KR20190008873A - 모터 기어박스 조립체 - Google Patents

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KR20190008873A
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트레버 알. 밀튼
케빈 엠. 링크
앤서니 에이. 히튼
모건 맥켈프랑
스티브 제네스
아드리안 호킨스
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니콜라 모토 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

대향 측면들에 2개의 차륜을 구비한 차량을 위해 모터 기어박스 조립체가 제공된다. 조립체는 각각이 전기 모터 및 관련 기어 트레인을 포함하고 차륜 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성된 2개의 독립적 구동 시스템을 포함한다. 조립체는 기어 트레인들이 모터들 사이에 적어도 부분적으로 위치하도록 모터들 및 기어 트레인들을 수용하는 공통 하우징을 더 포함한다. 또한, 모터 기어박스 조립체가 차량에 실장될 때 구동 시스템들의 적어도 일부는 차량의 종방향으로 일반적으로 역방향 배향들을 갖는다.

Description

모터 기어박스 조립체
본 출원은 2016년 5월 9일에 출원되고 그 내용이 참조로서 여기에 통합되어 있는 미국 가출원 제62/391,745호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 개시는 차량에 이용하기 위한 모터 기어박스 조립체에 관한 것이다.
종래의 차량 구동 시스템들이 미국 특허 공보 제8,678,118호와 미국 공개 공보 제2010/0025131호에 개시되어 있다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 대향 측면들에 2개의 차륜을 구비한 차량을 위해 모터 기어박스 조립체가 제공된다. 조립체는 각각이 전기 모터 및 관련 기어 트레인을 포함하고 차륜 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성된 2개의 독립적 구동 시스템을 포함한다. 조립체는 기어 트레인들이 모터들 사이에 적어도 부분적으로 위치하도록 모터들 및 기어 트레인들을 수용하는 공통 하우징을 더 포함한다. 모터 기어박스 조립체가 차량에 실장될 때 구동 시스템들 중 하나의 적어도 일부는 차량의 종방향으로 나머지 하나의 구동 시스템의 적어도 일부에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는다.
본 개시의 다른 하나의 양태를 따르면, 대향 측면들에 2개의 차륜을 갖는 차량을 위한 모터 기어박스 조립체는 각각이 전기 모터 및 관련 기어 트레인을 포함하고 차륜 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성된 2개의 독립적 구동 시스템을 포함한다. 조립체는 기어 트레인들이 모터들 사이에 적어도 부분적으로 위치하도록 그리고 모터 기어박스 조립체가 차량에 실장될 때 기어 트레인들이 차량의 측방향으로 서로 적어도 부분적으로 중첩되도록 모터들 및 기어 트레인들을 수용하는 공통 하우징을 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 차량을 위한 모터 기어박스 및 서스펜션 배열은 차량의 차륜을 구동하기 위한 구동 시스템을 포함하고, 구동 시스템은 전기 모터 및 모터와 관련된 기어 트레인을 포함한다. 배열은 모터 및 기어 트레인을 수용하는 하우징 및 차량에 연결되도록 구성된 제1 단부 및 하우징에 연결되도록 구성된 제2 단부를 구비한 서스펜션 제어 아암을 더 포함한다.
예시적인 실시예들이 예시되고 개시되어 있지만, 이러한 개시는 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 다양한 변형예들 및 대체 설계들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않는 한 이루어질 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 차량의 사시도이다.
도 2는 차량의 섀시(chassis) 조립체의 평면도로서 6개의 차륜에 연결된 3개의 액슬(axle) 쌍 및 차륜들을 구동하기 위한 본 개시에 따른 3개의 듀얼 모터 기어박스 조립체들을 포함하되, 여기서 각 차륜은 차량의 전방부에서와 같이 단일 차륜일 수도 있고, 차량의 후방부에서와 같이 이중 차륜 쌍일 수도 있다.
도 3은 본 개시에 따라 전방 서스펜션 시스템 및 후방 서스펜션 시스템을 나타내는 섀시 조립체의 저면도이다.
도 4는 모터 기어박스 조립체들 중 하나의 사시도로서 외부 하우징을 포함한다.
도 5는 도 4의 모터 기어박스 조립체의 사시도로서, 제1 독립적 구동 시스템 및 제2 독립적 구동 시스템을 보여주기 위해 하우징이 제거되어 있으며, 여기서 각각의 구동 시스템은 전기 모터 및 모터에 연결된 관련 기어 트레인을 포함한다.
도 6은 하우징에 형성된 윤활 통로 배열을 구체적으로 보여주는 하우징의 사시 단면도이다.
도 7은 윤활 통로 배열을 보다 구체적으로 보여주는 하우징의 부분 사시도이다.
도 8은 윤활 통로 배열을 보다 구체적으로 보여주는 하우징의 부분 측면 사시도이다.
도 9는 도 5의 제1 구동 시스템 및 제2 구동 시스템의 평면도이다.
도 10은 저 기어비(gear ratio) 모드에서 작동하는 도 9의 제1 구동 시스템의 사시도이다.
도 11은 고 기어비 모드에서 작동하는 도 9의 제1 구동 시스템의 사시도이다.
도 12는 본 개시에 따른 전방 서스펜션 시스템을 보여주는 차량의 전방부의 정면 사시도이다.
도 13a는 전방 서스펜션 시스템의 추가적인 세부 사항들을 보여주는 차량의 전방부의 측면 사시도이다.
도 13b는 전륜 구동 샤프트와 정렬된 전방 서스펜션 시스템의 요크 마운트(yoke mount) 및 공기 스프링 댐퍼(damper) 조립체를 보여주는 차량의 전방부의 부분 측면도이다.
도 14는 전방 서스펜션 시스템의 대체 실시예의 정면 사시도로서 모터 기어박스 하우징에 연결된 전방 서스펜션 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보여준다.
도 15a는 본 개시에 따른 후방 서스펜션 시스템을 보여주는 차량의 후방부의 저면 사시도이다.
도 15b는 도 15a에 도시된 후방 서스펜션 시스템의 상부 서스펜션 제어 아암의 사시도이다.
도 16은 후방 서스펜션 시스템의 추가적인 세부 사항들을 보여주는 차량의 후방부의 측면 사시도이다.
도 17은 후방 서스펜션 시스템의 너클 및 우측 후방 타이어 근처에서 너클에 연결된 상부 서스펜션 제어 아암 및 하부 서스펜션 제어 아암을 보여주는 차량의 후방 단부도이다.
도 18은 2개의 후륜과 관련 타이어들 사이에 위치한 듀얼 모터 기어박스 조립체 및 후방 서스펜션 시스템을 보다 구체적으로 보여주는 차량의 후방 단부의 평면 사시도이다.
도 19는 후방 서스펜션 시스템의 대체 실시예의 저면 사시도로서 모터 기어박스 하우징에 연결된 후방 서스펜션 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보여준다.
필요에 따라, 여기에는 상세한 실시예들이 개시되어 있지만, 개시된 실시예들은 단지 예시적인 것으로서 다양하고 대안적인 형태들이 채택될 수 있음이 이해되어야 한다. 도면들은 반드시 축척대로 도시될 필요는 없지만, 일부 치수들은 특정 컴포넌트들을 구체적으로 보여주기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 그러므로 여기에 개시된 특정한 구조적 기능적 세부 사항들은 제한적으로 해석되는 것이 아니라, 단지 당업자에 대한 교시를 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.
