 스프링(33)이 받침판(34)에 의해 압축되면서 결과적으로 로드(31)를 통해 지렛대(20)가 탄성반발력을 갖게 되는 것이다.

한편, 상기 원판회전체(10b)의 가압이 진행되면서 지렛대(20)와의 가압접 점(P)이 지렛대(20)의 받침점(20a)으로 이동하게 되어 결과적으로 스프링상수는 점점 커지게 것과 같아지면서 타이어로부터의 충격량에 적절히 대응할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 완충장치 설치시 필요한 수직공간을 절약하기 위한 방법으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 완충장치를 나타낸 것인데, 도 3과 같이 지렛대(22)의 절곡 구조와 충격완화부(30)의 구조는 동일하고 충격전달부(12)의 구조에 다소 차이가 있다.

이러한 차이점을 보이는 상기 충격전달부(12)는, 우선 상기 타이어(5)의 비회전휠축(5a) 저면에 별도의 힌지브라켓(5b)을 형성하되, 하단부에는 이 힌지브라켓(5b)과 힌지 연결되는 힌지연결편(12a)이 형성되며 상단부에 지렛대(22)로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전되면서 이 지렛대(22)와의 가압접점(P)이 받침점(22a)쪽으로 이동되도록 상방으로 볼록하게 라운드진 곡면부(12b)가 형성된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 충격전달부(12)는 비회전휠축(5a)이 관통되도록 중앙이 관통된 다각틀 형상으로 되어 있고, 이 다각틀 하단 내측면에 조각 판재 형상의 힌지연결편(12a)이 상방으로 일정 길이 돌출 형성되며, 이에 대응되는 힌지브라켓(5b)은 상기 힌지연결편(12a)을 양측에서 덮어씌워 서로 힌지 결합될 수 있도록 일정거리 이격된 한 쌍의 조각 판재 형상으로 되어 있다.

충격전달부의 외형이 다각틀로 되어 있는 이유는 지렛대의 축(22a)과 충격전달점의 거리를 15㎝ 정도로 만들었을 때 완충거리를 짧게 하고자 한다면, 설계에 따라 다르겠지만 충격전달부(12)의 곡면(12b)에서 회전 축(12a) 까지의 거리가 20㎝를 넘을 경우도 있을 수 있기 때문에 수직공간을 절약할 필요가 생기고 작동에 필요한 회전각은 작아도 되기 때문이다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 다른 실시예의 완충장치는 바퀴가 튀어오를 때 지렛대(22)가 충격전달부(12)의 곡면부(12b)에 의해 상방으로 밀리게 되는 동시에 지렛대(22)는 받침점(22a)을 축으로 그 상단부가 반 시계방향으로 회전하면서 충격완화부(30)의 로드(31)를 잡아당기게 되며, 이에 따라 실린더(32) 내부의 스프링(33)이 받침판(34)에 의해 압축되면서 결과적으로 로드(31)를 통해 지렛대(20)가 탄성반발력을 갖도록 하는 것이다.

