KR101526710B1 - 차량 현가장치의 휠센터 조정장치 - Google Patents

차량 현가장치의 휠센터 조정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 현가장치의 휠센터 조정장치에 관한 것으로서, 현가장치에서 차량 각 바퀴의 휠센터 및 중량 배분을 조절할 수 있도록 구성되어 차량의 토크 성능 및 제동력 배분 성능을 개선시킬 수 있는 휠센터 조정장치를 제공하고자 하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 차체를 상하방향으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 차량의 현가장치에서 차체에 장착되어 제어부의 제어신호에 따라 구동 제어되는 액츄에이터와; 상기 현가 스프링의 상단부에 설치된 스프링 시트와 차체 사이에 설치되고 상기 액츄에이터의 구동력에 의해 동작하여 상기 스프링 시트를 상승 또는 하강시킴으로써 휠센터의 이동이 이루어지도록 현가 스프링을 상승 또는 하강시키는 작동부;를 포함하는 차량 현가장치의 휠센터 조정장치를 제공한다.

Description

차량 현가장치의 휠센터 조정장치{Wheel center control apparatus of vehicle suspension system}
본 발명은 자동차의 현가장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현가장치에서 차량 각 바퀴의 휠센터 및 중량 배분을 조절하여 차량의 토크 성능 및 제동력 배분 성능을 개선할 수 있는 휠센터 조정장치에 관한 것이다.
현가장치(suspension system)는 차체와 휠(wheel) 사이를 연결하는 자동차의 구조장치로서, 주행시 요철로 인해 노면으로부터 차체로 전달되는 충격을 완화함과 더불어 차체 움직임을 조절하여 승차감을 향상시키고, 차량 구동이나 제동, 선회 등에 의해 내력 및 외력이 차량에 작용할 경우 운전자 의지대로 차량이 이동할 수 있도록 조종 안정성을 향상시키는 역할을 한다.
통상의 현가장치에서는 현가 스프링과 쇽 업소버 등을 통해 상하방향으로 차체를 지지하고 있으며, 기타 방향에 대해서는 구조물이 갖는 높은 강성과 유연성을 적절히 조화시켜 차체와 휠 사이의 상대운동을 기계적으로 조절함으로써 승차감 개선 및 조종 안정성의 효과를 제공한다.
이러한 자동차의 현가장치로는 위시본(wishbone) 타입, 맥퍼슨(Macpherson) 타입, 트레일링 암(trailing arm) 타입, 토션 비임 액슬(tortion beam axle) 타입, 멀티 링크(multi-link) 타입 등의 다양한 형태가 알려져 있으며, 차종 또는 차량 전/후륜 등을 구분하여 승차감이나 조종 안정성 등을 극대화할 수 있는 최적의 형태가 채택되어 적용된다.
한편, 차량 상황이나 주행 상황, 주행 환경 등에 따라 각 바퀴의 휠센터(wheel center)를 조정할 수 있다면 각 바퀴의 중량 배분이 조절되면서 차량의 토크 및 제동력 배분이 개선될 수 있고, 온센터필(on-center feel) 및 제동 쏠림 현상을 개선할 수 있다.
또한 휠센터의 높낮이를 조정할 수 있다면 도심지 주행시에는 차량의 지상고를 하향시켜 공력 개선 및 연비 향상의 효과를 얻을 수 있고, 오프로드 주행시에는 지상고를 상향시켜 차체 바닥(underfloor)과 노면 사이의 간섭을 회피할 수 있으므로 더욱 다이나믹(dynamic)한 주행을 할 수 있다.
그러나, 차량에는 각 바퀴의 휠센터를 조정해줄 수 있는 장치가 구비되어 있지 않으며, 이에 휠센터 조정 기능을 가지는 현가장치가 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출한 것으로서, 현가장치에서 차량 각 바퀴의 휠센터 및 중량 배분을 조절할 수 있도록 구성되어 차량의 토크 성능 및 제동력 배분 성능을 개선시킬 수 있는 휠센터 조정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차체를 상하방향으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 차량의 현가장치에서 차체에 장착되어 제어부의 제어신호에 따라 구동 제어되는 액츄에이터와; 상기 현가 스프링의 상단부에 설치된 스프링 시트와 차체 사이에 설치되고 상기 액츄에이터의 구동력에 의해 동작하여 상기 스프링 시트를 상승 또는 하강시킴으로써 휠센터의 이동이 이루어지도록 현가 스프링을 상승 또는 하강시키는 작동부;를 포함하는 차량 현가장치의 휠센터 조정장치를 제공한다.
