KR102224004B1 - 지오메트리 가변 능동 현가장치 - Google Patents

Abstract

차량용 지오메트리 가변 능동 현가장치가 개시된다. 지오메트리 가변 능동 현가장치는 차폭 방향으로 배치되는 토션 빔과, 토션 빔의 양단에서 차체의 길이 방향으로 배치되는 양측 트레일링 암과, 양측 트레일링 암 각각의 후단부에 구비되어 차륜의 너클과 결합되며 캠버각 조절부에 의해 캠버각이 제어되는 너클 연결부를 포함한다. 캠버각 조절부는, 일단이 트레일링 암의 후단부에 회전 가능하게 결합되고 타단이 너클 연결부의 내측에 고정되는 회전부와, 회전부를 회전시키는 액츄에이터를 포함한다.

Description

지오메트리 가변 능동 현가장치 {GEOMETRY VARIABLE ACTIVE SUSPENSION}

본 발명은 차량의 후륜 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커플드 토션 빔 액슬(CTBA) 방식의 지오메트리 가변 능동 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 커플드 토션 빔 액슬(Couple Torsion Beam Axle, CTBA) 방식의 현가장치는 단순한 부품 구성을 가지며, 낮은 생산 단가와 중량이 작은 장점으로 인해 경차 및 중소형급 차량의 후륜 현가장치로 사용되고 있다.

도 1은 기존 예에 따른 CTBA 방식 현가장치의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 차폭 방향으로 토션 빔(101)이 구비되고, 토션 빔(101)의 양단에 차체의 길이 방향으로 트레일링 암(102)이 고정된다. 각 트레일링 암(102)의 후방 내측에는 스프링 장착을 위한 스프링 시트(103)와, 쇼크 업소버 연결을 위한 핀(도시하지 않음)이 구비된다.

각 트레일링 암(102)의 선단에는 트레일링 암(102)을 차체에 연결하기 위한 트레일링 암 부시(104)가 구비되며, 각 트레일링 암(102)의 후단부 외측에는 트레일링 암(102)을 차륜의 너클(도시하지 않음)에 연결하기 위한 너클 연결부(105)가 구비된다. 너클은 너클 연결부(105)의 삽입홀에 끼워지고, 너클과 너클 연결부(105)는 볼트 체결 방식으로 결합된다.

한편, 차량은 고속 선회 또는 급차선 변경 시, 조종성과 안정성을 위하여 다소 언더 스티어 경향을 유지해야 하며, 이를 위해 선회 외측 후륜은 네거티브 캠버각으로 유도되어야 한다. 그러나 전술한 너클 연결부(105) 구성으로는 선회 외측 후륜의 캠버각을 변화시킬 수 없으므로 조정 안정성과 선회 성능이 낮은 단점이 있다.

본 발명은 차량의 고속 선회 또는 급차선 변경 시, 선회 외측 후륜의 캠버를 네거티브로 유도하여 지면에 대한 차륜의 그립력을 높임으로써 차량의 조정 안정성과 선회 성능을 향상시킬 수 있는 지오메트리 가변 능동 현가장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 가변 능동 현가장치는 차폭 방향으로 배치되는 토션 빔과, 토션 빔의 양단에서 차체의 길이 방향으로 배치되는 양측 트레일링 암과, 양측 트레일링 암 각각의 후단부에 구비되어 차륜의 너클과 결합되며 캠버각 조절부에 의해 캠버각이 제어되는 너클 연결부를 포함한다. 캠버각 조절부는 회전부와, 회전부를 회전시키는 액츄에이터를 포함한다. 회전부는 일단이 트레일링 암의 후단부에 회전 가능하게 결합되고, 타단이 너클 연결부의 내측에 고정된다.

액츄에이터는 트레일링 암의 후단부 내측 공간에 삽입 고정될 수 있고, 회전부에 고정된 회전축을 포함할 수 있다. 회전부는 트레일링 암의 후단부가 확장된 형태로 이루어질 수 있고, 너클 연결부의 내면에 경사각을 두고 고정될 수 있다. 너클 연결부의 중앙에 차륜의 너클이 끼워지기 위한 삽입홀이 형성될 수 있고, 회전부는 삽입홀의 전방에 고정될 수 있다.

트레일링 암은 회전부와 접하는 후단부에 절개부를 형성할 수 있고, 절개부의 양측으로 트레일링 암 위에 한 쌍의 제1 스토퍼가 고정될 수 있다. 트레일링 암을 향한 회전부의 일측에 제2 스토퍼가 돌출되어 절개부에 수용될 수 있다.

