KR20130037502A - 자동차의 후차축 현가 장치 - Google Patents

자동차의 후차축 현가 장치 Download PDF

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KR20130037502A
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Abstract

본 발명은 자동차의 후륜 현가 장치에 관한 것이다. 본 발명의 자동차의 후륜 현가 장치는, 강재로 이루어지고 차체의 양측에 배치되는 트레일링 암(100); 양단부가 양측의 트레일링 암(100)을 향하도록 차체를 가로지르는 방향으로 배치되고, 강재로 이루어지는 토션 빔(200); 및 강재로 이루어지고, 상기 트레일링 암(100)과 상기 토션 빔(200) 사이에 개재되어 양단부가 각각 트레일링 암(100)과 토션 빔(200)과 용접 결합되는 중간 연결 부재(300)를 포함하여 이루어진다. 이러한 본 발명은, 트레일링 암(100)과 토션 빔(200)의 연결부에 용접성과 결합 강성을 향상시킬 수 있는 형태이면서 강재로 이루어진 중간 연결 부재(300)를 적용하여, 연결부의 응력 집중을 해소하고 내충격성을 증대하여 내구성을 향상시키며, 차종에 따른 토션 빔(200)의 규격 변화에도 트레일링 암(100)과 중간 연결 부재(300)를 공용화할 수 있도록 하며, 중간 연결 부재(300)의 형상을 변경하지 않더라도 조립시 승차감 및 조종 안정 성능의 미세 조정을 가능케 한 것이다.