본 개시에 따른 차량은 승용차, 트럭 등과 같은 임의의 적절한 차량일 수 있다. 도 1은 예시적인 차량을 도시하는데, 이 차량은 NIKOLA ONETM라고 지칭되는 전기 구동 클래스-8 세미 트럭(10)이다. 일 실시예에서, 트럭(10)은 총 중량 80,000 파운드를 정류장 사이에서 대략 1,200 마일 또는 그 이상을 견인하도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 트럭(10)은 공기 역학적인 캡(aerodynamic cab; 12), 6개의 회전 가능 차륜(14), 및 차륜마다(6x6) 전기 모터와 관련 기어 트레인(예를 들어, 듀얼 기어 감속을 구비한 기어 트레인)을 구비하되, 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 모터들 및 기어 트레인들은 쌍으로 그룹화되어 모터 기어박스 조립체를 형성할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 4개의 후륜(14) 각각은 듀얼 차륜 쌍(함께 회전하는 2개의 차륜)을 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 후륜들(14) 각각은 상대적으로 큰 차륜 및 관련 타이어(예를 들어, 슈퍼 단일 차륜과 타이어)를 포함한다. 각각의 전기 모터가 임의의 적절한 마력(HP), 예를 들어 100HP 내지 400HP를 생성하도록 구성될 수 있지만, 일 실시예에서, 각 모터는 335HP를 생성하도록 크기가 정해질 수 있으며, 이로써 6개의 모터가 결합된 트럭(10)은 출력이 약 2,000HP이고, 기어 감속 이전의 토크가 3,700 피트 파운드 이상이며, 기어 감속 이후의 순간 토크는 거의 86,000피트 파운드일 수 있다. 트럭의 6개의 전기 모터는 현재 도로에 있는 다른 클래스-8 트럭들에 비해 우수한 마력, 토크, 가속도, 견인 및 저지력을 생성할 수 있다. 트럭(10)은 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 6개의 차륜(14) 각각을 위해 숏/롱 아암(short/long arm (SLA)) 서스펜션 시스템과 같은 독립 서스펜션 시스템을 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 트럭의 무거운 컴포넌트들의 대부분은 섀시 또는 차량 지지 구조체(17)의 프레임(16)의 프레임 레일에 또는 그 아래 위치하도록 배열될 수 있으며, 이로써 무게 중심을 수 피트만큼 줄이고, 안티-롤 오버 기능들(anti-roll over capabilities)을 향상시킬 수 있다. 이는 또한 전형적인 클래스-8 트럭과 관련된 디젤 엔진 및 변속기를 제거하고 예를 들어 보다 가볍지만 강력한 탄소 섬유 패널로부터 캡(12)을 제조함으로써 부분적으로 달성될 수도 있다. 디젤 엔진을 제거할 때의 이점에는 온실 가스 배출량의 대폭적인 감소, 보다 크고 공기 역학적인 캡, 및 상당히 조용한 승차감이 포함될 수 있다. 또한, 운영자 또는 운전자 모두는 트럭(10)을 진행시키고 멈추게 만들기 위해 가속 또는 전기 페달 및 브레이크 페달(변속 또는 클러치가 없음)을 이용해야 할 수도 있다. 트럭의 단순화된 동작은 완전히 새로운 그룹의 운전자들에 대한 장거리 수송 마켓(long haul market)을 개시할 수 있다.
트럭의 전기 모터들은 임의의 적절한 방식으로 충전될 수 있는 충전식 배터리 팩과 같은 임의의 적절한 에너지 저장 시스템(ESS; 18)에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, ESS(18)는 터빈 조립체(20)의 탑재 터빈에 의해 충전될 수 있는 수랭식 320kWh 리튬-이온 배터리 팩(30,000개 이상의 리튬 셀)을 포함할 수 있다. 터빈은 필요할 때 ESS(18)의 배터리들을 자동으로 충전할 수 있으며, "플러그인"할 필요가 없다. 터빈은 예를 들어, 트럭(10)이 65MPH에서 최대 중량으로 6% 등급을 상승할 수 있도록 충분한 배터리 전력을 제공할 수 있는, 약 400kW의 청정 에너지를 생성할 수 있다. 내리막 길에서, 트럭의 6개의 전기 모터는 보통 손실되는 제동 에너지를 흡수하여 배터리들로 다시 전달하도록 구성될 수 있으며, 이로써 컴포넌트 수명, 갤런 당 마일리지, 안전성, 및 화물 효율성을 증가시키면서 시끄러운 엔진 브레이크를 제거하고 폭주 트럭들에 대한 잠재성을 축소시킬 수 있다.
전형적인 클래스-8 디젤 트럭에 비해, 트럭(10)의 터빈은 훨씬 깨끗하고, 보다 효율적이다. 터빈은 또한 연료에 구속받지 않는데(fuel agnostic), 이는 가솔린, 디젤, 또는 천연가스로 작동할 수 있음을 의미한다.
앞선 구성은 각 차륜(14)에서 전기 모터를 포함하기 때문에, 트럭의 제어 유닛(후에 상세히 설명됨)은 각 차륜(14)에 동적 제어를 제공할 수 있다. 이는 "토크 벡터링(torque vectoring)"이라고 지칭될 수 있으며, 임의의 주어진 순간에 서로 독립적인 6개의 차륜(14) 각각의 속도 및 토크를 제어함으로써 달성된다. 이러한 6x6 토크 벡터링 제어 시스템은 현재의 클래스-8 트럭들에 비해 안전한 코너링, 저지력 증가(예를 들어, 2개의 저지력), 견인력 개선, 타이어 마모 향상, 및 컴포넌트 수명 연장을 가능하게 할 수 있다.
트럭(10)의 캡(12)은 전형적인 캡보다 상당히(예를 들어, 30%) 클 수 있지만, 더 공기 역학적일 수 있고, 더 낮은 항력 계수를 가질 수 있다(예를 들어, 항력 계수는 시장에 나와 있는 현재의 트럭들에 비해 거의 5% 낮을 수 있음). 캡(12)은 접근성과 안정성의 개선을 위한 슬라이딩 미드 엔트리 도어(sliding mid-entry door), 풀 사이즈 냉장고 및 냉동고, 전기 공조 제어 캐빈(electric climate controlled cabin), 터치 스크린 디스플레이(예를 들어, 15인치 터치 스크린 디스플레이), 4G LTE 인터넷, 무선 소프트웨어 업데이트(over the air software updates), 파노라마 앞유리, 선루프, 풀 사이즈 침대 2개, 전자레인지, 및 대형 스크린 TV(예를 들어, 42인치 TV)와 같은, 다양한 편의 시설들을 포함할 수 있다. 이들 시설 모두는 ESS(18)에 의해 동력을 공급받으며, 이로써 별도 발전기를 공회전시키거나 가동시킬 필요성을 경감시킬 수 있다.
트럭의 하드웨어 및/또는 소프트웨어는 또한 미래의 무인 차량과의 호환성을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 기술은 단일 운전자가 무선 차량 네트워크 및 자율 주행 기술을 통해 "가상으로" 최대 5개의 무인 트럭(10)을 타고 지휘하게 할 수 있다. 이 기술은 장거리 운송 산업이 직면하고 있는 운전자 부족 및 화물 비용 증가를 해결할 수 있다.
모터 기어박스 설명
도 2, 도 4, 및 도 5를 참조하면, (도 5의 도면부호 22로 식별되는) 앞서 언급된 전기 모터들은 쌍으로 그룹화되며, 각 쌍은 각각의 모터(22)를 위한 관련 기어 트레인(25)과 함께 공통 모터 기어박스 하우징(24)에 실장 되어 듀얼 모터 기어박스 조립체 또는 듀얼 모터 기어박스(26)를 형성한다. 각각의 모터(22) 및 관련 기어 트레인(25)은 파워 트레인, 구동 조립체, 또는 구동 시스템(28)이라고 지칭될 수 있다. 상기 구성을 이용하면, 단일 하우징(24)은 독립적인 속도 및/또는 방향으로 하우징(24)의 맞은편에 있는 출력 차륜들(14)을 구동시키기 위한 2개의 독립 전기 모터(22) 및 관련 기어 트레인(25)을 담거나 수용한다. 또한, 하우징(24)은 프레임(16)에 실장 되거나, 프레임(16)에 부착된 서브프레임 또는 서스펜션 크래들과 같은 차량 지지 구조체(17)의 다른 부위에 실장될 수 있다.
듀얼 모터 기어박스(26)의 상기 구성은 도 2에 도시된 트럭(10)의 베어링, 기어, 전기 모터 회전자와 고정자, 및 대향 차륜(14) 사이에 끼워지도록 설계된 소형 패키지에서의 변속 기구 컴포넌트들, 및 차륜들(14)이 실장된 관련 휠 허브를 구조적으로 지지함으로써 전기 파워트레인에 대해 더 작은 전체 체적을 제공할 수 있다. 듀얼 모터 기어박스(26)의 패키지 설계 및 독립적 특성은 차동 장치의 필요성을 제거하며, 모터(22)의 출력이 하프 샤프트 직접 구동식 구동 샤프트(half-shaft direct drive drive-shaft)들을 통해 구동 차륜(14)에 직접 결합되도록 한다. 대형 구동 샤프트 및 차동 장치들을 제거함으로써, 더욱 큰 기계적 효율이 달성될 수 있고, 트럭(10)은 더 가볍게 만들어 질 수 있다.
이러한 설계는 또한 전형적인 구동 샤프트 차동 조합을 사용하고 독립적인 서스펜션을 위해 이러한 조합을 적용하는 경우 발생할 수도 있는 중량과 기계적 복잡성의 일부를 없애고 각각의 액슬에서 완전 독립 서스펜션을 허용한다. 이하 본 개시에 따른 전방 독립 서스펜션 시스템과 후방 독립 서스펜션 시스템은 각각 표제 "전방 독립 서스펜션 설계"와 표제 "후방 독립 서스펜션 설계" 하에서 상세히 설명된다.
