KR102368343B1 - 자동차용 롤 스태빌라이저 - Google Patents

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두스틴 크넷치
마리오 아놀드
미햐엘 클레블
질비아 쿠츠베르거
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 토션바 스프링(1)을 포함하는 자동차용 롤 스태빌라이저에 관한 것이며, 롤 스태빌라이저 상에 동조 질량 댐퍼(9)가 배치되며, 동조 질량 댐퍼는 롤 스태빌라이저에 상대적으로 진동 가능한 댐퍼 질량체(10)와, 롤 스태빌라이저와 댐퍼 질량체(10) 사이에 작동 가능하게 배치되는 댐퍼 스프링(12)을 포함한다.

Description

자동차용 롤 스태빌라이저
본 발명은 자동차용 롤 스태빌라이저(roll stabilizer)에 관한 것이다. 상기 유형의 롤 스태빌라이저는 커브 통과(curve passage) 동안 차체를 안정화시키고 차체의 롤링(rolling)을 저지한다. 특히 본 발명은, 차체의 롤링을 저지하기 위해 롤 스태빌라이저의 토션바 스프링(torsion bar spring)에 능동적으로 토크를 인가하는 액추에이터를 포함하는 액티브 롤 스태빌라이저에 관한 것이다.
상기 유형의 액티브 롤 스태빌라이저들은 예컨대 DE 200810033270 A1호로부터 공지되었다. 차량 종축에 대해 횡방향으로 배치되는 롤 스태빌라이저는 분할형 토션바 스프링을 포함하며, 이 토션바 스프링의 대향하는 단부들 사이에 액추에이터가 작동 가능하게 배치된다. 상기 롤 스태빌라이저들은 차체 상에 지지된다. 주행 모드 중에, 롤 스태빌라이저에서 유래하며 차실 내에서 방해가 되는 것으로 느껴질 수 있는 소음이 확인되었다.
본 발명의 과제는, 방해가 되는 소음 발생을 저지하는, 청구항 제1항의 전제부의 특징들에 따른 롤 스태빌라이저를 제시하는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따라 청구항 제1항에 따른 롤 스태빌라이저를 통해 해결되며, 본 발명의 목적에 부합하는 구현예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명에 따른 자동차용 롤 스태빌라이저는 토션바 스프링을 구비한다. 상기 토션바 스프링은 자신의 단부들을 이용하여 공지된 방식으로 휠 캐리어들에 연결될 수 있다. 본 발명에 따라서, 롤 스태빌라이저에 상대적으로 진동 가능한 댐퍼 질량체(damper mass)와; 롤 스태빌라이저와 댐퍼 질량체 사이에 작동 가능하게 배치된 댐퍼 스프링;을 포함하는 동조 질량 댐퍼(tuned mass damper)가 배치된다.
본 발명에 따른 롤 스태빌라이저들은 원하지 않는 소음 발생을 저지하는데, 요컨대 동조 질량 댐퍼가, 통상적으로 스태빌라이저 베어링을 통해 차체 상에 지지되어 있는 롤 스태빌라이저의 진동을 방지하거나 감소시킨다. 댐퍼 질량체는 댐퍼 스프링과 함께 진자를 형성할 수 있으며, 이 진자의 고유 주파수가 제거될 진동 주파수로 조정된다. 상기 주파수에서 동조 질량 댐퍼는 충분히 큰 편향을 구현할 수 있다. 동조 질량 댐퍼는 상기 주파수에서 자신의 고유 진동 운동을 위해 롤 스태빌라이저로부터 진동 에너지를 인출한다. 롤 스태빌라이저의 진동은 롤 스태빌라이저의 축에 대해 실질적으로 횡방향으로 수행된다.
확인된 점에 따르면, 롤 스태빌라이저의 고유 진동은 그 진동 방향 및 그 주파수와 관련하여 차종에 따라, 그리고 롤 스태빌라이저의 구조 설계에 따라 좌우된다.
그러므로 본 발명의 목적에 부합하는 한 구성은, 동조 질량 댐퍼의 댐퍼 질량체가 진동할 수 있는 선호 진동축(preferred vibration axis)을 갖는 동조 질량 댐퍼를 제공한다. 그러므로 롤 스태빌라이저의 진동 주파수의 주 방향을 알고 있는 상태에서, 동조 질량 댐퍼는, 진동 주파수의 주 방향과 동조 질량 댐퍼의 선호 진동축이 서로 일치하도록 배치될 수 있다.