여기서, 상기 작동부는, 상기 스프링 시트로부터 길게 연장 설치되고 나사산이 형성되어 있는 지지축과; 고정요소가 차체에 결합되어 고정되고 회전요소가 상기 지지축과 나사 결합되는 기어 일체형 베어링과; 상기 기어 일체형 베어링의 회전요소에 형성되어 있는 기어부에 치합된 상태에서 상기 액츄에이터의 회전력을 회전요소에 전달하여 나사 결합된 지지축 및 스프링 시트를 상승 또는 하강시키는 구동기어;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 액츄에이터는 구동기어가 회전축에 설치되는 전동모터가 될 수 있다.
또한 상기 기어 일체형 베어링은 회전요소인 내륜과 고정요소인 외륜, 그리고 상기 내륜과 외륜 사이에 개재되는 볼을 포함하여 구성되고, 상기 내륜은, 상기 구동기어에 치합되는 기어부와; 상기 기어부 중앙에 일체 형성되어 상기 외륜과 결합되는 부분이면서 지지축이 관통하여 나사 결합되는 부분인 내륜부;로 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 휠센터 조정장치에 의하면, 액츄에이터의 구동력에 의해 동작하여 스프링 시트를 상승 또는 하강시켜 현가 스프링 및 차량 휠센터를 상향 또는 하향 이동시킴으로써 차량 각 바퀴의 중량 배분을 조절할 수 있고, 결국 차량의 토크 성능 및 제동력 배분 성능을 개선시켜 온센터필 및 제동 쏠림 현상을 개선시킬 수 있게 된다.
또한 차량의 주행모드에 따라 센터 휠 및 지상고 높낮이 조절을 수행할 수 있으므로 도심모드 주행시 연비 개선 효과와 오프로드 주행시 지상고 개선, 주행의 다이나믹 개선 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휠센터 조정장치가 적용된 차량 현가장치의 주요 구성부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휠센터 조정장치의 주요 구성부를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 휠센터 조정장치의 작동상태를 나타내는 사시도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 휠센터 조정장치를 이용하여 휠센터 및 중력 배분 조정을 통한 차량 제어 상태를 예시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 휠센터 조정장치가 적용된 차량 현가장치의 주요 구성부를 나타내는 사시도로서, 차체, 토션 빔, 트레일링 암, 현가 스프링, 휠센터 조정장치의 결합 관계를 보여주고 있다.
도 2는 실시예에 따른 휠센터 조정장치의 주요 구성부를 나타내는 사시도 및 단면도이고, 도 3과 도 4는 실시예에 따른 휠센터 조정장치의 작동상태를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 차량의 현가장치는 차체(1)의 좌우 횡방향으로 배치되는 토션 빔(2)을 포함하고, 상기 토션 빔(2)의 양단부에는 트레일링 암(3)이 고정된다.
상기 트레일링 암(3)의 일단부에는 차량 바퀴를 구성하는 휠 및 타이어를 장착하기 위한 휠 마운팅 브라켓(4)과, 현가 스프링(코일 스프링)(5)을 장착, 지지시키기 위한 스프링 시트(하측 스프링 시트로서 도면상 미도시됨)가 고정 설치된다.
또한 통상의 차량 현가장치에서는 트레일링 암(3)의 스프링 시트(하측 스프링 시트)에 장착된 현가 스프링(5)의 상단부에도 별도의 스프링 시트(상측 스프링 시트)(6)가 장착되고, 이 상측 스프링 시트(6)는 차체에 직접 결합된다.
이에 상, 하측 스프링 시트(6)에 의해 장착 및 지지되는 현가 스프링(5)이 차체(1)와 트레일링 암(3) 사이에서 차체를 상하방향으로 지지할 수 있게 되어 있다.
반면, 통상의 현가장치에서 상기와 같이 스프링 시트(6)가 차체(1)에 직접 결합되는 것과 달리, 본 발명에서 실시예의 휠센터 조정장치(100)는 현가 스프링(5)의 상단부에 고정된 상측 스프링 시트(6)와 차체(1) 사이에 개재되어 구성된다.
이러한 휠센터 조정장치(100)는 상측 스프링 시트(6)와 차체(1) 사이에 장착되어 현가 스프링(5) 및 휠센터의 상향/하향 이동을 위해 상기 상측 스프링 시트(6)를 상승/하강시킬 수 있도록 구성되는 것으로, 차체(1)에 장착되어 미도시된 제어부의 제어신호에 따라 구동 제어되는 액츄에이터(110)와, 상기 상측 스프링 시트(6)와 차체(1) 사이에 설치되어 상기 액츄에이터(110)의 구동력에 의해 동작함으로써 상기 상측 스프링 시트(6)를 상승/하강시키는 작동부(120)를 포함하여 구성된다.