한편, 상기 곡면부(12b)의 가압이 진행되는 동안 상기 충격전달부(12)는 힌지연결편(12a)을 축으로 하여 좌측으로 축 회전되는 동시에 지렛대(22)와의 가압접점(P)도 지렛대(22)의 받침점(22a)쪽으로 이동하게 되어 결과적으로 스프링상수가 점점 커지는 것과 동일한 효과가 발생하여 타이어로부터의 충격량에 대응할 수 있게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 하단부가 타이어(5)와 직접 연결되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(110)와, 이 충격전달부(110)의 상단부가 내부로 관통되도록 저면에 관통공(121)이 형성되고 외측면이 차체(8)에 고정되는 하우징(120)과, 상기 충격전달부(110)와 일단부 저면이 접하고 중앙에 받침점(131)이 구비된 지렛대(130) 및 이 지렛대(130)의 타단부 저면과 하우징(120)의 바닥면 사이에 밀착 배치되는 스프링(140)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 충격전달부(110)의 상면에는 지렛대(130)로의 가압이 진행됨에 따라 이 지렛대(130)와의 가압접점(P)이 받침점(131)으로 이동되도록 이 받침점(131) 측으로 완만하게 라운드진 곡면부(111)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 스프링(140)을 가압하는 지렛대(130)의 저면에는 회전롤러(132)가 구비되고, 이에 대응되는 스프링(140)의 상단부에는 회전롤러(132)가 구르면서 스프링(140)을 가압하도록 하는 구름판(141)이 더 구비되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 또 다른 실시예의 완충장치는 차체(8)의 하강에 의해 상대적으로 충격전달부(110)가 지렛대(130)를 상방으로 밀어 올리게 되는 동시에 받침점(131)을 기준으로 그 반대편의 지렛대(130) 단부는 스프링(140)을 하방으로 가압하면서 생기는 탄성반발력에 의해 타이어로부터의 충격량을 감쇄시키게 되는 것이다.

여기서도, 충격전달부(110)와 지렛대(130)의 가압접점(P)이 받침점(131) 쪽으로 이동 변화되면서 충격량을 감쇄시키는 것을 알 수 있다.

한편, 스프링(140) 가압시 지렛대(130)의 회전롤러(132)는 구름판(141) 상에서 구르면서 스프링(140)을 원활하게 가압할 수 있게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 하단부가 타이어(5)의 비회전휠축(5a)과 직접 연결되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(210)와, 이 충격전달부(210)의 상단부가 내부로 관통되도록 저면에 관통공(221)이 형성되고 외측면이 차체(8)에 고정되는 하우징(220)과, 상기 충격전달부(210)와 일단부 저면이 접하고 타단부가 힌지 연결된 힌지축(231)을 갖는 힌지바(230) 및 이 힌지바(230)의 일단부 상면과 하우징(220)의 상면 사이에 밀착 배치되는 스프링(240)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 충격전달부(210)의 상면에는 힌지바(230)로의 가압이 진행됨에 따라 이 힌지바(230)와의 가압접점(P)이 힌지축(231)으로 이동되도록 이 힌지축(231) 측으로 완만하게 라운드진 곡면부(211)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 스프링(240)을 가압하는 힌지바(230)의 상면에는 회전롤러(232)가 구비되고, 이에 대응되는 스프링(240)의 하단부에 회전롤러(232)가 구르면서 스프링(240)을 가압하도록 하는 구름판(241)이 더 구비되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 또 다른 실시예의 완충장치는 상기 지렛대를 이용하는 다른 실시예들과는 다르게 지렛대를 사용하지 않고 일단부가 힌지 결합되는 힌지바(230)를 사용하고 이 힌지바(230)의 타단부 저면과 상면에 각각 충격전달부(210)와 스프링(240)이 배치되는 구조가 상기 실시예들과는 다르다.

한편, 그 작동을 살펴보면, 차체(8)가 하강하게 되면 충격전달부(210)의 곡면부(211)가 힌지축(231)으로 접점 이동을 하면서 상기 힌지바(230)를 상방으로 밀어올리게 되고, 이에 따라 힌지바(230)도 그 상방의 스프링(240)을 상방으로 밀어올리면서 생기는 탄성반발력에 의해 충격량을 감쇄시키게 되는 것이다.

여기서도, 상기 충격전달부(210)의 가압이 진행됨에 따라 힌지바(230)와의 가압접점(P)도 힌지축(231)으로 이동하면서 상대적으로 스프링상수가 커지게 되는 것이다.

