KR20060028739A - 미끄러짐 예방 조향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 미끄러짐 예방 조향 장치는 좌 또는 우로 구부러진 길을 따라 자동차가 좌 또는 우로 돌기 위해 앞바퀴 방향이 전환될 때 앞뒤 바퀴가 지면과 이루는 각도를 함께 조정하여 지면에서의 미끄러짐을 줄일 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 미끄러짐 예방 조향 장치는 자동차의 회전 중심에 위치한 지면의 한 점에서 모든 바퀴축의 연장선이 만나게 함으로써 바퀴가 지면과 최대 마찰력을 유지하면서 미끄러짐이 없이 돌게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

미끄러짐 예방 조향 장치 {CORNERING SKID PREVENTIVE STEERING SYSTEM}

도 1은 긴 원통형 바퀴의 구성을 나타내는 사시도.

도 2는 동전을 나타내는 사시도.

도 3은 자동차에서 앞뒤 두 바퀴의 직진 동작을 알아보기 위해 도 1의 바퀴를 2개 연결한 구성을 나타내는 사시도.

도 4는 도 3의 앞뒤 두 바퀴가 좌로 도는 동작을 나타내는 사시도.

도 5는 도 1의 바퀴가 제자리에서 방향을 바꿀 때 지면에 남는 바퀴 자국을 나타내는 평면도.

도 6은 꼭짓점이 지면에 닿아 있는 원뿔의 구성을 나타내는 사시도.

도 7은 도 6의 원뿔에서 꼭짓점 쪽 일부분을 절단하여 버리고 남은 원뿔대의 구성을 나타내는 사시도.

도 8은 도 2의 기울어진 동전의 상태를 나타내는 사시도.

도 9는 밑면 지름은 같지만 높이가 다른 두 원뿔대의 꼭짓점을 한 점에서 만나게 배치한 구성을 나타내는 사시도.

도 10은 자동차의 앞뒤 두 바퀴를 도 9와 같이 설명해 보기 위해 틀에 단 구성을 나타내는 사시도.

도 11은 도 4의 두 바퀴가 지나가는 궤적을 표시한 것으로서, 각각의 바퀴가 원주를 따라 돌지 않고 원주의 접선 방향으로 그려진 화살표 방향으로 직진하는 것을 나타내는 개략도.

도 12는 도 10의 두 바퀴가 지나가는 궤적을 표시한 것으로서, 각각의 바퀴가 원주를 따라 구부러진 화살표 방향으로 회전하는 것을 나타내는 개략도.

도 13은 직진 중인 자동차의 4 바퀴의 구성을 나타내는 사시도.

도 14는 회전 중에 있는 종래 기술에 의한 자동차의 4 바퀴 구성을 나타내는 사시도.

도 15는 회전 중에 있는 본 발명에 의한 미끄러짐 예방 조향 장치를 설치한 자동차의 4 바퀴 구성을 나타내는 사시도.

도 16은 본 발명에 따른 미끄러짐 예방 조향 장치를 설치한 좌우 바퀴를 자동차의 뒤쪽에서 나타내는 개략도.

도 17은 도 16에서 자동차가 좌로 돌기 위한 바퀴의 변화를 나타내는 사용상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

71, 72, 81, 82, 101, 102: 앞바퀴

73, 74, 83, 84, 103, 104: 뒷바퀴

105, 107, 109, 111: 바퀴축의 연장선

115: 자동차의 회전 중심에 위치한 지면 상의 점

121, 137: 바퀴 122, 138: 휠 마운팅 어셈블리.

123, 145, 139, 149: 링크 핀

125: 좌 수직 스티어링 암 127: 안내판

128: 수직 스티어링 암 링크 핀 129: 수직 스티어링 암 컨트롤 로드

131: 웜 132: 래크

133: 전기 모터 135: 모터측 링크 핀

141: 우 수직 스티어링 암 143: 안내홈

147: 타이 로드 151: 지면

본 발명의 미끄러짐 예방 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차가 좌우로 굽은 길을 따라 회전할 때도 바퀴가 지면과 최대 정지마찰력을 가질 수 있도록 핸들 조작에 따라 바퀴가 지면과 이루는 각도를 조절하는 미끄러짐 예방 조향장치에 관한 것이다.

