KR20040052040A

KR20040052040A - 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리

Info

Publication number: KR20040052040A
Application number: KR1020020079764A
Authority: KR
Inventors: 채창국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-06-19

Abstract

본 발명에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 프로펠러 샤프트를 지지하는 서포트 브라켓에 다이나믹 댐퍼가 설치되어, 상기 프로펠러 샤프트 간 교차각 변화로 인해 상기 서포트 브라켓에 전달되는 진동의 주파수 대역이 변동될 때마다 능동적으로 상기 프로펠러 샤프트로부터 서포트 브라켓에 전달된 진동과 반대의 위상을 갖는 진동을 발생시켜 상기 서포트 브라켓에 전달하기 때문에 상기 서포트 브라켓에서 상기 프로펠러 샤프트로부터 전달된 진동과 상기 다이나믹 댐퍼로부터 전달된 진동이 서로 상쇄되므로 차체 진동을 저감시킬수 있다.

Description

차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리{ProPeller Shaft Assembly of Automobile}

본 발명은 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 프로펠러 샤프트로부터 차체에 전달되는 진동과 변동됨에 따라 능동적으로 상기 차체에 전달되는 진동과 역위상인 진동을 전달하여 상쇄시키는 다이나믹 댐퍼를 포함하는 차량용 프로펠러 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 전륜을 구동시키는 전륜 구동형과, 후륜을 구동시키는 후륜 구동형, 전륜 후륜을 모두 구동시키는 사륜구동형으로 나누어지는데, 후륜 구동형과 사륜 구동형 차량은 엔진과 변속기가 차량의 전방에 설치된 경우, 변속기에서 변속된 엔진의 구동력이 프로펠러 샤프트를 통해 구동바퀴에 전달되며, 상기 프로펠러 샤프트는 대형차와 같이 변속기와 구동바퀴 측 전장이 길면 복수개로 나누어진다.

종래 기술에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 변속기(2)의 출력축과 제1 조인트(미도시)에 의해 일정 각도로 회전 가능하게 연결된 제1 프로펠러 샤프트(4)와, 일단이 상기 제1 프로펠러 샤프트(4)와 제2 조인트(6)에 의해 일정 각도로 회전 가능토록 연결되고 타단이 구동바퀴(미도시) 측과 제3 조인트(8)에 의해 일정 각도로 회전 가능토록 연결된 제2 프로펠러 샤프트(10)와, 상기 제1 프로펠러 샤프트(4)를 차체(1)에 회전 가능하게 지지하는 서포트 브라켓(12)과, 상기 서포트 브라켓(12)과 상기 제1 프로펠러 샤프트(4) 사이에 개재되어 상기 프로펠러 샤프트(4,10)로부터 차체(1)로 전달되는 진동을 흡수하는 고무 댐퍼(16)로 구성되어, 변속기(2)에서 변속이 완료된 구동력을 구동바퀴에 전달한다.

여기서, 상기 제1 프로펠러 샤프트(4)와 제2 프로펠러 샤프트(10)는 상기 제2 조인트(6)에 의하여 축이 일정 각도(θ)로 교차되도록 연결되므로 각속도가 서로 상이하여 특정 주파수 대역의 진동이 발생되는데, 상기 특정 주파수 대역의 진동이 상기 고무 댐퍼(16)의 완충작용에 의하여 차체(1)에 전달되지 않는다.

그러나, 종래 기술에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 주행시 상기 변속기(2) 또는 구동바퀴, 차체(1) 등에서 발생되는 외부 진동에 의해 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(4,10) 간 교차각(θ)이 변하면, 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(4,10) 간 회전속도 차이가 변동되어 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(4,10)로부터 차체에 전달되는 진동의 주파수 대역이 달라지게 되는데, 상기 고무 댐퍼(12)의 댐핑영역이 한정적이기 때문에 상기 고무 댐퍼(12)에서 차체에 전달되는 진동을 흡수하는데 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 프로펠러 샤프트 간 교차각에 따라 변동되는 서포트 브라켓의 진동에 따라 댐핑영역을 가변시켜 프로펠러 샤프트로부터 차체로 진동이 전달되는 것을 방지할 수 있는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리의 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트 어셈블리의 작동 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트 어셈블리의 댐핑 작동도,

도 6은 본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼의 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 프로펠러 샤프트 62,64 : 조인트

