KR20080035380A

KR20080035380A - 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조

Info

Publication number: KR20080035380A
Application number: KR1020060102013A
Authority: KR
Inventors: 김남호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-04-23
Also published as: KR101220350B1

Abstract

차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조가 개시된다. 개시된 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조는, 토션빔 액슬의 양쪽에 용접된 트레일링 암의 앞쪽에는 차체에 부착하기 위한 부시가 설치되며, 상기 부시는, 브라켓과, 상기 브라켓의 양 측면 외주면을 지지하며 설치된 외측 파이프와, 상기 외측 파이프의 내측에 설치된 고무와, 상기 고무 내측에 설치된 내측 파이프로 이루어진 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조에 있어서, 상기 부시의 상기 내측 파이프는, 회전 가능하게 설치되어 상기 부시의 가변 강성이 확보되도록 구비된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부시의 강성을 주행 상황에 맞게 가변시킬 수 있으므로, 종래에 양립할 수 없는 것으로 여겨지던 조종 안정성과 승차감을 동시에 향상시킬 수 있게 되었다.

트레일링 암, CTBA, 부시

Description

차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조{STRUCTURE OF BUSH OF TRAILING ARM FOR COUPLED TORSION BEAM AXLE FOR VEHICLE}

도 1은 일반적인 커플 토션빔 액슬 서스펜션의 구성을 나타내 보인 도면.

도 2는 도 1의 트레일링 암의 부시의 장착 상태를 나타내 보인 도면.

도 3은 종래의 문제점을 설명하기 위해 횡력이 가해질 때 커플 토션빔 액슬의 거동 상태를 개략적으로 나타내 보인 평면도.

도 4는 차량이 요철을 통과할 때 커플 토션빔 액슬의 거동 상태를 개략적으로 나타내 보인 측면도.

도 5는 종래의 트레일링 암의 부시 구조의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 6은 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 7은 도 6의 개략적인 부시 측면도.

도 8은 도 6의 조립도.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 11은 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구 조의 작동 알고리즘을 개략적으로 나타내 보인 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40. 부시

41. 브라켓

42. 외측 파이프

43. 고무

44. 내측 파이프

51. 모터

52. 볼트

60. 너트

70. 차체 브라켓

본 발명은 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중, 소형 차량의 후륜 현가장치로 주로 사용되고 있는 커플 토션빔 액슬(Coupled Torsion Beam Axle, 이하 CTBA라 함) 서스펜션(suspension) 구조의 트레일링 암 부시(trailing arm bush)의 강성을 조절하여 양립 불가능한 것처럼 여겨지던 조종 안정성과 승차감 두 가지 요소를 모두 만족시키기 위한 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조에 관한 것이다.

주로 소형차에 사용되는 CTBA 서스펜션은 도 1과 같은 구조로 되어 있다.

구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, CTBA의 기본적인 구성은, 토션빔 액슬(11)의 양쪽에 트레일링 암(12)이 용접되며, 이 트레일링 암(12)의 앞쪽에는 차체에 부착하기 위한 부시(13)가, 후방에는 스핀들, 댐퍼, 스프링이 장착되기 위한 브라켓(14)이 접합된다. 또한 강도 보강을 위한 보강판이 접합되기도 한다.

CTBA 현가장치는 단순한 부품으로 인하여 설계 성능 범위가 높지 않음에도 불구하고, 낮은 단가와 낮은 질량에 비해 상대적으로 높은 주행 안정성으로 소형차의 후륜 현가장치에 주류가 되고 있다.

그리고 CTBA 서스펜션에서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부시(13)를 통해 차체의 사이드 멤버(side member)(21)에 장착된다. 또한 상기 부시(13)는 양쪽 휠(wheel)을 통해 들어오는 전후력, 횡력 등의 힘을 부시(13)의 강성으로 받는 구조를 하고 있다.

즉, 상기 부시(13)의 강성은 휠이 받는 각종 힘에 따라 서스펜션의 거동에 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. 강성이 크면 힘에 대한 변위가 작아지고, 강성이 작아지면 힘에 대한 변위가 커짐으로써 서스펜션의 거동에 영향을 준다.

이러한 서스펜션의 거동은 차량의 조종 안정성과 승차감에 직결되는 요소이므로 결국 CTBA 서스펜션에서 부시(13)의 강성은 차량 전체의 안정성과 승차감을 결정짓는 중요 인자이다. 기존의 CTBA 서스펜션은 부시(13)의 강성이 설계시 결정되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 휠을 통해 횡력이 가해지면 CTBA는 횡방향 변위를 일으켜 토우(toe) 변화를 일으키게 된다. 특히, 토우아웃(toe-out)이 유도되어 선회시 오버스티어(over-steer)가 발생하게 되는 문제가 생긴다.