제2 스토퍼는 캠버각 조절부가 미작동인 상태에서 한 쌍의 제1 스토퍼 중 어느 하나의 제1 스토퍼와 접하여 회전부의 제어 반대 방향 움직임을 제한할 수 있다. 제2 스토퍼는 회전부의 최대 회전 시점에서 한 쌍의 제1 스토퍼 중 다른 하나의 제1 스토퍼와 접하여 회전부의 과다 회전을 제한할 수 있다.

액츄에이터는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있고, 제어부는 제어가 필요한 선회 상황에서 두 개의 후륜 중 선회 외측 후륜을 판단하고, 선회 외측 후륜 측의 액츄에이터를 작동시켜 너클 연결부를 내측으로 기울임으로써 선회 외측 후륜의 네거티브 캠버각을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 트레일링 암과 너클 연결부 사이에 액츄에이터와 회전축을 가지는 캠버각 조절부를 설치하고, 제어가 필요한 선회 상황에서 선회 외측 후륜의 캠버각 조절부를 작동시켜 너클 연결부를 내측으로 기울인다.

따라서 차량의 고속 선회 또는 급차선 변경 시, 선회 외측 후륜의 네거티브 캠버각을 증대시킴으로써 지면에 대한 차륜의 그립력을 높일 수 있고, 차량의 조종 안정성과 선회 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 기존 예에 따른 CTBA 방식 현가장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지오메트리 가변 능동 현가장치의 개략 평면도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시한 지오메트리 가변 능동 현가장치를 후방 측에서 바라본 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 현가장치의 작동 순서도이다.
도 6은 도 1에 도시한 현가장치 중 너클 연결부와 회전부의 평면도이다.
도 7은 도 6의 너클 연결부와 회전부를 후방 측에서 바라본 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 현가장치 중 회전부와 트레일링 암의 부분 확대도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선을 기준으로 절개한 회전부의 개략 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지오메트리 가변 능동 현가장치의 개략 평면도이고, 도 3은 도 2의 부분 확대도이며, 도 4는 도 3에 도시한 지오메트리 가변 능동 현가장치를 후방 측에서 바라본 정면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 제1 실시예의 지오메트리 가변 능동 현가장치(100)(이하, '현가장치'라 한다)는 차폭 방향으로 배치되는 토션 빔(10)과, 토션 빔(10)의 양단에서 차체의 길이 방향으로 배치되는 양측 트레일링 암(20)과, 양측 트레일링 암(20) 각각의 후단부에 구비된 캠버각 조절부(30) 및 너클 연결부(40)를 포함한다.

각 트레일링 암(20)의 후방 내측에는 스프링 장착을 위한 스프링 시트(50)가 구비되고, 각 트레일링 암(20)의 선단부에는 트레일링 암(20)을 차체에 연결하기 위한 트레일링 암 부시(60)가 구비된다. 각 트레일링 암(20)은 내측을 향해 볼록한 원호 모양으로 이루어진다.

너클 연결부(40)는 대략적인 판형의 부재로서, 차륜의 너클(도시하지 않음)이 끼워지는 삽입홀(41)이 형성되어 있고, 볼트 체결 방식으로 너클과 결합될 수 있다. 도 2에서 점선은 후륜(70)을 나타낸다. 너클 연결부(40)는 차체의 길이 방향과 나란하게 위치하며, 후륜(70)의 캠버각은 너클 연결부(40)의 캠버각과 일치한다.

캠버각 조절부(30)는 양측 트레일링 암(20)과 너클 연결부(40) 사이에 설치된다. 캠버각 조절부(30)는 회전축(31)을 가지는 액츄에이터(모터)(32)와, 너클 연결부(40)의 내측에 고정되며 회전축(31)에 고정되어 회전축(31)과 같이 회전하는 회전부(33)를 포함한다.

액츄에이터(32)는 양측 트레일링 암(20) 각각의 후단부 내측 공간에 삽입 고정될 수 있다. 액츄에이터(32)는 제어부(80)와 전기적으로 연결되며, 제어부(80)는 액츄에이터(32)의 작동 시점과 회전축(31)의 회전량을 제어한다. 액츄에이터(32)와 회전축(31) 사이에는 토크를 증대시키는 감속기(34)가 제공될 수 있다. 감속기(34)는 볼트 등에 의해 트레일링 암(20)에 고정될 수 있다.

회전부(33)는 대략 원기둥 모양의 부재로서 일단이 회전축(31)에 고정되고, 타단이 너클 연결부(40)의 내측에 고정된다. 회전부(33)는 양측 트레일링 암(20) 각각의 후단부에 회전 가능하게 결합된다. 이를 위해 회전부(33)와 트레일링 암(20)의 후단부 사이에 볼 베어링과 같은 회전 매개 수단이 설치된다.

