KR20080009958A - 차량의 스트러트 타입 현가장치 - Google Patents

Abstract

2중 코일 스프링을 적용하여 작용 하중에 대한 상쇄효과를 통해 코일 스프링에 의한 회전 모우멘트를 감소시켜 차량의 쏠림을 방지할 수 있도록 한 자동차의 스트러트 타입 현가장치를 제공할 목적으로

휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와, 상기 휠 캐리어의 하단부를 차체와 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과, 코일 스프링과 쇽 업소오버가 일체로 형성되어 상단부가 차체에 현가 지지되고, 하단부가 상기 휠 캐리어의 상단과 연결되는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지는 현가장치에 있어서,

상기 코일 스프링을 선경이 굵고 코일 중심경이 큰 제1 스프링과, 선경이 가늘고 코일 중심경이 작은 제2 코일 스프링으로 형성하여 상기 제2 코일 스프링이 상기 제1 코일 스프링 내측으로 삽입되어 장착되도록 하되, 상기 제1, 2 코일 스프링의 스프링 상수는 동일하게 하고, 나선 방향을 상호 반대가 되도록 감아 형성한 자동차의 스트러트 타입 현가장치를 제공한다.

나선방향. 코일 스프링

Description

차량의 스트러트 타입 현가장치{STRUT TYPE SUSPENSION SYSTEM FOR VEHICLE}

도 1은 일반적인 스트러트 타입 현가장치의 정면도.

도 2는 도 1에 적용되는 코일 스프링의 정면도.

도 3은 도 1에서 코일 스프링 부분만을 발췌하여 도시한 도면.

도 4는 종래 코일 스프링의 상,하 접촉점 위치를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 적용되는 제1 코일 스프링의 정면도.

도 6은 본 발명에 적용되는 제2 코일 스프링의 정면도.

도 7은 본 발명에 의하여 제1, 2 코일 스프링이 결합된 상태의 단면도.

도 8은 본 발명에 적용되는 제1 코일 스프링의 압축시 접촉점의 이동 상태를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명에 적용되는 제2 코일 스프링의 압축시 접촉점의 이동 상태를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 자동차의 전륜에 적용되는 스트러트 타입 현가장치에 관한 것으로서, 2중 코일 스프링을 적용하여 작용 하중에 대한 상쇄효과를 통해 코일 스프링에 의한 회전 모우멘트를 감소시켜 차량의 쏠림을 방지할 수 있도록 한 자동차의 스트러트 타입 현가장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 현가장치는 차체와 휠 사이에 존재하며, 이 두 강체를 하나 혹은 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 상하방향으로는 스프링과 유압 쇽 업소오버등에 의해 지지되고, 기타방향으로는 높은 강성과 유연성을 적절히 조화시킴으로써, 차체와 휠 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시키는 기능을 수행하게 된다.

이러한 현가장치는 여러 종류로 개발되어 실차에 적용되고 있는데, 승용차의 전륜에 주로 적용되고 있는 스트러트형 현가장치의 구성을 살펴보면, 도 1 에서와 같이, 휠(2)을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어(4)는 그 하단이 로워 컨트롤 아암(6)을 개재시켜 차체와 연결되고, 상단이 코일 스프링(8)과 쇽 업소오버(10)가 일체로 형성되는 스트러트 어셈블리(12)와 일체로 형성된다.

이에따라 노면으로부터 입력되는 진동 및 충격이 스트러트 어셈블리에 의해 감쇠되어 차체에 전달되는 진동과 충격을 최소화하게 되는 것이다.

이러한 전륜 현가장치에 있어서는 몇가지의 조건에 의하여 쏠림(SELF STEER)이 발생하게 되는데, 그 원인은 현가장치의 부품 조립시 설계시에 제시한 범위를 벗어난 일부 부품의 조립으로 현가장치의 지오메트리가 초기에 의도한 것과 다르게 움직이는 것으로 추정하고 있다.

그리고 코일 스프링(8)에 의한 하중도 차량 쏠림에 기여하는 하나의 인자로 파악되고 있는데, 이는 코일 스프링(8)이 압축시 스프링 시트에 전하는 하중이 코 일 스프링(8)의 장착방향과 일치하는 것으로 가정하고 있으나, 실제의 경우 코일 스프링(8)이 압축되면서 하중 방향이 바뀌게 되며, 이는 코일 스프링(8)이 선간 접촉 현상이 발생할 경우 더 확실하게 나타난다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 쇽 업오버(10)에 사용되는 코일 스프링(8)은 도 2에서와 같이 나선형으로 구성되어 있는 바, 압축이 이루어지더라도 서로 동일한 비율로 압축되어 스프링이 접촉되는 현상은 발생되지 않는다.

