KR20090014827A

KR20090014827A - 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템

Info

Publication number: KR20090014827A
Application number: KR1020070079101A
Authority: KR
Inventors: 김창수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-11

Abstract

본 발명은 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템에 관한 것으로,

종래에는 코너링시 풋 브레이크가 작동되거나 엔진 브레이크가 작동되면 양 브레이킹력과 모멘트 암의 길이가 다르기 때문에 역상의 모멘트 발생하게 되고, 그에 따라 서로 다른 차량 거동 감을 운전자에게 느끼게 하여 조종성 및 안정성이 나쁘게 되는 문제가 있었던 바,

서로 다른 브레이킹력이 작용할 때에 가상 킹핀축을 재설정하여 상부 암 전방 점(Upper Arm Front point)의 위치를 조정함으로써 차량 선회시 풋 브레이크가 작동될 때나 엔진 브레이크가 작동될 때 모두에 일정한 토우 인이 설정되도록 하는 것과, 가상 킹핀축을 재설정하기 위해서 상부 암을 너클측 상부 암과 차체측 상부 암으로 분할하고, 너클측 상부 암을 길이 조절이 가능한 쇽업소바로 구성하며, 일단부가 너클측 상부 암에 접속되는 차체측 상부 암의 타단부에 구동모터를 접속하고, 전자제어유니트(ECU)를 통해 구동모터를 제어하는 것 등을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 엔진 브레이크 작동시에도 풋 브레이크 작동시와 같은 주행감(Drive feeling)을 제공할 수 있게 되어 차량의 조정성 및 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

후륜 멀티 링크, 킹핀축, 전방 상부 암, 구동모터, 전자제어유니트

Description

차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템 {a rear multi link kingpin axis variation system}

본 발명은 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 차량 선회시에 엔진 브레이크를 작동하는 경우 가상 킹핀축이 재설정되어 토우 인이 되도록 한 것에 관한 것이다.

차량의 스티어링 지오메트리(steering geometry)는 기본적으로 차량의 하체 셋팅을 두고 볼 때 타이어에 대한 킹핀축(kingpin axis)의 위치와 서스펜션 링크류의 위치와 밀접한 관계가 있다.

킹핀축(kingpin axis)은 서스펜션의 형식에 따라 다르지만 스트럿방식을 기준으로 스트럿 상단과 로워암 볼 조인트를 연결한 직선을 말한다.

즉, 도 1과 같은 후륜 더블 위시본(Double Wishbone)에 있어서는 상부 암 볼조인트(Upper Arm Ball Joint) 점과 하부 암 볼 조인트(Lower Arm Ball Joint) 점을 잇는 선을 말하며, 후륜 멀티 링크(Multi Link)에 있어서는 상부 암(Upper Arm) 가상 조인트 점과 하부 암(Lower Arm) 가상 조인트 점을 잇는 선을 말한다.

상기 킹핀축이 타이어에 대해서 어떻게 위치하고 있는가에 따라, 즉 어떻게 셋팅하는가에 따라 스티어링 지오메트리는 크게 변하게 된다.

이 셋팅에 의해서 캐스터 트레일, 캐스터각, 킹핀옵셋, 킹핀경사각 등의 제원이 바뀌게 되는데, 이 제원의 변화에 따라 차량의 스티어링 지오메트리에 따른 운동성능이 크게 변하게 된다.

우선 위의 셋팅을 어떻게 하는가에 따라 스티어링의 복원력에 영향을 미치게 된다.

예를 들어 스티어링휠의 복원력을 갖게 하는 요소중에 코너링포스에 의한 것이 있는데, 이 요소는 캐스터 트레일의 변화에 따라 영향을 받는다.

즉, 값이 커질수록 복원력이 좋아지고 직진성이 좋아지며, 반대의 경우라면 직진성은 떨어지고 복원력도 나빠진다.

다만 캐스터 트레일이 너무 커지게 되면 복원력이 좋아지고 직진성이 좋아지는 대신 스티어링을 조작하는데 필요한 힘이 커지게 되고, 핸들이 무거워지게 된다.

파워스티어링 장착차량에서는 직진성을 높이기 위해 비교적 캐스터 트레일을 크게 해도 힘이 적게 들기 때문에 캐스터 트레일값을 파워스티어링이 아닌 경우보다 1.5배정도 크게 한다.

