KR101189361B1 - 차량용 리프스프링의 강성 조절 장치 - Google Patents

차량용 리프스프링의 강성 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 리프스프링의 강성 조절 장치에 관한 것으로서, 차량의 사이드 프레임의 하측에 설치되는 리프스프링, 상기 리프스프링의 일단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 고정시키는 새클, 상기 리프스프링의 타단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 결합시키는 브라켓이 구비된 리프스프링 조립체에 있어서, 상기 브라켓은 상기 사이드 프레임의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 상기 사이드 프레임의 하측에 연결 설치되고, 상기 사이드 프레임 하측에 설치되되 상기 브라켓의 상부에 위치하는 랙기어, 상기 브라켓에 지지되며 랙기어와 맞물려 회전하면서 상기 브라켓을 이동시키는 웜기어, 상기 웜기어에 연결 설치되어 상기 웜기어를 정방향 또는 역방향으로 구동시키는 구동모터를 포함하는 구동부; 차량에 설치되어 차량의 하중이나 외력을 변화를 감지하는 감지센서; 및 상기 감지센서에 연결되어 감지센서가 감지한 신호 변화에 의해 웜기어가 회전할 수 있도록 구동모터를 컨트롤함으로써 상기 사이드 프레임의 길이 방향으로 리프스프링의 길이 변화를 가능하게 하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리프스프링의 강성 조절 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 차량의 하중이나 외력의 변화에 따라 다른 벤딩 에너지(Bending Energy)를 갖는 리프스프링의 강성을 조절하여 외력이 프레임으로 직접 전달되는 것을 막고, 승차감이 향상되는 효과를 제공한다.
리프스프링, 강성조절, 랙기어, 웜기어, 구동부, 제어부, 감지센서

Description

차량용 리프스프링의 강성 조절 장치{A stiffness control apparatus of a leaf spring}
도 1은 종래의 리프스프링의 구성을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 따른 리프스프링 조립체를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 리프스프링의 강성 조절장치를 도시한 정면도.
도 4는 도 3에 따른 리프스프링의 강성 조절 장치의 요부 정면도.
도 5a는 공차 상태 또는 가벼운 짐 적재시를 나타내는 상태도.
도 5b는 무거운 짐 적재 시 또는 험로 주행 시를 나타내는 상태도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200 : 리프스프링 조립체 230 : 리프스프링
300 : 강성 조절 장치 312 : 랙기어
316 : 웜기어 318 : 구동모터
330 : 컨트롤 박스(제어부)
본 발명은 리프스프링의 강성 조절 장치에 관한 것으로서, 리프스프링이 장 착된 차량의 주행중에 하중이나 외력에 대해 발생하는 반력에 따라 리프스프링의 길이를 조절하여 리프스프링의 벤딩(Bending)에 대한 강성을 조절하기 위한 리프스프링의 강성 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 차체는 타이어와 연결되는 현가장치에 의해 지지된다. 상기 현가장치는 차량 주행중에 발생하는 각종 진동과 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고 주행중에 노면의 상태에 따라 차체의 전체적인 밸런스를 조정하게 된다. 그리고 선회시에는 원심력에 대항하여 운전자의 안정적인 조정성을 확보하여 원심력에 따른 일 방향으로의 기울임 현상을 방지하게 된다.
상기한 현가장치에 주로 사용되는 타입은 스프링 강판을 적층시켜 사용하는 리프스프링(Leaf Spring)과 코일 모양으로 둥글게 감아 만든 코일스프링(Coil Spring)이 있다.
일반적으로 리프스프링의 조립체는 짐 적재에 따른 하중 또는 액슬로부터 노면의 외력이 전달되었을 때, 액슬과 프레임은 상대적으로 상하운동을 하게 되며 리프스프링은 구속된 새클부로 인해 벤딩의 거동을 보이면서 상하운동을 지지할 수 있는 반력을 형성한다. 이러한 리프스프링의 벤딩 에너지를 이용하여 외력이 프레임으로 직접 전달되는 것을 막고, 승차감을 결정하는 역할을 한다.
첨부된 도 1은 종래의 리프스프링의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 리프스프링 조립체를 도시한 정면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 리프스프링 조립체(200)는 리프스프링(230)의 최상면의 양단에 형성된 스프링 아이(미도시)와, 일단은 새클(210)을 매개체로 하여 프레임(100)과 연결되고, 타단은 브라켓(220)을 매개체로 하여 프라임(100)에 연결되는 리프스프링(230)으로 구성된다.