실시예의 구성을 살펴보면, 상기 휠센터 조정장치(100)는 스프링 시트(6)의 상부면에 상방으로 길게 연장되도록 설치되고 나사산이 형성되어 있는 지지축(121)과, 차체(1)에 장착되어(고정요소가 되는 외륜이 차체에 결합되어 고정됨) 상기 지지축(121)과는 나사 결합되는 기어 일체형 베어링(122)과, 차체(1)에 고정 장착되는 전동모터(110)와, 상기 전동모터(110)의 회전축에 일체로 장착되어 상기 베어링(122)의 기어(후술하는 베어링 내륜(회전요소)의 기어부임)에 치합되는 구동기어(126)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전동모터(110)는 상기 액츄에이터가 되고, 지지축(121)과 기어 일체형 베어링(122), 구동기어(126)는 상기 작동부(120)를 구성하는 요소가 된다.
먼저, 상기 지지축(121)은 외주면에 나사산이 형성된 축으로서, 현가 스프링(5)의 상단부 및 스프링 시트(6)를 지지하는 역할을 한다.
상기 기어 일체형 베어링(122)은 지지축(121)에 나사 결합될 수 있도록 나사산을 구비함과 더불어 구동기어(126)에 치합되는 회전요소(123)의 기어부(123b), 그리고 차체(1)에 고정 결합되는 고정요소(124)인 차체 결합부를 가지는 베어링 형태의 구성부로서, 구동기어(126)의 회전시에 그 회전력을 전달받아 나사 결합된 지지축(121)을 따라 상대 이동하면서(지지축이 베어링에서 상하 이동됨) 스프링 시트(6)를 하강시키거나 상승시키는 역할을 한다.
이러한 구성에서, 일체의 지지축(121) 및 스프링 시트(6)를 하강시킬 경우 현가 스프링(5)이 하강하면서 휠센터가 하향 이동될 수 있고, 반대로 지지축(121) 및 스프링 시트(6)를 상승시킬 경우 현가 스프링(5)이 상승하면서 휠센터가 상향 이동될 수 있다.
상기 기어 일체형 베어링(122)은 내륜(123)과 외륜(124), 그리고 내륜(123)과 외륜(124) 사이에 개재되는 볼(125)을 포함하여 구성되는데, 상기 외륜(124)이 차체(1)에 고정되는 고정요소인 차체 결합부가 되며, 이 외륜(124)은 차체(1)에 결합되어 현가 스프링(5)을 통해 전달되는 하중을 지지하게 된다.
상기 기어 일체형 베어링(122)에서 내륜(123)은 회전요소로서, 도 2의 단면도에서 알 수 있듯이 '⊥' 의 단면 형상을 가지며, 여기서 중앙의 돌출부(123a)가 볼(125)을 사이에 두고 외륜(124)과 결합되는 부분인 내륜부가 된다.
또한 상기 내륜부(123a)는 이를 상하로 관통하는 지지축(121)과 나사 결합되는 부분이다.
또한 상기 기어 일체형 베어링(122)의 내륜(123)에서 원판 형상의 하부가 구동기어(126)로부터 회전력을 전달받게 되는 기어부(123b)가 되며, 이 기어부(123b)는 구동기어(126)와 치합될 수 있도록 원판 형상의 주연부에 치가 형성된 구조를 가진다.
상기 전동모터(110)는 미도시된 브라켓 등에 의해 바디가 차체(1)에 마운팅되어 고정되며, 전동모터(110)의 회전축에는 기어 일체형 베어링(122)의 기어, 즉 회전요소인 상기 내륜(123)의 기어부(123b)에 치합되는 구동기어(126)가 장착된다.
상기 전동모터(110)는 제어부의 제어신호에 따라 구동이 제어되는데, 전동모터(110)의 구동방향에 따라 구동기어(126)와 내륜(123)의 회전방향이 달라지며, 내륜(123)의 회전방향에 따라 일체로 결합된 지지축(121) 및 스프링 시트(6)가 차체(1)에 장착된 기어 일체형 베어링(122)에서 상승 또는 하강하게 되고(베어링이 지지축을 따라 올라가거나 내려가는 상대운동을 함), 이에 현가 스프링(5) 역시 같은 방향으로 상승 또는 하강하게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 실시예의 작동상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3은 차체(1)에 대해 현가 스프링(5)을 하강시켜 휠센터를 하향 이동시킨 상태를, 도 4는 현가 스프링(5)을 상승시켜 휠센터를 상향 이동시킨 상태를 나타낸다.
