KR20170140286A - 조합 스프링 보상 서스펜션 장치 - Google Patents

조합 스프링 보상 서스펜션 장치 Download PDF

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Abstract

차량용 조합 스프링 보정 서스펜션 장치에 있어서, 그것은 자유 스프링(6), 보정 스프링(3), 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 및 가이드 기구(5)를 포함하고; 상기 자유 스프링(6), 보정 스프링(3), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7)는 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 설치되고, 보정 스프링(3)은 차 프레임(1) 또는 가이드 기구(5)에 연결되고, 보정 스프링(3) 상단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 설치되어 있고, 가이드 기구(5)는 차 휠과 차 바디를 연결하고, 차량의 서스펜션 장치 상의 탄성소자는 자유 스프링(6), 보정 스프링(3)으로 구성되고, 서스펜션의 하중은 서스펜션의 정적 휨 행정 부근에 보정 구간이 있고, 서스펜션이 받는 부하가 이 보정구간 내에서 변화할 경우, 그 행정은 변화가 미미하거나 변화가 없고, 서스펜션의 부하가 보정 구간을 초과할 시, 서스펜션의 행정에 변화가 발생하고, 이런 설계를 채용한 차량은 동시에 차량의 조작성과 쾌적성을 향상시킬 수 있다.

Description

조합 스프링 보상 서스펜션 장치
본 발명은 차량의 서스펜션 장치에 관한 것으로, 자유 스프링, 보정 스프링, 프리 타이트닝 장치, 진동 격리 블록, 라이트 댐핑 쇼크업소버, 가이드 기구로 이루어진다. 본 발명은 차량의 정적 휨 행정 부근에 하중 보정 기능이 설계되어 있어 차량 서스펜션장치의 불필요한 행정 변화를 줄일 수 있고, 차량의 쾌적성과 조작성을 향상시킨다.
보통 차량은 정상적 운행 과정에서 노면 또는 궤도에서 오는 충격을 피할 수 없다. 이러한 충격이 만약 차 휠과 서스펜션 장치를 통해 차체에 직접적으로 전달되면 차체와 부품에 손상을 입히고, 또한 탑승자의 승차감을 저해시킨다. 따라서 일반적으로 차량에 탄성 서스펜션 시스템을 장착하여 차 휠로부터 전달되는 충격을 환충시키고 있지만 서스펜션 자체의 탄성은 차체에 진동을 유발시키기에, 충격이나 차량의 운동 상태가 변화할 때 서스펜션의 부하에도 변화를 일으킨다. 뿐만 아니라 차체의 부양과 롤 진동 및 차 휠 형태에 변화를 초래하여 차량의 안정성과 조작성을 떨어뜨린다.
주지하는 바와 같이, 현재 기술로 설계된 차량의 서스펜션은 탄성소자, 가이드 기구, 쇼크업소버, 횡방향 안정 로드로 구성되어있다. 탄성소자는 주로 수직 하중을 받아 전달하며, 도로면이 평평하지 않음으로 인해 야기되는 차체에 대한 충격을 완충한다. 탄성소자에서 가장 중요한 부분은 스프링으로 여러 종류의 스프링이 있는데 예를 들어보면 강판 스프링, 스파이럴 스프링, 토션바 스프링, 유압 스프링, 에어 스프링 및 고무 스프링 등이 있다. 쇼크업소버는 탄성 시스템이 야기시키는 진동을 감쇄시키는데 그 종류를 살펴보면 원통형 쇼크업소버, 저항조절식 쇼크업소버, 가스 주입 쇼크업소버 등이 있다. 가이드 기구는 차륜과 차체 간의 힘과 힘의 모멘트를 전달하는 기능을 하는데, 동시에 휠이 일정한 운동궤적을 유지하면서 차체에 상대적으로 운동하게 한다. 일반적인 가이드 기구는 제어식 트레일링 암 부재로 구성되며 종류는 단일 링크 또는 멀티 링크가 있다. 강판 스프링이 탄성 소자로써 작동할 경우 별도의 가이드 기구를 장착할 필요는 없다. 이는 강판 스프링 자체가 가이드 작용을 하기 때문이다. 일부 승용차와 상용차에 차체가 회전할 때 과도한 횡축 경사를 방지하기 위하여 서스펜션 시스템에 횡방향 안정 로드를 추가로 장착하여 횡 방향 강도 향상시키고, 조향성을 충족시겨 조작 안정성과 편안한 운전을 할 수 있도록 돕는다.
현재 기술로 설계된 서스펜션의 탄성소자와 소크업소버 소자는 두 가지의 주요한 기능적 요구가 있다. 바로 쾌적성과 조작 안정성이다. 일반적인 차량의 서스펜션은 차량의 수직 진동에 영향을 준다. 전통적인 서스펜션은 조절이 되지 않아 운전 중에 차체 높이의 변화는 스프링의 변형에 의해 결정된다. 따라서 자연적으로 발생하는 현상은 차량에 무부하와 적재 시, 차체의 지면과의 간격이 다를 수밖에 없다. 특히 일부 승용차에서 채택한 부드러운 소재의 스파이럴 스프링은 적재 후 스프링의 변형 행정이 다소 크게 나타나, 무부하와 적재했을 때 지면과의 행정이 몇십 밀리미터 차이가 나서 차량의 통과성이 영향을 받게 된다. 동시에 차량이 상이한 운행 상황일 때 서스펜션에 대해 상이한 요구들이 제기된다. 일반 운행의 경우 부드러운 서스펜션을 통한 쾌적함이 요구되고, 급회전과 제동 시에는 단단한 서스펜션을 통한 안정성을 요구되는데 이 두 가지 기능적 요구는 상호 충돌이 된다. 일반적으로 사용하는 피동 서스펜션은 고정된 서스펜션 강도와 댐핑 계수를 가지기 때문에 승차 쾌적함과 안정성을 동시에 만족시키기 어렵다.
