KR20220035593A - 독립 현가 시스템 - Google Patents

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KR20220035593A
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wheel
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independent suspension
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KR1020200117528A
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문하경
전갑배
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 독립 현가 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 휠과 체결되고 조향입력에 따라 회전되는 휠너클, 상기 휠너클의 일단에 위치하여 휠너클을 회전시키는 모터 어셈블리, 상기 모터 어셈블리에 체결되는 어퍼암, 일단이 차체에 체결되고 타단이 상기 휠너클에 위치하는 로어암, 상기 어퍼암과 일체로 구성되는 연결암, 상기 어퍼암과 상기 연결암이 인접한 위치에 상기 어퍼암과 상기 연결암이 일체로 회전되도록 구성되는 회전핀 및 상기 연결암과 상기 로어암 사이에 위치하고, 상기 연결암에 수직으로 체결되는 쇽업소버를 포함한다.

Description

독립 현가 시스템{Independent Suspension System}
본 발명은 독립 현가 시스템에 관한 것으로, 차륜 각각의 독립 조향을 수행하도록 구성되는 현가 시스템에 있어서 모터 어셈블리와 쇽업소버의 위치관계를 개선하여 휠의 바운스에 대응한 쇽업소버의 레버비를 개선한 독립 현가 시스템에 관한 것이다.
종래 차량의 현가장치는 차축과 차체를 연결하여 차량의 주행중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 해서 차체나 화물의 손상을 방지하고, 승차감을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 현가장치는 노면으로부터 받는 충격을 완화시키는 현가스프링과, 이 현가스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 향상시키는 쇽업소버 및, 차량의 롤링을 억제하는 스태빌라이저 등을 구비한다.
상용차량의 현가장치는 좌우의 차륜이 하나의 차축으로 연결된 일체 차축식 현가장치를 주로 많이 사용하고, 현가스프링으로는 리프스프링이나 공기스프링이 주로 사용되고 있다.
한편 일체 차축식 현가장치를 사용하는 상용차량의 조향장치는 조향기어의 출력축에 장착되어 회전하는 피트먼아암과, 이 피트먼 아암의 운동을 너클아암에 전달하는 드래그링크, 이 드래그링크의 운동을 전달받아 너클 스핀들을 조작하는 너클 아암 및, 좌우의 너클 아암을 연결하는 타이로드 등으로 구성된다.
상기와 같은 공기스프링을 사용하는 일체 차축식 현가장치와 조향장치를 구비한 상용차량에서 상기 공기스프링은 단지 리프 스프링을 대체하는 역할을 하고 승차감과 핸들링 특성을 개선하는 데에는 크게 기여하지 못하고 있고, 정밀한 지오메트리를 구현하기에는 구조적인 특성상 설계 자유도를 확보하기 어렵다.
더욱이, 최근에는 각각의 현가장치에 모터 어셈블리를 통해 휠의 조향각 입력을 수행하는 독립조향식 현가장치가 개발되고 있다. 다만, 상기와 같은 독립 조향식 현가장치의 경우, 쇽업소버가 모터 어셈블리의 조향축과 일치하기 위해서는 차량의 높이 방향으로 돌출된 형태를 필수적으로 요구되는 문제점이 존재하였다.
뿐만 아니라, 도 1에 개시하고 있는 바와 같이, 쇽업소버의 일단이 차체 프레임에 고정되는 경우, 휠 범프에 따라 쇽업소버의 길이 변화량이 작아 승차감 저하 등의 문제점이 존재하였다.
이에 따라 최근에는 쇽업소버와 서로 다른 축을 갖는 모터 어셈블리의 구성이 필수적으로 요구되고 있다.
