KR20110103957A - 차량용 세미 트레일링 암식 차축 - Google Patents

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폴커 바그너
가브리엘레 프루만
슈테판 폴마이어
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은, 차축의 각각의 휠(4)을 위해 수직축을 중심으로 유연성을 갖는 세미 트레일링 암(1)을 포함하는 차량용 세미 트레일링 암식 차축에 관한 것으로, 상기 세미 트레일링 암은 하나 이상의 베어링(2, 3)을 통해 차체 또는 서브 프레임에 지지되고, 차축의 각각의 휠(4)은 적어도 휠 베어링(5)을 통해 각각의 가요성 세미 트레일링 암(1)과 연결되며, 그 결과 가요성 세미 트레일링 암(1)은 단독으로 휠 가이드를 수행하게 된다.

Description

차량용 세미 트레일링 암식 차축 {SEMI-TRAILING ARM AXLE FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 세미 트레일링 암식 차축에 관한 것이다.
종래 기술로부터 차량용 세미 트레일링 암식 차축이 공지되어 있다. 상기 차축에서는 고정되어 있는 세미 트레일링 암 내에 휠 캐리어가 통합되고, 상기 세미 트레일링 암은 다시 일반적으로 2개의 고무 베어링을 통해 차체 또는 서브 프레임에 회전 가능하게 지지되며, 이때 차축의 휠들은 적어도 휠 베어링을 통해 세미 트레일링 암에 지지된다. 스윕 앵글(sweep angle) 및 루프 앵글(roof angle)을 통해 스프링 트래블에 걸친 토우(toe) 및 캠버(camber) 패턴이 조정될 수 있다. 단독 휠 가이드 부재로서 사용되는 세미 트레일링 암 외에, 세미 트레일링 암식 차축은 휠 당, 통상 나선형 스프링으로 형성되는 차체 스프링과, 각각 세미 트레일링 암에 고정되는 진동 댐퍼를 하나씩 포함한다. 세미 트레일링 암은 차체 또는 섀시로의 연결 요소인 서브 프레임에도 고정될 수 있다.
예컨대 EP 0754575 B1호로부터 차량 휠을 차체와 연결하기 위한 세미 트레일링 암식 서스펜션이 공지되어 있으며, 여기서는 서스펜션이 휠의 회전 가능한 지지를 위한 휠 캐리어와, 휠 캐리어를 차체를 기준으로 하부를 향해 압착하기 위한 스프링 수단과, 차체와 관련한 휠 캐리어의 운동을 제어하기 위한 조인트 메커니즘 장치를 포함하며, 상기 조인트 메커니즘 장치는, 차체를 기준으로 일반적으로 수평인 회전축을 중심으로 회전하기 위해 차체의 일부분과 연결되는, 내측 단부와, 휠 캐리어에 연결된 외측 단부를 갖는 제1 암을 포함하며, 상기 제1 암은 차체를 기준으로 내측 단부로부터 외측 단부까지 후방 및 외부를 향해 연장된다.
공지된 세미 트레일링 암식 서스펜션은, 차체를 기준으로 일반적으로 수평인 회전축을 중심으로 회전하기 위해 차체의 일부분과 연결되는 제1 단부와, 휠 캐리어에 연결된 제2 단부를 갖는 제2 암을 구비한 연결 수단을 포함하며, 상기 휠 캐리어는 제1 암을 기준으로 실질적으로 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 연결 수단은 차체의 일부분과 임의의 지점에서 연결되는 추가의 조인트 메커니즘 장치를 포함하며, 상기 임의의 지점은 제2 암이 차체와 연결되는 지점을 기준으로 외측에, 그리고 제1 암과 차체의 연결 지점과, 제2 암과 차체의 연결 지점 사이에 연장되는 가상의 선의 후방에 놓인다. 이 경우, 제1 암은 일반적으로 횡으로 연장되는 방향으로 뻗고, 제2 암은 제1 암의 전방에 배치되며, 제1 암과 제2 암은, 상기 제1 및 제2 암이 휠 캐리어 및 차체와 연결되는 지점들을 지나 연장되는 가상의 선들이, 휠의 중심을 벗어나 휠의 회전축 후방에 놓이는 지점에서 교차되는 방식으로 서로 만나게 되며, 그 결과 휠 캐리어가 차체와 관련한 휠의 수직 운동에 대한 반응으로서 실질적으로 수직인 축을 중심으로 회전하도록 하기 위해 상기 추가 조인트 메커니즘 장치가 기울어진다. 이 경우, 바람직하게는 상기 추가 조인트 메커니즘 장치가 제2 암을 통해 휠 캐리어와 연결된다.
