KR20040032187A - 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 현가장치의 어퍼암과 조향너클을 결합하는 구조에 있어서, 상기 어퍼암에서 차체에 회동가능하게 고정된 부위에 대향하는 끝단과 상기 조향너클의 상단부가 볼조인트로 결합되고, 상기 볼조인트에는 상하운동 가능한 복수의 완충스토퍼가 개재된 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조{Structure for coupling upper arm and steering knuckle for automobile suspension}

본 발명은 자동차의 주행중 노면으로부터 전달되는 충격을 저감하는 현가장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 앞 현가장치 중에서 독립현가식(independent suspension) 위시본 형식(wishbone type)의 어퍼암과 조향너클의 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 현가장치(suspension)는 차축과 차체를 연결하고 주행중 노면에서 받는 충격을 완화하는 섀시스프링과 스프링의 자유진동을 흡수하는 쇽업쇼버와 자동차가 좌,우측으로 흔들리는 것을 방지하는 스테이 빌라이저 등으로 구성되어 있다.

현가장치는 설치위치에 따라 앞 현가장치와 뒤 현가장치로 나뉜다.

앞 현가장치는 프레임과 차축을 연결하여 차의 중량을 지지하고, 바퀴의 진동을 흡수함과 동시에, 조향기구의 일부를 설치하고 있는 장치이다.

또한 앞 현가장치는 앞 차축의 형상에 따라 차축현가식과 독립현가식으로 (분할차축식 현가장치)으로 나눌 수 있으며, 일반적으로 승차감이나 조종성을 중요시하는 승용차에서는 독립현가식을 많이 사용하고, 버스나 트럭에서는 차축현가식을 많이 사용한다,

특히, 독립현가식(independent suspension)은 차축을 분할하여 양쪽 바퀴가 서로 관계없이 움직이게 하며 승차감이나 안정성이 향상되게 하는 것으로서, 워시본 형식(wishbone type)과 맥퍼슨(macpherson type)형식으로 크게 대분할 수 있다.

여기서, 위시본 형식은 어퍼 및 로우 암(upper arm & lower arm), 조향너클(steering knuckle), 코일스프링(coil spring), 등으로 구성되어 있어서 바퀴가 스프링에 의해 완충되면서 상하운동을 하게 되어 있다.

위시본 형식에서 바퀴에 발생하는 제동력이나 선회력(cornering force)은 모두 콘트롤 암이 지지하고 스프링은 수직방향만을 지지하는 구조로 되어 있다.

위시본 타입의 현가장치는 도 1에서, 로우암(2), 제 1스토퍼(3), 쇽업쇼버(shock absorber;4), 코일스프링(coil spring;5), 제 2스토퍼(6) 및 어퍼암(7) 등으로 구성된다.

상기 어퍼암(7)과 로우암(2)은 조향너클(8)과 차체(9)를 연결한다.

상기 코일스프링(5)과 쇽업쇼버(4)는 도로주행 조건상 적은 하중의 힘이 휠(wheel;미도시)로 전달될 경우, 하중과 진동을 흡수시킨다.

상기 제 1스토퍼(3)와 제 2스토퍼(6)는 풀 범프(full bump)이하의 비교적 큰 하중이 휠로 전달될 경우, 코일스프링(5)과 쇽업쇼버(4)가 한계점에 이르면 범프량을 비교적 큰 탄성계수(stiffness)로 제어하는 역할을 한다.

구체적으로, 하중이 적은 경우에 코일스프링(5)과 쇽업쇼버(4)가 하중을 지지 및 흡수하게 되며, 범프(bump)량이 크게 될 경우에는 코일스프링(5)과쇽업쇼버(4)가 임계점에 이르며 더 이상 탄성력을 발생시킬 수 없게 된다.

이 때, 코일스프링(5)과 쇽업쇼버(4) 대신 작용하는 것이 제 1스토퍼(3) 및 제 2스토퍼(6)이며, 상기 제 1스토퍼(3) 및 제 2스토퍼(6)는 탄성계수가 코일스프링(5)과 쇽업쇼버(4)에 비해 훨씬 큰 탄성력 및 반발력을 현가장치(1)에 전달하지 못하게 한다.

상기 제 1스토퍼(3)는 코일스프링(5)의 내측으로 상기 쇽업쇼버(4)의 상단에 구비되며, 재 2스토퍼(6)는 로우암(2)의 상단에 설치된다. 그리고, 종래의 제 1스토퍼(3)와 제 2스토퍼(6)의 재질은 황을 혼합한 러버재질이다.

