KR102322264B1 - 차량용 현가장치 - Google Patents

Abstract

차량용 현가장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 차량용 현가장치는, ⅰ)차체의 길이 방향을 따라 그 차체 측의 프레임과 액슬 측에 고정되되, 일측 단부는 프레임의 전방 측에 고정되고, 다른 일측 단부는 프레임의 후방 측에 양 방향으로 회전 가능하게 구비된 상부 롤러 및 하부 롤러 사이에 배치되는 단판의 복합소재 스프링과, ⅱ)상부 롤러 및 하부 롤러에 연결되게 설치되며, 상부 롤러 및 하부 롤러가 어느 한쪽 방향으로 회전할 때 전기 에너지를 발생시키는 발전기와, ⅲ)프레임과 액슬 측에 연결되며, 발전기에서 발생된 전기 에너지를 전자제어유니트(ECU)를 통하여 인가받는 자기 유변 유체를 충진하고 있는 쇽 업소버를 포함할 수 있다.

Description

차량용 현가장치 {SUSPENSION FOR VEHICLE}

본 발명의 예시적인 실시 예는 차량의 일체식 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 거동자세 안정성 및 승차감을 개선할 수 있는 차량용 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 현가장치는 차축과 차체 사이를 연결하여 주행 중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격 등을 적절히 감쇠시키며, 차체의 손상과 탑승자의 승차감을 향상시키는 장치이다.

차량의 현가장치는 크게 독립식 현가장치와 일체식 현가장치로 분류된다. 예를 들어 일체식 현가장치 중에서 리프 스프링을 적용한 현가장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차체의 리어 측 길이 방향으로 스프링 강판들이 겹쳐진 리프 스프링(1)을 구비한다. 리프 스프링(1)은 차체 측의 프레임(2)과 리어 액슬의 양단 측에 각각 고정된다. 이러한 리프 스프링(1)은 프런트 측 선단의 스프링 아이(3)에 의해 프레임(2)에 장착되고, 리어 측 선단은 샥클(4: shackle)을 통해 프레임(2)에 장착되며, 중앙부에서 U볼트(5)를 통해 리어 액슬 측과 고정된다.

그리고, 프레임(2)과 리어 액슬 사이에는 적당한 감쇠력을 갖는 쇽 업소버(6)가 수직방향으로 설치된다. 또한, 프레임(2)의 하측에는 리어 액슬 측과 연결되는 스테빌라이저 바아(7)가 구비된다. 스테빌라이저 바아(7)는 차량의 선회 주행 시, 좌우 양측 차륜이 상대적으로 상하 운동하는 경우에 비틀려지면서 그 때에 발생하는 스프링 복원력으로 차체의 기울기를 감소시키는 즉, 차체의 롤링을 저감시키는 기능을 하게 된다.

따라서, 차량의 주행 시, 리프 스프링(1)은 노면 조건과 부하 중량에 의해서 완충 기능을 수행하고, 쇽 업소버(6)는 노면 조건으로부터 발생되는 진동을 약화시키도록 작동한다. 그리고 스테빌라이저 바아(7)는 차량의 선회 주행 시, 리프 스프링(1)의 롤 강성을 증대시키도록 작동한다.

그러나, 상기와 같은 차량용 현가장치는 스프링 강판들이 겹쳐진 리프 스프링을 구비함에 따라, 차량의 경량화를 도모할 수 없다. 또한, 종래 기술에서는 차량의 주행 중에 쇽 업소버의 감쇠력을 변경할 수 없기 때문에, 노면 외란에 의한 진동이나 진폭이 바뀌게 되면 그에 맞는 최적화 된 감쇠력 구현이 어려워 승차감의 저하를 유발할 수 있다.

