KR20210120972A - 조정 가능한 섀시 간극을 갖는 차량 서스펜션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어 가능한 섀시 간극 및 강성을 갖는 자동차용 서스펜션에 관한 것이며, 서스펜션은 제어 장치(2)를 갖는 헬리컬 스프링(1)을 포함하며, 제어 장치(2)는 자동차의 차체에 고정되고, 바람직하게는 전기 모터에 의해 구동되는 전동 스테이지에 의해 회전 가능하게 위치된다. 제어 장치(2)는 바람직하게는 원통형인 헬리컬 스프링(1)의 코일 상에 직접 나사 결합되고 롤러 본체를 갖는 성형 너트로서 구현되며, 롤러 본체는 헬리컬 라인을 따라 위치되고 헬리컬 스프링의 코일에 연결되고; 제어 장치(2)는 헬리컬 스프링(1) 상에, 그리고 헬리컬 스프링(1)에 대해 완전히 이동 가능하고 고정 가능하다. 자동차용 서스펜션은 섀시 간극이 감소하는 경우에 서스펜션의 증대된 강성, 섀시 간극이 증가되는 경우 서스펜션의 감소된 강성, 및 텔레스코핑 댐퍼의 상부 체결 지점에 대한 접근을 차단하지 않으면서 헬리컬 스프링 내부에 텔레스코핑 댐퍼를 내장할 가능성을 보장한다.

Description

조정 가능한 섀시 간극을 갖는 차량 서스펜션
본 발명은 조정 가능한(제어 가능한, 가변적인) 섀시 간극(chassis clearance)을 갖는 차량 서스펜션에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 변속기를 구비하는 전기 파워트레인을 갖는 제어 가능한 서스펜션에 관한 것이다. 이러한 유형의 서스펜션은 주로 승용차, 경트럭 및 전기 구동식 차량(전기 차량)에 이용된다.
제어 가능한(가변적인) 섀시 간극(레벨 제어부)을 갖는 제어 가능한 서스펜션이 널리 알려져 있다. 이러한 서스펜션은, 구체적으로 하기와 같은 새로운 서스펜션 특성을 달성하는 것을 가능하게 한다:
- 차체의 섀시 간극을 증가시키거나 감소시키는 것, 및
- 서스펜션의 강성을 증가시키거나 감소시키는 것.
언급된 서스펜션에는, 공압 또는 유압 시스템이 현재 사용되고 있다. 이들 시스템은 복잡하고 고가이기 때문에 널리 이용되지 않고 있다. 결과적으로, 보다 간단한 해결책에 대한 필요성이 존재한다. 최신 경향은 유압 시스템을 전기 파워트레인으로 대체하는 것이다. 예를 들어, 동력 나사 쌍을 갖는 스프링 서스펜더 및 변속기를 갖는 전기 파워트레인이 제공된다. 기본적으로, 이와 같은 서스펜션에는, 스프링 및 나사 잭(screw jack) 둘 모두가 이용된다. 나사 잭의 나사는 롤러 베어링을 통해 차체에 결합된다. 암나사는 서스펜션의 상부 스프링 플레이트에 대한 베어링 지지체로서 역할을 한다. 나사가 회전되는 경우, 암나사 및 스프링 플레이트의 높이 레벨이 변한다. 결과적으로, 차체 아래의 섀시 간극이 변한다.
유사한 제어 가능한 서스펜션에서, 유리한 것으로 간주되는 것은 이들의 단순한 구조뿐만이 아니다. 이와 같은 서스펜션은 또한 공압 및 유압 시스템에 비하여 더 큰 에너지 효율로 구별된다. 이것은 전기 자동차에 이와 같은 시스템을 사용하는 경우에 특히 매력적인 장점이다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 알려져 있다(2004년 2월 26일자로 공개된 특허 DE 102 55 764 B3(IPC B60G 17/00, B60G 17/015) 참조). 이러한 서스펜션은 스프링, 및 박벽형 로터(thin-walled rotor)를 갖는 전기 모터를 포함한다. 로터 내부에는 상부 임팩트 스프링 플레이트가 장착되어 있다. 플레이트는 아래로부터 너트 상에 지지된다. 너트는 작은 나사형 부시와 결합된다. 작은 나사형 부시는 로터와 함께 회전한다. 댐퍼 로드(damper rod)가 나사형 부시 내부로 연장된다.