주행 중 자동차의 미끄러짐을 예방하기 위한 장치에는 여러 가지가 있다. 브레이크의 잠김을 방지하는 장치를 통해 정지 시에 미끄러짐을 예방하는 장치가 있고, 차동 장치를 잠기게 하여 한 바퀴가 미끄러짐을 통해 추진력을 잃어 버리게 되는 것을 방지하는 장치가 있다.

본 발명과 유사한 장치를 사용하는 특허로 U.S. Patent 5,823,288(Buff, IV)가 있다. 그러나 이것은 완전히 다른 것이다. 우선 인용한 특허는 미끄러지는 상황에서 운전자가 잘 대처하기 위한 훈련을 위한 시뮬레이션 자동차를 만드는 것이 목 적으로 본 발명이 목적으로 하는 미끄럼 방지와는 다르다. 인용 특허는 보통 앞바퀴가 가지고 있는 수평적 방향 전환 기능을 뒷바퀴에 추가하는 것으로서 조이스틱 같은 기구로 운전 교관이 제어를 하게 되는데, 운전자의 핸들 조작과는 별도로 움직일 수 있도록 하였다. 여기서 모든 바퀴의 방향 전환은 일종의 수평적 방향 전환이라고 할 수 있다. 본 발명이 기존의 수평적 방향 전환 기능에 모든 바퀴의 수직적 접지 각도 전환 기능을 추가하여 최대 정지 마찰력을 얻으려고 하는 것과 판이하다. 본 발명은 자동차가 좌우로 돌 때 바퀴가 지면에 대해 최대 정지 마찰력 상태를 벗어나 운동 마찰력 상태로 전환됨을 발견한 것을 기초로 하여 발명된 것으로서 계속적으로 정지 마찰력 상태를 유지하도록 하는 데 특징이 있다. 인용 특허는 이러한 목적을 만족시킬 수 없다. 또한, 인용 특허 기술이 미끄러짐이 일어나고 있는 중의 자동차에 적용되면 자동차를 더욱 쉽게 많이 미끄러지도록 한다.

본 발명의 목적은 자동차가 구부러진 길을 따라 돌 때에 원심력에 의하여 옆으로 미끄러지는 것을 막기 위한 방법을 제공하는 것이다. 자동차의 종래의 조향 장치는 자동차가 좌우로 돌 때에 앞바퀴의 수평적 방향을 전환하는데, 그 결과 앞바퀴와 뒷바퀴가 서로 진행하고자 하는 방향이 다르다. 그것은 지면에 수직으로 서있는 바퀴는 직선으로 나가려고 하지 어떤 곡선 위를 따라 돌려고 하지 않기 때문이다. 만약 그대로 진행한다면 두 바퀴 사이가 점점 멀어져야 하게 되므로 이것을 해결하기 위해 서로 상대를 끌어당기는 알력이 발생한다. 그 알력과 당김의 결과로서 두 바퀴는 앞으로 나아감에 따라 두 바퀴의 수평적 방향이 조금씩 돌아가게 되 는 결과를 가져온다. 이러한 방향 전환 방법은 결국 바퀴를 굴리기만 하는 것이 아니라 일부 접촉면에서 바퀴가 미끄러짐이 발생하게 함으로 바퀴와 지면 사이에서 최대 마찰력을 얻지 못하게 하는 원인이 된다. 자동차가 돌 때에도 직진 때와 같이 바퀴가 지면에 대해 최대 마찰력을 유지할 수 있도록 하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 한 쌍의 뒷바퀴 상하부에 각각 좌우로 두 쌍의 너클 암이 설치되고, 상기 하측 너클 암에는 링크 핀에 의하여 양단이 힌지회동하는 타이 로드가 설치됨으로써, 2관절로 링크되며, 상기 상측 너클 암에는 링크 핀에 의하여 힌지회동하는 좌우 한 쌍의 좌우 수직 스티어링 암이 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀에 의하여 회동가능하게 연결됨으로써, 3관절로 링크되며, 핸들 조작에 의하여 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도가 결정됨으로써, 뒷바퀴와 지면과의 최대 마찰력을 유지한다.

상기 타이 로드에는 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 반타원형의 안내홈이 구비된 안내판이 더 포함됨으로써, 뒷바퀴가 좌측 혹은 우측으로 기울어지게 한다.

