KR101555445B1 - 서스펜션 스트럿에 스태빌라이저를 고정하는 유지 장치 및 그러한 유지 장치를 포함하는 휠 서스펜션 - Google Patents

서스펜션 스트럿에 스태빌라이저를 고정하는 유지 장치 및 그러한 유지 장치를 포함하는 휠 서스펜션 Download PDF

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아우디 아게
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Abstract

본 발명은 서스펜션 스트럿(280)에 스태빌라이저(270) 또는 스태빌라이저 바(275)를 고정하는 유지 장치(300)로서,
- 서스펜션 스트럿(280)의 둘레에 맞물리는 내부 슬리브(310), 및
- 그 내부 슬리브(310)를 둘러싸고, 스태빌라이저(270) 또는 스태빌라이저 바(275)를 고정하기 위한 고정 섹션(325)을 구비하는 외부 슬리브(320)를 포함하는 유지 장치(300)에 관한 것으로,
외부 슬리브(320)와 내부 슬리브(310) 사이의 회전 보정 이동을 가능하도록 하기 위해, 서로 맞물리고 거의 전체의 둘레에 걸쳐 연장되는 구형 세그먼트 형상의 섹션들(311, 321)이 내부 슬리브(310)와 외부 슬리브(320)에 형성되도록 구성된다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 그러한 유지 장치(300)를 포함하는 자동차용 휠 서스펜션에 관한 것이기도 하다.

Description

서스펜션 스트럿에 스태빌라이저를 고정하는 유지 장치 및 그러한 유지 장치를 포함하는 휠 서스펜션{HOLDING DEVICE FOR FIXING STABILIZER TO SUSPENSION STRUT, AND WHEEL SUSPENSION INCLUDING SUCH HOLDING DEVICE}
본 발명은 서스펜션 스트럿(suspension strut)에 스태빌라이저(stabilizer) 또는 스태빌라이저 바(stabilizer bar)를 고정하는 유지 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 그러한 유지 장치를 포함하는 자동차용 휠 서스펜션, 특히 승용차용 휠 서스펜션에 관한 것이기도 하다.
스태빌라이저는 자동차의 하부 차대에 속한 부품으로서, 노면 주행 성능(roadability)을 개선하는데 기여한다. 특허 공보 US 6,305,701 B1 및 DE 10 2006 036 506 B3에 개시된 바와 같이, 현재의 보편적인 구성 원리는 서스펜션 스트럿에 스태빌라이저를 직접 고정하거나 스태빌라이저 바에 의해 스태빌라이저를 간접적으로 고정하는 조치를 취하고 있다. 보충적으로, 특허 공보 DE 30 27 694 A1도 또한 선행 기술로 언급될 수 있다.
본 발명의 과제는 서스펜션 스트럿에 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바를 고정하는 유지 장치로서, 힘의 전달에 있어 최적화된 유지 장치를 제공하는 것이다.
그러한 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 유지 장치에 의해 해결된다. 그에 의해, 본 발명은 그 청구항이 청구하고 있는 유지 장치를 서스펜션 스트럿에 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바를 고정하는데 사용하는 용도까지도 적어도 간접적으로 망라하고 있다. 또한, 상기 과제의 해결은 등위 청구항에 의해 자동차용 휠 서스펜션도 포함하고 있다. 바람직한 구성들 및 부가의 구성들이 2가지 발명의 주제들에 대해 유사하게 종속 청구항들 및 이후의 설명으로부터 개시되어 있다.
본 발명에 따른 유지 장치는 서스펜션 스트럿의 둘레에 맞물리는 내부 슬리브 및 그 내부 슬리브를 둘러싸는(반지름 방향으로) 외부 슬리브를 포함하되, 외부 슬리브는 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바를 고정하기 위한 고정 섹션(적어도 하나의)을 구비한다. 외부 슬리브와 내부 슬리브 사이의 회전 보정 이동을 가능하도록 하기 위해, 서로 맞물리고 거의 전체의 둘레에 걸쳐 연장되는 구형 세그먼트 형상의(spherical segment-shaped) 섹션들이 내부 슬리브와 외부 슬리브에 형성되도록 구성한다.
