KR19990031877A - 자동차의 리어 서스펜션 시스템 - Google Patents

Abstract

보다 낮은 가격으로 제조가 가능하면서도 최고의 성능을 발휘할 수 있도록 하고, 미세 진동까지 흡수하여 승차감을 향상시키고, 전,후력 및 횡력이 입력될 때 휠의 자세가 작은 입력시에는 토우 제로, 큰 입력시에는 약간의 토우 인 경향으로 유지됨으로써, 직진 안정성은 물론 선회성능의 향상으로 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 리어 서스펜션 시스템을 제공할 목적으로;

휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 전,후 소정의 간격을 두고 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 서브 프레임과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과; 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 상단부분을 차체측과 연결하여 주는 어퍼 컨트롤 아암과; 차체 길이방향으로 배치되어 휠 캐리어의 전측부분을 차체와 연결하여 주는 트레일링 아암과; 스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지되,

상기 로워 컨트롤 아암의 어느 하나에 토우조절수단을 구비하며, 전측 로워아암의 휠측단부의 연장선과, 트레일링 아암의 후단부 연장선이 노면에 투영될 때 타이어 접지 중심부근에서 교차될 수 있도록 배치하여 이루어지는 자동차의 리어서스펜션 시스템을 제공한다.

Description

자동차의 리어 서스펜션 시스템

본 발명은 자동차의 리어 서스펜션 시스템에 관한것으로서, 보다 상세하게는 멀티 링크 시스템에서 노면에서의 입력이 링크 모두에 골고루 분포되게 함으로써, 차체에 전달되는 충격의 최대치를 줄여줌으로써, 승차감을 향상시키고, 전,후력 및 횡력이 입력될 때 휠의 자세가 토우 제로 또는 약간의 토우 인 경향으로 유지됨으로써, 직진 안정성은 물론 선회성능의 향상으로 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 리어 서스펜션 시스템에 관한 것이다.

예컨데, 자동차에 있어서의 서스펜션 시스템은 차체와 차륜 사이에 존재하면서 이 2개의 강체를 하나 혹은 다수의 컨트롤 아암으로 연결하여 상하 방향으로는 스프링과 쇽 업소오버에 의하여 지지되고, 기타 방향으로는 높은 강성과 유연성을 적절히 조화시킴으로써, 차체와 차륜 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시켜 주행 중 노면으로부터 받는 진동과 충격을 흡수하여 승차감과 선회 안정성을 향상시키는 장치이다.

이러한 현가장치는 노면으로부터의 입력에 대한 여러부문의 성능을 만족시키기 위하여 다음의 3가지 조건이 요구되고 있다.

첫째, 조종 안정성을 위하여 타이어는 노면에 대하여 이상적인 자세를 유지케 하여 노면에 대한 그립(Grip)력을 극대화하고, 차체는 나름대로 최상의 자세를 유지하여 목적하는 차량 운동상태를 가능케하여야 하며, 특히 어떠한 상태에서도 항상 다음 동작을 얻을 수 있는 순간력을 지님과 동시에 운전자의 의도하는 방향 및 순간외에는 외부 입력에 의한 어떠한 거동도 허용하면 안된다.

둘째, 안락감을 위하여 어떠한 충격도 준민하게 흡수할 수 있도록 하여 차내에 있는 탑승자들로 하여금 불쾌감을 느끼지 못하도록 하여야 한다.

셋째, 충돌시 이의 충돌 에너지의 흡수에 기여토록 하여 충돌 안정성을 증대시킬 수 있도록 하여야 한다.

이러한 요구조건을 충족시킬 수 있는 서스펜션 시스템은 그 종류가 매우 다양하며, 그들 나름대로 꾸준한 발전이 거듭되고 있는데, 특히, 최근에는 고출력 엔진의 등장과 더불어 소비자의 "주행의 재미(Fun to drive)"에 대한 선호도가 급격히 증가하기 시작함에 따라 운전자의 의지를 유쾌하게 표현할 수 있는 고성능 서스펜션 시스템의 출현이 강력히 요구되고 있다.

그러나 현재까지 개발되어 사용되고 있는 트레일링 아암 타입, 토우션 비임 액슬 타입, 스트러트 타입, 더블 위시본 타입과 같은 리어 서스펜션 시스템으로는 상기 요구를 충분히 수용하기에는 불충분하다.

이에따라 최근에는 적어도 3개 이상의 링크를 사용하여 노면으로부터 입력되는 충격 및 진동과, 차체의 진동을 이상적인 기구학적 운동으로 이들을 효과적으로 수용할 수 있는 멀티 링크 타입 서스펜션 시스템이 개발되어 양산차량에 적용되고 있다.

