KR20150105766A

KR20150105766A - 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법

Info

Publication number: KR20150105766A
Application number: KR1020140027716A
Authority: KR
Inventors: 송대범; 윤용은
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-18
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: KR101581838B1

Abstract

본 발명은 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법에 관한 것으로, 스티어링휠이 중립 상태로 조정된 상태에서 휠얼라이먼트가 수행되는 휠얼라이먼트단계와, 스티어링휠을 좌우측 회전 방향 중 어느 한 방향으로 소정각도 회전시킨 뒤, 좌우측 조향바퀴의 회전각을 측정함과 동시에 토우값을 측정하는 회전각 측정단계와, 회전각에 대한 토우값이 적정범위를 벗어날 때, 토우값을 보정하는 보정단계를 포함하며, 휠얼라이먼트에 스티어링휠 각도에 따른 얼라이먼트를 추가하여 자동차 안정성 향상, 코너링 승차감 개선, 타이어 편마모 감소 등의 효과가 있는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법을 제공한다.

Description

스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법{IMPROVEMENT METHOD FOR WHEEL ALIGNMENT USING MEASUREMENT OF STEERING ROTATION}

본 발명은 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 타이어 정렬 방법에 스티어링 휠 각도에 따라 타이어 정렬을 추가로 조정하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법에 관한 것이다.

휠얼라이먼트(Wheel Alignment)란 서스펜션(Suspension, 현가장치)과 스티어링(Steering, 조향장치)의 시스템을 구성하는 부품들이 어떤 각도를 이루고 있는 지를 나타낸 것이다.

기존의 자동차 휠얼라이먼트 점검은 휠밸런스를 맞춘 후, 공기압을 동일하게 하고 스티어링 휠을 중앙에 위치한 다음, 자동차를 리프트에 올려서 휠어라이먼트를 수행한다. 휠얼라이먼트의 최종목적은 주행 직진성, 조향성, 스티어링 복원성, 타이어 수명 향상, 연료절감 등이다.

기존 장비를 이용한 휠얼라이먼트 수행절차는 뒷바퀴부터 시작하여 앞바퀴의 캐스터(Caster), 캠버(Camber), 토우(Toe)를 측정한 다음, 오차범위 이내로 오도록 조정너트(혹은 편심륜)를 조정하는 과정으로 요약될 수 있다.

먼저 캐스터는 도 1과 같이 차량을 옆에서 보았을 때 수직선(1)에 대해 스티어링 조향축(2)이 앞 또는 뒤로 기울어진 각도이며, 시중에 나온 휠얼라이먼트 장비의 캐스터각(3)은 통상적으로 0.5~2°로 세팅되는데, 측정범위는 ±18° 정도이고, 0.02° 수준의 측정도를 가진다.

+ 캐스터는 바퀴의 옆방향 흔들림을 막고, 핸들을 회전시킬 때 바퀴가 직진 방향으로 갈려고 한다. 이것을 캐스터 효과라고 한다.

캐스터의 최종 목적은 진행방향이 불안전한 것을 방지하고, 방향조절을 쉽게 하는데 있다. 참고로 캐스터는 타이어 마모에 영향을 미치지 않는다.

캠버는 통상적으로 0.5~2°로 세팅되는데, 도 2와 같이 바퀴(4)를 앞/뒤에서 보았을 때의 각도가 캠버각(5)이다. 측정범위는 ±8° 정도이고, 0.02° 수준의 측정도를 가진다.

캠버의 목적은 타이어에 걸리는 부하에 대해 균일하게 힘을 받게 하여, 앞바퀴의 하중(차량 중량) 때문에 아래가 벌어지는 것과 타이어의 마모를 방지하고, 핸들 조작을 쉽게 할 수 있는 것이 주목적이다. + 캠버일 경우, 직진성이 좋아지지만, 커브길 주행 시 선회력(접지력)은 감소한다. - 캠버는 커브 주행 시 선회력(접지력)이 좋은 반면에 타이어 내측 마모를 촉진시킨다.