다른 말로 표현한다면, 그것은 본 발명에 따른 유지 장치가 그 유지 장치를 서스펜션 스트럿에 고정하기 위한 제1 고정 섹션을 구비한 제1 부분 몸체와, 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바를 고정하기 위한 제2 고정 섹션을 구비한 제2 부분 몸체를 포함하되, 제1 부분 몸체와 제2 부분 몸체가 보정 이동을 가능하게 하는 볼 조인트에 의해 서로 연결된다는 것을 의미한다. 본 발명에 따르면, 제1 부분 몸체는 서스펜션 스트럿의 둘레에 맞물리는 내부 슬리브로서 형성되고, 제2 부분 몸체는 그 내부 슬리브의 둘레에 맞물리는 외부 슬리브로서 형성되며, 내부 슬리브와 외부 슬리브에는 서로 겹치면서 서로 맞물리고 거의 전체의 둘레에 걸쳐 연장되는 구형 세그먼트 형상의 섹션들이 형성되도록 구성한다.
본 발명에 따른 유지 장치는 많은 이점들을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 유지 장치는 이하에서 더욱 상세히 설명할 바와 같이 최적화된 힘의 전달을 가능하게 한다.
내부 슬리브와 외부 슬리브 사이에는, 기계적 및/또는 음향적 감쇠 특성을 갖는 적어도 하나의 고무 탄성체가 배치될 수 있다. 고무 탄성체는 내부에 배치됨으로 인해 외부 영향들로부터 보호된다. 고무 탄성체가 구형 세그먼트 형상의 섹션들 사이에서 전면적으로 연장되도록 구성하는 것이 바람직하다.
외부 슬리브가 클램프(또는 파이프 클램프)로서 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 클램프로서 형성된 외부 슬리브가 축 방향으로 연장된 슬릿을 구비하되, 그 슬릿의 양측에 반지름 방향으로 돌출된 브래킷들이 배치되고, 그 브래킷들이 적어도 하나의 클램핑 나사에 의해 나사 체결되도록 구성하는 것이 매우 바람직하다. 클램핑 나사를 체결하여 조임으로써, 슬릿이 압축될 수 있어 외부 슬리브가 좁혀질 수 있다. 또한, 내부 슬리브가 축 방향으로 연장된 슬릿을 구비하고, 유지 장치를 서스펜션 스트럿에 고정하기 위해 클램프로서 형성된 외부 슬리브에 의해 간접적으로 좁혀질 수 있거나 좁아질 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
내부 슬리브 및/또는 외부 슬리브는 판금 재료, 특히 강판 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 그와 같이 형성되는 유지 장치는 가볍고 저렴하다. 강판 재료는 스테인리스 강판 재료 및/또는 코팅된 강판 재료인 것이 바람직하다. 구형 세그먼트 형상의 섹션들은 판금 재료의 성형에 의해 생성된다. 또한, 내부 슬리브 및/또는 외부 슬리브는 단조 부품, 주조 부품, 또는 선반 가공 및/또는 밀링 가공 부품으로서 형성될 수도 있다.
승용차 리어 액슬(rear axle) 및 특히 승용차 프런트 액슬(front axle)에 장착되는 휠 서스펜션인 것이 바람직한 본 발명에 따른 자동차용 휠 서스펜션은, 서스펜션 스트럿 및 그 서스펜션 스트럿에 직접적으로 또는 스태빌라이저 바에 의해 간접적으로 고정되는 스태빌라이저를 포함하는데, 이때 스태빌라이저의 고정이 본 발명에 따른 유지 장치에 의해 이뤄진다.
서스펜션 완충 과정에서, 본 발명에 따른 유지 장치에 의해 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바와 서스펜션 스트럿 사이의 보정 이동이 가능하게 되는데, 특히 그 과정에서 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바의 힘의 작용선이 서스펜션 스트럿의 중심선과 교차하고, 그럼으로써 서스펜션 스트럿 및 특히 서스펜션 스트럿의 댐퍼에 작용하는 전단력 및 모멘트가 최소화되도록 보정 이동이 가능하게 된다. 본 발명은 전단력 및 모멘트에 있어 최적화된 스태빌라이저 고정을 가능하게 하고, 그럼으로써 서스펜션 스트럿 또는 댐퍼의 응답 특성이 손상을 받지 않은 채로 유지되게 된다.
서스펜션 스트럿은 스프링-댐퍼 스트럿인데, 스태빌라이저 또는 스태빌라이저 바의 고정은 댐퍼 하우징의 하부 섹션에서, 바람직하게는 댐퍼 하우징의 하부 절반 및 특히 하부 1/3에서 이뤄진다. 본 발명에 따른 휠 서스펜션은 활 모양으로 형성된 스태빌라이저 바(U자형 바)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 휠 서스펜션은 능동 조절가능형(active adjustable) 스태빌라이저를 포함할 수 있다. 능동 조절가능형 스태빌라이저는 예컨대 스태빌라이저의 특성을 변경할 수 있는, 특히 주행 상황에 맞춰 조정할 수 있는 전기 모터 또는 유압 유닛이 사이에 배치된 2개의 부품들로 이뤄진다. 특히, 차대 제어 시스템(예컨대, 능동 차체 컨트롤 시스템(active body control system))과 관련하여, 이미 전술한 바와 같이 서스펜션 스트럿 및 특히 서스펜션 스트럿의 댐퍼에 작용하는 전단력 및 모멘트를 최소화하는 것이 매우 유리한 것으로 판명되었다.