한편, 스프링(240) 가압시 힌지바(230)의 회전롤러(232)는 구름판(241) 상에서 구르면서 스프링(240)을 원활하게 가압할 수 있게 되는 것이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충장치로서, 하단부가 타이어(5)의 비회전휠축(5a)과 직접 연결되고 상단부에 제1피스톤부(311)가 마련된 제1충격전달부(310)와, 이 제1충격전달부(310)의 제1피스톤부(311)를 덮어씌우고 내부에 유압유체(321)가 충진되어 있으며 상부가 차체(8)의 측방으로 직각 절곡되는 실린더(320)와, 이 실린더(320)의 상단 내부에서 제1충격전달부(310)의 제1피스톤부(311)와 유압유체(321)를 사이에 두고 배치되는 제2피스톤부(331)가 일단부에 형성되고 그 타단부가 실린더(320) 외부로 노출되는 제2충격전달부(330)와, 이 제2충격전달부(330)의 일단부가 내부로 관통되도록 측면에 관통공(341)이 형성되고 외측면이 차체(8)에 고정되는 하우징(340)과, 상기 제2충격전달부(330)의 일단부와 일측면이 접하고 하단부가 힌지 연결된 힌지축(351)을 갖는 힌지바(350) 및 이 힌지바(350)의 타측면과 하우징(340)의 측벽면 사이에 밀착 배치되는 스프링(360)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서도, 상기 제2충격전달부(330)의 일단부에는 힌지바(350)로의 가압이 진행됨에 따라 이 힌지바(350)와의 가압접점(P)이 힌지축(351)으로 이동되도록 이 힌지축(351) 측으로 라운드진 곡면부(332)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 스프링(360)을 가압하는 힌지바(350)의 일측면에는 회전롤러(352)가 구비되고, 이에 대응되는 스프링(360)의 일단부에 회전롤러(352)가 구르면서 스프링(360)을 가압하도록 하는 구름판(361)이 더 구비되어 있다.

이 실시예의 경우에는 충격완화부인 스프링(360)을 포함하는 하우징(340)을 설치하기 위한 공간이 부족한 소형차량의 경우에 적용할 수 있는 것으로서, 상기 하우징(340)을 차량의 후방 트렁크 쪽이나 그밖에 공간적인 여유가 있는 쪽으로 직각 절곡시키되 타이어(5)의 충격량을 스프링(360)까지 전달하기 위한 수단으로서 유압유체(321)를 사용한 실린더(320)를 중간에 매개시킨 것이다.

즉, 타이어(5)의 충격량을 받고 제1충격전달부(310)의 제1피스톤부(311)가 유압유체(321)를 상방으로 밀어내게 되면 이 유압유체(321)의 떠밀림에 의해 후방으로 직각 절곡되어 있는 제2충격전달부(330)의 제2피스톤부(331)가 다시 밀려나게 되면서 하우징(340) 내에 배치되어 있는 스프링(360)을 가압하게 되고 이때 생기는 탄성반발력에 의해 충격량이 감쇄되는 것이다.

이렇게 완충장치를 설치하는 것이 승차감 개선에 도 6의 경우 보다 유리한 것 같다.

여기서도, 상기 제2충격전달부(330)의 가압이 진행됨에 따라 힌지바(350)와의 가압접점(P)도 힌지축(351)으로 이동하면서 상대적으로 스프링상수가 커지게 되는 것이다.

한편, 스프링(360) 가압시 힌지바(350)의 회전롤러(232)는 구름판(361) 상에서 구르면서 스프링(360)을 원활하게 가압할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 완충장치는 중앙 받침점을 기준으로 일단부에 스프링이 배치되고 타단부에 충격전달부가 배치되는 지렛대 원리와 충격전달부를 곡면 구조로 하여 지렛대가 접하는 가압점이 곡면 원호를 따라 중앙 받침점으로 이동되도록 하는 접점 이동 원리를 함께 이용하여 차량의 타이어로부터 스프링으로 전달되는 충격량이 커질수록 충격 가압점은 지렛대의 중앙 받침점으로 이동하게 되고 그 결과 스프링상수가 가압점의 이동과 비례하여 커지도록 하여, 즉 약한 충격량에서는 약한 스프링상수로써 대응하고 강한 충격량에서는 강한 스프링상수로서 대응할 수 있도록 함으로써, 설계자가 원하는 만큼 부드러운 스프링을 사용하여도 타이어로부터의 충격량에 따라 적절히 대응할 수 있게 되어 탑승자에게 승차감과 안전성을 모두 부여할 수 있도록 하는 효과를 얻는다.

