KR101527047B1

KR101527047B1 - 후륜서스펜션의 모듈화 구조

Info

Publication number: KR101527047B1
Application number: KR1020130166424A
Authority: KR
Inventors: 이승학; 조영건
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-06-09
Also published as: CN104742728A; US20150183317A1; US9290091B2; CN104742728B

Abstract

본 발명은, 수소 또는 전기를 연료로 사용하는 차량의 플로어패널에서 장착되는 연료장치와 후륜서스펜션의 모듈화 구조에 있어서, 상기 연료장치와 결합되되 차폭방향으로 배치되며 양단 각각은 휠허브를 지지하도록 연결되는 크로스멤버;를 포함하고, 상기 크로스멤버는 연료장치와 선체결된 상태로 플로어패널에 장착되는 것을 특징으로 한다. 상기 연료장치는 플로어패널의 하부에서 전후방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 두 개의 수소탱크들이고, 상기 크로스멤버는 수소탱크들 사이를 가로지르도록 차폭방향으로 배치된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 크로스멤버가 수소탱크들 및 배기파이프와 선체결된 상태에서 플로어패널에 장착되므로 조립공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

후륜서스펜션의 모듈화 구조{Modularized structure of rear suspension}

본 발명은 후륜서스펜션의 모듈화 구조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 두 개의 수소탱크가 플로어패널의 하부에 장착되는 수소차량(수소를 연료로 사용하는 차량) 또는 배터리팩을 연료장치로 사용하는 차량의 후륜서스펜션 구조에 있어서, 종래의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle) 방식을 대신하여 멀티링크(Multi Link) 방식으로 후륜서스펜션을 구성할 수 있으며, 조립되는 모듈 갯수를 축소시켜 조립공정의 효율성을 더욱 증대시킬 수 있고, 내구성능 및 NVH(Noise, vibration, and harshness) 성능을 향상시킬 수 있도록 발명된 후륜서스펜션의 모듈화 구조에 관한 것이다.

최근 개발이 활발히 이뤄지고 있는 친환경자동차(수소차량, 전기차, HEV 등)는 가솔린이나 경유를 연료로 사용하는 일반 차량과는 달리 수소탱크 또는 배터리 팩과 같은 다른 형태의 연료시스템이 장착된다.

이러한 연료시스템은 통상적으로 차량 후방측에서 후륜 서스펜션 근방에 배치되되, (일반 차량과 동일한 항속거리를 확보하기 위해서) 가솔린이나 디젤 차량의 연료탱크 보다 더 큰 부피를 차지하게 되며 더 큰 중량을 갖는다.

이와 같은 이유에 따라서, 친환경자동차의 연료시스템은 차체에 직접 마운팅 되지 않고 별도의 차체장착용 프레임이 연료시스템에 결합된 후에 차체에 장착된다.

아울러, 연료시스템 외에도 후륜의 서스펜션 근방에는 화석연료 차량과 유사한 배기시스템이 위치하게 된다. 친환경자동차 중 수소차량의 배기시스템은 수소가 반응하여 전기를 생산할 때 생성되는 수증기(순수한 물)를 배출하도록 구성된다.

도 1a 는 수소차량의 플로어패널(1) 하부에 (연료시스템의 주요 구성요소인) 두 개의 수소탱크(2)와 후륜서스펜션 및 배기파이프(4)가 장착된 모습이 도시된 저면도이다.

도 1a 에 도시된 바와 같이 수소차량의 경우 부피가 큰 두 개의 수소탱크들(2)이 장착됨에 따라서 후륜서스펜션의 채택에 있어 제약조건이 발생하였다. 즉, 상기 수소탱크들(2)은 후륜 근방까지 공간을 차지하게 되므로, 후륜의 충격을 완충하는 후륜 서스펜션의 장착공간은 수소탱크들(2)의 배치 및 크기에 따라서 제한된다. 이에 따라 상대적으로 더 큰 장착공간이 요구되는 멀티링크 방식의 서스펜션을 대신하여 CTBA 방식의 서스펜션이 적용되고 있다.

CTBA 서스펜션장치(3)는 양단 각각에 트레일링암들(3b)이 접합된 토션빔(3a)을 차폭방향으로 배치하고 상기 트레일링암(3b)을 후륜휠과 연결되는 휠허브(5)에 연결시키는 방식으로써, 상대적으로 차의 무게가 줄어 연비가 좋아지고, 장착공간이 작아지므로 적재공간을 증대시킬 수 있으며, 후방 추돌 시 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있었으나, CTBA 서스펜션(3)은 그 구조적 한계로 승차감 및 핸들링의 성능이 멀티링크 방식의 서스펜션에 미치지 못하며, 특히 중량이 높은 차량에 대해서는 적용하기가 어려운 문제가 있었다.