캠버각(5)은 타이어에 걸리는 부하에 따라 변화하므로 제작회사의 제원에 맞추어 조정하게 된다.

토우는 통상적으로 2~6mm로 세팅되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 자동차 상단에서 바라볼 때 타이어(4)의 앞쪽과 뒤쪽의 방향 차이 각이며, 전체 토우 측정범위는 ±50mm, 0.01°수준의 측정도를 가진다. 보통 + 캠버와 토우인의 조합의 경우, 캠버에 의해서 바퀴가 외측으로 가려는 방향과 토우인으로 인하여 내측으로 가려는 방향이 서로 상회되어 직진방향으로 자동차가 주행하게 된다.

토우의 목적은 주행 중 앞바퀴의 사이드슬립을 방지하고, 직진성을 좋게 한다. 또한, 조정 연결 기구의 흔들림을 방지한다.

이 밖에도 셋백(Set-Back, 동일한 액슬에서 한쪽 휠이 다른 한쪽 휠보다 앞 또는 뒤로 차이가 있는 각도), 킹핀각(King-Pin Angle, 축과 킹핀의 경사각), 스러스트 각(Thrust Angle, 자동차의 진행선과 기하하적 중심선과의 각도) 등이 있다.

휠얼라이먼트 점검을 정밀하게 받을 경우, 자동차는 파워 스티어링을 손대지 않고 편평한 도로에서 수백 미터를 주행할 수 있다. 문제는 휠얼라이먼트 이후 얼마가지 않아서 직진성이 떨어지거나, 앞쪽 타이어의 편마모를 쉽게 확인할 수 있다는 것이다.

이를 극복하는 기존의 방법은 휠얼라이먼트를 자주 보거나, 1~2만km 주행하고 휠밸런스 후 타이어 위치를 앞/뒤 혹은 대각선 방향으로 교체하는 것이 조치방법의 거의 전부이다.

이에 대한 주요원인은 휠얼라이먼트/휠밸런스의 부정확성도 있겠지만, 기존의 방법은 조향을 하지 않은 상태에서만 정렬을 수행하기 때문이다. 우리가 실제 자동차를 운행하는 도로는 직선보다도 미세한 각도를 포함하는 곡선주로가 대부분이다.

즉, 조향각이 '0'이 아닌 경우 휠얼라이먼트 과정을 거치지 않았으므로 이 상태에서 곡선주로를 주행할 경우 위와 같은 직진성이 떨어지거나, 타이어의 편마모 문제가 발생 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0102136호(2007.10.18.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 휠얼라이먼트에 스티어링휠 각도에 따른 얼라이먼트를 추가하여 자동차 안정성 향상, 코너링 승차감 개선, 타이어 편마모 감소 등의 효과를 낼 수 있는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법에 따르면, 스티어링휠이 중립 상태로 조정된 상태에서 휠얼라이먼트가 수행되는 휠얼라이먼트단계와, 스티어링휠을 좌우측 회전 방향 중 어느 한 방향으로 소정각도 회전시킨 뒤, 좌우측 조향바퀴의 회전각을 측정함과 동시에 토우값을 측정하는 회전각 측정단계와, 회전각에 대한 토우값이 적정범위를 벗어날 때, 토우값을 보정하는 보정단계를 포함하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법을 제공한다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 회전각 측정단계 및 보정단계는 스티어링휠의 전 회전각도에 걸쳐 반복수행될 수 있으며, 회전각 측정단계 및 보정단계는 스티어링휠의 좌우측 회전방향 모두 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 회전각 측정단계에서 광학 측정장치를 이용하여 조향바퀴의 회전각도가 측정될 수 있으며, 회전각 측정단계에서 스티어링휠은 좌우측 회전방향 중 어느 한 방향으로 2도 내지 3도 회전될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 적정범위는 회전각에 대한 토우값의 오차 크기 허용치일 수 있으며, 보정단계에서 토우값이 보정되는 범위를 산출하는 알고리즘이 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 회전각 측정단계에서, 조향바퀴의 캠버값이 측정될 수 있으며, 보정단계 이후, 캠버값이 회전각과 토우값에 대하여 적정범위를 벗어날 때, 캠버값을 조절하는 캠버값조정단계가 수행될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법에 의하면, 휠얼라이먼트에 스티어링휠 각도에 따른 얼라이먼트를 추가하여 자동차 안정성 향상, 코너링 승차감 개선, 타이어 편마모 감소 등의 효과가 있다.