또한, EP 1288028 A2호로부터 공지된, 2개 이상의 자유도를 갖는 세미 트레일링 암식 독립 휠 서스펜션은 각각의 휠 캐리어 및 차체와 연결되는 2개 이상의 가요성 암을 포함하며, 상기 암은 가요성 형상 및 구조로 인해 사전 설정된 배향을 갖는 축을 중심으로 하는 독립 휠 서스펜션의 제3의 자유도를 가능케 하며, 이때 상기 축은 2개의 암의 평면들의 교차면으로부터 생성된다.
EP 1831037 A1호로부터, 각각의 휠에 대해 차체와 연결되어 휠의 스프링 트래블을 가능케 하는 하나의 암 및 횡방향으로 배치된 토션 부재를 포함하는 차량용 스프링 액슬이 공지되어 있으며, 여기서는 토션 부재의 각각의 단부가 각각의 휠에 할당된 암과 고정 연결됨으로써 차축의 각각의 고정부가 형성되며, 차축의 상기 두 고정부는 일 토션부를 통해 서로 연결되고, 휠 캐리어는 제1 및 제2 암을 통해 차축의 각각 하나의 고정부와 연결된다. 이때, 휠 캐리어들과 제1 및 제2 암 사이, 그리고 제1 및 제2 암과 차축의 고정부들 사이의 조인트 연결부들에 의해 실질적으로 수직축이 정의된다.
본 발명의 과제는, 종래의 세미 트레일링 암식 차축과 달리, 횡력 및 제동력 하에서의 토우 아웃(toe-out) 운동이 방지되도록 사용되는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축을 제공하는 것이다. 또한, 차축의 휠들은 횡력 및 제동력 하에서 토우인(toe-in) 운동을 하게 됨으로써, 중립 주행 거동 시까지 언더스티어가 실시되는 효과가 달성되어야 한다.
상기 과제는 청구항 제1항의 특징들에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 또 다른 실시예들 및 장점들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따라, 차축의 각각의 휠에 대해 차축 현가식 암(rigid arm) 대신 수직축을 중심으로 유연성을 갖는 암을 포함하고, 상기 세미 트레일링 암은 휠 가이드를 수행하는 차량용 세미 트레일링 암식 차축이 제안된다. 상기 가요성 세미 트레일링 암은 바람직하게 고무 베어링으로서 형성된 하나 이상의 베어링을 통해 차체 또는 서브 프레임에 지지되며, 차축의 각각의 휠은 하나 이상의 휠 베어링을 통해 가요성 세미 트레일링 암과 연결되며, 그로 인해 상기 가요성 세미 트레일링 암은 단독으로 휠 가이드를 수행하게 된다. 이때, 하나의 휠은 단 하나의 타이어 또는 직접 인접하여 배치된 복수의 타이어, 예컨대 듀얼 타이어를 포함할 수 있다.
가요성 세미 트레일링 암은 본 발명에 따라 판금 또는 섬유강화 복합 부품으로 제조되는 것이 매우 바람직할 수 있는데, 그 이유는 그러한 종류의 부품은 용이하게 성형될 수 있어서 그 강성을 조정하기가 매우 수월하기 때문이다.
가요성 세미 트레일링 암은, 횡력 및 제동력 하에서 각각의 휠의 토우인 운동을 제공하는 가상의 회전점을 가지며, 그 결과 바람직하게 차량의 횡력 오버스티어가 방지된다. 특히, 횡력 하에서 가상의 회전점이 전진 주행 방향으로 횡력 도입부의 후방에 놓이는 것이 바람직하다. 또한, 가상의 회전점은 차량 횡방향으로 제동력 도입부의 외부에 놓일 수 있으며, 이는 제동력 하에서 토우 특성에 긍정적으로 작용한다.
하기에서는 첨부된 도면들을 토대로 실시예를 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 세미 트레일링 암식 차축의 휠 서스펜션의 개략적 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세미 트레일링 암식 차축의 휠 서스펜션의 개략적 배면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 세미 트레일링 암식 차축의 휠 서스펜션의 일 등가 모델이다.
