KR20040033578A - 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토션빔 방식을 채용하는 자동차의 후륜현가장치에 운전자가 임의로 위치변화를 줄수 있는 가변형 토션 바아를 설치하여 자동차의 제동시나 급격한 선회시 횡강성 특성을 향상시킬 수 있는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치를 제공한다.

이를 위하여 본 발명은 후륜에 결합된 각각의 트레일링 암간을 결합시키는 U자형의 토션빔과, 상기 토션빔의 요입부에 위치하며 역시 각각의 트레일링 암을 연결하는 토션 바아를 포함하는 자동차의 토션빔 방식 후륜현가장치에 있어서, 상기 토션빔의 중앙부에 고정설치되는 가변장치와; 상기 토션 바아의 외주를 감싸며 토션 바아와 평행하게 슬라이드 가능한 가변형 토션 바아를 포함하며, 상기 가변장치는 1개의 구동기어와 2개의 종동기어로 이루어지고, 상기 종동기어의 중공 내측과 가변형 토션 바아의 외주면이 나사결합되고, 구동기어의 회전에 의해 구동기어와 직각으로 형합된 2개의 종동기어가 회전함에 따라 가변형 토션 바아가 토션 바아를 따라 슬라이딩하되, 2개의 종동기어 중앙내측에 형성된 나사산은 서로 역방향으로 형성되어 2개의 가변형 토션 바아의 이동방향이 서로 반대되는 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치를 제공한다.

Description

횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치{Rear suspension system to control cross stiffness in automobile}

본 발명은 자동차의 후륜 현가장치에 관한 것으로써, 특히 토션 바아가 구비된 토션빔 방식 현가장치의 횡강성을 운전자가 임의로 변형조작할 수 있는 가변형 토션 바아가 구비된 자동차의 후륜현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 섀시 스프링(chassis spring)은 차체와 바퀴 사이에 설치하여 주행중 노면으로부터 전달되는 충격과 바퀴의 진동을 흡수하여 차체에 전달되지 않도록 하기 위한 것으로, 금속 스프링에는 리프 스프링(leaf spring; 스프링강을 띠모양으로 성형한 판을 구부려서 포갠 것으로 메인 스프링의 양단을 둥글게 만들어 핀을 끼울 수 있게 되어 있다.), 코일 스프링(coil spring; 스프링강의 둥근막대를 코일 모양으로 형성한 것으로 외력에 의해 변화하는 경우에는 리프스프링은 그것의 휨으로 받는 것에 비해서 코일 스프링은 코일 각부의 비틀림으로 하중을 받게 되어 있다.), 토션 바아 스프링(torsion bar spring) 등이 있으며, 그밖에 고무 스프링(gum spring; 고무는 강에 비하여 자유로운 형상으로 만들수가 있으며 작동이 정숙하며 그 내부마찰에 의한 감쇠작용을 할 수 있다.), 공기 스프링(air spring) 등도 사용되고 있다.공기 스프링은 다시 베로즈형과 다이어프램형과 컴바인드형으로 나뉜다.

그중 토션바 스프링은 스프링강의 막대를 이용하여 구성되어 있다. 스프링강의 막대(toesion bar)를 비틀면 강성에 의해 원래의 모양으로 되돌아 가는 성질을 이용한 것으로, 스프링력은 바의 길이, 단면적에 의해 정해지며, 코일 스프링과 마찬가지로 진동의 감쇠작용이 없으므로 쇽 업소버를 병용할 필요가 있다.

토션바 스프링은 단위중량당 에너지 흡수율이 다른 스프링에 비하여 크므로 경량으로 할 수 있으며, 구조도 간단히 할수 있는 등의 이점이 있으며, 그의 배치 방법으로 차체에 평행하게 놓은 세로 놓임식(종치식)과, 직각으로 놓는 가로 놓임식(횡치식)이 있다.

최근에는 비독립 후륜 서스펜션(dependent rear suspension)의 일종류로써 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle) 방식의 서스펜션이 개발되고 있다.

도 1 은 종래 CTBA방식(이하 토션빔 방식이라 함) 후륜 현가장치의 일례를 보여주고 있다.