승차 쾌적성과 조작 안정성 사이의 모순을 해결하기 위하여 전자 제어식 서스펜션 기술이 발달하고 전자 제어식 서스펜션은 크게 유압 제어의 형식과 에어 제어의 형식 두 가지로 구분된다. 전자 제어식 서스펜션의 유압제어 형식은 상대적으로 선진적인 기술로 볼 수 있는데 액티브 서스펜션이 여기에 해당된다. 그것은 유압 시스템을 이용하여 노면이 차체에 미치는 충격과 차체 기울기 저항을 극복하는 방식이다. 전자 제어식 서스펜션 중 에어 제어방식은 자체 적응 서스펜션이고, 그것은 일정한 범위 내에서 조절하여 대응하는 노면의 변화에 대처한다. 액티브 서스펜션이나 자체 적응형 서스펜션은 모두 전자 제어 소자(ECU)가 있고, ECU가 있으면 반드시 센서도 있다. 센서는 전자 제어식 서스펜션의 중요한 부품으로 작동 불능 시 전체 서스펜션 시스템 작업이 비정상적이게 된다. 이 모든 것은 현재의 전자제어 서스펜션 시스템의 구조를 복잡하게 하고, 높은 기술수준을 요구하기에 불가피하게 비용이 비싸고 소모가 큰 결함을 가지게 되고 이와 같은 고성능 서스펜션이 차량에 광범위하게 사용되기에 제약이 따른다.
본 발명과 유사한 공지 특허는 <가요성 프레임워크가 결합된 스프링을 사용한 강도 곡선을 개선하는 차휠 서스펜션 장치>(CN97181615.8)이다. 이 발명은 차 휠의 서스펜션 장치가 스파이럴 스프링과 가요성 스켈리턴을 결합하여 정상 주행하는 위치에 일부 스프링을 압축하여 그것이 압축상태를 유지하게 하고, 이를 통해 두 종류의 강도곡선을 구했고, 그 전환점은 정상 주행위치 부근이다. 압축 시 스파이럴 스프링은 모두 압축되었고, 이완 시 스프링의 미 압축 부분이 이완된다. 따라서, 서스펜션 장치는 비대칭으로 이완 시 강도가 압축 강도보다 크다. 한편으로 각 프레임워크는 두 개의 고정 부재를 포함하고 하나는 스파이럴 스프링의 한 코일의 전부 또는 일부에 서로 결합되고, 다른 한 고정 부재 스프링의 코일의 일부 또는 전체에 서로 결합되거나, 또는 댐퍼 하우징에 연결되기도 한다. 다른 한편, 각 프레임워크는 수직 방향 부품을 포함하고 있는데 해당 부품은 압축시 변형되고, 이완 시 복원되는데, 두 개의 고정 부재와 서로 연결되어 있고, 프레임워크는 스파이럴 스프링의 적어도 두 개의 코일을 한정하고 압축한다. 하지만 이 발명은 작은 범위 내에서의 스프링 강도 개선에 한정되지만 횡방향 안정로드가 불필요한 상태에서 여전히 차량의 주행 성능을 개선할 수 있으나, 동일한 스프링에 장치를 추가하면 그것의 강도 변화에 제한이 있으며 동시에 쇼크업소버의 댐핑을 줄이는 내용을 언급하지 않아 근본적으로 서스펜션 장치의 조적과 쾌적 성능을 개선할 수 없다.
본 발명의 주 목적은 조합 스프링 보정 서스펜션 장치를 제공하는 것으로, 차량이 정상 주행 및 안전 범위에서 가감속을 하거나 턴 하는 과정에서 이와 같은 서스펜션 시스템은 차량이 롤, 부양, 흔들림, 바운스 및 차체 높이에 대한 제어에 모두 효과적이므로, 지면으로부터의 충격 또는 차체에서 발생되는 불균형이 서스펜션에 의해 효과적으로 흡수되어 최대한도로 노면에 대한 차휠의 부착력을 유지하고 차휠의 구동 및 제동 작용을 충분히 발휘하게 하고, 차량의 고속 주행 또는 회전 시 안전성을 크게 높였다. 이외에 차량 적재 중량에 변화가 있을 시 시종일관 차체 높이를 유지하여 서스펜션의 기하학적 관계도 불변하는 것을 확보하였다. 이를 통해 차체와 노면 또는 궤도 평면이 시종일관 요구되는 평행상태를 유지하여 현재 보편적으로 사용되는 액티브 서스펜션의 사용 효율에 이르거나 또는 초과하였다.
