KR20130052791A - 자동차용 공기스프링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 공기스프링에 관한 것으로서, 충격 흡수 및 진동 저감 성능이 증대될 수 있고, 차량의 둔턱 통과시 충격으로 인한 노이즈가 개선될 수 있으며, 마운팅 강성 및 내구력이 증대될 수 있는 버스 등 상용 자동차의 공기식 현가장치용 공기스프링을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 압축공기를 공급받아 팽창하고 압축공기의 배출을 통해 수축하는 공기챔버와, 상기 공기챔버의 하단부에 결합되는 피스톤과, 상기 공기챔버 내부에 위치하도록 피스톤 상단부에 고정되는 범프 스토퍼를 포함하는 자동차용 공기스프링에 있어서, 상기 피스톤의 내부에 위치하면서 상단부가 피스톤 상단부에 고정되고 하단부가 스프링 마운팅 브라켓에 고정되는 러버스프링을 더 포함하고, 상기 러버스프링이 피스톤과 스프링 마운팅 브라켓 사이에 개재됨으로써 충격 흡수 및 하중 분산 작용을 하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 공기스프링이 개시된다.

Description

자동차용 공기스프링{Air spring for suspension of vehicle}
본 발명은 자동차용 공기스프링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충격 흡수 및 진동 저감 성능이 증대될 수 있고, 차량의 둔턱 통과시 충격으로 인한 노이즈가 개선될 수 있으며, 마운팅 강성 및 내구력이 증대될 수 있는 버스 등 상용 자동차의 공기식 현가장치용 공기스프링에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 현가장치(suspension)는 차체와 바퀴를 연결하여 충격력을 흡수함으로써 승차감을 향상시키는 장치이며, 대형 버스나 대형 트럭 등과 같은 상용 자동차에는 공기식 현가장치가 주로 적용되고 있다.
이러한 공기식 현가장치에는 도 1에 도시된 바와 같이 공기의 압축 탄성을 이용하여 노면에 의해 발생한 진동과 충격을 흡수하는 공기스프링(100)이 장착되고, 상기 공기스프링(100)은 상단부가 미도시된 차체 프레임에 연결되고 하단부가 스프링 마운팅 브라켓(200)을 매개로 액슬(1)에 연결되어 설치된다.
상기 공기스프링(100)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 고압의 압축공기를 공급받아 팽창하고 압축공기의 배출을 통해 수축하는 공기챔버(110)와, 상단부가 상기 공기챔버(110)의 하단부에 결합되는 피스톤(120)과, 상기 공기챔버(110)의 하단부가 결합되는 피스톤(120)의 상단부에 공기챔버(110) 내부에 위치하도록 고정되는 범프 스토퍼(130)를 포함하여 구성된다.
상기 공기챔버(110)는 외력의 크기에 따라 체적의 변화가 용이하도록 형성되고, 그 상단부는 어퍼 플레이트(111)를 매개로 하여 차체 프레임에 볼트로 체결된다.
그리고, 상기 피스톤(120)은 그 상단부가 공기챔버(110)의 하단부에 결합되는 동시에 반대편의 하단부는 로워 플레이트(121)를 매개로 스프링 마운팅 브라켓(200)에 볼트로 체결된다.
상기 피스톤(120)은 액슬(1) 상측으로 고정되는 스프링 마운팅 브라켓(200)에 마운팅되는데, 상기 스프링 마운팅 브라켓(200)은 액슬(1)에 체결된 상태에서 그 상단부가 피스톤(120)의 하단부에 체결되어 액슬(1)에서 피스톤(120)을 포함한 공기스프링(100) 전체를 지지하는 구조로 되어 있다.
상기 스프링 마운팅 브라켓(200)은 액슬(1)에 볼트로 체결되고, 상기 액슬(1)에는 레디어스 로드(2)의 일단이 결합되며, 상기 레디어스 로드(2)의 타단은 전방의 차체 프레임(미도시)에 결합된다.
상기 범프 스토퍼(130)는 공기챔버(110)의 내부에 위치하도록 피스톤(120)의 상단부에 볼트로 체결되어 결합되고, 범프시 공기챔버(110)의 상단부 내측으로 어퍼 플레이트(111)에 일체로 고정 설치된 스토퍼 플레이트(112)와 접촉하도록 되어 있다.