여기서 설계시 상기 부시(13)의 강성이 높게 설정되어 있으면, CTBA의 횡방향 거동 및 토우아웃 특성은 크게 줄일 수 있다.

하지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 노면의 요철(A) 등을 통과 할 때 부시(13)의 강성이 높으면 부시(13)를 중심으로 회전하는 트레일링 암(12)의 회전이 어려워지게 되고, 이는 승차감 저하 및 임팩트 하시니스(Impact Harshness)를 유발하게 된다.

한편, 상기한 도 4에서 도면부호 31은 타이어(tire)를 나타내 보인 것이고, 'C'는 휠 센터를 나타내 보인 것이다.

결과적으로 상기 부시(13)의 강성이 크면 조종 안정성이 유리해지는 반면 승차감에서는 악영향을 미치게 되는 것이다. 그 반대로 강성이 작으면 승차감은 좋아지나 안정성이 떨어지게 되어 실제 설계시 둘 사이를 트레이드 오프(trade-off) 해야 하는 문제점이 발생하게 된다.

다른 한편으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 부시(13)는 전체적으로 브라켓(13a)에 압입 되어 고정되어 있다. 그리고 기존의 CTBA는 내측 파이프(13b)를 통해 볼트, 너트 체결을 통해 차체에 고정 시켰다. 이러한 부시(13)의 강성은 움직이는 고무(13c)와 고정된 내측 파이프(13b)의 상대적인 비틀림을 통해 발생하게 된다. 그리고 도 5에서 도면부호 13d는 외측 파이프이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 트레일링 암의 부시의 강성이 고정된 것이 아니라, 주행 상황에 맞게 변할 수 있는 가변 타입(type)으로 변경하여 가변 강성이 확보되도록 한 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조는, 토션빔 액슬의 양쪽에 용접된 트레일링 암의 앞쪽에는 차체에 부착하기 위한 부시가 설치되며, 상기 부시는, 브라켓과, 상기 브라켓의 양 측면 외주면을 지지하며 설치된 외측 파이프와, 상기 외측 파이프의 내측에 설치된 고무와, 상기 고무 내측에 설치된 내측 파이프로 이루어진 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조에 있어서, 상기 부시의 상기 내측 파이프는, 회전 가능하게 설치되어 상기 부시의 가변 강성이 확보되도록 구비된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 6에는 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조는, 토션빔 액슬의 양쪽에 트레일링 암이 용접되며, 이 트레일링 암의 앞쪽에는 차체에 부착하기 위한 것이다.

구체적으로는, 상기 부시(40)는 브라켓(41)과, 이 브라켓(41)의 양 측면 외주면을 지지하며 설치된 외측 파이프(42)와, 이 외측 파이프(42)의 내측에 설치된 고무(43)와, 이 고무(43) 내측에 설치된 내측 파이프(44)로 이루어진다.

이때, 상기 부시(40)의 내측 파이프(44)는, 회전 가능하게 설치되어 부시(40)의 가변 강성이 확보되도록 구비된다.

보다 구체적으로는, 상기 내측 파이프(44)가 회전되도록 이 내측 파이프(44)의 중심에는 회전 가능하게 볼트(52)가 설치되고, 이 볼트(52)의 일단에는 볼트(52)를 고정하기 위한 너트(60)가 체결되며, 상기 볼트(52)는 모터(51)에 의해 회전된다. 이때, 상기 볼트(52)는 모터(51)와 일체로 이루어진다.

그리고 상기 볼트(52) 및 내측 파이프(44)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 기어(52a,44a)로 치합되어 회전하고, 상기 너트(60)는 내측에 기어(60a)가 형성되어 볼트(52)에 치합 체결된다.

상기와 같이 구성된 부시(40)는 도 8과 같이 차체 브라켓(70)에 체결된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조는, 중, 소형 차량의 후륜 현가장치로 주로 사용되고 있는 CTBA 서스펜션 구조의 트레일링 암의 부시(40)의 강성을 조절하여 양립 불가능한 것처럼 여겨지던 조종 안정성과 승차감 두 가지 요소를 모두 만족시킨 것으로, 이를 위해 상기 부시(40)의 강성이 고정된 것이 아니라, 주행 상황에 맞게 변할 수 있는 가변 타입으로 한 것이다.

이와 같이 가변 강성을 확보하기 위하여 부시(40)의 마운트를 모터(51)를 통해 하여, 모터(51)의 회전을 통해 부시(40)의 내측 파이프(44)가 회전할 수 있게 하였다.

