KR102100715B1 - 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체 - Google Patents

Abstract

조향 너클과 다른 링크기구 내의 각 조인트 포인트의 틀어짐 현상을 방지하고, 제조비 인하 및 양산성 개선을 위하여 좌우측 바퀴에 동일하게 적용할 수 있도록 부분 구성품을 공용화하여 어셈블리 형태로 제작 가능하게 하고, 현가하질량을 감소시킬 수 있도록 하는 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체가 개시된다.
본 개시의 일 특징에 의하면, 어퍼 컨트롤 암의 일 단부와 링크 결합되는 너클 암; 및 상기 너클 암과 결합되며, 일 단부가 조향장치인 타이 로드 암의 일 단부와 회동 가능하게 결합되는 너클 본체를 구비한다.
너클 본체에는 바퀴에 부착되는 브레이크 캘리퍼 브라켓이 상기 너클 본체의 일측면에 볼트-너트 결합될 수 있도록 서로 대응되는 홀들이 상기 너클 본체에 형성되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 너클 조립체는 좌측 또는 우측에 따라 상기 너클 본체에 상기 너클 암을 결합시키는 위치 및 상기 브레이크 캘리퍼 브라켓을 결합시키는 면의 위치를 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 너클 조립체는 경량의 알루미늄 합금으로 구성된다.

Description

좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체 {Steering Knuckle Assembly Compatible with Left and Right Wheel Assembly}

본 개시는, 자동차 산업에 적용되는 것으로, 차량 휠의 조향과 상하 밸런스를 제어하기 위하여 현가장치(suspension)와 연결되고 타이 로드(tie rod)와 상하의 컨트롤 암(control arm)을 지지하는 조향 너클 조립체에 관한 것이다.

자동차는 차량의 프레임을 형성하는 섀시(chassis)와, 이 위에 설치되어 운전석 및 객실을 형성하는 바디(body)로 구성된다. 섀시는 동력을 발생시키는 엔진, 엔진으로부터 동력을 바퀴까지 전달하는 동력전달장치, 주행중 차량에 전달되는 노면의 충격을 완화시키는 현가장치, 및 차량의 주행방향을 운전자가 변경하기 위한 조향장치 등으로 구성된다. 이 조향장치는 다시 핸들과 같은 조작기구, 핸들의 좌우 회전력을 좌우측 휠에 전달하기 위한 기어기구, 및 조작기구의 회전력을 기어기구를 통해 전륜에 전달하고 좌우 바퀴의 위치를 올바로 지지하는 링크기구로 구성된다.

이러한 링크기구는 조향 너클(knuckle)과 타이로드의 결합으로 이루어진다. 너클은 전륜 또는 후륜에 장착되어 휠의 조향을 목적으로 구성되는 타이 로드와, 휠의 상하 밸런스를 제어할 수 있도록 구성되는 상부(upper) 컨트롤 암 및 하부(lower) 컨트롤 암과, 휠을 제동하도록 구성되는 브레이크 디스크를 지지하는 브레이크 캘리퍼를 각각 지지하도록 구성되어 있다.

종래에는 좌측 휠용 너클과 우측 휠용 너클의 형상이 달라 각각을 별도로 제조하기 위한 제조비가 증가하고 양산성에 불리한 단점이 있었다.

또한, 너클의 본체와 연결될 브레이크 디스크 캘리퍼 및/또는 너클 암(knuckle arm)의 부착을 위해 용접할 경우 용접시의 작업 공차로 인하여 초래되는 링크기구내의 각 조인트 포인트의 틀어짐이 발생할 수 있고, 그럼으로써 여러 가지 문제를 야기한다.

예를 들면, 위아래 볼 조인트의 중심을 잇는 직선과 휠의 수직선과 노면의 접점을 잇는 직선이 이루는 각인 킹핀 각(king pin angle)이 틀어져 주행중 앞바퀴가 좌우로 흔들리는 시미현상이 초래될 수 있다.

타이어의 지면에 대한 경사각인 캠버각(camber angle)이 틀어져 타이어에 편마모가 발생할 수 있다.

특히, 본 발명의 발명자들은 기존의 조향너클에서 상기한 조인트 포인트들이 틀어짐에 따라 범프 스티어(bump steer)가 발생할 수 있다는 것을 인식하였다.

또한, 현가장치에 연결된 부분의 질량인 현가하질량이 커질수록 범프나 포트 홀이 있을 때의 반응 속도가 느려지고 차량이 상하로 진동하기 때문에 타이어도 접지력을 잃는 시간이 더 길어진다는 것을 인식하게 되었다.

