KR20020081468A - 안티 롤 관절부를 구비한 차량의 차축 크로스피스와 이를포함하는 차량의 차축 - Google Patents

안티 롤 관절부를 구비한 차량의 차축 크로스피스와 이를포함하는 차량의 차축 Download PDF

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KR20020081468A
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뱅쌍 비야르
미셸 블롱들레
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발루헥 꽁뽀쟝 오또모빌 비뜨리
꽁빠니 제네랄 드 에따블리세망 미쉘린-미쉘린 에 씨
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Abstract

본 발명은 차량 차축 크로스피스에 관한 것으로, 일단부가 상기 차량의 일 측부에 위치하는 휠 아암(Bd)에 고정되고, 타단부가 상기 차량의 다른 측부에 위치하는 또 다른 휠 아암(Bg)을 향하는 제 1 튜브(1)와, 그리고 상기 제 1 튜브 내부에 부분적으로 결합되어 상기 다른 휠 아암(Bg)으로 외측 단부가 고정되는 제 2 튜브(2)를 포함하며, 상기 내측 튜브(2) 및 상기 외측 튜브(1)는 탄성 중합체 재료로 제작되는 두 개 이상의 안티 롤 관절부(3,4)에 의해 서로 연결되며, 상기 안티 롤 관절부는 상기 튜브들의 종방향으로 이격되고 상기 내측 튜브의 외측면과 상기 외측 튜브의 내측면 사이에 수용되며, 각각의 안티 롤 관절부는 자체의 특별한 반지름방향 강성을 가진다. 각각 반지름방향 강성(k3,k4) 비례 계수가 할당된 상기 안티 롤 관절부(3,4)는 굽힘 강성의 대칭을 위해 상기 다른 휠 아암(Bg) 보다 상기 크로스피스의 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 상기 휠 아암(Bd)에 더 근접하게 되는 관성 중심(Ω)을 가진다.

Description

안티 롤 관절부를 구비한 차량의 차축 크로스피스와 이를 포함하는 차량의 차축{VEHICLE AXLE CROSSPIECE WITH ANTI-ROLL ARTICULATIONS AND VEHICLE AXLE COMPRISING SAME}
이 같은 차축 크로스피스는 차체에 대한 아암의 관절부의 축선을 따라 또는 대안적으로 이러한 축선에 평행하며, 휠을 향하여 오프셋되게 설치될 수 있다. 이러한 크로스피스는 관련된 휠셋의 안티 롤 작용(antiroll behavior)을 개선한다.
각각의 안티 롤 관절부는 반지름방향으로 상이한 강성(stiffness)을 가질 수 있다. 예를 들면, 강성은 수직, 수평 또는 45° 방향으로 상이할 수 있다. 이를달성하기 위해, 비대칭 안티 롤 관절부 또는 개개의 방향으로 분포가 결정되어 있는 캐비티를 가지는 관절부가 제공될 수도 있다. 따라서, 반지름방향으로 상이한 변형 로딩을 최상으로 보상하는 것이 가능하다. 물론, 또한 반지름방향과 관계없이 일정하게 남아있는 반지름방향 강성을 위해 안티 롤 관절부를 사용하는 것이 가능하다.
이 같은 크로스피스는 크로스피스의 굽힘 변형의 결과로서 차량의 작용, 특히 굽힘에 대해 문제점을 가진다. 이는 크로스피스의 상이한 직경을 가지는 두 개의 튜브가 상이한 관성을 가지기 때문이다. 종래기술의 상태에 따른 크로스피스에 있어, 크로스피스의 굽힘 변형은 굽힘의 방향에 상당하게 관련되는데, 이는 왼쪽 또는 오른쪽으로 굽혀지는가에 따라 차량의 작용이 변화되는 것을 의미한다.
