KR20210067001A - 차량용 가변 서스펜션 장치 - Google Patents

차량용 가변 서스펜션 장치 Download PDF

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KR20210067001A
KR20210067001A KR1020190155903A KR20190155903A KR20210067001A KR 20210067001 A KR20210067001 A KR 20210067001A KR 1020190155903 A KR1020190155903 A KR 1020190155903A KR 20190155903 A KR20190155903 A KR 20190155903A KR 20210067001 A KR20210067001 A KR 20210067001A
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shock absorber
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guide rail
suspension device
variable suspension
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KR1020190155903A
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하태선
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 차량의 주행시 발생되는 범프 및 리바운드 상황에서 휠레이의 변화를 통해 승차감 및 조종 안성성이 향상되는 차량용 가변 서스펜션 장치가 소개된다.

Description

차량용 가변 서스펜션 장치 {VARIABLE SUSPENSION APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 가변 서스펜션 장치에 관한 것으로, 차량 주행시 승차감과 핸들링이 향상되도록 하는 차량용 가변 서스펜션 장치에 관한 것이다.
최근 차량의 승차감과 차량내 소음환경을 개선시키기 위하여 다양한 서스펜션(Suspension)이 개발되고 있다.
서스펜션은 차축을 프레임 내지 샤시와 연결하고 주행중 노면으로부터 전달되는 진동이나 충격을 흡수하여 자동차의 승차감과 안전성을 향상시키는 역할을 담당하는 자동차의 주요 구성부분 중 하나로서, 로어암, 어퍼암, 너클, 스텝링크, 스프링, 쇽업소버, 볼조인트 등의 부품으로 구성될 수 있다.
이러한 서스펜션은 스프링과 쇽업소버 등에 의해 지지되어 차체와 휠 사이의 상대운동을 기계적으로 적절히 조화시키게 된다. 또한, 서스펜션은 타이어가 지면에 확실하게 접지되도록 하여 차량의 고속주행시 차체가 지면에 밀착되도록 한다.
그러나 과속방지턱이나 비포장길과 같은 도로를 주행시, 차고가 낮으면 차량이 노면에 부딪힐 우려가 있고, 차량의 롤링 또는 피칭 등의 주행 상황 발생시 차량이 기울어짐에 따라 승차감 및 조향성이 저하되는 문제가 있다.
이에, 차량의 자세를 자동 제어하기 위해 쇼크업소버를 전자적으로 제어하는 전자제어 서스펜션이 개발되어 사용되고 있으며, 또한 판과 쇼크업소버 대신 응답성이 뛰어난 유압 시스템을 채용하여 주행 상태에 맞게 차체의 진동을 제어함으로써 주행 안정성과 조종 안정성을 꾀하는 액티브 서스펜션도 사용되고 있다.
그러나 기존의 유압식 액티브 서스펜션의 경우 유압펌프와, 리저버, 유압라인 및 실린더블록 등의 구성이 필요하여 액티브 서스펜션 시스템을 구현하는 데에 복잡한 문제가 있으며, 또한 유압식의 특성상 연비가 저하되며, CO2의 배출이 증가하는 문제도 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2005-0120948 A (2005.12.26)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 주행시 발생되는 범프 및 리바운드 상황에서 휠레이트의 조절을 통해 승차감 및 조종 안성성이 향상되도록 하는 차량용 가변 서스펜션 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 가변 서스펜션 장치는 하단부가 너클에 회전 가능하게 장착되는 쇽업소버 본체부; 및 하단부가 쇽업소버 본체부의 상단부에 삽입되어 쇽업소버 본체부의 상방에서 인출 및 인입 동작되고, 상단부가 차체에 이동 가능하게 연결됨으로써 차량의 범프 및 리바운드시 쇽업소버 본체부가 너클의 장착 지점을 기준으로 회전되도록 하는 쇽업소버 피스톤부;를 포함한다.