구체적으로는, 상기 부시(40)의 내측 파이프(44)를 기어(44a)로 바꾸고, 볼트(52)로 마운트 되던 것을 모터(51)를 통해 차체에 마운트될 수 있게 하여 내측 파이프(44)가 회전할 수 있게 하였다.

즉, 기존에 고정된 부시(40)의 내측 파이프(44)를 회전시켜 부시(40)의 가변 강성을 확보한 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이, ①,②는 부시(40)의 고무(43)의 비틈림 방향이고, ③,④는 모터(51)의 회전 방향이다.

만약, 상기 부시(40)의 고무(43)가 ①의 방향으로 비틀리고 있을 때, 모터(51)의 회전 방향을 ④의 방향(같은 방향)으로 해주면 부시(40)의 내측 파이프(44)와 고무(43) 사이의 상대적 비틀림 양은 작아지게 되어 결국 강성이 작아지는 효과를 얻을 수 있다.

반대로, 모터(51)를 ③의 방향(반대 방향)으로 회전시키면 고무(43)와 내측 파이프(44) 사이의 비틀림은 내측 파이프(44)가 고정되어 있을 때보다 커지게 되어 강성이 커지는 효과를 얻을 수 있게 된다.

구체적인 작동 예를 들어 설명한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 차량의 선회시 외륜은 범프(bump)하게 되고(a 방향), 내륜은 리바운드 하게 된다.(b 방향) 이때, 외륜은 횡력에 의해 토우아웃이 유발되어 오버스티어를 유발하게 된다.

이를 억제하기 위하여 부시(40)의 강성을 증가시켜 CTBA의 횡방향 요동을 막는데 모터(51)의 회전 방향을 d 방향으로 한다. 내륜 역시 모터(51)의 회전 방향을 부시(40)의 고무(43)의 비틀림 방향과 반대로 하여 강성을 증대시킨다. 직진 주행시에 노면의 둔턱이나 돌기를 넘을 때 트레일링 암은 a방향으로 범프하게 되는데, 이때에는 부시(40) 강성이 클 경우 승차감 저하 및 임팩트 하시니스가 발생하게 된다.

이에 모터(51)를 c방향으로 회전시켜 부시(40)의 강성을 줄여주어 승차감을 향상시키게 된다. 즉, 차량 주행 상황에 따라 부시(40)의 강성을 변화시켜 조종 안정성과 승차감을 동시에 향상시키는 것이다.

도 11에는 본 발명에 따른 작동 알고리즘을 개략적으로 나타내었다.

도시된 바와 같이, 각 센서(101)에 의해 차량의 주행 상황을 실시간으로 체크하여 ECU(102)로 보내고, 이 ECU(102)에서 계산되거나 맵핑(mapping)된 정보에 의해 최적의 부시(40) 강성을 찾고, 이에 맞는 모터(51)의 회전 방향과 회전량을 결정하여 모터(Actuator)(51)로 신호를 보내고 이에 따라 부시(40)의 강성이 변화하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

부시의 강성을 주행 상황에 맞게 가변시킬 수 있으므로, 종래에 양립할 수 없는 것으로 여겨지던 조종 안정성과 승차감을 동시에 향상시킬 수 있게 되었다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

토션빔 액슬의 양쪽에 용접된 트레일링 암의 앞쪽에는 차체에 부착하기 위한 부시가 설치되며, 상기 부시는, 브라켓과, 상기 브라켓의 양 측면 외주면을 지지하며 설치된 외측 파이프와, 상기 외측 파이프의 내측에 설치된 고무와, 상기 고무 내측에 설치된 내측 파이프로 이루어진 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조에 있어서,

상기 부시의 상기 내측 파이프는, 회전 가능하게 설치되어 상기 부시의 가변 강성이 확보되도록 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조.
제1항에 있어서,

상기 내측 파이프가 회전되도록 상기 내측 파이프의 중심에는 회전 가능하게 볼트가 설치되고, 상기 볼트의 일단에는 상기 볼트를 고정하기 위한 너트가 체결되며, 상기 볼트는 모터에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조.
제2항에 있어서,

상기 볼트와 상기 모터는 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조.
제2항에 있어서,

상기 볼트 및 상기 내측 파이프는 기어로 치합되어 회전하는 것을 특징으로 하는 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조.
제4항에 있어서,

상기 너트는 내측에 기어가 형성되어 상기 볼트에 체결되는 것을 특징으로 하는 차량용 커플 토션빔 액슬의 트레일링 암의 부시 구조.