본 발명은 제 1 튜브와 제 2 튜브를 포함하는 종류의 차량 차축 크로스피스에 관한 것으로, 이러한 제 1 튜브의 일 단부는 차량의 일 측부에 위치하는 휠 아암에 고정되며, 제 1 튜브의 다른 단부는 차량의 다른 측부에 위치하는 또 다른 휠 아암을 향하며, 제 2 튜브는 제 1 튜브의 내부에서 부분적으로 맞물리고 다른 휠 아암으로 외측 단부에 고정되며, 내측 튜브와 외측 튜브는 튜브의 종방향으로 이격되고 내측 튜브의 외측면과 외측 튜브의 내측면 사이에 수용되는, 탄성중합체 재료로 제작된 두 개 이상의 안티 롤 관절부에 의하여 서로 연결되며, 각각의 안티 롤 관절부는 자체의 반지름방향 강성(own radial stiffness)을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 차축 크로스피스의 부분 단면처리된 개략적인 평면도이며,
도 2는 크로스피스를 구비한 서스펜션 아암의 개략적인 측면도이다.
우선 본 발명의 목적은 적어도 하나의 고려된 반지름방향에 대해, 굽힘의 방향과 관계없이, 실질적으로 동일한 굽힘 변형을 가지는 앞서 정의한 종류의 차축 크로스피스를 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 굽힘 대칭성을 가지는 차축 크로스피스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 크로스피스가 수용가능한 가격이며 구성이 간단한 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 앞서 정의된 종류의 차량 차축 크로스피스는 각각 반지름방향 강성에 비례하는 계수가 할당된 안티 롤 관절부가 다른 휠 아암보다 크로스피스의 외측 튜브에 연결된 휠 아암에 더 근접하게 되는 관성 중심(center of inertia)을 가지는 것을 특징으로 한다.
크로스피스를 굽히는데 있어서 안티 롤 관절부의 기여도는 관절부의 반지름방향 강성과 관절부의 간격에 따라 굽힘 강성(flexural rigidity)을 가지는, 관성 중심에 위치된 "탄성 피봇"에 비유된다. 본 발명의 해결책은 강성이 더 큰 외측 튜브에 연결된 휠 아암의 측부를 향하여 관성 중심을 오프셋함으로써, 휠 아암의 측부에서 피봇이 상당하게 기여하도록 하여, 튜브의 강성의 차이를 보상하고 크로스피스의 굽힘 변형의 대칭성에 기여하는 것이다.
유용하게는, 관성 중심의 이러한 오프셋을 함으로써 상이한 반지름방향 강성을 가지는 관절부를 이용함으로써 부분적으로 달성되며, 외측 튜브에 연결된 휠 아암에 더 근접된 관절부는 더 높은 반지름방향 강성을 가진다.
일 실시예로서, 외측 튜브에 연결된 휠 아암에 가장 근접한 안티 롤 관절부의 반지름방향 강성은 다른 관절부의 반지름방향 강성보다 적어도 20%, 더욱 바람직하게는 적어도 30% 이상 크다.
유용하게는, 안티 롤 관절부의 기하 중심은 외측 튜브에 연결된 아암의 측부로 오프셋되며, 즉 다른 아암보다 외측 튜브에 연결된 아암에 더 근접하다. 특히, L이 크로스피스의 길이를 나타내며, 안티 롤 관절부의 기하 중심으로부터 외측 튜브에 연결된 아암으로의 거리는 0.45 L 보다 작다.
단독으로 또는 종래의 것과 조합하여 고려될 수 있는 본 발명의 또 다른 양상에 따라, 크로스피스의 전체 강성을 최적화하는 것이 서치(search)된다. 특히, 비틀림 작용을 상당히 변형화시키지 않고 우수한 굽힘 강성을 가지는 안티 롤 탄성 관절부를 구비한 차축 크리스피스를 제공하려는 서치가 된다. 이러한 결과를 얻는수단은 간단하고 경제적인 것이 더 바람직하다.
이러한 다른 양상에 따라, 차축 크로스피스의 안티 롤 관절부들 사이의 거리는 튜브의 강성(rigidity of the tubes)의 함수 및 관절부 강성(stiffness of the articulations)의 함수로서 크로스피스의 굽힘 강성을 최적화하도록 선택된다.
유용하게는, 관절부들 사이의 거리는 pL 및 qL 사이이며, L은 크로스피스의 길이며, p 및 q는 각각 0.3 및 0.6과 동일한 계수이다.
본 발명은 또한 이 같은 차축 크로스피스를 구비한 차량 차축에 관한 것이다.
