KR101244923B1 - 그린카의 프런트 서스펜션 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그린카의 프런트 서스펜션 구조에 관한 것으로서, 특히 프런트 서스펜션의 조립이 용이하도록 함과 동시에 정면 충돌 시 섀시프레임의 변형이 증가되어 탑승자가 받는 충격을 저감시킬 수 있는 그린카의 전륜 현가장치 장착 구조를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 전방으로 갈수록 서로 간의 간격이 좁아지게 형성된 좌우 한 쌍의 사이드멤버와 상기 사이드멤버들 사이에서 양단이 결합된 전후 한 쌍의 크로스멤버로 이루어진 메인섀시와, 차축과 서스펜션을 장착하고 하부에 슬라이드브래킷이 구비된 프런트섀시를 포함하며, 상기 좌우측 사이드멤버의 전방부가 상기 슬라이드브래킷에 슬라이딩 삽입 결합되어 상기 프런트섀시가 충돌 에너지를 받을 경우 후방으로 일정거리 이동되는 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조가 개시된다.

Description

그린카의 프런트 서스펜션 구조{Front suspension structure of green car}

본 발명은 그린카의 프런트 서스펜션 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프런트 서스펜션의 조립이 용이하도록 함과 동시에 정면 충돌 시 섀시프레임의 변형이 증가되어 탑승자가 받는 충격을 저감시킬 수 있는 그린카의 전륜 현가장치 장착 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 서스펜션(suspension)은 차륜과 차체를 연결하여 차체를 지탱하고 주행 중 노면으로부터 차체로 전해지는 진동 및 충격을 흡수하며 그 지오메트리(geometry)에 의해 조종성과 주행안전성 및 승차감에 영향을 주는 장치로서, 크게 스트럿(strut) 방식, 더블 위시본(double wishbone) 방식, 멀티링크(multi-link) 방식, 리지드 액슬(rigid axle) 방식, 스윙 암(swing arm) 방식, 토션 빔(torsion beam) 방식, 세미 트레일링 암(semi trailing arm) 방식 등으로 분류된다.

이 중에서 더블 위시본 방식은 움직임이 정교하고 힘이 분산되어 핸들링과 주행안정성이 우수하고 접지력과 승차감이 좋아 승용형 차량의 프론트 서스펜션으로 많이 채택되고 있다.

한편, 차량의 하부 골격을 이루는 섀시프레임(chassis frame)은 탑승자를 보호하는 기능과 더불어 엔진, 동력전달장치, 조향장치, 현가장치(suspension), 제동장치, 연료장치 등을 지지할 수 있는 견고한 플랫폼을 제공하고, 차체의 굽힘과 비틀림 강성을 보강하며 엔진 및 서스펜션을 통해 전달되는 진동 및 소음을 감소시키는 역할을 한다.

이러한 섀시프레임은 통상 차량 길이방향으로 설치되는 사이드 멤버와 이 사이드 멤버의 사이를 연결하는 크로스 멤버로 구성되는 데, 충돌 시 대부분의 에너지를 바디에서 흡수하는 모노코크 바디와 달리 프레임 바디 차량의 경우 섀시프레임에서의 에너지 흡수가 많으며, 이는 섀시프레임의 꺽임각, 단면 형상, 프론트 사이드 멤버와 센터 사이드 멤버 사이의 접합 구조 등에 많은 영향을 받는다.

한편, 하이브리드차를 비롯한 플러그인 하이브리드차, 클린 디젤차, 연료전지차, 전기자동차 등의 이른바 그린카(green car)는 기존의 내연기관 대비 효율이 높고 배출가스가 적어 친환경 신기술 자동차로 주목받고 있다.

특히 그린카의 한 형태인 골프카의 섀시프레임은 도 1에 예시된 바와 같이, 동력원으로 연료전지나 전기 등을 이용하고, 골프백을 싣는 짐칸을 갖는 골프카 고유의 용도 및 형태적 특성상 일체형 프레임 바디 구조로 형성되어 있다.

그런데 이와 같은 종래의 골프카용 섀시프레임(대한민국 특허등록번호 10-0593820호)은 차량의 차축과 차체를 연결하여 주행 중의 진동이나 소음을 완화 및 감소시키는 코일스프링, 쇼크 업소버(Shock absorber), 스태빌라이저(stabilizer)를 포함하는 서스펜션을 별도로 혹은 미리 조립할 수 없는 구조로 형성되어 있기 때문에 일반 승용차에 비하여 간소한 구성의 골프카인데도 불구하고 그 조립과정이 상당히 복잡하고 번거로운 데다 차체의 레이아웃에 많은 제약을 받는 문제점이 있다.