그러나 이미 개발되어 있는 일반적인 서스펜션 시스템의 경우에 있어서는 고성능으로서의 장점은 지니고 있으나, 구조가 복잡하여 부품수가 많고 부피가 커지면서 중량이 커지게 되어 연비 및 배기 규제 관련 문제는 물론이고, 제작비가 많이 들고, 가격 경쟁면에서 열세에 놓이게 되어 상품성을 떨어지게 한다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 멀티 링크 서스펜션 시스템에 의한 리어 서스펜션 시스템을 개발하되, 보다 낮은 가격으로 제조가 가능하면서도 최고의 성능을 발휘할 수 있는 리어 서스펜션 시스템을 제공한다.

그리고 자동차의 리어 서스펜션 시스템에서 요구되는 추종성과 직진 안정성, 그리고 선회 안정성의 향상으로 조종 안정성을 달성하기 위하여는 주행에 따른 전후력과 횡력에 의한 하중을 충분히 견디면서 외부로부터의 입력이 작을 때에는 휠이 토우 제로가 되고, 큰 입력시에는 약간의 토우 인 경향으로 변화되도록 하는 기구학적인 특성을 갖게 하여 저속시에는 약간의 오우버 스티어 혹은 뉴트럴 스티어가되고, 고속시에는 언더 스티어 경향이 점점 커지게 하여 조정성과 안정성을 양립시킬 수 있는 리어 서스펜션 시스템을 제공한다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와;

전,후 소정의 간격을 두고 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 서브 프레임과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과;

차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 상단부분을 차체측과 연결하여 주는 어퍼 컨트롤 아암과;

차체 길이방향으로 배치되어 휠 캐리어의 전측부분을 차체와 연결하여 주는 트레일링 아암과;

스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지되,

상기 로워 컨트롤 아암의 어느 하나에 토우조절수단을 구비하며, 전측 로워아암의 휠측단부의 연장선과, 트레일링 아암의 후단부 연장선이 노면에 투영될 때 타이어 접지 중심부근에서 교차될 수 있도록 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 리어 서스펜션 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 리어 서스펜션 시스템의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 리어 서스펜션 시스템의 평면도.

도 3은 본 발명에 의한 리어 서스펜션 시스템의 배면도.

도 4는 본 발명에 적용되는 토우 조절수단의 단면도.

도 5는 본 발명에 적용되는 스트러트 어셈블리의 하단부 고정상태 단면도.

도 6의 (a)(b)는 본 발명의 작동상태도이다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1내지 도 3은 본 발명에 의한 서스펜션 시스템의 실시예를 도시한것으로서, 휠 캐리어(2)는 휠(4)을 회전 가능하게 지지하며, 그의 본체부(6) 상측에는 상측부분이 차내측으로 만곡되고, 그의 상단부가 휠(2)의 차체측 상부에 위치하는 연장부(8)가 일체로 형성된다.

그리고 상기 휠 캐리어(2)의 하측부를 서브 프레임(10)과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암(12)은 전후로 상,호 소정의 간격두고 배치되는 2개의 아암(14)(16)으로 이루어져 휠측단 연결부(18)(20)는 휠 캐리어(2)의 하단부와 연결이 이루어지고, 차체측단 연결부(22)(24)는 서브 프레임(10)과 연결된다.

또한, 상기 휠 캐리어(2)의 연장부(8) 상단부를 서브 프레임(10)과 연결하여 주는 어퍼 컨트롤 아암(26)은 1개의 휠측 연결부(28)와, 전,후측으로 분기되어 이의 선단으로 형성되는 2개의 차체측 연결부(30)(32)를 보유하면서 상기 로워 컨트롤 아암(12)과 함께 휠 캐리어(2)를 서브 프레임(10)에 연결하여 주게 된다.

이에따라 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26)은 휠(4)이 차체측단 연결부(18)(20),(30)(32)를 기준으로 하여 승강할 수 있도록 지지하게 된다.

상기 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26)의 각 연결부(18)(20)(22) (24), (28)(30)(32)에는 수평형 고무부시를 개재시키게 되며, 이들 고무부시는 적정한 강성과 유연성을 보유하면서 휠 캐리어(2)의 승하강시 이의 동작을 유연하게하면서 미세한 진동까지 흡수하게 되며, 횡방향의 입력에 대하여는 적정한 강성을 갖고 변형되면서 이를 수용하게 되는데, 이의 구성은 공지이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26)은 차량의 주행과정에서 복잡하고 가혹한 하중을 받게 되는 바, 이에따른 피로 손상으로 인한 균열이나 절손이 발생되어 대형 사고로 유발함을 방지하기 위하여 피로에도 충분히 견딜 수 있는 구조로 형성되어야만 한다.

