KR20100045799A - 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치는, 토션 빔과, 상기 토션 빔의 양단에 각각 연결되는 좌우측 트레일링 암과, 상기 토션 빔과 상기 각 트레일링 암의 상측 결합 부위에 장착되는 보강판을 포함하여 구성되며, 상기 보강판은 상기 토션 빔에 용접 접합되며 하향하여 오목하게 라운드진 제1 섹션과, 상기 제1 섹션과 일체로 연결되며 상기 토션 빔 및 상기 각 트레일링 암에 용접 접합되는 제2 섹션으로 이루어지며, 상기 제1 섹션의 오목 중심부에서 선단까지 일정한 두께로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

커플드 토션 빔 액슬, CTBA, 현가장치, 보강판

Description

커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치 {REAR SUSPENSION OF COUPLED TORSION BEAM AXLE TYPE}

본 발명의 예시적인 실시예는 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토션 빔과 각 트레일링 암의 상측 결합 부위에 장착되는 보강판의 구조를 개선한 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 관한 것이다.

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

상기 커플드 토션 빔 액슬 타입 리어 현가장치의 구성은, 도 5에 도시된 바와 같이, 토션 빔(101)이 구비되고, 그 토션 빔(101)의 양단에는 타이어와 휠을 장착하기 위한 캐리어(103)를 일측에 장착한 트레일링 암(105)이 고정된다.

그리고 상기 각 트레일링 암(105)의 일측은 차체(미도시)와 연결하기 위한 쇽 업소버(107)와 부시(109)가 구성되고, 스프링 시트(111)를 통하여 차체와의 사 이에 스프링(113)이 설치된다.

이러한 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치는 트레일링 암(105)의 중앙에 위치한 토션 빔(101)의 토션 변형 특성으로 인하여 휠(Wheel)의 변형이 이루어지는 특징이 있으며, 토션 변형 및 트레일링 암(105)의 위치 및 부시(109) 특성에 의해서 범프(Bump) 시에 토우인(Toe-In)으로 유도가 가능한 특징이 있다.

상기에서와 같은 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 있어, 상기 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 구조는 일 예로서, 도 6에서와 같이 브이(V)자 형의 개단면을 지닌 토션 빔(101)의 양단이 트레일링 암(105)에 각각 용접 접합된다.

여기서, 각각의 트레일링 암(105)은 일측에 차체와의 장착을 위한 부시 케이스(121)가 용접 접합되고, 다른 일측에는 휠과 타이어의 장착을 위한 스핀들 브라켓(123) 및 스프링(미도시)의 장착을 위한 스프링 브라켓(125)이 용접 접합된다.

특히, 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 상하측 결합 부위에는 그 결합 부위로 집중되는 응력을 분산시키기 위한 보강판(127)이 용접 접합된다.

따라서 상기와 같은 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 있어, 차량 주행시 노면으로 입력되는 상하력은 스핀들 브라켓(123)을 통해 각 트레일링 암(105)에 전달되는데, 험로 주행시 일반적으로 차량 최대 중량의 3배 이상의 하중이 유입될 수도 있다.

이렇게 상하력이 입력되면 스프링 브라켓(125)에는 스프링 반력이 발생하고, 이 두 힘에 의해 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 부위에는 우측 기준 반 시계 방향의 벤딩 모멘트가 발생하게 된다.

또한, 험로 주행시 노면에서 좌/우 바퀴로 입력되는 상하력은 일반적으로 동상이 아니며, 이로 인해 좌/우 바퀴의 위상 차를 유발하게 된다. 그러면, 좌우 바퀴의 위상 차가 발생하는 순간, 토션 빔(101)에는 비틀림이 발생하게 된다.

이로써 상하력에 의한 벤딩과 좌우 위상 차에 따른 비틀림은 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 부위를 보강하는 상부 보강판(127)의 끝단 용접부에 응력이 집중되는 현상을 유발하게 되며, 실제 차량의 토션 빔(101)에서 크랙이 발생하는 시발점이 된다.

한편, 종래 기술에서는 보강판(127)의 길이가 짧은 경우 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합력 약화로 그 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 부위에서 내구 문제가 발생할 수 있다.

반대로, 이를 방지하기 위해 보강판(127)의 길이를 길게 할 경우, 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합력은 강화되나, 상부 보강판(127)의 용접 끝단이 토션 빔(101)의 비틀림 구간으로 들어감으로써 이 부분에 응력이 집중되어 내구 문제가 발생하는 물리적 모순 관계가 존재한다.

