KR102071892B1 - Mr댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치 - Google Patents

Mr댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치 Download PDF

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KR102071892B1
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김선준
임만승
배상은
김인섭
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대원강업주식회사
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Abstract

본 발명은 MR댐퍼를 이용하여 스테빌라이저 바의 강성이 가변될 수 있도록 한 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치에 관한 것으로 베벨기어를 통해 MR댐퍼의 위치를 변경하여 롤강성을 증대시킬 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

Description

MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치{Stabilizer Bar Device with MR Damper}
본 발명은 MR댐퍼를 이용하여 스테빌라이저 바의 강성이 가변될 수 있도록 한 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 사용되는 스테빌라이저 바(stabilizer bar)는 차체의 횡방향으로 연장되는 구조를 가지며, 차량 하부에서 좌우 차륜 측을 서로 연결하며 장착된다.
스테빌라이저 바는, 특히 차량의 곡선로 주행 시에, 원심력에 의한 횡방향 가속도에 의해 차체에 롤링이 발생하며 곡선로에 대한 반경방향 내측 차륜이 지면으로부터 이탈하는 것을 방지하여 주행 안전성을 확보하는 기능을 수행한다.
스테빌라이저 바는 롤링에 의한 전복 방지, 즉 안전성 측면에서는 차륜이 지면에 지속적으로 닿아 있도록 할 필요에서 강성이 강한 것이 좋다. 그러나 다른 한편으로는, 안전성이 문제되지 않는 경우로서 예컨대 평지 주행 시에는, 승차감 향상을 위해 차체에 대한 차륜의 주행 하중 전달이 최소화되도록 강성이 약하거나 없는 것이 바람직하다.
즉, 스테빌라이저 바의 비틀림 각도를 기준으로 소정 각도 이내까지는 평지 주행 상황으로서 강성이 매우 약하다가도 그 기준 각도 이상에서는 강성이 강해지도록 조절되는 것이 바람직하다.
기존의 스테빌라이저 바로서, 단일 환봉 또는 파이프 소재를 적정길이로 절단하고, 절단된 소재를 요구되는 형상으로 성형한 다음, 열처리와 쇼트피닝 및 도장 등의 공정을 거쳐 제작하는 것이 있다.
상기와 같이 단일 소재로 제작되는 스테빌라이저 바의 경우, 제작이 용이하고 생산단가가 낮은 이점이 있으나, 자체적으로 갖고 있는 고유의 강성이 항상 일정하게 작용하여 강성이 조절되지 못한다는 단점이 있다.
공개특허 10-2008-0054639호에는 좌/우측 현가암 사이에 설치되는 스텝바를 분할하며 이들 사이에 자기유변유체를 이용한 MR 댐퍼를 장착하고, 롤 발생시 롤의 정도에 상응하는 작동전류를 MR 댐퍼에 제공하여 MR 댐퍼로부터 구현되는 감쇠특성의 정도를 가변화시킴으로써, 차체의 거동자세를 최적의 상태로 안정화시킬 수 있도록 하는 내용이 개시되어 있다. 그러나 종래의 이 장치에서는 고강성이 필요한 상황에서 MR댐퍼의 비틀림 저항 한계로 인해 강성 저하의 문제가 있다. 즉, 종래 구조에서는 고강성을 위해 비틀림에 대항하여 발휘되는 MR 댐퍼의 구속력에 한계가 있기 때문에 특히 고강성에서 스테빌라이저바의 강성을 조절하는 데 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 MR댐퍼의 크기를 키울 경우 그 직경이 커짐에 따라 차량에 설치가 어려워질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 적어도 하나의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, MR댐퍼를 통해 비틀림 강성이 가변될 수 있는 MR댐퍼를 구비한 새로운 구조의 스테빌라이저 바 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 외형을 크게 하지 않고 고강성의 상황에서도 충분히 그 비틀림에 대해 저항하여 구속할 수 있는 스테빌라이저 바 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1베벨기어, 제2베벨기어, 제1스텝바, 제1중간베벨기어, 제2중간베벨기어, 제1MR댐퍼 및 제2MR댐퍼를 포함한다.
