KR20080054772A - 현가장치용 부시 및 이를 포함하는 커플드 토션빔 액슬형현가장치 - Google Patents

현가장치용 부시 및 이를 포함하는 커플드 토션빔 액슬형현가장치 Download PDF

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KR20080054772A
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김남호
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현대자동차주식회사
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Abstract

각 부위별 강성을 조절할 수 있도록 구성되어 토우 아웃 및 오버 스티어 현상을 방지하는 부시 및 이를 구비하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치가 제공된다.
본 발명에 의한 현가장치용 부시는, 내측파이프와 외측파이프 사이에 결합되는 댐퍼부를 포함하는 현가장치용 부시에 있어서, 상기 댐퍼부 내부에 둘 이상의 공기실이 마련되도록 구성된다. 또한 본 발명에 의한 커플드 토션빔 액슬형 현가장치는, 상기와 같이 구성되는 부시와, 상기 각 공기실로 공기를 유입시키거나 상기 각 공기실 내부의 공기를 외부로 유출시키는 에어펌프와, 상기 각 공기실과 공압펌프 사이에 각각 장착되어 상기 각 공기실 내의 공기 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 각 압력조절밸브를 개폐시키는 솔레노이드밸브를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 현가장치용 부시 및 이를 구비하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치는, 주행 조건에 따라 부시의 부위별 강성이 독립적으로 조정되므로, 토우 아웃의 경향을 줄일 수 있고, 승차감을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
현가장치, 부시, 댐퍼, 공기실, 강성, 가변

Description

현가장치용 부시 및 이를 포함하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치{Bush for suspension and Coupled torsion beam axle type suspension including the same}
도 4는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 정면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 커플드 토션빔 액슬형 현가장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 사용예를 도시한다.
도 9는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 제2 실시예 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 내측파이프 200 : 댐퍼부
300 : 외측파이프 400 : 압력조절밸브
500 : 솔레노이드밸브 600 : 에어펌프
700 : 전자제어장치 800 : 센서
본 발명은 현가장치에 사용되는 부시(Bush) 및 이를 구비하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 각 부위별 강성을 조절할 수 있도록 구성되어 토우 아웃 및 오버 스티어 현상을 방지하는 댐퍼 및 이를 구비하는 현가장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 현가장치는 차체와 차륜을 연결하는 것으로서, 주행 중 노면으로부터 받는 충격이나 진동을 흡수하여, 차체의 운동 억제와 차륜의 지지 및 차륜의 하중 변화를 최소화하면서 노면과 접지 상태의 유지 등과 같은 역할을 수행
하여 승차감과 자동차의 안정성을 향상시키는 것이다.
이를 위해, 현가장치에서는 주행 중 노면으로부터 가해지는 상하 방향의 힘과 충격은 스프링과 쇽 업소버에 의해 흡수되고, 전후 및 횡 방향으로 작용하는 힘은 현가장치를 구성하고 있는 각종 링크류의 부품에 의해 지지되고 있다.
이와 같은 기능을 수행하는 현가장치에는 다양한 형태가 있는 바, 그 중에서 반 독립식 후륜 현가장치의 한 종류인 토션빔 액슬형(CTBA;coupled torsion beam axle) 현가장치는 도 1에 도시된 바와 같다.
즉, 차체의 길이 방향을 따라 배치되는 좌/우측 트레일링 아암(1)과, 상기 좌/우측 트레일링 아암(1) 사이를 연결하도록 차체의 폭 방향을 따라 배치되는 토션빔 액슬(3) 및, 상기 토션빔 액슬(3)의 내부에서 상기 좌/우측 트레일링 아암 사 이를 연결하는 토션 바아(도시안됨) 등을 갖춘 구조로 이루어진다.
또한, 상기 트레일링 아암(1)의 후방 부위에는 차륜(5)이 설치되고, 상기 트레일링 아암(1)의 전방 부위에는 마운팅 부시(7)를 매개로 차체에 연결되는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 마운팅 부시(7)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내통(7a)과 외통(7b) 사이에 댐퍼(7c)가 접착되어 고정되고, 상기 내통(7a)은 장착용 볼트(9)를 매개로 차체에 고정된 장착용 브라켓(11)에 지지되어 차체에 고정되어진다.
상기와 같은 구성을 가지는 종래 토션빔 액슬형의 현가장치에서는 구조가 비교적 간단하여 차량에 있어 점유하는 공간이 작고, 장착이 용이하며, 무게가 작게 나가고, 추가의 안티 롤 바아의 구성이 필요없다는 장점이 있다.
또한, 토션빔 액슬형의 현가장치는 주행중 롤(roll) 시 캠버의 변화가 작고, 제동시 차체의 후미가 들리는 현상이 작기 때문에, 중/소형의 전륜 구동형 자동차에서 후륜 현가장치로 널리 적용되고 있는 실정이다.
