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KR20130101684A - 차량용 서스펜션의 스프링 - Google Patents

차량용 서스펜션의 스프링 Download PDF

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KR20130101684A
KR20130101684A KR1020120022597A KR20120022597A KR20130101684A KR 20130101684 A KR20130101684 A KR 20130101684A KR 1020120022597 A KR1020120022597 A KR 1020120022597A KR 20120022597 A KR20120022597 A KR 20120022597A KR 20130101684 A KR20130101684 A KR 20130101684A
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Abstract

본 발명은, 서스펜션에 설치된 로워시트와 차체 사이에 지지되도록 마련되어 탄성력을 제공하며, 내부가 중공되어 주름관 형상으로 형성된 스프링;을 포함하여 구성되는 차량용 서스펜션의 스프링이 소개된다.

Description

차량용 서스펜션의 스프링{SPRING OF SUSPENSION FOR VEHICLE}
본 발명은 서스펜션의 금속재 스프링을 복합 재질을 갖는 주름관 형상의 스프링으로 대체하도록 하는 차량용 서스펜션의 스프링에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 차체는 타이어와 연결되는 서스펜션에 의해 지지되며, 서스펜션은 차량 주행 중에 발생하는 각종 진동과 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고, 노면 상태에 따라 차체의 전체적인 밸런스를 조정하게 된다.
또한, 선회시에는 원심력에 대항하여 운전자의 안정적인 조종성을 확보하도록 하여, 원심력에 따른 일방향으로의 기울임 현상을 방지하는 역할을 한다.
한편, 서스펜션에 설치되는 스프링은 상하 방향의 운동에 대해 반력을 제공하여 서스펜션의 기구학적 거동에 가장 큰 영향을 주는 핵심 부품이다. 이러한, 서스펜션에 주로 사용되는 스프링은 스프링강을 적층하여 사용하는 리프 스프링(leaf spring)과, 코일 모양으로 둥글게 감아 만든 코일 스프링(coil spring)이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(10)이 사용되는 서스펜션(1)의 경우, 코일 스프링(10)의 상단에 차체에 결합될 수 있도록 인슐레이터(12)가 마련되며, 코일 스프링(10)의 하단은 스트럿의 일부에 지지될 수 있도록 스트럿에 고정된 로워시트(14)의 상면에 안착된다.
이같은, 코일 스프링(10)은 주로 금속 재질로 제조되고 있으며, 차량에 장치되는 구조 특성상 외부로 노출되기 때문에 부식을 방지하기 위해 표면에 도장을 하여 사용하는 것이 일반적이다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 각종 주행 환경에 의해 도장이 벗겨져 내부 금속이 노출될 경우, 부식 등으로 인한 내구성 문제가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 서스펜션기구의 경량화를 위해 고장력강으로 스프링강을 사용할 경우, 실리콘계의 첨가로 인해 스프링의 취성이 강해져서 매우 급격하게 파단이 발생하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 서스펜션의 스프링을 복합 재질의 주름형 스프링으로 마련하여 하중을 줄이고 진동을 저감하도록 하는 차량용 서스펜션의 스프링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 스프링의 테두리에 슬릿을 형성하여 스프링의 강성 및 비선형성을 향상시키는 차량용 서스펜션의 스프링을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 서스펜션에 설치된 로워시트와 차체 사이에 지지되도록 마련되어 탄성력을 제공하며, 내부가 중공되어 주름관 형상으로 형성된 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스프링은 이종의 재질이 복합되어 제조될 수 있다.
상기 스프링은 내층과 외층으로 이루어지며, 내층과 외층이 서로 다른 재질로 구성될 수 있다.
상기 스프링은 내층이 탄성재질로 형성되며, 외층이 고강성재질로 형성될 수 있다.
상기 스프링의 외부측에 홈 형상으로 슬릿을 형성하여, 스프링의 비선형 특성을 제어하도록 할 수 있다.
상기 슬릿은 스프링의 축선방향에 대해 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 스프링의 산 끝부분에 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 스프링의 산 부분마다 형성되되, 상기 슬릿들은 축선방향을 기준으로 동일한 수직선상에 형성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 스프링의 내층과 외층이 서로 다른 이종의 재질로 제조됨으로써, 복합재질로 이루어진 스프링의 감쇠계수가 높아 금속재 스프링에 비해 서스펜션의 진동이 더 빠르게 줄어들기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있으며, 스프링을 통해 전달되는 휠의 진동도 더 빠르게 감쇠시키는 효과가 있다.
