KR101316163B1 - 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변강성 부시를 이용한 차륜의 토우 제어장치에 관한 것으로서, 일단이 차량의 후륜측 서브프레임에 장착되고 타단은 후륜에 연결되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암; 상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓; 상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시; 및 상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재를 포함하여 구성되는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치를 제공한다.

어시스트 암, 부시, 언더스티어, 오버스티어

Description

가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치 및 제어방법{Apparatus and Method for Controlling Toe of a Vehicle Wheel via Variable Stiffness Bush}

본 발명은 차륜의 토우 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 가변강성 부시(bush)를 이용한 차륜의 토우 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

차륜의 토우(toe)는 그 값을 변화시킴에 따라 외관상 코너링시의 파워가 증감되는 효과를 도출해낼 수 있다. 달리 말하면, 차륜, 특히 후륜의 토우를 제어함으로써 마치 전후륜을 모두 동일한 타이어로 장착하였음에도 후륜에는 고성능 타이어를 장착한 것과 같은 주행특성을 실현할 수 있다.

종래에는 서스펜션의 지오메트리(geometry) 및 각 하드 포인트의 부시 강성을 설정함으로써 토우의 변화를 유발시켜 토우를 제어하는 방식을 사용하였으나, 부시 강성과 서스펜션의 지오메트리가 사실상 고정적으로 결정되어 있는 상황에서 이끌어낼 수 있는 토우 변화는 매우 제한적이었다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 원하는 주행특성을 실현할 수 있는 충분한 토우 변화량을 이끌어낼 수 있는 토우 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 그 일 형태로서, 일단이 차량의 후륜측 서브프레임에 장착되고 타단은 후륜에 연결되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암; 상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓; 상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시; 및 상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재를 포함하여 구성되는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치를 제공한다.

본 발명의 토우 제어장치는, 바람직하게는, 상기 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓 내측에 수납되는 서보모터; 및 상기 서보모터의 회전력을 상기 부시에 전달하는 회전력 전달부재를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 강성강화부재는 철심으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 서보모터는 모터축에 결합된 모터 크랭크를 구비하고, 상기 강성강화부재는 상기 부시의 외측으로 돌출되며, 상기 회전력 전달부재는 상기 모터 크랭크와 부시의 외측으로 돌출된 상기 강성강화부재를 연결하여 상기 서보모터의 회전력을 상기 부시에 전달하는 하나 이상의 커넥팅 로드일 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 부시는 외측으로 돌출된 강성강화부재에 끼워져서 부시의 일측에 고정되는 하나 이상의 부시 캡을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상기 일 형태의 변형예로서, 본 발명은 일단이 차량의 후륜 서브프레임에 장착되고 타단은 후차륜에 장착되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암; 상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓; 및 상기 어시스트 암 마운팅 브라켓의 내측에 구비되며, 차량 선회시 횡력에 의한 상기 어시스트 암의 변형량을 조정할 수 있는 제어 작동부를 포함하여 구성되는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제어 작동부는, 상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시; 상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재; 및 상기 부시를 상기 부시 장착홀 내에서 회전시킬 수 있도록 상기 부시와 연결된 서보모터를 포함하여 구성되며, 상기 부시를 회전시켜 상기 어시스트 암에 대한 상기 부시의 강성을 조정함으로써 차량 선회시 횡력에 의한 상기 어시스트 암의 변형량을 조정할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태로서,상기 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치에 의한 토우 제어방법으로서, 선회거동 중인 차량의 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도를 감지하는 단계; 감지된 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도에 기하여 차량의 후륜에 작용하는 원심력을 계산하는 단계; 계산된 원심력을 미리 설정된 튜닝목표값과 비교하는 단계; 및 계산된 원심력이 미리 설정된 튜닝목표값 이상이면 차량이 오버스티어 상태인 것으로 판단하고 상기 서보모터를 회전시켜 상기 어시스트 암에 대한 상기 부시의 강성을 조정하는 단계를 포함하여 구성되는 토우 제어방법이 또한 제공된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 차륜의 토우 제어장치 및 제어방법에 의해 비교적 간단한 조작만으로 차륜에 필요로 하는 정도의 토우 변화를 유발할 수 있게 되고, 이로써 차량 선회시에 비교적 용이하게 언더스티어를 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 조립사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치는 어시스트 암(10)과, 어시스트 암(10)의 일단에 장착된 제어 작동부(20)로 구성된다. 어시스트 암(10)의 상기 일단은 차량의 후륜측 서브프레임에 고정되고, 도시되지 않은 타단은 후륜에 연결된다. 제어 작동부(20)는 부시(50), 서보모터(30), 그리고 서보모터(30)와 부시(50)를 연결하는 하나 이상의 커텍팅 로드(70)를 포함하여 구성되며, 어시스트 암(10)의 상기 일단을 수납하고 차량의 후륜측 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓(90)의 내측에 수납된다. 부시(50)에는 부시 회전축(60)이 삽입된다.

