KR102417364B1 - 차량의 스트럿형 현가장치 - Google Patents

Abstract

차량의 스트럿형 현가장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치는, 전동식 파워 조향 시스템과 연결되는 너클과, 너클과 결합되는 스트럿과, 스트럿에 구비된 상부 시트 및 하부 시트 사이에 설치되는 스프링과, 상부 시트와 결합되는 베어링 어셈블리와, 베어링 어셈블리와 차체 사이에 개재되는 인슐레이터를 포함하며, 베어링 어셈블리는 노면 외란에 의한 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지하고 감지 신호를 제어기로 출력하는 회전각 감지유닛을 포함할 수 있다.

Description

차량의 스트럿형 현가장치{STRUT TYPE SUSPENSION}

본 발명의 예시적인 실시 예는 차량의 스트럿형 현가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 직진 주행 안정성을 도모할 수 있는 차량의 스트럿형 현가장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서의 조향장치는 운전자가 조향 핸들에 가한 회전력에 근거하여 조향륜의 조향각을 변화시키는 장치로서, 조향륜인 전륜이 항상 바른 자세를 유지하고, 조향 핸들의 조작이나 외부 힘에 의해 주행 방향이 잘못 되었을 때는 즉시 직진 상태로 복귀하고, 조향 핸들 조작도 경쾌하게 이루어질 수 있도록 구성된다.

또한, 조향륜은 조종 안정성과 운동 성능을 포함하는 핸들링 성능을 안정되게 유지할 수 있도록 하기 위하여 앞 바퀴 얼라인먼트라고 불리는 공지의 캠버각, 킹핀 경사각, 토우-인, 캐스터로 이루어지는 4개의 요소와, 선회 시 조향륜이 옆으로 미끄러지지 않도록 하는 요소로서의 조향각 편차 등의 조건을 충족할 수 있도록 현가장치에 의하여 기하학적인 구조로 차체에 연결된다.

상기에서 현가장치는 차량의 주행 중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 운전행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공하며, 불규칙한 노면의 주행 시 타이어 접지 면에서의 수직하중을 적절한 수준으로 유지하여 선회, 제동, 구동 시 차량의 조종성 및 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조건을 만족시킬 수 있도록 조향륜을 차체에 연결한다.

상기 조건을 만족시키기 위해서는 지오메트리에 의한 조향륜의 자세가 매우 중요한 요소로 작용하게 되는데, 조향륜의 자세는 차체와의 상대 운동에 따라 크게 변하게 되며, 변하는 조향륜의 자세에 따라 차량의 전체적인 성능을 크게 좌우하게 된다.

이에 따라 최근의 현가장치는 본 발명이 관계하는 조향장치와 함께 상기 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 다양하게 개발되어 꾸준한 발전이 거듭되고 있다.

상기의 요구 조건을 고려하여 조향륜 현가장치의 작동을 살펴보면, 직진 시에는 노면의 요철에 의한 조향륜의 범프/리바운드와, 감가속에 따른 차체의 다이브/리프트 모션에 의한 조향륜의 범프/리바운드가 연속적으로 발생하며, 이때에는 조향륜의 토우 변화가 작을수록 승차감이 좋아지고, 선회 시에는 조향륜의 토우 변화를 만들어 언더스티어 특성에 의한 핸들링 안정성을 향상시킬 수 있다.