Description

자동차의 후차축 현가 장치{REAR AXLE SUSPENSION OF AUTOMOBILES}
본 발명은 자동차의 후륜 현가 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트레일링 암과 토션 빔 사이에 강재로 이루어진 중간 연결 부재를 개재하여 트레일링 암과 토션 빔의 용접부의 강성을 증대하여 내구성을 향상시키고, 중간 연결 부재의 형상을 변경하지 않더라도 승차감 및 조종 안정 성능을 미세 조정할 수 있도록 한 자동차의 후륜 현가 장치에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5는 일반적인 트위스트 액슬(twist axle) 형 후차축 현가장치에 대한 종래의 예들을 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 트위스트 액슬형 후차축 현가장치는, 차체를 가로질러 설치되는 토션 빔(torsion beam)(11, 12)의 양단부에 트레일링 암(trailing arm)(21, 22)을 설치하고, 트레일링 암(21, 22)에 구비된 스프링 시트(spring seat)(31, 32), 쇽 업소버 마운트(shock absorber mount)(41, 42) 및 스핀들 브래킷(spindle bracket)(51, 52)에 각각 코일 스프링(도시하지 않음), 쇽 업소버(도시하지 않음) 및 휠 스핀들(wheel spindle)(도시하지 않음)이 설치되는 형태로 이루어진다.
이러한 후차축 현가 장치는, 다양한 노면의 특성과 자동차의 선회 등에 의해 비틀림, 굽힘 등의 다양한 하중을 받는다. 이 때문에 일반적으로 토션 빔(11, 12)은 대략 400Nm/deg의 비틀림 강성(torsional stiffness)이 요구되지만, 운전자의 운전 습관, 노면 특성 및 탑승 중량 등의 가혹한 조건에서도 주행 안정성을 확보하기 위해 800Nm/deg 이상의 비틀림 강성을 가지도록 설계되기도 한다.
토션 빔(11, 12)에 가해지는 비틀림 하중은 토션 빔(11, 12)과 트레일링 암(21, 22)의 연결부에 작용하므로, 토션 빔(11, 12)과 트레일링 암(21, 22)의 연결부에는 국부적으로 응력이 집중하게 된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 현가 장치는, 이른바 '스탬핑 타입(stamping type)' 현가 장치로서, 강재 튜브형 트레일링 암(21)에 강재 튜브형 토션 빔(11)을 맞대고 용접라인(w1)을 따라 용접한 형태이다.
이러한 스탬핑 타입 현가 장치는, 토션 빔(11)의 대략 사각형의 단부면을 트레일링 암(21)의 표면에 맞대어 용접라인(w1)(즉, 토션 빔(11)의 단부면 테두리 라인)을 따라 용접한 구조로서, 토션 빔(11)의 폭이 좁은 단부면을 맞대어 부착하는 특성상 접촉면적이 사각형이고 좁으며 용접 구간도 짧아 결합 강도가 약하고 응력이 집중하게 되어 굽힘 하중이나 비틀림 하중에 취약하다.
또한, 토션 빔(11)을 회전시키면 용접부가 들뜨기 때문에 트레일링 암(21)과의 서브 조립시 승차감 및 조종 안정성을 향상시키기 위한 미세 조정이 불가능하다.
도 4 및 도 5에 도시된 현가 장치는, 이른바 '캐스팅 타입(casting type)' 현가 장치로서, 주조품으로 이루어진 트레일링 암(22)에 강재 튜브형 토션 빔(12)을 결합한 형태이다.
이러한 캐스팅 타입 현가 장치는, 토션 빔(12)의 원형 단부를 트레일링 암(22)에 삽입한 다음 트레일링 암(22)과 토션 빔(12)의 경계부의 용접라인(w2)을 따라 용접한 구조로서, 용접 라인을 줄이면서도 용접 불량을 줄일 수는 있지만, 트레일링 암(22)의 무게가 많이 나가고, 특히 주조품의 트레일링 암(22)에 강재의 토션 빔(12)을 설계강도에 부합하게 용접하기가 매우 어려워 세계적으로 한두 군데의 업체에서만 적정한 용접 품질을 얻을 수 있기 때문에 단가가 비싸다는 문제가 있다. 또한, 트레일링 암(22)이 주조품으로 이루어지므로 충격 하중에 취약하여 대하중 작용시 크랙이 발생하거나 절단되는 사례가 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0119976호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0096843호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0000785호 대한민국 공개특허공보 공개번호 특1996-0033815호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 트레일링 암과 토션 빔 사이에 강재로 이루어진 중간 연결 부재를 개재하고, 용접 구간을 넓게 확보하여 용접부의 강성을 증대하고 내구성을 향상시키며, 중간 연결 부재의 형상을 변경하지 않더라도 조립시 승차감 및 조종 안정 성능의 미세 조정을 가능케 하는 자동차의 후륜 현가 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차의 후륜 현가 장치는, 강재로 이루어지고 차체의 양측에 배치되는 트레일링 암; 양단부가 양측의 트레일링 암을 향하도록 차체를 가로지르는 방향으로 배치되고, 강재로 이루어지는 토션 빔; 및 강재로 이루어지고, 상기 트레일링 암과 상기 토션 빔 사이에 개재되어 양단부가 각각 트레일링 암과 토션 빔과 용접 결합되는 중간 연결 부재를 포함한다.
상기 중간 연결 부재의 단부는 상기 토션 빔의 단부와 용접결합하기 위한 중공 원형 단면의 연결부로 이루어지고, 상기 토션 빔의 단부는 상기 중간 연결 부재의 연결부와 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰져서 서로 용접 결합하기 위한 중공 원형 단면의 결합부로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 중간 연결 부재는, 일측에 토션 빔의 단부와 용접결합하기 위한 연결부를 구비하고, 반대측에는 트레일링 암의 표면에 면대 면으로 밀착되는 안착면을 형성하도록 상기 연결부의 둘레로부터 외향 확장되는 안장부가 형성되며, 상기 안장부의 외측 테두리부와 상기 트레일링 암의 표면이 용접결합된다.
상기 중간 연결 부재는, 일측에 상기 토션 빔의 단부와 용접결합하기 위한 중공 원형 단면의 연결부를 구비하고, 반대측에는 트레일링 암의 표면에 면대 면으로 밀착되는 안착면을 형성하도록 상기 연결부의 둘레로부터 외향 확장되는 안장부가 형성되며, 상기 안장부의 외측 테두리부가 상기 트레일링 암의 표면에 용접결합되고, 상기 토션 빔의 단부는 상기 연결부에 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰지는 중공 원형 단면의 결합부로 이루어지며, 끼워 맞춰진 연결부와 결합부의 경계를 이루는 단부 테두리부를 따라 용접결합된다.
본 발명에 따른 자동차의 후륜 현가 장치에 의하면, 트레일링 암과 토션 빔의 연결부에 강재로 이루어지는 중간 연결 부재를 적용하고, 트레일링 암과 토션 빔도 강재로 구성하여 용접 결합하는 구조로서, 연결부의 응력 집중이 해소되고 내충격성이 증대되어 내구성이 향상된다.