알려진 서스펜션에서, 스프링의 강성은 차체 높이의 변화에 따라 변하지 않는다. 동력 조립체는 휠로부터의 가장 강한 진동 및 충격 하중을 받는 영역에 위치된다. 따라서, 스프링 아래에 있는 나사 잭의 한 쌍의 나사의 위치는 한 쌍의 나사의 작동 표면이 오염되지 않도록 보호하는 것을 더 어렵게 한다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 알려져 있다(2001년 10월 31일자로 공개된 특허 출원 공개 JP 2001 301436 A(IPC B60G 11/16, B60G 15/06, B60G 17/02) 참조). 이러한 서스펜션은 원통형 스프링을 포함한다. 원통형 스프링은 스프링 플레이트들 사이에 고정된다. 원통형 스프링은 하부 스프링 플레이트에 의해 너트 상에 떠받쳐진다. 스프링 아래에는, 나사 잭의 한 쌍의 나사 형태의 동력 조립체가 장착되어 있다. 나사 잭은 변속기를 갖는 전기 모터와 같은 구동장치의 도움으로 회전되도록 설정된다.
알려진 서스펜션의 단점은 차체 간극에 변화가 있을 때 스프링의 불변하는 강성에 있다. 나사형 동력 조립체는 휠로부터의 충격 하중을 받는 영역에 위치된다. 또한, 한 쌍의 나사의 작동 표면이 오염되지 않도록 보호하는 것이 어렵다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 또한 알려져 있다(2017년 2월 2일자로 공개된 특허 출원 공개 DE 10 2015 214161 A1(IPC B60G 15/06, B60G 15/06, B60G 17/02, B60G 17/02) 참조). 이러한 서스펜션은 원통형 스프링을 포함한다. 원통형 스프링의 하부 스프링 플레이트는 파워트레인을 갖는 나사 잭의 너트 상에 떠받쳐진다. 나사 잭의 파워트레인은 서스펜션 스트럿(strut)의 하부 부분에서 스프링 아래에 측방향으로 장착된다.
이러한 알려진 서스펜션에서, 차체 높이를 제어할 때 서스펜션의 강성을 변화시키는 능력은 달성되지 않는다. 파워트레인을 갖는 나사 잭은 가장 심한 래틀링(rattling) 및 상당한 충격 하중을 받는 영역에 위치된다.
조정 가능한 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 또한 알려져 있다(2010년 5월 6일자로 공개된 특허 출원 공개 PCT WO 2010/049026 A1(IPC B60G 15/06, B60G 17/015, B60G 17/02, F16F 09/38) 참조). 이러한 서스펜션은 주 스프링 및 보조 스프링을 포함한다. 주 스프링은 하부에서 나사 잭 너트 상에 떠받쳐진다. 보조 스프링은 위에서 나사 잭 너트와 차체 사이에 위치된다. 나사 잭에는 전기 파워트레인이 장비되어 있다.
알려진 서스펜션에서 주 스프링과 보조 스프링 사이의 나사 잭 너트의 이러한 배열은 하기를 가능하게 한다:
- 나사 잭에 대한 부담을 경감시키는 것,
- 나사 잭을 구동하는 작용력을 감소시키는 것, 및
- 나사 잭의 작동 속도를 증가시키는 것.
그러나, 이러한 알려진 서스펜션에서는, 섀시 간극을 제어할 때 스프링 강성을 변화시킬 가능성이 보장되지 않는다. 서스펜션의 구조에 복수의 스프링을 도입하는 것은 서스펜션이 상당히 더 복잡해지게 한다. 진동 및 래틀링 둘 모두는 나사 잭의 나사를 통해 직접 전기 파워트레인으로 전달된다. 결과적으로, 전기 파워트레인의 신뢰성이 악영향을 받는다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 또한 알려져 있다(1996년 8월 6일자로 공개된 특허 출원 공개 JPH08197931 A(IPC B60G 15/06, B60G 17/00, B60G 17/02) 참조). 이러한 서스펜션은 주 스프링과 2개의 보조 스프링을 포함한다. 전기 파워트레인을 갖는 나사 잭은 보조 스프링을 통해 차체에 결합된다.
이러한 알려진 서스펜션은 섀시 간극 및 스프링 강성 모두를 조정하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 그것은 서스펜션 구조를 복잡하게 함으로써 달성된다. 기계적 축을 따라 동력 조립체를 배열하는 것은 스프링 댐퍼를 중앙에 위치시키는 것을 불가능하게 한다. 진동 및 래틀링 둘 모두는 나사 잭의 나사를 통해 휠로부터 전기 파워트레인으로 직접 전달된다. 결과적으로, 전기 파워트레인의 신뢰성이 악영향을 받는다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 또한 알려져 있다. 이와 같은 서스펜션에 있어서, 한 쌍의 나사가 특별한 구현예에서 너트 또는 나사의 나사형 부분과 함께 스프링 자체의 코일에 의해 형성된다. 가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 알려져 있다(1988년 3월 30일자로 공개된 발명자 증명서 SU 1384417 A1(IPC B60G 17/04) 참조). 이러한 서스펜션은 원통형 스프링, 나사 브레이스(screw brace), 구동장치 또는 나사 브레이스, 및 차량 부품의 정지 위치에 대한 표시기를 포함한다. 나사 브레이스의 나사 단부는 스프링 및 차량의 일부에 나사 결합된다. 차량이 정지 위치에 있을 때, 표시기들이 만난다. 스프링의 강성은 스프링에 작용하는 정하중에 대응한다. 나사가 조여지거나 풀릴 경우, 유효 스프링 코일 수가 감소되거나 증가된다. 결과적으로, 스프링 강성이 변화된다. 이러한 경우에, 섀시 간극은 단지 약간 변할 뿐이다. 섀시 간극의 변화는 스프링 강성의 변화에 기초해서만 영향을 받는다. 이것은 나사가 조여지거나 풀릴 때 차체 및 스프링 둘 모두에 대해 수직으로 시프팅되기 때문이다.
