KR101828355B1 - 차체 시험용 하중 인가장치 - Google Patents

Abstract

다차종 또는 다양한 플로어 조건에 적용 가능한 차체 정강성 시험용 하중 인가장치가 소개된다. 장치는 하중이 인가되는 로딩부 아래에 이격 배치된 서포트(40); 적어도 서포트의 틸팅이 가능하도록, 로딩부와 서포트(40)를 연결하는 조인트(30); 및 서포트의 하부에 설치된 복수의 하부 에어스프링(50);을 포함한다. 로딩부는 지지체(20)와 그 위에 설치된 상부 에어스프링(10)으로 구성될 수 있으며, 조인트(30)의 도움으로 서포트(40)와 지지체(20)가 플로어의 경사나 굴곡에 적응 가능하다.

Description

차체 시험용 하중 인가장치{LOADING APPARATUS FOR VEHICLE BODY TEST}

본 발명은 차체 시험용 하중 인가장치, 특히 정강성 시험시 차체에 하중인 인가하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차체를 설계할 때 고려하는 성능 지수로 정강성, 동강성, 충돌성능이 있다. 이 중 정강성은 차량의 주행 중 발생할 수 있는 비틀림이나 굽힘 등의 변형에 저항하는 정도를 나타내며, 동강성은 차체의 고유진동수를 나타낸다.

정강성은 골격구조를 결정하는데 기본이 되는 것으로 일단은 강성이 만족되어야 진동, 강도, 승차감, 조정 안정성 등의 성능도 만족하게 된다. 따라서 정강성은 차체 설계 시 골조부재의 단면 특성을 결정하는데 첫 번째 조건이 된다.

비틀림 강성 평가는 후방의 차체와 서스펜션의 결합부 2곳을 고정하고 앞쪽의 차체와 서스펜션의 결합부 2개 지점에서 서로 반대방향의 하중을 가하여 차체의 최대 응력 발생 지점을 파악하고 비틀림 변형량을 측정하는 방식으로 이루어진다.

굽힘 강성 평가는 차체와 서스펜션의 결합부 4곳을 고정하고 운전자 거주석에 하중을 가하여 차체의 최대 응력 발생지점과 굽힘 변위량을 측정하는 방식으로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 굽힘 강성 평가 시, 예로서 차체 플로어의 A 지점에 하중을 인가한다. 종래에 있어 하중인가는 필요로 하는 위치에 모래 포대를 적층하는 방식으로 이루어졌다. 10kg, 20kg 등의 모래 포대를 시험자가 직접 이송하여 차체 플로어에 적층한다.

이와 같은 경우 작업시간이 길어지고 고되며 불편할 뿐만 아니라, 일률적인 규격의 모래 포대로는 A 지점을 포함하여 넓게 모래 포대를 적층할 수밖에 없어 원하는 A지점에 목표로 하는 하중을 정확히 인가하기가 어렵다는 문제가 있다.

또한 차체 플로어는 멤버나 프레임 구조로 인하여 울퉁불퉁하기도 하며 경사가 있는데, 모래 포대는 이러한 환경에 부합하지 않는다.

한편 별도로 제작된 지그를 사용하여 하중을 인가하는 방안을 모색해 볼 수 있을 것이다. 이 경우 지그는 원하는 지점에 목표로 하는 하중을 균일하게 가할 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 플로어의 구조나 차종이 다른 경우에도 대비할 수 있어야 하는데, 이 경우 그 각각에 대해 별도의 지그 제작이 필요하다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 원하는 영역에 목표 하중을 인가할 수 있는 차체 시험용 하중 인가장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 차체의 플로어 조건에 적응력이 우수하며 다차종에 적용 가능한 새로운 차체 시험용 하중 인가장치를 제공함을 목적으로 한다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차체 시험용 하중 인가장치는 하중이 인가되는 로딩부; 로딩부 아래에 이격 배치된 서포트; 적어도 서포트가 이를 기준으로 틸팅이 가능하도록, 로딩부와 서포트를 연결하는 조인트; 및 서포트의 하부에 이격 설치된 복수의 하부 에어스프링;을 포함한다.