회전부(33)는 트레일링 암(20)의 후단부가 확장된 형태로 이루어진다. 즉, 회전부(33)는 트레일링 암(20)의 연장선 상에서 트레일링 암(20)과 같은 크기로 형성될 수 있으며, 너클 연결부(40)의 내면과 소정의 경사각을 가진다.

너클 연결부(40)의 중앙에는 너클이 끼워지는 삽입홀(41)이 형성되므로 회전부(33)는 삽입홀(41)의 전방에 고정될 수 있다. 또한, 너클 연결부(40)에 고정된 회전부(33)의 타단은 삽입홀(41)의 중앙과 지면으로부터 같은 높이에 위치할 수 있다. 즉, 회전부(33)는 너클 연결부(40)의 중앙 전방에 고정될 수 있다.

액츄에이터(32)의 작동에 의해 회전축(31)과 회전부(33)가 회전하면 너클 연결부(40)와 여기에 결합된 후륜(70)은 내측으로 기울어지면서 네거티브 캠버각으로 전환된다. 이때 차륜의 캠버각은 회전축(31)의 회전량에 비례하므로 회전축(31)의 회전량을 제어하여 캠버각을 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 현가장치의 작동 순서도이다.

도 5를 참고하면, 현가장치의 작동 방법은 제어부가 센서 신호를 수신하고 목표 요레이트 연산을 수행하는 제1 단계(S10)와, 차량의 선회 상황을 판단하는 제2 단계(S20)와, 선회 상황 중 제어가 필요한 상황인지를 판단하는 제3 단계(S30)와, 두 개의 후륜 중 선회 외측의 후륜을 판단하는 제4 단계(S40)와, 제어부에서 목표 제어량 신호를 액츄에이터로 출력하는 제5 단계(S50)를 포함한다.

제1 내지 제3 단계(S10, S20, S30)에서, 제어부(80)는 차속 센서(81) 및 조향각 센서(82) 등 차량 내부의 여러 센서와 전기적으로 연결되어 차량의 선회 상황을 판단하고, 고속 주행 중 급선회 또는 급차선 변경과 같이 제어가 필요한 선회 상황을 판단한다.

제4 및 제5 단계(S40, S50)에서, 제어가 필요한 선회 상황인 경우, 제어부(80)는 두 개의 후륜(70) 중 선회 외측의 후륜을 판단하고, 선회 외측 후륜의 캠버각 조절부(30)에 구비된 액츄에이터(32)를 작동시킨다.

도 6은 도 1에 도시한 현가장치 중 너클 연결부와 회전부의 평면도이고, 도 7은 도 6의 너클 연결부와 회전부를 후방 측에서 바라본 정면도이다. 도 6과 도 7에서 캠버각 조절부 작동 이전과 이후를 같이 도시하였다.

도 6과 도 7을 참고하면, 제5 단계(S50)에서 액츄에이터(32)의 작동으로 회전부(33)가 회전하면, 너클 연결부(40)와 이에 결합된 후륜(70)(도 2 참조)이 내측으로 기울어지면서 캠버각은 네거티브로 전환되고 네거티브 캠버각이 커진다. 이때 회전부(33)의 회전량은 제어부(80)에서 액츄에이터(32)로 출력한 목표 제어량에 비례한다.

제1 실시예의 현가장치(100)는 제어가 필요한 차량의 선회 상황에서 선회 외측 후륜의 네거티브 캠버각을 증대시킴에 따라, 지면에 대한 차륜의 그립력을 높일 수 있고, 그 결과 차량의 조종 안정성과 선회 성능을 향상시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 현가장치 중 회전부와 트레일링 암의 부분 확대도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선을 기준으로 절개한 회전부의 개략 단면도이다.

도 8과 도 9를 참고하면, 제2 실시예의 현가장치는 회전부(33)의 움직임을 제한하기 위한 스토퍼(91, 92)를 포함한다.

트레일링 암(20)은 회전부(33)와 접하는 일측에 소정 폭의 절개부(21)를 형성하고, 절개부(21)의 양측으로 트레일링 암(20) 위에 한 쌍의 제1 스토퍼(91)가 고정된다. 한 쌍의 제1 스토퍼(91)는 트레일링 암(20)의 둘레 방향(원주 방향)을 따라 절개부(21)를 사이에 두고 마주한다.

그리고 트레일링 암(20)을 향한 회전부(33)의 일측에서 절개부(21)를 향해 제2 스토퍼(92)가 돌출 형성된다. 제2 스토퍼(92)는 절개부(21)에 수용되며, 절개부(21)에서 한 쌍의 제1 스토퍼(91) 사이를 이동하면서 회전부(33)의 회전을 제한한다.