쇽업소버 본체부의 하단부에는 볼 형상을 가지는 회전장착부가 형성되고, 너클에는 쇽업소버 본체부의 회전장착부가 회전 가능하게 안착되는 회전지지부가 형성된 것을 특징으로 한다.
쇽업소버 피스톤부의 상단부에는 상방으로 볼베어링이 안착되는 볼케이스가 구비되고, 차체에는 쇽업소버 피스톤부의 상단부에 대면하도록 배치되며 볼베어링의 이동 궤적을 안내하는 가이드레일이 마련된 것을 특징으로 한다.
가이드레일은 쇽업소버 본체부의 회전 반경을 따라 굴곡지게 연장된 것을 특징으로 한다.
가이드레일은 쇽업소버 본체부 및 쇽업소버 피스톤부가 수직상태인 위치에서 쇽업소버 본체부의 회전 반경을 따라 소정거리 굴곡지게 연장된 것을 특징으로 한다.
가이드레일의 양끝단에는 폐쇄면을 이루는 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 한다.
볼케이스는 하방으로 굴곡지게 형성되고 가이드레일은 상방으로 굴곡지게 형성됨에 따라, 볼베어링은 볼케이스와 가이드레일에 의해 감싸지도록 마련된 것을 특징으로 한다.
쇽업소버 본체부에는 하부 시트가 구비되고, 쇽업소버 피스톤부에는 상부 시트가 구비되며, 하부 시트와 상부 시트 사이에 스프링이 마련된 것을 특징으로 한다.
쇽업소버 피스톤부에는 상부 시트의 상측으로 충격 및 진동의 흡수가 가능하도록 구성된 인슐레이터가 마련된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 가변 서스펜션 장치는 차량의 주행시 발생되는 범프 및 리바운드 상황에서 휠레이의 변화를 통해 승차감 및 조종 안성성이 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 가변 서스펜션 장치의 구성도.
도 2 내지 5는 도 1에 도시된 차량용 가변 서스펜션 장치를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 가변 서스펜션 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 가변 서스펜션 장치의 구성도이고, 도 2 내지 5는 도 1에 도시된 차량용 가변 서스펜션 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 차량용 가변 서스펜션 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 하단부가 너클(40)에 회전 가능하게 장착되는 쇽업소버 본체부(10); 및 하단부가 쇽업소버 본체부(10)의 상단부에 삽입되어 쇽업소버 본체부(10)의 상방에서 인출 및 인입 동작되고, 상단부가 차체(30)에 이동 가능하게 연결됨으로써 차량의 범프 및 리바운드시 쇽업소버 본체부(10)가 너클(40)의 장착 지점을 기준으로 회전되도록 하는 쇽업소버 피스톤부(20);를 포함한다.
여기서, 쇽업소버 본체부(10)와 쇽업소버 피스톤부(20)는 유압식으로 구동되는 쇽업소버로 구성될 수 있으며, 쇽업소버 본체부(10)에서 쇽업소버 피스톤부(20)가 인출 및 인입 동작됨에 따라 너클(40)을 통해 전달되는 충격이 감쇠되도록 한다. 또한, 쇽업소버 본체부(10)에는 하부 시트(12)가 구비되고, 쇽업소버 피스톤부(20)에는 상부 시트(23)가 구비되며, 하부 시트(12)와 상부 시트(23) 사이에 스프링(S)이 마련되어 쇽업소버와 함께 충격이 감쇠되도록 한다.
특히, 쇽업소버 본체부(10)는 하단부가 너클(40)에 회전 가능하게 장착되고, 쇽업소버 피스톤부(20)는 상단부가 차체(30)에 이동 가능하게 연결됨으로써, 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)는 너클(40)의 장착 지점을 기준으로 회전될 수 있다. 여기서, 쇽업소버 피스톤부(20)의 경우 차량의 거동에 따라 차체(30)에서 일정 궤적으로 이동될 수 있으며, 차체(30)의 레이아웃 패키지에 따라 전후방 또는 측방 등 다양한 방향으로 배치가 가능하다.