더 나아가, 종래 기술에서는 노면 외란에 의한 진동을 리프 스프링의 스프링 강판들 간 마찰력과, 쇽 업소버의 감쇠력 등의 에너지 소모를 통해 흡수하기 때문에, 에너지의 효율적 사용 측면에서 불리하다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들은 기존의 스프링 강판들로 이루어진 리프 스프링을 복합소재의 판 스프링으로 대체하여 차량의 경량화를 도모할 수 있도록 한 차량용 현가장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시 예들은 노면 외란에 의한 진동이나 진폭에 따라 감쇠력의 변경을 구현할 수 있고, 노면의 진동을 감쇠시키기 위해 소모되는 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 차량용 현가장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 차량용 현가장치는, ⅰ)차체의 길이 방향을 따라 상기 차체 측의 프레임과 액슬 측에 고정되되, 일측 단부는 상기 프레임의 전방 측에 고정되고, 다른 일측 단부는 상기 프레임의 후방 측에 양 방향으로 회전 가능하게 구비된 상부 롤러 및 하부 롤러 사이에 배치되는 단판의 복합소재 스프링과, ⅱ)상기 상부 롤러 및 하부 롤러에 연결되게 설치되며, 상기 상부 롤러 및 하부 롤러가 어느 한쪽 방향으로 회전할 때 전기 에너지를 발생시키는 발전기와, ⅲ)상기 프레임과 액슬 측에 연결되며, 상기 발전기에서 발생된 전기 에너지를 전자제어유니트(ECU)를 통하여 인가받는 자기 유변 유체를 충진하고 있는 쇽 업소버를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 복합소재 스프링의 중앙부는 U 볼트를 통해 액슬 측에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 복합소재 스프링은 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 혹은 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재의 레이어들이 적층된 판 스프링 타입으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 복합소재 스프링은, 상기 레이어들이 감싸고 있는 고정 핀이 상기 일측 단부에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 복합소재 스프링의 일측 단부는 상기 고정 핀을 통하여 상기 프레임에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 프레임에는 상기 복합 스프링의 일측 단부를 고정하기 위한 상부 브라켓 및 하부 브라켓이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 복합소재 스프링의 일측 단부는 상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓 사이에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓은 상기 복합소재 스프링의 일측 단부를 사이에 두고 서로 합쳐지며 상기 고정 핀이 끼워지는 핀 홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 상부 브라켓에는 상기 복합소재 스프링의 일측 단부 상면을 지지하는 상부 라운드 단이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 하부 브라켓에는 상기 복합소재 스프링의 일측 단부 하면을 지지하는 하부 라운드 단이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 서로 결합된 상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓은 한쪽이 폐쇄되고, 다른 한쪽은 개방되며, 그 개방 단에 상기 상부 라운드 단 및 하부 라운드 단을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 상부 롤러 및 하부 롤러는 롤러 브라켓을 통해 상기 프레임에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 상부 롤러는 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부 상면과 면 접촉하고, 상기 하부 롤러는 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부 하면과 면 접촉 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 발전기는 상기 상부 롤러 및 하부 롤러와 각각 연결되며, 상기 롤러 브라켓에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 발전기는 상기 복합소재 스프링이 탄성 변형하며, 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부에 의해 상기 상부 롤러가 시계방향으로 회전하고, 상기 하부 롤러가 반 시계방향으로 회전하는 때 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 쇽 업소버는 상기 프레임과 연결되며, 내부에 상기 자기 유변 유체가 충진된 실린더와, 상기 액슬 측과 연결되고, 상기 실린더의 내부에 이동 가능하게 배치되는 피스톤 조립체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치에 있어서, 상기 피스톤 조립체는 상기 실린더의 내부를 상부 챔버 및 하부 챔버로 구획하고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버를 상호 연결하는 오리피스 유로를 형성하고 있는 피스톤 헤드와, 상기 피스톤 헤드와 연결되며, 상기 액슬 측과 연결되는 피스톤 로드를 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예는 기존의 스프링 강판들로 이루어진 리프 스프링을 단판의 복합소재 스프링으로 변경함에 따라 차량의 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 스프링의 거동 시 소모되는 에너지를 발전기를 통하여 전기 에너지로 변환하고, 그 전기 에너지를 이용하여 쇽 업소버의 감쇠력을 제어할 수 있으므로, 노면 외란에 의한 진동을 감쇠시키기 위해 소모되는 에너지를 효율적으로 활용할 수 있고, 추가적인 전력 손실 없이 쇽 업소버에 의한 차량의 거동자세 안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 리프 스프링을 적용한 일반적인 현가장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치에 적용되는 복합소재 스프링 고정 브라켓 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치에 적용되는 발전 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치에 적용되는 쇽 업소버를 개략적으로 도시한 도면이다

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

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...부", " "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치(100)는 차체와 차축 사이를 연결하여 차량의 중량을 지지하고, 노면 외란(예를 들면, 범프 및 리바운드)에 의해 차륜에서 발생되는 진동을 흡수하기 위한 것이다.