또한, 종래의 골프카용 섀시프레임과 프런트 서스펜션의 연결 구조에서는 프런트 서스펜션이 섀시프레임에 직접 장착되는 특성상 차량의 정면 충돌 시에 이들 간의 연결 부위에서 상대 변위가 거의 없고 응력이 집중되므로 충돌 에너지가 탑승자에게로 대부분 이동 및 전달되어 탑승자가 받는 충격이 증가하고, 그 결과 충돌에 따른 상해 정도가 상당히 심하게 초래되는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항 및 문제점 해결에 역점을 두어 서스펜션의 조립이 용이하면서 차량의 충돌 시 탑승자가 받는 충격을 줄일 수 있는 그린카의 프런트 서스펜션 장착 구조를 개발하고자 심혈을 기울여 연구하던 중 본 발명을 창안하여 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 생산 및 조립의 용이성을 확보하고, 차량의 충돌 시 등에 충돌 에너지의 흡수를 극대화하여 탑승자의 상해를 최소화할 수 있도록 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조를 제공하는 데 있는 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 양태는 전방으로 갈수록 서로 간의 간격이 좁아지게 형성된 좌우 한 쌍의 사이드멤버와 상기 사이드멤버들 사이에서 양단이 결합된 전후 한 쌍의 크로스멤버로 이루어진 메인섀시와, 차축과 서스펜션을 장착하고 하부에 슬라이드브래킷이 구비된 프런트섀시를 포함하며, 상기 좌우측 사이드멤버의 전방부가 상기 슬라이드브래킷에 슬라이딩 삽입 결합되어 상기 프런트섀시가 충돌 에너지를 받을 경우 후방으로 일정거리 이동되는 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 프런트섀시는 양측에 어퍼암 마운팅브래킷과 로워암 마운팅브래킷 및 쇼크 업소버 마운팅브래킷이 각각 구비된 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 메인섀시의 사이드멤버는 그 단면이 왕(王)자 형상으로 형성되고, 상기 슬라이드브래킷은 상기 사이드멤버들을 함께 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 프런트섀시의 슬라이드브래킷과 상기 메인섀시의 전방부 사이에는 서로 결합 시 접촉되지 않는 틈새 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조를 제공한다.

상기와 같은 과제 해결 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은 프런트 서스펜션을 프런트섀시에 장착한 후 이를 메인섀시에 슬라이딩 장착하는 구조로 분리 형성함으로써 서스펜션과 차체 조립이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 차량의 정면 충돌이나 추돌 시에 그 에너지에 대응하여 프런트섀시의 위치가 메인섀시를 따라 자연스럽게 일정거리만큼 밀려 이동하면서 섀시프레임의 응력 집중을 줄이고 프런트섀시의 이동거리만큼 변형을 증가시켜 충격 에너지의 흡수를 극대화하며, 이로 인해 충격 에너지가 변형 에너지로 전환되면서 탑승자로 전달되는 것을 최소화하여 결과적으로 탑승자의 심각한 상해를 방지하는 등의 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 골프카용 섀시프레임을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트 서스펜션과 섀시프레임을 분해한 상태의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트섀시와 프런트 서스펜션을 나타낸 사시도,
도 4는 도 2의 결합상태를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트섀시와 메인섀시의 요부를 나타낸 평면도,
도 6은 도 5의 횡방향 요부 단면도,

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트 서스펜션과 섀시프레임을 분해한 상태의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트섀시와 프런트 서스펜션을 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 2의 결합상태를 나타낸 구성도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트 서스펜션 구조는 로워암과 어퍼암 사이에 너클이 장착되고, 이 너클을 액슬이 통과하여 설치된 더블 위시본 서스펜션(S)을 프런트섀시(200)에 장착하여, 메인섀시(100)의 전방에 슬라이딩 결합하는 구성을 기본으로 하며, 이를 통해 프런트섀시(200)가 충돌 에너지를 받을 경우 이에 대응하여 후방으로 일정거리만큼 이동되는 것을 특징으로 한다.