특정 모터 기어박스(26)의 2개의 구동 시스템(28)은 공유되고 있는 강제 유체(예를 들어, 오일) 냉각 및 윤활 시스템과 하우징(24)의 구조적 특성을 제외하고는 서로 완전히 분리될 수 있다. 도 4를 참조하면, 하우징(24)은 윤활유(예를 들어, 오일)를 수용하기 위해 하우징(24)의 상단부에 인접한 주입구(29)를 가질 수 있는데, 여기서 윤활유는 하우징(24) 내의 컴포넌트에 대해 배포된 후 하우징(24)의 하단부에서 또는 그 근처에서 수집될 수 있다. 하우징(24)은 더 상세하게 후술하는 바와 같이 윤활유를 하우징(24) 내의 원하는 위치로 라우팅하기 위해 그 내부에 기계 가공 또는 다른 방법으로 형성된 다양한 통로 및 개구를 가질 수 있다. 윤활유는 하나 이상의 배출구(30)를 통해 하우징(24)을 빠져나간 후, 적절한 통로 또는 도관을 통해 하우징(24)으로 돌아오기 전에 냉각 유닛 및 필터를 포함할 수 있는 (도 3에 도시된) 냉각 및 필터 조립체(31)를 통해 라우팅될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 윤활유의 유동을 가능하게 하거나 용이하게 하기 위한 하우징(24)의 예시적인 구성의 부가적인 세부 사항들이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 윤활유는 주 통로(32)를 통해 주입구(29)로부터, 각각 모터(22)를 수용하는 제1 및 제2 모터 리셉터클(38 및 40)에 윤활유를 각각 공급하는 제1 및 제2 통로 배열(34 및 36)과 각각 적어도 부분적으로 기어 트레인(25)을 수용하는 제1 및 제2 기어 트레인 리셉터클(42 및 44)로 유동할 수 있다. 제1 및 제2 모터 리셉터클(38 및 40)은 각각 하우징 중앙 벽(46)의 제1 및 제2 대향 면에 위치하며, 제1 및 제2 기어 트레인 리셉터클(42 및 44)은 각각 하우징 중앙 벽(46)의 대향 면들에 적어도 부분적으로 위치할 수 있다.
이하, 제2 통로 배열(36)이 더 상세히 설명될 것이며, 여기서 제1 통로 배열(34)이 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있지만 종방향으로 역배향 또는 부분적으로 역배향을 갖는다는 점이 이해되어야 한다(예를 들어, 제2 통로 배열(36)의 후방 연장 통로가 제1 통로 배열(34)의 상응하는 전방 연장 통로에 대응할 수 있음). 제2 통로 배열(36)은 하우징 벽에 형성된 다수의 채널 또는 통로를 포함할 수 있으며, 통로가 모터 리셉터클(38 및 40)의 모터들(22) 중 하나 또는 양자 모두와 기어 트레인 리셉터클(42 및 44)의 기어 트레인들(25) 중 하나 또는 양자 모두에 윤활유를 제공할 수 있게 하는 하우징 벽들의 다수의 개구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 통로 배열(36)은 Y자형 종방향 연장 매니폴드 또는 통로(50)에 연결된 측방향 통로(48)를 포함할 수 있다. Y자형 통로(50)는 하나 이상의 하우징 벽에 형성된 다수의 개구를 통해 제2 기어 트레인 리셉터클(44)과 연통하는 하향 연장 채널 또는 통로(52)에 피딩된다. 또한, Y자형 통로(50)는 다른 측방향 통로(54)로 연장되는데, 이 측방향 통로(54)는 제2 모터 리셉터클(40)을 적어도 부분적으로 한정하는 곡선형 하우징 벽(58)에 형성된 하나 이상의 개구(56)를 통해 제2 모터 리셉터클(40)과 연통한다. 도 7을 참조하면, Y자형 통로(50), 또는 측방향 통로(48)와 연통하는 다른 통로는 또한 V자형 종방향 연장 통로 또는 매니폴드(60)에 피딩될 수 있는데, 이 V자형 종방향 연장 통로 또는 매니폴드(60)는 도 8에 도시된 바와 같이 하우징 중앙 벽(46)에 형성된 하나 이상의 개구(62)를 통해 하우징 중앙 벽(46)의 제1 측면에 위치하는 제1 기어 트레인 리셉터클(42)과 연통한다. 또한, V자형 매니폴드(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 플레이트(64)에 의해 덮일 수 있다.
상기 구성을 이용하면, 각각의 통로 배열(34 및 36)은 윤활유를 하우징 중앙 벽(46)의 양측에서 공급하도록 구성된다. 또한, 각각의 통로 배열(34 및 36)은 모터들(22) 중 하나와 각각의 기어 트레인(25) 중 적어도 일부에 윤활유를 공급하도록 구성된다. 또한, 윤활유는 압력 및/또는 중력에 의해 각각의 통로 배열(34 및 36)을 통해 이동하여 모터들(22) 및 관련 기어 트레인들(25)을 윤활 및/또는 냉각시킬 수 있다.
도 5로 돌아가서, 각각의 기어 트레인(25)은 각각의 모터(22)로부터 각각의 차륜(14)으로 토크를 전달하기 위해 서로 맞물리도록 구성된 다수의 기어를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 기어 트레인(25)은 다중(예를 들어, 2개의) 속도로 작동될 수 있으며, 기어 트레인들(25)은 서로 독립적인 기어비(gear ratio)들 사이에서 변속하기 위한 컴포넌트들 및 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 기어 트레인(25)은 차량 제어 유닛(예를 들어, 컴퓨터)에 의하거나 그렇지 않으면 차량 제어 유닛과 통신하여 구동될 수 있는 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 적절한 변속 기구(72)를 포함할 수 있다. 상기 구성을 이용하면, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 차륜마다 자동 변속 이벤트가 별도로 트리거 되어 변속 중에 동력 감소를 제한할 수 있다. 전자 제어 유닛 및/또는 차량 제어 유닛은 또한 모터들(22), 및/또는 모터 기어박스(26)의 다른 컴포넌트들을 제어할 수 있다.
전술된 제어 유닛들 각각은 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 및/또는 프로그래머블 디지털 신호 프로세서)와 같은 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있는데, 이들 하나 이상의 프로세서는 제어 유닛이 여기에 설명된 기능들 및/또는 동작들에 의해 표현되는 특정 알고리즘들을 수행할 수 있도록 이들 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어들을 포함하는 하나 이상의 저장 디바이스 또는 매체와 통신하고 있거나 통신하도록 구성된다. 추가하여 또는 대신에, 각각의 제어 유닛은 하나 이상의 주문형 집적 회로, 프로그래머블 게이트 어레이 또는 프로그래머블 어레이 로직, 프로그래머블 로직 디바이스들, 또는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다.
트럭(10)의 대향 차륜들(14) 사이에 끼워질 수 있는 하우징(24) 내의 모터들(22) 및 기어 트레인들(25)을 패키지화함으로써, 유사한 배열이 차량(10)을 따라 각각의 액슬 쌍에 적용될 수 있다. 이는 모든 모터들 사이에서 구동 부하를 분할함으로써 각각의 개별 모터(22)의 동력 요구량을 효과적으로 감소시킨다. 그 결과, 손실이 큰 단일의 대형 모터 대신에, 기구적 손실이 적은 여러 소형 모터들이 사용될 수 있다. 또한, 이들 모터의 독립적인 제어와 결합되는 경우, 고유의 제어 및 성능 이득들이 이용 가능해진다.
이하, 파워트레인들 또는 구동 시스템들(28)의 추가적인 상세 사항이 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 도 9는 하우징(24)이 제거되어 있는 모터 기어박스(26)의 제1 및 제2 구동 시스템(28a 및 28b)을 도시한다. 제1 구동 시스템(28a)은 제1 모터(22a) 및 관련 제1 기어 트레인(25a)을 포함하고, 제2 구동 시스템(28b)은 제2 모터(22b) 및 관련 제2 기어 트레인(25b)을 포함한다. 각각의 구동 시스템(28a 및 28b)은 또한 (예를 들어, ESS(18)로부터의) 동력 및/또는 제어 신호들을 수신하고 동력 및/또는 제어 신호들을 관련 모터(22a 및 22b) 및/또는 변속 기구들(72)에 제공하기 위한 적절한 입력부들 또는 연결부들(73a 및 73b)을 포함한다. 또한, 기어 트레인들(25a 및 25b)은 적어도 부분적으로 모터들(22a 및 22b) 사이에 위치할 수 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 기어 트레인들(25a 및 25b)은 전부 모터들(22a 및 22b) 사이에 측방향으로 배치된다. 또한, 엇갈림식(staggered) 분할선(74)은 대략적으로 구동 시스템들(28a 및 28b)의 일반적인 분리 또는 분할을 나타낸다.