아울러, 종래의 조립구조는 도 1b 에 도시된 바와 같이 수소탱크(2)가 플로어패널(1) 하부에 선조립된 다음에 배기파이프(4)와 CTBA 서스펜션(3)이 순차적으로 체결되는 방식으로 진행된다. 이와 같은 조립 공정은 사이즈가 큰 여러 모듈이 플로어패널(1)에 개별적으로 각각 장착되는 구조로써 공정이 복잡해지고 양산시 생산성과 조립 품질이 저하되고 생산단가를 높일 수 있는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소할 수 있도록 CTBA서스펜션을 대신하여 더 향상된 승차감 및 핸들링 성능을 제공할 수 있는 멀티링크 방식의 후륜서스펜션을 채택할 수 있고, 조립공정을 단순화하여 생산성과 조립품질을 더욱 향상시킬 수 있는 (전기차 또는 수소차 또는 HEV 차량용) 후륜서스펜션의 모듈화 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수소 또는 전기를 연료로 사용하는 차량의 플로어패널에서 장착되는 연료장치와 후륜서스펜션의 모듈화 구조에 있어서, 상기 연료장치와 결합되되 차폭방향으로 배치되며 양단 각각은 휠허브를 지지하도록 연결되는 크로스멤버;를 포함하고, 상기 크로스멤버는 연료장치와 선체결된 상태로 플로어패널에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 연료장치는 플로어패널의 하부에서 전후방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 두 개의 수소탱크들이고, 상기 크로스멤버는 수소탱크들 사이를 가로지르도록 차폭방향으로 배치된다.

그리고, 상기 플로어패널의 전방측에서 후방으로 이어지도록 배치되되 상기 수소탱크들 사이를 지나도록 절곡된 모양으로 형성된 배기파이프를 더 포함하고, 상기 배기파이프는 크로스멤버에 선체결된 상태로 플로어패널에 장착된다.

상기 수소탱크의 외주면에는 볼트로 체결가능하도록 볼트홀들이 타공된 프레임이 결합되어, 상기 볼트홀들 중 일부는 크로스멤버와 볼트체결되고 나머지는 플로어패널에 볼트체결된다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 프레임 중 적어도 어느 하나는 수소탱크가 내측에 내포되는 환형 모양으로 형성되며, 상기 크로스멤버의 양단은 환형의 프레임에 연결되도록 만곡된 모양으로 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 크로스멤버가 수소탱크들 및 배기파이프와 선체결된 상태에서 플로어패널에 장착되므로 조립공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 크로스멤버는 수소탱크들 사이에서 차체를 구성하는 플로어패널에 장착됨으로써 후륜서스펜션을 구성하는 암들(즉, 일측은 휠허브로 연결되고 타측은 차체로 연결되어 휠허브의 거동을 지지하는 로어암이나 어퍼암)을 통해 휠허브로 연결됨으로 멀티링크 방식으로 후륜서스펜션을 구성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서는 수소탱크만 플로어패널에 장착시키던 프레임이 크로스멤버를 추가적으로 지지함에 따라서, 휠의 측방향에서 입력되는 하중이 크로스멤버는 물론 프레임이 마운팅된 지점들 각각에서 분산될 수 있으므로 차량의 주행성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 종래의 CTBA 서스펜션과 수소탱크 및 배기파이프가 차체의 플로어패널 아래에 장착된 모습이 도시된 저면도,
도 1b 는 종래의 조립 순서에 따라서 수소탱크, 배기파이프, CTBA 서스펜션이 순차적으로 플로어패널 아래로 장착되는 모습을 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 크로스멤버가 수소탱크와 배기파이프 및 서스펜셤암과 선체결된 상태에서 일체로 플로어패널 아래에 장착되는 모습을 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 크로스멤버, 수소탱크, 배기파이프, 서스펜셤암이 플로어패널 아래에 장착된 모습이 나타난 저면도와 배기파이프와 크로스멤버 및 로어암이 결합된 모습을 나타난 측면도가 도시된 도면,
도 4 는 수소탱크와 체결된 프레임이 차체(플로어패널)에 결합되는 지점과 프레임과 크로스멤버가 결합되는 지점을 표시한 도면,
도 5 는 차량주행에 따라서 후륜휠에 측방향 하중이 가해질 때, 크로스멤버와 결합된 프레임으로 하중이 분산되어 지지되는 모습을 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 후륜서스펜션의 모듈화 구조를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 플로어패널(50)의 하부에서 전후방향을 따라 두 개의 수소탱크들(20)이 이격되어 배치되도록 장착되는 차량의 후륜서스펜션의 모듈화 구조로써, 크로스멤버(10)를 포함하되, 상기 크로스멤버(10)와 수소탱크들(20) 및 배기파이프(40)는 선체결된 상태에서 도 2 에 도시된 바와 같이 일체로 플로어패널(50)에 장착되는 것을 특징으로 한다.