또한, 휠얼라이먼트 뿐만 아니라 자동차 제작시 조립라인의 점검장비로도 활용 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 휠얼라이먼트를 설명하기 위한 캐스터의 개요도,
도 2는 종래 휠얼라이먼트를 설명하기 위한 캠버의 개요도,
도 3은 종래 휠얼라이먼트를 설명하기 위한 토우의 개요도,
도 4는 본 발명의 일실시예의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법의 절차도,
도 5는 도 4의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법의 회전각 측정단계의 개요도,
도 6은 스티어링휠 회전각도에 따른 토우의 오차크기를 예시하는 그래프,
도 7은 스티어링휠 회전각도에 따른 캠버의 오차크기를 예시하는 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법의 절차도이고, 도 5는 도 4의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법의 회전각 측정단계의 개요도이고, 도 6은 스티어링휠 회전각도에 따른 토우의 오차크기를 예시하는 그래프이고, 도 7은 스티어링휠 회전각도에 따른 캠버의 오차크기를 예시하는 그래프이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법은, 스티어링휠이 중립 상태로 조정된 상태에서 휠얼라이먼트가 수행되는 휠얼라이먼트단계(S100)와, 스티어링휠을 좌우측 회전 방향 중 어느 한 방향으로 소정각도(θ1,θ1') 회전시킨 뒤, 좌우측 조향바퀴의 회전각(θ2,θ2')을 측정함과 동시에 토우값을 측정하는 회전각 측정단계(S200)와, 회전각(θ2,θ2')에 대한 토우값(θ3,θ3')이 적정범위를 벗어날 때, 토우값(θ3,θ3')을 보정하는 보정단계(S300)를 포함한다.

또한, 회전각 측정단계(S200) 및 보정단계(S300)는 스티어링휠의 전 회전각도에 걸쳐 반복수행되며, 좀더 정확히는 스티어링휠의 좌우측 회전방향 모두 수행되며, 회전각 측정단계(S200)에서 광학 측정장치를 이용하여 조향바퀴의 회전각도가 측정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예의 휠얼라이먼트단계(S100)에서는 스티어링휠의 회전각(θ2,θ2')이 0°일 때를 기준으로 기존의 휠얼라이먼트가 수행된다.

그리고 기준치 이내의 토우(Toe)값을 기록한다. 이 수치는 도 6에서 X축인 steering 각도가 0°일 때 값으로 통상적으로 0.3mm~1.8mm 수준이다.

본 발명의 일실시예의 회전각 측정단계(S200)에서는 스티어링휠의 회전각(θ2,θ2')을 약 2~3°씩 좌측으로 변경하면서 좌우측 바퀴의 회전각(θ2,θ2')을 광학 측정 장치로 측정한다(도 5 참조).

내측 회전바퀴(10)와 외측 회전바퀴(20)의 경우 Toe out이 발생되는데, 이는 내측 회전바퀴(10)의 각이 외측보다 더 커지도록 세팅됨에 따른 자연스러운 현상이다. 이 좌우측 바퀴 회전각 측정을 통해 공장 출하 기준범위를 벗어나는지를 확인하게 된다.

또한, 회전각 측정시 토우값(θ3,θ3')이 함께 측정되 기록된다. 회전각(θ2,θ2')에 대한 토우값(θ3,θ3')이 적정범위 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 오차크기 허용치 이내에 있어야 한다.

