KR100887932B1 - 차체 수평 유지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 선회주행이나 출발 및 제동 등이 이루어질 때 차체의 수평을 유지시키는 장치에 관한 것으로, 간단하고 저렴한 기계적 연동구조를 통해 차량의 롤링과 피칭을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 차체 수평 유지장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차체 수평 유지장치는, 차량의 각 바퀴를 각각 소정 범위 내에서 상하로 왕복 가능하게 지지하는 현가장치부 및 각 바퀴의 현가장치부를 상호 연동시키는 연동수단을 포함하며, 상기 현가장치부는 양측이 각각 차체와 너클부에 상하방향으로 회전 가능하게 결합된 콘트롤아암과, 상기 너클부에 장착된 바퀴를 통해 차체에 전달되는 외부 충격을 완화 및 감쇠시키는 완충수단을 포함하고, 상기 연동수단은 각 콘트롤아암의 일측에 회전 가능하게 결합된 회전체와, 일측은 차체에 연결되고 타측은 상기 회전체에 연결되어 차체의 기울어짐에 따라 회전체를 회전시키는 회동링크와, 상기 차체의 중간 부분에 서로 치합되도록 설치된 연동기어와, 좌측과 우측 별로 회전체와 연동기어를 연결시켜 회전력이 전달되도록 하는 회전력 전달수단을 포함하여 구성된다.

현가장치부, 연동수단, 콘트롤아암, 회전체, 회동링크

Description

차체 수평 유지장치 {APPARATUS FOR HORIZONTAL BALANCING OF VEHICLE'S BODY}

본 발명은 차량의 선회주행이나 출발 및 제동 등이 이루어질 때 차체의 수평을 유지시키는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서, 전자제어장치, 유압 액츄에이터 등을 요하는 종래의 복잡하고 고가인 능동형 현가장치 없이 간단하고 저렴한 기계적 연동수단을 통해 차체의 수평을 유지할 수 있게 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 구비되는 현가장치는 크게 일체차축 현가장치와 독립 현가장치로 나뉘고, 이들 역시 세부적 구조에 따라 다양하게 분류되나, 공통적으로는 바퀴를 차체에 대해 상하 이동 가능하게 지지하고, 스프링과 댐퍼 등의 완충수단(쇽압소버)를 구비하여 노면의 요철에 따른 바퀴의 운동이 스프링의 탄성과 댐퍼의 감쇠에 의해 완화되는 구조를 갖는다. 이러한 현가장치에 의해 자동차의 주행 중에 바퀴가 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않게 되므 로, 차체나 차체에 적재된 화물의 손상이 방지되고 승차감이 향상될 수 있다.

그런데, 상기와 같이 현가장치를 통해 차체와 바퀴가 상대운동 할 수 있게 결합되므로, 차량이 좌우방향으로 선회할 때 지면을 따라 구름운동하는 바퀴에 대해 차체가 원심력에 의해 횡방향으로 기울어지고, 선회 후에도 일정시간 동안 좌우로 흔들리는 롤링이 발생된다. 이와 같이 차체가 롤운동하게 되면, 차내의 탑승자가 불편을 느끼고 운전에 지장을 받게 될 뿐 아니라, 차체의 중량 균형이 일측으로 편중되면서 차량의 제어가 불안정하게 되어 사고 발생의 우려가 높아지고, 심한 경우 차량이 전복될 수도 있다.

또한, 차량이 출발하거나 특히 제동 시에 관성에 의해 차체가 뒤 또는 앞으로 쏠리게 되어 차체가 후방 또는 전방으로 기울어지는 피칭이 발생되고, 이러한 피칭 역시 승차감과 조작감에 악영향을 주고, 차량의 제어 상실로 인한 사고 유발의 원인이 된다.

이러한 문제를 적극적으로 해결하기 위한 것으로 능동형 현가장치가 사용되고 있다. 이는 종래의 완충기 대신 유압실린더를 설치하고, 도로의 요철에 의한 진동, 차량의 선회나 출발 및 제동으로 인한 차체의 쏠림 등을 각종 센서를 통해 감지하여 상기 유압실린더의 유압을 전자적으로 제어함으로써 차체의 롤링과 피칭을 최소화시키는 것이다.

