KR101714166B1 - 자동차 후륜용 휠 캐리어 구조 - Google Patents

자동차 후륜용 휠 캐리어 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조에 관한 것으로, 상측에 어퍼 암이 장착되는 어퍼암 장착부(201)와, 트레일링 암 장착부(202), 로워암 장착부(206) 및 하측에서 어시스트 암이 장착되는 지지부 및 외측으로 돌출된 브레이크 캘리퍼 장착부(204)가 형성되어 있고, 중앙에는 베어링용 홀(208)이 형성된 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조에 있어서, 어시스트 암의 단부와 회동가능하게 연결하도록 "ㄷ" 자 형태로 서로 이격된 하측의 어시스트암 연결부(221)와, 상기 연결부의 평탄한 상면(224)에서 상방향으로 돌출되어 형성된 스테빌라이저 바 연결부(225) 및 상기 연결부 상면(224)에서 상기 연결부(225)와 이격된 위치에서 상방으로 돌출 형성된 연결부(227)를 포함하는 링크(220)가 상기 캐리어 하측의 지지부(210)에 제공된 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 별도의 링크에 의해 휠 캐리어와 어시스트 암 및 스테빌라이저를 연계되게 연결하여 롤 발생시 내륜과 외륜에서의 추가적인 토-인, 토-아웃 발생으로 선회시 바디 슬립각이 축소되어 핸들링 성능이 향상되는 효과와, 범프 스티어를 롤스티어와 독립되게 제어할 수 있게 되므로 직진 도로에서는 롤스티어를 작게 가져가서 직진 안정성을 향상시키고, 선회시에는 스테빌라이저 바와 횡력의 조랍으로 롤스티어가 커지게 되어 조종안정성이 향상되는 효과가 있다.

Description

자동차 후륜용 휠 캐리어 구조{A CARRIER STRUCTURE FOR REAR WHEELS OF CAR}
본 발명은 자동차 후륜용 휠 캐리어 구조에 관한 것으로, 특히 차량의 조종 안정성 향상을 위해 가변 스티어 구조를 갖도록 개선된 자동차 후륜용 휠 캐리어 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 주행중 휠이 상하로 움직이면 동력학적 특성에 의해 토우의 변화가 일어는데, 예를들어 범프방향으로 휠이 움직이면 전륜은 토아웃, 후륜은 토인으로 변화되고, 반대로 리바운드방향으로 휠이 움직이면 전륜은 토인, 후륜은 토아웃으로 변화된다. 이러한 동력학적 특성에 의해 나타나는 동적 얼라인먼트의 변화는 크게 범프 스티어, 롤 스티어 두 가지가 있다.
상기 범프 스티어(Bump Steer)는 주행중 지면의 요철(굴곡)에 의해 서스펜션 지오메트리가 변화되면서 토인 또는 토아웃이 발생하는 현상으로 조향핸들을 움직이지 않아도 차의 방향성이 흔들리게 되며, 불규칙한 노면을 지나가거나 가속 또는 감속에 의해 전륜과 후륜에 범프와 리바운드가 일어날 때 발생하는 전후륜의 토우 변화를 뜻한다. 자동차의 가속시에 전륜은 리바운드가 되면서 토인, 후륜은 범프가 되면서 토인이 되고, 감속시에는 반대로 전륜은 범프(Nose Down)가 되면서 토아웃이 되고, 후륜은 리바운드가 되면서 토아웃이 된다.
또한, 롤 스티어(Roll Steer)는 바퀴의 상하운동에 따라 얼라인먼트가 변화하기 때문에 주행중 전동(Roll)에 따라 타이어의 방향이 변하며 조향핸들 조작을 한 것과 같은 효과가 발생하며, 차량은 선회시 원심력에 의해 바깥으로 나가려는 힘과 타이어의 접지력에 의해 밀리지 않으려는 힘이 상충하게 되어 차체가 기울어지게 된다. 자동차의 코너링중 바깥쪽 스프링은 압축이 되고 안쪽 스프링은 인장이 되는데 이때 얼라인먼트가 변하며 그중 토우의 변화는 선회특성에 영향을 주게 된다.
롤 스티어는 차량이 선회하는 동안 롤링이 생기고 이로 인해 코너링 방향에 따라 각각 좌우에 범프와 리바운드가 발생할 때 나타나는 전륜후륜의 토우 변화를 뜻하며, 예를들어, 왼쪽으로 코너를 돌 때 롤링에 의해 조수석쪽은 가라앉고(범프) 운전석쪽은 리바운드가 됨에 따라 자동차 프런트 운전석쪽은 토인, 조수석쪽은 토아웃이 되고 후륜의 운전석쪽은 토아웃, 조수석쪽은 토인이 된다.