전술된 장치와 달리, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명된 하나의 전형적인 실시예에 대해 더욱 명확하게 설명되는 소정의 다수의 다른 장치로 이루어지지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 차량 후방 차축 크로스피스(T)를 볼 수 있다. 이러한 크로스피스(T)는 제 1 튜브(1)를 포함하는데, 제 1 튜브의 일 단부는 트레일링 아암(trailing arm) 또는 스트러트(strut)일 수 있는 휠 아암(Bd)에 고정된다. 아암(Bd)의 관절부 축선(X-X)은 트레일링 아암의 경우 휠(R)의 축선의 전방에 위치된다. 튜브(1)는 용접에 의해 아암(Bd)에 고정될 수 있다. 튜브(1)의 타단부는 차량의 다른 측부에 위치되는 다른 휠 아암(Bg)을 향한다.
크로스피스(T)는 튜브(1)의 내부에 부분적으로 장착되는 작은 직경의 제 2 튜브(2)를 포함한다. 튜브(2)의 외측 단부는 휠 아암(Bg)에 고정된다. 정지 위치에 있는 두 개의 튜브(1,2)는 아암(Bd, Bg)의 회전 축선(X-X)에 평행하고 휠(R)을 향하여 오프셋되는, 즉 X-X에 대해 후방을 향하는 동일한 축선(A-A)을 가진다. 하나의 선택예로서, 축선(A-A)은 축선(X-X)과 일치될 수 있다.
내측 튜브(2)와 외측 튜브(1)는 튜브의 축선 방향(A-A)에서 거리(d) 만큼 이격되고 탄성중합체 재료로 제작된 두 개의 관절부(3, 4)에 의하여 서로 연결된다. 관절부(3, 4)는 탄성중합체 재료로 된 링 또는 고리 형상(rings or annuluses)이거나 튜브(2) 둘레의 링에 배치된 탄성중합체 재료의 개별적인 블록 형상이다. 각각의 관절부(3, 4)는 자체의 반지름방향 강성(radial stiffness)을 가진다. 이러한 반지름방향 강성은 개개의 방향에서의 변형력의 크기를 고려하도록 다양한 반지름방향에 따라 상이할 수도 있다. 예를 들면, 반지름방향 강성은 수직 방향, 수평 방향 또는 45°방향에서 상이할 수도 있으며, 이는 비대칭 탄성 관절부 또는 개개의 반지름방향에 따라 분배된 캐비티를 가지는 관절부로 얻을 수도 있다.
각각의 관절부(3, 4)는 축선(A-A)에 직교하는 중간면을 가지는데, 이 중간면은 관절부의 중심에 대응하는 지점(ω3, ω4)에서 축선을 구분짓는다. 관절부(3, 4)의 내측면 및 외측면은 접착 또는 소정의 등가적인 방법에 의해 튜브(2)의 외측면에 그리고 튜브(1)의 내측면에 각각 고정된다.
크로스피스(T)의 굽힘 강성(flexural rigidity)이 대칭이길 원하는 반지름방향에서 관절부(3, 4)의 반지름방향 강성은 k3 및 k4로 표시된다. 반지름방향 강성은 상기 케이스에서와 같이, 반지름방향과 상관없이 일정할 수도 있다.
굽힘 강성의 대칭성을 보장하기 위해, 본 조립체는 각각의 반지름방향 강성(k3, k4)에 비례하는 계수가 할당된 관절부(3, 4)가 다른 아암(Bg)보다 외측 튜브(1)로 연결된 아암(Bd)에 더욱 근접한 관성 중심(Ω)을 가지는 그런 조립체이다. 즉, 축선(A-A)에 위치된 관성 중심(Ω)은 차량의 수직한 종방향 중심면(M)에 대해 아암(Bd)을 향하여 오프셋된다. 관성 중심(Ω)은 k3, k4에 비례하는 계수가 할당된 지점(ω3, ω4)의 중심이다.
크로스피스(T)를 굽히는데 있어서 관절부(3, 4)의 기여는 관성 중심(Ω)에 위치하고 관절부(3, 4)의 강성의 함수 및 관절부 간격의 함수인 강성을 가지는 "탄성 피봇(elastic pivot)"으로 비유된다.