도 9에 도시된 바와 같이, 구동 시스템들(28a 및 28b)의 적어도 일부는 트럭(10)의 종방향(75)으로 그리고 모터 기어박스(26)의 측방향 연장 중심 평면(76)에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 가질 수 있다. 달리 말하면, 하나의 구동 시스템(28a 또는 28b)의 적어도 일부는 트럭(10)의 종방향(75)으로 다른 구동 시스템의 적어도 일부에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 모터들(22a 및 22b)은 종방향(75)으로 서로에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 가질 수 있고/있거나, 기어 트레인들(25a 및 25b)의 일부 또는 전부는 종방향(75)으로 서로에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 가질 수 있다(예를 들어, 하나의 기어 트레인(25a)의 적어도 일부는 종방향(75)으로 다른 기어 트레인(25b)의 적어도 대응 부분에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 가질 수 있음). 도 9에 도시된 실시예에서, 모터들(22a 및 22b)은 종방향(75)으로 서로에 대해 상쇄되고 일반적으로 서로에 대해 역방향의 배향을 가지며, 제1 기어 트레인(25a)의 다수의 기어 각각은 제2 기어 트레인(25b)의 대응 기어에 대해 일반적으로 역방향의 배향을 갖는다. 이와 관련하여, 도 9에 도시된 실시예에서, 모터(22a)의 모터 축 또는 중심 축(77a)(예를 들어, 모터(22a)의 회전자가 회전 가능한 축)은 거리 d1만큼 중심 평면(76)의 전방에 위치하는 반면에, 모터(22b)의 모터 축 또는 중심 축(77b)(예를 들어, 모터(22b)의 회전자가 회전 가능한 축)은 거리 d2만큼 중심 평면(76)의 후방에 위치한다. 마찬가지로, 기어 트레인(25a)의 중간 기어(78a)는 중심 평면(76)의 전방에 위치하는 반면에, 기어 트레인(25b)의 대응 중간 기어(78b)는 중심 평면(76)의 후방에 위치한다(예를 들어, 중심 평면(76)은 중간 기어들(78a 및 78b) 사이에서 연장됨). 예시된 실시예에서, 중간 기어(78a)는 거리 d3만큼 중심 평면(76)의 전방에 위치하는 기어축(79a)을 중심으로 회전 가능하며, 중간 기어(78b)는 거리 d4만큼 중심 평면(76)의 후방에 위치하는 기어축(79b)을 중심으로 회전 가능하다. 또한, 도 9에 도시된 실시예에서, 거리 d1은 거리 d2와 같고, 거리 d3는 거리 d4와 같다. 그러나 기어 트레인들(25a 및 25b)의 출력 기어들(80a 및 80b)은 중심 평면(76)을 따라 정렬될 수 있으며, 대응하는 차륜들(14)이 축 방향으로 정렬될 수 있도록 축 방향으로 정렬될 수도 있다. 그러므로 출력 기어들(80a 및 80b)은 서로 정렬될 수 있는 반면에, 구동 시스템들(28a 및 28b)의 다른 대응 컴포넌트는 종방향(75)으로 서로에 대해 상쇄될 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 시스템들(28a 및 28b)의 대응하는 컴포넌트들은 서로에 대해 상쇄될 수 있지만, 상이한 거리만큼 중심 평면(76)에 대해 이격될 수 있다.
도 9에 더 도시된 바와 같이, 기어 트레인들(25a 및 25b)의 일부 대응 컴포넌트들은 모터들(22a 및 22b)보다 종방향(75)으로 더 큰 거리만큼 서로에 대해 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 실시예에서, 모터들(22a 및 22b)의 중심 축들(77a 및 77b)은 d1과 d2의 합과 동일한 제1 거리만큼 이격되는 반면에, 중간 기어들(78a 및 78b)의 기어 축들(79a 및 79b)은 d3과 d4의 합과 동일한 제2 거리만큼 이격되어 있는데, 여기서 제2 거리는 제1 거리보다 크다.
모터 기어박스(26)가 프레임(16), 또는 차량 지지 구조체(17)의 다른 부위에 실장되는 경우, 각 구동 시스템(28a 및 28b)은 트럭(10)을 기준으로 대응 모터(22a 및 22b)와 동일 측면에 위치하는 차륜(14)을 독립적으로 구동하도록 구성된다는 점에 유의해야 한다. 도 9를 참조하면, 제1 구동 시스템(28a)은 모터(22a)의 근방이고 모터(22a)의 좌측에 위치한 차륜(14)(미도시)을 구동하도록 구성되는 반면에, 제2 구동 시스템(28b)은 모터(22b)의 근처이고 모터(22b)의 우측에 위치한 차륜(14)(미도시)을 구동하도록 구성된다. 이와 관련하여, 출력 기어(80a)는 제1 구동 샤프트 또는 구동 하프 샤프트(미도시)에 의해 모터(22a)의 좌측에 위치한 차륜(14)에 연결될 수 있고, 출력 기어(80b)는 제2 구동 샤프트 또는 구동 하프 샤프트(미도시)에 의해 모터(22b)의 우측에 위치한 차륜(14)에 연결될 수 있다.
도 9에 또한 도시된 바와 같이, 기어 트레인들(25a 및 25b)은 전체 모터 기어박스(26)의 측방향 폭이 감축될 수 있도록 트럭(10)의 측방향(81)으로 서로 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다(예를 들어, 기어 트레인(25a)의 적어도 일부가 기어 트레인(25b)의 적어도 일부와 중첩될 수 있음). 다시 말하면, 기어 트레인들(25a 및 25b)의 일부가 하우징(24) 내의 공유 체적(82)을 점유할 수 있다. 예를 들어, 중간 기어들(78a 및 78b)은 적어도 부분적으로, 서로 측방향으로 중첩될 수 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 중간 기어들(78a 및 78b)은 종방향(75)으로 정렬되도록 서로에 완전히 중첩된다.
전술한 구성을 이용하면, 모터 기어박스(26)는 콤팩트 한 설계를 가질 수 있다. 결과적으로, 그리고 앞서 언급된 바와 같이, 본 개시에 따른 모터 기어박스(26)가 트럭(10)의 액슬 마다 위치할 수 있다.
모터 기어박스 제어 능력
앞서 언급된 바와 같이, 본 개시에 따른 모터 기어박스 설계는 각각의 기어 트레인(25) 및 관련 출력 차륜(14)이 다중 (예를 들어, 2개의) 기어비로 작동하게 할 수 있다. 각각의 구동 차륜(14)에 대한 출력 기어비는 다른 모든 차륜(14)과 무관하게 효과적으로 변속될 수 있다. 도 10은 모터(22a)의 회전자 및 기어 트레인(25a)의 기어들의 회전 방향을 나타내는 화살들을 이용하여 저 기어 모드 또는 저 기어비 모드로 동작하는 제1 구동 시스템(28a)을 도시하며, 도 11은 모터(22a)의 회전자 및 기어 트레인(25a)의 기어들의 회전 방향을 나타내는 화살들을 이용하여 고 기어 모드 또는 고 기어비 모드로 동작하는 구동 시스템(28a)을 도시한다. 모터(22a)의 회전자는 또한 도 10 및 도 11에 도시된 방향과 반대 방향으로 회전될 수 있는데, 이로써 기어 트레인(25a)의 기어들이 도 10 및 도 11에 도시된 방향들에 비해 반대 방향으로 회전하게 한다. 앞서 언급된 바와 같이, 기어 트레인(25a)은 기어비 모드들 사이에서 기어 트레인(25a)을 변속하기 위한 적절한 변속 기구(72)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변속 기구(72)는 모터 기어박스(26)의 적어도 부분적으로 외부에 위치하여 앞서 언급된 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 회전식 또는 선형식 액추에이터에 의해 가동되는 배럴 캠(barrel cam; 83)을 포함할 수 있다. 배럴 캠(83)은 회전되거나 그렇지 않으면 이동되어 하나 이상의 변속 선택기 포크(84)가 선형으로 움직이게 하며, 이로써 기어비 모드들 사이에서 기어 트레인(25a)을 변속하기 위해 하나 이상의 도그 기어(dog gear; 85 및 86)가 인접 기어들과 체결되거나 체결 해제되게 할 수 있다.