도 2는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 부시가 삽입 된 어시스트 암을 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 어시스트 암(10)의 상기 일단에는 아이(eye) 형상의 부시 장착홀(11)이 구비된다. 부시 장착홀(11)에는 부시(50)가 부시 장착홀(11)에 대하여 회전가능하도록 삽입된다. 부시(50)는 부시 몸체(51)와 부시 몸체(51)에 삽입된 한 쌍의 강성강화부재(53)로 구성된다. 강성강화부재(53)는 한 쌍 이상이 형성될 수도 있다. 도 2에서는, 도 1에 도시된 부시 회전축(60)은 그 도시를 생략하였다.

도 3은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부를 도시한 사시도이다. 제어 작동부(20)는 크게 부시(50), 서보모터(30), 그리고 서보모터(30)의 회전력을 부시(50)에 전달하는 커넥팅 로드(70)로 구성된다. 부시(50)는 후술하는 바와 같이 부시 몸체(51)와 회전축(60) 외에도 전방 부시캡(55)과 후방 부시캡(57)을 포함하여 구성된다. 서보모터(30)는 모터 본체(31)와 후술하는 모터 크랭크(33)로 구성된다. 커넥팅 로드(70)는 도면에 2개가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 1개만 구비되어도 무방할 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부 중 부시의 구성을 도시한 모식도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 전술한 바와 같이 부시(50)는 통상적으로 고무 재질로 형성되는 원통형의 부시 몸체(51)와 부시 몸체(51)의 직경방향으로 대향하는 위치에 쌍으로 삽입되는 한 쌍 이상의 강성강화부재(53)를 포함한다. 강성강화부재(53)로는 예를 들어 철심을 사용할 수 있다. 또한, 부시 몸체(51)의 전방 및 후방측에는 각각 전방 부시캡(55)과 후방 부시캡(57)이 구비되어, 최종적인 부시(51)의 형상은 대략 도 4b에 도시된 바와 같다. 전방 부시캡(55)에는 커넥팅 로드(70)와의 연결을 위한 하나 또는 한 쌍의 돌출부(55a)가 형성될 수 있다(도면에는 한 쌍으로 도시됨). 전방 부시캡(55)의 상기 돌출부(55a)는 중공으로 형성되어, 전방 부시캡(55)이 부시 몸체(51)와 결합된 때에 돌출부(55a) 내측으로 강성강화부재(53)의 단부가 삽입되는 것이 바람직하다. 이와 달리, 전방 부시캡(55)에는 별도의 돌출부(55a)가 형성되지 않고, 강성강화부재(53)가 전방 부시캡(55)을 관통하여 외측으로 돌출되도록 구성할 수도 있다. 후방 부시캡(57) 역시 강성강화부재(53)가 삽입될 수 있도록 구성되어 부시 몸체(51)의 후방측으로 돌출된 강성강화부재(53)와 결합함으로써 부시 몸체(51)와 결합될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부 중 서보모터의 구성을 도시한 모식도이다. 서보모터(30)는 전술한 바와 같이 모터 본체(31)와 모터 크랭크(33)로 구성되며, 모터 크랭크(33)에는 커넥팅 로드(70)와의 연결을 위한 하나 또는 한 쌍의 돌출부(33a)가 구비된다(도면에는 한 쌍으로 도시됨).

