KR20050101899A - 차량용 커플드 토션 빔 액슬 - Google Patents

차량용 커플드 토션 빔 액슬 Download PDF

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Abstract

하이드로 포밍 성형법을 적용하여 트레일링 암과 토션 빔을 일체 성형하여 비틀림 모드로 인한 응력이 높게 나타나는 영역에 용접에 의한 접합을 배제함으로써, 과도한 하중 및 용접 불량으로 인해 발생할 수 있는 내구문제를 예방하고, 트레일링 암과 토션 빔의 연결부 형상을 차량의 동력학적 성능을 최적화할 수 있는 형상으로 구현하는 것이 가능한 차량용 커플드 토션 빔 액슬을 제공한다.

Description

차량용 커플드 토션 빔 액슬{COUPLED TORSION BEAM SUSPENSION OF A VEHICLE}
본 발명은 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드로 포밍 성형법을 적용하여 트레일링 암과 토션 빔을 일체 성형하여 비틀림 모드로 인한 응력이 높게 나타나는 영역에 용접에 의한 접합을 배제함으로써, 과도한 하중 및 용접 불량으로 인해 발생할 수 있는 내구문제를 예방하고, 트레일링 암과 토션 빔의 연결부 형상을 차량의 동력학적 성능을 최적화할 수 있는 형상으로 구현하는 것이 가능한 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 관한 것이다.
통상적으로, 커플드 토션 빔 액슬(CTBA ; Coupled Torsion Beam Axle) 타입의 현가장치는 단순한 부품으로 인하여 설계 성능 영역이 높지 않음에도 불구하고, 낮은 생산 단가와 작은 질량에 비해 상대적으로 높은 주행 안정성으로 주로 경차 및 준 중형차의 후륜 현가장치로 적용되어져 왔다.
이러한 커플드 토션 빔 액슬(110; CTBA) 타입의 현가장치의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 토션 빔(1)과 토션 바(미도시)가 구비되고, 상기 토션 빔(1)의 양단에는 타이어와 휠을 장착하기 위한 캐리어(3)를 일측에 장착한 트레일링 암(5)이 고정된다.
상기 각 트레일링 암(5)의 일측은 차체(미도시)와 연결하기 위한 쇽 업소버(7)와 부시(9)가 구성되고, 스프링 시트(11)를 통하여 차체와의 사이에 스프링(13)이 설치된다.
여기서, 종래 커플드 토션 빔 액슬(CTBA)의 구성은, 도 2 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 좌우측의 트레일링 암(5)을 상호 연결하는 토션 빔(1) 및 토션 바(15)가 상기 각 트레일링 암(5)에 H자 형상으로 용접 접합되어 구성된다.
각 트레일링 암(5)은 그 전방단이 부시(9)를 통하여 차체에 장착되고, 후방 일측은 차량의 타이어 및 휠이 장착될 수 있도록 상기 케리어(3)를 장착하기 위한 스핀들 마운팅 브라켓(17)이 고정되며, 트레일링 암(5)의 내측으로는 상기 스프링(13)이 장착되도록 스프링 시트(11)가 구성되어 있다.
이러한 커플드 토션 빔 액슬은 그 중앙에 위치한 토션 빔(1)의 토션 변형 특성으로 인하여 휠(Wheel)의 변형이 이루어지는 특징이 있으며, 토션 변형 및 트레일링 암(5; Trailing Arm)의 위치 및 부시(9) 특성에 의해서 범프(Bump)시에 토우인(Toe-In)으로 유도가 가능한 특징이 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 커플드 토션 빔 액슬은 차량 주행시 후륜 서스펜션에 작용하는 하중을 받을 경우, 주요한 변형모드가 비틀림 모드가 되어, 도 11에서 하중조건에 따른 종래 기술의 토션 빔 액슬의 응력결과에서와 같이, 좌우측의 토션 빔(1)과 트레일링 암(5)의 접합부, 토션 바(15)와 트레일링 암(5)의 접합부, 및 스프링 시트(11)와 토션 빔(1)의 접합부 등에 응력이 높게 발생된다.
즉, 종래 커플드 토션 빔 액슬의 구성으로는 응력이 과도하게 발생하는 영역에 용접에 의한 접합구조로 이루어져 구조적으로 취약한 형상이 되었을 뿐만 아니라, 용접품질의 관리가 엄격하게 실시되지 않을 경우 파손이 매우 쉽게 발생할 수 있는 문제점을 내포하고 있다.
이러한 문제점을 보다 구체적으로 살펴보면, 종래 커플드 토션 빔 액슬(CTBA)은 구조적인 특성으로 인해 양측 트레일링 암(5)에 대하여 토션 빔(1)과 토션 바(15)가 그 결합부에 대하여 용접을 실시하여 접합되며, 이러한 용접 접합부는 커플드 토션 빔 액슬(CTBA)의 변형모드에서 응력이 집중되는 영역에 위치하므로 내구문제가 발생하기 쉽다는 것이다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 상기 트레일링 암(5)과 토션 빔(1)의 좌우측 용접 접합부의 강성 및 강도를 보강하기 위해 보강판(R)을 추가로 접합하기는 하나, 트레일링 암(5)과 토션 빔(1)의 접합부는 형상이 매우 복잡하여 용접 작업성이 저하되어 이에 따른 용접품질 문제가 다발하고 있는 실정이며, 상기 트레일링 암(5)과 토션 빔(1)의 결합부 강성은 차량의 조종안정성 및 운동성능에 큰 영향을 나타내고 있으나, 용접 접합부의 품질 및 내구문제로 인해 설계의 제약이 많아 성능향상이 어렵다는 문제점을 여전히 안고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이드로 