일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와, 일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 더 포함함으 로써, 상기 전기 모터가 구동되면, 상기 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 미끄러짐 예방 조향장치는 핸들의 조작에 따라 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도가 변경됨으로써, 뒷바퀴 축의 연장선이 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 미끄러짐 예방 조향 장치에 있어서, 상기 뒷바퀴의 일측에 설치되는 좌우 한 쌍의 일방 너클 암과, 상기 일방 너클 암과 링크 핀에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드로 구성되는 일방 휠 마운팅 어셈블리와, 상기 뒷바퀴의 타측에 설치되는 좌우 한 쌍의 타방 너클 암과, 상기 타방의 좌측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과, 상기 타방의 우측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과, 상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀으로 구성되는 타방 휠 마운팅 어셈블리를 포함하여 구성된다.

상기 타이 로드를 구비하는 일방 휠 마운팅 어셈블리는 뒷바퀴의 하측에 설치되고, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀을 구비하는 타방 휠 마운팅 어셈블리는 뒷바퀴의 상측에 설치된다.

상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈 이 구비된 안내판을 더 포함하여 구성된다.

상기 안내판은 상기 타이 로드에 설치된다.

상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈이다.

일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와, 일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 더 포함하여 구성된다.

상기 링크 핀은 5절 링크에 의하여 힌지회동한다.

상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 미끄러짐 예방 조향장치는, 핸들의 조작에 따라 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 앞바퀴의 수직 방향 접지각도가 정해짐으로써, 앞바퀴 축의 연장선이 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 미끄러짐 예방 조향 장치에 있어서, 상기 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과, 상기 하부 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드로 구성되는 하부 휠 마운팅 어셈블리와, 상기 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과, 상기 상부 좌측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수 직 스티어링 암과, 상기 상부 우측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과, 상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과, 상기 타이 로드에 설치되고, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판으로 구성되는 상부 휠 마운팅 어셈블리와, 일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와, 일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 더 포함한다.

상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈이다.

상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 앞바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경하고, 앞바퀴의 축을 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 미끄러짐 예방 조향장치는, 자동차의 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 상부 너클 암과, 상기 상부 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드와, 상기 앞바퀴의 하측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과, 상기 하부 좌측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과, 상기 하부 우측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과, 상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결 하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판과, 일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와, 일측에는 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 포함하여 구성되는 앞바퀴 휠 마운팅 어셈블리와, 자동차의 뒷바퀴의 하측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과, 상기 하부 너클 암과 링크 핀에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드와, 상기 뒷바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 상부 너클 암과, 상기 상부의 좌측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과, 상기 상부의 우측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과, 상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판과, 일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와, 일측에는 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 포함하여 구성되는 뒷바퀴 휠 마운팅 어셈블리를 포함한다.

상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈이다.

상기 안내판은 타이 로드에 설치되고, 상기 전기모터는 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결된다.

상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 앞, 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경하고, 앞, 뒷바퀴의 축을 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 것이다.

상기 앞, 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도는 핸들 조작에 의하여 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 결정된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 모든 바퀴를 회전 중심을 향하여 기울이는 것이다. 바퀴를 기울이는 방향과 각도가 중요하지만, 우선 무엇보다도 왜 바퀴를 기울여야 하며, 기울이지 않은 바퀴에서는 무슨 일이 일어나고 있으며 또한 문제가 무엇인지를 이해하는 것이 더욱 중요하다.

기울어지지 않은 바퀴로 자동차가 좌우로 돌면서 문제를 노출하는 대표적인 곳이 지하차고이다. 도장이 잘 되어 매끈한 지면에 비가 오는 날이면 물기가 많게된다. 이런 가운데 자동차를 돌리면 평상시에는 잘못 듣던 찍찍거리는 큰 소음을 듣기 쉽다. 이것은 핸들을 돌리고 있는 도중에 나는 소리를 말하는 것이 아니라 핸들이 이미 필요한 만큼 돌려져 자동차가 같은 반경으로 선회를 하고 있는 중에도 계속 발생한다. 바퀴들이 단지 구르기만 하는 것이 아니라, 바퀴들 사이에 밀고 당기고 하는 무슨 알력이 있어서 바퀴들이 미끄러지면서 나는 소리이다.

