KR20030046679A - 자동차 추진축의 굴절각 조절장치 - Google Patents

자동차 추진축의 굴절각 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 추진축의 굴절각 조절장치에 관한 것으로, 차량의 적재 하중에 따라 변화되는 추진축의 설치각을 보상하여 추진축이 굴절되지 않도록 함으로써, 발진시 추진축의 2차 우력에 의한 이상 진동의 방지는 물론 비용이 저렴한 축이음 부재의 적용을 허용할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 변속기(10)의 출력축과 연결되는 전방측 축부재(12)와, 이 전방측 축부재(12)에 축이음 부재(14)를 매개로 후륜측 디퍼런셜 기어박스(18)와 연결되는 후방측 축부재(16)를 포함하는 자동차의 추진축에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어박스(18)측에 설치되어 후륜의 지상고를 검출하는 거리 측정 센서(24)와, 이 거리 측정 센서(24)로부터 검출된 후륜의 지상고로부터 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 꺾임각을 연산하고서 이를 보상하는 제어를 수행하는 제어유니트(28) 및, 이 제어유니트(28)의 제어에 따라 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 굴절되지 않도록 하는 보상기구(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 추진축의 굴절각 조절장치{system for adjusting a refracting angle of propeller shaft of automotive vehicles}
본 발명은 자동차 추진축의 굴절각 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 적재 하중에 따라 변속기의 출력축과 후륜측 디퍼런셜 기어 사이에 설치된 추진축의 꺾임 정도를 보상하여, 발진시 추진축의 2차 우력에 의해 플로워나 조향 계통으로 전달되는 이상 진동을 방지할 수 있도록 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 추진축(Propeller Shaft)은 엔진에서 발생되어 변속기를 거친 동력을 휠허브로 전달하는 역할을 하도록 된 것인 바, 이 추진축은 전륜측 변속기의 출력축과 후륜측 디퍼런셜 기어와의 사이에 각기 두 개의 등속 조인트를 매개로 연결되어 있는 데, 이러한 추진축은 대개 끊임없이 변동되는 엔진의 토오크를 받으면서 고속으로 회전되므로 비틀림진동을 일으키기 쉽고, 또 축이 구부러지거나 기하학적인 중심과 질량의 중심이 일치하지 않을 때에는 휠링이라는 굽힘진동을 일으킬 수도 있다.
즉, 상기 추진축은 엔진이 차체의 앞부분인 엔진룸내에 장착되면서 구동은 뒷쪽의 후륜에서 이루어지는 소위 앞기관 뒷바퀴 구동의 후륜구동차(FR;Front engine Rear wheel drive car)에서 구비되는 것이다.
이와 같은 추진축은 도 1에 도시된 바와 같이, 변속기(10)의 출력축과 직접연결되는 전방측 축부재(12)와, 이 전방측 축부재(12)에 축이음 부재(14)를 매개로 연결되어 후륜측 디퍼런셜 기어박스(18)와 연결되는 후방측 축부재(16)로 구성된다.
그리고, 상기 축이음 부재(14)와 인접한 전방측 축부재(12)에는 센터 베어링(20)이 차체와의 사이에 지지부재(22)를 매개로 고정설치되어 있어, 이 센터 베어링(20)은 상기 추진축이 변속기(10)로부터 디퍼런셜 기어박스(18)에 이르기까지 동력의 전달중 발생되는 비틀림 진동이나 굽힘 진동을 감쇠시키게 된다.
그런데, 상기와 같은 추진축에서 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 연결하는 축이음 부재(14)는 부등속 자재이음부재를 사용하기도 하는 바, 이 부등속 자재이음부재는 차량의 적재 하중에 따라 후륜의 차고에 변화를 유발시키게 된다.
즉, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)는 화물의 적재시 거의 일직선 상태를 유지하다가, 화물의 비적재시에는 후륜의 현가장치의 복원력에 의해 상기 후방측 축부재(16)가 전방측 축부재(12)의 연장선상에 대해 소정의 각도(θ) 만큼 꺾여지는 경우(점선으로 도시됨)가 발생하는 바, 이 경우에서와 같이 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 설치각이 소정의 각도 만큼 꺾여 굴절되면, 동력의 전달시 추진축의 회전 변동에 의한 2차 우력으로 플로워나 조향 계통에 이상 진동을 전달하게 되는 단점이 있다.