도 4는 본 발명에 따른 세미 트레일링 암식 차축의, 횡력 하에서의 토우(toe) 변량을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 세미 트레일링 암식 차축의, 제동력 하에서의 토우 변량을 나타낸 개략도이다.
본 발명에 따라, 그리고 도 1과 도 2과 관련하여, 본 발명에 따른 차축은 차축의 각각의 휠(4)에 대해 차축 현가식 암(rigid arm) 대신 수직축을 중심으로 유연성을 갖는 세미 트레일링 암(1)을 포함하고, 상기 세미 트레일링 암은 휠 가이드를 수행하며, 바람직하게 고무 베어링으로서 형성된 2개의 베어링(2, 3)을 통해 차체 또는 서브 프레임에 지지된다.
도 1 및 도 2에서 볼 수 있듯이, 차축의 각각의 휠(4)은 휠 베어링(5) 및 휠 캐리어(7)를 통해 각각의 가요성 세미 트레일링 암(1)과 연결되며, 그로 인해 상기 가요성 세미 트레일링 암(1)은 단독으로 휠 가이드를 수행하게 된다. 도 1에는 가요성 세미 트레일링 암(1)의 가상의 회전점이 도면부호 "9"로 표시되어 있다. 또한, 도 1과 도 2에서 도면부호 "6"은 이미 공지되어 있는 스태빌라이저(stabilizer)를 나타내며, 상기 스태빌라이저는 특히 댐퍼, 휠 캐리어(7), 또는 도시된 것처럼 가요성 세미 트레일링 암(1)에 연결될 수 있다. 도 1의 좌측에서 전진 주행 방향은 수직 화살표로 표시되어 있다. 가요성 세미 트레일링 암(1)은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에서 일체형으로 형성되어 있으며, 그 단부들은 서로 접하여 나사로 연결된다. 이때, 연결 나사들(14) 중 하나 이상은, 상기 단부들이 이중 화살표를 따라 서로 반대방향으로 움직이게 함으로써 세미 트레일링 암(1)의 궤도가 간단하게 조정될 수 있게 하는 편심체를 포함한다.
본 발명에 따른 차축은 도 2에 따라 각각의 휠 서스펜션에 대해 휠 캐리어(7)에 연결된 스프링 댐퍼 유닛(8)을 포함하며, 상기 스프링 댐퍼 유닛은 차체의 현가 및 완충에 이용된다. 이때, 스프링 댐퍼 유닛(8)은 적어도 하나의 스프링 및 하나의 댐퍼로 구성되어 차체의 현가 및 완충을 위한 기능 유닛을 형성하는 별도의 장치를 의미할 수도 있다. 도시되지 않은 본 발명의 한 실시예에 따르면, 스프링 댐퍼 유닛(8)은 가요성 세미 트레일링 암(1)에 고정될 수도 있다. 또는, 차체의 현가 및 완충을 위해 특히 하나 이상의 횡치 판 스프링(transverse leaf spring)이 제공될 수도 있으며, 각각의 휠 서스펜션에 대해 각각 휠 캐리어(7) 또는 가요성 세미 트레일링 암(1)과 연결될 수 있는 하나 이상의 댐퍼가 제공될 수도 있다. 이때, 횡치 판 스프링은 기능 통합과 관련한 장점을 갖는데, 그 이유는 하나의 횡치 판 스프링에 차체 현가 시스템, 서스펜션 암 및/또는 스태빌라이저가 간단하게 통합될 수 있기 때문이다.
도 3에 도시된 것처럼, 유연성을 갖도록 형성된 세미 트레일링 암(1)은 매우 바람직하게는 커플링 기어 방식으로, 즉 실질적으로 커플링 영역을 통해 서로 연결되어 하나의 평면 내에서 하나의 사각형을 형성하는 4개의 링크(10, 11, 12, 13)로 형성된다. 이 경우, 세미 트레일링 암(1)은 제1 링크(11)를 통해 차체 또는 서브 프레임에 고정되고, 제2 링크(13)를 통해 휠(4)과 연결된다. 이때, 제1 링크(11)와 제2 링크(13)는 또 다른 링크들(10, 12)에 의해 서로 연결되며, 상기 링크들(10, 11, 12, 13)을 연결하며 본 도면에서 조인트로서 도시된, 가요성 세미 트레일링 암(1)의 연결 영역은 본 발명에 따른 세미 트레일링 암(1)의 유연성을 구현하기 위한 목적으로 제공되는 강성을 갖는다.