본 발명에 의하면, 로딩부에 인가되는 하방향 하중이 복수의 하부 에어스프링에 균등 분배되며, 이를 위해 하부 에어스프링들 및 이들에 대한 조인트의 위치가 적절히 결정된다. 예로서 조인트는 하부 에어스프링들 사이의 중간 위치에 배치될 수 있다.

에어스프링은 판스프링, 코일스프링과 비교해 에어스프링은 우수한 방진효과를 갖는다. 내부의 공기압력으로 하중을 지지하며, 외력에 대한 반력을 측정하여 가해진 하중을 추출할 수도 있다. 본 발명의 장치에 사용되는 에어스프링은 방진 등을 위해 사용되는 통상의 에어스프링이 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 조인트가 하부 에어스프링들이 설치된 서포트의 틸팅을 허용하므로 하부 에어스프링들이 차체 바닥의 경사나 굴곡에 응하여 안착될 수 있으며, 조인트가 허용하는 틸팅 자유도가 높을수록 차체 플로어 환경에 대한 적응도도 증가한다.

실시예에 의하면, 조인트는 적어도 서포트에 2방향 이상, 나아가 360도 전방향의 틸팅 자유도를 부여할 수 있도록 구성된다. 실시예에 의하면 조인트로는 볼조인트가 사용될 수 있다.

틸팅 방향은, 조인트를 포함하는 가상의 어떤 수평면을 가정할 때, 조인트를 기준으로 한 동심원 상의 어떤 방향을 의미한다. 360도 전방향이라 함은 해당 동심원을 따라서의 전방향을 의미한다.

서포트로는 여기에 가해지는 하방향 하중을 균등하게 하부 에어스프링들에 분배하기에 적정한 부재나 구조로 선택된다. 서포트는 하부 에어스프링을 수평하게 장착할 수 있는 수평 플레이트, 프레임 등의 구조일 수 있다.

실시예에 의하면, 서포트는 서로 이격 배치되며 각각에 하부 에어스프링이 마련된 2개의 서브 서포트를 포함할 수 있다. 2개의 서브 서포트는 각각 조인트에 의해 로딩부에 연결된다.

또한 실시예에 의하면, 로딩부는 가로방향으로 배치된 지지체를 포함하며, 2개의 서브 서포트는 지지체의 양단부에 세로방향으로 배치되어 각각 조인트에 의해 지지체에 연결될 수 있다.

서포트를 서로 분리된 서브 서포트들로 구성하는 것은 다양한 차체 바닥 환경에 대한 하중 인가장치의 적응성을 향상시키며, 더 나아가 조인트가 서브 서포트들 및 지지체 각각에 360도 전방향의 틸팅 자유도를 허용하게 되면, 장치의 활용성은 더욱 커진다.

실시예에 의하면 하중 인가장치는, 하부 에어스프링의 위치나 서브 서포트들 간의 간격 등을 조절할 수 있도록 구성된다. 이에 의하면 다차종의 차체 시험에 적용하기 편리하다.

실시예에 의하면, 로딩부는 지지체 상에 마련된 상부 에어스프링을 더 포함할 수 있다. 상부 에어스프링은 외부 하중이 인가되는 상면과 지지체에 고정되는 하면을 구비하며, 상면과 하면 사이의 중간에는 둘레를 따라 잘록한 밸리(vallely)가 형성된다.