제1베벨기어와 제2베벨기어는 서로 대항되도록 배치된다.
제1스텝바는 일단은 차량의 일측 차륜 측과 연결되고 타측은 제1베벨기어와 함께 회전되도록 연결된다.
제2스텝바는 일단은 차량의 타측 차륜 측과 연결되고 타측은 제2베벨기어와 함께 회전되도록 연결된다.
제1중간베벨기어는 제1베벨기어 및 제2베벨기어 사이에 치합된다.
제2중간베벨기어는 제1중간베벨기어 반대측에서 제1베벨기어 및 제2베벨기어 사이에 치합 된다.
제1MR댐퍼는 제1중간베벨기어의 일측에 연결되어 전기적으로 제어됨에 따라 제1중간베벨기어의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여한다.
제2MR댐퍼는 제2중간베벨기어의 일측에 연결되어 전기적으로 제어됨에 따라 제2중간베벨기어의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여한다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1중간베벨기어 및 제2중간베벨기어 사이를 연결하는 토션바를 추가로 포함한다. 토션바는 제1스텝바 또는 제2스텝바 보다 비틀림 강성이 작을 수 있다.
제1MR댐퍼는 제1회전체, 제1지지체, 자기유변유체 및 제1코일을 포함한다.
제1회전체는 제1중간베벨기어와 함께 회전한다.
제1지지체는 회전체와 이격되어 대향하도록 배치된다.
자기유변유체는 제1회전체 및 제1지지체의 서로 대향하는 면들 사이에 포함된다.
제1코일은 통전됨에 따라 자기유변유체의 점성을 조절한다.
제2MR댐퍼는 제2회전체, 제2지지체, 자기유변유체 및 제2코일을 포함한다.
제2회전체는 제1중간베벨기어와 함께 회전한다.
제2지지체는 회전체와 이격되어 대향하도록 배치된다.
자기유변유체는 제2회전체 및 제2지지체의 서로 대향하는 면들 사이에 포함된다.
제2코일은 통전됨에 따라 자기유변유체의 점성을 조절한다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1댐퍼와 제2댐퍼를 함께 수용하는 하우징을 추가로 포함하고, 제1지지체 및 제2지지체는 하우징에 의해 그 비틀림이 서로 지지된다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1코일 및 제2코일의 자력을 조절하는 제어부를 추가로 포함한다.
제1지지체 및 제2지지체는 차체에 고정될 수 있다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1스텝바와 제2스텝바를 각각 지지하는 베어링을 추가로 포함한다.
MR댐퍼를 이용하여 강성을 조절할 수 있는 스테빌라이저 바 장치를 제공한다. 특히, 크기의 큰 증대 없이 고강성이 필요한 상황에서도 충분한 구속력을 발휘할 수 있는 스테빌라이자 바 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치 측면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치의 내부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치의 내부를 도시한 도면이다.
도 6은 토션바가 설정각도 이상에서 토션이 발생되는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치에서 토션바가 설정각도 이상에서만 토션이 발생되도록 하는 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치에 대해 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1베벨기어(130), 제2베벨기어(140), 제1스텝바(100), 제1중간베벨기어(150), 제2중간베벨기어(160), 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)를 포함한다.
제1베벨기어(130)와 제2베벨기어(140)는 도면에 도시된 바와 같이 서로 대항되도록 배치된다.
제1스텝바(100)는 일단은 차량의 일측 차륜 측과 연결되고 타측은 제2베벨기어(140)와 대항되어 배치된 제1베벨기어(130)와 함께 회전되도록 연결된다.
제2스텝바(110)는 일단은 차량의 타측 차륜 측과 연결되고 타측은 제1베벨기어(130)와 대항되어 배치된 제2베벨기어(140)와 함께 회전되도록 연결된다.
