KR102606916B1 - 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 바디에 연결되고 양 측이 서로 마주하도록 배치되는 서브 프레임; 일 측이 차륜의 상하 이동과 연동하도록 연결되고, 타 측이 양 측의 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지도록 각각 연결되는 로워 암; 상기 서브 프레임과 로워 암의 회전 중심에 배치되는 로워암 샤프트; 및 상기 로워암 샤프트에 마련되고, 차륜의 상하 이동에 따라서 상기 로워 암의 타 측이 회동하면서 차륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치를 제공한다.

Description

지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치{a shock absorber for a vehicle}

본 발명은 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 각 차륜을 통하여 차량의 바디 측으로 전달되는 충격을 흡수할 수 있는 차량용 충격 흡수장치에 관한 것이다.

일반적으로 현가장치는 스프링 작용에 의해 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상하 진동을 완화함으로써 승차감을 향상 및 주행 안정성을 증대시키기 위해 마련된다.

이러한 현가장치는 보통 차축식과 독립 현가장치로 대별되고, 또한 스프링의 조율에 따라 기계 스프링식, 유체 스프링식(공기식, 유압/공기식) 등으로 분류할 수 있다.

예컨대, 종래 현가장치 중 맥퍼슨형 독립 현가장치의 경우, 쇽 업소버(shock absorber)가 내장된 스트럿과, 코일 스프링이 일체로 구성되고, 쇽 업소버와 코일 스프링이 차량의 상하 방향 또는 이에 근접하도록 소정의 기울기를 갖고 설치된다.

따라서, 종래의 충격 흡수장치는 전기한 바와 같이 상하방향으로 각 차륜과 바디를 연결하기 때문에 다양한 형태의 바디에 동일한 차량 플랫폼을 공용화 하는데 한계를 가지고 있다. 또한, 충격 흡수장치의 중량이 스프링의 하중량을 포함하기 때문에 승차감이 저하되거나, 차량 상단에 위치할 수 밖에 없는 한계성으로 인해 조종 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

한국공개실용신안공보 제20-1999-0029094호(1999.07.15 공개)

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 전/후 방향 방향으로 충격 흡수모듈을 배치할 수 있는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 차량의 바디에 연결되고 양 측이 서로 마주하도록 배치되는 서브 프레임; 일 측이 차륜의 상하 이동과 연동하도록 연결되고, 타 측이 양 측의 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지도록 각각 연결되는 로워 암; 상기 서브 프레임과 로워 암의 회전 중심에 배치되는 로워암 샤프트; 및 상기 로워암 샤프트에 마련되고, 차륜의 상하 이동에 따라서 상기 로워 암의 타 측이 회동하면서 차륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치를 제공한다.

상기 로워암 샤프트는 차량의 전/후 방향을 따라서 평행하게 배치될 수 있다.

상기 충격 흡수모듈은 상기 로워암 샤프트의 길이방향을 따라서 나란히 배치되는 적어도 하나 이상의 토션바와, 상기 로워 암의 상대 회동에 대응하여 상기 토션바의 고정된 일 단부를 기준으로 타 단부에 비틀림 응력을 제공하는 토크 변환부를 포함할 수 있다.

상기 토크 변환부는 상기 토션바의 일 단부를 상기 로워암 샤프트의 일 단부 외측에 고정시키는 제1고정 플레이트와, 상기 토션바의 타 단부를 상기 로워암 샤프트의 타 단부 외측에 고정시키는 제2고정 플레이트와, 상기 토션바의 타 단부에 일 측이 결합되어 상기 토션바의 길이방향과 직교한 방향으로 돌출되는 로커암과, 상기 로워 암의 상대 회동에 따라서 상기 로커암의 타 측을 가압하도록 회동하는 가압 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 로커암은 상기 토션바의 타 단부가 삽입되도록 통공이 형성된 체결부재와, 상기 체결부재로부터 상기 가압 플레이트의 내주면에 형성된 요홈을 향해 돌출되고 외주면의 일 단면이 원형으로 형성된 가압부재 및 상기 체결부재와 가압부재 사이를 연결하는 연결부재를 포함하고, 상기 가압부재가 가압 플레이트와 연동하여 회동하면, 상기 체결부재가 토션바의 타 단부에 비틀림 응력을 제공할 수 있다.

상기 연결부재는 상기 요홈의 폭 보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치는 상기 로워암 샤프트의 일 단부를 회전시켜 상기 토션바의 타 단부에 비틀림 응력을 발생시키는 높이 조절부를 더 포함하고, 상기 높이조절부는 모터와, 상기 모터의 회전 속도를 감속하는 감속기와, 상기 감속기의 출력축에 결합되어 회전 가능하도록 배치되고, 상기 출력축과 벗어난 지점에 볼 조인트가 마련되는 제2로커암과, 일 측에 상기 제2로커암의 볼 조인트가 삽입되고, 타 측에 상기 제1고정 플레이트가 결합되어 상기 제2로커암의 회전에 의해 상기 로워암 샤프트를 회전시키는 토크암을 포함할 수 있다.

