KR20160013143A - 차량 안전 향상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차륜 차량, 특히 승용차의 차량 안전 향상 장치(1)에 관한 것이다. 이 장치는 장애물에 차륜 차량 충돌 시 휠(5)의 회전을 저지하는 방식으로 차륜 차량의 섀시와 결합될 수 있다. 차륜 차량의 휠 캐리어(6)에 장치가 배치되어 있는 경우 패시브 세이프티가 개선된다.

Description

차량 안전 향상 장치{DEVICE FOR IMPROVING THE SAFETY OF A VEHICLE}

본 발명은 청구항 1항의 상위 개념의 특징이 있는 차륜 차량, 특히 승용차의 차량 안전 향상 장치에 관한 것이다.

차륜 차량에는 일반적으로 방향을 제어하기 위해 스티어링 장치가 있다. 종래의 스티어링 장치는 로드(rod)나 관 형태의 이른바 스티어링 컬럼으로 스티어링 링키지와 연결된 하나의 스티어링 휠을 포함한다. 기술자들에게는 조향 자극이란 용어로 알려진, 스티어링 휠의 중립 위치 쪽 회전은 휠 캐리어에 있는 적어도 두 개의 차량 휠이 섀시 지오메트리로 정해진 위치를 잡도록 한다. 이는 차량의 주행 모드에서 방향 변화를 수반한다. 이때 휠 면과 직선 주행 위치 사이에서 조절되는 각도를 자동차 산업에서는 조향각이라고 한다. 스티어링 휠 토크나 복원 토크로 알려진, 기본적으로 차량 속도에 종속되는 토크는 이러한 조향각에 반대 방향으로 스티어링 컬럼에 작용하며 다른 조향 작용이 없으면 차량의 안정된 직선 주행을 보장한다.

DE 4017210 C1에서는 스티어링 리턴 향상을 위해 링크 암으로 휠 캐리어와 연결된 토션 바 스태빌라이저를 제안한다. 이는 휠 캐리어의 조향 움직임 시 스태빌라이저에 구비된 탄성 서포트를 통해 복원 토크를 야기시킨다. 특히 최대 조향각에서 스티어링 리턴을 현저히 개선시킬 수 있다.

하지만 차량 사고 시 섀시 특성에 문제가 있다. 특히 승용차의 경우 승차자에게 위험한 운동 에너지를 방출할 수 있다. 이러한 경우 승차자의 안전을 위해 DE 4326668 A1에서는 도 3과 청구항 1항의 상위 개념의 근거가 되는 청구항 5항에 따른 실시예에서 특별 구비된 레버 시스템을 이용하여, 주행 방향에서 차량의 전면 범퍼와 스티어링 링키지를 연결하는 방법을 제시한다. 이 레버 시스템은 범퍼에 가해지는 일정 충돌 에너지 초과 시 충격을 받은 차량 휠이 지정된 방향으로 움직이도록 설계되었다. 제안된 방법은 이상적인 경우에 차량 커브 주행 중 충돌하게 되면 차량 타이어를 완충기로 사용할 수 있도록 하여 가능한 한 큰 면적으로 시간상 균일하게 충격 에너지를 분산시키도록 한다. 이러한 충돌 완화 효과는 커브 주행 중 전면 충돌 시 승차자가 주행 방향으로 튕겨지는 강도를 줄이고 이에 결과적으로 부상 위험을 줄여준다.

그러나 선행 기술에서 알려진 이러한 방법에도 불구하고 장애물과 차량의 스몰 오버랩 충돌 위험을 피할 수 없다. 이러한 특별한 시나리오에서 휠을 과도하게 돌리면 충돌로 인해 섀시의 변형이 생길 수 있고 최악의 경우에는 휠이 적어도 일부 승객실 쪽으로 침범하게 될 수 있다. 이런 식으로 승객실의 온전성(integrity)이 침해되면 승객의 건강을 상당히 해칠 수 있는 상당한 관성력이 승객에게 작용할 위험이 있다.

본 발명에서는 종류에 따른 장치에 있어서, 특히 스몰 오버랩 충돌 사고에서 향상된 패시브 세이프티를 특징으로 하는 개선된 실시예를 제시하고자 하는 문제를 다룬다.

