KR20100009396A - 차량용 커플드 토션 빔 액슬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토션 빔의 전후 단부의 단면 형상이 다른 비대칭 형상으로 형성하여 토션 빔의 전단 중심을 토션 빔의 중심 수직선의 후방에 두어 토션 빔의 장착위치를 조정할 수 있도록 함으로써 그 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬을 제공한다.

커플드 토션 빔 액슬, 트레일링 암, CTBA, 토션 빔, 전단중심

Description

차량용 커플드 토션 빔 액슬{COUPLED TORSION BEAM AXLE OF A VEHICLE}

본 발명은 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토션 빔의 전후 단부의 단면 형상을 비대칭 형상으로 형성하여 토션 빔의 전단 중심을 차체 전후방향으로 조정할 수 있도록 함으로써 토션 빔의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 관한 것이다.

통상적으로, 커플드 토션 빔 액슬(CTBA; Coupled Torsion Beam Axle) 타입의 현가장치는 단순한 부품으로 구성되어 설계 성능 영역이 높지 않음에도 불구하고, 낮은 생산 단가와 작은 질량에 비해 상대적으로 높은 주행 안정성으로 주로 경차 및 준 중형차의 후륜 현가장치로 적용되어져 왔다.

이러한 커플드 토션 빔 액슬(CTBA) 타입의 현가장치의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 차폭방향으로 토션 빔(1)이 구비되고, 상기 토션 빔(1)의 양단에는 각각 트레일링 암(3)이 용접 고정된다.

상기 트레일링 암(3)의 후방 외측에는 스핀들 브라켓(5)이 각각 구성되어 타이어와 휠을 장착하기 위한 캐리어(7)를 회전 가능하게 설치하게 된다.

그리고 상기 각 트레일링 암(3)의 선단에는 차체와 연결하기 위한 마운팅 부 시(9)가 구성되고, 후방 내측에는 스프링(11)을 장착하기 위한 스프링 시트(13)와 쇽 업소버(15)를 연결하기 위한 쇽 업소버 마운터(17)가 설치된다.

이러한 커플드 토션 빔 액슬은 토션 빔(1)의 토션 변형 특성으로 인하여 휠(Wheel)의 변형이 이루어지는 특징이 있으며, 토션 빔(1)의 변형 및 트레일링 암(3)의 위치 및 마운팅 부시(9) 특성에 의해서 범프(Bump)시에 토우 인(Toe-In)으로 유도가 가능한 거동 특성을 나타낸다.

상기한 커플드 토션 빔 액슬의 거동 특성은 토션 빔(1)이 양측 트레일링 암(3)의 중간위치에 구성되는 타입으로 트레일링 암(3)으로 횡력, 전후력, 제동력을 받음에 따라 Hard point를 기준으로 풀 트레일링 암 방식과 세미 트레일링 암 방식의 2가지 움직임을 보이게 된다.

즉, 상기 풀 트레일링 암 방식은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 양측 트레일링 암(3)의 마운팅 부시(9)의 중심(BC; Bush Center)을 연결한 평행선(L1)을 중심으로 시계추가 운동하듯이 원호를 그리며 타이어(W)가 상하로 거동하는 더블 범프 혹은 더블 리바운드 거동으로, 좌,우측 타이어(W)가 동시에 상하로 거동하여 타이어(W)의 토우(Toe)나 캠버(Camber)의 변화가 없다.

그리고 세미 트레일링 암 방식은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 일측 트레일링 암(3)의 마운팅 부시(9)의 중심(BC; Bush Center)과 전단 중심(SC; Shear Center; 즉, 부재 단면의 도심축에 평행하게 작용하는 하중이 통과했을 때, 부재에 비틀림을 일으키지 않고, 순수 굽힘응력만 발생하는 점)을 연결한 직선(L2)을 중심으로 한쪽이 올라가면 한쪽이 내려가는 Roll 거동으로, 일측 타이어(W)가 위로 올 라갈 때, 타측 타이어(W)는 아래로 내려가는 거동을 하여 타이어(W)의 토우(Toe)나 캠버(Camber)의 변화가 일어나게 된다.

즉, 노면 입력 하중에 의한 세미 트레일링 암 방식으로, 일측 타이어(W)는 범프되고, 타측 타이어(W)는 리바운드되는 Roll 거동을 할 때는, 상기 마운팅 부시(9)의 중심(BC)과 전단 중심(SC)을 이은 직선(L2)을 중심으로 거동을 하는 것이 노면 입력 하중에 대해 현가계가 안정화되는 방식이다.