즉, 프런트섀시(200)는 하부에 슬라이드브래킷(210)을 구비하여 차축과 서스펜션(S)을 장착하며, 메인섀시(100)는 전방으로 갈수록 서로 간의 간격이 좁아지게 형성된 좌우 한 쌍의 사이드멤버(110)로 이루어져 그 좌우측 사이드멤버의 전방부가 동시에 슬라이드브래킷(210)의 내측으로 슬라이딩 삽입 결합되는 구조로 형성되어 있다.

메인섀시(100)는 섀시프레임의 바디를 이루는 것으로, 전방부가 계단식으로 휘어져 단차지는 형태의 좌우 한 쌍의 사이드멤버(110)가 차량의 전방으로 갈수록 서로 간의 간격이 좁아지게 배치되어 있고, 이 사이드멤버(110)들 사이에서 양단이 결합된 크로스멤버(120)가 전후 한 쌍으로 구비되어 있으며, 이 크로스멤버(120)들 사이에 센터멤버(130)의 양단이 결합되어 있다.

여기서, 센터멤버(130)는 보강력과 지지력을 통해 사이드멤버(110)의 비틀림 강성을 증대시켜 차체의 변형을 방지 및 안전성을 향상시키는 기능을 수행하게 된다.

또한, 크로스멤버(120)는 사이드멤머(110)의 전방과 가운데 영역에서 양단이 사이드멤버(110)들과 수직하게 결합되어 범퍼로부터 프런트섀시(200)를 통해 전달되는 충돌 에너지를 효과적으로 지탱하게 된다.

그리고 사이드멤버(110)와 센터멤버(130)는 그 단면이 왕(王)자 형상의 3단 구조로 이루어져 강성이 우수하고 크로스멤버(120) 및 서브멤버를 한층 견고하고 안정적으로 결합할 수 있게 된다.
즉, 크로스멤버(120)들은 그 길이방향의 양단이 사이드멤버(110)들 사이의 서로 마주하는 측면과 대응하는 형상으로 형성되어 사이드멤버(110)들과 홈과 돌기에 의한 암수 결합방식으로 용이하게 삽입 결합되어 견고한 결합 상태를 유지하게 된다.

프런트섀시(200)는 차량 충돌 시 범퍼로부터 전달되는 충격 에너지를 흡수 및 견디며 전륜의 차축과 서스펜션(S) 등이 장착되는 것으로, 메인섀시(100)의 전방에 슬라이딩 결합되며, 양측에 서스펜션(S)을 구성하는 더블 위시본을 장착하기 위한 어퍼암 마운팅브래킷(220)과 로워암 마운팅브래킷(230) 및 쇼크 업소버의 상단부를 장착하기 위한 쇼크 업소버 마운팅브래킷(240)이 각각 구비되어 있다.

그리고 프런트섀시(200)의 하단부에는 좌우측의 사이드멤버(110)가 동시에 삽입 결합되어 메인섀시(100)와 프런트섀시(200)를 연결 지지하는 슬라이드브래킷(210)이 구비되어 있다.

여기서, 슬라이드브래킷(210)은 도 5에 도시된 바와 같이, 좌우측 사이드멤버(110)의 외측면과 상하측면을 감싸는 형태로 형성되어 프런트섀시(200)를 메인섀시(100)의 전방 단부에 슬라이딩 방식으로 밀착 결합 가능하며, 평상 시에는 볼트(B) 등의 결합부재로 쉽게 유동되지 않도록 고정된다.

이러한 프런트섀시(200)는 차량의 외부로부터 충격이 가해졌을 때 범퍼에 의해 1차적으로 완화된 충격이 그 슬라이드브래킷(210)을 통해 메인섀시(100)로 분산 전달됨으로써 차량의 내부로 많은 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 프런트섀시(200)에는 전륜이 직접 장착되므로 차량의 주행 중에 타이어를 통해 전달되는 노면의 충격은 쇼크 업소버나 스태빌라이저 등의 서스펜션(S)으로 흡수되며, 이에 미처 흡수되지 못한 충격은 전륜과 연결되는 프런트섀시(200)가 흡수함으로써 충격이 차체나 탑승자에게 전달되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 프런트섀시(200)는 어퍼암 마운팅브래킷(220)과 로워암 마운팅브래킷(230) 및 쇼크 업소버 마운팅브래킷(240)에 의해 서스펜션(S)의 더블 위시본과 쇼크 업소버가 장착되므로 메인섀시(100)에 위시본과 쇼크 업소버를 직접 장착하는 구조보다 서스펜션(S)의 피봇부 강성을 높일 수 있다.