절개부(21)와 한 쌍의 제1 스토퍼(91) 및 제2 스토퍼(92)는 트레일링 암(20)의 상부와 하부에 각각 구비될 수 있다.

캠버각 조절부(30)가 미작동인 상태에서 제2 스토퍼(92)는 어느 하나의 제1 스토퍼(91)와 접하며, 회전부(33)의 제어 반대 방향 움직임을 제한한다. 한편, 제어가 필요한 선회 상황에서 액츄에이터(32)가 작동하여 회전부(33)가 움직이면 제2 스토퍼(92)는 절개부(21)에서 다른 하나의 제1 스토퍼(91)를 향해 이동한다.

회전부(33)의 최대 회전 시점에서 제2 스토퍼(92)는 다른 하나의 제1 스토퍼(91)와 접하며, 따라서 회전부(33)의 회전량은 정해진 최대 회전량을 넘지 않는다. 이와 같이 회전부(33)는 제1 및 제2 스토퍼(91, 92)로 이루어진 회전 제한 구조에 의해 회전 범위가 제한되며, 제어 범위 내에서만 그 움직임이 가능하다.

따라서 제2 실시예의 현가장치는 외란에 의한 제어부(80)의 오작동 등에 의해 회전부(33)가 제어 반대 방향으로 움직이거나 최대 회전량을 초과하여 움직이고자 할 때, 이러한 움직임을 효과적으로 차단할 수 있다.

제2 실시예의 현가장치에서 제1 및 제2 스토퍼(91, 92)를 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 지오메트리 가변 능동 현가장치
10: 토션 빔 20: 트레일링 암
30: 캠버각 조절부 31: 회전축
32: 액츄에이터 33: 회전부
34: 감속기 40: 너클 연결부
50: 스프링 시트 60: 트레일링 암 부시
70: 후륜 80: 제어부

Claims (8)

1. 차폭 방향으로 배치되는 토션 빔; 상기 토션 빔의 양단에서 차체의 길이 방향으로 배치되는 양측 트레일링 암; 및 상기 양측 트레일링 암 각각의 후단부에 구비되어 차륜의 너클과 결합되며, 캠버각 조절부에 의해 캠버각이 제어되는 너클 연결부를 포함하고,
   상기 캠버각 조절부는,
   일단이 상기 트레일링 암의 후단부에 회전 가능하게 결합되고, 타단이 상기 너클 연결부의 내측에 고정되는 회전부; 및 상기 회전부를 회전시키는 액츄에이터를 포함하며,
   상기 액츄에이터는 상기 트레일링 암의 후단부 내측 공간에 삽입 고정되고, 상기 회전부에 고정된 회전축을 포함하며,
   상기 회전부는 상기 트레일링 암의 후단부가 확장된 형태로 이루어지며, 상기 너클 연결부의 내면에 경사각을 두고 고정되는 지오메트리 가변 능동 현가장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 너클 연결부의 중앙에 차륜의 너클이 끼워지기 위한 삽입홀이 형성되고, 상기 회전부는 상기 삽입홀의 전방에 고정되는 지오메트리 가변 능동 현가장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 트레일링 암은 상기 회전부와 접하는 후단부에 절개부를 형성하고, 상기 절개부의 양측으로 상기 트레일링 암 위에 한 쌍의 제1 스토퍼가 고정되며,
   상기 트레일링 암을 향한 상기 회전부의 일측에 제2 스토퍼가 돌출되어 상기 절개부에 수용되는 지오메트리 가변 능동 현가장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 스토퍼는 상기 캠버각 조절부가 미작동인 상태에서 상기 한 쌍의 제1 스토퍼 중 어느 하나의 제1 스토퍼와 접하여 상기 회전부의 제어 반대 방향 움직임을 제한하는 지오메트리 가변 능동 현가장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 스토퍼는 상기 회전부의 최대 회전 시점에서 상기 한 쌍의 제1 스토퍼 중 다른 하나의 제1 스토퍼와 접하여 상기 회전부의 과다 회전을 제한하는 지오메트리 가변 능동 현가장치.
8. 제1항, 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 제어부와 전기적으로 연결되고,
   상기 제어부는 제어가 필요한 선회 상황에서 두 개의 후륜 중 선회 외측 후륜을 판단하고, 선회 외측 후륜 측의 상기 액츄에이터를 작동시켜 상기 너클 연결부를 내측으로 기울임으로써 선회 외측 후륜의 네거티브 캠버각을 증대시키는 지오메트리 가변 능동 현가장치.

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