이하 도 6a 내지 도 7b를 참조하여, 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 작동에 대하여 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 작동상태를 도시한 개념도로서, 부시의 강성이 가장 약한 상태를 도시한 것이다. 부시(50)에 한 쌍의 강성강화부재(53)가 삽입된 상태에서 한 쌍의 강성강화부재(53)를 연결한 직선이 어시스트 암(10)의 길이방향에 대하여 수직이 되도록 위치되어 있음을 알 수 있다. 어시스트 암(10)이 차량 선회시의 횡력의 영향으로 그 길이방향을 따라 변형되면 고무 재질의 부시(50) 또한 그에 따라 변형될 것이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 부시(50)는 부시 회전축(50)을 통해서 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓(90)에 장착되므로, 어시스트 암(10)이 그 길이방향을 따라 변형되면 부시(50) 또한 특히 부시 회전축(50)을 전후로 변형이 발생할 것이다. 이때 강성강화부재(53)는 부시(50)의 상하측으로 치우쳐서 위치하므로, 부시(50)의 변형에 별다른 영향을 미치지 아니하며, 따라서 부시(50)의 강성 강화에 도움을 주지 못한다.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 작동상태를 도시한 개념도로서, 부시의 강성이 강해진 상태를 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 상태에서 서보모터(30)를 구동하여 부시(50)를 각도 θ만큼 회전시키면, 강성강화부재(53)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 상태와 비교해서 어시스트 암(10)의 변형방향인 그 길이방향으로 부시 회전축(60)과 비교적 나란히 위치되게 된다. 이에 따라, 어시스트 암(10)에 변형이 발생하여 부시(50)에 전달되면 강성강화부재(53)가 그 변형력 중 일부를 지탱하게 되어 전체적으로 부시(50)의 변형이 도 6a 및 도 6b에 도시된 경우에 비하여 적게 발생하게 되며, 따라서 결과적으로 부시(50)의 강성이 강화된 것으로 된다.

도 8은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치에 의한 토우 제어방법을 도시한 흐름도이다. 토우를 제어하기 위해서는, 우선 선회거동 중인 차량의 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도를 감지한다. 스티어링 휠의 회전각으 로부터 현재 차량의 선회반경을 알아낼 수 있다. 다음으로 감지된 차량의 속도 및 선회반경에 기하여 차량의 후륜쪽에 작용하는 횡력, 즉 원심력을 다음 수학식 1에 의하여 계산하고 이 계산값을 미리 설정된 튜닝목표값과 비교한다.

계산된 원심력이 미리 설정된 튜닝목표값 이상이면 차량이 오버스티어 상태인 것으로 판단하고 서보모터를 회전시켜 어시스트 암에 대한 부시의 강성을 조정함으로써 본 발명에 따른 토우 제어방법은 종료된다.

이상 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치 및 제어방법을 첨부도면을 참조하여 그 실시예에 의하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며 기타 다양하게 변형, 수정, 변경될 수 있고, 이러한 모든 변형, 수정, 변경은 본 발명의 범위에 포함되는 것이며, 본 발명의 범위는 오직 아래의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여진다.

도 1은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 조립사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 부시가 삽입된 어시스트 암을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부를 도시한 사시도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부 중 부시의 구성을 도시한 모식도이다.

도 5는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 제어 작동부 중 서보모터의 구성을 도시한 모식도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 작동상태를 도시한 개념도로서, 부시의 강성이 가장 약한 상태를 도시한 것이다.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 작동상태를 도시한 개념도로서, 부시의 강성이 강해진 상태를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치의 의한 토우 제어방법을 도시한 흐름도이다.