예를 들면, 상기 차량용 현가장치(100)는 일체식 현가장치로서, 상용차량, 버스 등의 리어 액슬 측에 구성되는 리어 현가장치에 적용될 수 있다. 이러한 현가장치(100)는 차체의 좌우 측 부위로 그 차체의 길이 방향을 따라 배치된 사이드 프레임(10)(이하에서는 편의 상, 프레임이라고 한다)에 길이 방향을 따라 구성되며, 리어 액슬(도면에 도시되지 않음)의 양측에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량용 현가장치(100)는 기존의 스프링 강판들로 이루어진 리프 스프링을 복합소재의 판 스프링으로 대체하여 차량의 경량화를 도모할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시 예는 노면 외란에 의한 진동이나 진폭에 따라 감쇠력의 변경을 구현할 수 있고, 노면 외란에 의한 진동을 감쇠시키기 위해 소모되는 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 차량용 현가장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치(100)는 기본적으로, 복합소재 스프링(30), 발전기(60) 및 쇽 업소버(80)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 복합소재 스프링(30)은 기존 스프링 강판들이 겹쳐진 리프 스프링의 대체 구조로서, 복합소재로 이루어진 단판의 판 스프링 타입으로 구비된다.

예를 들면, 상기 복합소재 스프링(30)은 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재로 이루어진다.

더 나아가, 상기 복합소재 스프링(30)은 섬유 강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 소재의 레이어(31)들을 적층한 단판의 판 스프링으로 구비된다.

이러한 플라스틱 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하며, 고강도 고탄성의 경량 구조재로 주목 받고 있는 첨단 복합 재료이고, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.

그리고, 상기 플라스틱 복합소재는 스틸 소재 대비 강도 및 탄성율이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 복합소재 스프링(30)은 차체의 길이 방향을 따라 그 차체 측의 프레임(10)과 리어 액슬 측에 고정되게 설치된다.

구체적으로, 상기 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 고정 단으로서 프레임(10)의 전방 측에 고정되고, 다른 일측 단부는 자유 단으로서 프레임(10)의 후방 측에 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결된다. 그리고 상기 복합소재 스프링(30)의 중앙부는 U 볼트(33)를 통해 리어 액슬 측에 고정된다.

상기한 U 볼트(33)를 통하여 복합소재 스프링(30)을 리어 액슬 측에 고정하는 구성은 기존의 리프 스프링 고정 구조와 같으므로, 본 명세서에서 그 구성의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 상기 복합소재 스프링(30)은 섬유 강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 소재의 레이어(31)들을 다수 적층하여 이루어지는 바, 복합소재 스프링(30)의 일측 단부에는 그 일측 단부를 프레임(10)에 고정하기 위한 고정 핀(35)을 구비하고 있다. 상기 고정 핀(35)은 섬유 강화 플라스틱(FRP) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 소재의 적층된 레이어(31)들에 의해 감싸인 형태로 구비된다.

이와 같은 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 고정 핀(35)을 통하여 프레임(10)의 전방 측에 고정되는 바, 그 프레임(10)에는 복합소재 스프링(30)의 일측 단부를 고정 핀(35)을 통하여 프레임(10)에 고정하기 위한 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)이 설치된다.

상기 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 상부 브라켓(41)및 하부 브라켓(42) 사이에 고정된다. 이러한 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)은 복합소재 스프링(30)의 일측 단부를 사이에 두고 서로 합쳐지며 그 일측 단부의 고정 핀(35)이 끼워지는 핀 홀(43)이 형성된다.

이에 상기 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42) 사이에서 이들 브라켓에 의해 감싸이며, 고정 핀(35)이 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)의 핀 홀(43)에 끼워짐으로써 프레임(10)의 전방 측에 고정될 수 있다.