본 발명은 전단력 및 모멘트에 있어 최적화된 스태빌라이저 고정을 가능하게 하고, 그럼으로써 서스펜션 스트럿 또는 댐퍼의 응답 특성이 손상을 받지 않은 채로 유지되게 된다.
이하, 본 발명을 일정한 축척으로 도시된 것이 아닌 개략적인 첨부 도면들에 의거하여 예시적으로 및 비한정적으로 설명하기로 한다. 이때, 첨부 도면들에 도시된 및/또는 후술하는 특징들은 특정의 특징 조합들에 한정됨이 없이 본 발명의 일반적인 특징들을 함께 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 휠 서스펜션을 사시도로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 휠 서스펜션에서 서스펜션 스트럿에 스태빌라이저 바를 고정하는 본 발명에 따른 유지 장치의 제1 실시 방식을 2개의 상세도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유지 장치의 제2 실시 방식을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 유지 장치의 제3 실시 방식을 나타낸 도면이다.
도 1은 자동차 프런트 액슬에 있는 휠(100)에 사용되는 휠 서스펜션(200)을 도시하고 있다. 전방 주행 방향이 화살표 "D"로 지시되어 있다. 휠 서스펜션(200)은 하나의 스티어링 너클(210)과 다수의 링크들(220, 230, 240, 250)을 구비하는 소위 멀티 링크 구조이다. 도면 부호 "260"은 타이 로드를 가리키고, 도면 부호 "265"는 스티어링 기어를 가리킨다. 또한, 서스펜션 스트럿, 즉 스프링-댐퍼 스트럿(280)이 휠 서스펜션(200)에 부속되는데, 그 스프링-댐퍼 스트럿(280)은 그 상단에서 스프링 핀(400)에 고정되고, 그 하단에서 피스톤 로드(283)에 의해 위시본(wishbone)(240)에 고정된다. 서스펜션 스트럿(280)은 코일 스프링(281) 및 댐퍼(282)를 포함하고, 댐퍼(282)는 원통형 댐퍼 하우징(282)을 구비한다. 댐퍼 하우징(282)의 하부 영역에서는, 활 모양의 스태빌라이저 바(커플링 로드)의 상단이 유지 장치(300)에 의해 옆에서 서스펜션 스트럿(280)에 고정되는데, 스태빌라이저 바는 그 타단, 즉 하단에서 조인트(271)에 의해 스태빌라이저(270)와 연결된다. 도면 부호 "272"는 스태빌라이저 베어링을 가리킨다.
도 2a는 유지 장치(300)의 제1 실시예를 단면도로 도시하고 있다. 유지 장치(300)는 원통형 댐퍼 하우징(282)의 둘레에 맞물리거나 댐퍼 하우징(282)을 감싸는 대략 중공 원통형의 내부 슬리브(310) 및 그 내부 슬리브(310)를 둘러싸는 역시 대략 중공 원통형의 외부 슬리브(320)를 포함한다. 외부 슬리브(320)는 스태빌라이저 바(275)를 고정하기 위한 고정 섹션(325)을 구비한다. 고정은 포지티브 로킹(positive locking) 또는 인터로킹(interlocking) 방식으로 및/또는 재료 접합 방식으로 이뤄질 수 있고, 원칙적으로 분리 가능하게 또는 분리 가능하지 않게 이뤄질 수 있다. 내부 슬리브(310)와 외부 슬리브(320) 사이에는 엘라스토머 재료로 이뤄진 고무 탄성체(330)가 위치한다. 내부 슬리브(310)와 외부 슬리브(320)는 특히 판금 성형 부품, 단조 부품, 주조 부품, 또는 선반 가공 및/또는 밀링 가공 부품으로서 금속 재료로 형성된다. 유지 장치(300)는 고무 금속 베어링으로도 지칭될 수 있다.