여기서 제1 링크(11)는 바람직하게는 고무 베어링으로 형성되는 하나 이상의 베어링을 통해 차체 또는 서브 프레임에 고정되며, 제2 링크(13)는 여기에는 도시되지 않은 하나 이상의 휠 베어링을 통해 세미 트레일링 암(1)을 휠(4)과 연결한다. 가상의 회전점(9)의 위치는, 제1 및 제2 링크(11, 13)와, 나머지 링크(10, 12) 중 하나의 두 연결 영역들에 의해 각각 연장되는 2개의 직선의 교차점에 의해 정의된다. 가요성 세미 트레일링 암(1)의 구조적 설계에 의해 도출된 가상의 회전점(9)의 위치는 가요성 세미 트레일링 암(1)의 연결 영역들의 강성과 함께 특정 횡력 및 제동력에서의 토우인(toe-in) 변량을 결정한다.
링크들(10, 11, 12, 13)을 연결하는 연결 영역들과 마찬가지로 링크들(10, 11, 12, 13) 자체에도, 세미 트레일링 암(1)의 유연성을 구현하기 위한 목적으로 제공되는 강성이 부여될 수 있다. 이러한 강성은 링크들(10, 11, 12, 13) 또는 연결 영역들의 재료뿐만 아니라 형상에 의해서도 구현될 수 있다. 전술한 이유에서 특히 판금 또는 섬유강화 복합 부품으로 제조된 링크들(10, 11, 12, 13)이 매우 적합하다.
도 1에 도시된 것처럼, 링크들(10, 11, 12, 13) 및 연결 영역들은 일체형 세미 트레일링 암(1)을 형성할 수 있으며, 이 경우 링크들(10, 11, 12, 13)과 연결 영역들은 세미 트레일링 암(1)의 개개의 섹션이 된다. 그러므로, 세미 트레일링 암(1)의 하나의 링크(10, 11, 12, 13) 또는 하나의 연결 영역이 단지 각각 하나의 개별 유닛을 의미하기만 하는 것은 아니며, 특히 제1 또는 제2 링크(11, 13)가 하나의 또는 2개의 다른 링크(10, 12) 및 관련 연결 영역들과 함께 세미 트레일링 암(1)의 하나의 일체형 유닛을 형성할 수 있다.
본 발명에 따라 가상 회전점(9)의 위치가 횡력 도입부 뒤 및/또는 제동력 도입부 외부에 놓임으로써, 횡력 또는 제동력 하에서 각각의 휠(4)의 토우인 운동이 실시되고, 이로써 바람직하게는 차량의 횡력 오버스티어가 방지되며, 제동력 하에서 토우 특성에 긍정적으로 작용하게 된다.
도 4에는 횡력 하에서의 토우 변량이 도시되어 있다. 여기서, 횡력은 "FS"로, 토우 변량은 "Δδ"로, 그리고 횡력 도입이 이루어지는 휠 접지점은 "RAP"로 표시되어 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 가요성 세미 트레일링 암(1)은, 수직 화살표로 도시된 전진 주행 방향으로 횡력 도입부의 후방에 가상의 회전점(9)이 놓이도록 설계된다. 전진 주행 방향을 따라 횡력 도입부와 가상의 회전점(9) 사이의 상기 편차는 "a"로 표시되어 있다.
본 발명에 따르면 가요성 세미 트레일링 암(1)은, 휠(4)의 세미 트레일링 암(1) 반대편 측면의 방향으로 볼 때 차량의 횡방향으로 제동력 도입부의 외부에 가상의 회전점(9)이 놓임으로써, 제동력 하에서 토우 특성에 긍정적으로 작용하도록 설계되기도 한다. 이와 관련해서는 도 5에 상세히 도시되어 있으며, 여기서 제동력은 "FB"로, 토우 변량은 "Δδ"로 표시되어 있으며, 제동력 도입은 마찬가지로 "RAP"로 표시된 휠 접지점에서 이루어진다. 도 5에는 차량 횡방향으로 제동력 도입부로부터 가상의 회전점(9)의 편차가 "b"로 표시되어 있다.