상기의 목적은 서스펜션 시스템의 탄성소자 즉 스프링의 조합 및 하중 보정을 통해 실현된다. 차량에 하중이 가해지고 수평면 상에서 평행 정지 시의 서스펜션의 행정을 정적 휨으로 보고, 차량에 별도의 하중이 가해지지 않고 평면에 정지한 상태에 서스펜션에 가해지는 하중을 무부하 G0로 하고, 차량에 하중이 가해지고 평면에서 정지 시 서스펜션에 가해지는 부하를 G로 하고, 서스펜션이 최대 압축 시의 행정을 동적 휨으로 본다. 상이한 스프링의 조합을 설계하여 스프링이 서스펜션이 정적 휨 근처에 있게 하고, 서스펜션에 가해지는 부하가 일정 범위 내에서 변화할 때 서스펜션의 행정에 변화가 미미하거나 또는 나타나지 않고, 서스펜션 행정에 변화가 없을 때의 하중 범위를 보정 구간이라 칭한다(최소값 A, 최대값 B, A＜G0＜G＜B로 설정). 서스펜션의 부하가 보정 구간 내에서 변화할 때 서스펜션의 행정에 변화가 미미하거나 나타나지 않고, 서스펜션의 부하가 보정 구간을 초과하였을 때에 서스펜션 행정에 변화가 발생한다.
본 발명에 따른 서스펜션의 탄성소자는 자유 스프링과 보정 스프링의 조합으로 구성되고, 차량의 서스펜션 행정이 정적휨보다 클 때, 자유 스프링이 탄성 지지력을 제공하고, 차량의 서스펜션 행정이 정적 휨과 동적 휨 사이에서 변화할 때, 보정 스프링과 자유 스프링이 공동으로 탄성 지지력 제공하거나 또는 보정 스프링이 단독으로 탄성 지지력을 제공한다. 이러한 기술의 가장 중요한 특징은 보정 스프링의 최대 행정이 초기 장력 부재의 제한을 받기 때문에 서스펜션의 정적 휨 내지 동적 휨 범위 내에서 작업한다.
이상의 설계 방법은 서스펜션 시스템의 탄성소자가 부하 변화가 비교적 작은 차량들에 대해 이상적인 강도 특성을 가지게 한다. 서스펜션의 정적 휨 근처에 부하 자동 보정 기능이 있게 하고, 한편으로 서스펜션 부하가 보정 구간의 범위 내에서 변화할 때 비록 서스펜션의 부하에 증감변화가 나타나지만 서스펜션의 보정 스프링이 프리 타이트닝 장치의 작용 하에 길이가 변하지 않는다. 다른 한편, 서스펜션의 부하가 보정구간 범위를 초과할 때, 즉 A보다 작을 때, 자유 스프링의 길이가 변하나 보정 스프링의 길이는 변하지 않고, B보다 클 경우, 자유 스프링과 보정 스프링의 길이는 동시에 변한다. 다시 말하면 서스펜션의 행정이 무하중에서 하중을 받을 때 변화가 미미하거나 없고, 이때 보정 스프링의 초기 장력에 의해 서스펜션의 탄성소자는 이 행정에서 하중 자동 보정 기능이 있고, 서스펜션의 정적 휨 근처에서 전체 서스펜션의 탄성 소자의 강도는 아주 크게 변하여 스프링 자체 강도를 훨씬 초과하고 이는 차량이 양호한 조작성을 갖게 함과 동시에 서스펜션 행정이 정적 휨을 이탈 시, 자유 스프링과 보정 스프링이 원래의 강도로 회복되게 하여, 서스펜션의 행정이 여전히 부하의 변화에 따라 상응한 변화가 나타나고, 차량의 쾌적성을 유지한다.
일반적인 차량은 4개 이상의 서스펜션 장치를 구비하고, 하나의 서스펜션 장치에 연결된 휠이 지면 또는 궤도로부터 충격을 받을 시 이 서스펜션이 받는 부하는 서스펜션 하중의 보정 구간을 초과하고, 서스펜션의 행정에 변화가 나타나게 되고, 이 서스펜션 장치가 차체에 작용되는 부하에도 변화가 발생한다. 뿐만 아니라 차체를 통해 다른 서스펜션의 연결부까지 전달된다. 이때 다른 서스펜션 장치가 정적 휨 부근의 보정 구간에서 작업하면, 영향을 받는 서스펜션의 행정의 변화가 미미하거나 없다. 그러나 하중 보정 구간의 존재로 인해, 서스펜션 장치의 행정은 정적 휨 행정으로 리턴하는 경향이 있고, 정적 휨 근처에 신속하게 돌아오게 되므로 차량의 조작성도 최적의 상태로 회복된다.