바퀴가 지면에 수직으로 접할 때에는 바퀴는 앞으로 똑바로 나아간다. 바퀴가 지면에 대해 기울어져 있을 때에는 바퀴는 앞으로 나아가면서 바퀴가 기운 방향으로 굽어져 곡선을 그리며 선회한다. 이 때, 바퀴가 기운 정도에 따라 바퀴가 그 리는 회전 반경이 달라진다. 이러한 것을 쉽게 볼 수 있는 것이 바닥에 동전을 굴릴 경우이며, 스페어 타이어를 굴릴 경우에도 쉽게 확인할 수 있다.

바퀴는 하나하나가 진행할 방향이 정해져 있다. 그것은 바퀴의 수평적 방향과 수직적 기울기에 의해 결정된다. 자동차의 모든 바퀴가 동심원 상에서 각각 원을 따라 움직이려고 한다면 자동차가 돌 때 바퀴들 사이에는 아무런 알력이 존재하지 않을 것이다.

자동차의 종래의 조향 장치는 이러한 원리가 무시된 채 만들어져 4 바퀴는 자동차의 회전 중심에서 그린 동심원 상에서 각각 접선 방향으로 직선으로 진행하려고 한다. 이 때에 앞 뒤 바퀴의 상호 작용에 의해 방향이 전환되도록 되어 있고, 방향 전환 중에는 계속해서 앞뒤 바퀴들 사이에 알력이 발생한다. 즉 이러한 알력에 의해 자동차가 좌우로 돌 수 있다고 해도 과언이 아니다. 자동차의 몸체에 의해 바퀴가 고정되어 있지 않다면 4 바퀴는 동심원 상에서 각각 접선 방향으로 직선으로 진행하여 4 개의 바퀴가 뿔뿔이 흩어지고 말 것이다.

자동차가 좌우로 돌 때 바퀴들 사이에서 계속 발생하는 알력은 바퀴의 일부분을 계속해서 지면에서 미끄러지게 한다. 이러한 미끄러짐은 곧 그 순간 바퀴가 지면으로부터 최대 마찰력을 얻을 수 없도록 한다. 자동차가 고속으로 달리면서 좌우로 돌면 자동차가 큰 원심력을 받기 때문이기도 하지만 원심력이 커지는 것과 동시에 회전 반경이 짧을수록 바퀴의 많은 부분에 미끄러짐이 발생하면서 바퀴의 지면에 대한 마찰력이 더욱 줄어들기 때문에 자동차가 쉽게 미끄러져서 조정 불능의 상태에 빠진다.

자동차의 4 바퀴가 자동차의 회전 중심에서 그린 동심원 상에서 원을 그리며 선회하게 하려면 바퀴축의 연장선이 동심원의 중심과 지면에서 만나게 바퀴를 기울여야 한다. 바퀴 하나하나가 동심원 상에서 동심원을 따라 나아가게 되면 바퀴들 사이에 알력은 존재하지 않는다. 바퀴의 일부가 지면에 대해 미끄러질 이유가 없는 것이고 바퀴의 지면에 대한 최대 마찰력은 계속 유지된다. 자동차가 좌우로 돌 때 바퀴가 지면에 최대 마찰력을 유지하면 자동차의 조향 성능 및 안정성이 증가한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 1은 간단한 바퀴를 보여 주고 있다. 흙 바닥 테니스 코트를 다지는 기구로 볼 수도 있다. 이러한 바퀴는 앞으로 굴리면 직선으로 바르게 나아가는 것을 누구나 알고 있다. 또한 방향 전환을 하기 힘들었던 경험을 가지고 있을 것이다. 테니스 코트에서 흙 다지는 기구를 제자리에서 방향 전환을 하고 나면 도 5의 자국이 남는데, 바퀴의 지면 접촉면 중에서 중심으로부터 가장자리로 갈수록 큰 동심원을 그리면서 길게 미끄러짐이 발생한 것을 알 수 있다. 이러한 바퀴가 앞으로 나아가면서 방향을 전환하면 미끄러진 자국이 눈에 쉽게 보이지는 않지만 바퀴의 양쪽 가장자리가 바닥에서 조금씩 미끄러져야 했었다는 것을 짐작할 수 있다. 도 11의 두 바퀴 궤적 중에서 안쪽 바퀴(35)의 궤적(37)을 살펴보자. 바퀴의 좌측 가장자리가 남긴 궤적과 바퀴의 우측 가장자리가 남긴 궤적의 길이는 서로 다르다. 바퀴의 좌측 가장자리의 반지름과 바퀴의 우측 가장자리의 반지름이 서로 같기 때문에 바퀴가 남기는 궤적의 길이는 같아야 할 것이다. 바퀴가 직진할 때 양쪽 궤적의 길이는 같다. 그러나 도 11과 같이 좌로 돌 때 두 궤적의 길이는 다르다. 이것은 곧 바퀴 의 회전 중에 바퀴의 양쪽 가장자리가 지면에서 조금씩 미끄러졌음을 확인할 수 있게 한다. 도 1과 같은 바퀴가 지면에서 전혀 미끄러짐이 없이 도 11에서 보인 것처럼 좌로 돌 수는 없는 것이다. 그것은 도 1의 바퀴 표면에 홈을 새겨서 기어를 만들었을 때를 상상해 보면 알 수 있다. 바퀴와 지면이 마치 래크와 피니언의 관계와 같을 때에, 래크 위에서 직진이 가능한 피니언은 좌우로 돌기가 불가능함을 알 수 있다.

