KR101909464B1 - 토션 빔 서스펜션 - Google Patents

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마사하루 마츠모토
유키 우사미
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가부시키가이샤 요로즈
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Abstract

트레일링 암과 토션 빔과의 연결 부분에서 급격한 강성의 변화를 방지 할 수 토션 빔 식 서스펜션을 제공한다.
본 발명은 차체의 전후 방향으로 연장ㅎ여 상하로 요동하는 좌우의 트레일링 암(50)에 차체의 좌우 방향으로 연장하는 토션 빔(16)을 접합 한 토션 빔 식 서스펜션(100) 트레일링 암에서 토션 빔 사이의 강성을 조정하는 2종류 이상의 강성 조정부(15, 18, 24, 25)를 위치를 조정하여 배치한 것을 특징으로 한다.

Description

토션 빔 서스펜션{TORSION BEAM SUSPENSION}
본 발명은 토션 빔을 갖는 서스펜션에 의해 차량의 바퀴를 현가한 토션 빔 식 서스펜션에 관한 것이다.
토션 빔 식 서스펜션은 대체로 차량의 전후 방향으로 배치된 좌우 한 쌍의 트레일링 암 사이에 토션 빔을 배치하고 토션 빔의 양단부를 트레일링 암에 용접하고 있다.
토션 빔의 양단에 접합되는 트레일링 암은 각각 상부 부재와 하부 부재를 가진다. 상부 부재와 하부 부재에 의해 중공 구조가 형성되고 상부 부재가 토션 빔과 연속하여 형성된다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 특개 2010-208549호 공보
트레일링 암에는 차체 설치 부분과 타이어 연결 부분이 마련된다. 반면 토션 빔은 이름처럼 빔과 같은 형상이다. 따라서 트레일링 암에서부터 토션 빔까지 차체의 설치 부분과 타이어 연결 부분이 토션 빔을 향해 합류하는듯한 형상으로 되어있다. 이러한 형상은 단면 형상이 급격하게 변화하기 쉽고, 트레일링 암에서 토션 빔 연결 부분에 있어서는 강성이 급격히 바뀌어 버리는 경향이 있고, 그 부분에 대한 강도 대책이 필요하다.
따라서 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 트레일링 암과 토션 빔과의 연결 부분에서 급격한 강성의 변화를 방지할 수 토션 빔 식 서스펜션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은 단면이 U 자형으로 형성된 개구를 구비하는 제 1 부재와; 제 1 부재의 U 자형 단면의 가장자리에서 제 1 부재와 당접하는, 차량 탑재시 좌우 방향 쌍으로 배치된 제 2 부재를 갖는 토션 빔 식 서스펜션이다. 상기 서스펜션은 제 1 부재의 차량 탑재시 좌우에 배치된 한 쌍의 구성 부재와 한 쌍의 제 2 부재를 구비하여 형성되어 차체의 전후 방향으로 연장하여 상하로 요동할 수 있는 좌우의 트레일링 팔과; 제 1 부재에서 한 쌍의 구성 부재 사이에 배치되는 단면이 개구를 갖춘 U 자형의 토션 빔을 구비한다. 상기 서스펜션은 트레일링 암에서 토션 빔까지 강성을 조정하는 2종류 이상의 강성 조정부를 위치를 조금씩 바꾸어 조정하여 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 토션 빔 식 서스펜션에 따르면, 트레일링 암에서 토션 빔까지 강성 변화를 조절하는 2종류 이상의 강성 조정부를 위치를 조정하여 배치하고 있다. 따라서 트레일링 암에서 토션 빔 걸친 강성의 변화를 단계적으로 변화시킬 수 있으며, 트레일링 암에서 토션 빔 걸친 강성의 급격한 변화를 방지할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 개략 사시도이다.
[도 2] 도 2(A), 도 2(B) 동 서스펜션을 나타내는 평면도, 저면도이다.
[도 3] 도 2 (B)의 3-3선에 따른 단면도이다.
[도 4] 도 4(A) 내지도 4(C)는 동 서스펜션을 구성하는 상부 부재를 나타내는 사시도, 저면도, 측면도이다.
[도 5] 도 5(A) 내지도 5(D)는 같은 서스펜션을 구성하는 하부 부재를 나타낸 측면도, 정면도, 사시도, 저면도이다.
[도 6] 트레일링 암과 토션 빔과의 접속부를 나타내는 확대도이다.