상술한 설계를 채택한 서스펜션은 동시에 두 가지 기능을 구비하는데, 첫째는 양호한 기하적 변형 능력이다. 그 이유는 이러한 탄성 부품은 그것의 주요 행정 내에 모두 비교적 작은 강도를 가지고 있다. 비록 중간에 위치한 아주 작은 부분의 강도가 크지만, 디자인을 통하여 이 범위를 차량의 쾌적성이 허락되는 범위 내로 줄일 수 있다. 충격이 이 범위를 초과하였을 때 서스펜션의 탄성 소자는 필요한 변형이 발생하고, 이 변형이 야기한 탄성 지지력이 변화돼도 다른 고강도 작업 상태에 있는 서스펜션에 의해 흡수되어 그것이 차체에 미치는 영향을 최소화시킨다. 다음으로 서스펜션 탄성소자는 고강도 구간에서 자동으로 기능을 발휘하는 경향이 있고, 이런 경향의 영향 아래에서 서스펜션은 대부분 시간은 고강도 상태에서 작동한다. 이때 고강도의 작용으로 인해 차체의 회전, 부양, 하중의 변화 등은 모두 고강도의 서스펜션에 의해 효과적으로 흡수되고, 심지어 횡 방향과 종 방향의 안정 로드가 필요없이 평형을 잘 유지할 수 있고, 일반적인 주행 상태에서 차량은 현저한 턴 롤현상이 나타나지 않고, 브레이크 노드와 가속 후 뒤로 젖힘 현상이 나타나지 않는다. 이는 현재 서스펜션 기술에서 최고급의 기술로도 실현하기 어려운 것이고, 동시에 서스펜션은 탄성 소자 중 보정 스프링의 작용에 의지하여 비교적 이상적인 특성을 실현하였기 때문에 차체의 진동을 줄이고, 서스펜션에서 쇼크업소버의 차체 자세에 대한 유지 작용을 약화시키고, 라이트 댐핑 쇼크업소버를 사용하여 효과적으로 원가를 절감하고, 서스펜션에서 쇼크업소버의 구조를 간소화하고 서스펜션의 원가 절감에 관건적인 작용을 일으킨다.
본 발명은 아래와 같이 실현된다.
조합 스프링 보정 서스펜션 장치에 있어서,
자유 스프링, 보정 스프링, 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 및 가이드 기구(5)를 포함하고;
상기 자유 스프링, 보정 스프링, 라이트 댐핑 쇼크업소버는 차 프레임과 가이드 기구(5) 사이에 설치되고, 상기 보정 스프링은 차 프레임(1) 또는 가이드 기구(5)에 연결되고, 보정 스프링 일단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 설치되어 있고, 가이드 기구(5)는 차 휠과 차 바디를 연결하고, 자유 스프링(6), 보정 스프링(3) 및 라이트 댐핑 쇼크업소버(7)를 위해 위치 고정 설치를 제공하고,
그중, 상기 자유 스프링(6) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 상기 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고; 상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되거나 하단이 가이드 기구(5)에 고정 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 보정 스프링(3) 하단 또는 상단은 진동 격리 블록이 장착되어 있고; 상기 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 자유 스프링(6) 및 보정 스프링(3)은 차 프레임(2)과 가이드 기구(5) 사이에 병렬로 장착된다.
그중, 상기 자유 스프링(6) 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 상단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 하단에 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 외벽 하단에 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고; 상기 보정 스프링(3) 하단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 보정 스프링(3), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 자유 스프링(6)은 차례대로 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 직렬로 장착된다. 이런 장착 형식에서 거꾸로 장착할 수도 있다. 상기 자유 스프링(6) 상단은 차 프레임(1) 에 연결되고, 하단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단에 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 외벽 상단에 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고; 상기 보정 스프링(3) 상단은 라이트 댐핑 쇼크업소버 하단에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 보정 스프링(3)은 차례대로 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 직렬로 장착된다.
그중, 상기 자유 스프링(6)의 중심 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 양측 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 하단에 진동 격리 블록(4)이 장착되어 있고, 상기 진동 격리 블록(4)과 자유 스프링(6)은 중심을 맞추어 배치된다.
그중, 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)이 병렬 장착 시, 차량이 무부하인 경우 서스펜션이 감당하는 하중은 G0이고, 하중 적재 시 서스펜션이 감당하는 하중은 G이고, 서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F> G-G0이고, 자유 스프링(6)이 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량에 대해 제공하는 탄성 지지력이 f<0.9G0이다. 만약 조작성이 아주 강한 차량이 필요하면 아주 큰 배수를 설계할 수 있으며 예를 들면 사이클링은 F>2(G-G0)，f<0.5G0일 수 있다.
그중 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)이 직렬 장착 시, 차량이 무부하일 때 서스펜션이 받는 하중을 G0으로 하고, 적재 시 서스펜션이 받는 하중을 G로 하고, 서스펜션을 이루는 보정 스프링(3) 초기 장력 F>G이고, 자유 스프링(6)은 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량에 제공하는 탄성 지지력이 f＜G0을 만족시킨다.
그중, 서스펜션을 구성하는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F＞1.1(G-G0)이고, 자유 스프링(6)은 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량에 제공하는 탄성 지지력이 f＜0.9G0이다. 이런 서스펜션은 일반적으로 오토바이 등 서스펜션 행정이 아주 긴 차량에 사용되고, 싸이클에 상대적으로 적게 응용되고 물론 병렬 배수에 따라 설계할 수 있다.
물론 차량의 쾌적성을 향상시키기 위하여, 또한 부하의 크기와 운행 필요에 따라 보정 구간 범위의 크기를 수시로 조절할 수 있고, 구체적으로 조절장치를 통해 보정 스프링의 초기 장력에 대해 동태적 조절을 진행하여 실현 가능하고, 일반적인 조절장치는 전자 자동 조절 또는 수동 조절방식이 있다.
그중 서스펜션을 구성하는 보정 스프링(3)의 초기 장력F＞1.1G이고, 자유 스프링(6)은 차량의 정적 휨 값 근처에 있을 시, 차량에 제공하는 탄성 지지력 f＜0.9 G0이다.