68 : 서포트 브라켓 70 : 다이나믹 댐퍼

74, 76 : 제1, 2 전자석 78 : 질량체

80 : 가속도계 84 : 변위센서

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 변속기와 구동바퀴 사이에 길이방향으로 복수개가 설치되어 변속이 완료된 구동력을 구동바퀴에 전달하는 프로펠러 샤프트와; 상기 프로펠러 샤프트 사이에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트의 축중심이 상호 교차되도록 연결하는 자재이음과; 상기 프로펠러 샤프트를 차체에 회전 가능하게 지지하는 서포트 브라켓과; 상기 서포트 브라켓에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트 간 교차각에 따라 변동되는 상기 서포트 브라켓의 진동과 역위상을 갖는 진동을 발생시켜 완충작용을 행하는 다이나믹 댐퍼를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 본 발명에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 변속기와 구동바퀴 사이에 길이방향으로 복수개가 설치되어 변속이 완료된 구동력을 구동바퀴에 전달하는 프로펠러 샤프트(50)와, 상기 프로펠러 샤프트(50) 사이에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트(50)의 축중심이 상호 교차되어 일정 각도내에서 각각 회전이 가능토록 연결하는 조인트(62,64)와, 상기 프로펠러 샤프트(50)를 차체에 회전 가능하게 지지하는 서포트 브라켓(68)과, 상기 서포트 브라켓(68)에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트(50) 간 교차각(θ)에 따라 변동되는 상기 서포트 브라켓(68)의 진동과 역위상을 갖는 진동을 발생시켜 완충작용을 행하는 다이나믹 댐퍼(70)를 포함하여 구성된다.

상기에서, 프로펠러 샤프트(50)는 상기 변속기의 출력축과 연결되는 제1 프로펠러 샤프트(52)와, 상기 제1 프로펠러 샤프트(52)와 구동바퀴 측 사이에 설치되는 제2 프로펠러 샤프트(54)로 구성되고, 상기 조인트(62,64)는 두 축이 서로 일정 각도내에서 자유롭게 회전되면서 동력 전달이 이루어지도록 연결하는 유니버셜 조인트로서 상기 변속기의 출력축과 상기 제1 프로펠러 샤프트(52)를 연결하는 제1 조인트(미도시)와, 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(52,54)를 연결하는 제2 조인트(62)와, 상기 제2 프로펠러 샤프트(64)와 구동바퀴 측을 연결하는 제3 조인트(64)로 구성된다.

여기서, 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(52,54)는 상기 변속기와 구동바퀴 측 높이 차이에 의해 축중심이 서로 일정 교차각(θ)으로 교차되도록 연결된다.

상기 서포트 브라켓(68)은 일단이 차체에 볼트 결합되고 타단에 상기 제1 프로펠러 샤프트(52)의 후방이 관통되는 체결홀(68a)이 형성되며, 상기 서포트 브라켓(68)의 체결홀(68a) 내둘레면에는 상기 프로펠러 샤프트(50)로부터 차체로 전달되는 진동을 흡수하는 고무댐퍼(56)가 개재되고, 상기 고무댐퍼(56)와 제1 프로펠러 샤프트(52) 사이에는 상기 서포트 브라켓(68)에 대하여 상기 제1 프로펠러 샤프트(52)를 회전 가능토록 지지하는 센터 베어링(58)이 설치된다.

상기 다이나믹 댐퍼(70)는 상기 서포트 브라켓(68)에 부착된 댐퍼 하우징(72)과, 상기 댐퍼 하우징(72)에 서로 대향되게 설치된 제1, 제2 전자석(74,76)과, 상기 제1, 제2 전자석(74,76) 사이에서 상기 제1, 제2 전자석(74,76)의 자력의 차이에 따라 이동되는 질량체(78)와, 상기 서포트브라켓(68)의 진동을 감지하는 진동감지부(80)와, 상기 진동감지부(80)의 신호에 따라 상기 제1, 제2 전자석(74,76)의 자력을 조절하는 제어부(82)로 구성되어, 상기 서포트 브라켓(68)의 진동을 감지한 후 상기 서포트 브라켓(68)의 진동과 위상이 반대인 진동을 발생시켜 상기 서포트 브라켓(68)에 전달함으로써 능동적으로 상기 서포트 브라켓(68)의 진동을 흡수한다.

여기서, 상기 제1, 제2 전자석(74,76)은 각각 말굽형상으로 형성되어 일정 거리(L)를 두고 서로를 향하도록 설치된 코어(74a.76a)와, 상기 코어(74a,76a)에 권선되어 상기 제어부(82)로부터 전원을 공급받는 코일(74b,76b)로 구성되어, 상기 코일(74b,76b)에 흐르는 전류의 세기에 비례하여 자력을 갖는다.

상기 질량체(78)는 소정의 무게를 갖는 직육면체 형상으로 형성되어 상기 제1, 제2 전자석(74,76) 사이에서 왕복 이동되면서 상기 댐퍼 하우징(72)에 진동이 발생되도록 한다.

상기 진동감지부(80)는 상기 서프트 브라켓(68)의 일측에 설치되어 상기 서포트 브라켓(68)의 가속도를 통해 상기 서포트 브라켓(68)의 진동을 감지하는 가속도계(80)이다.

상기 제어부(82)는 상기 질량체(78)가 상기 제1, 제2 전자석(74,76)으로부터 받는 자력의 차이에 따라 소정의 주파수 대역의 진동을 발생시키므로 상기 제1, 제2 전자석(74,76)의 자력을 조절하여 상기 질량체(78)의 변위를 제어할 수 있도록 상기 제1, 제2 전자석(74,76) 중 적어도 어느 하나에 설치된 변위센서(84)의 신호를 입력받는다.