즉, 철제스프링을 사용하더라도 후크의 법칙에 의한 충격 흡수가 생기지 않고 상기 그래프에서 보인 바와 같이 이상적인 반발력을 발휘할 수 있도록 구조화한 후 기존의 현가장치에 사용되는 것보다 부드러운 스프링을 사용하여도 승차감을 크게 개선시킬 수 있는 동시에 롤링현상도 방지할 수 있게 되어 그 결과 뛰어난 승차감과 차량의 주행 안정성을 동시에 확보할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

본 완충장치는 충격전달부의 곡면 기울기를 조절하는 방법을 통해, 즉 충격전달부를 옆으로 길게 또는 짧게 만드는 방법을 통해, 승차감을 손상시키지 않고도 차량의 전체 완충거리를 통제할 수 있기 때문에 거친 노면을 달리는 차량에 장착할 경우 운전자의 피로감을 덜어주고 차량의 내구성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

상기 그래프에서 보인 바와 같은 이상적인 반발력을 구현하는 방법은 설계자가 원하는 부드러운 스프링을 사용한 본 완충장치를 차량에 장착 후 정지 했을 때 가압접점(P)이 지렛대의 회전축(1a, 20a, 22a 등) 보다 바퀴 쪽으로 2㎝ 정도 낮도 록 세팅하면 된다.

일례로 정지 시에 차량의 무게로 인해 20㎝가 수축되는 압축코일스프링을 장착하고 지렛대 회전축(1a 등)으로부터 가압접점(P)의 거리가 15㎝가 되게 한 후 충격전달부 원주면(12b 등)의 반지름을 20㎝ 정도로 만들었을 때 완충거리는 과속방지턱을 넘는 경우에도 5㎝ 정도였다.

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Claims

자동차의 몸체에 체결된 받침점(20a)을 갖는 지렛대;

상기 지렛대의 일단부와 연결되어 상기 지렛대를 통해 전달받는 충격을 흡수할 수 있는 충격완화부; 및

상기 지렛대의 타단부 아래에 위치하며, 바퀴의 비회전 휠축과 결합되고 상단면이 가압점(P)에서 상기 지렛대와 맞닿는 충격전달부;을 포함하고,

상기 충격전달부는 가압이 진행됨에 따라 상기 가압점(P)이 상기 받침점(20a) 쪽으로 이동할 수 있도록 상단면이 상기 지렛대 쪽으로 볼록한 곡면 형태로 구성됨을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제 1항에 있어서,

상기 가압점(P)이 받침점(20a) 쪽으로 이동할 때 상기 지렛대와 상기 충격전달부 사이에 발생하는 마찰을 줄이기 위해 상기 지렛대와 상기 충격전달부 사이에는 미끄럼판(철편:鐵片)이 추가로 구성됨을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
하단부가 바퀴(5)의 비회전휠축(5a)과 일체로 결합되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(12);

상기 충격전달부(12)와 일단부가 접하고 중앙에 받침점(20a,22a)을 갖는 지렛대(20,22);

상기 지렛대(20,22)의 타단부와 연결되어 차량의 상하 유동시 충격전달부(12)에 의해 지렛대(20,22)로 가압되는 충격량을 완화시키는 충격완화부(30);를 포함하되,

상기 충격전달부(12)는 상기 바퀴(5)의 비회전휠축(5a) 저면에 힌지브라켓(5b)을 형성하되, 하단부에 상기 힌지브라켓(5b)과 힌지 연결되는 힌지연결편(12a)이 형성되며 상단부에 지렛대(22)로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전되면서 이 지렛대(22)와의 가압접점(P)이 받침점(22a)으로 이동되도록 상방으로 볼록하게 라운드진 곡면부(12b)가 형성된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제3항에 있어서,