그러나 기존의 현가장치와 조향장치에서는 상기와 같이 승차감을 위하여 범프 시에 토우 변화를 줄이고, 핸들링 안정성을 위하여 범프 시에 토우 변화를 크게 하는 조건을 양립시킬 수 없으며, 어느 한쪽을 손해 볼 수 밖에 없는 상충관계이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들은 노면 외란에 의한 차륜의 토우 변화로 조향 휠에 입력되는 조타력을 억제함으로써 차량의 직진 주행 안정성을 도모할 수 있도록 한 차량의 스트럿형 현가장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치는, 전동식 파워 조향 시스템과 연결되는 너클과, 상기 너클과 결합되는 스트럿과, 상기 스트럿에 구비된 상부 시트 및 하부 시트 사이에 설치되는 스프링과, 상기 상부 시트와 결합되는 베어링 어셈블리와, 상기 베어링 어셈블리와 차체 사이에 개재되는 인슐레이터를 포함하며, 상기 베어링 어셈블리는, 노면 외란에 의한 상기 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지하고 감지 신호를 제어기로 출력하는 회전각 감지유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량의 스트럿형 현가장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 회전각 감지유닛에 의해 상기 킹핀축의 회전각을 취득하고, 이에 상응하는 역 보상의 토크 발생 신호를 상기 조향 시스템의 구동모터에 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량의 스트럿형 현가장치에 있어서, 상기 베어링 어셈블리는 상기 인슐레이터에 장착되는 어퍼 케이스와, 상기 상부 시트에 장착되며, 상기 어퍼 케이스와 상대 회전 가능하게 결합되는 로워 케이스와, 상기 어퍼 케이스 및 로워 케이스의 사이에 설치되는 스트럿 베어링과, 상기 어퍼 케이스와 로워 케이스 사이를 실링하는 씨일부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량의 스트럿형 현가장치에 있어서, 상기 회전각 감지유닛은 상기 로워 케이스에 설치되는 자기체와, 상기 자기체에 대응하여 상기 어퍼 케이스에 설치되는 홀 센서부를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 제어 방법은, 전동식 파워 조향 시스템과, 상술한 바와 같은 스트럿형 현가장치를 포함하는 차량에 있어서, 조향 휠의 조작이 있는지를 판단하고, 상기 조향 휠의 조작이 없을 때, 회전각 감지유닛을 통하여 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지하며, 상기 킹핀축의 회전각에 상응하는 역 보상의 토크 발생 신호를 상기 조향 시스템의 구동모터에 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량 제어 방법은, 상기 스트럿형 현가장치의 베어링 어셈블리에 구비된 상기 회전각 감지유닛을 통하여 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차량 제어 방법에 있어서, 상기 회전각 감지유닛은 상기 베어링 어셈블리의 로워 케이스에 설치되는 자기체와, 상기 자기체에 대응하여 상기 베어링 어셈블리의 어퍼 케이스에 설치되는 홀 센서부를 제공할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예는 노면 외란에 의한 차륜의 토우 변화로 조향 휠에 입력되는 조타력을 MDPS의 역 보상 토크로 억제함으로써 운전자의 수정 조타없이 차량의 직진 주행 안정성을 도모할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치에 적용되는 베어링 어셈블리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치를 이용한 차량 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...부", " "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치(100)는 차체와 차축 사이를 연결하여 차량의 중량을 지지하고, 차륜에서 발생되는 진동을 흡수하는 동시에 차량의 조향 시스템이 일부 설치되는 전방 현가장치에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 스트럿형 현가장치(100)는 독립 현가식의 전방 현가장치로 맥퍼슨 타입(Macpherson type)으로 구비될 수 있다. 상기 스트럿형 현가장치(100)는 차량의 주행 중에 발생되는 노면의 불규칙한 입력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 운전행위 및 노면의 굴곡에 의해 발생된 차체의 흔들림을 적절히 제어하여 운전 편의성을 제공한다.

이러한 스트럿형 현가장치(100)는 기본적으로, 조향 시스템(1)과 실질적으로 연결되는 너클(10)과, 너클(10)과 결합되는 스트럿(20)과, 스트럿(20)에 구비된 상하부 시트(31, 32) 사이에 설치되는 스프링(30)과, 상부 시트(31)와 결합되는 베어링 어셈블리(50)와, 베어링 어셈블리(50)와 차체(S) 사이에 개재되는 인슐레이터(70)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 스트럿(20)은 쇽 업소버를 포함하며, 그 쇽 업소버와 스프링(30)은 차륜(W)을 통해 차체(S)로 전달되는 진동이나 충격을 흡수하여 완화시키는 역할을 한다.

상기 스트럿(20)은, 조향 시스템(1)의 작동에 따라 타이로드(9)를 통하여 너클(10)이 회동되면서 차륜(W)이 조향될 때, 너클(10)과 함께 회전한다. 상기 스트럿(20)의 상단부는 차체(S)에 결합되기 때문에 그 스트럿(20)은 차체(S)에 대해 상대 회전이 가능하다. 그리고, 상기 스트럿(20)의 상대 회전이 가능하도록 하기 위해 그 스트럿(20)의 상단부는 차체(S)에 베어링 어셈블리(50)와 인슐레이터(70)를 매개로 장착된다.