제1중간베벨기어(150)는 제1베벨기어(130) 및 제2베벨기어(140) 사이에 치합 된다.
제2중간베벨기어(160)는 제1중간베벨기어(150) 반대측에서 제1베벨기어(130) 및 제2베벨기어(140) 사이에 치합된다. 제1중간베벨기어(150)와 제2중간베벨기어(160)는 토션바(170, 172)에 결합된다. 토션바(170, 172)는 제1중간베벨기어(150)와 제2중간베벨기어(160)가 서로 반대방향으로 회전됨에 따라 설정각도 이상에서 토션이 발생된다.
토션바가 설정각도 이상에서만 토션이 발생되도록 하는 구조는 하나의 실시예로써 도 6에 도시된 바와 같이 토션바(170, 172)는 복수의 상측날개(171)이 형성된 상측바(170)와 하측날개(173)이 형성된 하측바(172)를 포함한다.
토션바가 설정각도 이상에서만 토션이 발생되도록 하는 구조는 다른 실시예를 통해서도 가능한데 도 8에 보이는 바와 같이 토션바(170a)는 양단에 반경방향 외측으로 돌출형성된 날개(171a)이 형성되며, 날개(171a)은 제1중간베벨기어(150) 또는 제2중간베벨기(160)어에 형성된 날개홈(172a)에서 설정각도 이상으로 회전될 때 회전되지 못하고 토션이 발생되도록 할 수 있다.
제1스텝바(100) 또는 제2스텝바(110) 보다 비틀림 강성이 작을 수 있다.
제1MR댐퍼(180)는 제1중간베벨기어(150)의 일측에 연결되되 토션바(170, 172)와 결합되어 전기적으로 제어됨에 따라 제1중간베벨기어(150)의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여한다.
제1MR댐퍼(180)는 제1회전체(181), 제1지지체(182), 자기유변유체 및 제1코일(183)을 포함한다. 제1회전체(181)는 제1중간베벨기어(150)와 함께 회전한다. 제1지지체(182)는 회전체와 이격되어 대향하도록 배치된다. 자기유변유체는 제1회전체(181) 및 제1지지체(182)의 서로 대향하는 면들 사이에 포함된다. 제1코일(183)은 통전됨에 따라 자기유변유체의 점성을 조절한다.
제2MR댐퍼(190)는 제2중간베벨기어(160)의 일측에 연결되되 토션바(170, 172)와 결합되어 전기적으로 제어됨에 따라 제2중간베벨기어(160)의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여한다.
제2MR댐퍼(190)는 제2회전체(191), 제2지지체(192), 자기유변유체 및 제2코일(193)을 포함한다. 제2회전체(191)는 제1중간베벨기어(150)와 함께 회전한다. 제2지지체(192)는 회전체와 이격되어 대향하도록 배치된다. 자기유변유체는 제2회전체(191) 및 제2지지체(192)의 서로 대향하는 면들 사이에 포함된다. 제2코일(193)은 통전됨에 따라 자기유변유체의 점성을 조절한다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1코일(183) 및 제2코일(193)의 자력을 조절하는 제어부를 추가로 포함한다. 제어부는 제1코일(183) 및 제2코일(193)의 자력을 조절하기 위해 제1코일(183) 및 제2코일(193)로 흐르는 전류의 양을 조절하여 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)에 수용된 자기유변유체의 점성을 조절하게 된다.
MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치는 제1스텝바(100)와 제2스텝바(110)를 각각 지지하는 베어링(240)을 추가로 포함한다. 베어링(240)은 외륜이 하우징(120)의 원주면에 설치되고 내륜은 제1스텝바(100) 및 제2스텝바(110)의 외주면에 회전가능하게 지지된다.