도 10에 도시된 저 기어비 모드에서, 도그 기어(85)는 체결 상태에 있고, 도그 기어(86)는 체결 해제 상태에 있다. 또한, 저 기어비 모드에서, 모터(22a)의 회전자의 제1 방향으로의 회전은 입력 기어(87)가 마찬가지로 제1 방향으로 회전하게 하고, 입력 기어(87)는 제1 중간 또는 피구동 기어(88)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 제1 피구동 기어(88)가 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하게 한다. 도그 기어(85)가 체결 상태이기 때문에, 제1 피구동 기어(88)는 제2 중간 또는 피구동 기어(89)가 마찬가지로 제2 방향으로 회전하게 한다. 제2 피구동 기어(89)는 제3 중간 또는 피구동 기어(90)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 제3 피구동 기어(90)가 제1 방향으로 회전하며, 제3 피구동 기어(90)는 (피구동 기어, 예를 들어, 제4 피구동 기어라고도 지칭될 수 있는) 중간 기어(78a)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 중간 기어(78a)가 제2 방향으로 회전한다. 중간 기어(78a)는 제5 중간 또는 피구동 기어(91)에 결합되어 중간 기어(78a)의 제2 방향으로의 회전이 제5 피구동 기어(91) 또한 제2 방향으로 회전하게 한다. 제5 피구동 기어(91)는 출력 기어(80a)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 출력 기어가 제1 방향으로 회전하게 한다.
도 11에 도시된 고 기어비 모드에서, 도그 기어(85)는 체결 해제 상태에 있고, 도그 기어(86)는 체결 상태에 있다. 또한, 고 기어비 모드에서, 모터(22a)의 회전자의 제1 방향으로의 회전은 입력 기어(87)가 마찬가지로 제1 방향으로 회전하게 한다. 도그 기어(86)가 체결 상태이기 때문에, 입력 기어(87)는 제6 중간 또는 피구동 기어(92)가 마찬가지로 제1 방향으로 회전하게 한다. 제6 피구동 기어(92)는 중간 기어(78a)(예를 들어, 제4 피구동 기어)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 중간 기어(78a)가 제2 방향으로 회전하게 한다. 앞서 설명된 바와 같이, 중간 기어(78a)는 제5 피구동 기어(91) 또한 제2 방향으로 회전하게 하며, 제5 피구동 기어(91)가 출력 기어(80a)와 체결되어(예를 들어, 맞물려서) 출력 기어가 제1 방향으로 회전하게 한다.
전형적인 차량에서 변속기 변속 중에, 차량의 총 동력은 클러치를 이용하여 변속기/구동 트레인으로부터 결합 해제될 필요가 있다. 그 결과, 이러한 변속 이벤트 중에 동력이 순간적으로 완전히 손실된다. 본 개시의 모터 기어박스 설계에 의해 제공되는 독립적인 변속 제어를 이용하면, 차량 변속 이벤트들은 차량 주위의 독립적인 기어 트레인들 사이에서 엇갈리게 될 수 있다. 예를 들어, 3개의 모터 기어박스(26)(액슬당 하나) 및 6개의 독립적인 모터(22)(출력 차륜(14) 또는 듀얼 차륜 쌍당 하나)가 존재하는 경우, 엇갈림식 변속(staggered shifting)은 이들 6개의 기어 트레인(25) 중 하나가 한 번에 그 다음 다른 기어 트레인들을 통해 순차적으로 변속되게 할 수 있다. 이는 변속 중에 총 동력을 손실하는 대신에 변속 이벤트 중에 임의의 소정의 시간에 단지 1/6의 동력 감소가 존재함을 의미한다. 결과적으로, 트럭(10)이 변속함에 따라, 약간 감소하지만, 일정한 동력이 존재한다. 또한, 상기 구성을 이용하면, 운전자가 느끼는 일 없이 변속 이벤트가 효율적이고 원활하도록 제어될 수 있다.
차량 전자식 안정성 제어(ECS) 또는 견인력 제어 또한 미끄러짐을 방지하고 견인력을 향상시키기 위해 차륜들(14)에 대한 동력을 제동시키거나 감소시킴으로써 수행될 수 있다. 모든 차륜(14)의 독립적인 속도 및 토크 제어를 이용하면, 견인력을 가지며 다른 차륜들(14)의 미끄러짐을 방지하기 위해 속도를 유지하는 차륜들(14)에 대해 더 많은 토크를 제공하는 것이 가능하다. 회전 또는 고속 회피 중에 완전한 토크 벡터링을 제공하는 것 또한 가능하다. 이는 이러한 기동 중에 필요한 곳에 토크를 분배함으로써 보다 큰 안전성 및 코너링 성능을 제공할 수 있다.
이러한 설계의 결과로서 차륜(14)에 대한 독립적인 모터(22)의 결합은 또한 차륜들(14)의 독립적인 회생 제동 또는 감속을 허용한다. 이는 제동력/제동 토크가 발전기로서 차륜 모터들(22)을 이용하여 차륜(14) 각각에 독립적으로 배포될 수 있음을 의미하는데, 발전기들은 배터리 또는 에너지 저장 시스템(예를 들어, ESS(18))으로 다시 전력을 제공할 수 있다. 또한, 모터 기어박스들(26)은 트럭(10)의 타이어들의 마찰 한계에서 또는 그 근처에서 회생 제동 또는 감속을 제공하도록 제어될 수 있다. 이는 각각의 모터 기어박스(26)에 내장되어 특정 차륜(14)에 직접 결합된 각 기어 트레인(25) 내의 기어의 속도 및/또는 방향을 감지하는 차륜 속도 및 방향 센서들을 사용함으로써 가능할 수 있다. 예를 들어, 모터 기어박스(26)의 각각의 구동 시스템(28a 및 28b)은 (예를 들어, 중간 기어의 외주에 근접하고 관련 축에 일반적으로 횡방향으로 배향된) 관련 중간 기어(78a 및 78b)의 근처에 위치하는 1차 기어 속도 및 방향 센서(93) 뿐 아니라 관련 중간 기어(78a 및 78b) 측에 위치할 수 있는 2차 기어 속도 센서(94)를 포함할 수 있다.
전방 독립 서스펜션 설계
도 2, 도 3, 및 도 12 내지 13b를 참조하면, 트럭(10)은 차량(10)의 전륜들(14)을 구동하기 위한 구동 하프 샤프트들 및 전방 모터 기어박스(26) 주위에 설계된 전방 독립 서스펜션 시스템들(95)을 더 포함한다. 전형적인 클래스-8 트럭들은 전륜 구동을 갖지 않으며, 따라서 구동, 조향, 및 독립적인 서스펜션을 허용하기 위해 고유한 설계가 개발되었다. 또한, 전방 서스펜션 시스템들(95)은 전륜들(14)을 제동하는데 사용되는 공기 제동 시스템(예를 들어, 에어 디스크 제동 시스템)을 수용하도록 설계될 수 있다. 전륜들(14) 중 하나에 대한 전방 서스펜션 시스템(95)은 도 12 내지 도 13b에 도시되어 있으며, 여기서 트럭(10)이 다른 전륜(14)에서 동일하거나 유사한 전방 서스펜션을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 12를 참조하면, 전륜 구동 능력을 추가하는 것은 전륜(14) 근처의 동일한 공간을 두고 경쟁하는 이동 컴포넌트들의 개수로 인한 복잡성을 추가한다. 예를 들어, 이러한 컴포넌트는 공기 제동 시스템 컴포넌트들(예를 들어, 공기 제동 챔버(96) 및 공기 제동 챔버(96)에 의해 가동되는 제동 캘리퍼 조립체(brake caliper assembly; 97)), 전륜을 조향하기 위한 조향 시스템의 조향 아암 또는 링크(98), 전방 서스펜션 시스템 컴포넌트들(예를 들어, 상부 및 하부 독립 서스펜션 제어 아암(99 및 100)), 및 구동 하프 샤프트(102)와 대응 등속(CV) 조인트를 포함할 수 있다. 이들 컴포넌트가 전륜(14)에 연결되거나 그렇지 않으면 관련되게 하기 위해, 전방 서스펜션 시스템(95)을 위해 커스텀 전방 지지 부재 또는 너클(104)이 개발되었다. 너클(104)은 전륜(14) 및 관련 허브를 회전 가능하게 지지하고, 다양한 컴포넌트들을 위한 직접 또는 간접 연결 또는 지지 영역으로서 역할을 할 수 있다(예를 들어, 너클(104)은 다양한 컴포넌트를 지지하도록 구성될 수 있음). 예를 들어, 조향 아암(98)은 회동 부재(예를 들어, 회동 볼) 및 회동 베어링(예를 들어, 회동 소켓)을 포함하는 너클 마운트를 이용하는 경우와 같은 임의의 적절한 방식으로 너클(104)에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 마찬가지로, 전방 서스펜션 시스템(95)의 제어 아암들(99 및 100)은 각각 회동 부재(예를 들어, 회동 볼) 및 회동 베어링(예를 들어, 회동 소켓)을 포함하는 너클 마운트들을 이용하는 경우와 같은 임의의 적절한 방식으로 너클(104)에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 다른 예로서, 공기 제동 챔버(96)는 너클(104)에 실장되거나, 너클(104)에 실장될 수 있는 제동 캘리퍼 조립체(97)에 실장될 수 있다. 또한, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 공기 제동 챔버(96)는 전륜(14)과 관련 허브의 중심(예를 들어, 회전축(105))의 후방에 그리고 전륜(14)의 외주의 근처 또는 외부에 실장되어 (예를 들어, 전륜(14)의 완전 서스펜션 주행 및 완전 조향 주행을 통해) 모든 조향 및 서스펜션 동작 상태들 중에 (CV 조인트를 덮는) 구동 하프 샤프트(102)와 CV 부트(106), 조향 아암(98), 및 서스펜션 제어 아암들(99 및 100)과의 접촉을 회피할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 공기 제동 챔버(96)는 또한 전륜(14) 및 관련 허브의 회전축(105) 위에 실장될 수 있다. 마찬가지로, 공기 제동 챔버(96)는 회전축(105) 및 전륜(14)의 상단부를 관통하는 수직 평면(107)의 후방에 실장될 수 있으며, 이로써 공기 제동 챔버(96)는 전륜(14)의 상단 중심의 후방에 실장된다. 예를 들어, 공기 제동 챔버(96)는 수직 평면(107)의 후방에 실장될 수 있으며, 이로써 공기 제동 챔버(96)의 중심점이 수직 평면(107) 및 축(105)에 대해 10˚ 내지 90˚(더 구체적으로 30˚ 내지 75˚)의 범위의 각도로 위치한다.