즉, 상기 변위센서(84)는 상기 질량체(78)와의 거리에 따른 자력의 변화를 감지하여 그에 따른 신호를 생성하고, 상기 제어부(82)은 상기 변위센서(84)의 신호를 통해 상기 질량체(78)의 변위를 측정한 후 상기 질량체(78)의 변위가 일정값을 갖도록 상기 제1, 제2 전자석(74,76)의 자력을 조절한다.

한편, 상기 제어부(82)는 피드 포워드(Feed-forward) 제어방식에 의해 상기 진동 감지부(80)로부터 신호를 입력받아 상기 질량체(78)의 변위를 제어할 뿐만 아니라, 노면 가진과 같은 외란 성분의 진동을 흡수할 수 있도록 상기 질량체(78)의 변위를 재조정하는 피드 백(Feed-back) 제어방식을 같이 사용한다.

한편, 상기 서포트 브라켓(68)의 진동은 특정방향으로만 작용하는 것이 아니므로 상기 다이나믹 댐퍼(70)는 상기 서포트 브라켓(68)의 저면에 설치되어 상기 서포트 브라켓(68)에 상하방향으로 발생되는 진동을 흡수함과 아울러 상기 서포트 브라켓(68)의 좌/우측면 중 어느 한 측면에 설치되어 상기 서포트 브라켓(68)에 좌우방향으로 발생되는 진동을 흡수한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

제1, 제2 프로펠러 샤프트(52,54)가 변속기와 구동바퀴로부터 각각 진동을 전달받으면, 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(52,54) 간 교차각(θ)이 변동되어 상기 제1, 제2 프로펠러 샤프트(52,54) 간 회전속도차이가 변화면서 상기 서포트 브라켓(68)에 전달되는 진동의 주파수 대역이 바뀌게 되는데, 상기 서포트브라켓(68)에 전달되는 진동이 바뀔 때마다 상기 다이나믹 댐퍼(70)에서 능동적으로 상기 서포트 브라켓(68)의 진동과 위상이 반대인 진동을 발생시켜 상기 서포트 브라켓(68)에 전달하기 때문에 상기 프로펠러 샤프트(50)로부터 상기 서포트 브라켓(68)에 전달된 진동이 상기 다이나믹 댐퍼(70)로부터 전달된 진동에 의해 상쇄되어 차체에 전달되는 것이 방지된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리는 프로펠러 샤프트를 지지하는 서포트 브라켓에 다이나믹 댐퍼가 설치되어, 상기 프로펠러 샤프트 간 교차각 변화로 인해 상기 서포트 브라켓에 전달되는 진동의 주파수 대역이 변동될 때마다 능동적으로 상기 프로펠러 샤프트로부터 서포트 브라켓에 전달된 진동과 반대의 위상을 갖는 진동을 발생시켜 상기 서포트 브라켓에 전달하기 때문에 상기 서포트 브라켓에서 상기 프로펠러 샤프트로부터 전달된 진동과 상기 다이나믹 댐퍼로부터 전달된 진동이 서로 상쇄되므로 차체 진동을 저감시킬수 있는 이점이 있다.

Claims

변속기와 구동바퀴 사이에 길이방향으로 복수개가 설치되어 변속이 완료된 구동력을 구동바퀴에 전달하는 프로펠러 샤프트와; 상기 프로펠러 샤프트 사이에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트의 축중심이 상호 교차되도록 연결하는 조인트와; 상기 프로펠러 샤프트를 차체에 회전 가능하게 지지하는 서포트 브라켓과; 상기 서포트 브라켓에 설치되어 상기 프로펠러 샤프트 간 교차각에 따라 변동되는 상기 서포트 브라켓의 진동과 역위상을 갖는 진동을 발생시켜 완충작용을 행하는 다이나믹 댐퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 다이나믹 댐퍼는 상기 서포트 브라켓에 부착된 댐퍼 하우징과, 상기 댐퍼 하우징에 서로 대향되게 설치된 제1, 제2 전자석과, 상기 제1, 제2 전자석 사이에서 상기 제1, 제2 전자석의 자력의 차이에 따라 이동되는 질량체와, 상기 서포트 브라켓의 진동을 감지하는 진동감지부와, 상기 서포트 브라켓에 상기 서포트 브라켓의 진동과 역위상을 갖는 진동이 전달되도록 상기 진동감지부의 신호에 따라 상기 제1, 제2 전자석의 자력을 조절하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,

상기 진동감지부는 상기 서포트 브라켓에 부착되어 상기 서포트 브라켓의 진동을 감지하는 가속도계인 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제1, 제2 전자석 중 적어도 하나에 설치되어 상기 제1, 제2 전자석 사이에서 상기 질량체의 변위를 감지하는 변위센서의 신호를 입력받아 상기 질량체의 변위를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 진동감지부의 신호에 따라 상기 제1, 제2 전자석의 자력을 조절하는 피드 포워드제어와, 외란 성분의 진동을 방지하기 위해 상기 제1, 제2 전자석의 자력을 재조절하는 피드 백제어로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 다이나믹 댐퍼는 상기 서포트 브라켓의 저면에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 다이나믹 댐퍼는 상기 서포트 브라켓의 일측면에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트 어셈블리.