강성이 보다 큰 튜브인 외측 튜브(1)로 연결되는 아암(Bd)을 향하여 관성 중심(Ω)을 쉬프팅시킴으로써, 상기 관절부(3, 4)(및 동등한 피봇)의 기여는 아암(Bd)의 측부에서 더욱 뚜렸하여, 따라서 튜브(1,2)의 강성에서의 차이를 보상하는 것을 확보할 수 있다.
일 실시예로서, 관절부(4)(외측 튜브(1)로 연결되는 아암(Bd)에 가장 근접한 관절부)의 반지름방향 강성(k4)은 관절부(3)의 반지름방향 강성(k3)보다 크다.
특히, 관절부(4)의 반지름방향 강성(k4)은 관절부(3)의 반지름방향 강성(k3)보다 20% 이상 크거나, 바람직하게는 35% 이상 크다.
유용하게, 조립체는 관절부(3, 4)의 기하 중심(E)[지점(ω3 및 ω4)로부터 등거리에 있는 지점]도 종방향 수직 중간면(M)에 대해 외측 튜브(1)에 연결되는 아암(Bd)을 향하여 오프셋되는 조립체이다. 크로스피스(T)의 길이를 L로 표시함으로써, 관절부들의 기하 중심(E)로부터 아암(Bd)으로의 거리(Ld)는 0.45 L보다 작은 반면, 지점(E)으로부터 내측 튜브(2)로 연결된 아암(Bg)으로의 거리(Lg)는 0.55 L과 적어도 동일하다.
비용의 제한이 없다면, 관절부의 강성과 튜브의 강성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 크로스피스의 전체 강성(rigidity)을 최적화하려는 서치가 있다. 이를 실행함에 있어, 상반되는 효과에 직면하게 된다: 두 개의 탄성 관절부(3, 4)가 분리되는 경우, 관절부는 적게 굽혀지고 이것은 크로스피스의 강성을 증가시킨다; 그러나, 이와 같은 방식으로 작용하는데 있어, 작은 강성의 내측 튜브(2) 지지부들 사이의 거리가 증가되며, 이는 대립되는 효과를 가져 크로스피스(T)의 전체 강성(overall rigidity)을 줄이는 역할을 한다. 더욱이, 예를 들어 이러한 관절부들의 재료의 구성을 변경함으로써 안티 롤 관절부(3, 4)의 반지름방향 강성이 증가하는 경우, 이는 반지름방향 힘에 관한 작용에 대한 변화 뿐만 아니라 비틀림에 관한 작용에 대한 변화를 일으킨다. 그러므로 크로스피스의 굽힘 작용에 대한 개선이 안티 롤 특성에서 바람직하지 않은 변화를 초래할 수 있다.
따라서, 비틀림 작용을 뚜렷이 변화시키지 않고 우수한 굽힘 강성을 가지는안티 롤 탄성 관절부를 차축 크로스피스에 공급하기 위한 서치가 있다.
이를 달성하기 위해, 크로스피스상의 두 개의 안티 롤 관절부(3, 4) 사이의 거리(d)와 이러한 관절부의 전체 위치는 크로스 피스(T)의 굽힘 강성을 최적화시키도록 선택된다.
크로스피스상의 거리(d)와 관절부의 전체 위치는 실험적으로 및/또는 계산으로 결정될 수도 있다. 크로스피스상의 관절부(3, 4)의 전체 위치는 (예를 들면) 관절부의 기하 중심(E)과 좌측 서스펜션 아암(Bg) 사이의 거리(Lg)에 의해 정해진다.
일 실시예로서, 관절부들 사이의 거리(d)는 pL과 qL 사이에 있으며, L은 크로스피스의 길이이고, p 및 q는 각각 0.3과 0.6에 동일한 계수이다.
하나의 유용한 예는 L = 1100 mm; 관절부(4)의 반지름방향 강성 = 관절부(3)의 반지름방향 강성 + 45%, 즉 k4 = 1.45 k3; d = 400 mm 및 Lg = 650 mm에 대응된다. 이러한 구성은 외측 튜브에 연결되는 아암의 측부에, 크로스피스의 중심으로부터 약 137 mm 이격되어 위치된 관성 중심(Ω)에 대응된다.
또 다른 유용한 예는 L = 826 mm; k4 = 2.4 k3; d = 470 mm 및 Lg = 448 mm에 대응된다. 이러한 구성은 외측 튜브에 연결되는 아암의 측부에, 크로스피스의 중앙으로부터 약 131 mm 이격되어 위치된 관성 중심(Ω)에 대응된다.