도 12 내지 도 13b를 참조하면, 전방 서스펜션 시스템(95)은 가스(예를 들어, 공기) 스프링 및 댐퍼 조립체(109)와 같은 서스펜션 디바이스를 하부 제어 아암(100)에 부착하기 위한 고유 지지 멤버 또는 요크 마운트(108)를 더 포함한다. 스프링 및 댐퍼 조립체 또는 스프링-댐퍼 조립체(109)는 가스 스프링(110)(예를 들어, 공기 스프링) 및 가스 스프링(110)과 축방향으로 정렬되고 가스 스프링(110) 아래에 배치된 댐퍼(112)를 포함할 수 있다. 요크 마운트(108)는 스프링-댐퍼 조립체(109)가 구동 하프 샤프트(102)(예를 들어, 구동 하프 샤프트(102)의 축) 상에 위치할 수 있도록 그 사이에 구동 하프 샤프트(102)를 수용하도록 구성된 제1 및 제2 레그(113 및 114)를 포함한다. 이러한 구성을 이용하면, 구동 하프 샤프트(102)(예를 들어, 구동 하프 샤프트(102)의 축)는 도 13b에 도시된 바와 같이 구동 하프 샤프트(102) 및 스프링-댐퍼 조립체(109)를 이들의 이상적인 정렬 상태로 유지하기 위해 요크 마운트 축 및 스프링-댐퍼 조립체 축과 정렬될 수 있다. 요크 마운트(108)의 레그들 중 하나(예를 들어, 제1 레그(113))는 구동 하프 샤프트(102)와 조향 아암(98) 사이에서 연장하도록 구성될 수도 있다. 요크 마운트(108)가 임의의 적절한 방식으로 스프링-댐퍼 조립체(109)에 연결될 수 있는 반면에, 도 13a 및 도 13b에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 레그(113 및 114)는 각각 제1 및 제2 이격 위치에 스프링-댐퍼 조립체(109)에 고정적으로 연결된다. 또한, 스프링(110)은 프레임(16) 또는 차량 지지 구조체(17)의 다른 부위(예를 들어, 서브프레임 또는 서스펜션 크래들)에 연결될 수 있다.
또는, 앞서 언급된 서스펜션 디바이스는 선형 또는 비선형 동적 서스펜션 부재와 같은 임의의 적절한 서스펜션 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 서스펜션 디바이스는 코일 스프링, 자기 서스펜션 부재, 및/또는 전자기 서스펜션 부재를 포함할 수 있다.
전방 서스펜션 시스템(95)은 또한 서스펜션 크래들 내에서 중심에 위치한 전방 모터 기어박스(26) 주위에 끼워지도록 구성된다. 이는 좌우 전륜들(14) 사이에 위치한 전기 듀얼 모터 기어박스(26)를 독립적으로 이용하여 전륜들(14)을 직접 구동할 수 있는 동시에 독립적인 전방 서스펜션들을 갖는 것이 가능하게 만든다. 도 13a에 도시된 실시예에서, 제어 아암(99 및 100)의 인보드(inboard) 단부들은 트럭(10)의 중심 및 모터 기어박스(26)에 근접한 차량 지지 구조체(17)(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 회동 가능하게 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 전방 모터 기어박스(26)의 하우징(24)은 전방 서스펜션 시스템들(95) 중 하나 또는 양자 모두의 제어 아암들(99 및 100) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 도 14에 도시된 실시예에서, 예를 들어, 전방 모터 기어박스(26')는 우측 및 좌측 전방 서스펜션 시스템들(95)의 제어 아암들(99 및 100)이 연결되는 확장 하우징(24')을 포함한다. 예시된 실시예에서, 하우징(24')의 상부의 우측 및 좌측 각각은 특정 상부 제어 아암(99)이 회동 가능하게 연결되는 2개의 상부 측방향 돌출부(116)를 갖는다. 또한, 하우징(24')은 확장 하부(118)를 포함하고, 하부(118)의 우측 및 좌측의 각각은 특정 하부 제어 아암(100)이 회동 가능하게 연결되는 2개의 하부 측방향 돌출부(120)를 갖는다. 하우징(24')은 차량 지지 구조체(17')(예를 들어, 전방 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 연결될 수 있으며, 하우징(24')은 상기 컴포넌트들을 지지할 수 있도록 금속(예를 들어, 알루미늄), 탄소 강화 플라스틱 또는 다른 복합 재료 등과 같은 적절한 재료로 제조될 수 있다. 이러한 구성을 이용하면, 전방 서스펜션 크래들의 일부가 생략될 수 있으며, 이로써 전체 차량 중량이 감소될 수 있다. 또한, 전방 서스펜션 크래들은 도 14에 도시된 바와 같이, 하우징(24')과 일체로 형성되어(예를 들어, 함께 성형되어) 차량 중량을 더 감소시킬 수 있고, 또는 서스펜션 크래들은 하우징(24')과 별도로 형성되어 하우징(24')에 부착될 수 있다.