특히, 소형차 이외의 중량이 큰 차량에 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치를 적용할 경우, 상하력 및 전후력 증대로 인해 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 부위에 대한 내구력의 증대가 필요한데, 이 경우 상부 보강판(127)의 길이 증대는 불가피하다.

이로 인해, 상기한 경우에서는 토션 빔(101)과 트레일링 암(105)의 결합 부 위에 대한 내구력은 확보하였으나, 반대로 토션 빔(101)에 대한 상부 보강판(127)의 용접부 끝단이 파손되는 문제가 계속해서 발생하고 있는 실정이다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 토션 빔과 각 트레일링 암의 상측 결합 부위에 장착되는 보강판의 구조를 개선하여 그 보강판의 결합력을 증대시킴과 동시에 비틀림에 대한 보강판 용접 끝단부의 응력 집중을 저하시킬 수 있도록 하는 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치는, 토션 빔과, 상기 토션 빔의 양단에 각각 연결되는 좌우측 트레일링 암과, 상기 토션 빔과 상기 각 트레일링 암의 상측 결합 부위에 장착되는 보강판을 포함하여 구성되며, 상기 보강판은 상기 토션 빔에 용접 접합되며 하향하여 오목하게 라운드진 제1 섹션과, 상기 제1 섹션과 일체로 연결되며 상기 토션 빔 및 상기 각 트레일링 암에 용접 접합되는 제2 섹션으로 이루어지며, 상기 제1 섹션의 오목 중심부에서 선단까지 일정한 두께로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 있어서, 상기 제1 섹션은 상기 토션 빔의 길이 방향을 기준할 때, 선단 각도가 15~45도를 만족할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 의하면, 보강판의 제1 섹션이 하향하여 오목하게 형성됨으 로, 토션 빔에 대한 용접부 끝단의 위치를 고정하고, 전체 보강판의 용접선 길이를 증대시켜 그 보강판의 결합력 및 결합 성능을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 보강판의 용접부 끝선 각도가 상향되도록 구성됨으로써 토션 빔의 비틀림 시 발생하는 최대 주응력 방향에 대하여 용접선의 각도를 평행에 가깝도록 하여 보강판에 대한 용접부 끝단의 응력 집중을 현저히 완화시킬 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 보강판의 제1 섹션에 있어 오목 중심부에서 선단까지의 부분이 일정한 두께로서 형성되므로, 그 보강판에 대한 용접부 끝단의 응력 집중을 추가적으로 완화시킬 수 있다.

따라서 본 실시예에서는 보강판의 형상 및 구조를 개선함으로써 토션 빔과 트레일링 암의 결합 부위에 대한 보강판의 결합력을 증대시킴과 동시에, 토션 빔의 비틀림에 대한 용접 끝단의 응력 집중을 완화시킴으로써 토션 빔과 트레일링 암의 결합 부위에 대한 내구력을 증대시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치를 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치(100)는 기본적으로, 토션 빔(10)과, 그 토션 빔(10)의 양단에 연결되는 좌우측 트레일링 암(30)과, 그 토션 빔(10) 및 각 트레일링 암(30)의 결합 부위에 장착되는 보강판(50)을 포함하여 이루어진다.

상기 토션 빔(10)은 브이(V)자 형의 개단면을 지니며 이의 양단이 각 트레일링 암(30)에 용접 접합된다.

상기 트레일링 암(30)은 일측에 차체와의 장착을 위한 부시 케이스(31)가 용접 접합되고, 다른 일측에는 휠과 타이어의 장착을 위한 스핀들 브라켓(33) 및 스프링(미도시)의 장착을 위한 스프링 브라켓(35)이 용접 접합된다.

이러한 토션 빔(10) 및 트레일링 암(30)은 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 채용되는 공지 기술의 토션 빔 및 트레일링 암으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 보강판(50)은 토션 빔(10)과 각 트레일링 암(30)의 결합 부위로 집중되는 응력을 분산시키기 위한 것으로서, 그 결합 부위의 상측 및 하측에 각각 용접 접합되는 바, 본 실시예에서는 결합 부위의 상측에 용접 접합되는 보강판(50: 상부 보강판)을 예로 하여 설명하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치(100)는 보강판(50)의 형상을 개선한 것으로, 토션 빔(10) 및 트레일링 암(30)에 대한 보강판(50)의 결합력을 증대시키고, 그 보강판(50)의 용접 부위에 집중되는 응력을 현저하게 완화시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 실시예에 의한 상기 보강판(50)은 도 2 및 도 3에서와 같이, 토션 빔(10)과 각 트레일링 암(30)의 결합 부위에 있어, 그 토션 빔(10)에 용접 접합되며 하향하여 오목하게 라운드진 제1 섹션(51)과, 제1 섹션(51)과 일체로 연결되며, 토션 빔(10) 및 각 트레일링 암(30)에 용접 접합되는 제2 섹션(55)으로 구성된다.