그리고 도 4의 (S1)에서 도시한 바와 같이, 상기한 전단 중심(SC)은 마운팅 부시(9)의 중심(BC)으로부터 토션 빔(1)의 위치(P)까지의 거리(A)와 상기 토션 빔(1)의 위치(P)로부터 휠 중심(WC)까지의 거리(B)를 결정하게 되는데, 도 4의 (S2)에서와 같이, 전단 중심(SC)보다 토션 빔(1)이 전방에 있으면, 토션 빔(1)의 비틀림각(θ)을 작게 유지할 수 있어 토션 빔(1)의 내구에 유리하며, 도 4의 (S3)에서와 같이, 전단 중심(SC)보다 토션 빔(1)이 후방에 있으면, 횡력에 대한 모멘트 암의 길이를 줄여 선회 시, 후륜의 추종성을 개성하게 된다.

이러한 전단 중심(SC)은 토션 빔의 단면의 형상에 따라 그 위치가 변하게 되는데, 이러한 기술적 사상을 근거로 하여 일본 공개특허공보 특허번호 2006-103570 (2006.04.20)호에서는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 토션 빔(21)의 비틀림 강성 및 전단 중심(SC)의 설정을 용이하게 하고, 상기 토션 빔(21)의 뒤틀림에 따른 이음의 발생을 억제하도록 "V"자 형상의 외벽(21a)과 내벽(21b) 사이에 간격(21c)을 두고, 간격(21c) 사이에는 외벽(21a)에서 내벽(21b)으로 돌출되는 부분(21a1)을 형성하며, 외벽(21a)과 내벽(21b)의 양단은 대칭 형상의 단부 틈(21d)을 형성하는 토션 빔식 서스펜션 장치를 게시하고 있다.

그런데, 이러한 토션 빔은 차체 전방으로 이동할수록 Roll 거동에 따른 토션 빔 양단의 변위 차이를 줄여 토션 빔에 걸리는 벤딩(Bending)을 감소시킴으로써, 내구성에 유리함에도 불구하고, 상기한 종래의 토션 빔(21)은 전후방향으로 서로 대칭되는 구조를 가지고 있어, 전단 중심(SC)을 이동한다고는 하나, 상하방향으로만 이동이 가능한 구조를 가지고 있어, 토션 빔(21)의 위치를 차체 전후방향으로 이동 구성하여 내구성을 향상시키는 기술은 아니며, 이에 대한 추가적인 개발이 요구된다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 의해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 토션 빔의 전후 단부의 단면 형상을 다르게 형성하여 토션 빔의 전단 중심을 토션 빔의 중심 수직선의 후방에 두어 토션 빔의 장착위치를 조정할 수 있도록 함으로써 그 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 커플드 토션 빔 액슬은 토션 빔의 양단에 좌,우측 트레일링 암을 상호 연결하며, 상기 좌,우측 트레일링 암에는 그 선단에 차체와의 장착을 위한 마운팅 부시를 구성하고, 그 후방 내측에는 스프링 시트와 쇽 업소버 핀을 구성하며, 그 후방 외측에는 스핀들 브라켓을 구성하는 차량의 커플드 토션 빔 액슬에 있어서,

상기 토션 빔은 관재를 "V"자 형상으로 프레스 성형하여 외벽과 내벽을 갖도록 형성하되, 상기 외벽과 내벽은 상호 접촉되며, 상기 외벽과 내벽의 전방 단부와 후방 단부에는 서로 다른 곡률 반경의 단면을 갖는 전방 라운드부와 후방 라운드부로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전방 라운드부 단면의 곡률 반경은 상기 후방 라운드부 단면의 곡률 반경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 차량용 커플드 토션 빔 액슬에 의하면, 토션 빔의 전후 단부의 단면 형상을 다르게 하여 비대칭으로 형성함으로써, 토션 빔의 전단 중심을 토션 빔의 중심 수직선의 후방에 두는 것이 가능하게 되며, 이에 따른 토션 빔의 장착위치를 조정할 수 있어 그 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬에 적용되는 토션 빔의 단면도이다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 커플드 토션 빔 액슬은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적으로 차폭방향으로 토션 빔(1)이 구비되고, 상기 토션 빔(1)의 양단에는 각각 트레일링 암(3)이 용접 고정된다.