차량에 가해지는 충격량이나 하중은 일정하지 않고 항상 변화되지만, 종래의 리프스프링 조립체의 경우 차량이 받는 충격에 따라 리프스프링의 강성이 변하지 않는다. 따라서 충격량이 커질 경우 이 충격을 감쇄할 수 있을 정도의 강성을 제공하지 못해 차량에 가해지는 충격에 따른 진동이 차량의 내부로 전달되어 승차감을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리프스프링의 강성을 조절하여 리프스프링의 성능저하를 방지하고 승차감을 개선하기 위해 리프스프링의 강성 조절 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 사이드 프레임의 하측에 설치되는 리프스프링, 상기 리프스프링의 일단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 고정시키는 새클, 상기 리프스프링의 타단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 결합시키는 브라켓이 구비된 리프스프링 조립체에 있어서, 상기 브라켓은 상기 사이드 프레임의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 상기 사이드 프레임의 하측에 연결 설치 되고, 상기 사이드 프레임 하측에 설치되되 상기 브라켓의 상부에 위치하는 랙기어, 상기 브라켓에 지지되며 랙기어와 맞물려 회전하면서 상기 브라켓을 이동시키는 웜기어, 상기 웜기어에 연결 설치되어 상기 웜기어를 정방향 또는 역방향으로 구동시키는 구동모터를 포함하는 구동부; 차량에 설치되어 차량의 하중이나 외력을 변화를 감지하는 감지센서; 및 상기 감지센서에 연결되어 감지센서가 감지한 신호 변화에 의해 웜기어가 회전할 수 있도록 구동모터를 컨트롤함으로써 상기 사이드 프레임의 길이 방향으로 리프스프링의 길이 변화를 가능하게 하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리프스프링의 강성 조절 장치를 제공한다. 상기 구동부는 랙기어를 지지할 수 있도록 상기 사이드 프레임에 고정 설치된 가이드레일을 더 포함하는 리프스프링의 강성 조절 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 단, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 리프스프링의 강성 조절 장치를 도시한 정면도이고, 도 4는 도 3에 따른 리프스프링의 강성 조절 장치의 요부 정면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이,
리프스프링 조립체(200)는 일단은 새클(210)을 매개체로 하여 프레임(100)과 연결되고, 타단은 브라켓(220)을 매개체로 하여 프라임(100)에 연결되는 리프스프링(230)으로 구성된다. 리프스프링(230)의 강성을 조절하기 위한 강성 조절 장치(300)는 구동부(310), 감지센서(320), 제어부(330)를 포함한다.
상기 브라켓(220)은 사이드 프레임(100)하측에 설치되되 고정되는 것이 아니라 움직일 수 있도록 설치된다.(이에 관해서는 후술하기로 한다.)
구동부(310)는 브라켓(220)일측에 사이드 프레임(100)의 길이방향으로 연결 설치된다. 구동부(310)는 랙기어(312), 가이드레일(314), 웜기어(316), 구동모터(318)로 구성된다.
첨부된 도 3을 참조하면 랙기어(312)는 돌출부와 함몰부가 반복적으로 형성된 요철구조 형상으로 상기 브라켓(220)부분의 사이드 프레임(100)하측에 길이방향으로 설치되되, 가이드레일(314)에 의해 사이드 프레임(100)의 하측에 고정된다.
가이드레일(314)은 랙기어(312)를 상부에서 지지할 수 있도록 상기 사이드 프레임(100)과 랙기어(312) 사이에 고정 설치된다. 단, 가이드레일(314)이 랙기어(312)와 함께 고정되어 설치되지 않을 수도 있고, 랙기어(312)만 설치되거나 다른것으로 고정 설치될 수도 있다.
가이드레일(314)에는 길이 방향으로 함몰된 홈(314a)이 형성되고, 브라켓(220)에는 상기 홈에 이동 가능하게 삽입되는 돌기부(220a)가 형성된다. 상기 홈(314a)과 돌기부(220a)는 상호 맞물리도록 설치되는 것이 바람직하고, 이에 의해서 브라켓(220)이 가이드레일(314)로부터 임의로 이탈되지 않고 이동가능하게 결합될 수 있다.
브라켓(220)의 돌기부(220a)가 가이드레일(314)의 홈(314a)에 삽입된 상태에서 후술할 웜기어(316)가 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 브라켓(220)을 슬라이딩 이동하도록 이동시킨다.
웜기어(316)는 랙기어(312)와 상호 맞물려 회전할 수 있도록 나사면 구조로 되어 랙기어(312)하측에 맞물려 설치되되 구동모터(318)의 일측에 연결 되도록 설 치된다.
구동모터(318)는 웜기어(316)에 연결 설치되며, 웜기어(316)를 정방향 또는 역방향으로 구동시킨다. 구동모터(318)에 의해 웜기어(316)가 정방향으로 회전하면 브라켓(220)이 A방향으로 이동하면서 리프스프링(230)이 당겨져 인장되고, 웜기어(316)가 역방향으로 회전하면 브라켓(220)이 B방향으로 이동하면서 리프스프링(230)이 압축되어 절곡된다. 그러나 구동모터(318)에 의해 웜기어(316)가 역방향으로 회전할 때 리프스프링(230)이 인장되고, 정방향으로 회전할 때 리프스프링(230)이 절곡되도록 설정될 수도 있다.