상기 제1 섹션(51)은 끝단(선단)에서 각 트레일링 암(30) 쪽으로 소정의 폭을 지니며 일정 구간 오목하게 하향하여 라운드진 형태로서 이루어진다.

여기서, 상기 제1 섹션(51)은 토션 빔(10) 측의 가장자리단이 그 토션 빔(10)에 용접 접합된다.

이 경우, 상기 제1 섹션(51)은 토션 빔(10)의 길이 방향을 기준할 때, 선단 각도(θ)가 15~45도를 만족한다.

그리고, 상기 제1 섹션(51)은 오목 중심부에서 선단(대략 20~30mm)까지의 부분(L)이 일정한 두께로서 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2 섹션(55)은 제1 섹션(51)의 선단 반대쪽 단부에 일체로서 연결되게 형성되며, 이의 가장자리단이 토션 빔(10) 및 각 트레일링 암(30)에 용접 접합된다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치(100)에 의하면, 보강판(50)의 제1 섹션(51)이 하향하여 오목하게 형성됨으로, 토션 빔(10)에 대한 용접부 끝단의 위치를 고정하고, 전체 보강판(50)의 용접선 길이를 증대시켜 그 보강판(50)의 결합력 및 결합 성능 을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 보강판(50)의 용접부 끝선 각도 즉, 제1 섹션(51)의 선단 각도(θ)가 15~45로서 상향되도록 구성됨으로써 토션 빔(10)의 비틀림 시 발생하는 최대 주응력 방향에 대하여 용접선의 각도를 평행에 가깝도록 하여 결과적으로는 보강판(50)에 대한 용접부 끝단의 응력 집중을 현저히 완화시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 실시예에서는 보강판(50)의 제1 섹션(51)에 있어 오목 중심부에서 선단까지의 부분(L)이 일정한 두께로서 형성되므로, 보강판(50)에 대한 용접부 끝단의 응력 집중을 추가적으로 완화시킬 수 있게 된다.

이로써 본 실시예에서는 상기와 같이 보강판(50)의 형상을 개선함으로써 토션 빔(10) 및 각 트레일링 암(30)의 결합 부위에 대한 보강판(50)의 결합력을 증대시킴과 동시에, 토션 빔(10)의 비틀림에 대한 용접 끝단의 응력 집중을 완화시킴으로써 토션 빔(10)과 트레일링 암(30)의 결합 부위에 대한 내구력을 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 도 4의 종래 기술 및 본 발명의 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 대한 내구력 시험 결과에서와 같이, ±80mm 비틀림 시의 최대 응력이 종래 기술은 15.1kgf/㎟인 반면, 본 실시예에서는 보강판(50)의 구조를 개선함에 따라 그 최대 응력이 종래 기술에 비해 9.2kgf/㎟로 감소함으로써 본 실시예에 의한 비틀림 시의 최대 응력이 종래 기술 보다 39% 저감되었음을 알 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 적용되는 보강판을 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 정면 구성도이다.

도 4는 종래 기술과 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 대한 내구력을 시험 결과를 도시한 응력 분포도이다.

도 5는 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치를 도시한 사시도이다.

도 6은 종래 기술에 따른 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 있어, 일 예에 따른 토션 빔과 트레일링 암의 결합 구조를 도시한 사시도이다.

Claims (2)

1. 토션 빔과, 상기 토션 빔의 양단에 각각 연결되는 좌우측 트레일링 암과, 상기 토션 빔과 상기 각 트레일링 암의 상측 결합 부위에 장착되는 보강판을 포함하여 이루어지는 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치에 있어서,

   상기 보강판은,

   상기 토션 빔에 용접 접합되며 하향하여 오목하게 라운드진 제1 섹션과, 상기 제1 섹션과 일체로 연결되며 상기 토션 빔 및 상기 각 트레일링 암에 용접 접합되는 제2 섹션으로 이루어지며,

   상기 제1 섹션의 오목 중심부에서 선단까지 일정한 두께로서 형성되는 것을 특징으로 하는 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 섹션은,

   상기 토션 빔의 길이 방향을 기준할 때, 선단 각도가 15~45도를 만족하는 것을 특징으로 하는 커플드 토션 빔 액슬 타입의 리어 현가장치.

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