특허문헌1: 일본공개특허 특개2005-112300호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 모터 어셈블리가 어퍼암 하단에 위치하는 경우에도 쇽업소버의 레버비를 소정의 값 이상으로 구성할 수 있는 독립 현가 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 쇽업소버가 연결암과 수직으로 위치하도록 구성하는 독립 현가 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 독립 현가 시스템은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는 휠과 체결되고 조향입력에 따라 회전되는 휠너클; 상기 휠너클의 일단에 위치하여 휠너클을 회전시키는 모터 어셈블리; 상기 모터 어셈블리에 체결되는 어퍼암; 일단이 차체에 체결되고 타단이 상기 휠너클에 위치하는 로어암; 상기 어퍼암과 일체로 구성되는 연결암; 상기 어퍼암과 상기 연결암이 인접한 위치에 상기 어퍼암과 상기 연결암이 일체로 회전되도록 구성되는 회전핀; 및 상기 연결암과 상기 로어암 사이에 위치하고, 상기 연결암에 수직으로 체결되는 쇽업소버;를 포함하는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 어퍼암과 상기 연결암은 상기 회전핀을 기준으로 서로 동일한 길이를 갖도록 구성되는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 쇽업소버의 레버비가 0.9 내지 1.2를 갖도록 구성되는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 휠너클과 체결되는 인휠모터;를 더 포함하는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 모터 어셈블리는 상기 휠너클을 차량의 길이 방향으로 최대 180도 회전가능하도록 구성되는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 휠너클은 상기 어퍼암과 모터 어셈블리가 체결되는 일단 및 상기 로어암과 체결되는 휠너클의 일단을 기준축으로 회전되도록 구성되는 독립 현가 시스템를 제공한다.
또한, 상기 로어암과 상기 휠너클은 볼조인트 또는 유니버셜 조인트로 체결되는 독립 현가 시스템를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 연결암과 직결되는 쇽업소버의 위치를 통해 모터 어셈블리의 위치를 하향이동시켜 낮은 무게 중심을 제공할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 본 발명은 쇽업소버의 레버비를 높일 수 있어 높은 자유도를 제공하는 효과를 갖는다.
더욱이, 본 발명은 쇽업소버의 레버비를 높여 휠의 조향을 수행하기 위한 낮은 감쇄력을 요구할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 비교예로서, 쇽업소버의 일단이 로어암에 위치하고 타단이 프레임에 고정된 현가 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 독립 현가 시스템의 구성도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 휠이 범프상태에서 독립 현가 시스템의 구동도를 도시하고 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예로서, 휠이 범프상태에서 변화를 종래 기술과 비교하여 데이터를 표시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...장치", "...암", "...어셈블리" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2은 본 발명의 독립 현가 시스템(100)의 구성도를 도시하고 있다.
본 발명의 현가 시스템(100)은 휠(400) 내측에 휠(400)의 회전 구동력을 인가하는 인휠 모터(410)를 포함하고, 인휠 모터(410)를 포함하는 휠(400)과 체결되는 휠너클(140)을 포함한다. 더욱이, 인휠 모터(410)와 인접한 일단에는 제동 장치(420)를 포함하여 구성된다. 휠너클(140)은 휠너클(140) 상단에 위치하는 모터 어셈블리(200)로부터 구동력을 직접 인가받아 차량의 길이 방향을 중심으로 휠(400)이 좌우로 회전되도록 구성된다. 따라서, 사용자의 조향 입력에 대응하여 각각의 휠(400)이 제어되도록 제어부를 통해 구동될 수 있다.
조향 입력에 대응하여 조향각을 갖도록 휠(400)이 제어되는 경우, 제어부는 모터 어셈블리(200)를 통해 회전력을 휠너클(140)로 인가하도록 구성되는바, 휠너클(140)의 상단은 모터 어셈블리(200)의 회전자와 체결되고, 휠너클(140)의 하단은 로어암(110)의 일단과 체결된다. 더 바람직하게, 로어암(110)과 체결되는 휠너클(140)의 하단은 볼조인트 또는 유니버셜 조인트를 통해 체결되도록 구성되는바, 모터 어셈블리(200)의 회전력에 대응하여 휠너클(140)의 하단부가 로어암(110)의 조인트를 기준으로 차량의 폭 방향으로 회전되도록 구성된다.
즉, 휠너클(140)은 어퍼암(120)과 모터 어셈블리(200)가 체결되는 일단 및 상기 로어암(110)과 체결되는 휠너클(140)의 일단을 기준축으로 회전된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 모터 어셈블리(200)는 휠너클(140)을 양방향으로 최대 180도만큼 회전되도록 구성될 수 있다.