즉, 상기 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)과, 고정 핀(35)을 통하여 프레임(10)의 전방 측에 고정됨에 따라, 그 프레임(10)으로부터 이탈되거나 회전이 발생하지 않게 된다.

상기의 서로 결합된 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)은 복합소재 스프링(30)의 일측 단부를 사이에 두고 한쪽(전방 측)이 폐쇄되고, 다른 한쪽(후방 측)은 개방된 타입으로 구비된다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기한 상부 브라켓(41)의 개방 단에는 복합소재 스프링(30)의 일측 단부 상면을 지지하는 상부 라운드 단(45)을 형성하고 있으며, 하부 브라켓(42)의 개방 단에는 복합소재 스프링(30)의 일측 단부 하면을 지지하는 하부 라운드 단(47)을 형성하고 있다.

이와 같이 상기 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)에 상부 라운드 단(45) 및 하부 라운드 단(47)을 형성하는 이유는 노면 외란에 의한 휠 스트로크(wheel stroke) 발생 시, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형으로 인해 복합소재 스프링(30)의 일측 단부 상면 및 하면이 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)에 의해 마모되거나 그 상면 및 하면으로 하중이 집중되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기와 같은 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(10)의 후방 측에 양 방향으로 회전 가능하게 구비된 상부 롤러(51) 및 하부 롤러(52) 사이에 배치된다. 이는 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형에 의한 스프링 길이 변화를 흡수하기 위함이다.

상기 상부 롤러(51) 및 하부 롤러(52)는 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부를 사이에 두고 상하 방향으로 이격되게 배치되며, 롤러 브라켓(53)을 통하여 프레임(10)에 양 방향으로 회전 가능하게 설치된다.

여기서, 상기 상부 롤러(51)는 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부 상면과 면 접촉하고, 하부 롤러(52)는 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부 하면과 면 접촉하며, 양 방향으로 회전 가능하게 된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 발전기(60)는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제너레이터로서, 상부 롤러(51) 및 하부 롤러(52)가 어느 한쪽 방향으로 회전할 때 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

상기 발전기(60)는 상부 롤러(51) 및 하부 롤러(52)와 각각 연결되며, 위에서 언급한 바 있는 롤러 브라켓(53)에 설치된다. 이러한 발전기(60)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 제너레이터로 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 상기 발전기(60)는 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 도 5에 도시된 바와 같이, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형에 의해 그 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부가 도면에 실선 화살표로 표시된 방향(전방 측)으로 진행할 때, 상부 롤러(51)가 시계방향(실선 화살표로 표시)으로 회전하고, 하부 롤러(52)가 반 시계방향(실선 화살표로 표시)으로 회전하면서 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

그리고, 상기 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형에 의해 그 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부가 도면에 점선 화살표로 표시된 방향(후방 측)으로 진행할 때, 상부 롤러(51)는 반 시계방향(점선 화살표로 표시)으로 회전하고, 하부 롤러(52)는 시계방향(점선 화살표로 표시)으로 회전하는데, 이때 발전기(60)는 전기 에너지를 발생시키지 않는다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 쇽 업소버(80)는 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 충격에 의한 진동이나 진폭을 감쇠시키기 위한 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치에 적용되는 쇽 업소버를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 쇽 업소버(80)는 프레임(10)과 리어 액슬 측에 연결되며, 발전기(60)에서 발생되는 전기 에너지를 전자제어유니트(ECU)를 통하여 인가받는 자기 유변 유체(Magneto Rheological Fluid) (MR)를 충진하고 있다.

이러한 쇽 업소버(80)는 실린더(81)와 피스톤 조립체(83)를 포함한다. 상기 실린더(81)는 예를 들어, 상단이 폐쇄되고, 하단이 개방되며, 내부 공간을 지닌 원통 형상으로 구비된다. 상기 쇽 업소버(80)는 프레임(10)과 연결되고, 내부 공간에는 자기 유변 유체(MR)가 충진된다.

상기 피스톤 조립체(83)는 리어 액슬 측과 연결되고, 실린더(81)의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합된다. 이러한 피스톤 조립체(83)는 피스톤 헤드(85) 및 피스톤 로드(87)를 포함한다.