포밍 성형법을 적용하여 트레일링 암과 토션 빔을 일체 성형하여 비틀림 모드로 인한 응력이 높게 나타나는 영역에 용접에 의한 접합을 배제함으로써, 과도한 하중 및 용접 불량으로 인해 발생할 수 있는 내구문제를 예방하고, 트레일링 암과 토션 빔의 연결부 형상을 차량의 동력학적 성능(조종안정성, RIDE & HANDLING)을 최적화할 수 있는 형상으로 구현하는 것이 가능한 차량용 커플드 토션 빔 액슬을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 토션 빔을 통하여 좌우측의 트레일링 암을 상호 연결하며, 상기 좌우측 트레일링 암에는 그 일측에 차체와의 장착을 위한 부시를 구성하며, 그 타측에 케리어를 장착하기 위한 스핀들 마운팅 브라켓을 구성하며, 그 내측에 스프링을 장착하기 위한 스프링 시트가 구성되는 차량의 커플드 토션 빔 액슬에 있어서,
상기 트레일링 암과 토션 빔은 한쪽의 트레일링 암과 상기 토션 빔의 절반에 해당하는 튜브로 구성된 티이(T)형의 강관을 이용하여 하이드로 포밍에 의해 일체형으로 좌우측 2조로 각각 성형한 후, 좌우측 2조로 성형된 토션 빔을 상호 용접하여 그 중앙부에서 용접 접합부가 형성되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 평면도 및 저면도이고, 도 8과 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 내외 측면도로써, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 커플드 토션 빔 액슬은 토션 빔(101)이 구비되며, 상기 토션 빔(101)의 양단에는 좌,우측 트레일링 암(103,105)이 연결된다.
상기 좌,우측 트레일링 암(103,105)에는 그 전방단에 차체와의 장착을 위한 부시(107)가 각각 설치되고, 그 후방 일측에는 케리어를 장착하기 위한 스핀들 마운팅 브라켓(109)이 각각 용접 설치된다.
그리고 좌,우측 트레일링 암(103,105)의 내측에는 스프링을 장착하기 위한 스프링 시트(111)가 일체로 용접 고정된다.
이러한 커플드 토션 빔 액슬에서, 상기 트레일링 암(103,105)과 토션 빔(101)은, 도 10에서 도시한 바와 같이, 좌측의 트레일링 암(103)과 상기 토션 빔(101)의 절반에 해당하는 튜브로 구성된 티이(T)형의 강관(T1)을 이용하여 하이드로 포밍에 의해 좌측의 일체형 트레일링 암(103)과 토션 빔(101)을 성형한다.
동시에, 우측의 트레일링 암(105)과 상기 토션 빔(101)의 절반에 해당하는 튜브로 구성된 티이(T)형의 강관(T2)을 이용하여 하이드로 포밍에 의해 우측의 일체형 트레일링 암(105)과 토션 빔(101)을 성형한다.
이 때, 상기 각 티이(T)형의 강관(T1,T2)은 전체적으로 동일한 두께를 가지며, 상기 토션 빔(101)은 관형으로 형성된다.
이와 같이, 하이드로 포밍에 의해 좌우측의 트레일링 암(103,105)과 토션 빔(101)이 일체형으로 2조를 각각 성형한 후, 좌우측 2조로 성형된 상기 각 토션 빔(101)의 선단을 맞대어 상호 용접하여 전체적인 토션 빔(101)의 중앙부에서 용접 접합부(S)가 형성되도록 하여 이루어진다.
도 11은 하중조건에 따른 본 발명과 종래 기술의 토션 빔 액슬의 응력 분포도로써, 본 발명과 종래 기술에 의한 커플드 토션 빔 액슬의 하중조건을 제동시, 코너링시, 및 범핑시로 구분하여 살펴보면, 먼저, 하중조건이 제동시일 경우, 본 발명의 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 토션 빔(101)의 중앙부에 발생되는 응력이 5.6 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 좌우측의 토션 빔(101)과 트레일링 암(103,105)의 연결부와 스프링 시트(111)와 토션 빔(101)의 접합부에서의 응력은 18,7kgf/㎠으로 나타났다.
한편, 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 좌우측의 토션 빔(1)과 트레일링 암(5)의 접합부, 토션 바(15)와 트레일링 암(5)의 접합부, 및 스프링 시트(11)와 토션 빔(1)의 접합부에 발생되는 응력이 16.3 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 토션 빔(1)의 중앙부에 발생되는 응력이 20.2kgf/㎠으로 나타났다.
즉, 제동시에 본 발명과 종래 기술의 커플드 토션 빔 액슬에 분포되는 응력은, 공히 비 용접부(B)에 비하여 용접부(A)에 더 작게 분포되기는 하나, 상대적으로 종래 기술에 비하여 본 발명의 커플드 토션 빔 액슬의 용접부(A)에 분포되는 응력이 획기적으로 줄어들게 된다.
그리고 하중조건이 코너링시일 경우, 본 발명의 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 토션 빔(101)의 중앙부에 발생되는 응력이 10.9 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 좌우측의 토션 빔(101)과 트레일링 암(103,105)의 연결부와 스프링 시트(111)와 토션 빔(101)의 접합부에서의 응력은 48,1kgf/㎠으로 나타났다.