도 3과 도 4는 바퀴가 자동차 또는 자전거처럼 틀에 연결되어 앞뒤 바퀴를 구성하였을 때에 직진하는 경우와 좌로 도는 경우를 각각 보여 주고 있다. 직진하는 성질을 가진 두 바퀴가 도 3과 같이 틀에 연결되어 두 바퀴의 진행 방향이 일치할 때에는 두 바퀴 사이에 아무런 알력이 존재하지 않는다. 두 바퀴는 직진할 것이다. 그러나 도 4에 보인 것과 같이 두 바퀴의 진행 방향이 다르면 두 바퀴는 각각 성질대로 직진할 수가 없다. 그것은 직진할 경우 두 바퀴 사이의 거리가 점차 멀어지기 때문이다. 두 바퀴를 연결한 틀이 거리가 멀어지는 것을 허락하지 않는다. 두 바퀴 사이에는 알력이 생기게 되고 결국 도 11에 보인 것과 같이 좌로 돌게 된다. 앞의 설명을 통하여 도 1의 바퀴가 도 11의 궤적을 그릴 경우에 바퀴가 지면에 대해 미끄러짐이 발생하는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 방식이 적용된 자동차의 모형을 도 14에서 볼 수 있다. 이러한 자동차에서는 좌측 앞뒤 바퀴(81과 83)와 우측 앞뒤 바퀴(82와 84)의 관계가 각각 도 4와 같다. 따라서 자동차가 좌우로 돌 때 바퀴와 지면 사이에서 많은 미끄러짐이 발생하게 된다.

도 6의 원뿔은 꼭지점을 중심으로 지면에서 회전한다. 물론 원뿔의 옆면 또 는 원뿔면과 지면 사이에 아무런 미끄러짐이 없다. 이러한 원뿔을 도 7과 같이 원뿔의 꼭지점에 가까운 일부를 절단한 원뿔대를 만들어 굴려도 도 6의 원뿔이 회전하는 것과 같은 원주를 회전한다. 도 8은 도 7의 원뿔대를 더 잘게 썬 한 조각이라고 해도 좋고, 동전이라고 해도 좋다. 이러한 것도 옆으로 기울어진 정도에 따라 앞으로 구를 때 다르게 구부러져 나아가는데, 도 8에서 보인 것처럼 중심 축이 지면과 만나는 점을 중심으로 회전한다. 두꺼운 종이를 원형으로 오리고 중심에 이쑤시개를 꽂아 쉽게 시험해 볼 수도 있다.

도 10은 도 7의 원뿔대를 바퀴로 하여 자동차나 자전거에 연결하여 앞뒤 바퀴를 구성하였을 때를 보여 주고 있다. 두 바퀴의 중심선은 정확히 지면의 한 점에서 만난다. 이러한 바퀴가 앞으로 나아갈 때의 궤적은 도 12에서 볼 수 있다. 도 10과 도 12에 나타난 두 개의 원뿔은 밑면의 지름은 같으나 원뿔의 높이는 다르다. 원뿔의 높이가 다르므로 그림에서의 중심선의 기울기도 다르다. 즉 앞바퀴(63)의 중심선(61)이 뒷바퀴(55)의 중심선(53)에 비해 길고 기울기도 낮다.