알려진 서스펜션은 하기의 결함을 갖는다. 스프링의 강성은 상당히 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있지만, 섀시 간극의 변동 범위는 비교적 좁은 상태로 있다. 2개의 나사 연결은 나사의 회전에 대한 더 큰 저항을 나타내고, 따라서 매우 효율적인 파워트레인을 필요로 한다. 이것은, 서스펜션을 제어하는 차량에서, 차량이 움직이는 동안에 알려진 서스펜션을 사용하는 것을 어렵게 한다. 나사가 회전되는 경우, 스프링을 비틀고 회전시킬 수 있다. 이것은 제어 절차에 악영향을 미친다. 이것은 상부 위치에 있는 나사에 특히 중요하다.
차량 휠 서스펜션의 높이를 조정하기 위한 장치가 또한 알려져 있다(특허 출원 공개 DE 10 2015 224 527 A1 참조).
여기에 설명된 휠 서스펜션은 2개의 스프링 플레이트 사이에 원통형 메인 스프링을 갖는다. 또한, 휠 서스펜션은 디스크 코일을 갖고 메인 스프링의 하부 스프링 플레이트 아래에 위치된 원통형 조정 스프링을 갖는다. 이러한 조정 스프링의 도움으로, 하부 스프링 플레이트는 휠 서스펜션의 길이방향 축을 따라 조정 가능하다.
조정을 위해, 조정 스프링의 코일은 지지 링 포트(supporting ring pot)의 지지 링 디스크를 통해 안내되고, 이러한 포트는 메인 스프링의 하부 스프링 플레이트에 연결된 댐핑 부분 주위에 위치되고, 롤러 베어링을 갖는다. 이러한 지지 링 디스크 위의 코일은 서로에 대해 압축된다. 전체 조정 스프링은 압축된 부분 및 지지 링 디스크 아래의 비압축된 부분으로 분할된다.
여기서 압축된 부분은 메인 스프링의 하부 스프링 플레이트를 위한 스러스트 베어링으로서 역할을 한다. 지지 링 디스크를 갖는 지지 링 포트를 회전시킴으로써, 그에 따라 메인 스프링의 하부 스프링 플레이트 아래에 있는 조정 스프링의 압축된 코일 수를 증가시키거나 감소시키는 것이 가능하다. 결과적으로, 차량의 섀시 간극이 조정된다. 그러한 프로세스에서, 다소간 압축된 코일이 형성되고, 그 결과, 우선 첫째로는 차량의 섀시 간극 및 다음으로는 최대 스프링 이동이 조정 가능하다. 그러나, 이러한 수단에 의해 메인 스프링의 강성에는 영향을 미칠 수 없다.
휠 서스펜션은 하기의 결함을 갖는다. 휠 서스펜션의 메인 스프링의 강성은 섀시 간극이 제어될 때에 변하지 않는다. 압축된 부분과 비압축된 부분 사이에서 코일의 킹크(kink)가 가능한 것으로 여겨지는 조정 스프링은 가요성의 상당히 얇은 스트립으로만 제조될 수 있다.
그러나, 이것은, 지지 링 포트의 회전이 단지 약간의 높이 변화에 불과하며, 그 결과 스프링 제어 절차가 더 오래 걸린다는 것을 의미한다.
또한, 제어 장치가 휠 서스펜션의 이동 가능한 부분 상에서 판 스프링의 하단부 아래에 위치되기 때문에, 차량이 구동중일 때 제어 절차의 동적 특성이 악영향을 받는다. 결과적으로, 장치의 모든 전기기계적 구조 그룹은 차량의 휠로부터 전달되는 진동 및 충격 하중의 악영향에 노출된다.