특허 등록번호 제10-1688516호 특허 공개번호 제10-2010-0052799호

따라서, 조향 너클과 다른 링크기구 내의 각 조인트 포인트의 틀어짐 현상을 방지하고, 제조비 인하 및 양산성 개선을 위하여 좌우측 바퀴에 동일하게 적용할 수 있도록 부분 구성품을 공용화하여 어셈블리 형태로 제작 가능하게 하고, 현가하질량을 감소시킬 수 있도록 하는 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체를 제공할 필요가 있다.

본 개시의 일 특징에 의하면, 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체는 어퍼 컨트롤 암의 일 단부와 링크 결합되는 너클 암; 및 상기 너클 암과 결합되며, 일 단부가 조향장치인 타이 로드 암의 일 단부와 회동 가능하게 결합되는 너클 본체를 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 너클 본체에는 바퀴에 부착되는 브레이크 캘리퍼 브라켓이 상기 너클 본체의 일측면에 볼트-너트 결합될 수 있도록 서로 대응되는 홀들이 상기 너클 본체에 형성되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 너클 조립체는 좌측 또는 우측에 따라 상기 너클 본체에 상기 너클 암을 결합시키는 위치 및 상기 브레이크 캘리퍼 브라켓을 결합시키는 면의 위치를 변경할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 개시의 다른 특징에 의하면, 너클 조립체는 경량의 알루미늄 합금으로 구성된다. 알루미늄 합금은 알루미늄에 구리, 규소, 마그네슘 및 크롬을 포함한 Al 6061일 수 있다.

본 개시의 실시예에 의하면, 너클 본체와 브레이크 캘리퍼 브라켓이 볼트와 너트의 결합으로 체결되게 된다. 즉, 용접을 필요로 하지 않게 되어 용접시 발생할 수 있는 작업 공차로 인하여 발생하는 상기한 문제들을 해결할 수 있다.

너클 조립체를 구성하는 너클 암이 너클 본체에 결합되는 위치를 좌측 및 우측 차륜 적용 여부에 따라 반대로 부착시키고, 캘리퍼 브라켓이 너클 본체에 결합되는 면의 위치를 좌/우 반대로 하여 볼트-너트 체결로 부착시킬 수 있다. 그럼으로써 좌/우측용 너클을 위한 구성품을 다르게 별도로 제작할 필요가 없기 때문에 제조비용이 절감되고 양산화에 유리한 장점이 있다.

또한, 너클의 재질을 알루미늄 합금 재질로 함으로써 현가하질량이 감소되므로 조향능력이 향상될 수 있다.

도 1은, 본 개시의 일 실시예에 따른, 좌측 휠용 조향 너클 조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 a 내지 d는, 본 개시의 일 실시예에 따른, 도 1의 좌측 휠용 조향 너클 조립체를 구성하는 너클 암, 브레이크 캘리퍼 브라켓, 스핀들 및 너클 본체를 각각 도시한 도면이다.
도 3은, 본 개시의 일 실시예에 따른, 우측 휠용 조향 너클 조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제로 범프 스티어의 개념을 개략적으로 설명하는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 이하에서는, 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있다고 판단되는 경우, 이미 공지된 기능 및 구성에 관한 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 어디까지나 본 개시의 일 실시예에 관한 것일 뿐 본 개시가 이로써 제한되는 것은 아님을 알아야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 개시를 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들면, 단수로 표현된 구성요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하려는 것은 아니다.

본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈'은 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '부'는, 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈'을 제외하고는, 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다. 덧붙여, 달리 정의되지 않는 한 기술적 또는 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 명세서에서 명백하게 달리 정의하지 않는 한 과도하게 제한 또는 확장하여 해석되지 않는다는 점을 알아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 개시의 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은, 본 개시의 일 실시예에 따른, 좌측 휠용 조향 너클 조립체를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바에 의하면, 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체(10)는, 너클 본체(11), 너클 암(12), 브레이크 캘리퍼 브라켓(13) 및 스핀들(14)를 포함한다.

본 개시에 따르면, 너클 본체(11)에 브레이크 캘리퍼 브라켓(13)을 부착할 때 볼트-너트 체결 방식을 이용하므로 용접할 필요가 없어진다. 용접을 하게 되면 용접시 발생하는 열에 의한 재료의 변형이 심하게 발생하고 용접 작업자의 작업 공차에 의하여 원래 설계 치수대로 조인트 포인트의 위치나 각도가 틀어질 수 있다. 그럼으로써 킹핀 각도가 틀어져 주행 중 앞바퀴가 좌우로 흔들리는 시미 현상이 발생하거나 캠버각이 틀어져 타이어에 편마모가 발생할 수 있다. 또한, 용접을 하게 되면 브레이크 캘리퍼에 조향 너클이 부착되는 마운트 위치가 변화되어 결과적으로 브레이크 캘리퍼와 브레이크 디스크(미도시)가 평행하게 마운드 되지 않아 제동 성능이 떨어질 수도 있다.