그리고 상기 로워 컨트로 아암(12)의 후측 아암(16)은 토우 조절수단을 구비하게 되는데, 이는 휠(4)의 토우 상태가 규정치에 어긋나는 경우에는 이를 인위적인 조절이 가능하도록 한것으로서, 이는 도 4에서와 같이, 아암을 2개의 봉상 부재(34)(36)로 분할 형성하되, 이의 양단부에는 왼나사와 오른나사부를 각각 보유토록 하고, 이에 턴버클 너트(38)를 체결하여 이의 턴버클 너트(38)의 회전 방향에 따라 이들 부재(34)(36)의 길이가 신축되면서 휠(4)의 토우를 조절할 수 있도록 하였다.

또한, 상기 턴버클 너트(38)의 양측에는 록 너트(40)(42)를 체결하여 토우 조절 후 주행진동에 의하여 턴버클 너트(38)의 임의 회전에 의한 토우 변경을 방지토록 하였다.

그리고 차체 길이방향으로 배치되어 휠 캐리어(2)의 전측부분을 차체와 연결하여 주는 트레일링 아암(44)은 그의 전,후단 연결부(46)(48)에 고무부시를 개재시켜 차체와 휠 캐리어(2)를 연결하게 된다.

이에 적용되는 고무부시는 상기 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26)에 적용되는 고무부시와 마찬가지로 수평형 부시가 적용되며, 휠(4)의 승하강시 적정한 강성과 유연성으로 이를 작동이 유연하게 이루어지도록 함은 물론 휠에 전,후력이 가해질 때 변형되면서 이를 수용하게 된다.

상기에서 수평형 부시로 한정설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 수평형 부시를 사용할 수도 있다.

휠(4)의 상하운동을 제어하는 스트러트 어셈블리(50)는 코일 스프링(52)과 쇽 업소오버(54)가 일체로 형성되어 그 상측단이 인슐레이터(56)를 개재시켜 차체에 현가 지지되며, 하측부분은 휠 캐리어(2)에 고정된다.

이의 스트러트 어셈블리(50)를 휠 캐리어(2)에 고정함에 있어서는 도 5에서와 같이, 휠 캐리어(2)의 외측에서 내측으로 고정너트(58)를 관통시켜 고정하고, 고무부시(60)를 개재시켜 고정볼트(62)를 체결하는 수단으로 고정하였다.

이에따라 노면 상태에 따라 휠(4)로부터 입력되는 상하방향의 충격을 흡수 감쇠시키게 된다.

그리고 본 발명에서는 상기의 로워 컨트롤 아암(12)의 전측 로워 아암(14)과 트레일링 아암(44)을 배치함에 있어서는 전측 로워아암(14)의 휠측단부의 연장선과, 트레일링 아암(44)의 후단부 연장선들을 노면에 투영시켰을 때 그 교점이 타이어 접지 중심(WC)에서 교차될 수 있도록 하였다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 기존의 현가장치와 마찬가지로 노면으로부터 입력되는 상,하의 충격은 코일 스프링(52)과 쇽 업소오버(54)로 이루어지는 스트러트 어셈블리(50)에 의하여 흡수 감쇠된다.

또한, 상기 상하 방향 이외의 방향으로 입력되는 전후력 및 횡력은 이들 휠 캐리어(2)와, 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26) 및 트레일링 아암(44),그리고 차체 및 서브 프레임(10)들을 상호 연결하는 연결부에 개재되는 부시의 강성과 유연성에 의하여 미세 진동까지 흡수되어 승차감을 향상시키게 된다.

그리고 휠(4)의 자세를 살펴보면, 그 기본은 도 6의 (a)에서와 같이, 토우가 거의 "0"을 유지하게 하게 되며, 이때 약간의 전후력이 가해지더라도 이의 상태는 유지된다.

또한, 차량의 주행에 따른 도로 조건과 제동에 의한 전후력(F)이 작용하는 경우에는 도 6의 (b)에서와 같이, 휠(4)이 후측으로 밀리게 되는 바, 트레일링 아암(44)과 전,후 로워 아암(14)(16) 모두가 차체측 연결부를 기준으로 시계방향으로 약간의 변형이 이루어지게 된다.

그러면 트레일링 아암(44)은 휠(4)의 전측 부분을 차체측으로 당겨주고, 전,후 로워 아암(14)(16)은 그의 운동 궤적에 의하여 휠(4)의 후측 부분을 후측과, 외측으로 밀어주게 된다.