가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 또한 알려져 있다(2012년 8월 20일자로 공개된 특허 RU 2 458 802 C2(IPC B60G 17/15, B60G 17/02) 참조). 이러한 서스펜션은 본 특허 출원의 주제와 공통적으로 가장 필수적인 특징을 갖는다. 따라서, 그것은 추가 개발을 위한 프로토타입으로서 선택되었다. 이러한 프로토타입 서스펜션은 원통형 헬리컬 스프링을 포함한다. 원통형 헬리컬 스프링에는 제어 장치가 제공된다. 제어 장치는 차량의 차체에 고정된다. 제어 장치는 전동 스테이지(transmission stage)를 통해 구동 모터와 상호 작용한다. 제어 장치는 볼 나사 구동장치의 형태로 구현된다. 볼 나사 구동장치는 제어 부시 및 볼 너트를 포함한다. 제어 부시는 구동 모터에 의해 회전되도록 설정될 수 있다. 제어 부시는 원통형 헬리컬 스프링의 플레이트를 조정하는 역할을 한다. 볼 너트는 제어 부시 외부와 원통형 헬리컬 스프링 내부에 반경방향으로 위치된다.
알려진 프로토타입 서스펜션은 하기의 결함을 갖는다:
- 섀시 간극이 변할 때 스프링의 강성은 변하지 않으며;
- 제어 장치가 스프링의 상단부면을 차단한다. 결과적으로, 그것은 스프링 내부에 텔레스코핑 댐퍼를 장착하는 것이다.
본 발명의 목적은 제어 가능한 섀시 간극 및 강성을 갖는 차량용 서스펜션을 개발하는 것이었다. 이러한 종류의 서스펜션은 섀시 간극의 감소 시에 서스펜션의 강성 증가를 보장한다. 또한, 섀시 간극이 증가되면 서스펜션의 강성 감소를 보장하는 것으로 여겨진다. 이 목표는 텔레스코핑 댐퍼의 상부 체결 지점에 대한 접근을 차단하지 않으면서, 스프링 내부에 텔레스코핑 댐퍼를 설치하는 것을 가능하게 하는 것이다.
이러한 언급된 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.
제어 장치는 바람직하게는 원통형인 헬리컬 스프링의 코일에 직접 나사 결합되는 성형 너트로서 구현된다. 제어 장치는 롤러 본체를 갖는다. 롤러 본체는 헬리컬 라인을 따라 위치되고 헬리컬 스프링의 코일에 연결된다. 제어 장치는 헬리컬 스프링 상에, 그리고 헬리컬 스프링에 대해 완전히 이동 가능하고 고정 가능하다. 제어 장치는 헬리컬 스프링의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 완전히 이동 가능하게 위치될 수 있다. 성형 너트는 헬리컬 라인을 따라 볼트의 도움으로 연결된 2개의 동축 원통형 부싱에 의해 구현된다. 상부 부하 롤러 및 하부 지지 롤러가 롤러 본체로서 볼트에 회전 가능하게 고정된다. 상부 부하 롤러 및 하부 지지 롤러는 스프링 코일에 연결된다.
성형 너트는 또한 서로 연결되고 가이드 러그 및 가이드 러그 사이에 위치된 이동 가능한 로드를 갖는 2개의 동축 원통형 부싱에 의해 구현될 수 있으며, 로드 상에는 스프링이 위치된다. 로드는 스프링에 예비응력을 가하는 브레이스를 통해 볼트에 견고하게 연결된다. 부하 롤러가 롤러 본체로서 볼트에 회전 가능하게 고정되고, 부하 롤러는 스프링 코일에 연결된다.
이와 같은 제어 장치에서, 원통형 헬리컬 스프링뿐만 아니라, 비원통형 스프링도 이용될 수 있다. 이들은, 예를 들어 원추형 스프링 및 배럴 스프링을 포함한다. 그러한 목적을 위해, 증가된 반경방향 갭을 갖는 동축 원통형 부싱이 사용된다.
롤러 본체는 롤러 본체의 회전축을 따라, 바람직하게는 볼트를 따라 이동 가능하게 위치될 수 있다. 이러한 이동 가능성은 비원통형 헬리컬 스프링, 예를 들어 원추형 또는 배럴형 스프링을 갖는 제어 장치의 작동을 보장한다. 성형 너트를 회전시킴으로써, 롤러가 반경방향으로 변위될 수 있다.
구동 모터의 전동 스테이지는 웜 기어(worm gear)로서 구현될 수 있다.
구동 모터의 전동 스테이지는, 예를 들어 헬리컬 스프링 내부에 위치된 유성 기어로서 구현될 수 있다.
헬리컬 스프링의 코일을 덮는 가요성 코일형 호스가 제어 장치와 헬리컬 스프링 아래에 위치된 스프링 플레이트 사이에 고정된다.
제어 장치의 하부측에는 가요성 브레이스가 고정되며; 가요성 브레이스는 서스펜션의 댐퍼 주위를 감싸고, 성형 너트의 내부로의 먼지의 진입을 방지하는 슬라이딩 밀봉 요소를 갖는다.