후방 독립 서스펜션 설계
도 3 및 도 15a 내지 도 18을 참조하면, 트럭(10)은 각각의 후륜(14)에서 독립적인 서스펜션을 제공하도록 구성된 후방 독립 서스펜션 시스템들(122) 및 관련 크래들을 더 포함하되, 2개의 후방 액슬 위치마다 차륜들(14) 사이에 위치한 듀얼 모터 기어박스(26)를 이용하여 후륜들(14)의 직접적인 독립 구동을 허용한다. 또한, 후방 서스펜션 시스템들(122)은 각 후방 모터 기어박스(26)에 연결된 구동 하프 샤프트들(102r)의 정확한 정렬(예를 들어, 동축 정렬)을 가능하게 하도록 구성될 수 있어서, 각각의 후방 모터 기어박스(26)의 출력 기어들(80)은 구동 하프 샤프트들(102r)이 수평 배향으로 위치할 때 대응하는 후륜들(14)과 동축으로 정렬될 수 있다. 이러한 구성을 이용하면, 후방 서스펜션 시스템(122)은 개선된 서스펜션 주행 및 느낌을 제공할 수 있다. 후륜들(14) 중 하나에 대한 후방 서스펜션 시스템(122)은 도 15a 내지 도 16에 도시되어 있는데, 트럭(10)이 후륜(14)마다 동일하거나 유사한 후방 서스펜션을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 15a 내지 도 16을 참조하면, 후방 서스펜션 시스템(122)은 풀 자운스(full jounce)로부터의 가장 정확한 서스펜션 주행이 리바운딩(rebound)(즉, 완전한 위아래 이동)되게 하기 위해 (관련 모터 기어박스(26) 주위에) 가능한 한 트럭(10)의 중심에 가깝게 위치한 인보드 회동 지점들 또는 축들을 갖도록 구성될 수 있는 상부 및 하부 제어 아암(124 및 126)을 포함한다. 이와 유사하게, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 제어 아암들(124 및 126)은 또한 가능한 한 관련 후방 타이어에 가까운 아웃보드 회동 지점들 또는 축들을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 후방 서스펜션 시스템(122)은 각각 업라이트 축(130)(예를 들어, 중심 축)을 따라 배향되고 차량 지지 구조체(17)(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 연결된 가스 서스펜션 부재들 또는 공기 스프링들(128)과 같은 하나 이상의 서스펜션 디바이스를 포함할 수 있다. 또는, 각각의 서스펜션 디바이스는 선형 또는 비선형 동적 서스펜션 부재와 같은 임의의 적절한 서스펜션 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 서스펜션 디바이스는 코일 스프링, 자기 서스펜션 부재, 및/또는 전자기 서스펜션 부재를 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 16에 도시된 실시예에서, 상부 제어 아암(124)은 2개의 아암을 갖는 제1 또는 인보드 부위와 단일 아암으로서 형성된 제2 또는 아웃보드 부위를 포함한다. 상부 제어 아암(124)의 인보드 단부들 각각은 모터 기어박스(26)의 외부 주변이고 트럭(10)의 중심 근처의 위치에서 크래들 마운트(132)(예를 들어, 회동 부재 또는 로드(road) 및 회동 베어링)를 이용하는 경우와 같이, 차량 지지 구조체(17)(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 회동 가능하게 부착된다. 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 부위는 2개의 공기 스프링(128) 사이 및/또는 공기 스프링(128)의 관련 업라이트 축들(130) 사이를 통과할 수 있다. 도 16에 도시된 실시예에서, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 부위는 공기 스프링(128)의 업라이트 축들(130) 사이에서 중심에 위치한다. 또한, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 부위는 2개의 공기 스프링(128)이 실장되는 후방 지지 부재 또는 너클(136)의 개구(134) 내로 연장된다. 아웃보드 부위는 (예를 들어, 가능한 한 대응하는 후륜에 가깝게) 너클(136)의 아웃보드 측에 근접한 위치에서 너클 마운트(138)(예를 들어, 회동 부재 또는 로드 및 회동 베어링)를 이용하는 경우와 같이, 너클(136)에 회동 가능하게 연결될 수 있는 단일 차륜 측 단부 또는 아웃보드 단부를 더 포함한다. 예를 들어, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 단부는 너클(136)의 아웃보드 페이스에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 더욱 상세한 예로서, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 단부는 회동 로드와 같은 회동 부재를 포함하는 너클 마운트(138)로 너클(136)에 회동 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 회동 부재는 너클(136)의 아웃보드 페이스에 형성된 채널 또는 노치(notch)에 고정적으로 수용되고, 상부 제어 아암(124)이 그 주위를 회동 가능하다.
하부 제어 아암(126)은 모터 기어박스(26) 아래의 위치에 크래들 마운트(140)(예를 들어, 회동 부재 또는 로드 및 회동 베어링)를 이용하는 경우와 같이 각각 차량 지지 구조체(17)(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16)에 회동 가능하게 부착된 2개의 인보드 단부를 갖는 인보드 부위를 포함한다. 도 15a에 도시된 실시예에서, 하부 제어 아암(126)의 크래들 마운트들(140)은 상부 제어 아암(124)의 크래들 마운트들(132)보다 트럭(10)의 중심에 더 가깝게 위치한다. 이러한 구성은 개선된 서스펜션 주행을 제공하는 동안 개선된 서스펜션 응답을 제공할 수 있다. 또한, 하부 제어 아암(126)은 너클 마운트(142)(예를 들어, 회동 부재 또는 로드 및 회동 베어링)를 이용하는 경우와 같이 각각 (예를 들어, 너클(136)의 하부 단부에서) 너클(136)에 의해 지지되고 회동 가능하게 부착된 2개의 차륜 측 또는 아웃보드 측 연결 위치들을 가질 수 있는 아웃보드 부위를 포함한다.
도 15a를 참조하면, 너클(136)은 또한 후륜(14)(예를 들어, 듀얼 차륜 쌍)을 회전 가능하게 지지하도록 구성된다. 예를 들어, 너클(136)은 후륜(14)을 지지하는 차륜 스핀들(144)에 부착될 수 있다(예를 들어, 차륜 스핀들(144)은 후륜(14)이 실장된 허브에 부착될 수 있음).
도 16에 도시된 실시예에서, 너클(136)은 상부 및 하부(145 및 146)를 포함한다. 또한, 너클(136)은 단일 피스(piece) 또는 용접에 의하는 경우와 같이 접합되는 다수의 피스로서 만들어질 수 있다. 너클(136)의 상부(145)는 하부(146)에 대해 외측으로 돌출하는 지지 섹션(148)을 포함할 수 있고, 너클(136)에 형성된 개구(134)는 상부(145)의 중심부를 관통하여 지지 섹션들(148) 사이에서 연장될 수 있다. 너클(136)의 구성은 2개의 공기 스프링(128) 또는 다른 서스펜션 디바이스들이 너클(예를 들어, 상부(145))의 상단에 실장될 수 있게 하고, 또한 상부 제어 아암(124)의 제2 부위가 너클(136)의 대다수 또는 전부를 너클(136)의 외부 또는 아웃보드 페이스에 전달되게 한다. 또한, 상부 제어 아암(124)의 제2 부위는 너클(136)의 중심 수직 축과 차륜(14) 및 관련 허브의 축과 정렬될 수 있다.
후방 서스펜션 시스템(122)은 서스펜션 크래들 또는 프레임(16)과 같은 차량 지지 구조체(17)와 하부 제어 아암(126) 사이에 연결된 하나 이상의 쇼크 업소버(shock absorber) 또는 댐퍼(150)를 더 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 실시예에서, 댐퍼(150)는 공기 스프링들(128) 및 너클(136)의 후방에 위치한다.
상기 구성을 이용하면, 후방 서스펜션 시스템(122)은 낮은 프로파일을 유지하면서 상당한 부하들을 다룰 수 있다. 예를 들어, 공기 스프링들(128)은 큰 부하들을 효과적으로 다루기 위해 협력할 수 있지만, 각 공기 스프링(128)은 프레임(16)의 프레임 레일과 관련 후방 타이어 사이에 끼워지도록 크기가 정해질 수 있다. 또한, 상부 제어 아암(124)과 너클(136)은 관련 후방 구동 하프 샤프트(102r) 상에 부하들을 계속 집중되도록 협력할 수 있다.
도 17을 참조하면, 각각 상부 및 하부 제어 아암(124 및 126)의 아웃보드 부위들 또는 단부들은 후방 타이어(152) 및 관련 차륜(14)에 근접한 너클(136)에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어 아암들(124 및 126)의 아웃보드 단부들은 가능한 한 타이어(152)에 가까운 너클(136)에 회동 가능하게 연결될 수 있다(예를 들면, 타이어(152)의 인보드 페이스의 15cm 이내 또는 타이어(152)의 인보드 페이스의 10cm 이하 이내). 또한, 너클(136)을 갖는 제어 아암(124 및 126)의 아웃보드 부위의 연결 위치들(예를 들어, 회동 지점 또는 회동 축 위치들)은 트럭(10)의 종방향(75)에서 보았을 때 일반적으로 수직하게 서로 정렬될 수 있다. 다시 말하면, 너클(136)과 제어 아암들(124 및 126)의 아웃보드 부위들의 연결 위치들은 일반적으로 트럭(10)의 종방향(75)으로 배향된 수직 평면(154) 내로 떨어질 수 있다. 예를 들어, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 측 마운트(138)는 종방향(75)에서 보았을 때 하부 제어 아암(126)의 아웃보드 측 마운트들(142)과 수직으로 정렬될 수 있어서, 상부 제어 아암(124)의 아웃보드 측 마운트(138) 및 하부 제어 아암(126)의 아웃보드 측 마운트들(142)이 수직 평면(154)에 위치한다. 상기 너클(136)의 구성 및 제어 아암들(124 및 126)에 대한 대응 연결부들을 이용하면, 타이어(152) 및 관련 차륜(14)은 후방 서스펜션 시스템(122)의 전체 주행 범위를 통해 도로 표면에 대해 수직한 배향에 가깝게 유지할 수도 있다. 그 결과, 후방 서스펜션 시스템(122)은 타이어(152)의 트래킹(tracking) 개선을 제공할 수 있다.
