현가 장치 2(Suspension System)

※ 자동차 움직임에 대한 요구 사항

• 스프링 장력의 상반된 요구(스프링 시스템 장력 제어) : 완벽한 노면과의 접0지성을 위해서는 딱딱한 스프링이, 승차감을 위해서는 유연한 스프링 시스템이 좋다.

 

• 부하가 변동해도 안정된 자세 유지 : 적재함에 짐이 많이 실려도 전/후 차고의 변화가 없어야 하고, 커브를 선회할 때에도 커브 바깥쪽으로 차체가 심하게 기울어져서는 안 된다(Anti rolling). 또 발진할 때의 과도한 Squat, 제동할 때의 과도한 Drive 를 방지 해야 한다.

 

• 차고 제어의 필요성 : 차고는 고속으로 주행할 때에는 낮은 것이 좋고, 험로를 주행할 때에는 높은 것이 좋다.

 

• 운전자 요구에 대응 : 스포츠 모드는 딱딱한 스프링 시스템을, 컴포트 모드는 유연한 스프링 시스템을 요구한다.

※ 자동차의 다이브, 스퀏, 롤 그리고 피치

① 다이브(dive) 현상 : 주행 중 급제동 시에 앞쪽은 내려가고 뒤쪽은 상승하는 현상.

② 스쿼트(squat) 현상 :급출발할 때나 급가속 시에 앞쪽은 상승하고 뒤쪽은 내려가는 현상.

③ 롤 현상 : 코너링시 원심력에 의해서 차량이 바깥방향으로 쏠리는 현상.

④ 바운싱 현상 : 요철 주행 시 차량이 평행한 상태로 상하로 움직이는 현상.

⑤ 피칭 현상 : 요철 주행 시 차량의 앞뒤가 반대방향으로 움직이는 현상.

 

 

 

 

 

※ 고정축 현가장치와 독립 현가 장치

 

● 고정축 현가 장치(Dependent Suspension System)

좌 우 바퀴가 하나의 고정축에 연결된 현가 방식을 말한다.

● 독립 현가 장치(Independent Suspension System)

좌 우 바퀴에 각각 독립적으로 연결된 현가 장치를 말한다. 한쪽 차륜의 상하 진동이 반대편 차륜에 영향을 미치지 않고 스프링 아래 질량을 가볍게 할 수 있다.

 

 

 

 

 

※ 후방 현가장치

 

※ 판 스프링식 후방 현가 장치

● 판 스프링식 현가 장치는 강도가 크고 구조가 간단하기 때문에 대형트럭이나 버스 등의  후방 현가 장치로 많이 사용되고 있다.

● 이 형식은 주행 중 도로면에서 받는 진동이나 충격 에너지를 판 스프링으로 흡수하는 형식이다.

● 판 스프링은 자체 감쇠 특성을 가지므로 별도의 쇽 업소버를 사용하지 않을수도 있다.

● 판스프링이 종감속기어와 차동 기어, 타이어와 구동 축이 연결된 Axle Housing의 전 후방과 좌 우 운동을 제한한다.
→ Axle Housing의 상 하 운동만 허용.

※ 코일 스프링 후방 현가 장치

● 승용차에 주로 사용되는 코일 스프링 형식 (후륜구동)

전후방과 횡 방향 운동을 제한하지 못하는 코일 스프링의 특성을 보완하기 위하여 Lower Control Arm과 Upper Control Arm, Spindle을 설치하여 Axle Housing의 전 후방과 횡방향 운동을 제한한다.
→ Axle Housing의 상 하 운동만 허용.

●  승합차, 픽업 트럭에 주로 사용하는 코일 스프링 형식 (후륜구동)

Lower Control Arm과 Upper Control Arm, Track Rod를 설치하여 Axle Housing의 전 후방과 횡방향 운동을 제한한다.
→ Axle Housing의 상 하 운동만 허용.

● 전륜 구동 코일 스프링 후방 현가 장치

Tie Rod가 차륜의 전 후방 운동을 제한하고, Lower Control Arm이 차륜의 횡방향 움직임을 제한하여 Axle Housing의  
→ Axle Housing의 상 하 운동만 허용.

※ 스트럿 형의 후방 현가 장치

Coil Spring과 쇽 업쇼버가 함께 조립된 형식으로 스프링과 쇽업쇼버를 별도로 부착하지 않아도 되어 구조가 단순하다. Tie Rod가 차륜의 전 후방 운동을 제한하고 Control Arm이 차륜의 횡방향 움직임을 제한한다. 