상기 높이 조절부는 상기 토크암이 제1방향으로 회전하는 경우, 상기 토션바의 타 단부가 제2방향으로 일시적으로 비틀어졌다가 상기 토션바가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 상기 차륜을 상승시켜 차량 바디의 지상고를 상대적으로 하강시키고, 상기 토크암이 제2방향으로 회전하는 경우, 상기 토션바의 타 단부가 제1방향으로 일시적으로 비틀어졌다가 상기 토션바가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 상기 차륜을 하강시켜 차량 바디의 지상고를 상대적으로 상승시킬 수 있다.

상기 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치는 상기 가압 플레이트의 외주면에 인접하게 배치되고, 상기 서브 프레임 상에 고정되어 상기 가압 플레이트의 회동 상태를 검출하는 근접센서를 더 포함할 수 있다.

상기 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치는 상기 로워 암의 타 측에 마련되고, 상기 로워암 샤프트의 회전 중심에 배치되어 상기 로어암 샤프트 대비 로워 암의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치에 의하면,

첫째, 차륜이 외부 충격으로 인하여 이동하는 방향과 다른 방향으로 충격 흡수모듈이 배치되기 때문에 차량의 바디와 차륜 사이의 높이를 줄일 수 있고, 이에 따른 바디 설계의 자유도가 증가하며,

둘째, 충격 흡수모듈이 차량의 전/후 방향을 따라서 배치되어 기존 현가장치가 차량의 상하방향을 따라서 배치되는 구조에 비하여 공간 활용도가 증대되며,

셋째, 차량의 전후 방향을 따라서 충격 흡수모듈을 설치할 수 있기 때문에 바디 플랫폼을 공용화할 수 있고,

넷째, 충격 흡수모듈의 전체적인 무게 중심을 낮출 수 있어 주행성능과 연비 및 승차감을 향상시킬 수 있으며,

다섯째, 충격 흡수모듈에서 토션바가 상대 회동하는 구조를 적용함으로써 충격을 흡수하는 과정에서 저항에 의해 힘의 손실이 발생하는 것을 최소화할 수 있고,

여섯째, 차체 바디로부터 각 차륜의 상대적인 높이를 독립적으로 조절할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있고,

일곱째, 차량의 진행 방향에 센서를 구비하여 높이 조절부와 동기화함으로써, 지면의 요철 등을 스캔하여 지상고를 능동적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 독립 차륜 제어장치가 구비된 차량을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 전동식 독립 차륜 제어장치에 구비된 토션바형 충격 흡수장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치를 상부에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치가 작동하는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 6은 도 3에 나타낸 제1로커암과 토션바를 분리하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부를 분해하여 도시하는 분해사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부가 작동하는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 9는 도 7에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부가 작동할 때 제1로커암의 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 10은 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 근접센서와 로터리 엔코더를 도시하는 참고도이다.
도 11은 도 10(a)에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 근접센서의 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 12는 도 10(b)에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 로터리 인코더를 도시하는 분해사시도이다.
도 13은 도 7에 나타낸 높이 조절부를 통하여 차량의 충격을 흡수하는 과정을 도시하는 참고도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치가 장착된 차량을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 전동식 독립 차륜 제어장치에 구비된 토션바형 충격 흡수장치를 도시하는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 차륜(W)이 4개 구비된 차량을 기준으로 전차륜이 독립적으로 조향을 제어할 수 있고, 적어도 2개 또는 전차륜에 구동력을 선택적으로 전달할 수도 있다.

이러한, 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 본 발명의 실시예에 따라서 충격 흡수장치 및 높이 조절부 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 차량용 독립 차륜 제어장치는 조향장치(20) 및 자세 제어장치(30)가 더 구비될 수도 있다. 물론, 차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 차륜(W)이 3개인 경우, 또는 4개를 초과하는 차량에도 적용이 가능하다.

전기한 조향장치(20)와 자세 제어장치(30)는 차량(V)이 진행하는 방향에 따라서 스티어링 휠(steering wheel, 미도시)과 기계적인 연결 없이도 차륜(W)의 회전 각도 및 캠버(camber)를 조절할 수 있으며, 이와 관련한 상세한 설명은 생략한다.

차량용 독립 차륜 제어장치(1)는 일 측에 차륜(W)이 결합되고 타 측이 차량의 바디(body)에 결합된다. 차량용 독립 차륜 제어장치(1)의 일 측에는 허브 베어링(미도시)을 중심으로 외측에 차륜(W)이 회전 가능하도록 배치되고, 내측에 너클(10)이 결합되면서 허브 베어링과 차륜(W)의 결합체를 지지한다. 또한, 허브 베어링과 너클(10) 상에는 제동장치(미도시)가 결합될 수 있다.