이제, 가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 서스펜션이 도면과 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 종단면의 제어 장치의 제1 구현예이며; 제어 장치가 원통형 헬리컬 스프링의 코일에 연결되어 있으며;
도 2는 댐퍼와 함께 구성된, 제1 구현예의 제어 장치를 갖는 본 발명의 차량 서스펜션을 부분 종단면으로 도시하고;
도 3은 제1 구현예의 제어 장치의 일부를 종단면으로 보다 확대하여 도시하고;
도 4는 제어 장치의 제2 구현예를 종단면으로 도시하며, 여기서 제어 장치가 원통형 헬리컬 스프링의 코일에 연결되어 있으며;
도 5는 제2 구현예의 제어 장치의 측면도를 도시하는 것으로, 제거 가능한 로드를 위한 개구 및 러그를 갖는 외부 원통형 부싱을 도시한다.
도 1 내지 도 3에 도시된, 가변적인 섀시 간극을 갖는 차량 서스펜션의 본 제1 구현예는 주로 원통형 헬리컬 스프링(1)을 포함한다. 제어 장치(2)는 헬리컬 스프링(1)의 코일 상에 나사 결합된다. 제어 장치(2)는 차체(도면에 도시되지 않음)에 고정된다. 제어 장치(2)는 성형 너트로서 구현된다. 성형 너트는 2개의 동축 원통형 부싱(내부 부싱(3) 및 외부 부싱(4))으로 구성된다. 원통형 부싱은 볼트(5)의 도움으로 나사선을 따라 서로 고정적으로 연결될 수 있다. 나사선의 경사는 바람직하게는 헬리컬 스프링(1)의 코일 높이보다 8% 내지 12% 작게 설정되어야 한다. 볼트(5) 상에는 상부 부하 롤러(7) 및 하부 지지 롤러(8)가 위치될 수 있다. 부하 롤러(7) 및 지지 롤러(8)는 예를 들어 니들 베어링(6)(도 3 참조)에, 회전 가능하게 내장되고, 또한 볼트(5)를 따라 이동 가능할 수 있다. 상부 부하 롤러(7) 및 하부 지지 롤러(8)는 원통형 헬리컬 스프링(1)의 코일에 연결된다. 상부 부하 롤러(7) 및 하부 지지 롤러(8)는 원통형 헬리컬 스프링(1)의 하나의 코일 내지 하나 반의 코일까지의 범위에 위치된다. 롤러는 서로로부터 매우 멀리 이격되어 설치될 수 있다. 부하 롤러(7) 및 지지 롤러(8)는 중앙에 환형 오목부를 가질 수 있다. 부하 롤러(7)는 더 큰 직경을 가질 수 있다. 외부 원통부(4)에는, 플랜지(9)가 바람직하게는 용접에 의해 고정된다. 플랜지(9)는 구동 칼라(10), 예를 들어 웜 휠의 구동 칼라 또는 일부 다른 변속기의 프로파일형 결합면을 갖는다. 구동 칼라(10)는 전기 모터(도면에 도시되지 않음)와 같은 구동 모터의 구동 샤프트(11)와 결합한다. 플랜지(9)는 상부 볼 압력 베어링(12)과 하부 볼 지지 베어링(13) 사이에 내장된다. 상부 볼 압력 베어링(12) 및 하부 볼 지지 베어링(13)은 하나의 하우징(14) 내에 위치된다. 스프링 플레이트(15)는 헬리컬 스프링(1) 아래에 위치된다. 스프링 플레이트(15)는 헬리컬 스프링(1)의 하중을 지탱한다.
도 4 및 도 5에는, 가변적인 섀시 간극을 갖는 차량 서스펜션의 제2 구현예가 성형 너트 구조를 참조하여 도시되어 있다.
여기서, 전술한 지지 롤러(8)는 구현되어 있지 않다. 성형 너트를 형성하는 동축 원통형 부싱(하나의 내부 부싱(3) 및 하나의 외부 부싱(4))은 플랜지(9) 및 추가 연결 부재(도면에 도시되지 않음)를 통해 서로 결합될 수 있다.