그중 상기 라이트 댐핑 쇼크업소버 댐핑 계수는 신축 행정이 0.25보다 작고, 압축 행정은 0.15보다 작다. 차체의 평형이 보정 스프링에 의해 유지됨과 동시에 차체의 진동 감소되기 때문에 댐핑 계수가 더 작은 쇼크업소버를 사용하면 차량의 운행 성능을 유지할 수 있다.
본 발명의 기대효과는, 서스펜션의 탄성 소자의 조합 및 보정 작용을 통하여 액티브 서스펜션의 성능 요구를 초과하는 것을 실현하고, 대부분의도로와 궤도 차량에 적합하며, 부하의 변화가 아주 작은 여객 운수 차량에 특히 적합하고, 원가를 절감할 뿐만 아니라 조작성 및 쾌적성이 향상하였다.
도 1은 본 발명 실시예 1에서의 서스펜션은 최대 행정에 있을 시의 조합 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이 때, 서스펜션의 부하가 보정 구간보다 작고, 자유 스프링이 연신 상태에 있으면 보정 스프링은 부하가 없다.
도 2는 본 발명 실시예 1 중의 서스펜션이 정적 휨에 있을 때의 조합 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간 범위 내에 있고, 자유 스프링은 일부분 부하를 분담하고, 보정 스프링은 일부분 부하를 분담하나 초기 장력보다 작으며 이때 서스펜션은 부하가 있을 시 평형 정지 상태에 있다.
도 3은 본 발명 실시예 1의 서스펜션이 동적 휨에 있는 경우의 조합 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간보다 크고, 자유 스프링은 계속 압축되고, 보정 스프링이 부담하는 부하는 초기 장력보다 크고, 계속 압축되고 이때 서스펜션은 비교적 큰 압축 상태에 있다.
도 4는 본 발명 실시예 2의 서스펜션이 최대 행정에 있을 시의 에어 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이때 서스펜션의 부하가 보정 구간보다 작고, 자유 스프링은 강판 스프링이 이완상태에 있는 것이고, 보정 스프링은 에어스프링이 부가 없는 것이다.
도 5는 본 발명 실시예 2의 서스펜션이 정적 휨에 있을 시의 에어 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간 범위 내에 있고, 자유 스프링은 강판 스프링이 일부분 부하를 분담하고, 보정 스프링은 에어 스프링이 일부분 부하를 분담하나 압축되는 것이 없으며, 이때 서스펜션은 적재시의 평형 정지 상태에 있다.
도 6은 본 발명 실시예 2의 서스펜션이 동적 휨에 있을 시의 에어 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간보다 크고, 강판 스프링은 계속 압축되고, 에어 스프링은 계속 압축되고, 이때 서스펜션은 비교적 큰 압축 상태에 있다.
도 7은 본 발명 실시예 3의 서스펜션이 최대 행정에 있는 경우의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간보다 작고, 자유 스프링은 이완 상태에 있고, 보정 스프링은 부하가 없다.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 서스펜션이 정적 휨에 있을 시의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간 범위 내에 있고, 자유 스프링은 모두 압축되고, 보정 스프링은 모든 부하를 감당하나 초기 장력을 제외하고, 계속 압축되지 않고, 이때 서스펜션은 부하가 있는 경우 평형 정지 상태에 있다.
도 9는 본 발명 실시예 3의 서스펜션이 동적 휨에 있을 시의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이때 서스펜션의 부하가 보정 구간보다 크고, 자유 스프링은 최대 행정 상태에 있고, 보정 스프링은 계속 압축되고, 이때 서스펜션은 비교적 큰 압축 상태에 있다.
도 10은 본 발명 실시예 4의 서스펜션은 최대 행정 시의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이때 서스펜션의 부하는 보정 구간보다 작고, 자유 스프링이 이완 상태에 있고, 보정 스프링은 부하가 없다.
도 11은 본 발명 실시예 4의 서스펜션이 정적 휨 시의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이때, 서스펜션 부하는 보정 구간 범위 내에 있고, 자유 스프링은 모두 압축되고, 보정 스프링은 모든 부하를 감당하나, 초기 장력을 제외하고, 계속 압축되지 않고, 이때 서스펜션은 적재 시의 평형정지상태에 있다.
도 12는 본 발명 실시예 4에서 서스펜션이 동적 휨 시의 자유 스프링 보정 서스펜션 개략도이고, 자유 스프링과 보정 스프링은 직렬 연결 설계이다. 이 때 서스펜션의 부하는 보정 구간보다 크고, 자유 스프링은 최대 압축 상태에 있고, 보정 스프링은 계속 압축되고 이때 서스펜션은 비교적 큰 압축 상태에 있다.
도 1, 도 2, 도 3을 참고하면, 실시예 1의 도면은, 차 프레임(1), 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(3), 보정 스프링(3), 진동 격리 블록(4), 가이드 기구(5), 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 차 휠(8)을 나타낸다.