이에 따라, 본 발명은 차량의 주행중 범프가 진행될 경우 범프에 의한 차량 증가에 의해 쇽업소버 피스톤부(20)가 쇽업소버 본체부(10)에 인입되고 쇽업소버 피스톤부(20)가 차체(30)에서 이동됨에 따라 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 기울어지게 된다. 반대로, 차량의 라바운드가 진행될 경우 쇽업소버 피스톤부(20)가 쇽업소버 본체부(10)에 인출되고, 이때 발생되는 반력에 의해 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)는 원위치로 원복되는 동작이 수행된다. 이를 통해, 차량의 주행중 범프 및 리바운드에 대응하여 주행 성능이 확보되도록 할 수 있다.
상세하게, 차량의 승차감과 조향성의 지표로 설정 가능한 값 중 휠레이트는 스프링(S) 특성과 차량 스트로크 비율(이하 레버비)에 의해 설정된다. 즉, 승차감을 중요시하는 차량일수록 휠레이트를 낮게 설정하고, 조향성을 중요시하는 차량일수록 휠레이트를 높게 설정하게 된다.
본 발명은 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 인출 및 인입 동작과 더불어 회전되도록 구성됨으로써 차량 스트로크에 따라 레버비가 변동된다.
이에 따른 휠레이트 및 레버비의 계산식은 아래와 같이 설명될 수 있다. 여기서, 휠스트로크(w)는 차량 제원 및 서스펜션 설계에 의한 고정값이고, 레버비(L)는 휠스트로크(w) 대비 쇽업소버의 길이(l) 변동 비율이다.
도 1을 참고하여 보면, 차량 주행시 범프 발생으로 인해 쇽업소버 피스톤부(20)가 차체(30)에서 이동될 경우 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)에는 회전각도(θ)가 발생되고, 쇽업소버 피스톤부(20)가 쇽업소버 본체부(10)에 인입됨에 따라 쇽업소버의 길이(lθ)가 변동된다. 여기서, 쇽업소버의 길이(lθ)는 cos함수로 정의될 수 있다.
한편, 정상 주행 조건인 풀 리바운드 상태에서는 쇽업소버의 길이(l=lθ)가 변동되지 않으며, 범프가 발생될 수록 쇽업소버의 길이(lθ)가 작아지게 된다. 이에 따라, 레버비(L) 및 휠레이트(Kw)도 함께 감소된다. 이는 하기의 식을 통해 설명될 수 있다.
레버비(L) = 쇽업소버의 길이(l=lθ) / 휠 스트로크(w)
범프시 쇽업소버의 길이(lθ) = 쇽업소버의 길이(l) * cos(θ)
휠레이트(kw) = 스프링상수(ks) * 레버비2
상술한 바와 같이, 종래에는 레버비 및 휠레이트가 고정되어 있지만, 본 발명에서는 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 회전되도록 구성됨으로써 쇽업소버의 길이 변화에 따라 휠레이트가 변화된다. 이로 인해, 차량 주행중 범프 발생에 의해 차고가 줄어드는 경우 휠레이트가 낮아져 승차감이 향상되도록 하고, 리바운드된 상태에서는 차고가 상향되어 휠레이트가 높아짐에 따라 조향 안정성이 향상된다.
상술한 본 발명에 상세 구조에 대해서 설명하면 하기와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쇽업소버 본체부(10)의 하단부에는 볼 형상을 가지는 회전장착부(11)가 형성되고, 너클(40)에는 쇽업소버 본체부(10)의 회전장착부(11)가 회전 가능하게 안착되는 회전지지부(41)가 형성될 수 있다.
즉, 쇽업소버 본체부(10)는 너클(40)에 대해 회전되는 것으로, 하단부에 볼 형상을 가지는 회전장착부(11)가 형성되고, 회전장착부(11)가 너클(40)의 회전지지부(41)에 회전 가능하게 안착됨으로써, 쇽업소버 본체부(10)와 함께 쇽업소버 피스톤부(20)는 너클(40)에서 각도가 변화되도록 회전될 수 있다. 여기서, 너클(40)의 회전지지부(41)는 쇽업소버 본체부(10)의 회전장착부(11)가 삽입되어 회전될 수 있도록 원형으로 함몰될 수 있으며, 쇽업소버 본체부(10)의 회전장착부(11)가 너클(40)의 회전지지부(41)에 압입되어 장착될 수 있다.