한편, 차륜(W)은 킹핀축(KA)을 중심으로 조향된다. 상기 킹핀축(KA)은 스트럿(20)의 상측 지지점과 너클(10)의 하측 지지점을 연결하는 직선으로서, 스트럿(20)측의 상측 지지점에서는 베어링 어셈블리(50) 및 인슐레이터(70)에 의해 너클(10) 측의 하측 지지점에서는 도시하지 않는 볼 조인트에 의해 각각 킹핀축(KA) 주위로 회전 가능하게 피벗 지지된다. 이와 같은 킹핀축(KA)과 스트럿(20)의 축심선(AL)을 일치시키는 것은 곤란하고, 일반적으로 킹핀축(KA)은 스트럿(20)의 축심선(AL)보다도 차체(S)의 외측으로 경사져 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 적용되는 상기 조향 시스템(1)은 전동식 파워 스티어링(Motor Driven Power Steering: MDPS) 시스템으로 구비된다. 상기 조향 시스템(1)은 구동모터(3)의 구동력으로 조향 휠(5)에 조향 토크를 인가한다.

이러한 전동식 파워 스티어링 시스템은 차량의 속력 등을 고려하여 알맞은 힘을 조향 휠(5)에 제공하도록 구동모터(3)를 구동함으로써 조동력을 보조하는 공지 기술의 MDPS 시스템으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다른 한편, 상기 스트럿형 현가장치(100)를 채용한 차량에서는 노면의 요철에 의한 차륜(W)의 범프 시, 차륜(W)의 토우 변화로 인해 킹핀축(KA)을 중심으로 한 너클(10)의 회전을 야기하여 운전자의 의도와 무관하게 조향 휠(5)에 조향력이 제공된다. 이로 인해 운전자는 직진 주행 중에도 조향 휠(5)이 움직이지 않도록 수정 조타를 취해야 하므로, 결과적으로는 조향 휠(5)의 조타력 입력으로 인해 직진 주행 안정성이 저하될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치(100)는 노면 외란에 의한 차륜(W)의 토우 변화로 조향 휠(5)에 입력되는 조타력을 억제함으로써 차량의 직진 주행 안정성을 도모할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치(100)에서 상기 베어링 어셈블리(50)는 노면 외란에 의한 스트럿(20)의 회전에 따른 킹핀축(KA)의 회전각을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력하는 회전각 감지유닛(60)을 포함하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치에 적용되는 베어링 어셈블리를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 베어링 어셈블리(50)는 기본적으로, 인슐레이터(70)에 장착되는 어퍼 케이스(51)와, 스트럿(20) 상부 시트(31)에 장착되며, 그 어퍼 케이스(51)와 상대 회전 가능하게 결합되는 로워 케이스(53)와, 어퍼 케이스(51) 및 로워 케이스(53)의 사이에 설치되는 스트럿 베어링(55)과, 어퍼 케이스(51)와 로워 케이스(53) 사이를 실링하는 씨일부재(57)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 스트럿 베어링(55)은 어퍼 케이스(51)에 배치되는 아웃터 레이스(56a)와, 로워 케이스(53)에 배치되는 인너 레이스(56b)와, 아웃터 레이스(56a)와 인너 레이스(56b) 사이에 개재되는 전동체 볼(56c)들을 포함하고 있다.

이와 같은 베어링 어셈블리(50)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 스트럿형 베어링 어셈블리의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 회전각 감지유닛(60)은 로워 케이스(53)에 설치되는 자기체(61)와, 그 자기체(61)에 대응하여 어퍼 케이스(51)에 설치되는 홀 센서부(63)를 포함한다.

상기 자기체(61)는 어퍼 케이스(51)에 대해 상대 회전하는 로워 케이스(53)에 고정되게 설치된다. 상기 자기체(61)는 자석을 포함하는데, 로워 케이스(53)와 함께 회전하면서 자계의 방향이 변하게 된다.

상기 홀 센서부(63)는 스트럿(20)의 회전에 따른 킹핀축(KA)의 회전각을 감지하기 위한 것으로, 칩 형태로 패키징 되며, 어퍼 케이스(51)에 고정되게 설치된다. 상기 홀 센서부(63)는 자기체(61)와의 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 킹핀축(KA)의 회전각을 측정할 수 있는 홀 IC를 포함한다.

상기 홀 IC는 자계 측정 센서로서 로워 케이스(53)의 회전에 의해 변화하는 자기체(61)의 자계를 감지하며 전류를 발생시키고, 그 전류의 출력 값을 통하여 킹핀축(KA)의 회전각을 측정할 수 있다.