본 발명에 따른 서스펜션은 차 프레임(1), 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2), 보정 스프링(3), 진동 격리 블록(4), 가이드 기구(5), 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 차 휠(8)을 포함한다. 그중 탄성소자는 자유 스프링(6)(자유 스프링(6)은 스파이럴 스프링이다)과 보정 스프링(3)(보정 스프링(3)은 스파이럴 스프링이다)의 병렬 조합으로 이루어지고, 차량이 정지되거나 또는 평형상태에 있는 경우, 서스펜션에 발생하는 차 휠의 부하는 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)이 공동 부담하고, 서스펜션의 부하가 보정 구간(보정 구간의 최소치가 A, 최대치가 B, 차량이 무부하인 경우 서스펜션이 받는 하중은 G0, 부하가 있는 경우 서스펜션이 받는 하중을 G로 설정할 경우, A＜G0＜G＜B, 이 수치는 설계한 최소 범위이고, 일반 설계는 모두 이 범위를 초과한다)에 있는 경우, 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)의 길이는 모두 변화가 발생하지 않고, 오직 진동 격리 블록(4)만 일정한 변형이 발생한다. 다시 말하면 부하의 변화에 따라 서스펜션의 행정에 작은 변화만 발생한다.
이런 서스펜션에서, 서스펜션을 이룬 보정 스프링의 초기 장력이 F＞1.1(G-G0)이고, 자유 스프링이 차량에 제공하는 탄성 지지력은 f＜G0이다.
서스펜션의 부하는 0.9G0보다 작은 경우, 서스펜션의 자유 스프링(6)은 연신되고, 모든 부하를 감당하고; 보정 스프링(3)의 길이는 변하지 않고 부하를 분담하지 않는다.
서스펜션의 부하가 1.1(G-G0)이 초과 시, 서스펜션의 자유 스프링(6)은 계속 압축되고, 일부분 부하를 감당한다; 보정 스프링(3)은 압축되고, 나머지 부하를 분담한다.
이런 기술의 가장 주요한 특징이 바로 보정 스프링(3)의 최대 행정이 프리 타이트닝 장치(2)의 제한을 받고, 단지 서스펜션의 정적 휨에서 동적 비틀림 범위 내에서 작업한다.
서스펜션의 정적 휨(6) 부근에서, 만약 서스펜션 무부하는 G0이고, 부하가 있는 경우 받은 부하의 하중은 G이고, 서스펜션의 자유 스프링(6)이 제공하는 지지력(f)과 보정 스프링(3)의 초기 장력(F)은 동시에 아래 관계를 만족시켜야 한다.
[수0001]
Figure pct00001
다시 말하면, 자유 스프링(6)이 제공하는 지지력은 서스펜션이 받는 정적 부하보다 작고, 또 일부분의 부하는 초기 장력에 의해 한정되는 보정 스프링(3)이 부담하고, 서스펜션의 하중이 상기 요구를 만족 시, 서스펜션 부하의 그 정적 휨 값 부근의 일정 범위 내에 변화가 발생 시, 보정 스프링(3)의 초기 장력의 보정 작용에 의해, 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)의 길이는 모두 변화가 발생하지 않고, 서스펜션 행정은 설령 변화가 발생하더라도, 단지 진동 격리 블록이 압축을 받을 때 발생하는 형변이고, 형변량이 아주 작다 하더라도 전체 효과가 행정 변화가 아주 작은 것이고, 이 부하 범위 내에서 서스펜션의 강도가 아주 높다. 서스펜션의 부하의 변화는 이 범위를 초과하였고, 두 개의 스프링은 상응한 행정 변화를 발생하고, 차량의 주행 조건을 완전히 만족시킬 수 있다.
합리적인 설계를 통해, 차량의 서스펜딩 부하가 일정 범위 내에서 변화케 할 시, 서스펜션의 행정은 변하지 않거나 단지 아주 작은 변화만 발생하며 이것이 바로 차량 서스펜션이 필요로 하는 특성이다.
하나의 휠이 충격을 받을 시, 이 서스펜션은 동시에 충격도 받으며 그 부하의 변화도 차체에 진동 충격을 발생하고, 이 충격은 차 프레임을 통해 기타 서스펜션에 전달되나, 기타 서스펜션 작업이 보정 구간 내에 있으므로 충격이 가져오는 부하의 변화가 만약 기타 서스펜션의 보정 구간 내에 있다면, 기타 서스펜션의 행정은 변화가 발생하지 않거나 변화가 아주 작고, 전체 차체는 여전히 상대적으로 평형의 상태를 유지한다; 동일하게 마약 차량이 속도, 방향 및 하중 변화로 인해 보정 구간 내의 범위 내에서 변화가 발생하는 경우, 서스펜션 부하가 발생하는 변화 또한 서스펜딩 된 보정 스프링(3)에 의해 보정될 수 있고, 서스펜션의 행정은 여전히 필요로 하는 안정 상태를 유지하고, 차량은 양호한 조작성과 안정을 유지할 수 있음과 동시에 차량의 쾌적 성능에 영향을 주지 않는다.
도 4, 도 5, 도 6을 참고하면, 실시예 2에서 보정 스프링(3), 진동 격리 블록(4), 자유 스프링(6), 차 휠(8)이 나타난다.
실시예 2에서 본 발명의 차량 서스펜션의 탄성 소자도 동일하게 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)을 포함하고, 그중 보정 스프링(3)은 에어 스프링이고, 자유 스프링(6)은 강판 스프링이다.