원통형 부싱(3 및 4)은 가이드 러그(33)를 포함한다. 이들 가이드 러그(33) 내부 및 그 사이에는 이동 가능한 로드(34)가 있다. 브레이스(35)를 통해, 로드(34)는 볼트(5), 및 그 상에 회전 가능하게 위치된 부하 롤러(7)에 고정적으로 연결된다. 브레이스(35)는 스프링(36)에 예비응력(prestress)을 가한다. 부하 롤러(7)는 볼트를 따라 이동 가능할 수 있다. 도 5에는, 원통형 부싱(3, 4)의 벽에 구현된 개구(32)가 도시되어 있다. 개구(32)는 스프링(36) 및 브레이스(35)를 배치하는 것을 가능하게 한다. 브레이스(35)는 장착되고 분리될 수 있으며, 브레이스(35)의 구조는 볼트(5), 부하 롤러(7) 및 로드(34)를 견고하게 고정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 서스펜션은 완전한 구조 그룹(복합 유닛)으로서 구현된다. 제어 장치(2)는 헬리컬 스프링(1)의 코일 상에 나사 결합되고, 하우징(14)에 의해 덮일 수 있다. 하우징(14)은 케이싱(16)에 견고하게 연결될 수 있다. 케이싱(16)은 수직 리브(rib) 또는 홈(17)을 가질 수 있다. 수직 리브 또는 홈(17)은 디스크(18)의 대응하는 홈 또는 리브와 슬라이딩 연결을 형성한다. 디스크(18)는 원통형 헬리컬 스프링(1)의 상단부면에 고정된다. 케이싱(16)은 그 상단부 상에, 반경방향 리브(20)를 갖는 브레이싱 지지 플레이트(19) 형태의 뚜껑을 갖는다. 반경방향 리브(20)는 주위 전체에서 연장되는 것으로 구현되고, 탄성 인레이(21)의 상대 래치와 결합한다. 탄성 인레이(21)는 홀드다운 장치(hold-down device)(22)로 덮여 있다. 댐퍼(25)의 로드(24) 상에 나사 결합된 너트(23)는 홀드다운 장치(22) 및 탄성 인레이(21)를 통해 차체의 환형 지지 표면(26) 상에 서스펜션을 유지한다. 환형 지지 표면(26)은 마찬가지로 반경방향 리브(27)를 가지며, 반경방향 리브(27)는 또한 탄성 인레이(21)의 상대 래치와 결합한다. 헬리컬 스프링(1)의 스프링 플레이트(15)는 댐퍼(25)의 파이프(28) 상에 위치된다. 파이프(28)는 서스펜션의 하부 고정용 유닛(29)을 포함한다. 스프링 플레이트(15)는 가요성 코일형 호스(flexible coiled hose)(31)를 지지할 수 있다. 코일형 호스(31)는 헬리컬 스프링(1)의 코일을 덮는다. 가요성 코일형 호스(31)의 상단부는 하우징(14)에 고정된다. 제어 장치(2)의 하부측에는 또한 가요성 연결 피스(flexible connection piece)가 고정될 수 있다. 연결 피스는 서스펜션의 댐퍼(25) 주위를 감싸고, 슬라이딩 밀봉 요소를 갖는다. 밀봉 요소는 먼지가 성형 너트의 내부로 들어가는 것을 방지한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 구현예에서, 가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 본 서스펜션은 하기와 같이 기능한다: 제어 장치(2)가 회전할 때, 제어 장치 아래에 있는 헬리컬 스프링(1)의 유효 코일 수가 변한다. 이들 헬리컬 스프링(1)의 유효 코일은 차체로부터의 부담을 책임진다. 헬리컬 스프링(1)의 유효 코일 수는 프로세스에서 하기와 같이 변한다: 제어 장치(2) 아래의 코일 수가 감소되는 경우, 섀시 간극이 감소하고, 동시에 서스펜션의 강성이 증가한다. 반대의 경우에, 섀시 간극이 증가되고, 서스펜션의 강성이 감소된다. 섀시 간극이 감소하는 경우, 자유 스프링 코일이 너트로부터 상향으로 케이싱(16) 내로 돌출된다. 성형 너트가 헬리컬 스프링(1)의 코일을 통한 하중 하에 있을 때, 헬리컬 스프링(1)은 통상적으로 다소 비틀릴 것이다. 그러나, 이러한 원치 않는 비틀림은 헬리컬 스프링(1)의 상부 자유 단부가 케이싱(16)의 리브 또는 홈(17)에서 슬라이딩하는 디스크(18)의 도움으로 고정되기 때문에 방지된다.