다음으로 도 4 및 도 5를 참조하여 제1스텝바(100) 및 제2스텝바가 브라켓(250)을 축으로 하여 같은 방향 또는 서로 반대방향으로 회전될 때 MR댐퍼를 구비한 스테빌라이저 바 장치가 작동되는 과정을 설명한다.
차량이 직선로를 주행할 경우, 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)에 전류가 공급되지 않으며, 그에 따라 스테빌라이저 바 장치의 강성은 제1스텝바(100) 및 제2스텝바(110)가 제1베벨기어(130), 제2베벨기어(140), 제1중간베벨기어(150) 및 제2중간베벨기어(160)에 의해 기구적으로 연결된 상태의 저강성 상태로 유지된다.
곡선로 주행의 경우, 예컨대 좌측으로 선회하게 되면 우측차륜의 서스펜션은 수축하면서 차체가 주저앉고 좌측차륜의 서스펜션은 차체가 들리면서 늘어나게 된다. 이 경우 제1스텝바(100)와 제2스텝바(110)는 서로 반대방향으로 회전되고, 제1베벨기어(130)와 제2베벨기어(140) 역시 서로 반대방향으로 회전된다. 제1베벨기어(130) 및 제2베벨기어(140)와 치합되는 제1중간베벨기어(150) 및 제2중간베벨기어(160)도 서로 반대방향으로 회전된다.
제1중간베벨기어(150)와 제2중간베벨기어(160)에는 제1MR댐퍼(180)와 제2MR댐퍼(190)가 설치되어 있는데 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)에 전류가 공급되며, 자기유변유체가 고형화 되면서 제1중간베벨기어(150) 및 제2중간베벨기어(160)의 회전력이 제1코일(183) 및 제2코일(193)의 자화력에 의해 억제되면서 비틀림 강성이 증대되어 발생된다.
여기서, 제1MR댐퍼(180)와 제2MR댐퍼(190)의 작용만으로는 비틀림 강성을 발생시키는데 한계가 있을 수 있다. 특히, 제1MR댐퍼(180)와 제2MR댐퍼(190)의 크기를 작게 만들 경우 더욱 그러하며, 이러한 점을 보완하기 위해 본 발명은 토션바(170, 172)가 제1중간베벨기어(150) 및 제2중간베벨기어(160) 사이에 설치되어 설정각도 이상에서 추가로 비틀림강성이 추가될 수 있다. 즉, 토션바(170, 172)가 사용됨에 따라 제1MR댐퍼(180)와 제2MR댐퍼(190)의 크기를 작게 할 수 있어 더욱 컴팩트한 장치를 만들 수 있다.
토션바(170, 172)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1중간베벨기어(150) 및 제2중간베벨기어(160) 사이에 설치되고, 토션바(170, 172)는 도 6의 (a)처럼 설정각도 이하에서는 토션이 발생하지 않다가 설정각도 이상이 되면 도 6의 (b)에 보아는 바와 같이 상측날개(171)은 A방향으로 하측날개(172)은 B방향으로 회전되면서 토션이 발생된다. 토션바(170, 172)는 제1MR댐퍼(180)와 제2MR댐퍼(190)의 비트림강성을 보완하기 위한 것이므로 비틀림 강성이 제1스텝바(100) 및 제2스텝바(110)의 비틀림 강성보다 작을 수 있다. 여기서 설정각도는 10도 일 수 있다.
예를 들어 토션빔 자체의 비틀림 강성이 400Nm이고 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)의 강성이 각각 10Nm인 경우 전체 강성은 420Nm가 된다. 여기서 제1베벨기어(130)와 제1중간베벨기어(150) 그리고 제2베벨기어(140)와 제2중간베벨기어(160)의 기어비가 5:1(베벨기어:중간베벨기어)일 경우 토션바(170, 172)의 강성은 2000Nm이되고 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)의 강성이 각각 50Nm가 되어 총 100Nm가 된다.