본 실시예에서, 보정 스프링(3)이 일으키는 작용은 실시예 1에 따른 보정 스프링(3)의 것과 동일하고, 강판 스프링이 일으키는 작용은 실시예 1에 따른 자유 스프링(6)의 것과 동일하다. 다른 점은 에어 스프링 자체가 프리 타이트닝 스프링의 특성이 있어 별도로 프리 타이트닝 장치를 별도로 증가할 필요가 없고, 강판 스프링은 동시에 가이드 연결 작용을 일으킬 수 있고, 서스펜션의 구조는 더욱 간소화된 설계를 사용할 수 있으며 동시에 에어 스프링의 진동 격리 성능은 이미 아주 좋으며, 추가된 진동 격리 블록(4)은 소음을 추가로 줄일 수 있으며, 강판 스프링 자체는 이미 일정한 진동 감소 작용을 구비한다. 만약 진동 감소에 대한 요구가 높지 않으면 쇼크업소버의 설계를 취소할 수 있다. 이와 같은 서스펜션은 그것을 구성하는 에어 스프링의 초기 장력은 F＞1.1(G-G0)이고, 자유 스프링은 차량이 제공하는 탄성 지지력은 f＜G0이다.
도 7, 도 8, 도 9를 참고하면, 실시예 3에서, 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 가이드 실린더(11), 보정 스프링(3), 차 휠(8)을 나타낸다.
실시예 3에서, 본 발명의 차량 서스펜션의 탄성소자도 동일하게 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)을 포함하고, 그중 보정 스프링(3)은 스파이럴 스프링이고, 자유 스프링(6)은 스파이럴 스프링이다.
본 실시예에서, 보정 스프링(3)이 일으키는 작용은 실시예 1에 따른 보정 스프링(3)의 것과 동일하고, 자유 스프링(6)이 일으키는 작용은 실시예 1에 따른 자유 스프링(6)의 것과 동일하다. 다른 점은 본 실시예에서, 보정 스프링(3)과 자유 스프링(6)은 직렬 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상에 자유 스프링(6)의 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고, 스프링 가이드 작용을 일으킬 뿐만 아니라 자유 스프링(6)이 제공하는 탄성 지지력이 f＜G0을 만족하도록 한정할 수도 있고, 동시에 설계는 보정 스프링(3)의 초기 장력이 F＞G이게 한다.
서스펜션의 정적 휨 부근에서, 만약 서스펜션의 무부하는 G0이고, 부하가 있는 경우, 서스펜션이 받는 부하는 G이고, 서스펜션의 자유 스프링(6)이 제공하는 지지력(f)과 보정 스프링(3)의 초기 장력(F)의 관계는 아래와 같다:
[수0002]
Figure pct00002
이와 같은 서스펜션에서, 차량의 조작성을 증가시키기 위하여, 통상 서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력이 F＞1.1G이고, 자유 스프링(6)은 차량에서 제공되는 탄성 지지력이 f＜0.9G0이다.
도 10, 도 11, 도 12를 참고하면, 실시예 4에서, 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 가이드 실린더(11), 보정 스프링(3), 차 휠(8)을 나타낸다.
실시예 4에서, 본 발명의 차량의 서스펜션의 탄성 소자는 자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)을 동일하게 포함하고, 그중 보정 스프링(3)은 스파이럴 스프링(3)이고, 자유 스프링(6)은 스파이럴 스프링(6)이다.
본 실시예에서 보정 스프링(3)이 일으키는 작용은 실시예 3에 따른 보정 스프링(3)과 동일하며, 자유 스프링(6)이 일으키는 작용은 실시예 3에 따른 자유 스프링(6)과 동일하다. 다른 것은 본 실시예에서, 보정 스프링(3)이 아래에 있고, 자유 스프링(6)이 위에 있으며 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상에 자유 스프링(6)의 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고, 스프링 가이드 작용을 일으킬 뿐만 아니라 자유 스프링(6)이 제공하는 탄성 지지력이 f＜G0을 만족하도록 한정할 수도 있고, 동시에 설계는 보정 스프링(3)의 초기 장력이 F＞G이게 한다.
구체적인 구조는, 자유 스프링(6) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 하단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단에 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 외벽 상단은 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고; 상기 보정 스프링(3) 상단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 하단에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 설치되어 있고, 상기 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 보정 스프링(3)은 차례대로 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 직렬연결로 설치된다.
상기 설명과 실시예를 종합하면, 본 발명에 따른 차량 서스펜션 설계 방법과 구조는 종래의 차량 서스펜션 장치와 다르며, 이런 서스펜션 장치는 2개 이상의 탄성 소자의 조합 및 보정을 서스펜딩하는 것에 의거하여 차량의 복수의 서스펜션의 상호 자동 보정 특성을 실현하였고, 서스펜션의 조작성과 쾌적성 조건을 만족시키기 위하여 새로운 설계 방법을 제공하였다.
이상의 실시예는 단지 본 발명의 설계 원리에 대해 예를 들어 설명한 것이고, 실제 설계와 구조는 더욱 많은 변화가 있을 수 있는데, 예를 들면 보정 구간의 범위는 A＜G0＜G＜B을 만족시켜야 할 뿐만 아니라 B-A가 (G-G0)50％ 이상을 초과하는 설계도 있고, 특종 차량에 대해서 심지어 한 배 초과할 수 있으며 또한 부하의 크기를 검측하고, 보정 구간에 대한 설계를 통해 단일 서스펜션이 차체에 일으키는 영향에 대해 기타 서스펜션을 통해 보정 및 수정할 수 있고, 최종 차체의 진동을 유지 및 줄일 수 있으며 동시에 조작성과 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
이런 설계와 장치는 모두 보정 스프링에 대한 프리 타이트닝을 통해 실현되고, 스프링의 프리 타이트닝을 통해 서스펜션의 자동 보정 기능을 실현하는 설계와 구조는 모두 이 특허 보호 범위 내에 있다.