도 2에서는 조향장치(20)와 자세 제어장치(30) 및 이들이 연결되는 구조를 제거한 상태의 토션바형 충격 흡수장치를 도시한다.

도 3은 도 2에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치를 상부에서 도시하는 평면도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치를 분해하여 도시하는 분해 사시도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치가 작동하는 상태를 도시하는 참고도이고, 도 6은 도 3에 나타낸 제1로커암과 토션바를 분리하여 도시하는 분해 사시도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치는 서브 프레임(110)과, 로워 암(120)과, 로워암 샤프트(130) 및 충격 흡수모듈(140)을 포함한다.

먼저, 서브 프레임(110)은 차량 바디(body)의 일부 구성이거나, 또는 바디에 결합된 별도 구성으로 이루어질 수 있다. 서브 프레임(110)은 서로 마주하는 제1프레임(111)과 제2프레임(112)으로 구성되고, 이들 사이에는 충격 흡수모듈(140) 및 높이 조절부(200)가 자리할 수 있는 공간이 마련된다. 또한, 서브 프레임(110)은 전기한 조향장치와 자세 제어장치가 연결될 수 있고, 차륜(W)과 차량의 바디 사이에서 하중을 지지하는 구성일 수 있다.

그리고, 로워 암(120)은 일 측이 차륜이 결합된 너클(도 1 참조, 10) 측에 결합되고, 타 측이 서브 프레임(110)의 제1프레임(111)과 제2프레임(112)에 대응하도록 연결된다. 이때, 로워 암(120)은 서브 프레임(110) 상에서 상대 회동이 이루어지도록 연결되며, 로워 암(120)의 상대 회동은 차륜(W)의 상하 이동에 대응하여 발생할 수 있다. 따라서, 로워 암(120)은 세 개의 지점에서 연결이 이루어지는데, 너클의 하측에 결합되는 연결암(121)과, 제1프레임(111)에 대응하도록 배치되는 제1암(122)과, 제2프레임(112)에 대응하도록 배치되는 제2암(123)을 포함한다.

제1암(122)과 제2암(123)은 각각 제1프레임(111)과 제2프레임(112)의 외측에 배치되며, 로워 암(120)과 서브 프레임(110) 사이에는 회동 저항을 제외하고 무부하 상태로 결합될 수 있다. 그리고, 제1암(122)과 제2암(123)은 대략 "C"자 형상 또는 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 양 단부가 서로 마주하도록 배치되되, 로워 암(120)의 연결암(121)이 제1암(122)과 제2암(123)과 반대방향으로 연장되도록 돌출되면서, 로워 암(120)은 대략 "Y"자 형상 또는 "y"자 형상의 단면을 갖도록 배치된다. 여기서, 로워 암(120)의 연결암(121)이 제1암(122) 또는 제2암(123) 중 어느 하나에 인접하게 치우친 경우, 제2암(123)에 인접하게 치우치도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 제1암(122)과 제2암(123) 중 제2암(123)에 전달되는 힘의 크기가 더 크기 때문이다. 즉, 제1프레임(111)으로부터 제1암(122)은 단순히 회동 가능하게 결합되는 구조인 반면에, 제1프레임(111) 상에서 제2암(123)은 로워 암(120)의 회전에 따라서 충격 흡수모듈(140)에 비틀림 응력을 전달하는 구조이기 때문에 제1암(122) 보다는 제2암(123)에 인접하게 배치되는 것이 힘의 전달구조 또는 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

제1프레임(111) 및 제2프레임(112) 상에는 각각 제1볼 베어링(113)이 구비되며 제1볼 베어링(113) 상에 제1암(121)과 제2암(123)이 결합되면서 로워 암(120)과 서브 프레임(110)의 결합이 이루어진다. 이때, 제1볼 베어링(113)은 차량의 하중에 따라서 복수개의 구조로 마련될 수 있다.

로워 암(120)과 서브 프레임(110)의 회동 축 상에는 로워암 샤프트(130)가 마련된다. 로워암 샤프트(130)의 양 단부는 각각 제1볼 베어링(113) 내측에 설치된 제2볼 베어링(114)에 장착된다. 따라서, 로워 암(120)과 로워암 샤프트(130)는 서로 별개의 회동이 이루어질 수 있다.

로워암 샤프트(130)는 적어도 양 단부에 인접한 영역이 육각형의 외형을 갖도록 형성된다. 이때, 로워암 샤프트는 차량의 전/후 방향을 따라서 평행하게 배치된다.

그리고, 충격 흡수모듈(140)은 토션바(141)와 토크 변환부(142)를 포함한다.

토션바(141)는 로워암 샤프트(130)의 길이방향을 따라서 나란히 배치된다. 본 발명의 실시예에서는 로워암 샤프트(130)의 원주 방향을 따라서 6개의 토션바(141)가 배치된 것을 일 예로 설명하며, 토션바(141)의 개수는 이에 한정되지 않는다.

