KR20050025426A - 자동차의 캐스터 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 캐스터 조절장치에 관한 것으로, 운전자가 운전석에 설치된 캐스터 조절 스위치부를 조작하여 캐스터 제어부를 제어하도록 하고, 상기 캐스터 제어부를 통해 유압 펌프를 작동시켜 유압 실린더에 의해 캐스터 조절용 로드를 전후 방향으로 이동시키며, 이에 따라 바퀴와 체결된 로워 암이 전후 방향으로 이동하여 캐스터가 조절됨으로써 캠버나 토우에 영향을 미치지 않으며, 지역에 따라 다른 노면 구배에 의한 차량 쏠림 현상을 운전석에 설치된 캐스터 조절 스위치의 조작을 통한 캐스터의 증감을 통해 어느 정도 상쇄시킬 수 있는 자동차의 캐스터 조절장치가 개시된다.

Description

자동차의 캐스터 조절장치{CONTROL APPARATUS OF CASTER IN A AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차의 캐스터 조절장치에 관한 것으로, 특히, 캠버나 토우에 아무런 영향을 미치지 않고 캐스터를 조절하고, 지역적인 특성에 따라 수시로 캐스터를 조절하여 차량의 직진 안정성을 확보할 수 있는 자동차의 캐스터 조절장치에 관한 것이다.

자동차의 앞바퀴는 조향조작을 하기 위해 조향 너클과 함께 킹 핀(king pin) 또는 볼 조인트를 중심으로 하여 좌우로 방향을 바꾸도록 되어 있다. 따라서 자동차가 주행할 때 항상 바른 방향을 유지하고 또 핸들 조작이나 외부 힘에 의해 주행방향이 잘못되었을 때는 즉시 직진 상태로 되돌아 가는 복원력이 요구되며, 핸들 조작도 아주 가볍게 해야할 필요성에 따라 앞바퀴 정렬(front wheel alignment)을 하고 있다.

일반적으로, 앞바퀴 정렬은 자동차의 앞부분의 하중을 지지하는 앞바퀴의 어떤 기하학적인 각도를 의미한다. 그 구성요소는 캠버(camber), 캐스터(caster), 킹 핀, 토 인(toe-in), 선회시 토아웃(toe-out on turning)의 5가지의 요소가 서로 보완작용을 하면서 조향휠의 조작을 작은 힘으로 쉽게 할 수 있도록 하고, 조향휠의 조작을 확실하게 하며, 안정성을 부여하고, 타이어의 마멸을 최소로 하는 작용을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 캐스터(R)는 자동차의 타이어를 옆에서 보았을 때 차축에 설치되는 킹핀(K)의 중심선이 수직선과 이루는 각도이며, 킹핀(K)의 윗부분이 자동차의 뒤쪽으로 기울어졌을 때를 정(+)의 캐스터라 하고, 킹핀(K)의 중심선이 수선과 일치되었을 때를 '0'의 캐스터라 하며, 킹핀(K)의 윗부분이 앞쪽으로 기울어졌을 때를 부(-)의 캐스터라 한다. 그리고, 캐스터(R)를 설정하게 되면 트레일(trail)이 생기게 되고, 이에 따라 자동차가 전진하면 타이어의 구름 저항으로 킹핀축(즉, 조향축) 주위에 타이어를 직진시키려고 하는 토크가 작용하는 캐스터 효과가 나타나며, 이러한 캐스터 효과는 정(+)의 캐스터에서만 얻을 수 있다.