제어부(330)는 구동모터(318)하측에 설치되고, 웜기어(316)를 회전할 수 있도록 컨트롤한다.
감지센서(320)는 짐 적재시 무거운 하중 또는 고르지 못한 노면과 지면의 장애물에 의해 차량의 휠에 전달된 충격을 감지할 수 있도록 차체의 액슬(110)상에 설치된다(도 1참조). 단, 감지센서(320)가 차량의 휠에 전달된 충격을 감지할 수 있는 곳이라면 액슬(110)상이 아닌 다른 위치에도 설치 가능하다(편의상 도 1에는감지센서가 액슬상에 설치된 것만 표시하였다).
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리프스프링의 강성 조절 장치의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
주행시 감지센서(320)가 차량의 하중이나 외력을 감지하면 제어유닛(Control Unit, 미도시)이 외력 변화를 판단하여 새클의 위치가 결정되고 제어부(330)에 신호를 전송하게 된다. 전송된 신호에 따라서 제어부(330)가 구동모터(318)를 구동시 킨다. 이에 따라 웜기어(316)가 정방향 또는 역방향으로 회전하게 되고 리프스프링(230)의 위치이동에 따라 강성이 증가하거나 감소하게 된다.
첨부된 도 5a는 공차 상태 또는 가벼운 짐 적재 시를 나타내는 상태도이고, 도 5b는 무거운 짐 적재 시 또는 험로 주행 시를 나타내는 상태도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 차량에 작은 외력이 감지되면 웜기어의 회전 방향에 따라 리프스프링의 위치가 B에서 B'로 이동하면서 리프스프링이 당겨져 인장된다. 이것은 차량에 작용하는 외력이 작기 때문에 작은 외력에 대한 지지도(반력)가 약하게 작용해도 되므로 리프스프링을 인장시키는 것이다. 리프스프링이 인장되면 외력에 따른 변위가 작아지고 강성이 감소되어 부드러운 승차감을 유지하게 된다.
반대로 도 5b에 도시된 바와 같이, 차량에 큰 외력이 감지되면 웜기어의 회전 방향에 따라 리프스프링의 위치가 B에서 B'로 이동하면서 리프스프링이 압축되어 절곡된다. 이것은 차량에 작용하는 외력이 크기 때문에 큰 외력에 대한 지지도(반력)가 크게 작용해야 하므로 리프스프링을 절곡시키는 것이다. 리프스프링이 절곡되면 외력에 따른 변위가 커지고 강성이 증가되어 서스펜션의 상태가 하드(Hard)해지고 안정감을 살릴 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리프스프링의 강성 조절 장치는 공차 상태 또는 가벼운 짐 적재시 외력의 변화를 감지하여 리프스프링의 길이를 조절함으로써 리프스프링의 반력이 작아짐에 따라 강성이 감소되어 부드러운 승차감을 유지하는 효과가 있다.
또한, 무거운 짐 적재시 또는 험로 주행시 외력의 변화를 감지하여 리프스프링의 길이를 조절함으로써 리프스프링의 반력이 커짐에 따라 강성의 증가해 외력이 프레임으로 직접 전달되는 것을 막고, 승차감을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 차량의 사이드 프레임(100)의 하측에 설치되는 리프스프링(230), 상기 리프스프링의 일단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 고정시키는 새클(210), 상기 리프스프링의 타단에 결합되어 상기 리프스프링을 상기 사이드 프레임에 결합시키는 브라켓(220)이 구비된 리프스프링 조립체(200)에 있어서,
    상기 브라켓(220)은 상기 사이드 프레임(100)의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 상기 사이드 프레임(100)의 하측에 연결 설치 되고,
    상기 사이드 프레임(100) 하측에 설치되되 상기 브라켓(220)의 상부에 위치하는 랙기어(312), 상기 브라켓(220)에 지지되며 랙기어(312)와 맞물려 회전하면서 상기 브라켓(220)을 이동시키는 웜기어(316), 상기 웜기어(316)에 연결 설치되어 상기 웜기어(316)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키는 구동모터(318)를 포함하는 구동부(310);
    차량에 설치되어 차량의 하중이나 외력을 변화를 감지하는 감지센서(320); 및
    상기 감지센서(320)에 연결되어 감지센서(320)가 감지한 신호 변화에 의해 웜기어(316)가 회전할 수 있도록 구동모터(318)를 컨트롤함으로써 상기 사이드 프레임(100)의 길이 방향으로 리프스프링(230)의 길이 변화를 가능하게 하는 제어부(330)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리프스프링의 강성 조절 장치(300).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부(310)는 랙기어(312)를 지지할 수 있도록 상기 사이드 프레임(100)에 고정 설치된 가이드레일(314)을 더 포함하는 리프스프링의 강성 조절 장치(300).
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