특히, 자동차 후륜의 롤 스티어/횡력스티어는 바디슬립각에 큰 영향을 미치는 설계인자로서 이는 차량의 조종 안정성 주관평가 결과에도 영향을 크게 준다. 후륜의 롤스티어를 크게 설정하면, 선회시 조종안정성이 좋아지지만, 직진도로에서의 안정성은 저하된다.
이러한 문제의 개선을 위해 한국 공개특허공보 제10-2007-0062072호(2007년06월15일)에는 ECU가 모터를 구동하고, 모터에 의해 승하강하는 승강블럭과 너클에 연결된 어시스트암의 위치를 가변시켜 너클의 위치를 가변시킴으로써 차량의 토인값을 증감시키도록 하는 자동차의 토 조절장치가 개시되어 있다.
또한, 한국 등록특허 제10-0372416호(2003년02월04일)에는 차속센서와, 리어휠의 정렬상태를 감지하는 위치센서와, 상기 차속센서 및 위치센서로부터의 신호를 전달받아 차량이 선회주행상태인지를 판별함과 동시에 리어액슬이 범프나 또는 리바운드될 때 상기 리어휠의 위치가 차체의 횡방향으로 이동되었는지를 판별하는 전자제어유니트와, 차량이 선회주행상태이면서 리어휠이 차체의 횡방향으로 이동될 때 전자제어유니트의 제어에 따라 구동되면서 래터럴로드의 일단을 차체브라켓트에 형성된 안내홈을 따라 강제이동시켜 롤스티어 현상을 제거하는 액츄에이터로선회주행시 차체브라켓트에 결합된 래터럴로드의 위치를 조절하여 언더스티어현상과 오버스티어현상이 최대한 발생되지 않도록 함으로써 조정의 안정성을 향상시키고 승차감을 향상시키도록 된 자동차의 롤스티어 제어장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허기술에서와 같이 별도의 롤스티어 제어장치 또는 토 조절장치를 채용하는 것은 캐리어 주변의 제한된 영역에 의해 설치에 문제가 있고 자동차 제조비용의 상승을 초래하고, 즉각적인 응답성을 얻기 어려운 문제점이 있다.
또한, 한국 공개특허 제10-2014-0077040호(2014년06월23일)에는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 타이어가 장착된 휠과 연결되는 캐리어(103)가 장착되는 너클(105)과, 상기 너클의 일측에 차량의 전방을 향하여 장착되는 트레일링 암(107)과, 상기 너클의 상부와 하부 일측에 각각 장착되는 어퍼 암(111), 및 로어 암(109)과, 상기 트레일링 암에 대응하여 너클의 하부 타측에 장착되는 어시스트 암(113)과, 상기 트레일링 암의 후방에서 상기 너클과 차체에 연결되는 쇽 업소버(117)를 포함하는 멀티링크 타입 현가장치에서 차체와 연결되는 스프링(119)을 장착하기 위한 멀티링크 타입 현가장치용 스프링 장착유닛이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허기술차량의 조종 안정성을 개선하기 위해 롤스티어를 증가시키면, 범프스티어도 증가하여 직진 안정성이 떨어지게 되므로 롤스티어의 증가에도 한계가 있고, 또한 횡력스티어도 조종안정성 향상을 위해 증가시켜야 하지만 부시 경도를 낮추는데 한계가 있는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-0372416호(2003년02월04일) 한국 등록특허 제10-0372416호(2003년02월04일) 한국 공개특허공보 제10-2007-0062072호(2007년06월15일) 한국 공개특허 제10-2014-0077040호(2014년06월23일)
본 발명의 목적은 종래 기술에 대한 문제점을 해결하기 위하여 어시스트 암과 캐리어를 연결함과 함께 스테빌라이저 바와 연결하여 범프 스티어와 롤스티어를 독립적으로 제어하도록 된 링크를 구비한 자동차 후륜용 휠 캐리어 구조를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조는, 상측에 어퍼 암이 장착되는 어퍼암 장착부와, 트레일링 암 장착부, 로워암 장착부 및 하측에서 어시스트 암이 장착되는 지지부 및 외측으로 돌출된 브레이크 캘리퍼 장착부가 형성되어 있고, 중앙에는 베어링용 홀이 형성된 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조에 있어서,
어시스트 암의 단부와 회동가능하게 연결하도록 "ㄷ" 자 형태로 서로 이격된 하측의 어시스트암 연결부와, 상기 연결부의 평탄한 상면에서 상방향으로 돌출되어 형성된 스테빌라이저 바 연결부 및 상기 연결부 상면에서 상기 스테빌라이저 바 연결부와 이격된 위치에서 상방으로 돌출 형성되고 캘리퍼와 연결되는 연결부를 포함하는 링크가 상기 캐리어 하측의 지지부에 제공된 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기 스테빌라이저 바 연결부의 상면에는 작동을 제한하기 위한 부시가 제공될 수 있다.