토크 변환부(142)는 제1고정 플레이트(143)와, 제2고정 플레이트(144)와, 제1로커암(145) 및 가압 플레이트(146)를 포함한다.

제1고정 플레이트(143)는 로워암 샤프트(130)의 일 단부에 결합되고, 제2고정 플레이트(144)는 로워암 샤프트(130)의 타 단부에 결합된다. 로워암 샤프트(130)의 양 단부는 일부 영역의 외주면(131)이 육각형을 갖도록 형성되고, 제1 및 제2고정 플레이트(143, 144)는 로워암 샤프트(130)의 회동에 의해서 동시 회동 가능하도록 로워암 샤프트(130)의 양 단부에 형성된 육각형의 외주면(131) 상에 결합된다.

그리고, 토션바(141)의 양 단부는 각각 제1고정 플레이트(143)와 제2고정 플레이트(144)를 연결하도록 각각 관통하여 결합된다.

토션바(141)의 일 단부는 제1고정 플레이트(143)로부터 회동할 수 없도록 토션바(141)의 외주면 및 제1고정 플레이트(143)의 관통홀이 다각형의 형상을 갖거나 키 결합으로 결합될 수 있다. 토션바(141)의 일 단부는 제1고정 플레이트(143)를 관통한 외측에서 스냅링에 의해 빠지지 않도록 고정될 수 있다.

또한, 토션바(141)의 타 단부는 제2고정 플레이트(144)로부터 회동 가능하도록 관통하여 결합되며, 제2고정 플레이트(144)의 관통홀 상에는 볼 베어링(144a)이 구비될 수 있다. 토션바(141)의 타 단부는 제2고정 플레이트(144)의 관통홀을 관통하여 더 연장되며, 연장된 단부에는 제1로커암(145)이 결합된다. 토션바(141)의 타 단부는 제1로커암(145)의 회동에 간섭되도록 토션바(141)의 타 단부 외주면 및 제1로커암(145)의 관통홀(145a)이 서로 맞물리는 다각형의 형상을 갖거나 키 결합으로 결합될 수 있다. 토션바(141)의 타 단부는 제1로커암(145)을 관통한 외측에서 스냅링(147)에 의해 빠지지 않도록 고정될 수 있다.

그리고, 가압 플레이트(146)는 각 제1로커암(145)의 외측을 감싸도록 배치되며, 내주면에 제1로커암(145)들이 적어도 일부 삽입될 수 있도록 요홈(146a)이 형성된다. 또한, 가압 플레이트(146)는 제2암(123)과 제2프레임(112) 사이에 마련된 제1볼 베어링(113)과 결합되어 로워 암(120)의 상대 회동에 따라서, 가압 플레이트(146)가 회동하도록 결합된다.

도 5를 참조하면, 도 5(a)는 차륜(W)이 지면으로부터 상승된 범프(bump) 상태를 나타내고, 도 5(b)는 정차 상태 또는 차륜(W)에 충격이 가해지지 않은 상태로 주행중인 상태에서의 차륜(W) 높이를 나타내는 중립 상태를 나타내고, 도 5(c)는 요철을 지나자마자 또는 지면에 홈이 파인 곳을 지날 때 차륜(W)이 아래로 처진 리바운드(rebound) 상태를 나타낸다.

도 5(a)와 같이, 범프 상태가 되면, 로워 암(120)의 차륜(W) 측이 차량 바디에 대해서 상대적으로 상향 이동하게 된다. 이때, 토션바(141)의 타 단부는 가압 플레이트(146)가 제1방향(예컨대, 시계방향)으로 회전하면서 제1로커암(145)과 함께 같은 방향으로 회전하면서 차륜(W)에 전달된 충격량을 적어도 일부 흡수하게 된다. 즉, 범프 상태로 차륜(W)이 상승하게 되면, 서브 프레임(110) 또는 바디의 위치가 상대적으로 하강하게 되는데, 이때 토션바(141)에 비틀림 응력(torque)이 발생하면서 차륜(W)의 충격량을 일부 흡수하고 일부 저장하게 된다.

그리고, 도 5(b)와 같이, 중립 상태에서는 토션바에 소정의 비틀림 응력이 부여될 수 있지만 이는 외부 충격에 의한 응력이 아닌 차량의 하중에 의한 응력으로 해석할 수 있다.

또한, 도 5(c)와 같이, 리바운드 상태가 되면, 로워 암(140)의 차륜 측이 차량 바디에 대해서 상대적으로 하향 이동하게 된다. 이때, 토션바의 타 단부는 가압 플레이트(146)가 제2방향(예컨대, 반시계 방향)으로 회전하면서 제1로커암(145)과 함께 같은 방향으로 회전하면서 범프 상태에서 저장된 일부 충격량을 적어도 일부 또는 모두 상쇄하게 된다. 즉, 리바운드 상태에서 차륜(W)은 하강하게 되고, 서브 프레임(110) 또는 바디의 위치가 상대적으로 상승하게 되는데, 이때 토션바(141)에 비틀림 응력이 해제되면서 차륜(W)의 충격량이 모두 제거될 수 있다.