종래의 차량에는 주행 중에 휠 정렬을 조정할 수 있는 장치가 없다. 이에 따라 운전자가 차량을 사용하다가 주행 중에 쏠림경향을 파악하여 대부분 차량을 정차하고 직접 나사를 조절하여 캐스터를 조절해야만 한다. 특히 전륜 현가장치에 적용되는 맥퍼슨 현가장치에서 로워 암(lower arm)은 서브 프레임(sub frame)에 고정되기 때문에 캐스터를 조정할 수 없으며, 또한 서브 프레임의 제작오차나 장착오차, 로워 암의 오차 등에 의해 캐스터의 스펙(spec)을 벗어날 경우 조정할 수가 없다. 한편, 휠 정렬이 잘 맞는 차량이라도 좌우로 경사진 도로, 즉 도로의 구배에 의해 차량의 쏠림이 발생하게 되고, 순간 순간 변화하는 차량의 자세나 각 부품의 누적공차에 의해 발생하는 쏠림의 경우 직진성을 유지하지 못하는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 캠버나 토우에 아무런 영향을 미치지 않고 캐스터를 조절하고, 지역적인 특성에 따라 수시로 캐스터를 조절하여 차량의 직진 안정성을 확보할 수 있는 자동차의 캐스터 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 일측면에 따르면, 바퀴와 체결된 로워 암과, 상기 로워 암과 고정되어 상기 로워 암을 전후 방향으로 이동시키는 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드와, 상기 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드 사이에 설치되어 상기 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드를 전후 방향으로 이동시키는 유압 실린더와, 상기 유압 실린더에 유압을 공급하는 유압 펌프와, 상기 캐스터 조절용 로드의 이동거리의 변화수치를 측정하는 센서와, 운전자의 조작에 의해 생성된 제어신호에 따라 상기 유압 펌프의 작동을 제어하여 상기 제어신호에 대응되는 크기로 캐스터를 조절하고, 상기 센서로부터 측정된 이동거리의 변화수치를 입력받아 캐스터 변화량을 산출하는 캐스터 제어부와, 상기 캐스터 제어부로부터 산출된 캐스터 변화량을 표시하는 캐스터 변화량 표시부를 포함하는 캐스터 조절장치가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 자동차의 캐스터 조절장치를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도이다. 여기서는 설명의 편의를 위해 본원발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 필요한 구성요소만 도시하였으며, 다른 구성요소들은 일반적인 구성과 동일하다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스터 조절장치는 로워 암(12a, 12b), 캐스터 조절용 로드(14a 내지 14d), 유압 실린더(16a, 16b), 유압 펌프(18a, 18b), 센서(22a, 22b), 캐스터 제어부(24, Electrical Control Unit; ECU) 및 캐스터 조절 스위치부(26)를 포함한다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스터 조절장치는 캐스터 변화량 표시부(28)를 더 포함한다.

상기 로워 암(12a, 12b)은 좌우에 설치된 바퀴(10a, 10b)에 각각 체결되며, 고정수단(20a 내지 20d)을 통해 상기 캐스터 조절용 로드(14a 내지 14d)와 고정된다. 좌측의 로워 암(12a)은 좌측의 캐스터 조절용 로드(14a, 14b)의 전후 이동에 따라 이동되어 바퀴(10a)를 이동시킨다. 이와 마찬가지로, 우측의 로워 암(12b)은 우측의 캐스터 조절용 로드(14c, 14d)의 전후 이동에 따라 이동되어 바퀴(10b)를 이동시킨다.

좌측의 상기 캐스터 조절용 로드(14a, 14b)는 이 들(14a, 14b) 사이에 장착된 유압 실린더(16a)에 의해 전후 방향(화살표 방향)으로 이동되며, 캐스터를 조절하는 요인으로 작용한다. 마찬가지로, 우측의 상기 캐스터 조절용 로드(14c, 14d)는 이 들(14c, 14d) 사이에 장착된 유압 실린더(16b)에 의해 전후 방향으로 이동되며, 캐스터를 조절하는 요인으로 작용한다. 즉, 캐스터 조절용 로드(14a 내지 14d)의 전후 이동에 의해 캐스터가 조절된다.

상기 유압 실린더(16a, 16b)는 각각 유압 펌프(18a, 18b)로부터 유압 호스(30a, 30b)를 통해 제공되는 유압에 따라 작동되어 캐스터 조절용 로드(14a 내지 14d)를 전후 방향으로 이동시킨다.