상기 피스톤 헤드(85)는 실린더(81)의 내부에서 그 실린더(81)의 내주 면에 밀착되게 배치되며, 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비된다. 상기 피스톤 헤드(85)는 외주 연 측에 피스톤 링(도면에 도시되지 않음)이 설치되어 있다. 그리고 상기 피스톤 헤드(85)는 실린더(81)의 내부를 상부 챔버(82a)와 하부 챔버(82b)로 각각 구획한다.

상기 피스톤 헤드(85)는 실린더(81) 내부의 상부 챔버(82a)와 하부 챔버(82b)를 상호 연결(연통)하며, 자기 유변 유체(MR)를 유동시키는 적어도 하나의 오리피스 유로(86)를 형성하고 있다.

상기 피스톤 로드(87)는 리어 액슬 측으로부터 진동 또는 충격력이 입력되는 것으로, 실린더(81)의 내측에서 피스톤 헤드(85)와 연결되고, 리어 액슬 측과 연결된다. 상기 피스톤 로드(87)는 실린더(81)의 하단을 통해 피스톤 헤드(85)와 연결되며, 실린더(81)의 내주 면에 밀착되게 배치된다.

따라서, 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 피스톤 로드(87)를 통해 리어 액슬 측으로부터 진동 또는 충격력이 입력되면, 실린더(81) 내부의 피스톤 헤드(85)는 상하 방향으로 이동되고, 이에 따라 실린더(81) 내부의 자기 유변 유체(MR)는 피스톤 헤드(85)의 오리피스 유로(86)를 통해 상부 챔버(82a)와 하부 챔버(82b)로 유동된다.

이에 본 발명의 실시 예에 의한 상기 쇽 업소버(80)는 실린더(81) 내부에서의 피스톤 헤드(85)의 이동에 따른 자기 유변 유체(MR)의 유동에 의해 상부 챔버(82a)와 하부 챔버(82b) 사이에 압력 차가 발생하게 되고, 그 압력 차에 의해 진동 또는 충격력을 감소시키는 감쇠력을 발생시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 적용되는 자기 유변 유체(MR)는 합성 탄화수소 액체에 자성(magnetism)을 갖는 부드러운 입자가 혼합된 현택 액으로서, 주변에 자기장이 형성됐는지 여부 및 자기장의 세기에 따라 전단응력(shear stress)이 달라지는 특성을 갖고 있다. 즉, 상기 자기 유변 유체(MR)는 나노 사이즈의 자성 입자를 특수 코팅하여 오일에 혼합하였을 때 가라앉지 않게 만든 것으로, 자기장 하에서 상기 자성 입자가 배열하여 체인을 형성함으로써 유체의 점도가 증가하는 특성을 갖고 있다. 상기 자기 유변 유체(MR)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 조성물로 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 이와 같은 자기 유변 유체(MR)는 발전기(60)에서 발생되는 전기 에너지를 전자제어유니트(ECU)를 통하여 인가받아 빙햄 유체의 거동으로 전단 응력이 발생되어 피스톤 헤드(85)의 오리피스 유로(86)를 통한 유동량이 조절될 수 있다.

도면에서 미 설명된 참조부호 90은 프레임(10)의 하측에서 리어 액슬 측과 연결되며, 차량의 선회 주행 시, 좌우 양측 차륜이 상대적으로 상하 운동하는 경우에 비틀려지면서 그 때에 발생하는 스프링 복원력으로 차체의 롤링을 저감시키는 스테빌라이저 바아를 나타낸다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예에서 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 복합소재 스프링(30)은 리어 액슬에 의해 탄성 변형되면서 노면 외란에 의한 진동이나 충격을 완충시킬 수 있다.

여기서, 상기 복합소재 스프링(30)의 일측 단부는 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42), 그리고 고정 핀(35)을 통하여 프레임(10)의 전방 측에 고정됨에 따라, 그 프레임(10)으로부터 이탈되거나 회전이 발생하지 않게 된다.

한편, 종래 기술에서는 리프 스프링의 일측 단부를 프레임의 전방 측에 회전 가능하게 결합함에 따라, 리프 스프링 중앙부의 회전 각이 커지게 되어, 토크의 변화 및 변속기에서 발생되는 반력에 의해 리어 액슬이 회전되는 것을 방지하여 리프 스프링을 꼬이게 하는 와인드 업(Wind-Up) 현상이 발생할 수 있다.