더욱이, 복합재질 스프링의 중량이 금속재의 코일 스프링의 중량보다 훨씬 가볍기 때문에, 스프링의 고유 진동수가 금속 스프링에 비해 높게 나타나게 됨으로써, 차량의 주행 중 입력되는 저주파수 대역의 하중과 공진이 발생할 위험이 줄어들어 NVH성능이 우수한 효과도 있다.
또한, 스프링에 슬릿을 형성하거나, 스프링의 외경, 주름각 등의 단면 구조를 변경하여 스프링의 강성 및 비선형성을 임의로 조절할 수 있으므로, 서스펜션이 요구하는 스프링의 특성을 만족하도록 스프링을 설계하여 차량의 조종안정성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 서스펜션의 코일 스프링 장착 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 코일 스프링의 도막박리 및 파단 현상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 주름형 스프링의 형상을 도시한 정면도.
도 4는 본 발명에 의한 스프링을 절개하여 내층과 외층의 구조를 확대하여 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 스프링에 슬릿이 형성된 형태를 나타낸 사시도 및 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 복합재질의 스프링과 종래의 금속 스프링의 진동 감쇠 정도를 비교하여 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 의한 복합재질의 스프링과 종래의 금속 스프링의 고유 진동수와 그에 따른 스프링의 형상을 비교하여 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 의한 스프링에서 주름각과 골부분 외경 및 산부분 외경 변화에 따른 스프링 특성을 비교하여 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 스프링에서 슬릿의 유무 및 형성 개수에 따른 스프링의 비선형 특성을 비교하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 주름형 스프링(100)의 형상을 도시한 정면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 스프링(100)은 서스펜션에 설치된 로워시트(300)와 차체(200) 사이에 지지되도록 마련되어 탄성력을 제공하며, 내부가 중공된 주름관의 형상으로 형성된다.
구체적으로, 상기 스프링(100)의 상단은 인슐레이터(도시 생략) 등을 통하여 차체(200)에 지지되며, 상기 스프링(100)의 하단은 서스펜션의 스트럿에 설치된 로워시트(300)의 상면에 안착 및 지지되도록 설치될 수 있다.
즉, 종래의 코일형 스프링을 대체하여 주름형의 스프링(100)이 서스펜션에 설치된다. 이같은, 주름형의 스프링(100) 구조는 상하 방향 하중에 대해 주름 구조의 끝단부에서 탄성 변형으로 인한 반력이 발생하게 됨으로써, 하중이 제거되면 원래의 형상으로 회복되는 스프링(100)의 역할을 하게 된다.
또한, 하중이 일정 이상의 하중으로 매우 높게 작용하게 되는 경우, 주름 구조의 상하면이 서로 접촉하여 매우 높은 반력을 유지하게 되어, 기존의 금속재 스프링과 동일한 작동을 하게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 스프링(100)을 절개하여 내층(110)과 외층(120)의 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 스프링(100)은 이종의 재질이 복합되어 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 스프링(100)은 내층(110)과 외층(120)으로 이루어지며, 내층(110)과 외층(120)이 서로 다른 재질로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 내층(110)은 탄성재질로 형성되며, 외층(120)이 고강성재질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 고강성재질은 복합재질의 합금이거나 단일 금속일 수 있을 것이다.
즉, 본 발명은 내층(110)과 외층(120)의 이중 재질로 제조함으로써, 내층(110)은 진동 저감을 위한 탄성이 있는 소재를 적용하여 스프링(100)에 압축에 따른 내경 부분의 접촉시 충격을 저감하고, 높은 진동 감쇠력을 이용하여 서스펜션의 NVH성능이 향상된다.
또한, 외층(120)은 고강성 복합재로 성형하여 스프링(100)의 강성 특성을 갖도록 한다.
도 5는 본 발명에 의한 스프링(100)에 슬릿(130)이 형성된 형태를 나타낸 사시도 및 평면도이다.
도시된 바와 같이, 상기 스프링(100)의 외부측에 홈 형상으로 슬릿(130)을 형성하여, 스프링(100)의 비선형 특성을 제어하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 축선방향에 대해 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 스프링(100)의 길이방향으로 이어지는 중심의 축선을 기준으로 할 때, 이 축선방향과 수직하는 방향으로 슬릿(130)이 형성되는바, 상기 슬릿(130)이 주름형 스프링(100)에 방사상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 슬릿(130)은 하나 또는 복수 이상 형성될 수 있으며, 슬릿(130)의 개수에 따라 비선형의 특성이 달라지게 되는바, 사용자의 요구조건에 적합한 비선형성을 제어하도록 슬릿(130)의 개수를 조절하여 형성할 것이다.