그런데, 상기와 같은 구성의 종래 토션빔 액슬형 현가장치를 적용한 차량에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 선회시 상기 차륜(5)에 횡력(F)이 작용하게 되는 데, 즉, 정상 상태에서 일점 쇄선으로 도시된 현가장치가 횡방향으로 밀리면서 실선으로 도시된 바와 같이, 선회 외측의 후방에 위치한 차륜(5)이 차체쪽으로 밀려 들어오면서 토우 아웃(toe out)되는 방향으로 회전하게 된다.
이와 같이 후륜의 휠 얼라인먼트가 선회시 토우 아웃으로 변화되면, 선회 반 경이 작아지는 바람직하지 못한 오버 스티어(over steer; 과대 조향) 현상이 발생되어 선회의 안정성에 악영향을 미치게 된다.
이와 같은 토우 아웃의 주요 원인으로는 선회에 따라 발생되는 횡력(F)에 의해, 선회 외측에 위치하고 있는 마운팅 부시(7;도면 기준으로 좌측에 위치함)가 후방으로 밀리고, 선회 내측에 위치하고 있는 마운팅 부시(7; 도면 기준으로 우측에 위치함)가 전방으로 밀리면서 발생되는 것이다.
이 경우, 좌/우측 마운팅 부시(7)의 변형에 따른 차량의 종방향 성분 차이를 마운팅 부시(7) 사이의 거리로 나눈 값이 토우아웃 각도(θ)에 해당되는 바, 상기 토우 아웃의 각도(θ)는 마운팅 부시(7) 사이의 거리와, 마운팅 부시(7)와 차륜(5)의 중심과의 사이의 거리에 의해 결정되는 것으로 알려지고 있다.
아울러, 상기와 같은 기하학적 인자를 제외하면, 상기 토우 아웃의 각도(θ)는 상기 마운팅 부시(7)의 댐퍼(7c)에 대한 차량의 종방향 강성(k)에 의해 결정되는 것으로 알려지고 있다.
이 경우, 상기 마운팅 부시(7)의 댐퍼(7c)에 대한 종방향 강성(k)을 크게 하면, 선회시 토우 아웃의 경향을 줄일 수 있으나, 부시의 진동 및 충격 절연의 성능이 저하되어 차량의 승차감을 저해시키는 문제가 있었다.
이와는 반대로, 상기 마운팅 부시(7)의 종방향 강성(k)을 작게 하면, 부시의 진동 및 충격 절연의 성능이 향상되어 차량의 승차감이 좋아지는 반면에 선회 시 토우 아웃의 경향이 증가되는 문제가 있었다.
즉, 상기 마운팅 부시(7)의 종방향 강성(k)의 값에 대한 적정의 설정은 선회 시 토우 아웃의 정도와, 주행 중 승차감에 대한 정도를 각각 동시에 만족시키는 데 어려움이 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주행 조건에 따라 부위별 강성이 독립적으로 조정됨으로써 토우 아웃의 경향을 줄임과 동시에 승차감 저해를 방지할 수 있도록 구성되는 현가장치용 부시 및 이를 구비하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 현가장치용 부시는,
내측파이프와 외측파이프 사이에 결합되는 댐퍼부를 포함하는 현가장치용 부시에 있어서,
상기 댐퍼부는 내부에 둘 이상의 공기실이 마련되도록 구성된다.
상기 공기실은,
차량의 진행방향을 기준으로, 전방 좌측에 형성되는 제1 공기실과, 전방 우측에 형성되는 제2 공기실과, 후방 좌측에 형성되는 제3 공기실과, 후방 우측에 형성되는 제4 공기실을 포함한다.
상기 댐퍼부는 독립된 둘 이상의 댐퍼를 포함하도록 구성되고,
상기 각 댐퍼에는 하나 이상의 공기실이 형성된다.
본 발명에 의한 커플드 토션빔 액슬형 현가장치는,
상기와 같이 구성되는 부시;
상기 각 공기실로 공기를 유입시키거나 상기 각 공기실 내부의 공기를 외부로 유출시키는 에어펌프;
상기 각 공기실과 공압펌프 사이에 각각 장착되어, 상기 각 공기실 내의 공기 압력을 조절하는 압력조절밸브; 및
상기 각 압력조절밸브를 개폐시키는 솔레노이드밸브
를 포함하여 구성된다.
상기 솔레노이드밸브는 차량의 전자제어장치(Electronic Control Unit)에 의해 동작이 제어되도록 구성된다.