상부 에어스프링은 차량 플로어에 단차나 경사 등이 있더라도 공압기나 유압기 등을 이용하여 상면에 수직한 방향으로 하중을 가할 수 있도록 한다. 밸리는, 수직 하중에 대해 상면은 수평을 유지한 상태에서, 하면이 지지체의 틸팅 동작에 응하여 함께 틸팅될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 차체 시험용 하중 인가장치는, 장치가 놓이는 차량 플로어에 단차나 경사 등이 있더라도, 이를 하부 에어스프링이 직접 흡수할 수 있고 또 서포트 및 지지체가 틸팅되면서 추가 흡수할 수 있다.

본 발명에 따른 차체 시험용 하중 인가장치는 차체의 플로어 조건에 대한 적응력이 뛰어나며, 또한 다차종의 차체 시험에 적용 가능하다.

또한 본 발명에 따른 차체 시험용 하중 인가장치는, 상부로부터 가해진 하중이 하부 에어스프링들에 균등 분배할 수 있고 원하는 영역에 목표 하중을 정확히 인가할 수 있다.

도 1은 차체의 굽힘 강성 평가를 위한 하중 인가 위치를 보인 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차체 시험용 하중 인가장치의 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차체 시험용 하중 인가장치의 모식도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 시험용 하중 인가장치의 개략도,
도 5는 도 4에 도시된 장치를 정면에서 본 도면,
도 6은 도 4에 도시된 하중 인가장치를 차체 시험에 적용할 경우의 배치 예를 개략적으로 보인 도면,
도 7은 도 4에 도시된 장치의 하중 분배구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.

도 2에는 본 발명에 따른 하중 인가장치의 컨셉을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 양단에 탄성체(110,120)가 설치된 서포트(100)의 중앙(P1)에 하중(F1)을 인가하는 경우, 중앙(P1)로부터 각 탄성체(110,120)가 설치된 지점(P1,P2)까지의 거리(L1,L2)가 동일하다면, F2=F3의 관계가 된다. F1은 수직하게 인가되며, 탄성률(K1)는 동일하다.

F2=F3의 관계는 서포트(100)가 수평하게 놓이거나 혹은 경사지게 놓이더라도 마찬가지이다. 2개의 탄성체(110,120)가 놓여진 바닥면의 경사로 인하여 서포트(100)가 θ의 각도로 기울어지는 경우, sin(θ)값은 P2, P3 지점에서 서로 동일하다.

도 2에서와 같이 서포트(100)에 틸팅 자유도가 주어지는 경우, 바닥면의 경사에 응하여 탄성체들(110,120)가 놓이는 위치에 단차가 허용될 수 있고, 또 F1의 하중이 이들 탄성체(110,120)에 균등 분배될 수 있다. 도 2에서 F2, F3는 반력으로 표시되어 있다.

도 3을 참조하여, 실시예에 따른 차체 시험용 하중 인가장치에 대해 살펴본다.

도 3에서 보듯이, 실시예에 따른 하중 인가장치(200)는 하중이 인가되는 로딩부(210), 로딩부(210) 아래에 조인트(220)에 의해 연결된 서포트(230)를 구비한다. 서포트(230)의 하부에는 2개의 에어스프링(240)이 이격 배치된다.

로딩부(210)는 외부로부터 하중을 인가되는 부위이다. 인가된 하중이 조인트(220)를 통해 서포트(230)로 안정적으로 전달될 수 있도록 구성되며, 또 조인트(220)가 복수 개 사용되는 경우 각 조인트(220)로 하중이 균등 배분될 수 있도록 구성된다.

조인트(220)는 적어도 서포트(230)에 틸팅 자유도를 제공한다. 서포트(230)는 전후방향으로 틸팅될 수 있으며, 나아가 전후좌우 혹은 서포트(230)를 포함하는 가상의 수평면 상에서 전방향 틸팅 가능하도로 구성될 수 있다.