바람직한 방식으로, 동조 질량 댐퍼는, 롤 스태빌라이저의 진동 주파수의 주 방향으로 선호 진동축을 조정하기 위해, 롤 스태빌라이저의 종축과 관련하여 자유롭게 선택 가능한 회전 위치에 배치될 수 있다. 그 결과, 동조 질량 댐퍼의 작용 방향은 본 개선예에서 자유롭게 선택될 수 있다.
바람직한 방식으로, 동조 질량 댐퍼는 댐퍼 스프링의 강성을 조정하기 위한 조정 장치를 구비할 수 있다. 상기에서 이미 언급한 것처럼, 롤 스태빌라이저들의 진동 주파수들은 가변적이다. 확인된 점에 따르면, 각각의 차종 및 구조적 설계에 따라서 고유 주파수는 예컨대 약 150 내지 350Hz 사이이다. 댐퍼 스프링의 강성을 목표한 대로 조정하는 것을 통해, 동조 질량 댐퍼의 고유 주파수는 결정된 진동 주파수로 조정될 수 있다.
바람직하게는, 댐퍼 스프링은, 일측은 롤 스태빌라이저 상에 파지되고 타측은 댐퍼 질량체 상에 파지되는 탄성 중합체 부재로서 구현된다. 상기 유형의 탄성 중합체 부재들은 경제적으로 유리한 방식으로 임의의 형태로, 예컨대 플레이트로서 제공될 수 있다. 각각의 적용 사례에 따라서, 정해진 쇼어 경도(Shore hardness)를 갖는 탄성 중합체가 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 목적을 위해서는 약 60 내지 80 Shore의 쇼어 경도가 바람직할 수 있다. 탄성 중합체 부재는 유리한 방식으로 노출된 스프링 섹션을 포함할 수 있고, 이 스프링 섹션의 일측 단부는 롤 스태빌라이저 상에 고정되고, 스프링 섹션의 타측 단부는 댐퍼 질량체 상에 고정된다. 노출된 스프링 섹션이 자려 진동형 빔(self-oscillating beam)이라고 가정될 경우, 댐퍼 스프링의 강성은 통상적인 계산 방법들로 적어도 근사 방식으로 산출될 수 있으며, 이 경우 노출된 스프링 섹션의 두께와, 댐퍼 질량체와 롤 스태빌라이저 사이의 자유 스프링 길이가 각각 세제곱(cube)으로 강성에 산입되며, 다시 말해 스프링 강성에 큰 영향을 미친다.
댐퍼 질량체는 복수의 질량 부재를 포함할 수 있으며, 이 경우 댐퍼 스프링의 일측은 댐퍼 질량체의 상기 질량 부재들 사이에 클램핑되고 타측은 롤 스태빌라이저 상에 파지된다. 여기서, 바람직하게는 판형 탄성 중합체 부재로서 형성된 댐퍼 스프링이 댐퍼 질량체들 사이에 클램핑될 수 있다. 상기 댐퍼 스프링의 강성은 클램핑력(clamping force)에 따라서 변동되고, 그럼으로써 동조 질량 댐퍼의 고유 주파수가 롤 스태빌라이저의 진동 주파수로 조정될 수 있는 것으로 확인되었다.
동조 질량 댐퍼는 롤 스태빌라이저 상에서의 파지를 위한 파지 장치를 포함할 수 있다. 예컨대 경제적으로 유리한 파지 장치는, 토션바 스프링 상에 끼임 고정(jamming)되는 파이프 클램프(pipe clamp)의 유형으로 형성될 수 있다. 파이프 클램프 유형의 고정은 롤 스태빌라이저의 종축을 중심으로 한 임의의 회전 위치에서 동조 질량 댐퍼의 파지를 가능하게 한다. 이 경우, 댐퍼 스프링은 예컨대 파지 장치의 파지 쉘부(holding shell) 상에 접착 또는 가황 처리(vulcanization)를 통해 고정될 수 있다.
바람직하게는, 댐퍼 스프링으로서 제공되는 판형 탄성 중합체 부재의 종방향 에지부가 파지 장치 상에 고정되고, 상기 판형 탄성 중합체 부재의 판 양측 측면의 고정 섹션이 질량 부재들 사이에 클램핑되며, 상기 종방향 에지부와 고정 섹션 사이에는 판형 탄성 중합체 부재의 노출된 스프링 섹션이 배치된다. 이 경우, 동조 질량 댐퍼의 선호 진동축은 판형 탄성 중합체 부재에 대해 횡방향으로 놓인다. 댐퍼 질량체는 토션바 스프링에 대한 횡방향 진동 및 판형 탄성 중합체 부재의 노출된 스프링 섹션의 탄성 편향을 구현할 수 있다. 본 개선예의 경우, 파지 장치의 파지 쉘부 상에 접착 또는 가황 처리를 통해 탄성 중합체 부재의 종방향 에지부를 고정하는 점이 목적에 부합할 수 있다.