하지만, 제 1스토퍼 및 제 2스토퍼는 풀 범프(full bump)의 범위를 넘어선 하중이 야기되는 경우에, 탄성계수의 한계점에 도달하게 되어 더 이상의 탄성력과 반발력을 가지지 못하는 상태가 되므로, 강체(rigid body)와 마찬가지로 하중을 현가장치에 그대로 전달하게 되는 상태가 되면서, 현가장치 및 그외 프레임 등의 파손을 초래하는 문제점이 있었다.

아울러, 제 1 및 제 2스토퍼가 취부되는 부위와 제 2스토퍼에 접촉되는 부위는 최소 3000kgf이상의 큰 하중을 받게되는데, 이로 인해 제 1 및 제 2스토퍼의 취부되는 부위와 제 2스토퍼에 접촉되는 부위는 탄성계수를 최대한 증가시켜야 하는 기술적인 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자동차의 주행중 현가장치에 전달되는 하중을 효율적으로 분산시키고, 현가장치에 전달되는 진동 및 충격을 효과적으로 감쇠시키는 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 위시본 타입의 현가장치를 도시한 측면도이고,

도 2는 종래기술에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받기 전을 도시한 간략도이고,

도 3은 종래기술에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받은 후를 도시한 간략도이고,

도 4는 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조를 도시한 측단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받기 전을 도시한 간략도이며,

도 6은 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받은 후를 도시한 간략도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

20; 현가장치 21; 조향너클

22; 로우암 23; 쇽업쇼버

24; 코일스프링 25; 제 1볼조인트

26; 제 2볼조인트 27; 제 1스토퍼

28; 제 2스토퍼 29; 제 1완충스토퍼

30; 제 2완충스토퍼 31; 차체

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 자동차용 현가장치의 어퍼암과 조향너클을 결합하는 구조에 있어서, 상기 어퍼암에서 차체에 회동가능하게 고정된 부위에 대향하는 끝단과 상기 조향너클의 상단부가 볼조인트로 결합되고, 상기 볼조인트에는 상하운동 가능한 복수의 완충스토퍼가 개재된 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조를 제공한다.

아울러, 상기 볼조인트 연결부위에 개재된 완충스토퍼는 상기 볼조인트의 하면을 감싸도록 형성되고, 조향너클의 충격을 직접 흡수하는 제 1완충스토퍼와, 상기 제 1완충스토퍼와 대칭되도록 볼조인트의 상면에 형성되며, 조향너클의 충격에 대한 반력을 갖는 제 2완충스토퍼로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조를 도시한 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받기 전을 도시한 간략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 어퍼암 및 조향너클의 결합구조에서 하중을 받은 후를 도시한 간략도이다.

본 실시예는 독립현가식(independent suspension)에서 위시본 형식(wishbone type)의 현가장치이다.

본 발명의 전체적인 구성은 도 3에 도시된 바와 같이, 조향너클(21), 로우암(22), 어퍼암(32), 쇽업쇼버(23), 코일스프링(24), 제 1볼조인트(25), 제 2볼조인트(26), 다수의 스토퍼(27,28) 및 완충스토퍼(29,30) 등으로 이루어진다.

우선, 로우암(22)은 상기 조향너클(21)의 하단과 제 2볼조인트(ball joint; 26)로서 연결된다. 그리고, 로우암(22)의 상면에 회동가능하게 힌지(hinge)로 결합된 쇽업쇼버(23)가 구비된다.

그리고, 쇽업쇼버(23)의 원주면에는 코일스프링(24)이 형성되어 있으며, 상기 코일스프링(24)과 쇽업쇼버(23)는 비교적 적은 하중 및 진동을 흡수하는 역할을 한다.

상기 쇽업쇼버(23)의 끝단에는 제 1스토퍼(27)가 구비되어 있으며, 러버재질로 이루어진다. 하지만, 제 1스토퍼(27)는 러버재질에만 한정되는 것은 아니며, 기타 탄성재질을 사용해도 무방하다.

또한, 로우암(22)의 상면에는 제 2스토퍼(28)가 구비된다. 제 2스토퍼(28)는 차체 스토퍼접합부(31)가 닿을 때, 그 충격과 진동을 흡수하는 부위이다. 상기 제 2스토퍼(28)는 로우암의 상면에 구비되며, 제 1스토퍼(27)와 마찬가지로 차체 스토퍼접합부(31)가 닿을 때 충격과 진동을 흡수하는 부위로서 러버재질 또는 기타 탄성재질로 이루어진다.

한편, 차체(31)와 조향너클(21) 상측 사이에는 어퍼암(32)이 개재된다.

구체적으로, 어퍼암(32)은 차체(31)에 회동 가능하도록 힌지(hinge)로 연결되고, 그에 대향하는 끝단에는 제 1볼조인트(25)로 조향너클(21)과 연결된다.

여기서, 제 1볼조인트(25)와 어퍼암(32)의 연결부위에는 복수개의 완충스토퍼(29,30)가 개재되어 있다.