도 4 및 도 5에 도시된 구현예에서, 가변적인 섀시 간극을 갖는 자동차용 본 서스펜션은 하기와 같이 기능한다: 서스펜션이 작동중일 때, 스프링 코일의 현재 경사각이 연속적으로 변하고, 부하 롤러(7) 및 지지 롤러(8)에 대한 응력 분포가 불균일하게 된다. 부하 롤러(7)에 대한 하중 분포의 이러한 불균일성은 부하 롤러(7)의 볼트(5)가 성형 너트를 형성하는 동축 원통형 부싱(3, 4)에 대해 이동 가능하게 스프링(36) 상에 위치되고 지지 롤러(8)가 구현되지 않는 것을 제공함으로써 극복된다. 스프링(36)의 파라미터는 헬리컬 스프링(1)에 작용하는 전체 힘이 모든 부하 롤러(7)의 액슬을 통해 균일하게 분배되도록 헬리컬 스프링(1)의 파라미터에 따라 선택된다. 성형 너트 내의 최상부 부하 롤러(7)의 액슬은 움직이지 않도록 설치될 수 있다. 서스펜션이 작동중이고 헬리컬 스프링(1)의 코일 경사각의 변화가 있을 때, 부하 롤러(7)는 성형 너트에 대해 상이하게 분포되며, 구체적으로는 하기와 같다: 헬리컬 스프링(1)에 대한 응력이 감소되는 경우, 상부 부하 롤러(7)와 하부 부하 롤러(7) 사이의 간격이 증가되며; 응력이 증가하면, 간격이 감소한다. 즉, 서스펜션이 작동 중일 때, 부하 롤러(7)의 진동 진폭은, 그 액슬이 성형 너트의 동축 원통형 부싱에 움직이지 않게 고정될 때, 또는 그러한 경우에, 최하부 부하 롤러(7)의 최대치로부터 최상부 부하 롤러(7)의 제로 진폭까지 변할 것이다.
본 발명에 따른 서스펜션을 시험하기 위해, 서스펜션의 모델 및 단순화된 하중 시험 스탠드가 생성되었다. 이러한 시험 스탠드는 제어 장치를 회전시키는 데 필요한 힘을 측정하는 것을 가능하게 한다. 통상적으로 승용차에 사용되는 양산용 스프링이 획득되었다. 이러한 양산된 스프링의 상부 코일의 절곡 부분이 절단되었다. 결과적으로, 제어 장치 상에의 나사 결합이 보다 용이하게 실행될 수 있는 것이 보장되었다. 이러한 준비 단계 후에, 스프링은 하기의 파라미터를 가졌다.
Figure pct00001
성형 스프링 너트가 제조되었다. 이러한 스프링 너트는 각각 높이가 100 ㎜인 2개의 둥근 원통형 부싱으로 구성되었다. 원통형 부싱은 6 ㎜의 직경을 갖는 용접 볼트를 통해 17.5 ㎜의 갭을 갖고서 서로 동심원으로 연결되었다. 18 ㎜의 직경 및 17 ㎜의 길이를 갖는 원통 롤러가 볼트 상에 위치되었다. 원통 롤러는 강철로 제조되었다. 원통 롤러의 수는 하기와 같다: 부하 롤러: 각 20개; 지지 롤러: 각 12개. 경화를 위해, 결합된 부분의 표면은 추가로 보강되지 않았다. 표면은 약 20 ㎛의 거칠기를 가지며, LITOL로 윤활되었다. 롤러는 90°의 각도를 갖는 대칭 삼각형 리세스를 가지며; 전면 단부는 둥글게 되었다. 응력 하에서 성형 너트의 회전력을 측정하기 위해, 레버가 외부 부싱 상에 용접되었다.
시험 절차의 단계 1: 성형 너트는 스프링의 최상부 코일 상에 위치되었다. 응력이 없는 상태에서 성형 너트 아래의 스프링 높이는 약 350 ㎜이었고; 초기 응력은 110 kp이었다. 성형 너트 아래의 스프링 높이는 약 300 ㎜이었다. 너트가 하향으로 회전되었다: 측정된 성형 너트의 이탈 토크(breakaway torque)는 0.2 내지 0.3 kpm이었다. 계속 회전될 때, 의도된 토크가 상당히 하강되고, 0.1 kpm 미만이 되었다. 성형 너트가 상향으로 회전되었다. 스프링의 회전 때문에, 성형 너트가 단계적으로 상향으로 회전되었다. 이탈 순간은 약 1.5 kpm이었고, 성형 너트가 계속 회전되면, 약 1 kpm이었다.
2차 응력은 330 kp가 되었으며, 이는 차량의 현재 스프링에 대한 정상 응력과 거의 동등하다. 성형 너트 아래의 스프링 높이는 약 200 ㎜이었다. 너트가 하향으로 회전되었다. 이때, 성형 너트의 이탈 토크는 0.4 내지 0.5 kpm이었다. 계속 회전되면, 토크는 약 0.2 kpm로 하강되었다. 성형 너트가 상향으로 회전되었다. 스프링이 회전하는 것을 방지하기 위해, 상부 스프링 코일은 빠르게 유지되어야 했다. 이탈 토크는 5 kpm 이상이 되었다. 성형 너트가 계속 회전되면, 이탈 토크는 약 3 kpm이었다.