차량의 운전 조건에 관련된 정보를 감지하여 상기 전자제어장치로 전달하는 센서부를 더 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 현가장치용 부시 및 이를 포함하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 평면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 정면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 커플드 토션빔 액슬형 현가장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
본 발명에 의한 현가장치용 부시는, 중공 형상의 내측파이프(100)와, 내측면이 상기 내측파이프(100)의 외측면과 일정 간격 이격되도록 상기 내측파이프(100)를 둘러싸는 외측파이프(300)와, 상기 내측파이프(100)와 외측파이프(300) 사이에 결합되는 댐퍼부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 댐퍼부(200)는, 내부로 공기가 유입되거나 내부의 공기가 외부로 유출될 수 있도록 구성되는 공기실이 구비되어, 상기 공기실의 공기압이 높이거나 낮춤으로써 강성이 가변될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 부시는 운행조건에 따라 댐퍼의 강성이 변경될 수 있으므로, 보다 안전한 주행과 보다 편안한 승차감을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
상기 댐퍼부(200)는, 차량의 진행방향을 기준으로 전방 좌측에 형성되는 제1 댐퍼(210)와, 전방 우측에 형성되는 제2 댐퍼(220)와, 후방 좌측에 형성되는 제3 댐퍼(230)와, 후방 우측에 형성되는 제4 댐퍼(240)로 구성된다. 이때, 상기 각 댐퍼(210, 220, 230, 240)에는 각각 제1 공기실(212)과 제2 공기실(222)과 제3 공기실(232)과 제4 공기실(242)이 마련된다.
이와 같이 상기 댐퍼부(200)가 독립된 다수의 댐퍼(210, 220, 230, 240)로 구성되고, 각 댐퍼(210, 220, 230, 240)의 내부에 공기실이 하나씩 마련되면, 상기 각 공기실(212, 222, 232, 242)에 채워진 공기의 압력을 개별적으로 조절함으로써 각 부위의 강성을 상이하게 설정할 수 있게 된다.
즉, 큰 강성이 요구되는 부위의 공기실에는 공기압을 높이고, 작은 강성이 요구되는 부위의 공기실에는 공기압을 낮춤으로써, 상기 댐퍼부(200)가 한쪽 방향으로 찌그러져 변형되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 각 댐퍼(210, 220, 230, 240)는 내부에 둘 이상의 공기실이 독립적으로 형성될 수도 있다. 이와 같이 공기실의 수가 증가되면 보다 댐퍼부(200)의 부위별 강성 조정을 정교하게 할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의한 커플드 토션빔 액슬형 현가장치는, 상기 언급한 바와 같이 구성되는 부시와, 상기 각 공기실로 공기를 유입시키거나 상기 각 공기실 내부의 공기를 외부로 유출시키는 에어펌프(600)와, 상기 각 공기실과 공압펌프 사이에 각각 장착되어, 상기 각 공기실 내의 공기 압력을 조절하는 압력조절밸브(400) 및 상기 각 압력조절밸브(400)를 개폐시키는 솔레노이드밸브(500)와, 상기 솔레노이드밸브(500)를 동작시키는 전자제어장치(700)(Electronic Control Unit)와, 차량의 운전 조건에 관련된 정보를 감지하여 상기 전자제어장치(700)로 전달하는 센서부(800)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 센서부(800)는 차량의 속도를 감지하는 센서와, 차량의 롤링(Rolling) 현상을 감지하는 센서와, 차량에 인가되는 횡력을 감지하는 센서 등 차량의 운전 조건에 관련된 정보를 감지하는 여러 종류의 센서를 포함하도록 구성됨이 바람직하다.
상기 압력조절밸브(400)는 유입밸브(410)와 유출밸브(420)로 구분될 수 있다. 상기 유입밸브(410)는 상기 공기실(212, 222, 232, 242)로 유입되는 방향으로만 공기가 흐를 수 있도록 구성되어, 상기 공기실(212, 222, 232, 242) 내부로 공기를 유입시킬 때 상기 공기실(212, 222, 232, 242) 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 또한 상기 유출밸브(420)는 상기 공기실(212, 222, 232, 242) 내부로부터 외부로 유출되는 방향으로만 공기가 흐를 수 있도록 구성되어, 상기 공기실(212, 222, 232, 242) 내부의 공기를 외부로 유출시킬 때 상기 공기실(212, 222, 232, 242) 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 이때, 본 실시예에서는 상기 유입밸브(410)와 유출밸브(420)가 각각 별도로 형성된 경우를 설명하고 있으나, 상기 유입밸브(410)와 유출밸브(420)는 공기의 흐름방향을 선택적으로 바꿀 수 있도록 구성되는 양방향밸브로 일체화될 수도 있다.
상기 솔레노이드밸브(500)는 상기 유입밸브(410)와 연통된 유로와 상기 유출밸브(420)와 연통된 유로 중, 어느 하나의 유로만이 개방될 수 있도록 상기 압력조절밸브(400)를 동작시키기 위한 구성요소로서, 차량에 탑재되는 전자제어장치(700)에 의해 구동된다.