따라서, 상기 추진축의 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 연결하는 축이음 부재(14)는 적재 하중에 따라 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이에서 소정의 굴절각이 발생하더라도 추진축에 회전 변동을 유발시키지 않는 등속 자재이음부재를 사용해야 하는 데, 이 등속 자재이음부재는 상기 부등속 자재이음부재에 비해 가격이 비싸다는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 차량의 적재 하중에 따라 변화되는 추진축의 설치각을 보상하여 추진축이 굴절되지 않도록 함으로써, 발진시 추진축의 2차 우력에 의한 이상 진동의 방지는 물론 비용이 저렴한 축이음 부재의 적용을 허용할 수 있도록 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 변속기의 출력축과 연결되는 전방측 축부재와, 이 전방측 축부재에 축이음 부재를 매개로 후륜측 디퍼런셜 기어박스와 연결되는 후방측 축부재 및, 상기 축이음 부재와 인접한 위치에서 차체와의 사이에 지지부재를 매개로 설치되어 이상 진동을 감쇠시키는 센터 베어링을 포함하는 자동차의 추진축에 있어서, 상기 디퍼런셜 기어박스측에 설치되어 후륜의 지상고를 검출하는 거리 측정 센서와, 이 거리 측정 센서로부터 검출된 후륜의 지상고로부터 상기 전방측 축부재와 후방측 축부재 사이의 꺾임각을 연산하고서 이를 보상하는 제어를 수행하는 제어유니트 및, 이 제어유니트의 제어에 따라 상기 전방측 축부재와 후방측 축부재 사이를 굴절되지 않도록 하는 보상기구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 자동차의 추진축의 굴절 관계를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 추진축의 굴절각 조절장치의 구성을 도시한 개략도.
도 3은 도 2의 요부를 도시한 구성도.
도 4는 도 2에 도시된 추진축이 굴절되는 경우를 도시한 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 추진축이 굴절된 경우에 이를 보상한 상태를 도시한 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10-변속기12-전방측 축부재
14-축이음 부재16-후방측 축부재
18-디퍼런셜 기어박스20-센터 베어링
22-지지부재24-거리 측정 센서
26-쇽 업소버28-제어유니트
30-보상기구32-하우징
34-서어보 모터
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 추진축의 굴절각 조절장치의 구성을 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2의 요부를 도시한 구성도인 바, 본 발명의 상세한 설명을 위해 종래 추진축의 설치 상태를 도시한 도 1에서와 동일한 참조부위에는 동일한 참조부호를 병기하기로 한다.
본 발명은 전방측 변속기와 후방측 디퍼런셜 기어 사이에 동력의 전달을 도모하는 추진축에 차량의 적재 하중에 따라 변화하는 추진축의 굴절각을 보상할 수 있는 조절장치를 갖춘 것이다.
즉, 상기 추진축은 도 2에 도시된 바와 같이, 변속기(10)의 출력축과 직접 연결되는 전방측 축부재(12)와, 이 전방측 축부재(12)에 축이음 부재(14)를 매개로 연결되어 후륜측 디퍼런셜 기어박스(18)와 연결되는 후방측 축부재(16)로 구성된다.
그리고, 상기 축이음 부재(14)와 인접한 전방측 축부재(12)에는 센터 베어링(20)이 차체와의 사이에 지지부재(22)를 매개로 고정설치되어 있어, 이 센터 베어링(20)은 상기 추진축이 변속기(10)로부터 디퍼런셜 기어박스(18)에 이르기까지 동력의 전달중 발생되는 비틀림 진동이나 굽힘 진동을 감쇠시키게 된다.
또한, 상기 추진축의 굴절각 조절장치는 후륜의 지상고를 검출하기 위한 거리 측정 센서(24)와, 이 거리 측정 센서(24)로부터 검출된 후륜의 지상고로부터 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 꺾임각을 연산하고서 이를 보상하는 제어를 실시하는 제어유니트(28) 및, 이 제어유니트(28)의 제어에 따라 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 굴절되지 않도록 하는 보상기구(30)로 이루어진다.
여기서, 상기 거리 측정 센서(24)는 디퍼런셜 기어박스(18)가 구비되는 후륜측에 설치되어 후방측 지상고를 검출하도록 된 것으로, 상기 거리 측정 센서(24)는 후륜측 쇽 업소버(26)의 외통(26a)에 고정되는 제1기준센서(24a)와, 상기 쇽 업소버(26)의 피스톤(26b)측에 고정되는 제2기준센서(24b)를 갖추고 있다.