롤 발생이 없는 경우에 대하여, 횡력이나 스테빌라이저 바의 힘이 캐리어에 대하여 어떠한 작용도 하지 않도록, 상기 링크는 상기 스테빌라이저 바 연결부와 캐리어의 연결점과 어시스트 암이 연결되는 연결점으로서의 링크의 지지부 사이의 간격(A)의 변동이 없도록 구성된다.
또한, 롤 발생시 선회내륜에서 추가적인 토-아웃이 발생되도록, 상기 링크는 휠의 외측방향으로 캐리어에 작용하는 횡력과 스테빌라이저 바의 상향의 작용력에 의해 링크의 연결 단부가 상방향으로 당겨져서 상기 링크가 캐리어와의 연결부를 중심으로 반시계방향 방향으로 회동하도록 구성된다.
롤 발생시 선회외륜에서 추가적인 토-인이 발생되도록, 상기 링크는 휠의 내측방향으로의 횡력이 작용하며 스테빌라이저 바에 의한 하향으로의 작용력에 의해 링크의 연결 단부가 하방으로 눌려져서 상기 링크가 캐리어와의 연결부를 중심으로 시계방향 방향으로 회동하도록 구성된다.
본 발명에 따라, 별도의 링크에 의해 휠 캐리어와 어시스트 암 및 스테빌라이저를 연계되게 연결하여 롤 발생시 내륜과 외륜에서의 추가적인 토-인, 토-아웃 발생으로 선회시 바디 슬립각이 축소되어 핸들링 성능이 향상되는 효과와, 범프 스티어를 롤스티어와 독립되게 제어할 수 있게 되므로 직진 도로에서는 롤스티어를 작게 가져가서 직진 안정성을 향상시키고, 선회시에는 스테빌라이저 바와 횡력의 조랍으로 롤스티어가 커지게 되어 조종안정성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 휠 캐리어 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명에 따라 별도의 링크를 구비한 후륜측 휠 캐리어의 개략적인 사시도.
도 3은 도 2의 링크의 사시도.
도 4는 롤 발생이 없을 때의 도 2의 휠 캐리어의 측면도.
도 5는 롤 발생시 후륜의 선회내륜측 휠 캐리어의 측면도.
도 6은 롤 발생시 후륜의 선회외륜측 휠 캐리어의 측면도.
이하에서는 본 발명에 의한 자동차 휠 캐리어 구조의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2와 3에 있어서, 본 발명에 따른 자동차 후륜 캐리어 구조에서 후륜 캐리어(200)는 상측에 어퍼 암이 장착되는 어퍼암 장착부(201)와, 트레일링 암 장착부(202), 하측의 로어 암 장착부(206), 하측에서 어시스트 암을 장착하기 위한 별도의 링크(220)를 지지하는 지지부(210), 외측으로 돌출된 브레이크 캘리퍼 장착부(204)가 형성되어 있고, 중앙에는 베어링용 홀(208)이 형성되어 있다. 도면의 간략화를 위해 어퍼암과, 트레일링 암, 브레이크 캘리퍼 및 베어링 등이 생략되어 있다.
본 발명에 따라 캐리어에 제공되는 상기 링크(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 어시스트 암의 단부와 회동가능하게 연결하도록 "ㄷ" 자 형태로 이격된 다리부들 사이에 (도면에 도시되지 않은) 어시스트암이 회동가능하게 연결되는 하측의 어시스트암 연결부(221)와, 상기 어시스트암 연결부의 평탄한 상면(224)에서 어시스트암 연결부에 대해 상방향으로 돌출된 다음 수평으로 형성된 (도면에 도시되지 않은) 스테빌라이저 바가 연결되는 스테빌라이저 바 연결부(225) 및 상기 연결부 상면(224)에서 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)와 이격된 위치에서 상방으로 돌출 형성되어 캐리어의 지지부(210)에 회동가능하게 연결되는 연결부(227)를 포함하여 구성된다.