이와같이 휠(4)의 자세가 전측부분은 내측으로, 후측부분은 외측으로 변화하게 되는 바, 결국은 미세하게 토우 인 경향으로 변화가 이루어지게 된다.

이에따라 언더 스티어 경향을 나타태면서 직진 및 선회 안정성이 향상됨은 물론 선회 제동시의 안정성을 향상시키게 된다.

이는 전후력(F)에 의하여 휠(4)이 후측으로 이동되는 것은 미소하게 이루어지지만, 트레일링 아암(44)과 전측 로워 아암(14)의 길이에 따른 운동궤적에 의하여 발생되는 것이며, 특히 타이어 접지중심(WC)의 이동량(δ1)은 휠(4)의 이동량(δ2) 보다 크게 이동하게 된다.

그리고 타이어 접지중심(WC)은 일정량(δ3) 만큼 외측으로 이동함으로써, 휠(4)의 자세가 토우인 경향으로 변화되는 것이다.

상기에서 토우 상태의 변화는 극히 크게 이루어지는것은 아니며, 휠 캐리어(2)를 지지하고 있는 로워 및 어퍼 컨트롤 아암(12)(26)와 트레일링 아암(44)의 운동궤적과, 이들 연결부에 개재되어 있는 고무부시의 변형에 의하여 이루어지게 되는 것이다.

결과적으로 본 발명은 휠(4)에 입력되는 하중 크기에 따라 적정의 강성을 갖는 고무 부시의 변형정도와, 링케이지 레이-아웃특성에 의하여 그 효과를 창출해 낼 수 있는 것이다.

즉, 전,후력이 안걸리거나 갖은 하중으로 걸리는 경우에는 약간의 오버 스티어 또는 뉴트럴 스티어의 특성을 갖게하여 저속 선회시 용이한 선회특성을 갖게 하며, 전후력이 커짐에 따라 연장선의 교점이 타이어 접지면 중심 보다 외측 후방으로 이동하게 함으로써, 언더 스티어 특성을 갖게 하여 고속 선회 안정성 및 선회 제동 안정성등 조종 안정성측면에서 탁월한 성능을 갖게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 4개의 아암과, 이들의 연결부에 소정의 강성과 유연성을 갖는 고무부시를 이용하여 상호 기하학적인 연결이 이루어짐으로써, 그 구성이 매우 간단하게 이루어지면서도 최고의 서스펜션 성능을 갖게 된다.

그리고 주행에 따른 전후력과 횡력에 의한 하중을 충분히 견디면서 휠이 전후력의 강도 즉, 주행상황에 따라 토우 제로 또는 약간의 토우 인 경향으로 변화되도록 하는 기구학적인 특성을 갖게 됨으로써, 자동차의 리어 서스펜션 시스템에서 요구되는 추종성과 직전 안정성, 그리고 선회 안정성의 향상으로 탁월한 조종 안정성을 달성할 수 있게 되는 것이다.

또한, 외부의 입력이 4개의 아암으로 골고루 분포됨으로써, 아암을 통해 차체로 전달되는 충격의 최대치를 최소화함으로써, 충격감을 줄여 전반적인 승차감을 향상시킬 수 있으며, 이에따라 기존 서스펜션에서 승차감과 조종 안정성을 양립시킬 수 없는 문제점을 일거에 해결하여 승차감과 조종 안정성을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와;

   전,후 소정의 간격을 두고 차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 본체 하단부를 서브 프레임과 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과;

   차폭방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 상단부분을 차체측과 연결하여 주는 어퍼 컨트롤 아암과;

   차체 길이방향으로 배치되어 휠 캐리어의 전측부분을 차체와 연결하여 주는 트레일링 아암과;

   스프링과 쇽 업소오버의 일체형으로 이루어져 휠로부터 상하방향으로 입력되는 하중을 흡수 감쇠하는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지되,

   상기 로워 컨트롤 아암 중 어느 하나에 토우조절수단을 구비하며, 전측 로워아암의 휠측단부의 연장선과, 트레일링 아암의 후단부 연장선을 작은 전후력이 입력될 때는 타이어 접지 중심점과 거의 일치하게 하고, 큰 전후력이 입력될 때에는 타이어 중심점 보다 외측 후방으로 이동될 수 있도록 노면에 투영되었을 때 그 교점이 타이어 중심점 부근에 위치하도록 형성함을 특징으로 하는 자동차의 리어 서스펜션 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 스트러트는 그 하단부가 고무부재를 개재시켜 휠 캐리어와 연결됨을 특징으로 하는 자동차의 리어 서스펜션 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 토우조절수단은 로워 컨트롤 아암의 후측 아암상에 배치됨을 특징으로 하는 자동차의 리어 서스펜션 시스템.