도 12는 도 10의 두 바퀴의 궤적을 그린 것이다. 각각의 바퀴가 궤적 위를 지나가는 동안 바퀴와 지면 사이에 아무런 미끄러짐이 생기지 않는다.

도 2 또는 도 8의 동전이나 자동차의 바퀴, 자전거의 바퀴 등이 도 10에 적용되어도 도 12와 같은 결과는 마찬가지이다. 모든 바퀴는 기울기에 따라 진행하는 방향이 달라지고, 바퀴가 정해진 코스를 따라 진행할 때에는 지면과의 미끄러짐이 발생하지 않는다.

본 발명에 따른 조향 시스템을 적용한 자동차의 바퀴 모양을 도 15에서 볼 수 있다. 뒤의 좌측 바퀴(103)와 우측 바퀴(104)는 좌로 기울어져서 바퀴축의 연장선이 지면에 있는 자동차의 회전 중심(115)과 만나도록 한다. 자동차가 좌로 돌기 위해 앞바퀴(101, 102)는 좌측으로 돌려진 상태에서 좌측으로 기울어진다. 결국 두 바퀴의 바퀴축의 연장선(105, 107)은 지면에 있는 자동차의 회전 중심(115)과 만난다. 이러한 조향 시스템은 종래의 많은 자동차에 적용되고 있는 것과 비교해 볼 때에 그 차이를 명확하게 알 수가 있다. 도 14에 있는 종래의 시스템은 그림과 같이 앞바퀴(81, 82)가 기울어지지는 않고 좌측으로 돌아가거나, 약간 기울어진다고 해도 지면에 있는 자동차의 회전 중심과 바퀴축의 연장선이 만나는 일은 없는 실정이다. 더욱이 뒷바퀴(83, 84)의 기울임은 고려되지 않고 있다. 따라서 이러한 조향 시스템은 자동차가 좌우로 돌 때 거의 모든 바퀴가 서로 알력이 생기고 지면과 부분적인 미끄러짐이 발생한다. 각각의 바퀴가 지면에 접촉하여 굴러가지 않고 바퀴의 일부가 미끄러지고 있다면 각각의 바퀴로부터 최대 정지 마찰력을 기대하는 것은 어렵다. 그렇기 때문에 이러한 자동차가 좌우로 돌 때 바퀴와 지면 사이의 마찰력 감소로 차가 미끄러지기 쉽다.

도 16에서는 이러한 조향 시스템을 적용하기 위한 실제적인 모델을 뒷바퀴를 중심으로 그려 보았다. 도 16은 위에서 본 모양이 아니라 뒤에서 본 모양이다. 링크 핀이 총 5개(123, 128, 139, 145, 149)가 적용된 5절 링크를 이루고 있는 것을 볼 수 있다. 링크 핀(123, 128, 139)은 상부측 휠 마운팅 어셈블리(122)에 속하기 때문에 상기 어셈블리(122)는 3관절로 링크되고, 링크 핀(145, 149)는 하부측 휠 마운팅 어셈블리(138)에 속하기 때문에 상기 어셈블리(138)은 2관절로 링크된다. 중앙의 수직 스티어링 암 링크 핀(128)은 동선을 안내하는 안내 판(127)에 있는 반 타원형 안내 홈(143)을 따라 움직이게 된다. 전기 모터(133)와 그에 접속한 웜(131)의 회전과 래크(132)의 작용에 따라 수직 스티어링 암 링크 핀(128)을 좌우로 움직이기 위한 수직 스티어링 암 컨트롤 로드(129)가 움직이면 수직 스티어링 암 링크 핀(128)은 안내 홈(143)을 따라 움직인다. 수직 스티어링 암 링크 핀(128)이 안내 홈(143)을 따라 움직이면 두 바퀴(121, 137)는 좌측 또는 우측으로 기울어지는데, 기울어질 때 두 바퀴는 계속 평행을 유지하지 않고 위쪽이 더 벌어지는 형태를 취하게 된다. 또한 아래의 타이 로드(147)가 차체의 하중을 받게 해야하며, 차체의 하중을 받을 때에 두 바퀴(121, 137)는 안쪽으로 쓰러지게 하는 힘을 받게 된다. 좌 수직 스티어링 암(125)과 우 수직 스티어링 암(141)이 이 힘을 받는데, 이러한 힘이 바퀴를 기울이는 역할을 담당한 전기 모터(133)의 회전에 부담이 되지 않도록 하여야 한다. 좌 수직 스티어링 암(125)과 우 수직 스티어링 암(141)이 수직 스티어링 암 링크 핀(128)으로 연결됨으로써 차체의 무게로 인해 두 바퀴(121, 137)가 안쪽으로 쓰러지게 하는 힘을 서로 상쇄하도록 한다. 또, 두 바퀴(121, 137)에 걸리는 힘의 차이에 의해 상쇄되지 못한 힘은 수직 스티어링 암 링크 핀(128)을 통해 안내 홈(143)의 벽에 일부가 흡수되고, 수직 스티어링 암 컨트롤 로드(129), 래크(132), 웜(131), 전기 모터(133)를 거쳐 모터측 링크 핀(135)에 전달 흡수된다. 전기 모터(133)의 회전은 차체 중량에 따른 직접적인 힘의 영향을 받지 않도록 한다.