상기 지렛대(20,22)는 받침점(20a,22a)을 기준으로 양단부가 서로 직교를 이루는 니은자(ㄴ) 형상으로 된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치
제3항에 있어서,

상기 충격완화부(30)는,

상기 충격전달부(10,12)의 반대편인 지렛대(20,22)의 타단부와 힌지 연결되는 로드(31);

상기 로드(31)가 일단부로 출몰 가능하도록 이 로드(31)를 덮어씌우고 그 타단부가 힌지 결합되는 실린더(32);

상기 실린더(32) 내부에 배치된 로드(31)의 외주면을 감싸는 스프링(33); 및

상기 스프링(33)의 외부로 노출된 로드(31)의 타단부와 결합되는 받침판(34);

을 포함하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제3항에 있어서,

비회전휠축(5a)에 형성된 힌지브라켓(5b)을 제거한 상기 비회전휠축(5a);

충격전달부(12)의 하단부에 형성되어 상기 힌지브라켓(5b)과 힌지 연결되는 힌지연결편(12a)이 제거된 상기 충격전달부(12);

힌지브라켓(5b)과 힌지연결편(12a)을 사용하지 않고, 충격전달부(12)가 비회전휠축(5b)을 중심으로 축회전 가능하도록 내측면 공간을 원형으로 제작하여 상기 비회전휠축(5b)에 직접 장착된 상기 충격전달부(12);

상기 충격전달부(12)의 상단부에 지렛대(22)로의 가압이 진행됨에 따라 축 회전되면서 이 지렛대(22)와의 가압접점(P)이 받침점(22a) 쪽으로 이동되도록 상방으로 볼록하게 라운드진 곡면부(12b)가 형성된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
하단부가 바퀴(5)의 비회전휠축(5a)과 직접 연결되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(110);

스프링(140)의 일단을 떠 받치고 외측면이 차체(8)에 고정되는 하우징(120);

상기 충격전달부(110)와 일단부 저면이 접하고 중앙에 받침점(131)이 구비된 지렛대(130); 및

상기 지렛대(130)의 타단부 저면과 하우징(120)의 바닥면 사이에 밀착 배치되는 상기 스프링(140);을 포함하고,

상기 충격전달부(110)의 상면에는 지렛대(130)로의 가압이 진행됨에 따라 이 지렛대(130)와의 가압접점(P)이 받침점(131)으로 이동되도록 라운드진 곡면부(111)가 형성된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제7항에 있어서,

상기 스프링(140)을 가압하는 지렛대(130)의 저면에 회전롤러(132)가 구비되고, 이에 대응되는 스프링(140)의 상단부에 회전롤러(132)가 구르면서 스프링(140)을 가압하도록 하는 구름판(141)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
하단부가 바퀴(5)의 비회전휠축(5a)과 직접 연결되고 상단부가 상방으로 연장되는 충격전달부(210);

스프링(240)의 일단을 떠 받치고 외측면이 차체(8)에 고정되는 하우징(220);

상기 충격전달부(210)와 일단부 저면이 접하고 타단부가 힌지 연결된 힌지축(231)을 갖는 힌지바(230); 및

상기 힌지바(230)의 일단부 상면과 하우징(220)의 상면 사이에 밀착 배치되는 상기 스프링(240);

을 포함하여 구성되는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제9항에 있어서,

상기 스프링(240)을 가압하는 힌지바(230)의 상면에 회전롤러(232)가 구비되고, 이에 대응되는 스프링(240)의 하단부에 회전롤러(232)가 구르면서 스프링(240)을 가압하도록 하는 구름판(241)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
제9항에 있어서,

상기 충격전달부(210)의 상면에는 힌지바(230)로의 가압이 진행됨에 따라 이 힌지바(230)와의 가압접점(P)이 힌지축(231)으로 이동되도록 라운드진 곡면부(211)가 형성된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 완충장치.
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