상기 토션빔 방식의 후륜 현가장치에 채용되는 토션 바아(6)는 트레일링 암(2:Trailing Arm)에 고정 연결되어 있으며, 상기 토션 바아(6)의 외부를 둘러싸며 토션빔(4)이 설치되어 있다. 상기 토션빔(4)은 그 단면이 대략 U자 형태를 이루고 있어 토션 바아(6)가 용이하게 토션빔(4)의 요입부에 안착된다.

이와 같은 토션빔 방식 서스펜션은 자동차가 선회시 횡력 입력이나 제동시의 전후력 입력에 대해 액슬 스티어(Axle Steer)가 일어나 독립 현가방식에 비해 컴플라이언스 스티어(compliance steer)특성이 다소 떨어지는 경향이 있다.

또한, 자동차가 선회할 때 횡하중 입력에 대한 횡강성(횡방향에 대한 힘에 대해 원래의 형태를 지키려는 성질)을 확보하기 위하여 도 1과 같이 토션 바아를 적용하는 경우가 많은데 이와 같은 토션 바아(6)는 대부분 트레일링 암(2)에 용접고정되어 있어 운전자가 임의로 횡강성 변화를 주는 것이 불가능하여 횡강성측면이 취약한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로써, 토션빔 방식을 채용하는 자동차의 후륜현가장치에 운전자가 임의로 위치변화를 줄수 있는 가변형 토션 바아를 설치하여 자동차의 제동시나 급격한 선회시 횡강성 특성을 향상시킬 수 있는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 종래 자동차에 채용된 CTBA방식 서스펜션의 일례를 도시한 사시도

도 2 는 본 발명에 의한 횡강성 조절이 가능한 후륜현가장치의 바람직한 일실시예를 개략적으로 도시한 구성도

도 3 은 본 발명에 관련된 가변장치가 토션빔 내부에 장착된 형태를 도시한 단면도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

2: 트레일링 암4: 토션빔

6: 토션 바아81: 제1가변형 토션 바아

82: 제2가변형 토션 바아9: 모터

10: 가변장치11: 구동기어

21: 제1종동기어22: 제2종동기어

5: 볼트

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 후륜에 결합된 각각의 트레일링 암간을 결합시키는 U자형의 토션빔과, 상기 토션빔의 요입부에 위치하며 역시 각각의 트레일링 암을 연결하는 토션 바아를 포함하는 자동차의 후륜현가장치에 있어서,

상기 토션빔의 중앙부에 고정설치되는 가변장치와;

상기 토션 바아의 외주를 감싸며 토션 바아와 평행하게 슬라이드 가능한 가변형 토션 바아를 포함하며,

상기 가변장치는 1개의 구동기어와 2개의 종동기어로 이루어지고, 상기 종동기어의 중공 내측과 가변형 토션 바아의 외주면이 나사결합되고, 구동기어의 회전에 의해 구동기어와 직각으로 형합된 2개의 종동기어가 회전함에 따라 가변형 토션 바아가 토션 바아를 따라 슬라이딩하되, 2개의 종동기어 중앙내측에 형성된 나사산은 서로 역방향으로 형성되어 2개의 가변형 토션 바아의 이동방향이 서로 반대되는 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치를 제공한다.

이하 본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 참고로 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 구성을 갖는 부분에 대해서는 종래 도면부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 관련된 가변장치의 바람직한 일실시예를 도시한 개략적인 구성도이다. 참고로 도 2의 구성도는 토션 바아의 외관을 감싸고 있는 토션빔을 생략하고 도시한 것이다.

자동차의 후륜에 각각 고정설치된 트레일링 암(2)의 사이에는 토션 바아(6)가 설치되어 있다. 상기 토션 바아(6)는 주로 강봉이 사용되나 가끔은 중공, 사각형 또는 겹판 형식도 사용된다. 토션 바아(6)로서는 단면형상이 원형의 것이 일반적이지만, 평판모양의 스프링강을 겹쳐서 단면을 직사각형으로 만든 것이 사용되고 있는 경우도 있다.

상기 토션 바아(6)의 중앙에는 토션빔(도시생략) 내부에 고정되는 가변장치(10)가 설치된다. 상기 가변장치(10)는 크게 1개의 구동기어(11)와 2개의 종동기어(21)(22)로 구성되며, 구동기어(11)와 종동기어(21)(22)는 베벨기어 형태로 직교설치되어 있다.

상기 구동기어(11)는 모터(9)에 의해 회전되며, 상기 모터(9)는 퓨즈(14), 배터리(15)를 통해 운전석에 설치된 스위치(16)로 조절가능하다.