아울러 프런트섀시(200)는 메인섀시(100)와 슬라이딩 삽입 및 볼트 체결방식으로 연결되어 신속하고 용이하게 분리할 수 있는 구조이므로 그 변형이나 파손 시에 간편하게 교체할 수도 있다.

그리고 차량의 충돌 시 등에 의해 프런트섀시(200)가 충격 에너지를 흡수하면서 후방으로 자연스럽게 밀릴 수 있도록 하기 위해 슬라이드브래킷(210)과 메인섀시(100)의 전방부 사이에는 서로 결합 시 접촉되지 않는 틈새 간격(d)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 그린카의 프런트 서스펜션 구조는 프런트섀시(200)와 메인섀시(100)가 모듈화되어 있으므로 서스펜션(S)과 차체 조립이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 또 프런트섀시(200)가 전륜의 프런트 서스펜션(S)과 직접 연결되어 충격 에너지의 흡수 기능 및 승차감을 향상시킬 수 있다.

더불어 프런터섀시(200)를 통해 전달되는 차체의 하중이 서스펜션(S)으로 분산 지지될 수 있으며, 왕(王)자 형상의 단면을 갖는 부재를 사용함으로써 중량을 증가시키지 않고도 충분한 강성을 얻을 수 있어 안전성을 제고할 수 있다.

특히 도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 충돌 시에 그 충돌 에너지에 대응하여 프런트섀시(200)가 밀리면서 메인섀시(100)를 따라 후방으로 자연스럽게 미끄러져 이동하여 섀시프레임의 응력 집중을 줄이고 그 이동거리만큼 변형을 증가시켜 충격 에너지의 흡수를 극대화시키게 된다. 이 때, 프런트섀시(200)가 이동할 수 있는 거리는 슬라이드브래킷(210)과 메인섀시(100)의 전방부 사이에 형성되는 미접촉 부분의 틈새 간격(d)으로 결정된다.

즉, 차량의 충돌에 의해 프런트섀시(200)가 후방으로 밀릴 때 슬라이드브래킷(210)과 메인섀시(100)를 고정하는 볼트(B)가 자연스럽게 파손되면서 슬라이드브래킷(210)이 메인섀시(100)와의 여유 틈새 간격(d)만큼 미끄러져 이동하여 보행자 등의 충돌 대상물을 보호함과 동시에 충격 에너지가 변형 에너지로 전환되어 탑승자로 전달되는 것을 최소화하고, 이로 인해 탑승자의 심각한 상해를 방지하는 등의 안전성을 높일 수 있게 된다.

그뿐만 아니라 차량의 수리 시에는 파손된 볼트(B)만을 간단하게 교체함으로써 수리 및 보수가 용이할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 메인섀시
110: 사이드멤버
120: 크로스멤버
130: 센터멤버
200: 프런트섀시
210: 슬라이드브래킷
220: 어퍼암 마운팅브래킷
230: 로워암 마운팅브래킷
240: 쇼크 업소버 마운팅브래킷
S: 서스펜션
B: 볼트

Claims (4)

1. 단면이 왕(王)자 형상으로 형성된 좌우 한 쌍의 사이드멤버(110)가 전방으로 갈수록 서로 간의 간격이 좁아지게 구비되고, 양단이 상기 사이드멤버(110)들의 서로 마주하는 측면과 대응하는 형상으로 형성된 전후 한 쌍의 크로스멤버(120)가 상기 사이드멤버(110)들 사이에 삽입 결합된 메인섀시(100)와;
   차축과 서스펜션(S)이 장착되고, 하부에 상기 사이드멤버(110)들을 감싸도록 형성되어 상기 사이드멤버(110)들의 전방부가 슬라이딩 삽입 결합되는 슬라이드브래킷(210)이 구비되고, 양측에 어퍼암 마운팅브래킷(220)과 로워암 마운팅브래킷(230) 및 쇼크 업소버 마운팅브래킷(240)이 각각 구비된 프런트섀시(200);
   를 포함하며, 상기 프런트섀시(200)가 충돌 에너지를 받을 경우 상기 사이드멤버(110)를 따라 후방으로 일정거리 이동하도록 상기 슬라이드브래킷(210)과 상기 사이드멤버(110)의 전방부 사이에는 서로 결합 시 접촉되지 않는 틈새 간격(d)이 형성된 것을 특징으로 하는 그린카의 프런트 서스펜션 구조.
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