상기 연결부(227)의 상면에는 작동을 제한하기 위한 부시(226)가 제공될 수 있다.
이와 같이 캐리어(200)의 지지부(210)에 장착되는 별물 링크(220)의 어시스트암 연결부(221)에 어시스트암(230)이 연결되고, 스테빌라이저 장착부(225)에서 스테빌라이저가 장착된 본 발명의 캐리어 구조에서 롤 발생시의 작동을 도 4 내지 6을 참고하여 설명하기로 한다.
일반적으로 차량이 선회하는 동안 롤링이 생기고 이로 인해 코너링 방향에 따라 각각 좌우에 범프와 리바운드가 발생할 때, 전륜후륜의 토우 변화가 나타난다. 즉, 왼쪽으로 코너를 돌 때 롤링에 의해 외륜쪽은 범프가 되고(가라앉고) 내륜쪽은 리바운드(튕겨오른다)가 된다. 이로 인해 프런트(전면) 내륜쪽은 토인, 외륜쪽은 토아웃이 되고 리어(후면) 내륜쪽은 토아웃, 외륜쪽은 토인이 된다.
또한, 차량의 선회시에는 선회중심 방향으로 횡력(F)이 캐리어에 작용하게 되며 또한, 선회 외측의 외륜의 범프 거동, 선회 내측의 내륜의 리바운드 거동으로 스테빌라이져 바에 의해 액슬을 상하로 당기는 힘이 링크(220)의 스테빌라이저 장착부(225)에 작용하게 된다. 불규칙한 노면에 의한 범프 시에는 상기한 횡력과 외륜과 내륜에서의 범프/리바운드 거동이 없으므로 범프 스티어만 발생하게 된다.
도 4에는 롤 발생이 없는 경우에 대한 캐리어 구조의 상태가 도시되어 있으며, 롤 발생이 없을 때는 캐리어에서 상기한 횡력이나 스테빌라이저 바의 힘이 링크(220)를 통해 캐리어(200)에 대하여 어떠한 작용도 하지 않으므로 스테빌라이저 바 장착부(225)와 캐리어(200)의 연결점과 어시스트 암이 연결되는 연결점으로서의 링크(220)의 연결부(221) 사이의 간격(A)에는 변동이 없고, 따라서 지오메트리로 결정되는 범프 스티어만 발생된다. 범프 스티어는 주행중 지면의 요철(굴곡)에 의해 서스펜션 지오메트리가 변화되면서 토인 또는 토아웃이 발생하는 현상으로 조향핸들을 움직이지 않아도 차의 방향성이 흔들리게 되므로, 이에 대하여 범프 스티어를 작게 설정함으로써 직진 안정성이 향상된다. 도면에서 미설명된 부호(230)는 어시스트 암이다.
도 5에는 롤 발생시 선회내륜에서의 캐리어(200)와 링크(220)의 상태가 도시되어 있으며, 이 경우 선회내륜에서는 휠의 외측방향으로 캐리어에 횡력이 작용하고, 스테빌라이저 바의 상향의 작용력에 의해 링크(220)의 연결 단부가 상방향으로 당겨지게 됨에 따라, 상기 링크가 캐리어(200)의 지지부(210)와 연결된 연결부(227)를 중심으로 반시계방향 방향으로 회동하고 어시스트암(230)은 상방향으로 들려진다. 따라서, 스테빌라이저 바 연결부(225)와 캐리어(200)의 지지부(210)와 어시스트 암과 링크(220)의 연결점인 연결부(221) 사이의 간격(B)이 상기 간격(A) 보다 커지게 되면서 결과적으로 추가적인 토-아웃이 발생된다.
또한, 롤발생시 선회외륜에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 캐리어에 도 5에서와 반대로 휠의 내측방향으로의 횡력이 작용하며, 스테빌라이저 바에 의한 하향으로의 작용력에 의해 링크(220)의 연결 단부가 하방으로 눌려지게 됨에 따라, 상기 링크(220)가 캐리어(200)와의 연결부를 중심으로 시계방향 방향으로 회동하고, 따라서 스테빌라이저 바 연결부(225)와 캐리어(200)의 연결점과 어시스트 암(230)이 연결부(221)에 연결된 링크(220)의 연결점 사이의 간격(C)이 상기 간격(A) 보다 작아지게 되면서 결과적으로 추가적인 토-인이 발생된다.