또한 스티어링휠의 복원력을 갖게 하는 두번째 요소는 스티어링휠을 돌렸을때 차체가 들렸다가 돌아오려는 현상이다.

일반적으로 차량의 스티어링휠을 돌리면 차고가 높아지는데 이때 차고가 다시 돌아오려는 힘에 의해 복원력에 영향을 미치게 된다.

스티어링휠을 돌렸을 때 차체가 들어올려지는 정도는 킹핀경사각과 킹핀옵셋의 영향을 받게 되는데 이 값이 클수록 차체가 들리는 포스가 커지게 되고, 이로 인해 스티어링휠의 복원력도 커지게 된다.

전술한 바와 같이 복원력이 크다는 것은 직진성이 좋아지지만 반대로 스티어링휠을 돌리는데 필요한 힘이 커진다는 의미도 된다.

한편 차량의 선회나 제동시 킹핀축(Kingpin axis) 주위에 모멘트가 발생하여 차량 거동에 영향을 주게 된다.

즉, 도 1 및 도 2에서 타이어 패치와 킹핀축과의 거리인 스크럽 반경(a; scrub radius)은 풋 브레이크(foot brake) 작용시에 모메트 암으로 작용하게 되고, 휠 센터(Wheel center)와 킹핀축과의 거리인 킹핀옵셋(b; kingpin offset)은 엔진 브레이크 작용 시 모멘트 암으로 작용하게 된다.

도 3의 후륜 더블 위시본에서 풋 브레이크에 의한 킹핀축 모멘트는 풋 브레이크 시에 타이어 패치에 걸리는 브레이크 힘(Fb)과 스크럽 반경(a)을 곱한 값(토우 아웃)이 되고, 엔진 브레이크에 의한 킹핀축 모멘트는 엔진 브레이크 시 휠 센터에 걸리는 브레이크 힘(Fc)와 킹핀옵셋(b)을 곱한 값(토우 아웃)이 된다.

후륜 더블 위시본의 경우 스크럽 반경(a)과 킹핀옵셋(b)의 길이가 커 풋 브레이크 시나 엔진 브레이크 시 모두 모멘트가 크게 발생하고, 토우 아웃(toe out)을 발생하여(OS; Over Steer) 조정 및 안정성이 나쁘게 된다.

코너링 시 차량 안정성을 위해 후륜 토(toe)를 토우 인(toe in) 또는 토우 제로(toe zero)로 설정하게 되면 언더스티어(US; Under Steet), 중립스티어(NS; Neutral Steer) 조정 및 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 4의 후륜 멀티 링크에서도 풋 브레이크에 의한 킹핀축 모멘트는 풋 브레이크 시에 타이어 패치에 걸리는 브레이크 힘(Fb)과 스크럽 반경(a)을 곱한 값(토우 인)이 되고, 엔진 브레이크에 의한 킹핀축 모멘트는 엔진 브레이크 시 휠 센터에 걸리는 브레이크 힘(Fc)과 킹핀옵셋(b)을 곱한 값(토우 아웃)이 된다.

종래에는 상기 후륜 멀티 링크에서 스크럽 반경(a)과 킹핀옵셋(b)의 길이를 줄일 수 있었지만 운동조건에 따라 능동적으로 대처가 불가능하게 되는 문제가 있었다.

따라서 종래에는 코너링시 풋 브레이크가 작동되거나 엔진 브레이크가 작동되면 양 브레이킹력과 모멘트 암의 길이가 다르기 때문에 역상의 모멘트 발생하게 되고, 그에 따라 서로 다른 차량 거동 감을 운전자에게 느끼게 하여 조종성 및 안정성이 나쁘게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 후륜 멀티 링크에서 엔진 브레이크 작동시에 킹핀축을 이동시키는 것에 의해 풋 브레이크 작동시나 엔진 브레이크 작동시 모두에 일정한 토우 인을 설정할 수 있도록 하여 차량의 조정성 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 서로 다른 브레이킹력이 작용할 때에 가상 킹핀축을 재설정하여 상부 암 전방 점(Upper Arm Front point)의 위치를 조정함으로써 차량 선회시 풋 브레이크가 작동될 때나 엔진 브레이크가 작동될 때 모두에 일정한 토우 인이 설정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은 가상 킹핀축을 재설정하기 위해서 상부 암을 너클측 상부 암과 차체측 상부 암으로 분할하고, 너클측 상부 암을 길이 조절이 가능한 쇽업소바로 구성하며, 일단부가 너클측 상부 암에 접속되는 차체측 상부 암의 타단부에 구동모터를 접속하고, 전자제어유니트(ECU)를 통해 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량 선회과정에서 엔진 브레이크가 작동될 때에 가상 킹핀축을 재설정하여 차량 선회과정에서 풋 브레이크가 작동될 때와 마찬가지로 일정한 토우 인(toe in)이 설정되도록 한 것으로, 본 발명에 의하면 엔진 브레이크 작동시에도 풋 브레이크 작동시와 같은 주행감(Drive feeling)을 제공할 수 있게 되어 차량의 조정성 및 안정성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