발명에 따르면 이 문제는 독립 청구항의 대상으로 해결된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항의 대상이다.

발명은 차륜 차량의 휠 캐리어에 직접 장치를 장착하고자 하는 일반적인 아이디어를 기초로 한다. 이러한 주요 구조의 단순화를 통해 복잡하고 신뢰하기 힘들 수 있는 레버 어셈블리라든가 범퍼처럼 멀리 떨어져 있는 차량 부품과 연결하기 위한 다른 링키지를 사용할 필요가 없어졌다. 스몰 오버랩 충돌 시 휠과 휠 캐리어에 작용할 수 있는 상기 관성력은 이런 방식으로 장치를 통해 간단하고 효과적으로 차단할 수 있다.

바람직한 실시예에서 이 장치가 충돌 시 휠의 내부 구조를 지지할 수 있고 충돌 에너지로 인해 변형된 휠의 파손 위험이 현저히 줄어들도록 장치를 구성할 수 있다. 전체 구조를 유지함으로써 바람직한 방식에서 휠은 에너지의 상당 부분을 차륜 차량 차체의 외부 영역으로 유도하고 그 결과 승객실의 온전성이 크게 손상되지 않게 된다.

바람직한 개선에 따르면 이러한 목적을 위한 장치는 그 형태로 인해 내부 구조를 기계적으로 지지하는 스트럿을 포함한다. 내부 구조와 전체 휠의, 충돌 에너지로 인해 야기된 탄성 변형에 대한 저항은 이러한 구조에서 상당히 향상된다. 스트럿 형태의 장치 모양은 매우 높은 하중 관점에서 상기 종류의 충돌 사고 시 특히 적합하다.

특별한 장점은 지정된 휠 조향각을 초과하지 못하도록 장치가 그 배치를 통해 휠의 회전을 제한하는 구조를 보인다는 것이다. 이러한 제한은 휠 자체가 주행 방향과 반대로 차체를 누를 때 가능한 한 큰 회전에서 로커 패널에 부딪히도록 보장한다. 로커 패널 측에서 해당 부하 경로를 수용하기 위해 설계된 로커 패널은 거기로 유도된 충돌 에너지를 분해하고 침범 위험을 방지할 수 있다.

이때 이 장치는 차륜 차량의 주행 방향에서 반대편 액슬 끝을 향하고 있는, 휠 캐리어의 내부 측에 있는 휠 캐리어 영역에 장착하는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 충돌 시 장치가 휠 캐리어의 다른 부품 앞에서 장애물과 닿아서 지지 작용을 가능한 한 빠른 시점에 적절히 전개할 수 있도록 보장한다.

이러한 목적을 위해 제조상 실용적인 면을 고려하여 장치를 공장 측에서 하나의 휠 캐리어에 구성하여 출고하는 것이 권장된다. 이렇게 되면 일반적인 경우에 이를 설치하기 위해 추가 조립 단계가 불필요하다. 하지만 다른 실시예에서 장치가 적절한 휠 캐리어에 추가 설치 가능하도록 고안되어 있을 수 있다. 이러한 장치는 경우에 따라 패시브 세이프티의 향상을 위해 시중에서 판매되는 차륜 차량에 추가 장착이 가능하다.

발명의 다른 주요 특징과 장점은 도면과 도면의 해당 그림 설명 및 하위 청구항에 나온다.

앞에서 언급했지만 나중에 더 설명할 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 상태에서 그때그때 제시된 조합뿐만 아니라 다른 조합에서도 사용할 수 있고 단독으로도 사용할 수 있는 것으로 이해된다.

발명의 바람직한 실시예는 도면에 제시되어 있고 다음 설명에서 더 자세히 다룬다. 이때 동일하거나 유사한 부품 또는 기능상 동일한 부품에 동일한 참조 번호를 붙인다.