본 발명의 또 다른 장점은, 스프링 댐퍼 유닛(8)이 휠 가이드를 수행할 필요가 없고, 슈베르트(Schwert) 암식 또는 더블 위시본식(double wishbone) 차축에서 공지된 것과 같은 상부 암 평면이 생략되므로, 로우 레벨형 차축 컨셉이 구현된다는 데 있다.
1 가요성 세미 트레일링 암
2 베어링
3 베어링
4 휠
5 휠 베어링
6 스태빌라이저
7 휠 캐리어
8 스프링 댐퍼 유닛
9 가상 회전점
10 가요성 세미 트레일링 암(1)의 제1 링크
11 가요성 세미 트레일링 암(1)의 추가 링크
12 가요성 세미 트레일링 암(1)의 추가 링크
13 가요성 세미 트레일링 암(1)의 제2 링크
14 연결 나사
RAP 휠 접지점
Δδ 토우 변량
FS 횡력
FB 제동력
a 전진 주행 방향을 따라 횡력 도입부에 대한 가상 회전점(9)의 편차
b 차량 횡방향을 따라 제동력 도입부에 대한 가상 회전점(9)의 편차

Claims (11)

  1. 차량용 세미 트레일링 암식 차축에 있어서,
    상기 차축은 차축의 각각의 휠(4)에 대해 수직축을 중심으로 유연성을 갖는 세미 트레일링 암(1)을 포함하며, 상기 세미 트레일링 암은 하나 이상의 베어링(2, 3)을 통해 차체 또는 서브 프레임에 지지되고, 차축의 각각의 휠(4)은 하나 이상의 휠 베어링(5)을 통해 각각의 가요성 세미 트레일링 암(1)과 연결되며, 그 결과 가요성 세미 트레일링 암(1)은 단독으로 휠 가이드를 수행하는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  2. 제1항에 있어서, 세미 트레일링 암(1)은, 하나의 사각형을 형성하며 연결 영역들에 의해 연결된 4개의 링크(10, 11, 12, 13)로 구성되고, 상기 연결 영역들은 목적에 맞게 제공되는 횡력을 이용하며, 제1 링크(11)는 하나 이상의 베어링을 통해 차체 또는 서브 프레임에 고정되고, 제2 링크(13)는 적어도 휠 베어링(5)을 통해 휠(4)과 연결되며, 제1 및 제2 링크(11, 13)는 2개의 또 다른 링크(10, 12)를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  3. 제2항에 있어서, 상기 링크들(10, 11, 12, 13)은 하나의 평면 내에서 하나의 사각형을 형성하는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  4. 제2항에 있어서, 세미 트레일링 암(1)의 가상의 회전점(9)은 전진 주행 방향으로 횡력 도입부의 후방에 놓이는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  5. 제2항에 있어서, 세미 트레일링 암(1)의 가상의 회전점(9)은 차량 횡방향으로 제동력 도입부의 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  6. 제1항에 있어서, 세미 트레일링 암(1)은 판금 또는 섬유강화 복합 부품으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 휠 서스펜션에 대해 스프링 댐퍼 유닛(8)이 하나씩 제공되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  8. 제7항에 있어서, 스프링 댐퍼 유닛(8)은 세미 트레일링 암(1) 또는 휠 캐리어(7)에 고정되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  9. 제1항에 있어서, 세미 트레일링 암(1) 또는 휠 캐리어(7)와 연결된 하나 이상의 횡치 판 스프링이 제공되며, 각각의 휠 서스펜션에 대해 가요성 세미 트레일링 암(1) 또는 휠 캐리어(7)와 연결된 하나 이상의 댐퍼가 제공되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  10. 제1항에 있어서, 세미 트레일링 암(1)은 일체로 형성되고, 상기 세미 트레일링 암의 단부들은 서로 나사로 연결되며, 연결 나사들(14) 중 하나 이상은 세미 트레일링 암(1)의 궤도가 조정될 수 있게 하는 편심체를 구비한 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
  11. 제1항에 있어서, 세미 트레일링 암식 차축의 댐퍼, 가요성 세미 트레일링 암(1) 또는 휠 캐리어(7)에 스태빌라이저(6)가 연결되는 것을 특징으로 하는, 차량용 세미 트레일링 암식 차축.
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