그리고, 상기 제어유니트(28)는 상기 제1기준센서(24a)와 제2기준센서(24b)로부터 각각 입력되는 지상고 데이터로부터 후륜측 지상고의 변화에 따른 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 굴절각을 연산하고서, 이를 매개로 상기 보상기구(30)의 작동량을 제어하여 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 굴절이 회복되어 일직선 상태로 유지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 보상기구(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 센터 베어링(20)을 지지하는 지지부재(22)상에 승/하강이 자유롭도록 슬립이음방식으로 결합되어 설치된 하우징(32)과, 이 하우징(32)의 승/하강의 정도를 상기 제어유니트(28)의 제어에 의해 조절하는 서어보 모터(34)로 이루어진다.
여기서, 상기 하우징(32)은 내주면에 랙기어(32a)를 형성하고 있으며, 상기 서어보 모터(34)의 회전축(34a)에는 랙기어(32a)와의 치합을 도모하는 피니언기어(34b)가 고정되어 있다.
그리고, 상기 하우징(32)의 저면에는 마운팅 브라켓(32b)을 매개로 센터 베어링(20)이 고정설치되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 추진축의 굴절각 조절장치의 작동에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 자동차의 현가장치는 적재 하중을 고려하여 화물의 적재시 추진축을 구성하는 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)를 각각 일직선 상태로 유지될 수 있도록 셋팅하고 있다.
한편, 추진축을 구성하고 있는 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)는 화물의 비적재시 후륜의 현가장치의 복원력에 의해 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 후방측 축부재(16)가 축이음 부재(14)를 중심으로 하여 전방측 축부재(12)의 연장선상에 대해 소정의 각도(θ) 만큼 꺾어지게 된다.
이때, 상기 제어유니트(28)는 거리 측정 센서(24)를 매개로 하여 후륜의 지상고에 대한 변화량을 검출하게 되는 바, 즉 상기 쇽 업소버(26)의 외통(26a)에 설치된 제1기준센서(24a)와 상기 쇽 업소버(26)의 피스톤(26b)에 설치된 제2기준센서(24b)를 매개로 하여 이들 사이의 이격거리를 검출하게 된다.
이후, 상기 제어유니트(28)는 보상기구(30)의 작동을 제어하여 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 연결하는 센터 베어링(20)의 위치를 하향 이동시킴으로써, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 각각 도 5에 도시된 바와 같이, 일직선 상태로 전환될 수 있도록 한다.
즉, 상기 제어유니트(28)는 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 각각 일직선 상태로 전환되기 위한 상기 센터 베어링(20)의 하향 이동 거리(x)를 연산하게 되는 바, 이의 연산은 화물의 비적재시 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 일체로 동일선상에서 위치하도록 꺾여지는 각도(α)로부터 얻어지는 하기의 비례 관계식으로부터 산출되어진다.
(관계식)
tan α= x / L1 = L3 / (L1 + L2)
여기서, L1은 상기 전방측 축부재(12)의 길이이고,
L2는 상기 후방측 축부재(16)의 길이이며,
L3은 화물의 비적재시 상기 거리 측정 센서(24)로부터 검출되는 제1기준센서(24a)와 제2기준센서(24b) 사이의 이격거리인 한편,
x는 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 각각 일직선 상태로 전환되기 위해, 상기 센터 베어링(20)이 하향 이동해야 하는 거리로서, 상기 제어유니트(28)에서 연산하여 산출하고자 하는 값이다.
또한, 상기 각도(α)는 상기 거리 측정 센서(24)로부터 검출되는 제1기준센서(24a)와 제2기준센서(24b) 사이의 이격거리에 따라 기 연산된 값이 데이터화되어 있는 것으로, 이는 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)의 길이가 각각 변하지 않는 고정값이기 때문에 가능한 것이다.
한편, 상기와 같은 관계식을 근거로 해서 화물의 비적재시 상기 거리 측정 센서(24)로부터 검출되는 이격거리를 통해 상기 센터 베어링(20)의 하향 이동거리(x)를 연산한 다음, 상기 제어유니트(28)는 보상기구(30)의 작동을 제어하게 된다.
즉, 상기 제어유니트(28)는 서어보 모터(34)의 회전량을 제어하는 신호를 출력하게 되면, 상기 서어보 모터(34)는 이의 회전축(34a)상에 설치된 피니언기어(34b)를 구동시키게 되고, 이 피니언기어(34b)와 치합된 랙기어(32a)를 갖춘 상기 하우징(32)은 지지부재(22)상에서 하향 이동하여 이에 마운팅 브라켓(32b)을 매개로 장착된 센터 베어링(20)을 하향 이동 거리(x) 만큼 하강시킴으로써, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)는 일직선 상태를 유지할 수 있게 된다.