또한 상기 전자제어장치(700)는 차량의 주행상태를 감지하는 센서부(800)로부터 신호를 전달받아, 상기 각 공기실(212, 222, 232, 242) 내부의 공기압력이 조 절될 수 있도록 상기 솔레노이드밸브(500)를 구동시킨다. 예를 들어, 차량이 둔턱을 넘을 때에는 부시의 앞쪽 즉, 제1 공기실(212)과 제2 공기실(222)이 형성된 부위에 충격력이 집중적으로 인가되므로, 상기 전자제어장치(700)는 상기 제1 공기실(212)과 제2 공기실(222) 내의 공기압력이 낮아지도록 상기 솔레노이드밸브(500)를 동작시킴으로써, 인가되는 충격력을 최대한 흡수하여 승차감이 향상되도록 한다. 또한, 일반도로 직진 주행 시에는, 상기 전자제어장치(700)는 모든 공기실(212, 222, 232, 242) 내의 공기압력이 낮아지도록 상기 솔레노이드밸브(500)를 동작시킴으로써, 전반적인 승차감이 향상되도록 한다.
도 8은 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 사용예를 도시한다.
차량 선회 시 우측방향에 횡력이 인가될 때 상기 댐퍼부(200)의 각 부위가 동일한 강성을 갖는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 제2 공기실(222)이 형성된 부위와 제3 공기실(232)이 형성된 부위가 압축되어 토우 아웃 현상이 발생된다. 이와 같이 제2 공기실(222)과 제3 공기실(232)이 형성된 부위에 압축력이 집중되는 경우, 상기 전자제어장치(700)는 제2 공기실(222)과 제3 공기실(232)로 공기가 더 유입되도록 상기 솔레노이드밸브(500)를 동작시킨다. 이와 같이 제2 공기실(222)과 제3 공기실(232)로 공기가 추가로 유입되면 제2 댐퍼(220)와 제3 댐퍼(230)의 강성이 증가하게 되므로, 부시는 도 8에 도시된 바와 같이 일측으로 찌그러지지 아니하고 원상태(점선표시상태)를 유지하게 되고, 이에 따라 토우 아웃 현상이 발생되지 아니하게 된다.
도 9는 본 발명에 의한 현가장치용 부시의 제2 실시예 단면도이다.
본 발명에 적용되는 댐퍼부(200)는 상기 언급한 바와 같이 다수의 댐퍼로 나뉘어지지 아니하고, 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 댐퍼로 형성되며, 전방 좌측에 형성되는 제1 공기실(212)과, 전방 우측에 형성되는 제2 공기실(222)과, 후방 좌측에 형성되는 제3 공기실(232)과, 후방 우측에 형성되는 제4 공기실(242)을 포함하도록 구성될 수도 있다.
이와 같이 하나의 댐퍼에 다수의 공기실이 형성되도록 구성되면, 부품수가 감소되므로 제조비용 절감 및 조립공정의 단순화가 가능해진다는 이점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명에 의한 현가장치용 부시 및 이를 구비하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치는, 주행 조건에 따라 부시의 부위별 강성이 독립적으로 조정되므로, 토우 아웃의 경향을 줄일 수 있고, 승차감을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 내측파이프와 외측파이프 사이에 결합되는 댐퍼부를 포함하는 현가장치용 부시에 있어서,
    상기 댐퍼부 내부에 둘 이상의 공기실이 마련되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 현가장치용 부시.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기실은,
    차량의 진행방향을 기준으로, 전방 좌측에 형성되는 제1 공기실과, 전방 우측에 형성되는 제2 공기실과, 후방 좌측에 형성되는 제3 공기실과, 후방 우측에 형성되는 제4 공기실을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 현가장치용 부시.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼부는 독립된 둘 이상의 댐퍼를 포함하도록 구성되고,
    상기 각 댐퍼에는 하나 이상의 공기실이 형성되는 것을 특징으로 하는 현가장치용 부시.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 구조로 구성되는 현가장치용 부시;
    상기 각 공기실로 공기를 유입시키거나 상기 각 공기실 내부의 공기를 외부로 유출시키는 에어펌프;
    상기 각 공기실과 공압펌프 사이에 각각 장착되어, 상기 각 공기실 내의 공기 압력을 조절하는 압력조절밸브; 및
    상기 각 압력조절밸브를 개폐시키는 솔레노이드밸브
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 솔레노이드밸브는 차량의 전자제어장치(Electronic Control Unit)에 의해 동작이 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치.
  6. 제4항에 있어서,
    차량의 운전 조건에 관련된 정보를 감지하여 상기 전자제어장치로 전달하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커플드 토션빔 액슬형 현가장치.
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