그러나, 이러한 능동형 현가장치는 상기와 같이 유압실린더 및 그 제어계통, 여러가지 센서와 전자제어기 및 그 회로계통 등이 추가로 필요하기 때문에, 각 구성부의 제작 및 장착에 많은 비용과 시간이 소요되어 차량의 제조원가 절감 면에서 는 매우 불리하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단하고 저렴한 기계적 연동구조를 통해 차량의 롤링과 피칭을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 차체 수평 유지장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 차량의 각 바퀴를 각각 소정 범위 내에서 상하로 왕복 가능하게 지지하는 현가장치부 및 각 바퀴의 현가장치부를 상호 연동시키는 연동수단을 포함하며, 상기 현가장치부는 양측이 각각 차체와 너클부에 상하방향으로 회전 가능하게 결합된 콘트롤아암과, 상기 너클부에 장착된 바퀴를 통해 차체에 전달되는 외부 충격을 완화 및 감쇠시키는 완충수단을 포함하고, 상기 연동수단은 각 콘트롤아암의 일측에 회전 가능하게 결합된 회전체와, 일측은 차체에 연결되고 타측은 상기 회전체에 연결되어 차체의 기울어짐에 따라 회전체를 회전시키는 회동링크와, 상기 차체의 중간 부분에 서로 치합되도록 설치된 연동기어와, 좌측과 우측 별로 회전체와 연동기어를 연결시켜 회전력이 전달되도록 하는 회전력 전달수단을 포함하는 차체 수평 유지장치가 제공된다.

더욱 바람직하게는, 상기 연동기어가 차체의 전방과 후방에 각각 쌍을 이루어 설치되고, 전방에 설치된 연동기어와 후방에 설치된 연동기어를 좌측과 우측 별로 각각 연결시켜 상호 회전력이 전달되도록 하는 연동축을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차량의 좌/우 양측 현가장치부의 작동을 서로 연동시켜 차량의 선회 주행 등으로 인해 차체의 좌/우에 하중이 편중 작용되어도 좌우 수평이 유지되도록 함으로써, 차체의 롤링이 억제되어 차량의 승차감, 조작감 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 차량의 전/후 현가장치부의 작동을 연동시켜 차량의 가/감속이나 노면의 요철 등으로 인해 차체 전/후에 하중이 편중 작용되어도 전후 수평이 유지되도록 함으로써, 차체의 피칭이 억제되어 차량의 승차감, 조작감 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차체 수평 유지장치의 일실시예를 도시한 평면도이고, 도 2는 그 정면도이며, 도 3은 본 발명의 요부 구성을 도시한 사시도이다.

도시된 실시예는 독립 현가장치 구조를 갖는 자동차에 적용된 것을 예시한 것으로, 차량의 좌/우 전륜과 후륜 각 바퀴(101)를 각각 소정 범위 내에서 상하로 왕복 가능하게 지지하는 현가장치부(110)와 각 현가장치부(110)의 운동을 연동하여 이루어지게 하는 연동수단으로 구성된다.

상기 현가장치부(110)는 차체(103)와 너클부(105) 사이에 연결 설치된 콘트롤아암(111) 및 완충기(쇽업소버)(113)로 이루어진다. 본 발명에서, "차체"라 함은 일반적인 차체(Body)와 차대(Chassis)를 모두 포함하며, 이는 차량의 종류에 따라 골격을 이루는 프레임이 될 수도 있고, 순수 차체 부분이 될 수도 있다. 또한, 상기 너클부(105)는 바퀴(101)가 장착되는 통상적인 너클이 구비된 조립체를 통칭하는 것이다.

상기 콘트롤아암(111)은 대략 수평 방향으로 배치된 상태로 양단이 각각 차체(103)의 하부와 너클부(105)의 하부에 힌지결합되어 차체(103) 측 힌지를 중심으로 상하 회동되면서 차체(103)에 대해 바퀴(101)를 상하 운동 가능하게 지지한다. 이는 통상의 독립 현가장치에 구비되는 로어아암(Lower Arm)으로 이루어지는 것이 바람직하나, 적용되는 현가장치의 종류에 따라 부가적인, 또는 별도의 부재로 이루어질 수도 있다.