도 5a에는 본 발명의 한 실시예의 풋 브레이크 상태도가 도시되어 있고, 도 5b에는 동 실시예의 엔진 브레이크 상태도가 도시되어 있다.

본 발명은 차량 선회과정에서 엔진 브레이크가 작동될 때에 가상 킹핀축을 재설정하여 차량 선회과정에서 풋 브레이크가 작동될 때와 마찬가지로 일정한 토우 인(toe in)이 설정되도록 한 것이다.

즉, 본 발명에서는 차량 선회과정에서 형태(type)가 다른 브레이킹력 작용하게 되면 상부 암 전방 포인트(Upper Arm Front point)를 변경하여 킹핀축(kingpin axis)을 재설정하게 된다.

본 발명에 있어서 풋 브레이크가 작용할 때에는 도 5a와 같이 가상 킹핀축의 상부가 우측으로 기울어져 있어 토우 인(toe in)이 되고, 엔진 브레이크가 작용할 때에는 도 5b와 같이 가상 킹핀축의 상부가 좌측으로 기울어져 토우 인(toe in)이 된다.

도 5a와 같이 가상 킹핀축에 위치하는 풋 브레이크시에 상부 암 가상 프론트 점의 위치(①)는 휠 센터의 우측에 위치하게 되고, 엔진 브레이크시의 상부 암 가상 프론트 점의 위치(②)는 휠 센터의 좌측에 위치하게 된다.

따라서 풋 브레이킹시 킹핀축 모멘트(Fb × a)와 엔진 브레이킹시 킹핀축 모멘트(Fc × b) 모두 토우 인(toe in)이 된다.

도 6에는 본 발명의 한 실시예의 개략 정면도가 도시되어 있고, 도 7에는 동 실시예의 개략 평면도가 도시되어 있다.

도시된 실시예는 가상 킹핀축을 재설정하기 위해서 전방 상부 암(10)을 너클측 전방 상부 암(11)과 차체측 전방 상부 암(12)으로 분할하고, 너클측 전방 상부 암(11)을 길이 조절이 가능한 쇽업소바로 구성하며, 후단부가 너클측 전방 상부 암(11)의 선단부에 접속되는 차체측 전방 상부 암(12)의 선단부에 구동모터(20)를 접속하고, 전자제어유니트(30; ECU)를 통해 구동모터(20)를 제어하도록 한 것이며, 너클측 전방 상부 암(11)을 볼조인트(41)(13)를 통해 너클(40)과 차체측 전방 상부 암(12)에 접속한 것이다.

도 8에는 동 실시예의 차체측 전방 상부 암 구동모터 접속상태도가 도시되어 있다.

도시된 실시예는 차체측 전방 상부 암(12)의 선단에 볼베어링(31)을 통해 구동모터(20)와 접속되는 육각 커넥터(32)가 설치되고, 구동모터(20) 및 볼베어링(31)은 서브프레임에 장착되는 브라켓트(33)에 지지되는 형태를 갖는다.

도 9에는 본 발명의 한 실시예의 작동흐름도가 도시되어 있다.