도 3의 실시예에서 조인트(220)로부터 각 에어스프링(240)이 장착된 위치까지의 거리는 서로 동일하다. 서포트(230)가 전후방향 틸팅되는 경우, 조인트(220)를 통해 2개의 에어스프링(240) 배분되는 하중은 동일하다.
도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 하중 인가 시험 시, 조인트(220)는 수평방향 이동하지 않는다. 조인트(220)를 통해 에어스프링들(240) 배분되는 하중은 동일해야 하기 때문이다. 각 에어스프링(240)의 상단은 서포트(230)에 고정되며 하단은 자유단이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 다른 실시예에 따른 차체 시험용 하중 인가장치에 대해 살펴본다. 본 실시예에 의하면 서포트(40)는 하나가 아닌 복수 개의 서브 서포트(40a,40b)로 구성되며, 하중은 상부 에어스프링(10)을 통해 인가된다.

도 4에서 보듯이, 하중 인가장치는 하중이 인가되는 로딩부(10,20), 로딩부(10,20) 아래에 조인트(30)에 의해 연결된 서포트(40:40a,40b)를 구비한다. 서포트(230)의 하부에는 4개의 에어스프링(240)이 이격 배치된다.

본 실시예에 의하면, 로딩부(10,20)는 상부 에어스프링(10)과 지지체(20)를 구비하며, 서포트(40)는 서로 이격 배치된 복수의 서브 서포트(40a,40b)를 구비한다.

상부 에어스프링(10)은 격벽이 있을 수 있으나 속이 빈 고무튜브 형태로, 외부 하중이 인가되는 상면(11)과 지지체(20)에 고정된 하면(12), 그리고 상면(11)과 하면(12) 사이의 중간에 둘레를 따라 잘록하게 형성된 밸리(13, vallely)를 구비한다.

위와 같은 상부 에어스프링(10)은 외부 하중이 인가되는 상면(11)은 수평을 유지하면서도 지지체(20)에 고정된 하면(12)은 지지체(20)의 틸팅 동작에 응하여 함께 틸팅될 수 있다.

지지체(20)는 상부 에어스프링(10)을 고정 및 지지하기 위한 부재이자, 상부 에어스프링(10)으로부터의 하중을 그 양단에 배치된 조인트(30)에 균등하게 분배하는 역할을 한다. 지지체(20)는 가로(좌우)방향으로 배치된다.

서포트(40)는 지지체(20)의 양단부에서 서로 이격되어 세로방향으로 배치된 2개의 서브 서포트(40a,40b)로 구성된다. 서브 서포트(40a,40b)는 3개 이상일 수 있으며, 서브 서포트들(40a,40b)은 각각 조인트(30)에 의해 지지체(20)와 연결된다.

조인트(30)로는 적어도 각 서브 서포트(40a,40b)에 360도 전방향으로의 틸팅 자유로를 제공할 수 있는 볼조인트가 사용될 수 있다. 조인트(30)는 또한 지지체(20)에 적어도 전후방향으로의 틸팅 자유도를 제공하는 것이 바람직하다.

서포트(40)가 분리된 2개의 서브 서포트(40a,40b)로 구성되고 이들 서브 서포트(40a,40b)가 각각의 조인트(30)를 매개로 지지체(20)에 연결된 구조이기에, 본 실시예에 따른 하중 인가장치는 다양한 차종, 다양한 플로어 환경에 적응 가능하다.

각 서브 서포트(40a,40b)의 양단부에는 각각 하부 에어스프링(50)이 2개씩 배치된다. 서브 서포트(40a,40b)나 하부 에어스프링(40)의 수는 필요에 따라 선택될 수 있을 것이다.

도 4 및 도 5에서 보듯이, 하부 에어스프링(50)은 밸리를 갖지는 않으며, 상부와 하부에는 안정성과 하부 에어스프링(50)에 정압이 가해질 수 있도록 금속 플레이트(51)가 마련된다. 하부의 금속 플레이트(51)에는 고르지 못한 차체 바닥면에 밀착될 수 있도록 고무패드(52)가 마련된다.