목적에 부합하는 또 다른 한 개선예에 따라, 판형 탄성 중합체 부재의 일측 종방향 에지부를 댐퍼 질량체 상에 고정하고 그 반대편 종방향 에지부를 파지 브래킷 상에 고정할 수 있다. 이 경우, 클램핑 섹션은 생략되며, 노출된 스프링 섹션이 댐퍼 스프링의 스프링 강성을 결정한다.
조정 장치는 하나 이상의 조정 나사를 포함할 수 있으며, 이 조정 나사는 한편으로 일측 질량 부재 상에 지지되고 다른 한편으로는 댐퍼 스프링을 클램핑하기 위해 타측 질량 부재와 나사로 조여진다. 이 경우, 댐퍼 스프링으로서의 판형 탄성 중합체 부재의 클램핑력을 변동시켜, 상기 댐퍼 스프링의 강성을 유리한 방식으로 롤 스태빌라이저의 제거할 간섭 주파수에 매칭시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
본 발명에 따른 롤 스태빌라이저는 유리한 방식으로 분할형 토션바 스프링을 구비할 수 있으며, 토션바 부재들 사이에 액추에이터가 배치되어 토크 전달을 위해 상기 두 토션바 부재와 연결된다.
동조 질량 댐퍼는 공간 조건에 따라 선택적으로 액추에이터 상에, 또는 토션바 스프링 상에, 또는 휠 캐리어들에 연결된 만곡된 바 섹션들(angled bar section) 상에 배치될 수 있다. 상기 만곡된 바 섹션들은 토션바 스프링의 부분이거나, 토션바 스프링과 단단히 연결된다.
하기에서는 총 8개의 도면에 도시된 일 실시예에 따라서 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 롤 스태빌라이저의 정면도이다.
도 2는 도 1에 따른 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼의 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 동조 질량 댐퍼를 도 4에서의 절단선 III-III를 따라 도시한 횡단면도이다.
도 4는 도 2에 따른 동조 질량 댐퍼의 정면도이다.
도 5는 도 2에 따른 동조 질량 댐퍼를 도 4에서의 절단선 V-V를 따라 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 3에서의 섹션 VI의 부분 확대도이다.
도 7은 도 2의 동조 질량 댐퍼의 분해도이다.
도 8은 도 2에 따른 동조 질량 댐퍼의 상세도이다.
도 1에 도시된 롤 스태빌라이저는, 연이어 배치된 토션바 부재들(2, 3)을 구비한 분할형 토션바 스프링(1)을 포함하며, 토션바 스프링의 대향하는 단부들 사이에는 액추에이터(4)가 작동 가능하게 배치된다. 액추에이터(4)는, 기어 장치를 구비한, 상세히 도시되지 않은 전기 모터를 포함하고, 기어 장치의 출력 샤프트는 일측 토션바 부재(2)에 회전 고정 방식으로 연결되며, 액추에이터(4)의 하우징(5)은 타측 토션바 부재(3)에 회전 고정 방식으로 연결된다. 공지된 방식으로, 토션 토크는 액추에이터(4)의 작동하에서 토션바 스프링(1) 내로 유입될 수 있다. 토션바 스프링(1)은 2개의 스태빌라이저 베어링(6)을 통해 여기서는 도시되지 않은 차체 상에 지지된다. 만곡된 토션바 단부들(7, 8)은 공지된 방식으로 여기서는 도시되지 않은 휠 캐리어들에 연결된다.
두 토션바 부재(2, 3)는 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 각각 하나의 동조 질량 댐퍼(9)를 구비한다.
도 2에는 동조 질량 댐퍼(9)가 사시도로 도시되어 있다. 동조 질량 댐퍼는, 여기서는 하프 쉘(half-shell) 형태로 형성되어 환형으로 배치된 2개의 질량 부재(11)로 구성된 댐퍼 질량체(10)를 포함한다. 서로 대향하는 두 질량 부재(11)의 단부들 사이에, 본 실시예의 경우 판형 탄성 중합체 부재(13)로 형성된 각각 하나의 댐퍼 스프링(12)이 클램핑된다. 또한, 토션바 부재(2, 3) 상에 동조 질량 댐퍼(9)를 끼임 고정하기 위해, 계속해서 하기에 더 상세하게 기술되는 파지 장치(14)도 제공된다.