본 발명에 있어서 전자제어유니트(30)에는 차량의 횡가속도센서를 통해 측정된 횡가속도 신호와; 풋 브레이크 센서에 의한 브레이크 온/오프 신호와; 차륜센서에 의한 차량 속도 신호와; 엔진 스로틀센서를 통해 엔진 개폐 신호;가 입력되며, 전자제어유니트(30)는 이들 신호를 바탕으로 차량 선회 주행 중의 풋 브레이크가 작동되었는 지 또는 엔진 브레이크가 작동되었는 지를 판별한 후 가상 킹핀축의 위치가 브레이킹력과 반대방향으로 되어 있을 때에 가상 킹핀축 재설정을 위한 모터 구동신호를 출력하게 되며, 구동모터(20)는 전자제어유니트(30)의 출력신호를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전하여 가상 킹핀축을 재설정하게 된다.

본 발명에 있어서 차량 선회시에 풋 브레이크가 작동되면 도 4a와 같은 초기 서스펜션 지오메트리 상태 유지하여 토우 인(toe in) 및 언더 스티어(under steer)로 조종안정성을 도모하게 된다.

그리고 차량 선회시 엔진 브레이크가 작동되면 전자제어유니트(30)에서 브레이킹력 고려하여 구동모터(20)를 작동시켜 차체측 상부 전방 암(12)을 회전시키게 되며, 그에 따라 너클측 상부 전방 암(12)이 인출되어 도 4b와 같이 킹핀축이 재설정됨으로써 풋 브레이크 작동시와 마찬가지로 토우 인(toe in) 및 언더 스티어(under steer)를 유지할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 후륜 더블 위쉬본의 개략 정면도

도 2는 일반적인 후륜 멀티 링크의 개략 정면도

도 3은 일반적인 후륜 더블 위쉬본의 킹핀축 모멘트 상태도

도 4는 일반적인 후륜 멀티 링크의 킹핀축 모멘트 상태도

도 5a는 본 발명의 한 실시예의 풋 브레이크 작동시의 킹핀축 모멘트 상태도

도 5b는 동 실시예의 엔진 브레이크 작동시의 킹핀축 모멘트 상태도

도 6은 본 발명의 한 실시예의 개략 정면도

도 7은 동 실시예의 개략 평면도

도 8은 동 실시예의 차체측 전방 상부 암 구동모터 접속상태도

도 9는 동 실시예의 작동흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 전방 상부 암 11 : 너클측 전방 상부 암

12 : 차체측 전방 상부 암 13 : 볼조인트

20 : 구동모터 30 : 전자제어유니트

31 : 볼베어링 32 : 육각커넥터

33 : 브라켓 40 : 너클

41 : 볼조인트

Claims

차량 선회과정에서 풋 브레이크가 작동될 때에 토우 인이 되고, 엔진 브레이크가 작동될 때에 토우 아웃이 되는 차량의 후륜 멀티 링크에 있어서, 차량 선회과정에서 엔진 브레이크가 작동될 때에 가상 킹핀축을 풋 브레이크 작동시와 동일하게 토우 인이 되도록 재설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템.
제1항에 있어서, 가상 킹핀축을 재설정하기 위해서 전방 상부 암(10)을 너클측 전방 상부 암(11)과 차체측 전방 상부 암(12)으로 분할하고, 너클측 전방 상부 암(11)을 길이 조절이 가능한 쇽업소바로 구성하며, 후단부가 너클측 전방 상부 암(11)의 선단부에 접속되는 차체측 전방 상부 암(12)의 선단부에 구동모터(20)를 접속하고, 전자제어유니트(30; ECU)를 통해 구동모터(20)를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템.
제2항에 있어서, 너클측 전방 상부 암(11)을 볼조인트(41)(13)를 통해 너클(40)과 차체측 전방 상부 암(12)에 접속한 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템.
제2항에 있어서, 차체측 전방 상부 암(12)의 선단에 볼베어링(31)을 통해 구동모터(20)와 접속되는 육각 커넥터(32)를 설치하고, 구동모터(20) 및 볼베어링(31)을 서브프레임에 장착되는 브라켓트(33)에 지지한 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템.
제2항에 있어서, 전자제어유니트(30)에서 차량 선회 주행 중의 풋 브레이크가 작동되었는 지 또는 엔진 브레이크가 작동되었는 지를 판별한 후 가상 킹핀축의 위치가 브레이킹력과 반대방향으로 되어 있을 때에 가상 킹핀축 재설정을 위한 모터 구동신호를 출력하고, 구동모터(20)가 전자제어유니트(30)의 출력신호를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전하여 가상 킹핀축을 재설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 후륜 멀티 링크 가상 킹핀축 가변 시스템.