상기 완충기(113)는 바퀴(101)를 통해 전달되는 노면 충격의 완화 및 감쇠를 위해 통상의 현가장치에 구비되는 완충수단으로, 도시된 실시예에서는 내부에 유체(오일 또는 가스)가 충전된 실린더 형태의 댐퍼 외부에 스프링(115)이 결합된 구조를 예시하였으나, 이와 다른 통상적인 다양한 형태로 및 위치에 완충수단이 구비될 수 있다. 예를 들어, 유체댐퍼와 스프링(115)이 별개로 분리되어 설치될 수도 있고, 차체(103)와 콘트롤아암(111) 사이에 상기 유체댐퍼 또는 스프링이 연결 설 치될 수도 있다.

상기 연동수단은 각 콘트롤아암(111)에 결합된 회전체(121)와, 이 회전체(121)에 반경방향으로 연장된 레버 형태로 이루어지고 외측 종단부가 차체(103)에 구비된 브래킷(104)에 힌지결합된 회동링크(123)와, 상기 차체(103)의 중간 부분 전방과 후방에 각각 한 쌍씩 치합되도록 설치된 연동기어(130)와, 전방과 후방의 연동기어(130)에 좌측과 우측 별로 연결 설치된 한 쌍의 연동축(140)과, 상기 회전체(121)와 연동기어(130) 간에 상호 회전력 전달을 위해 설치된 회전력 전달수단으로 이루어진다.

상기 회전체(121)는 실질적으로 회동링크(123)의 회전 중심을 이루는 것으로, 회동링크(123)와 일체로 형성될 수 있으며, 그 중심축이 상기 콘트롤아암(111)에 형성된 장공 형태의 결합공(112)에 회전 및 이동 가능하게 결합된다.

상기 회동링크(123)는 차체(103)가 좌우로 기울어짐에 따라 상기 브래킷(104)을 통해 가해지는 힘에 의해 회동되어 상기 회전체(121)를 회전시키는 것으로, 상기 회동링크(123)와 브래킷(104)의 형태와 설치 방향 및 위치는 도시된 실시예에 의해 한정되지 않으며, 차체의 자세 변화에 따라 가해지는 하중을 전달하여 상기 회전체(121)를 회전시킬 수 있는 다양한 연결구조로 이루어질 수 있다.

상기 회전력 전달수단은 상기 회전체(121)와 연동기어(130)를 연동 회전시키는 다양한 동력전달수단으로 이루어질 수 있으며, 도시된 실시예에서는 상기 회전체(121)와 연동기어(130)에 각각 체인스프라켓(125, 129)이 결합되고, 양측 체인스프라켓(125, 129)이 체인(127)에 의해 연결된 구조를 예시하였다.

상기 연동기어(130)는 서로 치합된 상태로 반대방향으로 회전되어 각각에 연결된 좌측과 우측의 회전체(121)에 대하여 동일한 회전력이 반대방향으로 작용되도록 구성된다.

상기 연동축(140)은 전방과 후방의 연동기어(130)를 좌측끼리 및 우측끼리 연결시켜 해당 위치의 전방과 후방에 구비된 연동기어(130)와 회전체(121) 간에 동일한 회전력이 동일방향으로 작용되도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 차체 수평 유지장치는, 예를 들어 차량이 우측으로 선회주행하여 차체(103)를 좌측으로 기울어지게 하는 하중이 가해지면, 도 2를 기준으로 우측 부분의 회전체(121)에는 회동링크(123)에 의해 시계방향의 회전력이 가해진다. 이 회전체(121)의 회전력은 체인(127)을 통해 우측 연동기어(130)에 전달되고, 이에 치합된 좌측 연동기어(130)에 우측 연동기어(130)와 반대방향의 회전력이 작용되어 전술한 과정과 대칭되는 연동 동작에 의해 차체(103)의 좌측 부분이 우측과 동일하게 낮아지거나 양측의 기울어짐이 상호 억제되어 양측이 동일한 높이를 유지하게 된다.

따라서, 차량이 어느 방향으로 선회하더라도 차체(103)의 좌/우 균형이 유지되므로, 차량의 롤링이 억제되어 탑승자의 승차감 및 조향감, 차체 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 예를 들어 차량이 제동을 하여 차체(103)를 전방으로 기울어지게 하는 하중이 가해지면, 전방 양측의 회동링크(123)에 의해 양측 회전체(121)가 동시에 서로 반대방향으로 회전하게 되고, 양측의 회전력 전달수단, 즉 체인(127) 및 체인 스프라켓(125, 129)을 통해 전방의 연동기어(130)가 반대 방향으로 동시에 회전되며, 각 연동기어(130)에 연동축(140)을 통해 연결된 후방의 양측 연동기어(130) 역시 서로 반대 방향으로 회전되어 후방부에서도 회전력 전달수단을 통해 전방부와 대칭되는 작동이 이루어진다. 이에 따라 차체(103)의 후방부가 전방부와 동일하게 낮아지거나 전방과 후방의 승강이 상호 억제된다. 이러한 작동은 차량의 출발이나 가/감속의 경우, 또는 요철이 있는 노면을 주행하는 경우 등에도 동일하게 이루어진다.