이를 통해, 쇽업소버 본체부(10)는 하단부의 회전장착부(11)가 너클(40)의 회전지지부(41)에 장착된 지점을 기준으로 회전 운동될 수 있다.
한편, 도 3 내지 4에 도시된 바와 같이, 쇽업소버 피스톤부(20)의 상단부에는 상방으로 볼베어링(22)이 안착되는 볼케이스(21)가 구비되고, 차체(30)에는 쇽업소버 피스톤부(20)의 상단부에 대면하도록 배치되며 볼베어링(22)의 이동 궤적을 안내하는 가이드레일(31)이 마련될 수 있다.
쇽업소버 피스톤부(20)는 차체(30)에 설치된 가이드레일(31)을 따라 이동되는 것으로, 볼베어링(22)을 매개로 서로 연결된다. 즉, 쇽업소버 피스톤부(20)의 상단부에는 볼케이스(21)가 구비되고, 볼케이스(21)에 안착된 볼베어링(22)이 가이드레일(31)을 따라 이동됨으로써, 쇽업소버 피스톤부(20)와 함께 쇽업소버 본체부(10)가 회전될 수 있다.
이를 통해, 차량의 범프 발생시 쇽업소버는 길이 가변됨과 동시에 가이드레일(31)의 궤적을 따라 회전되고, 리바운드시 쇽업소버의 길이 및 위치가 복원될 수 있다.
상세하게, 가이드레일(31)은 쇽업소버 본체부(10)의 회전 반경을 따라 굴곡지게 연장될 수 있다. 쇽업소버 본체부(10)의 경우 하단부가 너클(40)에 회전 가능하게 연결됨에 따라 쇽업소버 피스톤부(20)는 쇽업소버 본체부(10)가 너클(40)에 장착된 지점을 중심으로 회전된다. 이에 따라, 가이드레일(31)은 쇽업소버 본체부(10)의 회전 반경을 따라 굴곡지게 연장됨으로써, 쇽업소버 본체부(10)와 함께 회전되는 쇽업소버 피스톤부(20)의 이동을 가이드할 수 있다. 이러한 가이드레일(31)은 굴곡지게 연장되는 형태를 변화시켜 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 가이드레일(31)을 따라 이동됨에 따른 탄성력이 가변되도록 할 수 있다.
또한, 가이드레일(31)은 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 수직상태인 위치에서 쇽업소버 본체부(10)의 회전 반경을 따라 소정거리 굴곡지게 연장될 수 있다. 즉, 가이드레일(31)의 선단은 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 초기 위치 상태인 수직하게 배치된 경우에 매칭되며, 말단이 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)의 회전 반경을 따라 연장되도록 한다. 이로 인해, 차량의 범프 동작시 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)가 회전되어 휠레이트가 변화될 수 있다. 가이드레일(31)의 경우 쇽업소버 본체부(10) 및 쇽업소버 피스톤부(20)의 길이 가변량을 200mm로 가정하였을 때, 가이드레일(31)의 연장 길이는 100~150mm로 구성할 수 있다.
한편, 가이드레일(31)의 양끝단에는 폐쇄면을 이루는 스토퍼(32)가 형성됨으로써, 가이드레일(31)을 따라 이동되는 볼베어링(22)이 스토퍼(32)에 의해 저지되어 이동이 제한되도록 한다. 이로 인해, 쇽업소버 피스톤부(20)에 마련된 볼베어링(22)이 가이드레일(31)에서 이탈되는 것이 방지되며, 가이드레일(31)의 양끝단에 배치된 스토퍼(32)에 의해 볼베어링(22)의 이동이 제한됨에 따라 쇽업소버 피스톤부(20)의 과도한 회전이 방지된다.