그러나, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 스프링(30)의 일측 단부를 프레임(10)의 전방 측에 고정함에 따라, 그 복합소재 스프링(30) 중앙부의 회전 각이 작아지게 되어 복합소재 스프링(30)의 와인드 업 현상을 최소화 할 수 있고, 이로 인하여 제동 쏠림을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)에 상부 라운드 단(45) 및 하부 라운드 단(47)을 각각 형성함에 따라, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형 시 복합소재 스프링(30)의 일측 단부 상면 및 하면이 상부 브라켓(41) 및 하부 브라켓(42)에 의해 마모되거나 그 상면 및 하면으로 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 스프링(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 노면 외란에 의한 휠 스트로크 발생 시, 큰 진동이나 진폭에 의해 쇽 업소버(80)의 피스톤 로드(87)가 인장되는 경우, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형으로 인해 그 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부가 전방 측으로 진행하게 된다.

이에, 상기 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부를 지지하고 있는 상부 롤러(51)는 시계방향으로 회전하고, 하부 롤러(52)는 반 시계방향으로 회전하게 되며, 이로 인해 발전기(60)는 전기 에너지를 발생시킨다.

그러면, 전자제어유니트(ECU)는 쇽 업소버(80)의 자기 유변 유체(MR)로 전기 에너지를 인가하게 되고, 자기 유변 유체(MR)는 빙햄 유체의 거동으로 전단 응력이 발생되어 점성이 높아지게 된다. 따라서, 상기 쇽 업소버(80)는 피스톤 헤드(85)의 오리피스 유로(86)를 통한 유동량을 조절하며 큰 감쇠력을 발생시킴으로써 차량의 거동자세를 빠르게 안정화시킬 수 있다.

반대로, 노면 조건에 따라 쇽 업소버(80)의 피스톤 로드(87)가 압축되는 경우, 복합소재 스프링(30)의 탄성 변형에 의해 그 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부가 후방 측으로 진행하게 된다.

이 경우 상기 복합소재 스프링(30)의 다른 일측 단부를 지지하고 있는 상부 롤러(51)는 반 시계방향으로 회전하고, 하부 롤러(52)는 시계방향으로 회전하게 되는데, 이때 발전기(60)는 전기 에너지를 발생시키지 않는다.

그러면, 상기 쇽 업소버(80)는 피스톤 헤드(85)의 오리피스 유로(86)를 통한 자기 유변 유체(MR)의 유동량을 조절하며 작은 감쇠력을 발생시킴으로써 진동이나 충격을 완화시킬 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 현가장치(100)에 의하면, 기존의 스프링 강판들로 이루어진 리프 스프링을 단판의 복합소재 스프링(30)으로 변경함에 따라 차량의 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 복합소재 스프링(30)의 거동 시 소모되는 에너지를 발전기(60)를 통하여 전기 에너지로 변환하고, 그 전기 에너지를 이용하여 쇽 업소버(80)의 감쇠력을 제어할 수 있으므로, 노면 외란에 의한 진동을 감쇠시키기 위해 소모되는 에너지를 효율적으로 활용할 수 있고, 추가적인 전력 손실 없이 쇽 업소버(80)에 의한 차량의 거동자세 안정성 및 승차감을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 발전기(60)에서 발생되는 전기 에너지의 양을 전자제어유닛트(ECU)를 통해 제어하여 쇽 업소버(80)의 자기 유변 유체(MR)로 인가함으로써, 사용자의 요구 조건에 맞는 최적의 성능(차량의 거동자세 안정성 및 승차감)을 구현할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 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.