본 개시에 따른 조향너클 조립체(10)는 이러한 문제를 방지할 수 있다. 또한, 조인트 포인트를 원래 설계 치수대로 위치시킬 수 있으므로 도 4에 도시된 바와 같이 범프 스티어를 제로('0')에 가깝도록 할 수 있는 효과가 있다. 참고로, 본 발명의 발명자들은 기존의 조향 너클에서 상기한 조인트 포인트들이 틀어짐에 따라 범프 스티어가 발생할 수 있다는 것을 인식하게 되었다. 그리고 범프 스티어를 줄이기 위해서는 상부 컨트롤 암의 연장선과 하부 컨트롤 암의 연장선이 만나는 교차점(순간 중심)을 타이 로드의 연장선이 통과하도록 구성해야 한다는 것을 인식하게 되었다.

너클 본체(11)와 브레이크 캘리퍼 브라켓(13)이 일체형이 아닌 별도의 구성품으로 각각 제작된 후 볼트와 너트에 의해 체결되므로 동일한 구성품들을 이용하여 좌측 바퀴용 뿐만 아니라 우측 바퀴용 조항 너클 조립체(20)를 만들 수 있게 된다. 도 1 및 3에 도시된 바에 의해 알 수 있듯이 동일 브레이크 캘리퍼 브라켓(13)을 너클 본체(11)의 제1 면(11e)에 댄 후 볼트(13a)와 너트(13b)로 체결하면 좌측 바퀴용 조향 너클 조립체(10)로 사용할 수 있고, 이와 반대로 동일 브레이크 캘리퍼 브라켓(13)을 너클 본체(11)의 제2 면(11d)에 댄 후 볼트(13a)와 너트(13b)로 체결하면 우측 바퀴용 조향 너클 조립체(20)로 사용할 수 있다. 따라서 공통의 구성품으로 좌우측 호환 가능한 조향 너클 조립체(10, 20)를 만들 수 있으므로 제조비를 절감하고 양산성을 높일 수 있게 된다.

너클 본체(11)는 상부에 너클 암(12)이 부착될 수 있는 홈(11a)이 형성될 수 있다. 너클 암(12)에는 상부 컨트롤 암(미도시)이 링크 결합될 수 있다. 상부 컨트롤 암의 일 단부가 볼 조인트 결합에 의하여 너클 암(12)에 결합될 수 있으나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다. 상부 컨트롤 암은 하부 컨트롤 암(미도시)와 함께 현가장치에 부착되어 노면의 굴곡에 따라 차량 휠(1)이 상하로 움직일 때 발생하는 노면 충격을 현가장치에 전달하여 감쇄되도록 한다.

너클 본체(11)와 너클 암(12)이 일체형이 아닌 별도의 구성품으로 각각 제작되고, 너클 본체(11)에 미리 가공되어 마련된 홈(11a)에 너클 암(12)을 끼워 고정된다. 그러므로, 너클 본체(11)와 브레이크 캘리퍼 브라켓(13)에서와 동일하게, 동일한 구성품들을 이용하여 좌측 바퀴용 뿐만 아니라 우측 바퀴용 조항 너클 조립체(20)를 만들 수 있게 된다. 도 1 및 3을 참고하면, 너클 암(12)을 너클 본체(11)의 제1 면(11d) 방향으로 돌출되도록 너클 본체(11)의 홈(11a)에 끼운 후 소정의 방식으로 고정하면 좌측 바퀴용 조향 너클 조립체(10)가 만들어 지고, 이와 반대로 동일 너클 암(12)을 너클 본체(11)의 제2 면(11e) 방향으로 돌출되도록 너클 본체(11)의 홈(11a)에 끼운 후 소정의 방식으로 고정하면 우측 바퀴용 조향 너클 조립체(20)로 사용할 수 있다.

따라서 공통의 구성품으로 좌우측 호환 가능한 조향 너클 조립체(10, 20)를 만들 수 있으므로 제조비를 절감하고 양산성을 높일 수 있게 된다.