한편, 상기한 공기식 현가장치에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 차체로부터의 하중을 2개의 공기스프링(100)으로 지지하고, 각 공기스프링(100)은 압축기(미도시)로부터 압축공기를 공급받도록 되어 있다.
또한 각 공기스프링(100)에서는 노면의 조건에 따라 피스톤(120)이 상하로 움직이면서 노면의 충격을 흡수하고, 이와 더불어 쇽업소버(3)가 노면의 충격을 감쇠시키게 된다.
이와 같은 공기식 현가장치는 주행 중 노면의 상태에 따라 범프와 리바운드의 과정을 수시로 겪게 되는데, 특히 차량이 둔턱을 지나면서 범프될 때에는 공기챔버(110)가 수축하게 되고, 이때 범프 스토퍼(130)가 공기챔버(110) 내부의 스토퍼 플레이트(112)와 접촉하면서 범프되는 양을 제한함과 더불어 범프시 차체에 전달되는 충격을 완화하게 된다.
상기 공기스프링(100)의 스프링 상수는 공기챔버(110) 내 체적 변화에 따른 압력의 정도에 따라 변화되고, 이를 통해 차량의 자세를 적절하게 유지하게 된다.
대형 버스의 공기스프링은 축 하중을 지지하기 위해 매우 큰 스프링 상수가 필요한데, 이로 인해 차량이 둔턱을 지날 때에는 매우 큰 충격이 승객에게 전달된다.
따라서, 충격으로 인한 승차감의 불만이 제기되고 있는 상황이며, 이와 함께 차량이 둔턱을 통과할 때 타이어에서 "텅" 하는 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.
아울러, 도 3은 종래의 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면으로, 도시된 바와 같이 공기챔버(110)의 중심과 피스톤(120)의 중심이 어긋나 있으므로 상하 운동시 편심 하중이 발생하게 된다.
즉, 상하 운동시 액슬, 스프링 마운팅 브라켓(200) 및 피스톤(120)이 도 3에 나타낸 원형의 궤적을 따라 상하 운동을 하게 되고, 액슬, 스프링 마운팅 브라켓(200) 및 피스톤(120)이 원형의 궤적을 따르게 될 때, 액슬, 스프링 마운팅 브라켓(200), 피스톤(120)의 중심이 모두 공기챔버(110)의 중심과 크게 어긋나게 되므로, 범프와 리바운드를 반복하는 동안 편심 하중이 발생하게 되는 것이다.
이러한 편심 하중이 계속해서 발생하는 경우, 스프링 마운팅 브라켓(200)의 상단부와 볼트로 체결되는 피스톤(120)의 용접부위, 즉 피스톤(120)과 로워 플레이트(121) 간 용접부위나 로워 플레이트(121) 내 용접부위 등에서 크랙을 발생시키며, 절손시 차량 운행이 불가해진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 충격 흡수 및 진동 저감 성능이 증대될 수 있고, 차량의 둔턱 통과시 충격으로 인한 노이즈가 개선될 수 있으며, 마운팅 강성 및 내구력이 증대될 수 있는 버스 등 상용 자동차의 공기식 현가장치용 공기스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 압축공기를 공급받아 팽창하고 압축공기의 배출을 통해 수축하는 공기챔버와, 상기 공기챔버의 하단부에 결합되는 피스톤과, 상기 공기챔버 내부에 위치하도록 피스톤 상단부에 고정되는 범프 스토퍼를 포함하는 자동차용 공기스프링에 있어서, 상기 피스톤의 내부에 위치하면서 상단부가 피스톤 상단부에 고정되고 하단부가 스프링 마운팅 브라켓에 고정되는 러버스프링을 더 포함하고, 상기 러버스프링이 피스톤과 스프링 마운팅 브라켓 사이에 개재됨으로써 충격 흡수 및 하중 분산 작용을 하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 공기스프링을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 러버스프링은 상하 이격되어 배치되는 복수개의 플레이트와, 상기 각 플레이트 사이에 개재되어 플레이트에 일체로 접합된 러버로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 러버스프링은 피스톤의 내부에서 최상단에 위치된 플레이트가 범프 스토퍼와 함께 피스톤 상단부에 고정 체결되고, 최하단에 위치된 플레이트가 스프링 마운팅 브라켓에 고정 체결되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 자동차용 공기스프링에서는 피스톤과 스프링 마운팅 브라켓 사이에 충격 흡수 및 하중 분산 작용을 하는 러버스프링이 개재됨으로써, 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 동시에 차량의 둔턱 통과시 발생하던 "텅" 노이즈를 개선할 수 있으며, 러버스프링의 편심 하중 분산 작용에 의해 마운팅 강성이 증대될 수 있고, 상하 작동시 피스톤의 접촉 면압 균일화로 내구력이 증대되는 이점이 있게 된다.