그러나 코일 스프링(8)의 상,하부 종단부(A)(B)에서는 스프링 선간 거리가 중심 구간(C)에 비하여 짧기 때문에 코일 스프링(8)이 압축될 경우 중심 구간(C)에서 접촉이 이루어지지 않는다고 하더라도 상,하 종단부(A)(B)에서는 선간 접촉 현상이 발생한다.

이는 도 3에서와 같이 스프링 시트(14)와 코일 스프링(8)으로 구성된 해석모델을 통해 코일 스프링(8)에 압축 하중을 부여하면서 해석하여 보면 스프링 종간부(A)(B)에서 접촉이 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, 스프링 선간 접촉이 일어나면 스프링 작용 하중의 방향이 바뀌게 되어 설계 초기에 의도한 스프링 장착 방향으로만 하중이 작용하지는 않게 되며, 의도하지 않은 하중 성분은 차량 쏠림에 기여하게 된다.

구체적으로는 도 3에서와 같이 스프링의 선간 접촉이 발생하게 되면, 코일 스프링(8)의 작용 하중은 상, 하부의 접촉점(D)(E)을 연결하는 직선방향으로 작용하게 되는데, 이는 스프링 선간 접촉이 발생하게 되면 접촉 이후의 구간에서는 코일 스프링(8)의 압축이 이루어지지 않음으로써, 하중을 발생시키지 않기 때문이다.

도 4는 코일 스프링(8)을 스프링 장착 방향으로 본 평면도로서, 도 5의 화살표는 상,하 접촉점(D)(E)을 잇는 직선으로서 스프링의 작용 하중 방향을 나타내는데, 이는 스프링 축 중심(F)과 일치하지 않으며, 이로 인하여 스프링 축 중심(F)에 대한 횡방향 하중 성분과 축에 대한 회전 모멘트 성분이 발생하게 된다.

상기에서 횡방향 하중 성분은 스프링 시트와 연결된 고정 구조로서 중요치는 않으나, 현가장치의 구조상 조향 장치를 통해 제어하지 않는 한 스프링의 축방향 회전 모멘트 성분은 쇽 업소오버가 축방향에 대해 회전하도록 작용하여 차량 쏠림을 유발하게 되는 것이다.

상기와 같은 점을 종합하여 볼 때 종래 스트러트형 현가장치에 있어서는 코일 스프링이 압축되면 접촉구간이 많아지면서 접촉점의 위치가 이동하게 되고, 이러한 접촉점의 이동에 의하여 하중 방향이 바뀌게 되고, 회전 모우멘트 성분도 그 크기와 방향이 달라지게 됨으로써, 차량의 쏠림 현상이 발생된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 2중 코일 스프링을 적용하여 작용 하중에 대한 상쇄효과를 통해 코일 스프링에 의한 회전 모우멘트를 감소시켜 차량의 쏠림을 방지할 수 있도록 한 자동차의 스트러트 타입 현가장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와, 상기 휠 캐리어의 하단부를 차체와 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과, 코일 스프링과 쇽 업소오버가 일체로 형성되어 상단부가 차체에 현가 지지되고, 하단부가 상기 휠 캐리어의 상단과 연결되는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지는 현가장치에 있어서,

상기 코일 스프링을 선경이 굵고 코일 중심경이 큰 제1 스프링과, 선경이 가늘고 코일 중심경이 작은 제2 코일 스프링으로 형성하여 상기 제2 코일 스프링이 상기 제1 코일 스프링 내측으로 삽입되어 장착되도록 하되,

상기 제1, 2 코일 스프링의 스프링 상수는 동일하게 하고, 나선 방향을 상호 반대가 되도록 감아 형성한 자동차의 스트러트 타입 현가장치를 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5와 도 6은 본 발명에 적용되는 제1, 2 코일 스프링을 도시한 것으로서, 본 발명에서는 선경(g)이 굵고 코일 중심경(G)이 큰 제1 스프링(50)과, 선경(h)이 가늘고 코일 중심경(H)이 작은 제2 코일스프링(52)를 이용하였다.