[도 7] 도 7(A), 도 7(B)는 본 발명의 변형 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 설명한다. 또한, 이하의 기재는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 범위 및 용어의 의미를 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 형편상 과장되고 실제 비율과는 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 개략 사시도, 도 2(A), 도 2(B)는 동 서스펜션을 나타내는 평면도, 저면도, 도 3은 도 2(B) 의 3-3선에 따른 단면도, 도 4(A) 내지도 4(C)는 서스펜션을 구성하는 상부 부재를 나타내는 사시도, 저면도, 측면면이다. 도 5(A) 내지도 5(D)는 동 서스펜션을 구성하는 하부 부재를 나타낸 측면도, 정면도, 사시도, 저면도이고, 도 6은 트레일링 암과 토션 빔과의 접속부를 나타내는 확대도에서 있다.
본 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션(100)은 FF(전방 엔진 전방 드라이브) 등의 차량의 뒷바퀴를 현가하는 후방 서스펜션 등으로 사용된다. 서스펜션(100)은 도 1 및 도 2(A)와 도 2(B)에 나타낸 바와 같이, 상부 부재(10)와 한 쌍의 하부 부재(20)와 한 쌍의 칼라(30)와 한 쌍의 스핀들(40)을 구비한다.
상부 부재(10)는 도 4(B) 등에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 트레일링 암 구성 부재(11), 토션 빔(16), 한 쌍의 스프링 시트(17)를 구비한다. 한 쌍의 트레일링 암 구성 부재(11)와 한 쌍의 하부 부재(20)와 한 쌍의 칼라(30)와 한 쌍의 스핀들(40)에 의해 트레일링 암 (50)이 구성된다. 트레일링 암 (50)은 도 2(A) 등에 도시된 바와 같이, 토션 빔(16)의 차량 좌우 방향 양쪽에 대칭으로 배치된다.
트레일링 암 구성 부재(11)는 도 4(B) 등에 도시된 바와 같이 기능적으로 차체 접속부(12), 타이어 접속부(13), 스프링 접속부(14)와 빔 접속부(15)를 구비한다. 차체 접속부(12)는 차량 탑재시 차량 전방에 형성되어 있다. 차체 접속부(12)에는 칼라(30)가 접합되고, 칼라(30)에 부시가 장착된다.
타이어 접속부(13)는 차량 탑재시 후방에 형성되어 스핀들(40)이 장착되고, 스핀들(40)에 타이어의 구성 부품이 접속된다. 스프링 접속부(14)는 차량 탑재시 좌우 방향 내방(內方)에 형성되고 해당 부위에 스프링 시트(17)가 접합된다. 트레일링 암 구성 부재(11), 토션 빔(16) 및 스프링 시트(17)는 두께가 다른 판재를 접합해 테일러드 블랭크(tailored blank)로 구성하고 있다. 트레일링 암 구성 부재(11)와 토션 빔(16) 사이의 부분의 판재는 판 두께가 다르게 형성되어 있어 해당 부위가 빔 접속부(15)에 대응한다. 빔 접속부(15)를 이와 같이 구성함으로써 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 (토션 빔 전체)의 강성이 조정된다. 또한, 테일러드 블랭크의 구성은 두께의 차이 이외에도 여러 판재 사이에 재료를 다르게 하거나 두께 및 재료가 같아도 여러 판재에서 부품을 구성하는 것 같은 경우도 포함한다.
상부 부재(10)는 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 프레스 성형에 의해 단면이 U 자 형상으로 형성되고, U 자 형상으로 형성됨으로써 개구를 구비하고 있다. 상부 부재(10)의 단면 형상은 차체 접속부(12)와 타이어 접속부(13)에서부터 좌우 방향의 내방으로 (후술하는 선 L1, L3에서 선 L2 까지) 형상이 합류하고, 토션 빔(16)과의 접속부까지 단면의 형상이 연속적으로 변화하도록 형성되어있다. 본 명세서에서는 토션 빔(16)에서 트레일링 암 구성 부재(11)까지 U 자형 단면 형상의 변화가 시작하는 부분을 단면 형상 변화 부분(18)이라고 부르기로 한다. 단면 형상 변화 부분(18)은 강성 조정부에 해당한다. 이렇게 토션 빔(16)과 트레일링 암 구성 부재(11)와의 접속부의 단면의 형상이 연속적으로 변화하도록 구성됨으로써, 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 (토션 빔 전체)의 강성 변화가 조정된다. 또한, 트레일링 암 구성 부재(11)는 차량 내방에서 스프링 시트(17)와 접합된다.