먼저, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전동모터(110)의 구동으로 구동기어(126)가 시계방향으로, 기어 일체형 베어링(122)의 기어, 즉 상기 기어부(123b) 및 내륜(123)이 반시계방향으로 회전될 경우 지지축(121) 및 스프링 시트(6)가 하강하고(베어링이 지지축을 따라 올라가는 상대운동을 함), 이에 현가 스프링(5)이 하강하면서 휠센터의 하향 이동이 이루어진다.
반대로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전동모터(110)의 역방향 구동으로 구동기어(126)가 반시계방향으로, 기어 일체형 베어링(122)의 기어, 즉 상기 기어부(123b) 및 내륜(123)이 시계방향으로 회전될 경우, 지지축(121) 및 스프링 시트(6)가 상승하고(베어링이 지지축을 따라 내려가는 상대운동을 함), 이에 현가 스프링(5)이 상승하면서 휠센터의 상향 이동이 이루어진다.
결국, 상기와 같은 실시예의 휠센터 조정장치를 적용할 경우 차량 상황이나 주행 상황, 주행 환경에 따라 휠센터를 조정하는 것이 가능해지며, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 휠센터 조정장치(100)를 이용하여 휠센터 및 중력 배분 조정을 통한 차량 제어 상태를 예시한 도면이다.
먼저, 도 5에 나타낸 바와 같이, 차량의 주행모드에 따라 제어부가 전동모터의 구동을 제어하여 휠센터의 높낮이를 변경할 수 있으며, 도심 주행모드에서는 휠센터를 차체에 대해 상향시켜(도 4 참조) 차량의 지상고를 하향시킬 수 있고, 이를 통해 공력 개선 및 연비 향상을 도모할 수 있다.
또한 오프로드 주행모드에서는 차체에 대해 휠센터를 하향시켜(도 3 참조) 차량의 지상고를 상향시킬 수 있고, 지상고를 상향시킬 경우 차체 바닥(underfloor)과 노면 사이의 간섭을 회피할 수 있으므로 보다 다이나믹(dynamic)한 주행을 할 수 있다.
다음으로, 차량이 승객 탑승 위치에 따라 좌우방향을 기준으로 편심되거나 도로 환경 등으로 인해 좌우 축중 간에 편차가 발생할 경우 도 6에 나타낸 바와 같이 차량 좌우측의 휠센터 변경을 통해 좌우 축중을 조절할 수 있다.
이와 같이 각 바퀴의 중량 배분이 조절되면서 차량의 토크 및 제동력 배분이 개선될 수 있고, 온센터필(on-center feel) 및 제동시 쏠림 현상을 개선할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 차체 2 : 토션 빔
3 : 트레일링 암 4 : 휠 마운팅 브라켓
5 : 현가 스프링 6 : 스프링 시트
100 : 휠센터 조정장치 110 : 액츄에이터(전동모터)
120 : 작동부 121 : 지지축
122 : 기어 일체형 베어링 123 : 내륜(회전요소)
123a : 돌출부(내륜부) 123b : 기어부
124 : 외륜(고정요소) 125 : 볼
126 : 구동기어

Claims (4)

  1. 차체를 상하방향으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 차량의 현가장치에서 차체에 장착되어 제어부의 제어신호에 따라 구동 제어되는 액츄에이터;
    상기 현가 스프링의 상단부에 설치된 스프링 시트와 차체 사이에 설치되고 상기 액츄에이터의 구동력에 의해 동작하여 상기 스프링 시트를 상승 또는 하강시킴으로써 휠센터의 이동이 이루어지도록 현가 스프링을 상승 또는 하강시키는 작동부;
    를 포함하고,
    상기 작동부는 스프링 시트에 설치되면서 나사산이 형성되어 있는 지지축과, 회전요소인 내륜과 고정요소인 외륜, 그리고 내륜과 외륜 사이에 개재되는 볼로 구성되어 고정요소가 차체에 고정되고 회전요소가 지지축과 나사 결합되는 기어 일체형 베어링과, 상기 기어 일체형 베어링의 회전요소에 형성되어 있는 기어부에 치합된 상태에서 액츄에이터의 회전력을 회전요소에 전달하여 나사 결합된 지지축 및 스프링 시트를 상승 또는 하강시키는 구동기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 현가장치의 휠센터 조정장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액츄에이터는 구동기어가 회전축에 설치되는 전동모터인 것을 특징으로 하는 차량 현가장치의 휠센터 조정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기어 일체형 베어링의 내륜은 구동기어에 치합되는 기어부와, 상기 기어부 중앙에 일체 형성되어 외륜과 결합되는 부분이면서 지지축이 관통하여 나사 결합되는 부분인 내륜부로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 현가장치의 휠센터 조정장치.
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