종래 기술에서는 차량의 조종 안정성을 개선하기 위해 롤스티어를 증가시키면 범프스티어도 증가하여 직진 안정성이 떨어지게 되는 문제점이 있으나, 본 발명에 따라, 별물의 링크(200)에 의해 휠 캐리어와 어시스트 암 및 스테빌라이저 바를 연계되게 연결하여 롤 발생시 내륜과 외륜에서의 추가적인 토-인, 토-아웃 발생으로 선회시 바디 슬립각이 축소되어 핸들링 성능이 향상되게 한다.
따라서, 본 발명에 따라 별개의 링크에 의해 범프 스티어를 롤스티어와 독립되게 제어할 수 있게 되므로 직진 도로에서는 롤스티어를 작게 가져가서 직진 안정성을 향상시키고, 선회시에는 스테빌라이저 바와 횡력의 조랍으로 롤스티어가 커지게 되어 조종안정성이 향상된다.
본 발명은 기존의 휠 캐리어 구조에 적용하여 휠 캐리어에 별도의 링크로 어시스트 암과 스테빌랑리저 바를 연결하여 직진시와 선회시의 조종안정성을 향상시키도록 이용될 수 있다.
200 : 캐리어 201 : 어퍼암 장착부
202 : 트레일링 암 장착부 204 : 캘리퍼 장착부
206 : 로워암 장착부 208 : 베어링용 홀
210 : 지지부 220 : 링크
221 : 어시스트암 연결부 224 : 상면
225 : 스테빌라이저 바 연결부 227 : 연결부

Claims (5)

  1. 상측에 어퍼 암이 장착되는 어퍼암 장착부(201)와, 트레일링 암 장착부(202), 로워암 장착부(206) 및 하측에서 어시스트 암이 장착되는 지지부 및 외측으로 돌출된 브레이크 캘리퍼 장착부(204)가 형성되어 있고, 중앙에는 베어링용 홀(208)이 형성된 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조에 있어서,
    어시스트 암의 단부와 회동가능하게 연결하도록 "ㄷ" 자 형태로 서로 이격된 하측의 어시스트암 연결부(221)와, 상기 연결부의 평탄한 상면(224)에서 상방향으로 돌출되어 형성된 스테빌라이저 바 연결부(225) 및 상기 연결부의 평탄한 상면(224)에서 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)와 이격된 위치에서 상방으로 돌출 형성되고 캘리퍼와 연결되는 연결부(227)를 포함하는 링크(220)가 상기 캐리어 하측의 지지부(210)에 제공되며,
    롤 발생이 없는 경우에 대하여 횡력이나 스테빌라이저 바의 힘이 캐리어(200)에 대하여 어떠한 작용도 하지 않도록, 상기 링크(220)는 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)와 캐리어(200)의 연결점과 어시스트 암이 연결되는 연결점으로서의 링크(220)의 어시스트암 연결부(221)는 그 사이의 간격(A)의 변동이 없도록 구성되고,
    롤 발생시 선회내륜에서 추가적인 토-아웃이 발생되도록 휠의 외측방향으로 캐리어에 작용하는 스테빌라이저 바의 상향의 작용력에 의해 링크(220)의 연결 단부가 상방향으로 당겨져서 상기 링크가 캐리어(200)와의 연결부를 중심으로 반시계방향으로 회동하도록 되어 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)와 캐리어(200)의 지지부(210)와 어시스트 암과 링크(220)의 연결점인 연결부(221) 사이의 간격(B)이 상기 간격(A) 보다 커지게 되고,
    롤 발생시 선회외륜에서 추가적인 토-인이 발생하도록, 휠의 내측방향으로의 횡력이 작용하며 스테빌라이저 바에 의한 하향으로의 작용력에 의해 링크(220)의 연결 단부가 하방으로 눌러져서 상기 링크가 캐리어(200)와의 연결부를 중심으로 시계방향으로 회동하도록 되어 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)와 캐리어(200)의 연결점과 어시스트 암(230)이 연결부(221)에 연결된 링크(220)의 연결점 사이의 간격(C)이 상기 간격(A) 보다 작아지게 되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 휠 캐리어 구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스테빌라이저 바 연결부(225)의 상면에는 작동을 제한하기 위한 부시(226)가 제공되는 것을 특징으로 하는 자동차용 후륜 휠 캐리어 구조.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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