한편, 볼케이스(21)는 하방으로 굴곡지게 형성되고 가이드레일(31)은 상방으로 굴곡지게 형성됨에 따라, 볼베어링(22)은 볼케이스(21)와 가이드레일(31)에 의해 감싸지도록 마련될 수 있다.
이처럼, 볼케이스(21)는 하방으로 굴곡지게 형성됨에 따라 상방으로 볼베어링(22)이 안착될 수 있는 홈이 형성되고, 가이드레일(31)은 상방으로 굴곡지게 형성됨에 따라 하방으로 볼베어링(22)을 감쌀 수 있는 홈이 형성되며, 볼케이스(21)와 가이드레일(31)의 각 홈에 볼베어링(22)이 마련됨으로써, 볼베어링(22)은 볼케이스(21) 및 가이드레일(31)로부터 이탈이 방지된다. 또한, 볼케이스(21) 및 가이드레일(31)이 볼베어링(22)을 감싸도록 구성된 상태에서, 내부에 윤활유를 공급하여 볼베어링(22)의 회전시 발생되는 마찰력이 감소되도록 할 수 있다.
한편, 쇽업소버 피스톤부(20)에는 상부 시트(23)의 상측으로 충격 및 진동의 흡수가 가능하도록 구성된 인슐레이터(24)가 마련되어 쇽업소버 피스톤부(20)로 전달되는 충격이 차체(30)로 직접 전달되지 않도록 하고, 진동이 절연되도록 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 가변 서스펜션 장치는 차량의 주행시 발생되는 범프 및 리바운드 상황에서 휠레이의 변화를 통해 승차감 및 조종 안성성이 향상된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:쇽업소버 본체부 11:회전장착부
12:하부 시트 20:쇽업소버 피스톤부
21:볼케이스 22:볼베어링
23:상부 시트 24:인슐레이터
30:차체 31:가이드레일
32:스토퍼 40:너클
41:회전지지부

Claims (9)

  1. 하단부가 너클에 회전 가능하게 장착되는 쇽업소버 본체부; 및
    하단부가 쇽업소버 본체부의 상단부에 삽입되어 쇽업소버 본체부의 상방에서 인출 및 인입 동작되고, 상단부가 차체에 이동 가능하게 연결됨으로써 차량의 범프 및 리바운드시 쇽업소버 본체부가 너클의 장착 지점을 기준으로 회전되도록 하는 쇽업소버 피스톤부;를 포함하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    쇽업소버 본체부의 하단부에는 볼 형상을 가지는 회전장착부가 형성되고,
    너클에는 쇽업소버 본체부의 회전장착부가 회전 가능하게 안착되는 회전지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    쇽업소버 피스톤부의 상단부에는 상방으로 볼베어링이 안착되는 볼케이스가 구비되고,
    차체에는 쇽업소버 피스톤부의 상단부에 대면하도록 배치되며 볼베어링의 이동 궤적을 안내하는 가이드레일이 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    가이드레일은 쇽업소버 본체부의 회전 반경을 따라 굴곡지게 연장된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    가이드레일은 쇽업소버 본체부 및 쇽업소버 피스톤부가 수직상태인 위치에서 쇽업소버 본체부의 회전 반경을 따라 소정거리 굴곡지게 연장된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    가이드레일의 양끝단에는 폐쇄면을 이루는 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    볼케이스는 하방으로 굴곡지게 형성되고 가이드레일은 상방으로 굴곡지게 형성됨에 따라, 볼베어링은 볼케이스와 가이드레일에 의해 감싸지도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    쇽업소버 본체부에는 하부 시트가 구비되고, 쇽업소버 피스톤부에는 상부 시트가 구비되며, 하부 시트와 상부 시트 사이에 스프링이 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    쇽업소버 피스톤부에는 상부 시트의 상측으로 충격 및 진동의 흡수가 가능하도록 구성된 인슐레이터가 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 가변 서스펜션 장치.
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