너클 본체(11)의 일 측에는 타이 로드(미도시)가 결합될 수 있는 타이 로드 결합부(11b)가 형성될 수 있다. 운전자가 조향 핸들(미도시)을 좌/우 방향으로 회전하면 랙과 피니언 등으로 이루어진 기어기구(미도시)를 통하여 타이 로드에 조향 핸들의 회전력이 전달된다. 타이 로드는 조향 너클 조립체(10)에 조향 핸들 회전력을 전달하고, 바퀴에 부착된 브레이크 캘리퍼를 통하여 좌/우측 바퀴(1)가 조향되게 된다. 이와 같이, 타이 로드의 일 단부는 너클 본체(11)에 일체로 결합된 타이 로드 결합부에 링크 결합되므로 용접으로 결합시켰을 때 발생하는 열 변형으로 인한 각 조인트 포인트의 위치 틀어짐을 방지할 수 있다.

너클 본체(11)의 일 중앙에는 스핀들(14)이 삽입될 수 있는 스핀들 홈(11c)이 형성되어 있다. 스핀들(14)은 너클 본체(11)와 휠의 림을 연결하는 부재로서, 바퀴에 가해지는 하중을 그대로 받기 때문에 하중을 충분히 견딜 수 있을 정도의 강성을 가지도록 설계하는 것이 바람직하다. 좌우측 호환을 위하여 스핀들(14)은 우측 바퀴용 조향 너클 조립체(20)를 위해서는 좌측용에서와 반대 방향으로 삽입되기만 하면 되고 별도로 제작할 필요가 없으므로 제조비 절감 및 양산성 개선이 가능하다.

한편, 본 개시에 따르면, 현가하질량을 감소시키기 위하여 조향 너클 조립체(10, 20)를 알루미늄 합금 재질로 제조하였다. 일 실시예에 다른 알루미늄 합금 재질은 Al 6061로 알루미늄 6000 시리즈 주의 하나이다. Al 6061은 알루미늄(Al)에 구리(Cu) 0.25%, 규소(Si) 0.6%, 마그네슘(Mg) 1.0%, 크롬(Cr) 0.2%의 조성비로 혼합하여 만든 알루미늄 합금이다. Al 6061은 내식성이 좋고, 용접성이 좋으며, 중간정도의 강도로 냉각 가공성은 열처리 합금으로서 양호하며, 내식성이 우수하고, 강도가 높아 해수용 기자재 및 건축용으로 주소 사용된다. 표 1은 Al 6061의 물성을 나타내는 표이다.

물성	Al 6061
인장 강도(Tensile Strength, Yield)	225 Mpa
탄성 계수 (Modulus of Elasticity)	68.9 Gpa
전단 계수 (Shear Modulus)	26.0 Gpa
밀도(Density)	2.70 g/cc

조향 너클 조립체(10, 20)의 재질로서 가벼운 알루미늄 합금을 채용함으로써, 현가하질량이 가벼워져 관성이 작아지고 타이어의 움직임이 빨라지는 장점이 있다. 또한 타이어가 노면에 붙어 있게 함으로써 접지력이 높아져 주행 안정성도 향상시킬 수 있다.

당업자라면 알 수 있듯이, 본 개시는 본 명세서에서 기술된 예시에 한정되는 것이 아니라 본 개시의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 재구성 및 대체될 수 있다. 본 개시의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 이하의 특허청구범위에 의해 모두 포괄하고자 한다.

1 : 휠 10, 20 : 조향 너클 조립체
11 : 너클 본체 12 : 너클 암
13 : 브레이크 캘리퍼 브라켓 14 : 스핀들

Claims (2)

1. 어퍼 컨트롤 암의 일 단부와 링크 결합되는 너클 암; 및
   상기 너클 암이 별도의 부재로서 부착되며, 조향장치인 타이 로드 암의 일 단부와 회동 가능하게 결합되는 타이 로드 결합부가 일체로 형성된 너클 본체를 구비하며,
   바퀴에 부착되는 브레이크 캘리퍼 브라켓이 상기 너클 본체의 일측면에 볼트-너트 결합될 수 있도록 서로 대응되는 홀들이 상기 너클 본체에 형성되어 있으며,
   상기 너클 본체에 상기 너클 암이 부착되는 위치 및 상기 브레이크 캘리퍼 브라켓을 결합시키는 면의 위치를 달리함으로써 좌측 바퀴 뿐만 아니라 우측 바퀴에도 동일하게 사용 수 있도록 구성될 수 있는, 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 너클 조립체는 경량의 알루미늄 합금으로 만들어지며, 상기 알루미늄 합금은 구리, 규소, 마그네슘 및 크롬을 포함하는, 좌우측 호환 가능형 조향 너클 조립체.

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