한편 상부 에어스프링(10)은 지지체(20)에 볼팅 고정(F)되며, 하부 에어스프링(50)은 서포트(40)에 볼팅 고정(F)된다. 볼팅 고정 위치는 다양한 차종에 적용 가능하도록 변경될 수 있고, 이를 위해 지지체(20)나 서포트(40)에 복수의 고정홀(21,41)이 형성된다.

계속해서 도 4 및 도 5를 참조하면, 상부 에어스프링(10)은 지지체(20)의 중앙에 배치된다. 상부 에어스프링(10)의 설치위치, 즉 하중인가 지점으로부터 지지체(20) 양단부의 조인트(30)까지의 거리(L1,L2)가 동일하게 설정된다.

또한 각 서브 서포트(40a,40b)에 있어서, 조인트(30)로부터 그 양단부의 하부 에어스프링(50)까지의 거리도 동일하게 설정된다.

위와 같은 구조에 의하면, 상부 에어스프링(10)에 F1의 하중이 인가되는 경우, 그 하중은 조인트(30)를 통해 각각의 서브 서포트(40a,40b)에 균등 분배(F2=F3)되며, 각 서브 서포트(40a,40b)에 전달된 하중은 하부 에어스프링(50)으로 균등 분배된다.

상하부 에어스프링(10,50)은 내부에 에어가 채워지고 밀폐된 에어 튜브로 볼 수 있다. 일례로 위로부터 외력이 가해지는 경우 에어스프링(10,50)은 탄성 변형되면서 하부로 외력을 전달할 수 있으며, 또 마찬가지로 외력이 가해지는 상부 측에 반력을 제공한다. 도 5에서 F2, F3는 반력으로 표시되어 있다.

도 6을 참조하면, 실시예에 따른 하중 인가장치(1)는, 운전석이나, 차량 1열에 플로어(2)의 센터 멤버(2a) 양측, 즉 운전석과 조수석에 걸쳐서 배치될 수 있다. 통상 이들 영역에서는 전방이 후방보다 낮으며, 경우에 따라서는 장치(1) 배치 시 좌우 높낮이가 동일하지 않을 수도 있는데, 실시예에 따른 하중 인가장치는 이러한 환경에도 적용 가능하다.

도 6에서 앞서 살펴본 상부 에어스프링(10)은 생략되어 있다. 공압기 등을 이용하여 하중 인가지점(LP)을 가압하면, 지지체(20) 양단에 배치된 조인트(30)를 통해 양 사이드에 배치된 서브 서포트(40a,40b)로 하중이 균등 분배되며, 다시 그 하중은 하부 에어스프링(50)으로 균등 분배된다.

도 7에는 실시예에 따른 하중 인가장치가 놓이는 위치에서 전방이 후방보다 높이가 낮은 경우를 가정하여, 인가된 하중이 하부 에어스프링(50)에 균등 배분되는 것을 설명하기 위한 장치의 모식도가 도시되어 있다. 도 7에서 조인트(30)는 선으로 표시되어 있다.

도 7을 참조하면, 장치가 후방이 전방보다 높은 플로어에 놓일 경우, 조인트(30)의 도움으로 서포트(40)와 지지체(20)가 각각, 플로어의 경사에 응하여 전방으로 기울어질 수 있다. 수직 하중이 가해지는 경우 상부 에어스프링(10)의 상면은 수평으로 고정되며, 이에 따라 지지체(20)의 기울기 각도 θ1은 서포트(40)가 기울기 각도 θ2보다 작다.

도 7의 예에서 알 수 있듯이, 조인트(30)는 서포트(40)는 물론 지지체(20)에 대해서도 틸팅 자유도를 제공하는 것이 바람직하다. 서포트(40)의 경우 이를 포함하는 가상의 수평면에 대해 360도 전방향의 틸팅 자유도가, 지지체(20)의 경우 적어도 전후방향 틸팅 자유도가 허용되는 것이 좋다.

