KR20110058462A - 자동차의 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 차폭 방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 하단부분과 상단부분을 차체측과 연결하는 적정수의 로워 및 어퍼 컨트롤 아암을 포함하여 이루어지는 자동차의 현가장치에 있어서, 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측 연결부에 캠버 제어수단을 배치하여 이루어지는 자동차의 현가장치를 제공하여 자동차의 주행 상황에 따라 능동적인 캠버각의 제어가 이루어지도록 하여 직진 주행시 안정성을 높여주고, 선회시 횡력을 조절하여 선회성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 현가장치를 제공한다.

캠버, 대지캠버, 액츄에이터, 벨 크랭크

Description

자동차의 현가장치{SUSPENSION SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 주행 상황에 따른 능동적인 캠버각의 제어가 이루어져 직진 주행시 안정성을 높여주고, 선회시 횡력을 조절하여 선회성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 현가장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서의 현가장치는 차체와 휠 사이에 존재하며, 이 두 강체를 하나 혹은 다수의 링크를 이용하여 연결하여 주는 장치로서, 상하방향으로는 스프링과 유압 쇽 업소오버등에 의해 지지되고, 기타방향으로는 높은 강성과 유연성을 적절히 조화시킴으로써, 차체와 휠 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시키는 기능을 수행하게 된다.

이러한 현가장치는 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 운전행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하며, 불규칙한 노면의 주행시 타이어 접지면에서의 수직하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동 구동시 차량의 조종성 및 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조 건을 만족시켜야만 한다.

이러한 조건을 만족시키기 위해서는 서스펜션 지오메트리에 의한 휠의 자세가 매우 중요한 요소로 작용하게 되는데, 특히, 캠버와 토우는 차량의 직진 안정성 및 선회 안전성에 많은 영향을 미치게 되는데, 이는 차체의 롤링과 매유 밀접한 관계를 갖고 있다.

보다 구체적으로는, 범프 및 리바운드시 캠버의 변화는 토우 변화와 함께 차량의 직진 안정성, 언더 스티어링 및 오버 스티어링 특성에 기여하는데, 타이어는 노면에 대한 캠버 각에 대응한 캠버 스러스트를 발생하고 옆 미끄러짐 각에 의해 발생하는 사이드 포스와 합쳐져서 차량이 코너링하는데에 필요한 횡력으로 작용하기 때문이다.

따라서 캠버 변화와 차량의 특성과의 관계를 고려하여 대지 캠버 변화로 생각할 필요가 있는데, 롤링링시에 그립을 높게 하여 코너링 성능을 향상시킨다는 관점에서 보면 범프시에 대 차체 캠버를 네가티브 변화시키는 현가장치가 매우 유리하다.

그러나 차량의 직진시에 노면의 파도 형상과 같은 기복 등으로 범프, 리바운드에 의한 캠버 변화를 발생시키는 경우에는 캠버 스러스트에 의한 횡력을 발생하기 때문에 과도한 대지 변화는 직진 안정성을 방해하기 때문에 이때에는 범프시 대차체 캠버 변화를 작게 할 수 있는 현가장치가 유리하다.

따라서 범프시의 캠버 변화는 코너링 특성과 직진 안정성의 양립이라는 관점에서 적절히 이루어지는 것이 요구된다.

이에 따라 캠버각의 가변을 위한 많은 기술들이 제안되고 있는데, 맥퍼슨 타입의 경우에는 액츄에이터로 로워 컨트롤 아암 또는 휠 캐리어를 직접 밀거나 당겨 캠버를 가변시키거나, 위시본 타입의 경우에는 액츄에이터로 어퍼 컨트롤 아암을 직접 밀거나 당겨 캠버를 가변시킬 수 있도록 하는 것이 통상적이다.

그러나 상기와 같은 수단으로 캠버각을 가변시키는 경우에는 액츄에이터의 요구 작동력이 지나치게 커서 현실적으로 실현 불가능하다는 문제점을 내포하고 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 맥퍼슨 타입의 경우에는 로워 컨트롤 아암에 전달되는 하중이 수백 킬로그램(kgf)에 달하기 때문에 현재의 액츄에이터 기술로는 그 하중을 감당할 수 없으며, 또한 피봇점으로 스트럿 상단 마운트 부분을 사용하기 있는데 이 또한 지나친 하중으로 인하여 실현이 불가능하다는 것이다.