도 16이 자동차의 앞바퀴에 적용될 경우에는 링크 핀(123, 145, 139, 149) 대신에 유니버설 조인트가 사용된다. 앞바퀴의 수평 방향 전환을 위해서는 종래의 조향 장치에서 사용하는 너클 암, 타이 로드와 조향 기어 등을 그대로 사용한다. 이러한 장치는 복잡하기도 하고 당업자라면 잘 알고 있는 부분이어서 도 16에서는 그리지 않았으며, 종래의 조향 장치는 자동, 수동, 현가 장치 형태 등에 따라서 다양한 방식의 장치가 있으며, 여기에서도 다양하게 적용할 수 있고, 본 발명과 무관하므로 설명을 생략한다.

도 17은 자동차가 좌로 돌 때 전기 모터(133)의 회전에 의해 뒷바퀴가 좌로 기울어진 모양을 보여 주고 있다.

당업자라면 자동차의 회전 반경과 앞바퀴의 수평 방향 전환 각도가 갖는 관계를 잘 알고 있을 것이다. 도 15를 참고로 핸들 조작에 따라 앞바퀴의 수평 방향 전환 각도가 정해지면 이 각도에 따른 바퀴의 지면에 대한 수직 방향 접지 각도는 간단한 계산을 통해서 얻을 수 있을 것이다. 또, 도 13 내지 도 15에서 본 발명의 목적 설명을 위해 생략한 캠버, 토인 등 앞바퀴 얼라인먼트를 위해 추가로 필요한 약간의 각도 변경은 잘 알고 있을 것이다. 본 발명에 앞바퀴 얼라인먼트를 적용하면 앞바퀴 회전축의 연장선은 자동차의 회전 중심과 정확히 만나지 않을 수 있으며, 자동차가 움직일 때에는 도로의 굴곡에 따라 현가 장치의 작용으로 바퀴가 아래 위로 움직이므로 4 바퀴가 항상 자동차의 회전 중심에서 바퀴 중심축의 연장선이 정확히 만나는 것은 아닌 것을 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 자명한 것이다. 따라서, 본 발 명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구 범위에 기재된 내용으로 정해져야만 할 것이다.

자동차가 좌우로 돌 때 바퀴가 미끄러지는 것은 자칫 큰 사고로 연결될 수 있어서 이것을 막기 위한 많은 노력이 진행되고 있다. 본 발명에 의한 조향 방법은 자동차가 좌우로 돌 때 미끄러짐을 방지하여 미끄러짐에 따른 사고를 예방하는 데에 큰 효과가 있을 것이 자명하다.

Claims (19)

1. 한 쌍의 뒷바퀴 상하부에 각각 좌우로 두 쌍의 너클 암이 설치되고,

   상기 하측 너클 암에는 링크 핀에 의하여 양단이 힌지회동하는 타이 로드가 설치됨으로써, 2관절로 링크되며;

   상기 상측 너클 암에는 링크 핀에 의하여 힌지회동하는 좌우 한 쌍의 좌우 수직 스티어링 암이 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀에 의하여 회동가능하게 연결됨으로써, 3관절로 링크되며;

   핸들 조작에 의하여 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도가 결정됨으로써, 뒷바퀴와 지면과의 최대 마찰력을 유지하는 것을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 타이 로드에는 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 반타원형의 안내홈이 구비된 안내판이 더 포함됨으로써, 뒷바퀴가 좌측 혹은 우측으로 기울어지게 하는 것을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와,