도 3 에서 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 크로스멤버(10)는 전후방향으로 배치되는 두 개의 수소탱크들(10) 사이를 가로지르도록 차폭방향으로 배치된다. 그리고, 상기 크로스멤버(10)는 멀티링크 서스펜션(30)을 구성하는 암들을 통해 양단 각각이 휠허브(33)를 지지하도록 연결된다.

참고적으로, 도 3 에 도시된 구조에 적용된 멀티링크 서스펜션에서 상기 휠허브(33)의 측방향 거동은 크로스멤버(10)와 휠허브(33)를 연결하는 로어암(31) 및 (크로스멤버 또는 차체에 장착된 다른 서브프레임에 휠허브를 연결하는) 어퍼암(미도시)을 통하여 지지되도록 연결되고, 상기 휠허브(33)의 전후방향 거동은 휠허브(33)의 전방으로 배치되는 트레일링암(32)을 통해 지지되며, 상기 휠허브(33)의 상하방향 거동은 쇽업소버(34)를 통해 완충되도록 구성된다. 아울러, 본 발명의 크로스멤버(10)는 차체의 롤링을 지지하도록 양측의 로어암(31)에 연결되는 스테빌라이저바(35)가 안착될 수 있도록 결합된다.

한편, 본 발명의 구조에서는 (수소반응 후 생성되는 수증기 또는 물을 배출하는) 배기파이프(40)가 크로스멤버(10)에 거치되어 장착된다. 상기 배기파이프(40)는 플로어패널(50)의 전방측에서 후방으로 이어지도록 배치되되 상기 수소탱크들(20) 사이를 지나도록 절곡된 모양으로 형성된다. 이와 같은 구조를 갖도록 상기 배기파이프(40)는 직선형태의 전방측 파이프(43)와 상기 크로스멤버(10) 위로 거치되도록 절곡된 모양을 갖는 후방측 파이프(41) 및 가요성(flexibility)을 갖는 재질로 제조된 튜브(42)를 포함하여 구성된다.

상기 후방측 파이프(41)에는 볼트체결이 가능한 브라켓(44)이 접합되어 크로스멤버(10)에 볼팅체결로 결합되고, 상기 튜브(42)는 전방측 및 후방측 파이프들(41, 43) 각각과 공지의 클램프(clamp) 등을 통해 체결이 이뤄진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조에서는 크로스멤버(10)에 로어암(31)이 체결된 상태(더 상세하게는 후륜서스펜션 각 부품이 모두 결합되어 모듈화된 상태에서 크로스멤버와 결합된 상태)에서 후방측 파이프(43)와 수소탱크(20) 각각과 결합이 이뤄지며, (크로스멤버에 수소탱크와 후륜서스펜션 모듈 및 후방측 파이프가) 일체로 결합된 상태에서 플로어패널(50)에 장착이 이뤄지면 상기 후방측 파이프(41)는 튜브(42)를 통해 전방측 파이프(43)와 연결되게 구성된다.

아울러, 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수소탱크들(20)은 프레임(21)에 결합되어 플로어패널(50)에 장착되되, 상기 프레임(21)은 수소탱크들(20)을 서로 연결하도록 크로스멤버를 가로지르는 연결부(21a)를 갖고, 상기 연결부(21a)는 크로스멤버(10)와 볼팅(또는 용접 등으로) 체결된다.

그리고, 상기 프레임(21)은 볼트로 체결가능하도록 다수 개의 볼트홀들이 (도 4 에서 원으로 표시된 지점들에서) 타공되되, 상기 볼트홀들 중 일부는 크로스멤버(10)와 볼트체결되며(도 4 에서 네 지점들), 나머지(도 4 에서 여섯 지점들)는 플로어패널(50)에 볼트체결된다.

또한, 본 발명의 구조에서 상기 프레임(21)은 수소탱크(20)가 내측에 내포되는 환형부(21b)를 포함하고, 크로스멤버(10)의 양단은 상기 환형부(21b)에 추가적으로 연결될 수 있도록 만곡된 모양으로 형성된 만곡부(11)를 갖는다.