그리고, 도 6에서와 같이, 제1로커암(145)은 체결부재(145b)와, 가압부재(145c) 및 연결부재(145d)를 포함한다.

체결부재(145b)는 내부에 통공(145a)이 형성되어 토션바(141)의 타 단부가 삽입된다.

가압부재(145c)는 가압 플레이트(146)의 요홈(146a)을 향해 돌출된다. 가압부재(145c)의 외주면은 요홈(146a)의 형상에 대응하도록 일 단면이 원형으로 형성된다. 따라서, 가압부재(145c)는 요홈(146a) 내부에서 슬립이 발생하면서 상대 회동이 이루어질 수 있다.

연결부재(145d)는 체결부재(145b)와 가압부재(145c) 사이를 연결한다. 이때, 연결부재(145d)는 요홈(146a)의 폭 보다 작은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 가압부재(145c)는 요홈(146a)의 형상에 대응하는 형상과 폭으로 이루어지고, 연결부재(145d)는 가압부재(145c) 보다 작은 폭으로 이루어져, 가압부재(145c)와 가압 플레이트(146)가 상대 회동할 수 있는 간격을 제공하면서 회동 각도를 제한할 수 있다.

또한, 가압부재(145c)가 가압 플레이트(146)와 연동하여 회동하면, 체결부재(145b)가 각각의 토션바(141)의 타 단부에 비틀림 응력을 제공할 수 있다.

도 7은 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부를 분해하여 도시하는 분해사시도이고, 도 8은 도 7에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부가 작동하는 상태를 도시하는 참고도이며, 도 9는 도 7에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 높이 조절부가 작동할 때 제1로커암의 작동상태를 도시하는 참고도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 높이 조절부(200)는 모터(210)와, 감속기(220)와, 제2로커암(230) 및 토크암(240)을 포함한다.

높이 조절부(200)는 로워암 샤프트(130)의 일 단부를 회전시켜 로워 암(120)의 각도를 선택적으로 조절할 수 있다.

모터(210)는 감속기(220)와 함께 하나의 모듈로 구성될 수 있고, 별도의 구성이 결합된 구조로 이루어질 수도 있다. 또한, 모터(210)는 서브 프레임(110)의 바닥면 상에 고정된 브라켓(211)을 통해서 고정할 수 있다.

감속기(220)는 제1프레임(111)과 인접하여 서브 프레임(도 4 참조, 110)의 내측에 고정된다.

제2로커암(230)은 감속기(220)의 출력축(221)에 일 측이 결합되고, 타 측이 감속기(220)의 출력축(221)을 벗어난 지점에 볼 조인트(231)가 마련된다. 볼 조인트(231)는 제2로커암(230)의 타 측 상에서 스냅링에 의해 고정될 수 있다. 제2로커암(230)은 감속기(220)의 출력축(221)을 중심으로 회전하여 토크암(240)을 설정된 각도 범위에서 회전시킬 수 있다.

토크암(240)은 일 측이 로워암 샤프트(130)의 일 단부 측에서 제1고정 플레이트(143) 상에 결합되어 로워암 샤프트(130)를 중심으로 회동 가능하도록 고정된다. 또한, 토크암(240)은 타 측이 제2로커암(230)의 볼 조인트(231)와 간섭되도록 연결된다.

이때, 토크암(240)에 제2로커암(230)의 볼 조인트(231)가 삽입되는 관통홀(241)은 장공 형상으로 이루어져 제2로커암(230)이 회전하면서 볼 조인트(231)가 이동하는 반경 위치에 대응할 수 있다. 제2로커암(230)의 볼 조인트(231)와 토크암(240)의 관통홀(241) 사이에는 이들의 마찰을 저감시키는 부시가 마련될 수 있다.

도 8(a)는 차량 바디의 지상고가 하강한 상태를 도시한다.

예컨대, 제2로커암(230)이 제1방향(시계 방향)으로 회전하면 이와 동시에 토크암(240)을 제1방향으로 회전시켜 차륜을 상승시킴으로써 차량 바디의 지상고를 차륜(W) 높이 대비 상대적으로 하강시킬 수 있다.

도 8(b)를 참조하면, 높이 조절부(200)는 중립 상태인 경우 제2로커암(230)의 볼 조인트(231)와 로워암 샤프트(130)의 회전축 중심이 동일한 위치에 배치된다.

도 8(c)는 차량 바디의 지상고가 상승한 상태를 도시한다.