하부 부재(20)는 위에서 볼 때 또는 아래에서 볼 때 트레일링 암 구성 부재(11)와 유사한 윤곽을 갖는다. 하부 부재(20)는 도 5(A) 내지 도 5 (D)에 나타낸 바와 같이, 상부 접속부(21)와 빔 접속부(22)를 갖는다. 도 6의 선 L1은, 타이어 측에서 토션 빔(30)의 축선 L2에 걸치는 선, 선 L3은 차체 측면에서 토션 빔(16)의 축선 L2에 걸치는 선이다. 상부 접속부(21)는 상부 부재(10) 중에서도 트레일링 암 구성 부재(11)와 외주 연부에 접속하는 부분이며, 본 실시 형태에서는 대략 평면으로 형성되어 있지만, 형상은 상기 이외에도 기복을 갖는 형상이어도 좋다.
빔 접속부(22)는 토션 빔(16)과 접속하는 근방의 형상이다. 빔 접속부(22)는, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이, 경사부(23), 신연부(伸延部)(24, 25)를 구비한다. 토션 빔(16)은 후술하는 바와 같이 단면이 U 자형으로 형성되어있다. 빔 접속부(22)는 토션 빔(16)과 트레일링 암 (50)과의 접속부의 강성을 조정하기 위해 경사부(23)가 평면의 상부 접속부(21)와 U 자형의 토션 빔(16)의 곡선 모양을 연결하고, 거기에서 신연부(24, 25)가 곡면 형상을 따라 차량 좌우 방향으로 연장한다.
신연부(24, 25)는 경사부(23)로부터 차량 내방으로 연장한다. 신연부(24, 25)는 강성 조정부에 상당한다. 경사부(23)에서 신장하는 형상은 신연부(24, 25)와 같이 2개로 분기되어 연장하고 있지만, 분기 개수는 2개로 한정되지 않는다. 신연부(24)는 차량 탑재시에 앞쪽 (차체 측)에 배치되고, 신연부(25)는 뒤쪽 (타이어 측)에 배치된다. 신연부(25)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 신연부(24)에 비해 차량 좌우 방향의 내방으로 연장하여 형성되어있다. 다른 말로 하면, 신연부(24, 25)는 토션 빔(16) 축선을 중심으로 하여 강성이 비대칭이 되도록 구성하고 있다. 또는 신연부(24, 25)는 타이어의 축 중심으로부터의 거리가 가까운 부위의 강성을 높이도록 구성하고 있다. 본 실시 형태에서는 신연부(25)가 신연부(24)보다도 타이어 축 중심으로부터의 거리가 가까워지고 있다. 서스펜션으로의 입력은 타이어를 통해 인가되고 그 입력에 의해 토션 빔이 비틀린다. 따라서 트레일링 암(50)에서 부터 토션 빔(16)과의 접속부 까지 형성되는 신연부(24, 25)는 타이어의 축 중심으로부터의 거리가 가까운 쪽의 신연부와 먼 쪽의 신연부의 신장 량을 조정하는 것에 의해 강성의 조정을 적절하게 할 수 있다. 본 실시 형태에서는 타이어 입력 점에 가까운 신연부(25)를 신연부(24)보다도 차량 내방으로 연장시킴으로써 트레일링 암(50) 토션 빔(16)과의 접속부의 강성을 효율적으로 조정할 수 있다.
토션 빔(16)은 차량 탑재시에 하부가 개방된 단면이 U 자형의 빔이다. 토션 빔(16)은 트레일링 암(50) 사이에 배치되고, 좌우의 각 단부가 트레일링 암(50)에 접합된다.
스프링 시트(17)는 타이어로부터의 입력을 흡수하는 스프링을 설치하는 고정 단부이다. 스프링 시트(17)는 설치 장소에 따라 차체의 실내 공간을 좁게 할 우려가 있기 때문에, 예를 들어 도 2(A), 도 2(B)에 도시한 바와 같이 토션 빔(16)과 트레일링 암 (50)과의 교차부 근방에 마련하는 것이 바람직하다.
상부 부재(10), 하부 부재(20)는 예를 들어 열간압연강판으로 구성되며, 각 판재의 두께는 1, 2mm 정도로 구성되지만 이에 한정되지 않는다.