또한, 차종에 따른 토션 빔의 규격 변화에도 트레일링 암과 중간 연결 부재를 공용화할 수 있으며, 중간 연결 부재의 형상을 변경하지 않더라도 조립시 승차감 및 조종 안정 성능의 미세 조정이 가능하여 승차감 및 조종 안정성의 향상에 도움을 줄 수 있다.
도 1은 종래의 후차축 현가장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 저면도이다.
도 4는 종래의 후차축 현가장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 후차축 현가장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 후차축 현가장치의 주요부 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 후차축 현가장치의 주요부 정면 단면 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 후차축 현가장치의 주요부 평면 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 중간 연결 부재를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 중간 연결 부재를 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 중간 연결 부재를 도시한 측면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 중간 연결 부재를 도시한 정면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 후차축 현가장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 후차축 현가장치는, 트레일링 암(100)과 토션 빔(200)의 연결부에 강재(鋼材, steel)로 이루어지는 중간 연결 부재(300)를 적용하여, 연결부의 응력 집중을 해소하고 내충격성을 증대하여 내구성을 향상시키며, 차종에 따른 토션 빔(200)의 규격 변화에도 트레일링 암(100)과 중간 연결 부재(300)를 공용화할 수 있도록 하며, 중간 연결 부재(300)의 형상을 변경하지 않더라도 조립시 승차감 및 조종 안정 성능의 미세 조정을 가능케 한 형태이다.
이를 아래에서 좀 더 구체적으로 설명한다.
상기의 트레일링 암(100)은 강재(鋼材)로 이루어지고, 토션 빔(200) 역시 강재로 이루어진다.
강재로 이루어지는 트레일링 암(100)은 차체의 양측에 배치되고, 토션 빔(200)은 양단부가 양측의 트레일링 암(100)을 향하도록 차체를 가로지르는 방향으로 배치된다.
강재로 이루어지는 중간 연결 부재(300)는, 트레일링 암(100)과 토션 빔(200) 사이에 개재되며, 그의 양단부는 각각 트레일링 암(100) 및 토션 빔(200)과 용접 결합된다. 이처럼, 중간 연결 부재(300)를 개재하는 경우 트레일링 암(100)과의 접합 면적을 넓혀 국부적인 응력 집중을 줄일 수 있고, 비틀림 강성과 굽힘 강성을 증대할 수 있다. 또한, '강재'의 트레일링 암(100)에 '강재'인 중간 연결 부재(300)를 용접하는 한편, '강재'인 중간 연결 부재(300)에 '강재'인 토션 빔(200)을 연결하는 것에 의해 용접 불량과 무게를 줄이고 내충격성을 향상시킬 수 있다.
중간 연결 부재(300)는, 강재 중에서도 단조강재(鍛造鋼材, forged steel)로 구성하는 것이 강성 증대에 유리하다. 중간 연결 부재(300)를 단조강재로 구성할 경우, 단조 공정에서 가공 여유를 가지도록 하여 단조 소재를 만든 다음, 내경부 등의 조립에 관련된 부분을 기계 가공하는 것으로 제조할 수 있다.
이러한 중간 연결 부재(300)는 트레일링 암(100) 및 토션 빔(200)과 강고하게 결합 가능한 구성으로 이루어진다.
도 10 내지 도 13에는 중간 연결 부재(300)의 형상을 상세하게 나타내는 도면이 도시되어 있는바, 이하, 도 6 내지 도 9를 병행 참조하여 설명한다.
중간 연결 부재(300)에는 토션 빔(200)과 결합하기 위한 연결부(310)를 구비하는데, 이의 연결부(310)는 중공(中空)의 원형 단면으로 이루어지고, 이에 대응하여 토션 빔(200)의 단부의 결합부(210)도 중공 원형 단면으로 이루어져서, 연결부(310)와 결합부(210)가 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰진 후, 연결부(310)와 결합부(210)의 경계를 이루는 단부 테두리부(312)(도면에서는 중간 연결 부재의 테두리부)를 따라 용접결합된다. 중간 연결 부재(300)는 주조품(cast iron, 주철)이 아니라 강재로 이루어지므로, 같은 강재인 토션 빔(200)과 용접이 용이할 뿐만 아니라, 서로 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰져서 서로 일정 길이 중첩된 다음 용접결합되기 때문에, 결합부의 강성이 향상된다. 또한, 중간 연결 부재(300)와 토션 빔(200)이 중공 원형의 단면으로 이루어지기 때문에 용접길이가 짧고 용접 불량이 적으며 비틀림 강성에도 유리할 뿐만 아니라, 특히 용접 전의 튜닝 공정에서 토션 빔(200)을 미세하게 회전시켜 조정할 수 있으므로 최적의 승차감 및 조종 안정성을 구현할 수 있다.
또한, 차종에 따라 토션 빔(200)의 규격이 다르더라도, 중간 연결 부재(300)와 결합되는 부분, 즉, 결합부(210)의 결합부(210)의 규격만 맞추면 트레일링 암(100)과 중간 연결 부재(300)를 변경 없이 공용화할 수 있다.
또한, 중간 연결 부재(300)의 연결부(310)의 반대방향에는 트레일링 암(100)과 넓은 면적으로 결합하기 위한 안장부(320)가 형성된다. 안장부(320)는 연결부(310)로부터 외향 확장된 형태로 안장부(320)와 단일체로 형성된다.
즉, 중간 연결 부재(300)의 안장부(320)는, 연결부(310)의 둘레로부터 외향 확장되어, 트레일링 암(100)의 표면에 면대 면(面對面)으로 밀착되는 안착면(320a)을 형성한다. 중간 연결 부재(300)의 안장부(320)는 트레일링 암(100)의 표면을 감싸는 형태로 밀착되며, 안장부(320)의 외측 테두리부(322)를 따라 트레일링 암(100)과 용접결합된다.
이와 같이, 중간 연결 부재(300)가 안장부(320)에 의해 매우 넓은 면적으로 트레일링 암(100)에 밀착되어 용접되므로, 비틀림 강성이나 굽힘 강성이 향상된다. 또한, 중간 연결 부재(300)는 주조품(주철)이 아닌 강재로 이루어지고, 트레일링 암(100)도 강재로 이루어지므로, 주조품과 강재를 용접하던 종래에 비해 용접성이 우수하고 용접불량을 줄일 수 있으며 비용 및 무게를 줄일 수 있다.
100 : 트레일링 암
110 : 스프링 시트
120 : 스핀들 브래킷
200 : 토션 빔
210 : 결합부
300 : 중간 연결 부재
310 : 연결부
312 : 테두리부
320 : 안장부
320a : 안착면
322 : 테두리부