0.3 L 내지 0.6 L 범위는 거리(d)가 튜브 특성의 함수로서 전체 강성을 최적화하도록 선택되는 브래킷을 구성하며, 반면 상식적으로는 크로스피스의 최상의 굽힘 강성을 얻기 위해 가능한 멀리 이격된 관절부를 가지는 것을 요구한다.
굽힘 강성의 대칭성을 위해 관절부의 관성 중심(Ω)을 아암(Bd)을 향하여 오프셋함으로써, 외측 튜브(1)의 길이를 감소시킬 수도 있으며 이에 따라 전체적으로 크로스피스의 굽힘 강성을 감소시킬 수도 있다. 여기서 다시, 차량의 요구조건에 따라, 크로스피스의 더 크거나 더 작은 굽힘 강성의 대칭성과 더 크거나 더 작은 굽힘 강성 사이의 절충이 이루어져야 한다.
설명된 튜브(1, 2)는 이론적으로 원형 단면이지만, 이러한 튜브는 원형이 아닌 소정의 다른 형상의 단면을 가질 수 있으며, 따라서 튜브에 대해 사용되는 용어인 "직경"은 단면의 정확한 형상을 의미한다기 보다는 크기를 의미하는 것으로서 상당히 대체적인 의미로 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. 차량의 차축 크로스피스로서,
    일단부가 상기 차량의 일 측부에 위치하는 휠 아암(Bd)에 고정되고, 타단부가 상기 차량의 다른 측부에 위치하는 또 다른 휠 아암(Bg)을 향하는 제 1 튜브(1)와, 그리고
    상기 제 1 튜브 내부에서 부분적으로 맞물리며 상기 다른 휠 아암(Bg)으로 외측 단부가 고정되는 제 2 튜브(2)를 포함하며,
    상기 내측 튜브(2) 및 상기 외측 튜브(1)는 탄성 중합체 재료로 제작되는 두 개 이상의 안티 롤 관절부(3,4)에 의해 서로 연결되며, 상기 안티 롤 관절부가 상기 튜브들의 종방향으로 이격되고 상기 내측 튜브의 외측면과 상기 외측 튜브의 내측면 사이에 수용되며 각각의 반지름방향 강성을 구비하는 차축 크로스피스에 있어서,
    각각 반지름방향 강성(k3,k4) 비례 계수가 할당된 상기 안티 롤 관절부(3,4)는 상기 다른 휠 아암(Bg)보다는 상기 크로스피스의 상기 외측 튜브(1)에 연결된 상기 휠 아암(Bd)에 더 근접한 관성 중심(Ω)을 가지는 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 아암(Bd)에 가장 근접한 상기 관절부(4)의 반지름방향 강성(k4)은 상기 타측부에 위치하는 상기 관절부(3)의 반지름방향 강성(k3)보다 큰 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 상기 휠 아암(Bd)에 가장 근접한 상기 안티 롤 관절부(4)의 반지름방향 강성(k4)이 상기 다른 관절부(3)의 반지름방향 강성(k3)보다 20% 이상 큰 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 상기 휠 아암(Bd)에 가장 근접한 상기 안티 롤 관절부(4)의 반지름방향 강성(k4)은 상기 다른 관절부(3)의 반지름방향 강성(k3)보다 35% 이상 큰 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안티 롤 관절부들(3,4)의 기하 중심(E)은 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 상기 아암(Bd)의 측부로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 안티 롤 관절부들의 기하 중심(E)으로부터 상기 외측 튜브(1)에 연결되는 상기 아암(Bd)까지의 거리(Ld)는 0.45 L 보다 작으며, 상기 L은 크로스피스(T)의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관절부들 사이의 거리(d)는 0.3 L과 0.6 L 사이이며, 상기 L은 상기 크로스피스(T)의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 차축 크로스피스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에서 청구된 차축 크로스피스를 구비한 차량의 차축.
KR1020027012370A 2000-03-22 2001-03-09 안티 롤 관절부를 구비한 차량의 차축 크로스피스와 이를포함하는 차량의 차축 KR20020081468A (ko)

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