내부 슬리브(310)와 외부 슬리브(320)에는 그 전체의 둘레에 걸쳐 대응하는 구형 세그먼트 형상의 섹션들(311, 321)이 형성된다. 길이 방향 축(L)에 있어 반지름 방향의 바깥쪽으로 볼록하게 된 구형 세그먼트 형상의 면 섹션들(311, 321)은 내부 슬리브(310)의 반지름(R)을 갖는 볼 조인트를 형성하는데, 이때 내부 슬리브(310)는 조인트 헤드로서의 기능을 하고, 외부 슬리브(320)는 조인트 소켓으로서의 기능을 한다. 길이 방향 축(L)을 따르는 외부 슬리브(320)와 내부 슬리브(310) 사이 또는 스태빌라이저 바(275)와 서스펜션 스트럿(280) 사이의 병진 이동이 불가능하거나, 고무 탄성체(330)의 탄성에 의해 제한적으로만 가능하게 된다. 그러나 볼 조인트 또는 볼 조인트 방식의 구성은 외부 슬리브(320)와 내부 슬리브(310) 사이의 회전 보정 이동을 가능하게 하고, 그에 따라 스태빌라이저 바(275)와 서스펜션 스트럿(280) 또는 댐퍼(282) 사이의 회전 보정 이동을 가능하게 한다. 모든 회전 보정 이동들의 중심점이 항상 서스펜션 스트럿(280)의 길이 방향 축 또는 중심선(L) 상에 놓이는데, 그것은 힘의 작용선과 관련하여 유리하고, 댐퍼(282)에 작용하는 교란하는 힘(disturbing forces) 및 모멘트를 최소화하는 결과를 가져온다. 여기서, 교란하는 힘은 특히 전단력이고, 모멘트는 특히 서스펜션 스트럿 중심선(L)을 중심으로 한 비틀림 토크이다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 스태빌라이저 바(275)의 고정 지점 또는 조인트가 중립 위치에서 서스펜션 스트럿(280)의 길이 방향 축 또는 중심선(L) 상에 위치한다. 그러나 스프링 압축 및 스프링 팽창 시에는, 중심선(L)으로부터의 편이가 발생하는데, 유지 장치(300)에 의해 가능하게 되는 보정 이동에 의해 단지 작은 전단력 및 모멘트만이 댐퍼(282)에 작용하게 된다. 그럼으로써, 특히 스프링 팽창 시에, 댐퍼(282)의 응답 특성이 선행 기술에 비해 현저하게 개선된다.
도 2b는 동일한 유지 장치(300)를 도 2a에 표시된 단면 경로 "A-A"에 따른 단면도로 도시하고 있다. 외부 슬리브(320)는 별개로 바깥쪽에 놓이는 텐션 링(323)을 구비하는 클램프로서 형성되고, 축 방향으로 연장된 슬릿을 포함하는데, 슬릿은 양쪽에서 반지름 방향으로 바깥쪽으로 돌출된 브래킷들(327, 328)과 접경하고, 브래킷들(327, 328)은 클램핑 나사(350)(카운터 너트를 동반한)에 의해 연결되거나 나사 체결된다. 내부 슬리브(310)와 고무 탄성체(330)도 역시 축 방향으로 연장된 슬릿을 각각 포함하는데, 모든 슬릿들은 반지름 방향으로 서로 일렬로 정렬되어 하나로 연결된 슬릿(360)을 이룬다. 클램핑 나사(350)를 조임으로써, 외부 슬리브(320)가, 그리고 그에 의해 내부 슬리브(310)도 좁혀지고, 그럼으로써 유지 장치(300)를 원통형 댐퍼 하우징(282)에 분리 가능하게 고정하는 것이 가능하게 된다.
도 3은 내부 슬리브(310)와 외부 슬리브(320)가 예컨대 판금 성형 부품으로서 형성되는 유지 장치(300)의 다른 실시 방식을 도시하고 있다. 스태빌라이저 바(275)를 외부 슬리브(320)의 고정 섹션(325)에 고정하는 것은 예컨대 용접에 의해 이뤄진다. 고정 섹션(325)의 구성이 힘의 입력점을 결정하고, 활 모양이 아닌 스태빌라이저 바(275)와 조합되어 작용하는 스태빌라이저 힘의 작용 방향도 결정한다. 중립 상태에서의 힘의 작용선이 도면 부호 "W1"로 지시되어 있다. 스프링 압축 시에는 편향이 발생하지만, 결과적으로 생기는 힘의 작용선(W2)이 여전히 서스펜션 스트럿(280)의 길이 방향 축 또는 중심선(L)과 이상적으로는 유지 장치(300)의 영역에서 교차하고, 그럼으로써 전술한 바와 같이 서스펜션 스트럿(280)에 작용하는, 특히 댐퍼(282)에 작용하는 전단력 및 모멘트가 최소로 작게 유지되게 된다.