한편, 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 좌우측의 토션 빔(1)과 트레일링 암(5)의 접합부, 토션 바(15)와 트레일링 암(5)의 접합부, 및 스프링 시트(11)와 토션 빔(1)의 접합부에 발생되는 응력이 32.9 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 토션 빔(1)의 중앙부에 발생되는 응력이 38.6kgf/㎠으로 나타났다.
코너링시 또한, 본 발명과 종래 기술의 커플드 토션 빔 액슬에 분포되는 응력은, 공히 비 용접부(B)에 비하여 용접부(A)에 더 작게 분포되기는 하나, 상대적으로 종래 기술에 비하여 본 발명의 커플드 토션 빔 액슬의 용접부(A)에 분포되는 응력이 획기적으로 줄어들게 된다.
마지막으로, 하중조건이 범퍼링시일 경우, 본 발명의 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 토션 빔(101)의 중앙부에 발생되는 응력이 16.2 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 좌우측의 토션 빔(101)과 트레일링 암(103,105)의 연결부와 스프링 시트(111)와 토션 빔(101)의 접합부에서의 응력은 63,4kgf/㎠으로 나타났다.
한편, 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬에는 용접부(A)인 좌우측의 토션 빔(1)과 트레일링 암(5)의 접합부, 토션 바(15)와 트레일링 암(5)의 접합부, 및 스프링 시트(11)와 토션 빔(1)의 접합부에 발생되는 응력이 57.7 kgf/㎠ 인 반면, 비 용접부(B)인 토션 빔(1)의 중앙부에 발생되는 응력이 38.0kgf/㎠으로 나타났다.
즉, 코너링에는 본 발명과 종래 기술의 커플드 토션 빔 액슬에 분포되는 응력은, 본 발명의 경우 비 용접부(B)에 비하여 용접부(A)에서 더 작게 분포되고 있으나, 종래 기술의 경우, 비 용접부(B)에 비하여 용접부(A)에서 더 크게 분포되고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 코너링시 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 용접부 응력집중에 의한 내구성의 문제점을 해소하게 되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 의하면, 하이드로 포밍 성형법을 적용하여 트레일링 암과 토션 빔을 일체 성형하여 비틀림 모드로 인한 응력이 높게 나타나는 영역에 용접에 의한 접합을 배제함으로써, 과도한 주행하중 및 용접 불량으로 인해 발생할 수 있는 내구문제를 예방할 수 있게 되며, 트레일링 암과 토션 빔의 연결부 형상을 차량의 동력학적 성능(조종안정성, RIDE & HANDLING)을 최적화할 수 있는 형상으로 구현하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 종래에 비하여 커플드 토션 빔 액슬의 구성부품이 크게 축소되어 조립비용 및 조립 공차가 감소하며, 트레일링 암 및 토션 빔과 토션 바를 구성하는 부품이 4개에서, 좌우측 일체형 트레일링 암 및 토션 빔의 2개로 축소되어 중량을 감소시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 일반적인 커플드 토션 빔 액슬 타입의 후륜 현가장치의 사시도,
도 2와 도 3은 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 평면도 및 저면도,
도 4와 도 5는 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 내외 측면도,
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 평면도 및 저면도,
도 8과 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬의 내외 측면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 토션 빔과 트레일링 암의 제작과정을 도시한 도면, 및
도 11은 하중조건에 따른 본 발명과 종래 기술의 토션 빔 액슬의 응력 분포도이다.

Claims (3)

  1. 토션 빔을 통하여 좌우측의 트레일링 암을 상호 연결하며, 상기 좌우측 트레일링 암에는 그 일측에 차체와의 장착을 위한 부시를 구성하며, 그 타측에 케리어를 장착하기 위한 스핀들 마운팅 브라켓을 구성하며, 그 내측에 스프링을 장착하기 위한 스프링 시트가 구성되는 차량의 커플드 토션 빔 액슬에 있어서,
    상기 트레일링 암과 토션 빔은 한쪽의 트레일링 암과 상기 토션 빔의 절반에 해당하는 튜브로 구성된 티이(T)형의 강관을 이용하여 하이드로 포밍에 의해 일체형으로 좌우측 2조로 각각 성형한 후, 좌우측 2조로 성형된 토션 빔을 상호 용접하여 그 중앙부에서 용접 접합부가 형성되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 티이(T)형의 강관은
    전체적으로 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 토션 빔은
    관형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬.
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