상기 제1, 2 코일 스프링(50)(52)의 스프링 상수가 동일하여 형성하되, 도 7에서와 같이 제1 코일 스프링(50)에 내측으로 삽입되어 장착될 수 있도록 형성한다.

그리고 제1 코일 스프링(50)과 제2 코일 스프링(52)은 나선 방향을 상호 반대가 되도록 하며, 상기 제1, 2 코일 스프링(50)(52)의 스프링 상수의 합이 하나의 코일 스프링을 적용한 기존 코일 스프링의 스프링 상수와 동일하도록 각각 기존 스 프링 상수의 1/2이 되도록 형성하였다.

상기와 같이 이루어지는 제1, 2 코일 스프링(50)(52)은 도 7에서와 같은 상태에서 쇽 업소오버에 장착된다.

그러면 제1,2 코일 스프링(50)(52)의 스프링 상수는 동일하므로 압축량은 동일하고, 접촉 시점도 동일하되, 제1, 2 코일 스프링(50)(52)은 코일 나선의 진행 방향이 서로 반대방향으로 이루어졌기 때문에 접촉점의 이동방향도 서로 반대가 된다.

이에 따라 각각의 제1, 2 코일 스프링(50)(52)의 상,하 접촉점(I)(J), (K)(L)을 연결하는 직선으로 작용하는 스프링의 작용 하중이 도 8 및 도 9에서와 같이 스프링 축 중심(M)에 대하여 대칭이 되면서 작용하게 된다.

이와 같이 제1, 2 코일 스프링(50)(52)의 작용 하중 방향이 스프링 중심축(M)에 대하여 대칭되므로 제1, 2 코일 스프링(50)(52)에 의해 생성된 회전 모우멘트 성분은 서로 상쇄하게 된다.

그리고 제1, 2 코일 스프링(50)(52)은 스프링 상수가 동일하므로 동일한 압축량에 발생한 작용 하중도 동일하며, 결과적으로 회전 모멘트 성분도 그 크기가 동일하여 서로 상쇄가 가능하게 되는 것이다.

즉, 본 발명에서는 2중 코일 스프링을 적용함으로써, 제1, 2 코일 스프링(50)(52)이 압축되어 접촉점이 이동하여도 도 8과 도 9의 우측 도면과 같이 코일 스프링 및 쇽 업소오버를 회전시키는 회전 모멘트 성분이 모두 상쇄되기 때문에 쇽 업소오버가 축방향으로 회전하지 않게 됨으로써, 차량의 쏠림 현상을 개선할 수 있 게 되는 것이다.

그리고 2개의 코일 스프링의 작용 하중 상쇄 효과로 인하여 초기에 의도하지 않았던 횡방향 하중 성분과 회전 모멘트 성분을 감소시킬 수 있는 바, 스프링의 거동을 보다 정확하게 예측할 수 있어 현가 장치의 설계에 정밀도를 기할 수 있게 도니다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 스프링 상수는 동일하되, 커일 나선 방향을 상호 반대로 형성하여 2중 코일 스프링으로 적용함으로써, 코일 스프링 및 쇽 업소오버를 회전시키는 회전 모멘트 성분이 모두 상쇄되는 바, 쇽 업소오버의 축방향을 방지하여 차량의 쏠림 현상을 개선할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와, 상기 휠 캐리어의 하단부를 차체와 연결하여 주는 로워 컨트롤 아암과, 코일 스프링과 쇽 업소오버가 일체로 형성되어 상단부가 차체에 현가 지지되고, 하단부가 상기 휠 캐리어의 상단과 연결되는 스트러트 어셈블리를 포함하여 이루어지는 현가장치에 있어서,

   상기 코일 스프링을 선경이 굵고 코일 중심경이 큰 제1 스프링과, 선경이 가늘고 코일 중심경이 작은 제2 코일 스프링으로 형성하여 상기 제2 코일 스프링이 상기 제1 코일 스프링 내측으로 삽입되어 장착되도록 하되,

   상기 제1, 2 코일 스프링의 스프링 상수는 동일하게 하고, 나선 방향을 상호 반대가 되도록 감아 형성함을 특징으로 자동차의 스트러트 타입 현가장치.

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