상기 종동기어(21)(22)의 내측에는 중공이 형성되어 있으며, 상기 중공에 본 발명에 의한 가변형 토션 바아(81)(82)가 삽입설치되어 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여 도면의 좌측 종동기어를 제1종동기어(21), 우측종동기어를 제2종동기어(22)라 칭한다.

가변형 토션 바아(81)(82)는 토션 바아(6)의 외측을 감싸는 원통형태로 구성되며, 2개로 이루어져 있다. 상기 가변형 토션 바아(81)(82) 역시 설명의 편의를 위하여 제1가변형 토션 바아(81)와, 제2가변형 토션 바아(81)로 칭하기로 한다.

가변형 토션 바아(81)(82)는 토션 바아(6)의 외면을 슬라이딩할 수 있도록 내부면은 평평하게 형성되어 있으나, 외부면에는 나사산(81a)(82a)이 형성되어 있다. 상기 가변형 토션 바아(81)(82)의 외측 나사산(81a)(82a)은 종동기어(21)(22)의 중공 내측에 형성된 나사산(21a)(22a)과 맞물리는 구조를 이루게 된다.

특징적인 것은 제1가변형 토션 바아(81)나 제2가변형 토션 바아의 나사산()은 모두 동일하게 형성되어 있으나, 제1종동기어(21)의 내측 나사산(21a)의 방향과 제2종동기어(22)의 내측 나사산(22a)의 방향은 서로 반대방향이다. 이는 종동기어(21)(22)의 회전시 제1가변형 토션 바아(81)와 제2가변형 토션 바아(81)의 이동방향을 서로 반대방향으로 하게 함이다.

만일 제1종동기어(21)와 제2종동기어(22)의 내측 나사산 방향을 일치시킨다면, 제1가변형 토션 바아(81)와 제2가변형 토션 바아(81)의 외측 나사산 방향이 반대되게 함으로써 동일한 효과를 이룰 수도 있다.

도 3 은 본 발명에 의한 가변장치(10)가 토션빔(4) 내부에 장착된 형태를 도시한 단면도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 대략 U자형으로 형성되어 있는 토션빔(4)의 중앙부 내측에 본 발명에 의한 가변장치(10)가 설치된다. 상기 가변장치(10)의 내부 설치형태는 토션빔(4)의 요입부 형상에 따라 변형될 수 있다.

본 발명의 실시예에 도시된 가변장치(10)는 단면이 대략 사다리꼴 형태를 이루고 있으며, 이와 같은 가변장치(10)의 중앙으로 토션 바아(6)가 관통되고, 상기 토션 바아(6)의 외주로 원통형으로 형성된 가변형 토션 바아(81)(82)가 역시 가변장치(10)의 중앙으로 관통되고 있다.

상기 가변장치(10)의 외측 경사면은 토션빔(4)의 내측 경사면과 밀접하게 접촉되어 있으며, 상기 가변장치(10)를 토션빔(4)에 고정시키는 수단으로는 볼트(5)가 채용되고 있다.

도시되지 않은 구동기어(11)와 종동기어(21)(22)는 모두 가변장치(10)의 내부에 설치되어 작동된다.

이하 본 발명에 의한 가변형 토션 바아(81)(82)가 채용된 토션빔 방식 후륜현가장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

자동차의 후방에 탑승자나 짐이 없이 소프트한 주행을 하는 경우 운전자는 후륜현가장치의 상태를 로모드(low-mode) 상태로 셋팅한다. 상기와 같이 로모드 상태는 제1가변형 토션 바아(81)와 제2가변형 토션 바아(81)가 가장 근접한 상태를 이루는 것으로 자동차에 횡력 입력이 거의 없어 횡강성에 무리가 없는 안정된 상태이다.

그러므로 통상적으로 대부분의 일반주행에서는 운전자가 로모드로 셋팅하여 주행하게 된다.

그러나 만일 자동차의 후방측에 탑승자가 많고 짐이 많을 경우 차량의 선회시 횡하중 입력이 강해져 횡강성이 약해지게 된다. 이때 운전자는 후륜 현가장치의 상태를 하이모드(high-mode)로 변환시킨다. 상기 하이모드로 변환시 운전자는 차량내부에 설치된 스위치 조작만으로 가능하며, 신호입력을 받은 모터(9)가 작동되어 구동기어(11)를 회전시킨다.