또한, 위시본형과 어퍼 컨트롤 아암을 직접 캠버 방향으로 조작시키는 경우에는 기본적으로 부시의 탄성 변형을 이용해야하기 때문에 액츄에이터의 요구 작동력이 과도하여 실현 불가능 하다는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 작은 용량의 랙츄에이터를 사용하여 자동차의 주행 상황에 따라 능동적인 캠버각의 제어가 이루어지도록 하여 직진 주행시 안정성을 높여주고, 선회시 횡력을 조절하여 선회성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 현가장치를 제 공함에 있다.

이러한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 차폭 방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 하단부분과 상단부분을 차체측과 연결하는 적정수의 로워 및 어퍼 컨트롤 아암을 포함하여 이루어지는 자동차의 현가장치에 있어서, 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측 연결부에 캠버 제어수단을 배치하여 이루어지는 자동차의 현가장치를 제공한다.

상기에서 캠버 제어수단은 수평부와 수직부로 이루어져 그 중앙 힌지 부분이 차체 멤버류에 힌지 고정되어 수평부 단부가 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측단 연결부와 힌지 연결되는 벨 크랭크와, 상기 벨 크랭크의 수직부 단부와 연결되는 액츄에이터를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 벨 크랭크의 수직부에는 길이방향으로 장공이 형성되어 액츄에이터 로드 단부에 배치되는 연결핀이 결합되어 슬라이드 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은, 선회시 휠의 자세를 미리 부(-)의 캠버 상태로 제어한 후에 휠의 범프가 이루어져 대지 캠버를 "0"에 가까운 가장 이상적인 상태로 유지되도록 함으로써, 직진성과 직진 접지능력 향상을 도모하면서 선회 접지력을 향상시켜 선회 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 적용되는 액츄에이터는 현상을 직접 제어하는 것이 아니라 원인을 제어하기 위해 사용되고 있기 때문에 외력을 직접 제어하기 위한 큰 힘이 요구되지 않으며, 특히 액츄에이터의 작용 방향이 외력에 수직한 방향이기 때문에 작은 용량의 액츄에이터를 사용할 수 있게 되는 것이다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 현가장치의 요부 발췌 사시도로서, 완충수단인 쇽 업소버와 스프링을 미도시한 위시본 타입 현가장치를 예시하고 있다.

휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어(2)는 공지에서와 같이, 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(4)(6)을 통해 차체 또는 서브 프레임을 포함하는 차체 멤버와 연결 구성이다.

상기 어퍼 및 로워 컨트롤 아암(4)(6)은 말굽 형태로 이루어져 차체 방향으로 배치되며, 중앙으로 돌출되는 휠 연결부(8)(10)가 휠 캐리어(2)의 상하부에 볼 죠인트로 연결되며, 각각 전,후 일정 간격을 두고 형성되는 차체측 연결부(12)(14),(16)(18)는 고무부시등을 통해 차체측 멤버류에 힌지 고정된다.

이러한 현가장치에 있어서 본 발명은 상기 어퍼 컨트롤 아암(4)의 차체측 연결부(12)(14)에 캠버 제어수단(20)을 형성하였다.

즉, 상기 어퍼 컨트롤 아암(4)의 차체측 연결부(12)(14)를 차체에 힌지 고정하지 않고, 벨 크랭크(22; Bell Crank)와 액츄에이터(24)로 이루어지는 캠버 제어수단(20)을 배치한 것이다.

상기에서 벨 크랭크(22)는 "??" 형상으로 꺾인 형태의 레버로서 꺽인 부분을 힌지부로 하여 그 한끝단에서 받은 운동이나 힘을 그 방향과 크기를 적당하게 변경하여 다른 한 끝을 통해 다른 물체로 전달하는 것이다.

상기 벨 크랭크(22)는 힌지부가 차체 멤버류에 힌지 고정된 상태에서 수평부(26)의 단부가 어퍼 컨트롤 아암(4)의 차체측 연결부(12)(14)에 힌지 연결되고, 상측으로 세원지는 수직부(28)가 액츄에이터 로드(30)와 연결된다.

상기에서 수평부(26)의 단부와 어퍼 컨트롤 아암(4)의 차체측 연결부(12)(14)를 연결함에 있어서는 수평부(26)의 단부에 일정 길이를 갖는 연결부재(32)의 차체 길이방향으로 형성하여 이의 연결부재(32)의 전,후단부와 상기 어퍼 컨트롤 아암(4)의 차체측 연결부(12)(14)와 연결되도록 하였다.