아울러, 상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 산(140) 끝부분에 형성될 수 있다. 또한, 상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 산(140) 부분마다 형성되되, 상기 슬릿(130)들은 축선방향을 기준으로 동일선상에 형성될 수 있다.
즉, 주름형의 스프링(100)의 형상이 산(140)부분과 골(150)부분이 반복되는 구조로 이루어지게 되는데, 상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 산(140) 끝부분에 형성될 수 있다. 그리고, 스프링(100)의 형성된 각각의 산(140)부분에는 슬릿(130)이 동일한 수직선상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아닐 것이다.
본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 복합재질의 스프링(100)과 종래의 금속 스프링의 진동 감쇠 정도를 비교하여 나타낸 것이다. 일반적으로, 복합재질은 단일 금속재질에 비해 재질의 감쇠 계수(damping coefficient)가 높기 때문에 동일한 진동이 발생할 경우, 진동이 더 빨리 감쇠된다. 즉, 복합재질로 형성된 본 발명의 스프링(100)의 경우, 금속재의 코일 스프링에 비해 서스펜션의 진동이 더 빠르게 줄어들기 때문에 승차감을 향상시킬 수 있으며, 스프링(100)을 통해 전달되는 휠의 진동도 더 빠르게 감쇠되어 차량으로 전달하게 된다.
도 7은 본 발명에 의한 복합재질의 스프링(100)과 종래의 금속 스프링의 고유 진동수와 그에 따른 스프링(100)의 형상을 비교하여 나타낸 것이다.
즉, 동일한 강성을 나타내는 스프링(100) 구조에서 본 발명의 복합재질 스프링(100)의 중량이 금속재의 코일 스프링의 중량보다 훨씬 가볍기 때문에, 스프링(100)의 고유 진동수가 금속 스프링에 비해 높게 나타난다(49.9Hz→70.9Hz). 따라서, 차량의 주행 중 입력되는 저주파수 대역(50Hz이하)의 하중과 공진이 발생할 위험이 훨씬 적기 때문에 NVH 관련 성능이 매우 우수하게 나타나게 된다.
도 8은 본 발명에 의한 스프링(100)에서 주름각(θ)과 골(150)부분 외경(D1) 및 산(140)부분 외경(D2) 변화에 따른 스프링(100) 특성을 비교하여 나타낸 것으로, 주름각(θ)과, 골(150)부분 외경(D1)과, 산(140)부분 외경(D2) 또는 내층(110) 및 외층(120)의 두께를 변화하게 되면, 하중에 대한 스프링(100) 변위의 특성이 도 8에 도시된 바와 같이 변경된다. 따라서, 위와 같은 스프링(100)의 설계 변수 변경을 통해 사용자의 요구조건에 맞는 스프링(100) 특성을 설계할 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 스프링(100)에서 슬릿(130)의 유무 및 형성 개수에 따른 스프링(100)의 비선형 특성을 비교하여 나타낸 것으로, 스프링(100)의 비선형 특성이 도 9에 도시된 바와 같이 변경된다. 따라서, 이를 이용하여 사용자의 요건조건에 적합한 스프링(100)의 비선형특성을 제어하도록 스프링(100)을 설계할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 스프링 110 : 내층
120 : 외층 130 : 슬릿
140 : 산 150 : 골
200 : 차체 300 : 로워시트

Claims (8)

  1. 서스펜션에 설치된 로워시트(300)와 차체(200) 사이에 지지되도록 마련되어 탄성력을 제공하며, 내부가 중공된 주름관 형상으로 형성된 스프링(100);을 포함하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스프링(100)은 이종의 재질이 복합되어 제조된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스프링(100)은 내층(110)과 외층(120)으로 이루어지며, 내층(110)과 외층(120)이 서로 다른 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스프링(100)은 내층(110)이 탄성재질로 형성되며, 외층(120)이 강성재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스프링(100)의 외부측에 홈 형상으로 슬릿(130)을 형성하여, 스프링(100)의 비선형 특성을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 축선방향에 대해 수직한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 산(140) 끝부분에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬릿(130)은 스프링(100)의 산(140) 부분마다 형성되되, 상기 슬릿(130)들은 축선방향을 기준으로 동일선상에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 서스펜션의 스프링.
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