시험 절차의 단계 2: 성형 너트가 스프링의 중앙에 위치되었다. 응력이 없는 상태에서 성형 너트 아래의 스프링 높이는 약 200 ㎜이고, 응력은 300 kp이며, 너트 아래의 스프링 높이는 약 100 ㎜이었다. 성형 너트가 하향으로 회전되었다. 이때, 측정된 초기 이탈 토크는 0.3 내지 0.4 kpm이 되었다. 성형 너트가 계속 회전되면, 토크는 0.2 kpm으로 하강되었다. 그 후에, 성형 너트가 상향으로 회전되었다. 회전은 계속 진행되었고, 스프링은 비틀리지 않았다. 초기 이탈 토크는 약 4 kpm가 되었고, 회전 시에 약 3 kpm가 되었다.
성형 스프링 너트의 측정된 토크의 평균 값이 상기에 주어진다. 이들 값은 제어 장치의 균일한 진행과 강한 상관 관계를 가졌다. 성형 너트의 균일한 진행 동안에, 작은 토크가 확인되었다. 단속적인 회전은 비교적 거칠게 제작된 롤러 표면 때문일 수 있다.
스프링의 단부에 감소된 코일 높이를 갖는 코일의 존재가 적어도 성형 너트의 회전에 악영향을 미치지 않는다는 것이 흥미롭다. 다시 말해서, 힘이 약간 증가하는 경우, 롤러는 코일을 밀어낸다. 이것은 제어 장치의 정확한 기능이 코일 높이 또는 직경에 대한 특히 정밀한 스프링 코일링을 요구하지 않음을 의미한다.
섀시 간극 및 스프링의 강성을 제어하기 위한 응력 하에서의 차량 서스펜션 모델의 시험 결과에 기초하여, 응력 하에서의 이러한 장치의 필수 기능이 정합 부품(연결 부품)의 구성의 적절한 완성을 전제 조건으로 하여 보장된다고 말할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제어 가능한 섀시 간극 및 강성을 갖는 자동차용 서스펜션으로서, 상기 서스펜션은 제어 장치(2)를 갖는 헬리컬 스프링(1)을 포함하며, 상기 제어 장치(2)는 상기 자동차의 차체에 고정되고, 바람직하게는 전기 모터에 의해 구동되는 전동 스테이지에 의해 회전 가능하게 위치되는, 서스펜션에 있어서,
    상기 제어 장치(2)는 바람직하게는 원통형인 헬리컬 스프링(1)의 코일 상에 직접 나사 결합되고 롤러 본체를 갖는 성형 너트로서 구현되며, 상기 롤러 본체는 헬리컬 라인을 따라 위치되고 상기 헬리컬 스프링의 코일에 연결되고;
    상기 제어 장치(2)는 상기 헬리컬 스프링(1) 상에, 그리고 상기 헬리컬 스프링(1)에 대해 완전히 이동 가능하고 고정 가능한 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형 너트는 상기 헬리컬 라인을 따라 볼트(5)의 도움으로 연결된 2개의 동축 원통형 부싱(3, 4)에 의해 구현되며, 상부 부하 롤러(7) 및 하부 지지 롤러(8)가 롤러 본체로서 상기 볼트(5)에 회전 가능하게 고정되고, 상기 상부 부하 롤러(7) 및 상기 하부 지지 롤러(8)가 스프링 코일에 연결되는 것을 특징으로 하거나,
    상기 성형 너트는 서로 연결되고 가이드 러그(33) 및 상기 가이드 러그 사이에 위치된 이동 가능한 로드(34)를 갖는 2개의 동축 원통형 부싱(3, 4)에 의해 구현되며, 상기 로드 상에는 스프링(36)이 위치되고, 상기 로드(34)는 상기 스프링(36)에 예비응력을 가하는 브레이스(35)를 통해 볼트(5)에 견고하게 연결되며, 부하 롤러(7)가 롤러 본체로서 상기 볼트(5)에 회전 가능하게 고정되고, 상기 부하 롤러(7)는 스프링 코일에 연결되는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 롤러 본체는 상기 롤러 본체의 회전축을 따라, 바람직하게는 상기 볼트(5)를 따라 이동 가능하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터의 전동 스테이지는 웜 기어로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터의 전동 스테이지는 예를 들어 상기 헬리컬 스프링(1) 내부에 위치된 유성 기어로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 헬리컬 스프링(1)의 코일을 덮는 가요성 코일형 호스(31)가 상기 제어 장치(2)와 상기 헬리컬 스프링(1) 아래에 위치된 스프링 플레이트(15) 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치(2)의 하부측에는 가요성 브레이스가 고정되고, 상기 가요성 브레이스는 상기 서스펜션의 댐퍼(25) 주위를 감싸고, 상기 성형 너트의 내부로의 먼지의 진입을 방지하는 슬라이딩 밀봉 요소를 갖는 것을 특징으로 하는, 서스펜션.
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