그리고 상기 수직부(28)에는 길이방향으로 장공(34)을 형성하여 이의 장공(34)에 액츄에이터 로드(30)의 연결핀(36)이 연결되도록 함으로써, 차체 멤버류에 고정된 액츄에이터(24)의 액츄에이터 로드(30)가 진퇴 동작이 이루어질 때 상기 연결핀(36)이 장공(34)내에서 슬라이드 하면서 벨 크랭크(22)를 회전시킬 수 있도록 하였다.

상기에서 액츄에이터(24)는 유압 실린더로 이루어진 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 전기 모터를 사용할 수 있다.

상기에서 액츄에이터(24)는 휠 얼라인먼트 제어부(40)에 의하여 제어되는데, 상기 휠 얼라인먼트 제어부(40)는 도 2에서와 같이 차속센서(42)와, 조타각 센서(44)로부터 현재의 차속과 조타 가속도 및 조타각에 대한 신호를 전달받아 이의 신호를 미리 입력되어진 데이터와 비교하여 제어하는 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어된다.

상기와 같이 구성되는 캠버 제어수단(20)의 작동을 살펴보면, 평상시에는 도3에서와 같이, 어퍼 컨트롤 아암(4)과 로워 컨트롤 아암(6)은 평행한 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 횡력이나 선회시에는 휠 얼라인먼트 제어부(40)에서 액츄에이터(24)를 제어하여 액츄에이터 로드(30)를 진출시킨다.

그러면 벨 크랭크(22)의 작동에 의하여 도 4에서와 같이 벨 어퍼 컨트롤 아암(6)과 벨 크랭크(22)의 수평부(26)의 연결부(12)(14)가 하향 이동하면서 어퍼 컨트롤 아암(4)을 당기게 됨으로써, 휠의 자세가 부(-)의 캠버 상태로 제어하게 된다.

이러한 부(-)의 캠버 상태에서 휠이 범프를 하게 되면(선회시 선회 외륜은 자연적으로 범프 발생) 도 5에서와 같이 어퍼 컨트롤 아암(4)의 휠측 연결부(8)가 차체측으로 크게 이동(a)하면서 매우 큰 부(-)의 캠버각이 되어 대지 캠버를 "0"에 가까운 가장 이상적인 상태로 유지되도록 함으로써, 직진성과 직진 접지능력 향상을 도모하면서 선회 접지력을 향상시켜 선회 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 상기와 같은 구성과 작동에 의하여 차량의 주행 상황에 따라 능동적인 캠버각의 제어가 도 6과 같이 가능하기 때문에 직진 주행시 안정성을 높여 주고, 선회시 횡력을 조절하여 선회 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 본 발명에 적용되는 액츄에이터(24)는 현상을 직접 제어하는 것이 아니라 원인을 제어하기 위해 사용되고 있기 때문에 외력을 직접 제어하기 위한 큰 힘이 요구되지 않으며, 특히 액츄에이터(24)의 작용 방향이 외력에 수직한 방향이기 때문에 이론상 거의 "0"에 가까운 힘만으로도 제어가 가능하므로 작은 용량의 액츄에이터(24)를 사용할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 본 발명에 대한 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 현가장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 현가장치를 운용하기 위한 전자 제어 계통도.

도 3는 본 발명에 의한 현가장치를 정면에서 본 개략도.

도 4는 도 3의 상태에서 부(-)의 캠버각으로 제어한 상태의 개략도.

도 5는 도 4의 상태에서 휠이 범프한 상태의 개략도.

도 6은 본 발명에 의한 캠버각의 변화 그래프이다.

Claims (4)

1. 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 캐리어와; 차폭 방향으로 배치되어 상기 휠 캐리어의 하단부분과 상단부분을 차체측과 연결하는 적정수의 로워 및 어퍼 컨트롤 아암을 포함하여 이루어지는 자동차의 현가장치에 있어서,

   상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측 연결부에 캠버 제어수단을 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 현가장치.
2. 청구항 1에 있어서, 캠버 제어수단은 수평부와 수직부로 이루어져 그 중앙 힌지 부분이 차체 멤버류에 힌지 고정되어 수평부 단부가 상기 어퍼 컨트롤 아암의 차체측단 연결부와 힌지 연결되는 벨 크랭크와, 상기 벨 크랭크의 수직부 단부와 연결되는 액츄에이터를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 현가장치.
3. 청구항 2에 있어서, 벨 크랭크의 수직부에는 길이방향으로 장공이 형성되어 액츄에이터 로드 단부에 배치되는 연결핀이 결합되어 슬라이드 가능하게 한 것을 특징으로 하는 자동차의 현가장치.
4. 청구항 2에 있어서, 액츄에이터는 차체 멤버류에 전체적으로 고정됨을 특징으로 하는 자동차의 현가장치.

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