회전되는 구동기어(11)의 영향으로 좌우에 형성된 제1종동기어(21)와 제2종동기어(22)가 회전하게 된다. 제1종동기어(21)와 제2종동기어(22)는 회전만 이루어질 뿐 가변장치(10)에 의해 그 위치는 고정되어 있으므로 제1종동기어(21)와 제2종동기어(22)의 회전에 의해 나삽결합되어 있는 제1가변형 토션 바아(81)와 제2가변형 토션 바아(81)가 이동하게 된다.

좌측에 형성된 제1가변형 토션 바아(81)는 제1종동기어(21)의 회전에 의해 좌측 타이어방향쪽으로 이동하게 된다. 반면 제2가변형 토션 바아(81)는 제2종동기어(22)의 회전에 의해 이동하는데 제1가변형 토션 바아(81)와 반대방향으로 이동하여 우측 타이어방향쪽으로 이동하게 된다.

즉 2개의 가변형 토션 바아(81)(82)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하는 것이다. 이와 같은 이유는 전술한 바와 같이 제1종동기어(21)의 중공 내측에 형성된 나사산(21a)의 방향과 제2종동기어(22)의 중공 내측에 형성된 나사산(22a)의 방향이 서로 반대이기 때문이다.

이와 같이 가변형 토션 바아(81)(82)들이 서로 멀어짐으로 인해 토션 바아(6)에 미치는 횡강성을 보강해주기 때문에 후방측 차량 중량이 증가되더라도 상대적으로 횡강성이 강해지게 된다.

자동차의 후방측 중량이 해소되게 되면 운전자는 다시 후륜 현가장치의 형태를 로모드로 변환시키며 이때 모터가 역방향으로 회전하여 가변형 토션 바아들을 원래의 로모드 위치로 이동시킨다. 이와 같은 작용을 위하여 상기 모터(9)는 정역회전이 가능토록 함이 바람직하다.

도 3에서와 같이 가변장치(10)가 U자형의 토션빔(4)내에 완전밀착되도록 설치하게 되면, 토션빔(4)과 토션 바아(6)에 의해 발생하는 진동에 대하여 가변장치가 댐퍼역할을 하게 되어 진동특성도 향상시킬 수 있다.

한편, 상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

본 발명은 토션 바아가 설치된 기존의 토션빔 방식 후륜현가장치에 토션 바아의 횡강성을 보강해주는 가변형 토션 바아를 설치하고, 이를 운전석에서 조작가능토록 하여 차량의 상태에 따라 운전자가 임의로 횡강성 변화를 줄 수 있어 편리하며, 차량에 무리가 가지 않고 주행안정성을 확보할 수 있다.

또한, 가변장치에 의해 토션빔과 토션 바아의 진동특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 후륜에 결합된 각각의 트레일링 암간을 결합시키는 U자형의 토션빔과, 상기 토션빔의 요입부에 위치하며 역시 각각의 트레일링 암을 연결하는 토션 바아를 포함하는 자동차의 후륜현가장치에 있어서,

   상기 토션빔의 중앙부에 고정설치되는 가변장치와;

   상기 토션 바아의 외주를 감싸며 토션 바아와 평행하게 슬라이드 가능한 가변형 토션 바아를 포함하며,

   상기 가변장치는 1개의 구동기어와 2개의 종동기어로 이루어지고, 상기 종동기어의 중공 내측과 가변형 토션 바아의 외주면이 나사결합되고, 구동기어의 회전에 의해 구동기어와 직각으로 형합된 2개의 종동기어가 회전함에 따라 가변형 토션 바아가 토션 바아를 따라 슬라이딩하되, 2개의 종동기어 중앙내측에 형성된 나사산은 서로 역방향으로 형성되어 2개의 가변형 토션 바아의 이동방향이 서로 반대되는 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동기어를 회전시키는 모터는 운전석에 설치된 스위치와 연결되어 스위치조작에 의해 모터가 회전되는 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 모터는 정역회전이 가능한 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가변장치는 토션빔의 요입부에 설치될 때 가변장치의 외곽면이 토션빔의 내측면과 밀착하도록 설치된 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 가변장치는 토션빔과 볼트에 의해 체결된 것을 특징으로 하는 횡강성 조절이 가능한 자동차의 후륜현가장치.