오차크기 허용치를 벗어나 회전각에 대한 토우값이 측정된 경우, 토우값(θ3,θ3')을 보정하는 보정단계(S300)가 수행되는데, 본 발명의 일실시예의 보정단계(S300)에서는, 토우값(θ3,θ3')이 보정되는 범위를 스티어링 오차 허용치 내에서 산출하는 알고리즘이 이용된다.

본 발명의 일실시예에서는 회전각 측정단계(S200)에서, 조향바퀴의 캠버값이 측정되며, 보정단계(S300) 이후, 캠버값이 회전각(θ2,θ2')과 토우값(θ3,θ3')에 대하여 적정범위를 벗어날 때, 캠버값을 조절하는 캠버값조정단계(S400)가 스티어링휠의 회전각도 전반에 걸쳐 수행된다(도 7 참조).

타이어 편마모는 대부분 캠버(Camber)와 토우(Toe) 각도에 따라 발생하는데, 스티어링 휠을 조작한 상태에서 캠버의 오차는 고각(Elevation)방향으로, 토우각도는 방위각(Azimuth) 방향으로 측정된다.

즉, 스티어링 회전각 측정치를 이용하여 자동차 휠얼라이먼트 개선장치 제작시, 도 7에 도시된 바와 같이 축간섭에 의한 캠버 등의 오차각도 허용치 이내로의 선정이 가능하다.

이는 기존 훨얼라이먼트 장비와의 연계개발이 가능하고 실제장비에 기술접목이 가능함을 의미한다.

또한, 스티어링 각도에 따른 오차 제한치를 선정하고 S/W적으로 적정보정치를 산출하는 알고리즘이 적용되는 것도 가능하다. 스티어링 휠 조작각도는 승용의 경우 32~36°, 트럭은 40° 수준이다. 이러한 휠 조작각도 전 범위에 걸쳐 휠얼라이먼트를 수행할 경우 스티어링 조향각에 따른 오차요소를 상당수 감소시킬 수 있다.

S100: 휠얼라이먼트단계 S200: 회전각 측정단계
S300: 보정단계 S400: 캠버값조정단계

Claims

스티어링휠이 중립 상태로 조정된 상태에서 휠얼라이먼트가 수행되는 휠얼라이먼트단계;
상기 스티어링휠을 좌우측 회전 방향 중 어느 한 방향으로 소정각도 회전시킨 뒤, 좌우측 조향바퀴의 회전각을 측정함과 동시에 토우값을 측정하는 회전각 측정단계;
상기 회전각에 대한 상기 토우값이 적정범위를 벗어날 때, 상기 토우값을 보정하는 보정단계;를 포함하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 회전각 측정단계 및 상기 보정단계는 상기 스티어링휠의 전 회전각도에 걸쳐 반복수행되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 회전각 측정단계 및 상기 보정단계는 상기 스티어링휠의 좌우측 회전방향 모두 수행되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 회전각 측정단계에서 광학 측정장치를 이용하여 상기 조향바퀴의 회전각도가 측정되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 회전각 측정단계에서 상기 스티어링휠은 좌우측 회전방향 중 어느 한 방향으로 2도 내지 3도 회전되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 적정범위는 상기 회전각에 대한 상기 토우값의 오차 크기 허용치인 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 보정단계에서 상기 토우값이 보정되는 범위를 산출하는 알고리즘이 이용되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제1항에 있어서,
상기 회전각 측정단계에서, 상기 조향바퀴의 캠버값이 측정되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.
제8항에 있어서,
상기 보정단계 이후, 상기 캠버값이 상기 회전각과 상기 토우값에 대하여 적정범위를 벗어날 때, 상기 캠버값을 조절하는 캠버값조정단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 스티어링 회전각 측정치를 이용한 자동차 휠얼라이먼트 개선방법.