도 5 및 도 7을 참조하면, 지지체(20)의 중앙에 배치된 상부 에어스프링(10)에 하중(F1)이 인가되면, 그 하중(F1)은 지지체(20)의 양단에 배치된 조인트(30)를 통해 서로 이격된 양 사이드의 서브 서포트(40a,40b)로 각각 F2, F3의 하중이 배분된다.

도 5에서 보듯이, 지지체(20) 양단의 조인트(30)를 통해 서브 서포트(40a,40b)에 전달되는 하중이 F2, F3라고 할 때, 양단 조인트(30)에서의 지지체(20)의 틸팅 기울기(θ1) 및 하중 인가점으로부터 양단 조인트(30)까지의 길이(L1,L2)가 동일하므로, F2=F3의 관계가 된다.

도 7에서 보듯이, 양 사이드의 서브 서포트(40a,40b)에 가해진 하중(F2,F3)는 각 서포트(40a,40b) 아래에 배치된 하부 에어스프링(50)에 균등하게 배분된다. 서포트(40)의 틸팅 기울기(θ2)가 일정하고, 하중 인가지점, 즉 조인트(30)로부터 2개의 하부 에어스프링(50) 간의 거리(L3,L4)가 동일하다면, 하부 에어스프링(50)에 하중이 균등하게 배분된다.

도 7의 예는 고르지 않은 차체 플로어의 환경에도 불구하고 상부 에어스프링(10) 상면은 수평하게 유지될 수 있고 여기에 수직 하중이 가해지는 것을 가정한 것이나, 특별한 경우에는 상부 에어스프링(10)의 상면도 기울어지거나, 혹은 상면은 기울어지고 하면은 수평한 상태에서의 하중 인가도 가능할 것이다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

10: 상부 에어스프링 20: 지지체
30,220: 조인트 40(40a,40b),230: 서포트
50: 하부 에어스프링 210: 로딩부

Claims (6)

1. 하중이 인가되는 로딩부;
   로딩부 아래에 이격 배치된 서포트;
   적어도 서포트가 이를 기준으로 틸팅이 가능하도록, 로딩부와 서포트를 연결하는 조인트; 및
   서포트의 하부에 이격 설치된 복수의 하부 에어스프링;을 포함하며,
   로딩부에 인가된 하방향 하중이 복수의 하부 에어스프링에 균등 분배될 수 있도록, 하부 에어스프링들에 대한 조인트의 위치가 결정되고,
   하부 에어스프링들은 각각 상단은 서포트에 고정되며 하단은 자유단이고,
   적어도 하중 인가 시험 시, 조인트가 수평방향 이동하지 않도록 구성된 차체 시험용 하중 인가장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 조인트는 적어도 서포트에 360도 전방향의 틸팅 자유도를 허용할 수 있도록 구성된 차체 시험용 하중 인가장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 서포트는 서로 이격 배치되며 각각에 하부 에어스프링이 마련된 2개의 서브 서포트를 포함하며,
   2개의 서브 서포트는 각각 조인트에 의해 로딩부에 연결된 차체 시험용 하중 인가장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 로딩부는 가로방향으로 배치된 지지체를 포함하며,
   2개의 서브 서포트는 지지체의 양단부에 세로방향으로 배치되어 각각 조인트에 의해 지지체에 연결된 차체 시험용 하중 인가장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 조인트는,
   서브 서포트들 및 지지체 각각에 360도 전방향의 틸팅 자유도를 허용하는 볼조인트인 차체 시험용 하중 인가장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 로딩부는 지지체 상에 마련된 상부 에어스프링을 더 포함하며,
   상부 에어스프링은, 외부 하중이 인가되는 상면은 수평을 유지한 상태에서, 지지체에 고정된 하면은 지지체의 틸팅 동작에 응하여 함께 틸팅될 수 있도록 상면과 하면 사이의 중간에 둘레를 따라 잘록한 밸리(vallely)가 형성된 차체 시험용 하중 인가장치.

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