도 3에는, 두 질량 부재(11)가 조정 나사들(15)에 의해 서로 나사 고정되어 있는 점이 명시되어 있다. 판형 탄성 중합체 부재들(13)의 클램핑은 조정 나사들(15)의 조정된 나사 조임력에 따라 좌우된다. 도 2 및 도 3에서는, 탄성 중합체 부재들(13)이 이들의 판 측면으로써 질량 부재들(11)의 주연측 단부들 상에 평평하게 안착되어 있음을 알 수 있다. 탄성 중합체 부재들(13)의 축방향 길이는 실시예에서 질량 부재들(11)의 길이에 상응한다. 도 3에서는, 댐퍼 질량체(10)와 미도시된 토션바 부재(2, 3) 사이에 형성된 안쪽 환형 챔버(20)도 확인된다. 상기 환형 챔버(20)는 댐퍼 스프링(12)의 탄성 변형 하에 토션바 스프링에 대해 횡방향으로 댐퍼 질량체(10)의 진동을 가능하게 한다.
도 4 및 도 5에는, 하부 파지 브래킷(18)과 상부 파지 쉘부(17)를 나사로 고정하는 파지 장치(14)의 클램핑 나사들(16)이 분명하게 도시되어 있다. 클램핑 나사들(16)이 단단히 조여지면, 파지 브래킷(18) 및 상부 파지 쉘부(17)는 여기에는 도시하지 않은 토션바 부재(2, 3)를 향해 압착된다. 그러므로 상기 파지 장치(14)에 의해 관형 토션바 부재(2, 3) 상의 임의의 회전 위치에 동조 질량 댐퍼(9)를 고정할 수 있다.
도 6에는, 도 3의 부분 확대도로서, 한편으로 파지 장치(14)로의, 그리고 다른 한편으로는 댐퍼 질량체(10)로의 댐퍼 스프링(12)의 연결부가 도시되어 있다. 판형 탄성 중합체 부재(13)는 자신의 종방향 에지부(19)로써 상부 파지 쉘부(17)의 외주 섹션 상에 고정되며, 본 실시예의 경우 접착 연결을 통해 고정된다. 특히, 판형 탄성 중합체 부재(13)가 스프링 길이(s)를 갖는 노출된 스프링 섹션(F)을 포함하는 점이 분명하게 확인된다. 상기 스프링 섹션(F)은 탄성 중합체 부재(13)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 탄성 중합체 부재(13)의 나머지 부분은 클램핑 섹션(E)으로서 두 질량 부재(11) 사이에 클램핑된다. 파지 쉘부(17)는 본 실시예의 경우 축방향으로 탄성 중합체 부재가 자신의 전체 종방향 에지부(19)를 이용해 파지 쉘부(17) 상에 접착될 수 있을 정도의 길이를 갖는다.
도 7에는, 동조 질량 댐퍼(9)의 개별 부재들이 분해도로 분명하게 도시되어 있다. 특히, 판형 탄성 중합체 부재들(13)이 축방향으로, 나사 고정을 위해 제공된 상부 파지 쉘부(17)의 만곡된 섀클들(21) 사이에 배치되어 있는 점도 분명하게 확인된다.
도 8에는, 상부 파지 쉘부(17)와 단단히 연결된 판형 탄성 중합체 부재들(13)이 분명하게 도시되어 있다.
여기에 기술한 동조 질량 댐퍼(9)는 판형 탄성 중합체 부재(13)에 대해 횡방향으로 선호 진동 방향을 가지며, 댐퍼 질량체(10)가 진동하면 상기 탄성 중합체 부재의 노출된 스프링 섹션(F)이 탄성적으로 편향된다. 스프링 길이(s)는 동조 질량 댐퍼(9)의 적합한 고유 주파수의 결정을 위해 중요하며, 요컨대 스프링 길이(s)는 세제곱으로 고유 주파수의 계산에 산입된다. 스프링 길이(s)는 댐퍼 스프링(12)의 강성을 위해 중요하다.