10: 프레임 30: 복합소재 스프링
31: 레이어 33: U 볼트
35: 고정 핀 41: 상부 브라켓
42: 하부 브라켓 43: 핀 홀
45: 상부 라운드 단 47: 하부 라운드 단
51: 상부 롤러 52: 하부 롤러
53: 롤러 브라켓 60: 발전기
80: 쇽 업소버 81: 실린더
82a: 상부 챔버 82b: 하부 챔버
83: 피스톤 조립체 85: 피스톤 헤드
86: 오리피스 유로 87: 피스톤 로드
90: 스테빌라이저 바아 ECU: 전자제어유니트
MR: 자기 유변 유체

Claims (13)

1. 차체의 길이 방향을 따라 상기 차체 측의 프레임과 액슬 측에 고정되되, 일측 단부는 상기 프레임의 전방 측에 고정되고, 다른 일측 단부는 상기 프레임의 후방 측에 양 방향으로 회전 가능하게 구비된 상부 롤러 및 하부 롤러 사이에 배치되는 단판의 복합소재 스프링;
   상기 상부 롤러 및 하부 롤러에 연결되게 설치되며, 상기 상부 롤러 및 하부 롤러가 어느 한쪽 방향으로 회전할 때 전기 에너지를 발생시키는 발전기; 및
   상기 프레임과 액슬 측에 연결되며, 상기 발전기에서 발생된 전기 에너지를 전자제어유니트(ECU)를 통하여 인가받는 자기 유변 유체를 충진하고 있는 쇽 업소버;
   를 포함하는 차량용 현가장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복합소재 스프링의 중앙부는 U 볼트를 통해 액슬 측에 고정되는 차량용 현가장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 복합소재 스프링은,
   섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 혹은 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재의 레이어들이 적층된 판 스프링 타입으로 구비되는 차량용 현가장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 복합소재 스프링은,
   섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재의 레이어들이 적층된 판 스프링 타입으로 구비되며,
   상기 레이어들이 감싸고 있는 고정 핀이 상기 일측 단부에 구비되는 차량용 현가장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 복합소재 스프링의 일측 단부는 상기 고정 핀을 통하여 상기 프레임에 고정되며,
   상기 프레임에는 상기 복합소재 스프링의 일측 단부를 고정하기 위한 상부 브라켓 및 하부 브라켓이 설치되는 차량용 현가장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 복합소재 스프링의 일측 단부는 상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓 사이에 고정되며,
   상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓은 상기 복합소재 스프링의 일측 단부를 사이에 두고 서로 합쳐지며 상기 고정 핀이 끼워지는 핀 홀이 형성되는 차량용 현가장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 상부 브라켓에는 상기 복합소재 스프링의 일측 단부 상면을 지지하는 상부 라운드 단이 형성되고,
   상기 하부 브라켓에는 상기 복합소재 스프링의 일측 단부 하면을 지지하는 하부 라운드 단이 형성되는 차량용 현가장치.
8. 제7 항에 있어서,
   서로 결합된 상기 상부 브라켓 및 하부 브라켓은 한쪽이 폐쇄되고, 다른 한쪽은 개방되며, 그 개방 단에 상기 상부 라운드 단 및 하부 라운드 단을 형성하는 차량용 현가장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 롤러 및 하부 롤러는 롤러 브라켓을 통해 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되며,
   상기 상부 롤러는 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부 상면과 면 접촉하고, 상기 하부 롤러는 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부 하면과 면 접촉하는 차량용 현가장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 발전기는,
    상기 상부 롤러 및 하부 롤러와 각각 연결되며, 상기 롤러 브라켓에 설치되는 차량용 현가장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 발전기는,
    상기 복합소재 스프링이 탄성 변형하며, 상기 복합소재 스프링의 다른 일측 단부에 의해 상기 상부 롤러가 시계방향으로 회전하고, 상기 하부 롤러가 반 시계방향으로 회전하는 때 전기 에너지를 발생시키는 차량용 현가장치.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 쇽 업소버는,
    상기 프레임과 연결되며, 내부에 상기 자기 유변 유체가 충진된 실린더와,
    상기 액슬 측과 연결되고, 상기 실린더의 내부에 이동 가능하게 배치되는 피스톤 조립체
    를 포함하는 차량용 현가장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는,
    상기 실린더의 내부를 상부 챔버 및 하부 챔버로 구획하고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버를 상호 연결하는 오리피스 유로를 형성하고 있는 피스톤 헤드와,
    상기 피스톤 헤드와 연결되며, 상기 액슬 측과 연결되는 피스톤 로드
    를 포함하는 차량용 현가장치.
    

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