예컨대, 제2로커암(230)이 제2방향(반시계 방향)으로 회전하면 이와 동시에 토크암(240)을 제2방향으로 회전시켜 차륜(W)을 하강시킴으로써 차량 바디의 지상고를 차륜 높이 대비 상대적으로 상승시킬 수 있다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 높이 조절부(200)는 토크암(240)이 제2방향(반시계방향)으로 회전하는 경우, 토션바(141)의 타 단부가 일시적으로 제1방향(시계방향)으로 비틀어졌다가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 차륜(W)을 하강시킴으로써 차량 바디의 지상고를 상대적으로 상승시킬 수 있고, 또한 토크암(240)이 제1방향(시계방향)으로 회전하는 경우, 토션바(141)의 타 단부가 일시적으로 제2방향(반시계방향)으로 비틀어졌다가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 차륜을 상승시킴으로써 차량 바디의 지상고를 상대적으로 하강시킬 수 있게 된다.

도 10은 도 3에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 근접센서와 로터리 엔코더를 도시하는 참고도이고, 도 11은 도 10(a)에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 근접센서의 작동상태를 도시하는 참고도이며, 도 12는 도 10(b)에 나타낸 토션바형 충격 흡수장치의 로터리 인코더를 도시하는 분해사시도이다.

도 10(a) 및 도 11을 참조하면, 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치(100)는 근접센서(proximity sensor, 250)와 로터리 인코더(rotary encoder, 260)를 포함한다.

먼저, 근접센서(250)는 자기 플레이트(251)와 홀 센서(hall sensor, 254) 를 포함한다.

자기 플레이트(251)는 제2프레임(112) 측에 마련된 제1볼 베어링(113) 외측에 결합된다. 따라서, 로워 암(120)이 상대 회동하는 경우 이와 동시에 자기 플레이트(251)도 로워암 샤프트(130)를 중심으로 회동하게 된다.

자기 플레이트(251)는 로워 암(120)이 중립 상태에서 제1볼 베어링(113)의 중심을 지나는 수평선 상에서 상부에 배치되는 상부 자기 플레이트(252)와, 하부에 배치되는 하부 자기 플레이트(253)를 포함한다.

이때, 상부 및 하부 자기 플레이트(252, 253)는 제1볼 베어링(113)의 중심을 지나는 수평선을 중심으로 서로 상하방향으로 이격 배치되며, 제1볼 베어링(113)의 외주면 형상에 대응하는 대칭 구조의 호(弧) 형상으로 곡면 또는 곡선으로 이루어진다.

홀 센서(254)는 서브 프레임(도 4 참조, 110)의 제2프레임(112) 상에 결합된다. 홀 센서(254)는 상부 자기 플레이트(252)의 일 단부에 대응하도록 배치되는 제1센서(255)와, 하부 자기 플레이트(253)의 일 단부에 대응하도록 배치되는 제2센서(256)를 포함한다.

예컨대, 도 11(a)와 같이, 자기 플레이트(251)와 홀 센서(254)가 모두 중첩되면, 서브 프레임(110) 상에서 로워 암(120)이 중립 상태로 배치된다.

또한, 도 11(b)를 기준으로, 서브 프레임(110) 상에서 로워 암(120)이 제1방향으로 회전(범프 상태)할 때, 제1센서(255)는 상부 자기 플레이트(252)와 중첩되도록 배치되고, 제2센서(256)는 상부 자기 플레이트(252)와 하부 자기 플레이트(253) 사이의 이격 공간에 배치될 수 있다. 즉, 제2센서(256)는 하부 자기 플레이트(253)와 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

그리고, 도 11(c)와 같이, 서브 프레임(110) 상에서 로워 암(120)이 제2방향으로 회전(리바운드 상태)할 때, 제2센서(256)는 하부 자기 플레이트(253)와 중첩되도록 배치되고, 제1센서(255)는 상부 자기 플레이트(252)와 하부 자기 플레이트(253) 사이의 이격 공간에 배치될 수 있다. 즉, 제1센서(255)는 상부 자기 플레이트(252)와 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

물론, 홀 센서(254) 중 어느 하나가 자기 프레임(도 10 참조, 251)과 중첩되도록 배치될 때 발생된 전압을 차량의 제어부로 전송하여 차륜이 범프 또는 리바운드 된 상태를 판단할 수 있고, 또한 차량의 지상고를 파악할 수 있다.

그리고, 도 4, 10(b) 및 도 12에 도시된 로터리 인코더(260)는 제2암(123)의 외측에 결합되는 하우징(261)과, 하우징(261) 상에 장착되는 헤드부(262)와, 로워암 샤프트(도4 참조, 130)의 타 단부에 고정되는 인코더 샤프트(263) 및 커플링(coupling, 264)을 포함한다.

로워암 샤프트(130)의 타 단부에 결합된 인코더 샤프트(263)는 헤드부(262)와 상대 회전이 발생되며, 이를 통하여 로워암 샤프트(130) 대비 로워 암(도4 참조, 120)의 회전 각도 또는 회전 속도를 감지할 수 있다. 또한, 커플링(264)은 플렉서블한 구조를 제공할 수도 있고, 절연 재질로 이루어질 수도 있다.