따라서, 차량의 주행 상태나 노면 상태가 급변하여도 차체(103)의 전/후 균형이 유지되므로, 차량의 피칭이 억제되어 승차감, 조향감 및 안정성이 더욱 향상될 수 있다.

한편, 상기 콘트롤아암(111)의 회동에 의한 회전체(121)의 운동범위를 가급적 작게 하기 위하여 상기 회전체(121)는 콘트롤아암(111)의 내측, 즉 차체에 연결되는 힌지축과 가까운 위치에 결합되는 것이 바람직하다. 이는 노면 요철에 의한 바퀴(101)의 승강운동에 대하여 회전체(121)의 변위를 미소하게 함으로써, 현가장치의 완충 및 감쇠 기능에 대한 영향을 최소화시킬 수 있게 한다.

또한, 전술한 실시예에서 회전체(121)와 연동기어(130) 간의 회전력 전달수단을 이루는 체인(127) 및 체인스프라켓(125, 129)의 구조는 예시적인 것으로, 본 발명에서 상기 전달수단은 회전운동을 전달하는 벨트 및 풀리, 레버 및 링크 등 통상적인 다양한 기계적 동력전달기구로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 회전력 전달수단이 링크구조로 이 루어진 것을 예시한 것이다. 즉, 도 4에 도시된 수평 유지장치는, 전술한 실시예와 동일하게 이루어지되, 상기 회전체(121)와 연동기어(130)에 각각 레버(131, 133)가 구비되고, 양측 레버(131, 133)가 링크로드(135)에 의해 연결되어 회전체(121)와 연동기어(130)가 연동 회전되도록 구성된 것이다.

그리고, 전술한 실시예에서는 본 발명의 차체 수평 유지장치가 독립 현가장치에 적용된 것을 예시적으로 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 일체차축 현가장치에도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차체 수평 유지장치의 제1실시예를 도시한 평면도이다.

도 2는 상기 제1실시예의 정면도이다.

도 3은 상기 제1실시예에서 요부 구성을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 차체 수평 유지장치의 제2실시예를 도시한 정면도이다.

Claims (2)

1. 차량의 각 바퀴(101)를 각각 소정 범위 내에서 상하로 왕복 가능하게 지지하는 현가장치부(110) 및 각 바퀴(101)의 현가장치부(110)를 상호 연동시키는 연동수단을 포함하며,

   상기 현가장치부(110)는 양측이 각각 차체(103)와 너클부(105)에 상하방향으로 회전 가능하게 결합된 콘트롤아암(111)과, 상기 너클부(105)에 장착된 상기 바퀴(101)를 통해 상기 차체(103)에 전달되는 외부 충격을 완화 및 감쇠시키는 완충수단을 포함하고,

   상기 연동수단은 상기 콘트롤아암(111)의 일측에 각각 회전 가능하게 결합된 회전체(121)와, 일측은 상기 차체(103)에 연결되고 타측은 상기 회전체(121)에 연결되어 상기 차체(103)의 기울어짐에 따라 상기 회전체(121)를 회전시키는 회동링크(123)와, 상기 차체(103)의 중간 부분에 서로 치합되도록 설치된 연동기어(130)와, 좌측과 우측 별로 상기 회전체(121)와 상기 연동기어(130)를 연결시켜 회전력이 전달되도록 하는 회전력 전달수단을 포함하는 차체 수평 유지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연동기어(130)는 상기 차체(103)의 전방과 후방에 각각 쌍을 이루어 설치되고, 전방에 설치된 연동기어(130)와 후방에 설치된 연동기어(130)를 좌측과 우측 별로 각각 연결시켜 상호 회전력이 전달되도록 하는 연동축(140)을 더 포함하는 차체 수평 유지장치.

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