   일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 더 포함함으로써,

   상기 전기 모터가 구동되면, 상기 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경함을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
4. 핸들의 조작에 따라 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도가 변경됨으로써, 뒷바퀴 축의 연장선이 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 미끄러짐 예방 조향 장치에 있어서,

   상기 뒷바퀴의 일측에 설치되는 좌우 한 쌍의 일방 너클 암과,

   상기 일방 너클 암과 링크 핀에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드로 구성되는 일방 휠 마운팅 어셈블리;

   상기 뒷바퀴의 타측에 설치되는 좌우 한 쌍의 타방 너클 암과,

   상기 타방의 좌측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과,

   상기 타방의 우측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과,

   상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결 하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀으로 구성되는 타방 휠 마운팅 어셈블리; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 타이 로드를 구비하는 일방 휠 마운팅 어셈블리는 뒷바퀴의 하측에 설치되고, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀을 구비하는 타방 휠 마운팅 어셈블리는 뒷바퀴의 상측에 설치됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 안내판은 상기 타이 로드에 설치됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈임을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드;

   일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 링크 핀은 5절 링크에 의하여 힌지회동함을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 상기 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경함을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
12. 핸들의 조작에 따라 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 앞바퀴의 수직 방향 접지각도가 정해짐으로써, 앞바퀴 축의 연장선이 자 동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 미끄러짐 예방 조향 장치에 있어서,

    상기 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과,

    상기 하부 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드로 구성되는 하부 휠 마운팅 어셈블리;

    상기 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과,

    상기 상부 좌측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과,

    상기 상부 우측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과,

    상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과,

    상기 타이 로드에 설치되고, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판으로 구성되는 상부 휠 마운팅 어셈블리;

    일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드;

    일측은 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결되고, 타측은 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈임을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 앞바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경하고, 앞바퀴의 축을 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
15. 자동차의 앞바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 상부 너클 암과,

    상기 상부 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드와,

    상기 앞바퀴의 하측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과,

    상기 하부 좌측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과,

    상기 하부 우측 너클 암과 유니버설 조인트에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과,

    상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과,

    상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판과,

    일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와,

    일측에는 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 포함하여 구성되는 앞바퀴 휠 마운팅 어셈블리;

    자동차의 뒷바퀴의 하측에 설치되는 좌우 한 쌍의 하부 너클 암과,

    상기 하부 너클 암과 링크 핀에 의하여 양단이 회동가능하게 결합되는 타이 로드와,

    상기 뒷바퀴의 상측에 설치되는 좌우 한 쌍의 상부 너클 암과,

    상기 상부의 좌측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 좌 수직 스티어링 암과,

    상기 상부의 우측 너클 암과 링크 핀에 의하여 회동가능하게 결합되는 우 수직 스티어링 암과,

    상기 좌 수직 스티어링 암과 상기 우 수직 스티어링 암을 회동가능하게 연결하는 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과,

    상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀이 움직일수 있도록 가이드하는 안내홈이 구비된 안내판과,

    일측은 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀과 힌지결합되고, 타측은 래크가 구비되는 수직 스티어링 암 컨트롤 로드와,

    일측에는 상기 래크와 맞물리는 워엄이 구비되는 전기 모터를 포함하여 구성되는 뒷바퀴 휠 마운팅 어셈블리;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 안내홈은 좌우로 하향경사진 반타원형의 홈임을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 안내판은 타이 로드에 설치되고, 상기 전기모터는 상기 타이 로드와 링크 핀으로 연결됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 전기 모터가 구동되면, 워엄과 래크에 의하여 상기 수직 스티어링 암 컨트롤 로드가 직선운동을 하게 되며, 상기 중앙 수직 스티어링 암 링크 핀은 상기 안내홈을 슬라이딩하면서 이동함으로써, 앞, 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도를 변경하고, 앞, 뒷바퀴의 축을 자동차의 회전 중심이 위치한 지면을 향하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 앞, 뒷바퀴의 수직 방향 접지각도는 핸들 조작에 의하여 앞바퀴의 수평 방향 전환각도가 정해지면, 상기 전환각도에 따라 결정됨을 특징으로 하는 미끄러짐 예방 조향 장치.

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