상기 유압 펌프(18a, 18b)는 캐스터 제어부(24)에 의해 제어되며, 유압 실린더(16a, 16b)로 각각 유압을 제공하며, 이로써 이 들(16a, 16b)을 독립적으로 제어한다.

상기 캐스터 제어부(24)는 운전자의 조작에 의해 작동되는 캐스터 조절 스위치부(26)에 의해 제어되어 유압 펌프(18a, 18b)를 작동시킨다. 또한 상기 캐스터 제어부(24)는 센서(22a, 22b)에 의해 측정된 캐스터 조절용 로드(14b 및 14d)의 이동거리의 변화수치를 센서(22a, 22b)로부터 수신받고, 수신된 이동거리의 변화수치를 토대로 캐스터 변화량을 산출하여 캐스터 변화량 표시부(28)로 전송한다. 즉 상기 캐스터 제어부(24)에서는 센서(22a, 22b)에 의해 감지된 캐스터 조절용 로드(14b 및 14d)의 이동거리의 변화수치를 인식하여 좌우 중 일측에 쏠림이 발생되었을 때 유압 펌프(18a 및 18b)를 작동시켜 좌우 바퀴(10a, 10b)의 캐스터를 조절한다.

상기 캐스터 조절 스위치부(26)는 운전자가 직접 조작할 수 있도록 운전자에 근접하여 설치되고, 운전자가 캐스터를 직접 선택하여 입력할 수 있도록 그 구성이 이루어진다.

상기 캐스터 변화량 표시부(28)는 캐스터의 변화량을 운전자에게 제공하는 표시장치로서, 캐스터 제어부(24)에 의해 산출된 캐스터 변화량을 전송받아 운전자에게 제공한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 캐스터 조절장치의 작동원리를 설명한다.

일례로 차량 주행 중 여러가지의 요인에 의해 캐스터가 변화하여 캐스터 변화량 표시부(28)에 표시되거나, 캐스터의 변화에 의해 차량의 쏠림현상이 발생되는 경우, 운전자는 캐스터 조절 스위치(26)를 이용해 조절하고자 하는 크기의 캐스터를 입력한다. 캐스터 조절 스위치(26)는 운전자에 의해 입력된 값을 제어신호로 변환하여 캐스터 제어부(24)로 전송한다. 캐스터 제어부(24)는 캐스터 조절 스위치(26)로부터 전송된 제어신호에 따라 유압 펌프(18a, 18b) 중 해당 유압 펌프를 작동시킨다.

이하, 그 설명의 편의를 위해 유압 펌프(18a)만 작동되는 경우에 대해 설명한다. 유압 펌프(18a)에 의해 발생된 유압은 유압 호스(30a)를 통해 유압 실린더(16a)로 제공된다. 이로써 유압 실린더(16a)가 작동되고, 유압 실린더(16a)의 작동에 의해 캐스터 조절용 로드(14a, 14b)가 전후로 이동하고, 이에 따라 로워 암(12a)이 이동하여 운전자가 원하는 크기로 캐스터가 조절된다. 이때, 센서(22a)는 캐스터 조절용 로드(14b)의 이동을 감지하고, 감지된 이동거리의 변화수치를 캐스터 제어부(24)로 전송한다. 캐스터 제어부(24)는 이동거리의 변화수치를 토대로 캐스터의 변화량을 산출하여 운전석에 설치된 캐스터 변화량 표시부(28)로 제공한다.

다른 예로, 도로의 중앙이 높고 도로 가장자리가 낮은 상태의 노면에 차량이 주행하는 경우에 있어서 노면에 의해 차량이 오른쪽으로 쏠려 캐스터가 변화하게 되는 경우 캐스터 조절과정에 대해 설명한다. 차량의 자세가 오른쪽으로 기울어짐에 따라 센서(22a, 22b)에서 캐스터 제어부(24)로 캐스터 조절용 로드(14b 및 14d)의 이동거리 변화수치에 대한 신호를 전송한다. 상기 센서(22a, 22b)의 이동거리 변화수치에 대응하는 신호를 캐스터 제어부(24)에서 인식하면 상기 캐스터 제어부(24)에서는 이동거리 변화수치에 따른 캐스터 변화량을 산출하여 캐스터 변화량 표시부(28)로 전송한다.