도 1은 상용 자동차의 공기식 현가장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 공기스프링을 도시한 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 공기스프링을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 공기스프링에서 공기챔버 내 압력 정도에 따른 스프링 상수와, 추가 설치된 러버스프링의 스프링 상수를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 대형 버스와 같은 상용 자동차의 공기식 현가장치에 사용될 수 있는 공기스프링에 관한 것으로서, 충격 흡수 및 진동 저감 성능이 증대될 수 있고, 차량의 둔턱 통과시 충격으로 인한 노이즈가 개선될 수 있으며, 마운팅 강성 및 내구력이 증대될 수 있는 공기스프링에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 공기스프링을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 공기스프링에서 공기챔버 내 압력 정도에 따른 스프링 상수와, 추가 설치된 러버스프링의 스프링 상수를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 공기스프링은 기본 구성에 있어서는 종래의 구성과 비교할 때 차이가 없으나, 피스톤(120) 내부에서 피스톤(120) 상단부와 스프링 마운팅 브라켓(도 1에서 도면부호 200)의 사이에 개재되는 러버스프링(140)이 추가된 점에 주된 특징이 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 공기스프링(100)은, 압축기로부터 고압의 압축공기를 공급받아 팽창하고 압축공기의 배출을 통해 수축하는 공기챔버(110)와, 상단부가 상기 공기챔버(110)의 하단부에 결합되는 피스톤(120)과, 상기 공기챔버(110)의 하단부가 결합되는 피스톤(120)의 상단부에 공기챔버(110) 내부에 위치하도록 고정되는 범프 스토퍼(130)를 포함하여 구성된다.
이러한 기본 구성에 더하여, 본 발명의 공기스프링(100)에서는 피스톤(120)과 스프링 마운팅 브라켓(도 1에서 도면부호 200임) 사이에서 1차적인 충격 흡수 및 진동 저감을 수행하는 러버스프링(140)이 피스톤(120)의 내부에 위치하도록 추가 설치된다.
상기 공기챔버(110)는 외력의 크기에 따라 체적의 변화가 용이하도록 형성되며, 그 상단부는 어퍼 플레이트(111)를 매개로 하여 미도시된 차체 프레임에 볼트로 체결된다.
그리고, 피스톤(120)은 하단부가 개구된 용기 형상으로 구비되는데, 피스톤(120)의 상단부가 공기챔버(110)의 하단부와 결합되고, 이와 더불어 피스톤(120)의 상단부에 범프 스토퍼(130)가 볼트로 체결된다.
상기 범프 스토퍼(130)는 피스톤(120)의 상단부 및 러버스프링(140)의 상단부와 볼트로 체결되어 결합되고, 범프시 공기챔버(110)의 상단부 내측으로 설치된 스토퍼 플레이트(112)와 접촉하도록 되어 있다.
또한 본 발명에서는 피스톤(120)이 스프링 마운팅 브라켓에 직접 체결되지 않는다.
즉, 피스톤(120)의 하단부가 스프링 마운팅 브라켓에 체결되지 않으며, 이에 스프링 마운팅 브라켓과의 볼트 체결을 위한 종래의 로워 플레이트는 삭제된다.
다만, 본 발명에서 피스톤(120)은 러버스프링(140)을 매개로 하여 스프링 마운팅 브라켓에 지지된다.
이때, 러버스프링(140)은 피스톤(120)의 내부에 배치되어 그 상단부가 피스톤(120)의 상단부, 및 이의 상측에 결합되는 범프 스토퍼(130)와 함께 일체로 고정되고, 하단부가 스프링 마운팅 브라켓에 고정 결합된다.
즉, 러버스프링(140)의 상단부가 피스톤(120)의 상단부 및 범프 스토퍼(130)에 일체로 고정된 상태에서, 러버스프링(140)의 하단부가 스프링 마운팅 브라켓의 상측에 고정 결합되어, 피스톤(120)의 상단부가 러버스프링(140)을 개재한 상태로 스프링 마운팅 브라켓에 지지되는 구조가 되는 것이다.