모터 어셈블리(200)는 중심부에 위치하는 회전자와 회전자의 적어도 일부를 감싸도록 구성되는 고정자를 포함한다. 고정자의 일단은 어퍼암(120)과 체결되도록 구성되는바, 모터 어셈블리(200)의 상하 방향 움직임이 어퍼암(120)으로 전달되도록 결합된다. 본 발명의 일 실시예에서 회전자의 적어도 일부는 휠너클(140)과 체결되어 상기 휠너클(140)이 회전자와 동시에 회전되도록 구성된다.
본 발명은 어퍼암(120)의 타단에 위치하고, 어퍼암(120)과 소정의 각도를 갖도록 구성되는 연결암(130)을 포함한다. 연결암(130)과 어퍼암(120)이 마주하는 일단에는 회전핀(330)을 포함하며, 회전핀(330)은 차체의 서브 프레임 또는 프레임과 부싱으로 연결되도록 구성된다. 즉, 모터 어셈블리(200)로 인가되는 상하 방향의 변위에 대응하여 회전핀(330)을 기준으로 어퍼암(120)과 연결암(130)은 연동하여 회전되도록 구성된다.
연결암(130)과 로어암(110) 사이에 위치하고, 연결암(130)의 길이 방향과 수직으로 체결되는 쇽업소버(310)를 포함한다. 쇽업소버(310)는 유압식, 가스식, 가변식 및 전자제어 서스펜션이 사용될 수 있으며, 쇽업소버(310)를 감싸도록 구성되는 현가 스프링(320)을 포함할 수 있다.
쇽업소버(310) 양단은 연결암(130) 및 로어암(110)과 힌지결합될 수 있는바, 연결암(130) 및 로어암(110)으로 인가되는 변위를 쇽업소버(310)에서 흡수하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 휠(400) 범프시 독립 현가 시스템(100)의 작동 관계를 도시하고 있다.
차량이 불규칙한 도로의 노면상을 주행함에 따라 독립적으로 구성되는 각각의 현가 시스템(100)에 휠(400) 범프를 발생된다. 휠(400) 범프가 발생하는 경우, 어퍼암(120)과 로어암(110)의 휠(400)과 가까운 일단이 차체 프레임과 체결된 일단을 기준으로 상항 방향으로 회전이동하도록 구성된다.
횔범프가 발생되는 경우, 휠(400)은 차량의 높이 방향으로 중심점이 이동되도록 구성되고, 상기 휠(400)과 체결되는 휠너클(140) 또한 휠(400)의 범프량과 동일한 높이만큼 차량의 높이 방향으로 이동되도록 구성된다.
뿐만 아니라, 휠너클(140)의 상단에 체결되어 위치하는 모터 어셈블리(200), 모터 어셈클리의 일단에 체결되는 어퍼암(120)의 일단이 휠(400) 범프와 동일한 방향으로 이동되도록 구성된다. 어퍼암(120)의 일단이 도시된 바와 같이 시계 방향으로 이동되는 경우, 회전핀(330)을 기준으로 상기 어퍼암(120)과 일체로 구성되는 연결암(130)의 끝단 역시 회전핀(330)을 기준으로 시계 방향으로 회전이동되도록 구성된다.
로어암(110)의 경우, 휠(400) 범프가 발생되는 경우, 휠너클(140) 하단부와 체결되는 로어암(110)의 끝단이 프레임에 체결되는 타단을 기준으로 시계 방향으로 회전되도록 구성된다.
따라서, 휠(400) 범프가 발생되는 경우 연결암(130)의 끝단과 로어암(110)과 휠너클(140)이 체결되는 일단은 서로 가까워지며, 연결암(130)과 로어암(110) 사이에 위치하는 쇽업소버(310)는 압축된 상태로 전환된다.
더욱이, 본 발명의 쇽업소버(310) 레버비는 쇽업소버(310)의 길이 변화량을 휠(400) 범프에 의해 휠(400)의 중심축이 차량의 상하 방향으로 이동된 범프량으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 이에, 휠(400) 범프에 따른 레버비를 살펴볼 경우, 쇽업소버(310)의 레버비가 0.9 내지 1.2를 갖도록 설정될 수 있다.
즉, 본 발명은 어퍼암(120)과 회전핀(330)에 고정되도록 연결암(130)을 구성하고, 연결암(130)과 로어암(110) 사이에 위치하는 쇽업소버(310)를 제공하는바, 휠(400) 범프량과 유사한 쇽업소버(310)의 변위를 갖도록 구성된다.