Claims (9)

1. 일단이 차량의 후륜측 서브프레임에 장착되고 타단은 후륜에 연결되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암;

   상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓;

   상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시;

   상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재;

   상기 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓 내측에 수납되는 서보모터; 및

   상기 서보모터의 회전력을 상기 부시에 전달하는 회전력 전달부재를 포함하며,

   상기 서보모터는 모터축에 결합된 모터 크랭크를 구비하고, 상기 강성강화부재는 상기 부시의 외측으로 돌출되며, 상기 회전력 전달부재는 상기 모터 크랭크와 부시의 외측으로 돌출된 상기 강성강화부재를 연결하여 상기 서보모터의 회전력을 상기 부시에 전달하는 하나 이상의 커넥팅 로드인 것을 특징으로 하는 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 강성강화부재는 철심인 것을 특징으로 하는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 부시는 외측으로 돌출된 강성강화부재에 끼워져서 부시의 일측에 고정되는 하나 이상의 부시 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 부시에 의한 토우 제어장치.
6. 일단이 차량의 후륜 서브프레임에 장착되고 타단은 후차륜에 장착되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암;

   상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓; 및

   상기 어시스트 암 마운팅 브라켓의 내측에 구비되며, 차량 선회시 횡력에 의한 상기 어시스트 암의 변형량을 조정할 수 있는 제어 작동부를 포함하며,

   상기 제어 작동부는,

   상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시;

   상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재; 및

   상기 부시를 상기 부시 장착홀 내에서 회전시킬 수 있도록 상기 부시와 연결된 서보모터를 포함하여 구성되며,

   상기 부시를 회전시켜 상기 어시스트 암에 대한 상기 부시의 강성을 조정함으로써 차량 선회시 횡력에 의한 상기 어시스트 암의 변형량을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치.
7. 삭제
8. 제1항 또는 제6항에 따른 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치에 의한 토우 제어방법으로서,

   선회거동 중인 차량의 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도를 감지하는 단계;

   감지된 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도에 기하여 차량의 후륜에 작용하는 원심력을 계산하는 단계;

   계산된 원심력을 미리 설정된 튜닝목표값과 비교하는 단계; 및

   계산된 원심력이 미리 설정된 튜닝목표값 이상이면 차량이 오버스티어 상태인 것으로 판단하고 상기 서보모터를 회전시켜 상기 어시스트 암에 대한 상기 부시의 강성을 조정하는 단계를 포함하여 구성되는 토우 제어방법.
9. 일단이 차량의 후륜측 서브프레임에 장착되고 타단은 후륜에 연결되며 그 길이방향에 수직한 방향으로 상기 일단에 형성된 부시 장착홀을 구비한 어시스트 암; 상기 어시스트 암의 상기 일단을 내측에 수납하며 상기 서브프레임에 고정되는 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓; 상기 어시스트 암의 상기 부시 장착홀에 삽입되는 원통형 부시; 상기 부시의 직경방향으로 대향하는 양측에 쌍으로 구비된 적어도 한 쌍의 강성강화부재; 상기 서브프레임 어시스트 암 마운팅 브라켓 내측에 수납되는 서보모터; 및 상기 서보모터의 회전력을 상기 부시에 전달하는 회전력 전달부재를 포함하는 가변강성 부시에 의한 차륜의 토우 제어장치에 의한 토우 제어방법으로서,

   선회거동 중인 차량의 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도를 감지하는 단계;

   감지된 스티어링 휠의 회전각 및 차량의 속도에 기하여 차량의 후륜에 작용하는 원심력을 계산하는 단계;

   계산된 원심력을 미리 설정된 튜닝목표값과 비교하는 단계; 및

   계산된 원심력이 미리 설정된 튜닝목표값 이상이면 차량이 오버스티어 상태인 것으로 판단하고 상기 서보모터를 회전시켜 상기 어시스트 암에 대한 상기 부시의 강성을 조정하는 단계를 포함하여 구성되는 토우 제어방법.

Images