바람직한 실시예에서, 러버스프링(140)은 스틸 등의 금속 재질로 제작된 복수개의 플레이트(141)와, 상기 각 플레이트(141)의 사이에 개재되는 러버(142)로 구성된다.
러버스프링(140)에서 플레이트(141)는 상하로 이격되어 배치되고, 이때 러버(142)가 플레이트(141) 사이에 개재된 상태로 플레이트에 일체로 접합되어 고정된다.
상기 플레이트(141)와 러버(142)는 가류 성형 과정에 의해 접합 고정되어 일체의 러버스프링(140)을 구성하게 된다.
상기 러버스프링(140)은 최상단의 플레이트(141a)가 피스톤(120)의 상단부 및 범프 스토퍼(130)와 볼트로 체결되어 결합되며, 최하단의 플레이트(141b)가 스프링 마운팅 브라켓에 볼트로 체결되어 결합된다.
이러한 체결 구조에 의해 러버스프링(140)의 상단부가 피스톤(120)의 상단부 및 범프 스토퍼(130)에 일체로 고정될 수 있는 것이며, 또한 러버스프링(140)의 하단부가 스프링 마운팅 브라켓에 일체로 고정될 수 있는 것이다.
상기 러버스프링(140)은 노면으로부터의 충격을 1차적으로 흡수하여 저감시키는 역할을 하며, 충격 흡수 및 진동 저감 작용을 하는 러버스프링(140)이 피스톤(120)과 스프링 마운팅 브라켓 사이에 개재됨으로써 차량의 승차감을 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 쇽업소버의 감쇠 영역을 벗어난 노면 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있게 되어 승차감을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한 러버스프링(140)은 편심 하중을 분산하는 작용을 수행하는데, 범프시 차체 프레임에 고정된 공기챔버(110)에 대해 액슬 및 스프링 마운팅 브라켓이 상대적으로 상방 운동을 하게 되어 공기챔버(110)와 스프링 마운팅 브라켓 사이에 편심 하중이 작용하게 될 때, 러버스프링(140)이 압축 변형하여 편심 하중을 분산시키는 역할을 하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 공기스프링(100)에서는 피스톤(120)과 스프링 마운팅 브라켓 사이에 러버스프링(140)이 설치됨으로써, 충격 흡수 및 진동 저감 성능이 증대될 수 있고, 차량의 둔턱 통과시 "텅" 하는 노이즈가 개선될 수 있게 된다.
또한 본 발명의 공기스프링(100)은 러버스프링(140)의 편심 하중 분산 작용에 의해 마운팅 강성이 증대될 수 있고, 상하 작동시 피스톤의 접촉 면압 균일화로 내구력이 증대되는 이점을 가지게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 액슬 2 : 레디어스 로드
3 : 쇽업소버 100 : 하우징
110 : 공기챔버 111 : 어퍼 플레이트
112 : 스토퍼 플레이트 120 : 피스톤
121 : 로워 플레이트 130 : 범프 스토퍼
200 : 스프링 마운팅 브라켓

Claims (3)

  1. 압축공기를 공급받아 팽창하고 압축공기의 배출을 통해 수축하는 공기챔버(110)와, 상기 공기챔버(110)의 하단부에 결합되는 피스톤(120)과, 상기 공기챔버(110) 내부에 위치하도록 피스톤(120) 상단부에 고정되는 범프 스토퍼(130)를 포함하는 자동차용 공기스프링(100)에 있어서,
    상기 피스톤(120)의 내부에 위치하면서 상단부가 피스톤(120) 상단부에 고정되고 하단부가 스프링 마운팅 브라켓(200)에 고정되는 러버스프링(140)을 더 포함하고, 상기 러버스프링(140)이 피스톤(120)과 스프링 마운팅 브라켓(200) 사이에 개재됨으로써 충격 흡수 및 하중 분산 작용을 하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 공기스프링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 러버스프링(140)은 상하 이격되어 배치되는 복수개의 플레이트(141)와, 상기 각 플레이트(141) 사이에 개재되어 플레이트에 일체로 접합된 러버(142)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 공기스프링.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 러버스프링(140)은 피스톤(120)의 내부에서 최상단에 위치된 플레이트(141a)가 범프 스토퍼(130)와 함께 피스톤(120) 상단부에 체결되고, 최하단에 위치된 플레이트(141b)가 스프링 마운팅 브라켓(200)에 체결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 공기스프링.
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