예컨대, 로터리 인코더(260)는 인코더 샤프트(263)와 헤드부(262) 중 어느 하나의 상대 회전에 의해서 아날로그 또는 디지털 출력 신호가 발생하는데, 이에 따른 로워암 샤프트(130)와 로워 암(120) 사이의 상대 움직임을 감지하고, 측정된 회전량 또는 속도 데이터는 차량의 제어부(예컨대, ECU 또는 별도 제어유닛 등)로 전송되어 차륜의 높이 데이터 또는 충격 유무나 노면 상태를 확인하는데 사용될 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 로터리 인코더(260)는 동작 원리에 따라서 광전식, 자기식, 전자 유도식 및 용량식 중 어느 하나의 방식으로 선택적으로 적용할 수 있다.

도 13은 도 7에 나타낸 높이 조절부를 통하여 차량의 충격을 흡수하는 과정을 도시하는 참고도이다.

도 13(a)는 능동 충격흡수 제어(예측 제어)를 예시적으로 도시한다.

도 13(a)를 참조하면, 차량(V)의 진행방향에 구비된 센서들(S)을 통해서 지면(G)을 스캔하여 지면(G) 형상에 따른 스캐닝 데이터를 제어부에 전송하면, 제어부는 높이 조절부(200)를 통하여 지상고를 능동적으로 제어함으로써 지면 충격을 흡수할 수 있다.

예컨대, 전방 지면(G)에 요철(B)이 감지되면, 제어부는 차량 속도 데어터, 요철(B)의 형상이나 높이 데이터를 기반으로 분석한 후, 요철(B)에 차륜(W)이 접촉하는 순간 높이 조절부(200)를 통하여 차륜(W)을 상승시킬 수 있다. 또한, 요철(B)의 최고점으로부터 지면(G) 방향으로 차륜(W)과 요철(B)의 접촉이 해제되는 시점까지 제어부는 높이 조절부(200)를 통하여 차륜(W)을 하강시킬 수 있다.

이렇게, 높이 조절부(200)를 통해서 차량의 지상고를 조절하면, 지면(G)의 형상에 따라서 차륜(W)의 높이는 변화하지만, 차량(V)의 바디 높이는 일정하게 유지할 수 있기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 13(b)는 반능동 충격흡수 제어를 예시적으로 도시한다.

도 13(b)를 참조하면, 차량(V)이 진행 중에 차륜이 요철(B)과 접촉하면, 요철(B)의 형상 및 높이에 따른 충격량에 따라서 로워 암(120)이 상승(범프 상태)하면서 충격 흡수장치(100)의 토션바(141)에 비틀림 응력이 제공된다.

그리고, 근접센서(250) 또는 로터리 인코더(260)는 로워 암(120)의 회동 각도를 감지하여 제어부로 전송하면, 요철 접촉 시 발생한 충격량에 대응하도록 제어부가 높이 조절부(200)를 보상 제어한다. 보상 제어는 충격량에 따라 제1방향으로 비틀어진 토션바의 타 단부 각도와 동일하게 토션바의 일 단부를 높이 조절부가 제1방향으로 회전시킴으로써 토션바에 저장된 비틀림 응력을 해소시킨다. 이때, 차량 바디의 높이 변화는 차륜의 높이 변화에 비하여 현저히 적게 발생될 수 있다.

이어서, 요철(B)의 최고점으로부터 지면(G) 방향으로 차륜(W)과 요철(B)의 접촉이 해제되는 시점까지 제어부는 차륜의 하강하는 높이만큼 높이 조절부(200)를 통하여 토션바(141)의 일 단부를 제2방향으로 회전시킴으로써 높이 조절부(200)의 중립 상태를 유지시킬 수 있다.

이렇게, 높이 조절부(200)를 통해서 토션바의 타 단부가 상대 회동된 상태에 대응하도록 토션바의 일 단부를 회동시키면, 지면(G)의 형상에 따라서 차륜(W)의 높이 변화가 발생하는 크기에 비하여 차량의 바디 높이 변화가 발생하는 크기를 감소시킬 수 있기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치에 의하면, 차륜이 외부 충격으로 인하여 이동하는 방향과 다른 방향으로 충격 흡수모듈이 배치되기 때문에 차량의 바디와 차륜 사이의 높이를 줄일 수 있고, 이에 따른 바디 설계의 자유도가 증가하며, 충격 흡수모듈이 차량의 전/후 방향을 따라서 배치되어 기존 현가장치가 차량의 상하방향을 따라서 배치되는 구조에 비하여 공간 활용도가 증대되며, 차량의 전후 방향을 따라서 충격 흡수모듈을 설치할 수 있기 때문에 바디 플랫폼을 공용화할 수 있고, 충격 흡수모듈의 전체적인 무게 중심을 낮출 수 있어 주행성능과 연비 및 승차감을 향상시킬 수 있으며, 충격 흡수모듈에서 토션바가 상대 회동하는 구조를 적용함으로써 충격을 흡수하는 과정에서 저항에 의해 힘의 손실이 발생하는 것을 최소화할 수 있고, 차체 바디로부터 각 차륜의 상대적인 높이를 독립적으로 조절할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있고, 차량의 진행 방향에 센서를 구비하여 높이 조절부와 동기화함으로써, 지면의 요철 등을 스캔하여 지상고를 능동적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