다음에 본 실시 예의 작용 효과에 대해 설명한다. 토션 빔 식 서스펜션은 트레일링 암에 차체, 타이어와의 접속부가 형성되는 반면, 토션 빔은 이름처럼 빔과 같은 모양이기 때문에 트레일링 암에서 토션 빔과의 연결 부분까지 단면 형상의 변화에 의해 강성이 급격히 변화되어 타이어의 입력에 따라 토션 빔이 뒤틀린 때 응력 집중이 일어나기 쉽다.
이에 대해 본 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션(100)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 트레일링 암(50)에서부터 토션 빔(16)까지 (토션 빔 전체)의 강성을 조정하는 2종류 이상의 강성 조정부(15, 18, 24, 25)를 차량 탑재시의 약 좌우 방향으로 위치를 바꾸어 조정하여 배치되도록 구성하고 있다. 따라서 트레일링 암(50)에서부터 토션 빔(16)까지의 강성의 변화를 단계적으로 변화시킬 수 있으며, 급격한 강성의 변화를 방지하고 응력 집중 등의 현상을 방지 또는 억제할 수 있다.
또한, 강성 조정부는 하부 부재(20)에 있어서 토션 빔(16)과 연결하는 빔 접속부(22)를 구성하는 신연부(24, 25)로 구성하도록 구성하고 있다. 따라서 하부 부재(20)의 빔 접속부(22)의 당접위치에 따라 상부 부재(10)의 트레일링 암 구성 부재(11)와 토션 빔(16)의 접속부의 형상과는 별개로 해당 접속부 근방의 강성을 조정할 수 있다.
또한, 강성 조정부를 구성하는 신연부(24, 25)는 타이어의 축 중심으로부터의 거리가 가까운 신연부(25)를 신연부(24)보다 차량 방향 내방으로 연장시킴으로써 타이어의 축 중심으로부터의 거리가 가까운 부위의 강성을 강하게 하도록 구성하고 있다. 따라서 서스펜션의 변형을 효과적으로 억제하고 응력 집중 등을 방지 또는 억제할 수 있다.
또한, 신연부(24, 25)는 토션 빔(16)의 축선을 중심으로 한 강성을 비대칭이 되도록 구성하고 있다. 그러면 토션 빔(16)의 축선을 중심으로 한 강성을 신연부(24, 25)의 형상 등에 따라 조정할 수 있다. 따라서 토션 빔 식 서스펜션(100)의 전체 중량과 재료비를 억제하면서 토션 빔(16)의 축선을 중심으로 한 강성의 조정을 효율적으로 할 수 있다.
또한, 신연부(24, 25)는 토션 빔(16)의 축선의 양측에 제공되고, 신연부(24)와 신연부(25)의 길이를 달리하고 있기 때문에, 차체 측보다 타이어 측의 강성을 강하게 할 수 있고, 타이어에서의 입력을 효율적으로 억제하고 응력 집중 등을 방지할 수 있다.
또한, 상부 부재(10)를 구성하는 트레일링 암 구성 부재(11)와 토션 빔(16)과 스프링 시트(17)는 두께 등이 다른 여러 종류의 판재를 접합하는 테일러드 블랭크로 구성되고, 판재의 두께가 변화하는 빔 접속부(15)를 강성을 조정하고 싶은 부분으로 함으로써 응력 집중 등의 현상을 효율적으로 방지하거나 줄일 수 있다.
또한, 상부 부재(10)에 있어서 트레일링 암 구성 부재(11)에서 토션 빔(16)까지는 단면 형상을 연속적으로 변화시킴으로써 강성 조정부를 구성하도록 하고 있다. 따라서 트레일링 암(50)에서부터 토션 빔(16)까지의 단면 형상을 연속적으로 변화시킴으로써 강성의 급격한 변화를 방지하고 응력 집중 등의 현상을 방지 또는 억제할 수 있다.
본 발명은 상술 한 실시 예에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
강성 조정부는 신연부(24, 25)와 트레일링 암(50)의 선 L1, L3에서 토션 빔(16)까지의 단면 형상의 변화 및 테일러드 블랭크의 두께 변화 부위에 따라 구성한다고 언급했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 테일러드 블랭크에서, 트레일링 암 구성 부재(11)에서 토션 빔(16)까지의 두께를 여러 단계 변화시키는 것도 본원에서 2종류 이상의 강성 조정부에 포함된다. 또한, 토션 빔(16)의 내부에는 토션 빔(16)의 비틀림 강성을 향상시키는 중실 또는 중공의 막대 부재(롤 바 등이라고도 함)를 배치하고 있다.