이렇게 설계된 서스펜션은 한 편으로 기하적 변형 능력이 좋으며, 도로면의 충격을 흡수하는 능력을 구비하여 차체의 진동을 효과적으로 줄이거나 방지한다; 다른 한편, 서스펜션이 정적 휨에 도달한 경우, 서스펜션의 부하에 대해 자동 보정 기능을 구비하여, 차량이 속도, 방향 및 적재에 변화가 발생하는 경우, 서스펜션 행정의 과도한 변화를 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있고, 차량의 탑승 쾌적성과 운전 안전성의 모순을 효과적으로 해결하였고, 일반 차량의 전자 제어 액티브 서스펜션에 상당하거나 그것을 초과하는 사용효과를 갖는다.
위의 내용은 본 발명의 가장 바람직한 실시예 및 그것이 운용한 기술원리이고 해당 분야의 기술자에게 있어, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 상황에서, 본 발명 기술방안을 기초로 하는 동등 효과의 변환, 간단한 대체 등은 자명한 변경이며 모두 본 발명의 범위 내에 속한다.

Claims (10)

  1. 조합 스프링 보정 서스펜션 장치에 있어서,
    그것은 자유 스프링, 보정 스프링, 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 및 가이드 기구(5)를 포함하고;
    상기 자유 스프링, 보정 스프링, 라이트 댐핑 쇼크업소버는 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 설치되고, 상기 보정 스프링은 차 프레임(1) 또는 가이드 기구(5)에 연결되고, 보정 스프링 일단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 설치되어 있고, 가이드 기구(5)는 차 휠과 차 바디를 연결하고, 자유 스프링(6), 보정 스프링(3) 및 라이트 댐핑 쇼크업소버(7)를 위해 위치 고정 설치를 제공하는 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자유 스프링(6) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 상기 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고; 상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되거나 하단이 가이드 기구(5)에 고정 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 보정 스프링(3) 하단 또는 상단은 진동 격리 블록이 장착되어 있고; 상기 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 자유 스프링(6) 및 보정 스프링(3)은 차 프레임(2)과 가이드 기구(5) 사이에 병렬로 장착되는 것을 특징으로 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자유 스프링(6) 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 상단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 하단에 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 외벽 하단에 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고; 상기 보정 스프링(3) 하단은 라이트 댐핑 쇼크업소버 상단에 연결되고,
    상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 보정 스프링(3), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 자유 스프링(6)은 차례대로 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 직렬 연결로 장착되는 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자유 스프링(6) 상단은 차 프레임(1) 에 연결되고, 하단은 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 상단에 연결되고, 라이트 댐핑 쇼크업소버(7) 외벽 상단에 가이드 실린더(11)가 연결되어 있고; 상기 보정 스프링(3) 상단은 라이트 댐핑 쇼크업소버 하단에 연결되고,
    상기 보정 스프링(3) 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 연결단에 보정 스프링 프리 타이트닝 장치(2)가 장착되어 있고, 상기 자유 스프링(6), 라이트 댐핑 쇼크업소버(7), 보정 스프링(3)은 차례대로 차 프레임(1)과 가이드 기구(5) 사이에 직렬로 장착되는 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자유 스프링(6)의 중심 하단은 가이드 기구(5)에 연결되고, 양측 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 상단은 차 프레임(1)에 연결되고, 상기 보정 스프링(3) 하단은 진동 격리 블록(4)이 장착되어 있고, 상기 진동 격리 블록(4)과 자유 스프링(6)은 중심을 맞추어 배치되는 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)은 병렬로 장착 시, 차량이 무부하인 경우, 서스펜션이 감당하는 하중은 G0이고, 적재하였을 시 서스펜션이 감당하는 하중은 G이고, 서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F＞G-G0이고, 자유 스프링(6)이 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량이 제공하는 탄성 지지력이 f＜G0인 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    자유 스프링(6)과 보정 스프링(3)이 직렬로 장착될 시, 차량이 무부하인 경우 서스펜션이 받는 하중은 G0이고, 적재 시 서스펜션이 받는 하중은 G이고, 서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F>G이고, 자유 스프링(6)은 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량이 제공하는 탄성 지지력은 f＜G0을 만족시키는 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F＞1.1(G-G0)이고, 자유 스프링(6)이 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량이 제공하는 탄성 지지력은 f＜0.9G0인 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    서스펜션을 이루는 보정 스프링(3)의 초기 장력은 F＞1.1G이고, 자유 스프링(6)이 차량의 정적 휨 값 부근에 있는 경우, 차량이 제공하는 탄성 지지력은 f＜0.9G0인 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 라이트 댐핑 쇼크업소버의 댐핑 계수는 신축 행정이 0.25보다 작고, 압축 행정이 0.15보다 작은 것을 특징으로 하는 조합 스프링 보정 서스펜션 장치.
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