해당 그림은 다음을 나타낸다.
도 1은 휠 캐리어에 장착된, 발명에 따른 장치의 투시도
도 2는 장애물 충돌 시 도 1에 따른 장치가 장착된 차륜 차량의 부분 단면도
도 3은 충돌 직후 상태에서 도 2에 따른 단면도
도 4는 차륜 차량의 최대 변형 상태에서 도 2와 3에 따른 단면도

도 1은 스티어링 너클이나 휠 캐리어(6)에서 휠 베어링으로 지지하고 있는 휠(5)을 나타내고 있다. 이 휠은 접촉면 영역에서 이점이 있는 타이어와 압연강 성형 림이나 경금속 주조 림 또는 단조 림으로 구성된다. 이때 도 1에는 장착된 차륜 차량(2)(도 1에는 나타내지 않았음)의 운전자 위치와 거의 일치하는 시선 방향으로 휠 캐리어(6)가 장착된 상태에서 휠(5)을 나타내고 있다. 이는 작동 상태에 있는 휠(5)의 내부 측에 해당한다. 휠 캐리어(6)에는 액슬 링크 및 유압식 범퍼와 스프링으로 구성된 맥퍼슨 서스펜션 스트럿(9)을 통해 차륜 차량(2)의 차체와 휠(5)을 연결할 수 있는 하나의 독립 휠 서스펜션이 있다. 휠(5)의 다른 차체 연결은 도 1에 제시되지 않은 타이 로드(8)로 이루어질 수 있다. 이 타이 로드는 휠 캐리어(6)의 연결 포인트에 놓인다.

이때 장치(1)는 U자 브래킷 종류의 스트럿 형태를 띤다. 이 스트럿은 도 1에 제시된, 휠(5)의 내부 측에서 차륜 차량(2)의 주행 방향(10)으로 휠(5)의 대칭 액슬을 거의 100°의 중심각으로 원호 형태로 지난다. 휠 중앙의 액슬 높이에서 U자 브래킷의 충돌 면적이 볼록한 형태로 두꺼워져 있어서 충돌 시 기계적인 보강을 이루게 되고 이렇게 해서 휠(5)의 지지가 더 개선된다. 서스펜션 스트럿(9)에 인접한 상부 끝 영역에서 장치(1)는 조금 가늘어지고 충분한 여유 공간이 있어서 타이어의 프리 휠링을 저해하지 않는다. 연결 포인트(7)의 영역에 배치된 장치(1)의 하부 끝에도 적정 여유 공간이 있어서 장치가 설치된 상태에서 적당한 간격으로 브레이크 커버 판과의 충돌이 방지된다. 장치(1)와 브레이크 커버 판 사이에 다른 또는 추가적인 간격 최적화를 위해 다른 실시예에서는 브레이크 커버 판의 윤곽을 적당히 잘라낼 수 있다.

추가적인 중간 홀더의 경우 한 쪽은 U자 브래킷에 나사 체결로 고정되어 있고 다른 한 쪽은 휠 캐리어(6)의 접촉면 중앙에 배치되어 있으면서 브래킷 연결 쪽으로 직각인 나사 체결을 이용하여 타이 로드(8)(도 1에 표시되지 않음)와 함께 휠 캐리어(6)에 고정되어 있다. 중간 홀더와 부합하는 휠 캐리어(6)의 정지 면은 이러한 목적을 위해 적당한 방식으로 처리되거나 달리 조정되었다. 충돌 시 휠 캐리어나 스티어링 너클에 U자 브래킷이 신속하게 기계적으로 장착되도록 하기 위해 브래킷은 휠 캐리어나 스티어링 너클에 작은 간격을 두고 가장 가까운 지점에 배치되어 있다. 제조 기술상 중간 홀더를 예컨대 강판제 절곡 부품으로 제작할 수 있다. 이에 따라 휠 캐리어(6)에서 타이 로드 조인트의 장착을 위한 핀이 이른바 판 두께만큼 길어져서 타이 로드 조인트를 장착한 상태에서도 핀에서 로킹 너트용으로 지정된 클램핑 영역의 돌출이 보장되고 그 결과 U자 브래킷과 휠 캐리어(6) 사이의 안정적인 나사 체결이 가능하게 된다.