Claims (4)

  1. 강재로 이루어지고 차체의 양측에 배치되는 트레일링 암(100);
    양단부가 양측의 트레일링 암(100)을 향하도록 차체를 가로지르는 방향으로 배치되고, 강재로 이루어지는 토션 빔(200); 및
    강재로 이루어지고, 상기 트레일링 암(100)과 상기 토션 빔(200) 사이에 개재되어 양단부가 각각 트레일링 암(100)과 토션 빔(200)과 용접 결합되는 중간 연결 부재(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후차축 현가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 연결 부재(300)의 단부는 상기 토션 빔(200)의 단부와 용접결합하기 위한 중공 원형 단면의 연결부(310)로 이루어지고, 상기 토션 빔(200)의 단부는 상기 중간 연결 부재(300)의 연결부(310)와 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰져서 서로 용접 결합하기 위한 중공 원형 단면의 결합부(210)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 후차축 현가 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간 연결 부재(300)는, 일측에 토션 빔(200)의 단부와 용접결합하기 위한 연결부(310)를 구비하고, 반대측에는 트레일링 암(100)의 표면에 면대 면으로 밀착되는 안착면(320a)을 형성하도록 상기 연결부(310)의 둘레로부터 외향 확장되는 안장부(320)가 형성되며, 상기 안장부(320)의 외측 테두리부(322)와 상기 트레일링 암(100)의 표면이 용접결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후차축 현가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간 연결 부재(300)는, 일측에 상기 토션 빔(200)의 단부와 용접결합하기 위한 중공 원형 단면의 연결부(310)를 구비하고, 반대측에는 트레일링 암(100)의 표면에 면대 면으로 밀착되는 안착면(320a)을 형성하도록 상기 연결부(310)의 둘레로부터 외향 확장되는 안장부(320)가 형성되며, 상기 안장부(320)의 외측 테두리부(322)가 상기 트레일링 암(100)의 표면에 용접결합되고,
    상기 토션 빔(200)의 단부는 상기 연결부(310)에 축-구멍 방식으로 끼워 맞춰지는 중공 원형 단면의 결합부(210)로 이루어지며, 끼워 맞춰진 연결부(310)와 결합부(210)의 경계를 이루는 단부 테두리부(312)를 따라 용접결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 후차축 현가 장치.
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