도시된 본 발명의 일 실시예에서는 어퍼암(120)과 연결암(130)이 동일한 길이를 갖도록 구성되고, 소정의 각도를 갖도록 구성되는바, 휠(400) 범프량과 비교하여 쇽업소버(310)의 레버비가 1.14를 갖도록 구성된다.
정리하면, 독립 조향장치를 포함하는 차량의 경우, 휠(400) 범프가 발생하는 경우 회전핀(330)을 중심으로 연결암(130)이 회전하여 로어암(110)과 거리가 가변되도록 구성되어 쇽업소버(310)의 압축 또는 신장을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서는 연결암(130)이 로어암(110)과가까운 위치로 회전되고 로어암(110)도 동시에 연결암(130)과 가까운 위치로 회전되는바, 쇽업소버(310)가 휠(400) 범프량과 실질적으로 동일한 압축량을 갖도록 구성된다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예로서, 쇽업소버(310)가 연결암(130)과 로어암(110) 사이에 위치하는 경우 범프양에 따른 휠(400) 및 쇽업소버(310)의 변위값 데이터를 도시하고 있다.
본 발명과 비교하여, 비교예로서, 쇽업소버(310)의 일단이 차체 프레임에 체결되고 타단이 로어암(110)에 위치하는 현가장치를 대상으로 휠(400) 범프시 데이터를 측정하였다.
차체 프레임과 로어암(110)에 사선으로 체결되는 도 1에 개시된 비교예에서는 휠(400) 범프량이 50mm인 경우 쇽업소버(310)의 길이 변화량이 23mm로 측정되는바, 쇽업소버(310)의 레러비가 0.46임을 알 수 있다.
이와 비교하여, 본 발명의 일 실시예로서, 어퍼암(120)과 연결암(130)의 길이가 동일한 독립 현가장치의 경우, 휠(400) 범프량이 50mm인 경우 쇽업소버(310)의 길이 변화량이 57mm로 측정되는바, 쇽업소버(310)의 레버비가 1.14임을 나타내고 있다.
즉, 본 발명은 연결암(130)과 로어암(110) 사이에 위치하는 쇽업소버(310)의 구성을 포함하고, 휠(400) 범프시 연결암(130)과 로어암(110) 사이의 거리가 가까워 지는바, 쇽업소버(310)의 레버비가 실질적으로 1에 가까운 값을 갖도록 구성된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 현가 시스템
110: 로어암
120: 어퍼암
130: 연결암
140: 휠너클
200: 모터 어셈블리
310: 쇽업소버
320: 현가 스프링
330: 회전핀
400: 휠
410: 인휠 모터
420: 제동 장치

Claims (7)

  1. 휠과 체결되고 조향입력에 따라 회전되는 휠너클;
    상기 휠너클의 일단에 위치하여 휠너클을 회전시키는 모터 어셈블리;
    상기 모터 어셈블리에 체결되는 어퍼암;
    일단이 차체에 체결되고 타단이 상기 휠너클에 위치하는 로어암;
    상기 어퍼암과 일체로 구성되는 연결암;
    상기 어퍼암과 상기 연결암이 인접한 위치에 상기 어퍼암과 상기 연결암이 일체로 회전되도록 구성되는 회전핀; 및
    상기 연결암과 상기 로어암 사이에 위치하고, 상기 연결암에 수직으로 체결되는 쇽업소버;를 포함하는 독립 현가 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 어퍼암과 상기 연결암은 상기 회전핀을 기준으로 서로 동일한 길이를 갖도록 구성되는 독립 현가 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 쇽업소버의 레버비가 0.9 내지 1.2를 갖도록 구성되는 독립 현가 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 휠너클과 체결되는 인휠모터;를 더 포함하는 독립 현가 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리는 상기 휠너클을 차량의 길이 방향으로 최대 180도 회전가능하도록 구성되는 독립 현가 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 휠너클은 상기 어퍼암과 모터 어셈블리가 체결되는 일단 및 상기 로어암과 체결되는 휠너클의 일단을 기준축으로 회전되도록 구성되는 독립 현가 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 로어암과 상기 휠너클은 볼조인트 또는 유니버셜 조인트로 체결되는 독립 현가 시스템.


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