상기 트레일링 암(3)의 후방 외측에는 스핀들 브라켓(5)이 각각 구성되어 타이어와 휠을 장착하기 위한 캐리어(7)를 회전 가능하게 설치하게 된다.

그리고 상기 각 트레일링 암(3)의 선단에는 차체와 연결하기 위한 마운팅 부시(9)가 구성되고, 후방 내측에는 스프링(11)을 장착하기 위한 스프링 시트(13)와 쇽 업소버(15)를 연결하기 위한 쇽 업소버 마운터(17)가 설치된다.

여기서, 본 실시예에 따른 상기 토션 빔(1)은, 도 6에서 도시한 바와 같이, 관재를 "V"자 형상으로 프레스 성형하여 외벽(1a)과 내벽(1b)을 갖도록 형성한다.

이때, 상기 외벽(1a)과 내벽(1b)은 상호 접촉된 상태로 성형되며, 상기 외벽(1a)과 내벽(1b)의 전방 단부와 후방 단부에는 각각 전방 라운드부(R1)와 후방 라운드부(R2)가 형성된다.

상기 전방 라운드부(R1)와 후방 라운드부(R2)는 서로 다른 곡률 반경의 단면을 갖는데, 상기 전방 라운드부(R1) 단면의 곡률 반경(φ)이 상기 후방 라운드부(R2) 단면의 곡률 반경(φ)보다 작게 형성된다.

즉, 도 6에서 예시한 도면상에는, 토션 빔(1)의 소재 두께 2.8t의 조건 하에서, 전방 라운드부(R1) 단면의 곡률 반경이 φ10이고, 후방 라운드부(R2) 단면의 곡률 반경이 φ13.5으로 설정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기한 바와 같이 전방 및 후방 라운드부(R1,R2) 단면의 곡률 반경이 설정된 토션 빔(1)의 경우, 가혹조건의 시험주행로의 주행시험에서 토션 빔(1)에 크랙이 발생되는 기준거리를 3,000Km로 하였을 때, 약 6,500Km로 나타나 그 내구성이 개선되는 것을 알 수 있다.

이러한 주행시험의 결과치는, 토션 빔(1)의 전단 중심(SC)보다 토션 빔(1)의 중심 수직선(SL)이 전방에 있으면, 토션 빔(1)의 비틀림각(θ)을 작게 유지할 수 있음에 따른 것으로, 이는 토션 빔(1)이 차체 전방으로 이동할수록 Roll 거동에 따른 토션 빔(1) 양단의 변위 차이를 줄여 토션 빔(1)에 걸리는 벤딩(Bending)을 감소시켜 내구성에 유리하게 되는 것이다.

도 1은 일반적인 커플드 토션 빔 액슬 타입의 후륜 현가장치의 사시도이다.

도 2는 커플드 토션 빔 액슬의 풀 트레일링 암 방식의 거동 특성도이다.

도 3은 커플드 토션 빔 액슬의 세미 트레일링 암 방식의 거동 특성도이다.

도 4는 토션 빔의 전단 중심과 토션 빔의 내구성과의 관계를 설명하기 위한 커플드 토션 빔 액슬의 개념도이다.

도 5는 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬에 적용되는 토션 빔의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬에 적용되는 토션 빔의 단면도이다.

Claims (2)

1. 토션 빔의 양단에 좌,우측 트레일링 암을 상호 연결하며, 상기 좌,우측 트레일링 암에는 그 선단에 차체와의 장착을 위한 마운팅 부시를 구성하고, 그 후방 내측에는 스프링 시트와 쇽 업소버 핀을 구성하며, 그 후방 외측에는 스핀들 브라켓을 구성하는 차량의 커플드 토션 빔 액슬에 있어서,

   상기 토션 빔은

   관재를 "V"자 형상으로 프레스 성형하여 외벽과 내벽을 갖도록 형성하되,

   상기 외벽과 내벽은 상호 접촉되며, 상기 외벽과 내벽의 전방 단부와 후방 단부에는 서로 다른 곡률 반경의 단면을 갖는 전방 라운드부와 후방 라운드부로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬.
2. 제1항에서,

   상기 전방 라운드부 단면의 곡률 반경은

   상기 후방 라운드부 단면의 곡률 반경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 커플드 토션 빔 액슬.

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