도 7(A), 도 7(B)는 본 발명의 변형 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 사시도이다. 하부 부재(20)는 평면 형태의 상부 접속부(21)와, 상부 접속부(21)로부터 토션 빔(16)의 저부를 향해 경사부(23)가 경사진 실시 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 외에도 서스펜션(100a)에 있어서, 하부 부재(20a)는 상부 접속부와 빔 접속부가 명확하게 구별되지 않고, 차체 접속부(12)와 타이어 접속부(13)에서 토션 빔(16)을 향해 경사진 경사부(23a)가 형성되고, 거기에서 더 신연부(24a, 25a)가 차량 좌우 방향의 내방으로 신여하여 형성되어있다. 이와 같이 구성하여도 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 하부 부재(20a) 의해 강성 조정부를 구성할 수 있다.
10 상부 부재 (제 1 부재)
100 토션 빔 식 서스펜션
11 트레일링 암 구성 부재
12 차체 접속부
13 타이어 접속부
14 스프링 접속부
15 (상부 부재의) 빔 접속부 (강성 조정부)
16 토션 빔
17 스프링 시트
18 단면 형상 변화 부분 (강성 조정부)
20 하부 부재 (제 2 부재)
21 상부 접속부 (당접 부분)
22 (하부 부재의) 빔 접속부
23 경사부
24, 25 신연부(강성 조정부)
30 칼라
40 스핀들
50 트레일링 암
L1 타이어 측에서부터 토션 빔 축선까지의 선
L2 토션 빔 축선
L3 차체 측에서 토션 빔의 축선까지의 선

Claims (7)

  1. 단면이 U 자형으로 형성된 개구를 구비하는 제 1 부재와;
    상기 제 1 부재의 U 자형 단면의 가장자리에서 상기 제 1 부재와 당접하고, 차량 탑재시 좌우 방향으로 쌍으로 배치된 제 2 부재를 포함하는 토션 빔 식 서스펜션으로,
    상기 제 1 부재의 차량 탑재시 좌우에 배치된 한 쌍의 구성 부재와 상기 한 쌍의 제 2 부재를 구비하여 형성되는 차체의 전후 방향으로 연장하여 상하로 요동할 수 있는 좌우의 트레일링 암과;
    상기 제 1 부재에서 상기 한 쌍의 구성 부재 사이에 배치되는 단면이 개구를 갖춘 U 자형의 토션 빔을 가지고;
    상기 토션 빔이 뒤틀린 경우에 상기 트레일링 암으로부터 상기 토션 빔까지 강성을 조정하는 강성 조정부를 포함하고,
    상기 강성 조정부는 상기 제 2 부재에서 상기 토션 빔과 접속하는 빔 접속부를 포함하고,
    상기 빔 접속부는 상기 제 2 부재가 상기 제 1 부재와 당접하는 당접 부분으로부터 상기 토션 빔의 U 자형 단면의 저부에 까지 연장하는 신연부를 복수개 가지고,
    상기 토션 빔의 축선의 양측에 제공되는 상기 복수개의 신연부는 서로 길이를 달리하는 토션 빔 서스펜션.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신연부는 타이어의 축 중심으로부터의 거리가 가까운 부위의 강성을 높이도록 배치되는 토션 빔 서스펜션.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신연부는 상기 토션 빔의 축선을 중심으로 한 강성이 비대칭이 되도록 배치되는 토션 빔 서스펜션.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 부재는 2 이상의 판재로 구성된 테일러드 블랭크 공법으로 형성되며,
    상기 강성 조정부는 복수개로 제공되고,
    상기 강성 조정부는 상기 제 1 부재에서 상기 판재의 전환 부위에 의해 구성된 토션 빔 서스펜션.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 강성 조정부는 복수개로 제공되고,
    적어도 하나의 상기 강성 조정부는 상기 제 1 부재의 상기 구성 부재로부터 상기 토션 빔에 걸쳐 축 방향으로 교차 단면의 형상을 연속적으로 변화시켜 구성하는 토션 빔 서스펜션.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    적어도 하나의 상기 강성 조정부의 위치를 조정하여 배치한 것을 특징으로 하는 토션 빔 서스펜션.
  7. 삭제
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