이때, 상기 제어유니트(28)가 서어보 모터(34)의 회전량을 제어하는 방법은 상기 회전축(34a)상에 설치된 피니언기어(34b)의 회전량 대비 상기 지지부재(22)상에 이동가능하게 설치된 하우징(32)의 이동 거리를 사전에 데이터화하여 저장함에 따라 가능하게 된다.
따라서, 상기와 같이 화물의 비적재시 현가장치의 복원력에 의해 상기 후방측 축부재(16)가 소정의 각도(θ) 만큼 꺾여지는 경우에도, 상기 제어유니트(28)는 거리 측정 센서(24)를 매개로 제1기준센서(24a)와 제2기준센서(24b) 사이의 이격거리를 검출한 다음, 상기의 관계식을 근거로 해서 상기 센터 베어링(20)에 대한 하향 이동 거리(x)를 연산하고서, 이를 매개로 상기 보상기구(30)의 작동을 제어하게 됨으로써, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)는 각각 동일한 직선상에 위치하게 된다.
이와 같이, 화물의 비적재시 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 동일한 직선상에 놓여질 수 있게 되면, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 연결하는 축이음 부재(14)를 비용이 고가인 등속 자재이음부재를 이용하지 않고, 비용이 저렴한 부등속 자재이음부재를 이용할 수 있으므로, 제품의 원가를 줄일 수 있게 된다.
아울러, 상기와 같은 경우에 있어서도 추진축이 일직선 상태를 유지할 수 있어, 추진축이 굴절 상태에서 구동력을 전달할 경우에 추진축의 회전 변동의 유발로 기인되는 2차 우력의 발생과, 이에 따른 플로워나 조향 계통으로 이상 진동의 전파를 배제할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차 추진축의 굴절각 조절장치에 의하면, 차량의 적재 하중에 따라 변화되는 추진축의 설치각을 동일선상에 위치할 수 있게 하여 추진축의 굴절을 방지함으로써, 추진축의 축이음 부재를 비용이 저렴한 부등속 자재이음부재로 채택할 수 있어 비용의 절감을 도모함과 더불어, 구동력의 전달시 2차 우력의 생성에 따라 유발되는 이상 진동의 발생을 배제할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

  1. 변속기(10)의 출력축과 연결되는 전방측 축부재(12)와, 이 전방측 축부재(12)에 축이음 부재(14)를 매개로 후륜측 디퍼런셜 기어박스(18)와 연결되는 후방측 축부재(16) 및, 상기 축이음 부재(14)와 인접한 위치에서 차체와의 사이에 지지부재(22)를 매개로 설치되어 이상 진동을 감쇠시키는 센터 베어링(20)을 포함하는 자동차의 추진축에 있어서,
    상기 디퍼런셜 기어박스(18)측에 설치되어 후륜의 지상고를 검출하는 거리 측정 센서(24)와, 이 거리 측정 센서(24)로부터 검출된 후륜의 지상고로부터 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이의 꺾임각을 연산하고서 이를 보상하는 제어를 수행하는 제어유니트(28) 및, 이 제어유니트(28)의 제어에 따라 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16) 사이를 굴절되지 않도록 하는 보상기구(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서(24)는 후륜측 쇽 업소버(26)의 외통(26a)에 고정되는 제1기준센서(24a)와, 상기 쇽 업소버(26)의 피스톤(26b)측에 고정되는 제2기준센서(24b)를 갖춘 것을 특징으로 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어유니트(28)는 후방측 축부재(16)가 굴절되는 경우에, 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 각각 일직선 상태로 전환되기 위한 센터 베어링(20)의 하향 이동 거리(x)를, 화물의 비적재시 상기 전방측 축부재(12)와 후방측 축부재(16)가 일체로 동일선상에서 위치하도록 꺾여지는 각도(α)로부터 얻어지는 비례 관계식을 통해 산출하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상기구(30)는 센터 베어링(20)을 지지하는 지지부재(22)상에 승/하강이 가능하게 설치된 하우징(32)과, 이 하우징(32)의 승/하강의 정도를 조절하는 서어보 모터(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징(32)에는 내주면으로 랙기어(32a)를 형성하고, 상기 서어보 모터(34)의 회전축(34a)에는 랙기어(32a)와 치합되는 피니언기어(34b)가 고정되며, 상기 하우징(32)에는 마운팅 브라켓(32b)을 매개로 센터 베어링(20)이 고정된 것을특징으로 하는 자동차 추진축의 굴절각 조절장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040036267A (ko) * 2002-10-24 2004-04-30 현대자동차주식회사 드라이브샤프트 각도 조절장치

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