본 발명에서는 상기와 같은 체결 구조를 가짐에 따라서, 크로스멤버(10)를 플로어패널(50)에 장착하기 위한 별도의 마운팅장치가 요구되지 않으므로 상기 크로스멤버(10)의 크기 및 중량을 줄일 수 있다.

아울러, 본 발명의 크로스멤버(10)는 수소탱크(20)를 지지하는 프레임(21)과 체결된 구조를 가짐으로써 상기 프레임(21)은 크로스멤버(10)에 전달되는 하중을 분담할 수 있다.

즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 후륜휠에서 입력되는 하중은 휠허브 및 로어암(31)을 통해 크로스멤버(10)로 전달되되, 상기 크로스멤버(10)는 프레임(21)을 통해 플로어패널(50)에 체결된 구조를 가짐으로써, 상기 프레임(21)이 플로어패널(50)에 체결된 지점 각각에서는 휠입력 하중을 분담하여 지지한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 플로어패널(50) 아래로 조립 되는 모듈 개수를 (종래의 구조와 대비하여 3개에서 1개로) 축소할 수 있으므로 조립공정을 단순하게 구성할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라서 생산성, 조립성, 조립품질을 향상시킬 수 있고 생산 단가를 낮출 수 있다.

아울러, 수소탱크(20)를 플로어패널(50)에 체결시키는 프레임(21)이 크로스멤버(10)와 고정체결됨에 따라 상기 크로스멤버(10)의 차체 마운팅 스팬(span)을 연장시키는 효과를 얻을 수 있으므로, 휠에 입력되어 차체에 전달되어지는 하중을 분산시켜 내구성능 및 NVH 성능을 개선할 수 있다.

또한, 크로스멤버(10)가 프레임(21)에 마운팅되는 구조를 가짐으로써 (크로스멤버를 플로어패널에 장착시키기 위한) 별도의 브라켓이나 또는 마운팅장치가 요구되지 않으므로 상기 크로스멤버의 크기 및 중량을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 후륜서스펜션의 모듈화 구조는 상기 수소탱크를 대신하여 배터리팩을 사용하는 차량(전기차, HEV 등)에서도 적용될 수 있다. 즉, 가솔린이나 경유를 연료로 사용하지 않고, 수소탱크를 대신하여 플로어패널 하부에 (수소탱크와 유사한 방식으로 장착이 이뤄지는) 배터리팩이 연료장치로써 장착되는 (전기만을 연료로 사용하거나, 전기와 화석연료 모두를 연료로 사용하는) 다양한 친환경자동차에서도 적용이 이뤄질 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 크로스멤버
11 : 만곡부
20 : 수소탱크
21 : 프레임
31 : 로어암
33 : 휠허브
40 : 배기파이프
50 : 플로어패널

Claims

수소 또는 전기를 연료로 사용하는 차량의 플로어패널에 장착되는 연료장치와 후륜서스펜션의 모듈화 구조로써,
상기 연료장치와 결합되되 차폭방향으로 배치되며 양단 각각은 휠허브를 지지하도록 연결되는 크로스멤버; 및
플로어패널의 전방에서 후방으로 이어지게 배치되는 배기파이프;를 포함하고,
상기 배기파이프는 차폭방향으로 연료장치를 가로지르도록 절곡된 모양으로 형성되며, 상기 크로스멤버는 연료장치 및 배기파이프와 선체결된 상태로 플로어패널에 장착되는 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 연료장치는 플로어패널의 하부에서 전후방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 두 개의 수소탱크들이고, 상기 크로스멤버는 수소탱크들 사이를 가로지르도록 차폭방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.
제 2 항에 있어서, 상기 배기파이프는 수소탱크들 사이를 가로질러 지나도록 절곡된 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.
제 2 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소탱크들은 프레임에 결합되어 플로어패널에 장착되되, 상기 프레임은 수소탱크들을 서로 연결하도록 크로스멤버를 가로지르는 연결부를 갖고, 상기 연결부는 크로스멤버와 체결된 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.
제 4 항에 있어서, 상기 프레임은 볼트로 체결가능하도록 다수 개의 볼트홀들이 타공되되, 상기 볼트홀들 중 일부는 크로스멤버와 볼트체결되고 나머지는 플로어패널에 볼트체결되는 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.
제 5 항에 있어서, 상기 프레임은 수소탱크가 내측에 내포되는 환형부를 포함하고, 상기 크로스멤버의 양단은 환형부에 추가적으로 연결되도록 만곡된 모양으로 구성된 만곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 후륜서스펜션의 모듈화 구조.