도 18은 모터 기어박스(26) 및 트럭(10)의 중심에 근접하여 차량 지지 구조체(17)(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 회동 가능하게 연결된 상부 및 하부 제어 아암(124 및 126)의 인보드 부위들 또는 단부들을 도시한다. 다른 실시예에서, 특정 후방 액슬에 대한 각각의 후방 서스펜션 시스템(122)의 제어 아암들(124 및 126) 중 하나 또는 양자 모두의 인보드 부위들 또는 단부들이 관련 모터 기어박스(26)의 하우징(24)에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 도 19에 도시된 실시예에서, 예를 들어, 모터 기어박스(26'')는 정렬된 후방 서스펜션 시스템들(122)의 제어 아암들(124 및 126)이 연결되는 확장 하우징(24'')을 포함한다. 예시된 실시예에서, 하우징(24'')의 상부의 우측 및 좌측 각각은 특정 상부 제어 아암(124)이 회동 가능하게 연결되는 2개의 상부 측방향 돌출부(156)를 갖는다. 또한, 하우징(24'')은 하부 제어 아암들(126)이 회동 가능하게 연결되는 연장 하부(158)를 포함한다. 하우징(24'')은 차량 지지 구조체(17'')(예를 들어, 서스펜션 크래들 또는 프레임(16))에 연결될 수 있으며, 하우징(24'')은 상기 컴포넌트들을 지지할 수 있도록 금속(예를 들어, 알루미늄), 탄소 강화 플라스틱 또는 다른 복합 재료 등과 같은 적절한 재료로 제조될 수 있다. 이러한 구성을 이용하면, 서스펜션 크래들의 일부가 생략될 수 있으며, 이로써 전체 차량 중량이 감소될 수 있다. 또한, 서스펜션 크래들은 하우징(24'')과 일체로 형성되어(예를 들어, 함께 성형되어) 차량 중량을 더 감소시킬 수 있고, 또는 서스펜션 크래들은 하우징(24'')과 별도로 형성되어 하우징(24'')에 부착될 수 있다.
이상, 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예는 본 개시에 따른 모든 가능한 형태들을 기술하는 것을 의도하지 않는다. 명세서에서 사용된 단어들은 제한이 아닌 설명의 단어들이며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경들이 행해질 수 있다는 점이 이해된다. 또한, 다양한 구현 실시예들의 특징들은 본 발명에 따른 추가 실시예들을 형성하도록 결합될 수 있다.

Claims (23)

  1. 대향 측면들에 2개의 차륜을 구비한 차량을 위한 모터 기어박스 조립체로서,
    각각이 전기 모터 및 관련 기어 트레인을 포함하고 상기 차륜들 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성된 2개의 독립적 구동 시스템; 및
    상기 기어 트레인들이 상기 모터 사이에 적어도 부분적으로 위치하도록 상기 모터들 및 기어 트레인들을 수용하는 공통 하우징을 포함하되,
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 구동 시스템들 중 하나의 적어도 일부는 상기 차량의 종방향으로 상기 구동 시스템들 중 나머지 하나의 적어도 일부에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는, 모터 기어박스 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때, 상기 모터들은 상기 종방향으로 서로에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는, 모터 기어박스 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때, 상기 기어 트레인 중 하나의 적어도 일부는 상기 종방향으로 상기 기어 트레인 중 나머지 하나의 적어도 일부에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는, 모터 기어박스 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터 기어박스가 상기 차량에 실장될 때 상기 기어 트레인들은 상기 차량의 측방향으로 적어도 부분적으로 서로 중첩되는, 모터 기어박스 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기어 트레인 각각은 중간 기어를 포함하며, 상기 모터 기어박스가 상기 차량에 실장될 때 상기 중간 기어들은 상기 종방향으로 서로에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는, 모터 기어박스 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기어 트레인 각각은 출력 기어이고, 상기 출력 기어들은 서로 축방향으로 정렬되는, 모터 기어박스 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 모터들은 상기 차량의 종방향으로 서로에 대해 상쇄되는, 모터 기어박스 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차량은 제어 아암을 갖는 서스펜션 시스템을 더 포함하며,
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 하우징은 상기 제어 아암을 지지하도록 상기 제어 아암에 연결되도록 구성되는, 모터 기어박스 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 구동 시스템 각각은 상기 구동 시스템의 대응 모터로서 상기 차량의 동일 측면에 위치한 개별 차륜을 구동하도록 구성되는, 모터 기어박스 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하우징이 윤활유를 수용하기 위한 주입구, 상기 주입구에 연결된 주 통로, 및 상기 주 통로에 연결된 제1 및 제2 통로 배열들을 구비하며,
    상기 통로 배열 각각은 상기 모터들 중 하나 및 상기 기어 트레인 각각의 적어도 일부에 윤활유를 공급하도록 구성되는, 모터 기어박스 조립체.
  11. 대향 측면들에 2개의 차륜을 구비한 차량을 위한 모터 기어박스 조립체로서,
    각각이 전기 모터 및 관련 기어 트레인을 포함하고 상기 차륜들 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성된 2개의 독립적 구동 시스템; 및
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 기어 트레인들이 상기 차량의 측방향으로 서로 적어도 부분적으로 중첩되도록 그리고 상기 기어 트레인들이 상기 모터들 사이에서 적어도 부분적으로 위치하도록 상기 모터들 및 상기 기어 트레인들을 수용하는 공통 하우징을 포함하는, 모터 기어박스 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 모터들은 상기 차량의 종방향으로 서로에 대해 상쇄되고,
    상기 기어 트레인 각각은 출력 기어를 포함하고, 상기 출력 기어들은 서로 축방향으로 정렬되는, 모터 기어박스 조립체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 모터들은 측방향 연장 중심 평면에 대해 일반적으로 역방향 배향을 갖는, 모터 기어박스 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모터 각각은 중심 축에 대해 정렬되고, 상기 모터들 중 하나의 중심 축은 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 제1 거리만큼 상기 중심 평면의 전방에 위치하고, 상기 모터들 중 나머지 하나의 중심 축은 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 제2 거리만큼 상기 중심 평면의 후방에 위치하며,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 동일한, 모터 기어박스 조립체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기어 트레인 각각은 중간 기어를 포함하고, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 중심 평면은 상기 중간 기어들 사이에서 연장되는, 모터 기어박스 조립체.
  16. 제11항에 있어서, 상기 기어 트레인 각각은 중간 기어를 포함하고, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 중간 기어들은 적어도 부분적으로 서로 측방향으로 중첩되는, 모터 기어박스 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 중간 기어들은 상기 차량의 종방향으로 정렬되도록 서로 완전히 중첩되는, 모터 기어박스 조립체.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 모터 각각은 모터 축을 중심으로 회전 가능한 회전자를 포함하고, 상기 기어 트레인 각각은 기어 축을 중심으로 회전 가능한 중간 기어를 포함하며,
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때, 상기 모터 축들은 제1 거리만큼 상기 차량의 종방향으로 이격되고, 상기 기어 축들은 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 상기 종방향으로 이격되는, 모터 기어박스 조립체.
  19. 제11항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 기어 트레인들은 상기 모터들 사이에 측방향으로 배치되는, 모터 기어박스 조립체.
  20. 제11항에 있어서, 상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 구동 시스템 각각은 상기 대응 모터로서 상기 차량의 동일 측면에 위치한 상기 차륜들 중 하나를 독립적으로 구동하도록 구성되는, 모터 기어박스 조립체.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 차량은 제어 아암을 갖는 서스펜션 시스템을 더 포함하며,
    상기 모터 기어박스 조립체가 상기 차량에 실장될 때 상기 하우징은 상기 제어 아암을 지지하도록 상기 제어 아암에 연결되도록 구성되는, 모터 기어박스 조립체.
  22. 차량을 위한 모터 기어박스 및 서스펜션 배열로서,
    상기 차량의 차륜을 구동하고, 전기 모터 및 상기 모터와 관련된 기어 트레인을 포함하는 구동 시스템;
    상기 모터 및 상기 기어 트레인을 수용하는 하우징; 및
    상기 차량에 연결되도록 구성된 제1 단부 및 상기 하우징에 연결되도록 구성된 제2 단부를 구비한 서스펜션 제어 아암을 포함하는, 모터 기어박스 및 서스펜션 배열.
  23. 제22항에 있어서, 상기 차량의 추가 차륜을 구동하고, 추가 전기 모터 및 상기 추가 전기 모터와 관련된 추가 기어 트레인을 포함하는 추가 구동 시스템을 더 포함하고,
    상기 추가 전기 모터 및 상기 추가 기어 트레인이 상기 하우징에 수용되는, 모터 기어박스 및 서스펜션 배열.
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