토션바(170, 172)는 상기에 언급한 바와 같이 설정각도 이상에서 비틀림 강성이 발생되므로 토션바(170, 172)의 비틀림 강성 2000Nm은 작용하지 않는다.
제1스텝바(100) 및 제2스텝바(110)가 서로 반대 방향으로 회전되면 비틀림 강성은 기어비를 통해 100Nm가 발생된다. 그리고 토션바(170, 172)가 설정각도 이상으로 비틀어지면 제1MR댐퍼(180) 및 제2MR댐퍼(190)의 강성의 합인 100Nm에 토션바(170, 172) 자체 강성인 2000Nm가 더해져 비틀림 강성은 최대 2100Nm가 된다.
100: 제1스텝바
110: 제2스텝바
120: 하우징
130: 제1베벨기어
140: 제2베벨기어
150: 제1중간베벨기어
160: 제2중간베벨기어
170: 토션바
180: 제1MR댐퍼
181: 제1회전체
182: 제1지지체
183: 제1코일
190: 제2MR댐퍼
191: 제2회전체
192: 제2지지체
193: 제2코일
240: 베어링
250: 브라켓

Claims (7)

  1. 제1베벨기어;
    제2베벨기어;
    일단은 차량의 일측 차륜 측과 연결되고 타측은 상기 제1베벨기어와 함께 회전되도록 연결되는 제1스텝바;
    일단은 상기 차량의 타측 차륜 측과 연결되고 타측은 상기 제2베벨기어와 함께 회전되도록 연결되는 제2스텝바;
    상기 제1베벨기어 및 상기 제2베벨기어 사이에 치합 되는 제1중간베벨기어;
    상기 제1중간베벨기어 반대측에서 상기 제1베벨기어 및 상기 제2베벨기어 사이에 치합 되는 제2중간베벨기어;
    상기 제1중간베벨기어의 일측에 연결되어 전기적으로 제어됨에 따라 상기 제1중간베벨기어의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여하는 제1MR댐퍼;
    상기 제2중간베벨기어의 일측에 연결되어 전기적으로 제어됨에 따라 상기 제2중간베벨기어의 회전에 대해 자기유변유체에 의한 저항력을 부여하는 제2MR댐퍼
    를 포함하는 스테빌라이저 바 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1중간베벨기어 및 제2중간베벨기어 사이를 연결하는 토션바를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1MR댐퍼는:
    상기 제1중간베벨기어와 함께 회전하는 제1회전체;
    상기 제1회전체와 이격되어 대향하는 제1지지체;
    상기 제1회전체 및 제1지지체의 서로 대향하는 면들 사이에 포함되는 자기유변유체;
    통전됨에 따라 상기 자기유변유체의 점성을 조절하기 위한 제1코일을 포함하고,
    상기 제2MR댐퍼는:
    상기 제2중간베벨기어와 함께 회전하는 제2회전체;
    상기 제2회전체와 이격되어 대향하는 제2지지체;
    상기 제2회전체 및 제2지지체의 서로 대향하는 면들 사이에 포함되는 자기유변유체;
    통전됨에 따라 상기 자기유변유체의 점성을 조절하기 위한 제2코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일의 자력을 조절하는 제어부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1MR댐퍼와 제2MR댐퍼를 함께 수용하는 하우징을 추가로 포함하고,
    상기 제1지지체 및 제2지지체는 상기 하우징에 의해 그 비틀림이 서로 지지되는 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1스텝바와 상기 제2스텝바를 각각 지지하는 베어링을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 토션바는 상기 제1스텝바 또는 상기 제2스텝바 보다 비틀림 강성이 작은 것을 특징으로 하는 스테빌라이저 바 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0532018U (ja) * 1991-10-03 1993-04-27 カヤバ工業株式会社 スタビライザ制御装置
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KR20080076159A (ko) * 2007-02-15 2008-08-20 현대자동차주식회사 차량용 스태빌라이저바의 비틀림 강성 증대장치

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