110: 서브 프레임 120: 로워암
130: 로워암 샤프트 140: 충격흡수모듈
141: 토션바 142: 토크 변환부

Claims (10)

1. 차량의 바디에 연결되고 양 측이 서로 마주하도록 배치되는 서브 프레임;
   일 측이 차륜의 상하 이동과 연동하도록 연결되고, 타 측이 양 측의 상기 서브 프레임으로부터 상대 회동이 이루어지도록 각각 연결되는 로워 암;
   상기 서브 프레임과 로워 암의 회전 중심에 배치되는 로워암 샤프트; 및
   상기 로워암 샤프트에 마련되고, 차륜의 상하 이동에 따라서 상기 로워 암의 타 측이 회동하면서 차륜의 충격을 일시 저장 또는 흡수하는 충격 흡수모듈;
   을 포함하고,
   상기 충격 흡수모듈은,
   상기 로워암 샤프트의 길이방향을 따라서 나란히 배치되는 적어도 하나 이상의 토션바와,
   상기 로워 암의 상대 회동에 대응하여 상기 토션바의 고정된 일 단부를 기준으로 타 단부에 비틀림 응력을 제공하는 토크 변환부를 포함하며,
   상기 토크 변환부는,
   상기 토션바의 일 단부를 상기 로워암 샤프트의 일 단부 외측에 고정시키는 제1고정 플레이트와,
   상기 토션바의 타 단부를 상기 로워암 샤프트의 타 단부 외측에 고정시키는 제2고정 플레이트와,
   상기 토션바의 타 단부에 일 측이 결합되어 상기 토션바의 길이방향과 직교한 방향으로 돌출되는 로커암과,
   상기 로워 암의 상대 회동에 따라서 상기 로커암의 타 측을 가압하도록 회동하는 가압 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 로워암 샤프트는,
   차량의 전/후 방향을 따라서 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 로커암은,
   상기 토션바의 타 단부가 삽입되도록 통공이 형성된 체결부재와,
   상기 체결부재로부터 상기 가압 플레이트의 내주면에 형성된 요홈을 향해 돌출되고 외주면의 일 단면이 원형으로 형성된 가압부재 및
   상기 체결부재와 가압부재 사이를 연결하는 연결부재를 포함하고,
   상기 가압부재가 가압 플레이트와 연동하여 회동하면, 상기 체결부재가 토션바의 타 단부에 비틀림 응력을 제공하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 연결부재는,
   상기 요홈의 폭 보다 작은 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 로워암 샤프트의 일 단부를 회전시켜 상기 토션바의 타 단부에 비틀림 응력을 발생시키는 높이 조절부를 더 포함하고,
   상기 높이조절부는,
   모터와,
   상기 모터의 회전 속도를 감속하는 감속기와,
   상기 감속기의 출력축에 결합되어 회전 가능하도록 배치되고, 상기 출력축과 벗어난 지점에 볼 조인트가 마련되는 제2로커암과,
   일 측에 상기 제2로커암의 볼 조인트가 삽입되고, 타 측에 상기 제1고정 플레이트가 결합되어 상기 제2로커암의 회전에 의해 상기 로워암 샤프트를 회전시키는 토크암을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 높이 조절부는,
   상기 토크암이 제1방향으로 회전하는 경우, 상기 토션바의 타 단부가 제2방향으로 일시적으로 비틀어졌다가 상기 토션바가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 상기 차륜을 상승시켜 차량 바디의 지상고를 상대적으로 하강시키고,
   상기 토크암이 제2방향으로 회전하는 경우, 상기 토션바의 타 단부가 제1방향으로 일시적으로 비틀어졌다가 상기 토션바가 원래 상태로 복원되려는 탄성 복원력에 의해 상기 차륜을 하강시켜 차량 바디의 지상고를 상대적으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 가압 플레이트의 외주면에 인접하게 배치되고, 상기 서브 프레임 상에 고정되어 상기 가압 플레이트의 회동 상태를 검출하는 근접센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 로워 암의 타 측에 마련되고, 상기 로워암 샤프트의 회전 중심에 배치되어 상기 로워암 샤프트 대리 로워 암의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상고 조절이 가능한 토션바형 차량용 충격 흡수장치.