댐퍼 질량체(10)의 두 질량 부재(11)는 조정 나사들(15)과 함께 조정 장치(22)를 형성하며, 이 조정 장치에 의해 마찬가지로 댐퍼 스프링(12)의 강성이 조정될 수 있다. 판형 탄성 중합체 부재(13)의 클램핑력은 탄성 중합체 부재의 강성에 상당한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그 결과, 조정 나사들(15)에 의해 동조 질량 댐퍼(9)의 정확한 고유 주파수가 적합하게 조정될 수 있다.
동조 질량 댐퍼의 진동의 유형은 장착 위치에 따라서 토션바 스프링에 대한 횡방향의 접선 진동(tangential vibration)으로서 지칭될 수 있다.
일 변형예에서, 본원에 기술된 동조 질량 댐퍼는 만곡된 토션바 단부들(7, 8) 상에도, 또는 액추에이터(4)의 하우징(5) 상에도 제공될 수 있다.
1: 토션바 스프링
2: 토션바 부재
3: 토션바 부재
4: 액추에이터
5: 하우징
6: 스태빌라이저 베어링
7: 토션바 단부
8: 토션바 단부
9: 동조 질량 댐퍼
10: 댐퍼 질량체
11: 질량 부재
12: 댐퍼 스프링
13: 판형 탄성 중합체 부재
14: 파지 장치
15: 조정 나사
16: 클램핑 나사
17: 상부 파지 쉘부
18: 파지 브래킷
19: 종방향 에지부
20: 환형 챔버
21: 섀클
22: 조정 장치

Claims (11)

  1. 토션바 스프링(1)을 포함하는 자동차용 롤 스태빌라이저에 있어서,
    상기 롤 스태빌라이저 상에 동조 질량 댐퍼(9)가 배치되며, 상기 동조 질량 댐퍼는 롤 스태빌라이저에 상대적으로 진동 가능한 댐퍼 질량체(10) 및, 상기 롤 스태빌라이저와 댐퍼 질량체(10) 사이에 작동 가능하게 배치된 댐퍼 스프링(12)을 포함하고,
    상기 댐퍼 질량체(10)는 복수의 질량 부재(11)를 포함하며, 상기 댐퍼 스프링(12)의 일측은 댐퍼 질량체(10)의 질량 부재들(11) 사이에 클램핑되고 타측은 롤 스태빌라이저 상에 파지되는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼(9)는, 상기 동조 질량 댐퍼(9)의 댐퍼 질량체(10)가 진동할 수 있는 선호 진동축을 갖는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼(9)는 상기 롤 스태빌라이저의 종축과 관련하여 자유롭게 선택 가능한 회전 위치에 배치될 수 있는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼(9)는 댐퍼 스프링(12)의 강성을 조정하기 위한 조정 장치(22)를 구비한, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 댐퍼 스프링(12)은, 일측은 롤 스태빌라이저 상에 파지되고 타측은 댐퍼 질량체(10) 상에 파지되는 탄성 중합체 부재(13)로서 구현되는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼(9)는 롤 스태빌라이저 상에서의 파지를 위한 파지 장치(14)를 포함하는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 동조 질량 댐퍼(9)는 롤 스태빌라이저 상에서의 파지를 위한 파지 장치(14)를 포함하고, 상기 롤 스태빌라이저의 판형 탄성 중합체 부재(13)의 종방향 에지부(19)가 파지 장치(14) 상에 고정되고, 상기 판형 탄성 중합체 부재의 판 양측 측면의 고정 섹션(E)이 질량 부재들(11) 사이에 클램핑되며, 상기 종방향 에지부(19)와 고정 섹션(E) 사이에는 상기 판형 탄성 중합체 부재(13)의 노출된 스프링 섹션(F)이 배치되는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  9. 제8항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 파지 장치(14)는 파지 쉘부(17)를 가지며, 상기 파지 쉘부 상에는 탄성 중합체 부재(13)의 종방향 에지부(19)가 접착되거나 가황 처리되는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  10. 제4항에 있어서, 상기 롤 스태빌라이저의 조정 장치(22)는 하나 이상의 조정 나사(15)를 포함하며, 상기 조정 나사는 한편으로 일측 질량 부재(11) 상에 지지되고 다른 한편으로 댐퍼 스프링(12)을 클램핑하기 위해 타측 질량 부재(11)와 나사로 조여지는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 토션바 스프링(1)을 형성하는, 상기 롤 스태빌라이저의 토션바 부재들(2, 3) 사이에 액추에이터(4)가 배치되어 토크 전달을 위해 상기 두 토션바 부재(2, 3)와 연결되는, 자동차용 롤 스태빌라이저.
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