※ 토션 바형 후방 현가 장치

Tie Rod가 차륜의 전 후방 운동을 제한하고 Trailing Arm이 차륜의 횡방향 움직임을 제한하여 Axle Housing의 전 후방과 횡방향 운동을 제한한다.

 

 

 

※ 전방 현가 장치

차량의 앞부분의 중량을 지지하고, 도로 충격을 흡수하여 노면 상태를 탑승자에게 전달해주는 것을 막아 승차감을 좋게한다. 또한 조향을 제어하고 바퀴를 정렬하여 자동차의 자세를 유지시키고 주행성이 좋도록 한다.

※ 더블 위시본식(doble wishbone type) 

바퀴와 차체의 연결 장치인 컨드롤 암의 모양이 새의 가슴뼈와 닮은 데서 위시본이라 하고, 위시본이 상 하 2개로 구성된 것을 더블 위시본이라 한다.

● 2개의 링크기구가 평행 사변형적인 운동을 하므로 타이어의 노면과의 접지성이 양호하다.

● 2개의 암이 동시에 바퀴를 지지하므로 설계가 자유롭고 형태나 배치 방식에 따라 얼라인먼트 변화나 차량의 자세를 자유롭게 조절 할 수 있다.

● 가성과 내구성, 조종 안정성이 모두 높아 안정성을 중시하는 고급 승용차나 경주용 차량에 많이 쓰인다.

● 맥퍼슨 스트럿 형에 비해 구조가 복잡하고 가격이 비싸며 공간도 많이 차지하는 것이 단점이다.

※ 2개의 암의 형태나 배치 방식에 따른 휠 얼라인먼트 변화 사례

차륜이 상하로 진동할때, 컨트롤 암의 길이, 설치 각도등에 따라서 캠버와 토가 변하는 방향이 달라진다.

※ 맥퍼슨 스트럿식 

맥퍼슨이 개발하여 맥퍼슨 스트럿 방식 서스펜션이라고 한다. 쇼크 업소버를 내장하고 있고, 스프링을 장착한 지주(스트럿)을 세로로 배치하여, 위쪽 끝을 차체에 붙이고 아래쪽 끝을 Low arm 으로 지탱하는 구조이다.

● 더블 위시본에 비해 구조가 단순하고 부품수도 적어 제작비가 싸고 보수가 용이하다.

● 차체가 롤링할 때 상하 운동에 대해서도 캠버, 캐스터, 트레드 변화가 비교적 작다.

● 단점으로는 Upper Arm을 겸하게 되는 쇼크 업소버가 바퀴에 작용하는 외력(제동력, 가속력, 선회력)을 흡수해야 하는 부담이 크다.

● 설치 공간을 작게 차지하므로 엔진실의 유효 공간을 크게 할 수 있다.

● 전륜구동 자동차의 전방 현가 장치로 많이 쓰인다.

※ 멀티 링크 현가 장치

더블 위시본 서스펜션을 기본으로 하여 개발한 방식이다. 위 아래 두 개의 서스펜션암으로 이루어지는 더블 위시본 서스펜션과 달리 1개의 차륜의 다수의 링크가 설치되는 방식이다. 모든 링크가 물리적으로 떨어져 있으므로 배치가 자유롭고, 설계를 정교하게 할 수 있다.

● 여러 개의 링크가 지지하므로 바퀴에 구동력이 걸린 상태에서 서스펜션이 상할로 이동했을때 일어나는 휠 얼라인먼트 변화에 대처하기 쉽고, 타이어를 노면에 접지시키는 능력이 뛰어나다.

● 구조가 복잡해서 제작비가 비싸고 무게도 많이 나가지만, 휠 얼라인먼트 변화를 항상 최적 상태로 제어하여 조종 안정성을 확보할 수 있다.
→ 고급차와 스포츠가에 쓰인다.

※ 스테빌라이저 바

● 스테빌라이저는 토션 바를 U자형으로 하여 양단을 좌 우 Lower Control 암에 연결하고 중앙부는 고무 부싱을 사이에 두고 차체에 고정한 형식이다.

● 좌 우 차륜이 동시에 상하 운동을 할 때에는 작용하지 않으나, 좌/우 차륜이 다르게 움직일 때는 차량이 수평을 유지하게 한다.

● 독립 현가식에 사용되고 궁극적으로 주행 성능과 밀접한 관계가 있는 롤링을 최소화 시키는 역할을 한다.