도 4는 특히 금속제의 개재 슬리브(340)에 의해 분리된 2개의 고무 탄성체들(331, 332)이 구비되는 유지 장치(300)의 또 다른 실시 방식을 도시하고 있다. 그것은 고무 금속 베어링(300)이 반지름 방향으로 경성의(hard), 그러나 토션 연성의(torsionally soft) 베어링 특성 곡선을 갖게 되는 결과를 가져온다. 고무 탄성체들(331, 332)을 금속 슬리브들(310, 340, 320)에 연결하는 것은 접착 또는 직접적인 고무 경화에 의해 이뤄질 수 있다.
100: 휠 200: 휠 서스펜션
210: 스티어링 너클 220, 230, 240, 250: 링크(위시본)
260: 타이 로드 265: 스티어링 기어
270: 스태빌라이저 271: 조인트
272: 스태빌라이저 베어링 275: 스태빌라이저 바
280: 스프링-댐퍼 스트럿 281: 코일 스프링
282/382: 댐퍼 하우징 283: 피스톤 로드
300: 유지 장치 310: 내부 슬리브
311/321: 섹션 320: 외부 슬리브
323: 텐션 링 325: 고정 섹션
327/328: 브래킷 330/331/332: 고무 탄성체
340: 개재 슬리브 350: 클램핑 나사
360: 슬릿 400: 스프링 핀
L: 길이 방향 축 W1/W2: 힘의 작용선

Claims (11)

  1. 서스펜션 스트럿(280)에 스태빌라이저(270) 또는 스태빌라이저 바(275)를 고정하는 유지 장치(300)로서,
    - 서스펜션 스트럿(280)의 둘레에 맞물리는 내부 슬리브(310), 및
    - 그 내부 슬리브(310)를 둘러싸고, 스태빌라이저(270) 또는 스태빌라이저 바(275)를 고정하기 위한 고정 섹션(325)을 구비하는 외부 슬리브(320)를 포함하되,
    상기 외부 슬리브(320)와 상기 내부 슬리브(310) 사이의 회전 보정 이동을 가능하도록 하기 위해, 서로 맞물리고 전체의 둘레에 걸쳐 연장되는 구형 세그먼트 형상의 섹션들(311, 321)이 상기 내부 슬리브(310)와 상기 외부 슬리브(320)에 형성되고,
    상기 유지 장치는 볼 조인트 방식의 구성을 형성하고 모든 회전 보정 이동들의 중심점이 항상 서스펜션 스트럿(280)의 길이 방향 축(L) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내부 슬리브(310)와 상기 외부 슬리브(320) 사이에 적어도 하나의 고무 탄성체(330, 331, 332)가 배치되는 것을 특징으로 하는 유지 장치(300).
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 외부 슬리브(320)는 클램프로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    클램프로서 형성되는 상기 외부 슬리브(320)는 축 방향으로 연장된 슬릿(360)을 구비하되, 그 슬릿(360)의 양측에 반지름 방향으로 돌출된 브래킷들(327, 328)이 배치되고, 그 브래킷들(327, 328)은 적어도 하나의 클램핑 나사(350)에 의해 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 내부 슬리브(310)는 축 방향으로 연장된 슬릿(360)을 구비하고, 유지 장치(300)를 상기 서스펜션 스트럿(280)에 고정하기 위해 클램프로서 형성된 상기 외부 슬리브(320)에 의해 간접적으로 좁혀질 수 있는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브(310) 또는 상기 외부 슬리브(320)는 판금 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  7. 자동차용 휠 서스펜션(200)으로서,
    서스펜션 스트럿(280) 및, 그 서스펜션 스트럿(280)에 직접적으로 또는 스태빌라이저 바(275)에 의해 간접적으로 고정되는, 스태빌라이저(270)를 포함하되,
    상기 스태빌라이저의 고정이, 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 따른 유지 장치에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 하는 자동차용 휠 서스펜션.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 서스펜션 스트럿(280)은 스프링-댐퍼 스트럿 또는 맥퍼슨(McPherson) 서스펜션 스트럿이고, 상기 스태빌라이저(270) 또는 스태빌라이저 바(275)의 고정이 해당 댐퍼 하우징(282)의 하부 섹션에서 이뤄지는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션.
  9. 제 7항에 있어서,
    활 모양으로 형성된 스태빌라이저(275)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 스태빌라이저(270)는 능동 조절가능형 스태빌라이저(active adjustable stabilizer)인 것을 특징으로 하는 휠 서스펜션.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 내부 슬리브(310) 및 상기 외부 슬리브(320)는 판금 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
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