발명에 따라 장착된 차륜 차량(2)의 배선 시 병목현상을 방지하기 위해 브래킷에 예컨대 전선 통로를 구비할 수 있다. 적당한 설정 간격은 휠 캐리어(6)의 충돌과 전체 서스펜션 트래블에 걸쳐 엄수되어야 하고 필요한 경우 최종 설치 범위에서 차륜 차량(2)의 점검이 필요하다.

재료와 관련하여 장치(1)의 브래킷은 적당한 단조 기술을 이용하여 알루미늄으로 제작되었지만 강이나 복합 재료를 사용할 수도 있다. 나아가 서스펜션 스트럿과 연결하기 위해 하나의 볼트와 너트가 있고 연결 포인트 영역에서 타이 로드 체결부에 고정하기 위해 하나의 볼트와 너트가 있다. 브래킷의 더 짧은 다른 디자인은 장치의 전체 질량을 줄일 수 있다. 다른 고정 요소인 블랭크 홀더나 클램프는 서스펜션 스트럿 고정 나사에 연결하기 위해 사용할 수 있다.

제시되지 않은 다른 실시예에서는 본 너클 스티어링 대신 다른 스티어링 기술을 이용할 수 있고 또는 발명에 따른 장치를 스티어링되지 않은 차량 액슬에 배치할 수 있다. 뿐만 아니라 당업자는 발명의 범위를 벗어나지 않은 한, 명시된 방법을 스티어링되지 않았거나 -사륜 구동장치의 경우- 스티어링된 구조일 수 있는 구동 액슬의 휠 캐리어에 적용시킬 수 있음을 알고 있다.

도2부터 4까지는 발명에 따른 섀시 3이 장착된 차륜 차량(2)가 주행 방향(10)에서 차량(2)의 트랙 왼쪽과 적게 오버랩되며 서 있는 장애물(4)과 충돌하는 여러 단계를 발생 순서대로 나타내고 있다. 이때 충돌 직후 상태에서 도 2에 따라 휠(5)의 최소 회전이 점점 더 진행된다. 이렇게 해서 주행 방향(10)과 반대로 장애물(4)을 통해 휠(5)의 접촉면에 작용하는 압축력이 휠(5)의 외부 영역 방향으로 옮겨진다. 이러한 힘 이동은 힘의 평균 작용점이 연결 포인트에서 점점 멀어지고 이와 함께 레버 암이 계속 늘어나기 때문에 스티어링 액슬에 작용하는 토션 토크 증가와 동반하여 나타난다.

이러한 시나리오에서는 도 2에서 알 수 있듯이 장애물(4)에서 탄성 변형된 휠(5)의 영역과 휠 캐리어(6) 사이의 압착으로 인해 지정된 최대 각도로 휠의 회전을 제한하는 발명의 바람직한 작용 방식이 드러난다. 이러한 제한으로 인해 상기 설명대로 아주 미미한 힘 이동이 생기고 이는 스티어링 액슬에 대해 토크의 유의미한 증가를 야기하지 않게 된다. 이러한 특별한 운동학의 결과로 충돌의 최종 상태에서 도 4에 따라 승객실에 휠(5)의 침범이 일어나지 않게 된다. 그 대신 휠(5)은 우선 로커(11)에 충돌하고 거기에서 충돌로 인해 야기된 관성력을 떨어뜨릴 수 있다.

Claims (9)

1. 차륜 차량(2)의 휠 캐리어(6)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 장치로서, 차륜 차량(2)과 장애물(4)의 충돌 시 휠(5)의 회전을 저지하는 방식으로 차륜 차량(2)의 섀시(3)와 결합시킬 수 있는, 차륜 차량(2) 특히 승용차의 차량 안전 향상을 위한 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 장치(1)가 충돌 시 휠(5)의 내부 구조를 지지하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
3. 제2항에 있어서, 장치(1)가 내부 구조를 기계식으로 보강하는 스트럿을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(1).
4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)는 휠(5)의 회전이 지정된 조향각으로 제한되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)는 주행 방향(10)에서 휠 캐리어의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)가 휠 캐리어(6)에 장착될 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 휠 캐리어(6)에 장치(1)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 휠(5)이 차륜 차량(2)의 구동장치와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(1).
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 휠(5)이 프리 휠인 것을 특징으로 하는 장치(1).

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