본 발명에서 완충스토퍼들(29,30)이 제 1볼조인트(25)에 개재되는 것은 종래기술에서 조향너클(21)에 고정된 어퍼암(32)과는 달리, 어퍼암(32)의 상하운동이 가능하여 비교적 경직된 볼조인트(25) 결합부위의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 종래기술에서 제 1스토퍼(27) 및 제 2스토퍼(28)는 풀 범프(full bump)의 범위를 넘어선 하중이 야기되는 경우에 탄성계수의 한계점에 도달하게 되어 더 이상의 탄성력과 반발력을 가지지 못하는 상태가 되지만, 본 발명의 완충스토퍼들(29,30)을 구비하게 되면, 풀 범프(full bump)의 범위를 넘어선 하중이 야기되는 경우에도 현가장치, 조향장치, 차체 및 프레임에 미치는 충격을 현저히 완화할 수 있는 효과가 있다.

상기 완충스토퍼들(29,30)의 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1볼조인트(25) 결합부위의 하면에 주름진 원통형상으로 감싸도록 형성되며, 조향너클(21)의 1차 충격을 직접 흡수하는 제 1완충스토퍼(29)와, 상기 제 1볼조인트(25) 결합부위의 상면에 주름진 원통형상으로 감싸도록 형성되며, 조향너클(21)의 2차 충격에 대한 반력을 가지도록 하는 제 2완충스토퍼(30)로 구비된다.

이러한 완충스토퍼(29,30)는 주름진 원통형상 외에 기타 다각형상으로도 형성될 수 있으며, 그 재질은 탄성력을 갖는 경성고무, 합성수지, 또는 금속 등을 사용할 수 있다.

상기 완충스토퍼(29,30)는 어퍼암(32)과 조향너클(21)의 제 1볼조인트(25)결합부위 뿐만 아니라, 로우암(22)과 조향너클(21) 결합부위인 제 2볼조인트(26)에도 동일하게 개재할 수가 있다.

본 발명이 하중을 받기 전과 받은 후의 동작이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.

우선, 도 5에서 조향너클(21)이 하중을 받기 전 수평을 유지하던 어퍼암(32)과 로우암(22)은 도 6과 같이, 조향너클(21)에 소정의 하중(F)을 주게 되면 어퍼암(32)과 로우암(22)이 일방향으로 기울어지게 된다.

이렇게 로우암(22)과 어퍼암(32)이 하중(F)에 의해 일방향으로 기울어지게 되면, 제 1볼조인트(25)에 개재된 제 1 및 제 2완충스토퍼(29,30)는 반력(F3)을 가지게 되고, 상기 로우암(22)의 상단에 구비된 제 2스토퍼(28)는 차체의 스토퍼접합부(31)와 닿게되면서 반력(F2)을 가지게 된다.

상기 조향너클(21)에 가해진 최초하중(F)은 완충스토퍼들(29,30) 및 제 2스토퍼(28)의 반력(F2 및 F3)로 분할되어 상쇄하기 때문에, 도 2 및 도 3에 도시된 종래기술에서 제 2스토퍼(28)의 반력(F1)만으로 하중을 상쇄하는 것보다 하중의 충격과 진동을 억제하는 효과가 훨씬 우수하다.

즉, 도 3에 도시된 종래기술에서 제 2스토퍼의 반력(F1)은, 도 6에 도시된 본 발명에서 완충스토퍼의 반력(F2)보다 큼과 동시에 제 2스토퍼의 반력(F3)보다 크기 때문에, 결국 종래기술에서 제 2스토퍼의 반력(F1)은 본 발명에서 완충스토퍼의 반력과 제 2스토퍼의 반력을 합한 것(F2 + F3)과 동일하다.

본 발명은 자동차 현가장치에서 어퍼암과 조향너클의 결합부위인 볼조인트 형성부위에 다수의 완충스토퍼들을 구비하여 풀 범프(full bump), 진동 및 충격을 억제하는 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 자동차용 현가장치의 어퍼암과 조향너클을 결합하는 구조에 있어서,

   상기 어퍼암에서 차체에 회동가능하게 고정된 부위에 대향하는 끝단과 상기 조향너클의 상단부가 볼조인트로 결합되고, 상기 볼조인트에는 상하운동 가능한 복수의 완충스토퍼가 개재된 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 볼조인트 연결부위에 개재된 완충스토퍼는,

   상기 볼조인트의 하면을 감싸도록 형성되고, 조향너클의 충격을 직접 흡수하는 제 1완충스토퍼와,

   상기 제 1완충스토퍼와 대칭되도록 볼조인트의 상면에 형성되며, 조향너클의 충격에 대한 반력을 갖는 제 2완충스토퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치용 어퍼암 및 조향너클의 결합구조.