상기에서 제어기(90)는 회전각 감지유닛(60)에 의해 킹핀축(KA)의 회전각을 취득하고, 이에 상응하는 역 보상의 토크 발생 신호를 조향 시스템(1)의 구동모터(3)에 인가할 수 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치(100)를 이용한 차량의 제어 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 스트럿형 현가장치를 이용한 차량 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

앞서 개시한 도면들 및 도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 차량의 직진 주행 시(S11 단계), 조향 시스템(1)의 조향각 센서(도면에 도시되지 않음)을 통해 조향 휠(5)의 조향각을 감지한다.

본 발명의 실시 예에서 제어기(90)는 조향각 센서로부터 제공받은 감지 신호를 분석하여 조향 휠(5)의 조작이 없는 것으로 판단되면(S12 단계), 회전각 감지유닛(60)을 통하여 노면 외란에 의한 스트럿(20)의 회전에 따른 킹핀축(KA)의 회전각을 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다(S13 단계).

여기서, 노면의 요철에 의한 차륜(W)의 범프 시, 차륜(W)의 토우 변화로 인해 스트럿(20)을 통하여 킹핀축(KA)을 중심으로 한 너클(10)의 회전을 야기하는데, 상기 회전각 감지유닛(60)의 자기체(61)는 베어링 어셈블리(50)의 로워 케이스(53)와 함께 회전하면서 자계의 방향이 변하게 된다.

그리고, 상기 회전각 감지유닛(60)의 홀 센서부(63)는 자기체(61)의 자계를 감지하며 전류를 발생시키고, 그 전류의 출력 값을 통하여 킹핀축(KA)의 회전각을 측정하고 그 측정 값을 제어기(90)로 출력한다.

그러면, 상기 제어기(90)는 노면 외란에 의해 킹핀축(KA)이 소정 회전각만큼 회전된 것으로 판단되면(S14 단계), 그 킹핀축(KA)의 회전각에 상응하는 역 보상의 토크 발생 신호를 조향 시스템(1)의 구동모터(3)에 인가한다(S15 단계).

이에 상기 구동모터(3)는 킹핀축(KA)의 회전각에 대응하여 역 보상의 토크를 발생시키며, 그 역 보상의 구동력을 조향 휠(5)에 인가한다(S16 단계). 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 조향 휠(5)에 역 보상의 구동력을 제공하며, 운전자의 수정 조타 없이 차량의 직진 주행을 구현할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 노면 외란에 의한 차륜(W)의 토우 변화로 조향 휠(5)에 입력되는 조타력을 억제함으로써 차량의 직진 주행 안정성을 도모할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 조향 시스템 3: 구동모터
5: 조향 휠 9: 타이로드
10: 너클 20: 스트럿
30: 스프링 31: 상부 시트
32: 하부 시트 50: 베어링 어셈블리
51: 어퍼 케이스 53: 로워 케이스
55: 스트럿 베어링 56a: 아웃터 레이스
56b: 인너 레이스 56c: 전동체 볼
57: 씨일부재 60: 회전각 감지유닛
61: 자기체 63: 홀 센서부
70: 인슐레이터 90: 제어기
AL: 축심선 KA: 킹핀축
S: 차체 W: 차륜

Claims (6)

1. 전동식 파워 조향 시스템과 연결되는 너클과, 상기 너클과 결합되는 스트럿과, 상기 스트럿에 구비된 상부 시트 및 하부 시트 사이에 설치되는 스프링과, 상기 상부 시트와 결합되는 베어링 어셈블리와, 상기 베어링 어셈블리와 차체 사이에 개재되는 인슐레이터를 포함하는 차량의 스트럿형 현가장치에 있어서,
   상기 베어링 어셈블리는, 노면 외란에 의한 상기 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지하고 감지 신호를 제어기로 출력하는 회전각 감지유닛을 포함하며,
   조향 휠의 조작이 있는지를 판단하고, 상기 조향 휠의 조작이 없을 때, 상기 회전각 감지유닛을 통하여 스트럿의 회전에 따른 킹핀축의 회전각을 감지하며, 상기 킹핀축의 회전각에 상응하는 역 보상의 토크 발생 신호를 조향 시스템의 구동모터에 인가하는 차량의 스트럿형 현가장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 회전각 감지유닛은,
   상기 베어링 어셈블리의 로워 케이스에 설치되는 자기체와, 상기 자기체에 대응하여 상기 베어링 어셈블리의 어퍼 케이스에 설치되는 홀 센서부를 포함하는 차량의 스트럿형 현가장치.

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