운전자는 캐스터 변화량 표시부(28)에 표시된 캐스터 변화량을 토대로 조절하고자 하는 크기의 캐스터를 입력한다. 캐스터 제어부(24)에서는 캐스터 변화량 표시부(28)를 통해 운전자에 의해 설정된 캐스터를 토대로 좌우측의 캐스터 조절 로드(12a 및 12b, 12c 및 12d)의 이동거리(이동량)를 각각 계산하여 좌우측의 유압 펌프(18a, 18b)를 작동시킨다. 이로써, 캐스터 조절용 로드(14a 내지 14d) 및 로워 암(12a, 12b)이 이동하여 캐스터가 조절된다. 이러한 캐스터의 변화량은 센서(22a, 22b)를 통해 수시로 캐스터 변화량 표시부(28)로 전송되어 운전자에게 제공된다. 참고로 캐스터에 따른 차량의 주행 특성을 간단히 설명하면, 캐스터가 정(+)일 경우 차량은 직진성이 향상되고, 캐스터가 부(-)일 경우 직진성을 좋아지나 조향성이 나빠진다. 만일 좌우 캐스터가 다를 경우 캐스터가 적은 쪽으로 차량이 쏠리게 된다. 그러므로 우측으로 쏠리는 차량의 우측 바퀴(10b)의 캐스터를 높이고, 좌측 바퀴(10a)의 캐스터를 낮추면 된다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 운전자가 운전석에 설치된 캐스터 조절 스위치부를 조작하여 캐스터 제어부를 제어하도록 하고, 상기 캐스터 제어부를 통해 유압 펌프를 작동시켜 유압 실린더에 의해 캐스터 조절용 로드를 전후 방향으로 이동시키고, 이에 따라 로워 암이 이동하여 캐스터가 조절됨으로써 캠버나 토우에 영향을 미치지 않으며, 지역에 따라 다른 노면 구배에 의한 차량 쏠림 현상을 운전석에 설치된 캐스터 조절 스위치의 조작을 통한 캐스터의 증감을 통해 어느 정도 상쇄시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 캐스터 조절장치의 구성을 설명하기 위해 도시된 구성도이다.

도 2는 자동차의 캐스터를 설명하기 위해 도시된 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10a, 10b : 바퀴 12a, 12b : 로워 암

14a 내지 14d : 캐스터 조절용 로드 16a, 16b : 유압 실린더

18a, 18b : 유압 펌프 20a 내지 20d : 고정수단

22a, 22b : 센서 24 : 캐스터 제어부

26 : 캐스터 조절 스위치부 28 : 캐스터 변화량 표시부

30a, 30b : 유압 호스

Claims (2)

1. 바퀴와 체결된 로워 암;

   상기 로워 암과 고정되어 상기 로워 암을 전후 방향으로 이동시키는 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드;

   상기 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드 사이에 설치되어 상기 제1 및 제2 캐스터 조절용 로드를 전후 방향으로 이동시키는 유압 실린더;

   상기 유압 실린더에 유압을 공급하는 유압 펌프;

   상기 캐스터 조절용 로드의 이동거리의 변화수치를 측정하는 센서;

   운전자의 조작에 의해 생성된 제어신호에 따라 상기 유압 펌프의 작동을 제어하여 상기 제어신호에 대응되는 크기로 캐스터를 조절하고, 상기 센서로부터 측정된 이동거리의 변화수치를 입력받아 캐스터 변화량을 산출하는 캐스터 제어부; 및

   상기 캐스터 제어부로부터 산출된 캐스터 변화량을 표시하는 캐스터 변화량 표시부를 포함하는 캐스터 조절장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   운전자의 조작을 통해 원하는 캐스터가 입력되고, 입력된 캐스터를 제어신호로 변환하여 상기 캐스터 제어부로 전송하는 캐스터 조절 스위치부를 더 포함하는 캐스터 조절장치.