|
리프 스프링의 등장 |
현대적인 개념의 서스펜션 구조가 등장한 것은 무려 200여년전이다. 엔진이 개발되기도 전의 일이었다. 1805년 영국에서 자동차 역사에 있어 매우 획기적인 발명품이 등장했다. 마차 제작자인 오버디어 엘리오트가 반타원형의 리프스프링을 고안해 낸 것. 리프스프링은 길이가 다른 쇠나 나무판을 몇겹으로 겹쳐 만든 완충장치로서 간단한 구조에 비해 승차감과 안정성이 뛰어나 최근까지도 트럭등 화물차에 주로 쓰인다. 판 스프링이라고도 불린다.
엘리오트의 발명은 당시 마차 개발에 일대 변혁을 가져왔다. 반타원형 리프 스프링이 등장하기 이전에는 알파벳 C자 모양의 리프와 가죽벨트로 차체를지지하여 연결봉으로 앞,뒤 차축을 연결하는 방식이 주로 적용되었다.
반타원형 리프 스프링은 차체와 차축을 직접 연결해 앞뒤 차축을 잇던 연결봉을 없앨 수 있었다. 이에 따라 차 무게가 줄고 높이도 낮아져 타고 내리기가 편해졌다. 또 바퀴의 움직임에 따른 차체 흔들림도 감소해 승차감이 놀랄만큼 개선됐다. 이 방식은 코일 스프링이 개발되기 이전까지 최고의 차체 서스펜션으로 자리하였다.
현가 장치의 개요 |
서스펜션은 자동차의 승차감과 성능을 결정하는 핵심부품이다. 엔진성능이 아무리 뛰어나도 하체가 뒷받침이 되지 않으면 빠르고 안전하게 달릴 수 없다. 이 부품은 모양과 구조에 따라 탑승객들이 실제 사용하는 공간에 큰 영향을 주기 때문에 최근까지도 자동차 설계시 가장 중요한 사항으로 고려되고 있다.
|
현가장치(Suspension)는 차축과 차체를 연결하여, 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다. 노면에서 받는 충격을 완화하는 섀시 스프링과 섀시스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소오버 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스태빌라이저(Stabilizer) 등으로 구성되어 있다.
현가장치는 구동 바퀴에 발생하는 구동력이나 제동할 때에 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 때의 원심력에도 견디고, 각 바퀴를 차체에 대해 바른 위치로 지지하는 역할을 하며 이러한 역할을 하기 위하여 현가장치가 갖추어야 할 조건을 들면 다음과 같다.
①노면에서 받는 충격을 완화하기 위해 상하 방향으로 움직일 수 있는 상태의 결합이 필요하다.
②바퀴에 발생하는 구동력, 제동력 및 선회할 때의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평 방향으로 강한 결합이 필요하다.
이러한 조건은 서로 상반되는 것이나, 될 수 있는 한 두 조건을 충족하도록 여러 가지 형식이 고안되어 있다. 현가장치에 사용되는 스프링은 크게 강철스프링, 고무스프링, 가스스프링으로 나누어지고 강철스프링은 다시 리프스프링(Leaf Spring), 코일스프링(Coil Spring), 토션 바(Torsion Bar Spring)로 나누어진다. 코일스프링은 독립식에 가장 많이 사용되는데 차지하는 공간이 많지 않고 불확실한 마찰작용이 일어나지 않는 장점이 있다. 토션 바는 바의 비틀림 탄성에너지를 이용한 것으로 단위당 중량 흡수 에너지가 리프스프링의 3배, 코일스프링의 약 1.4배로 다른 스프링에 비해 가장 효과적인 스프링이다.
앞 현가장치 |
앞 현가장치는 프레임과 차축사이를 연결하여 차의 중량을 지지하고, 바퀴의 진동을 흡수함과 동시에, 조향기구의 일부를 설치하고 있는 장치이다. 또한 앞현가장치는 앞차축의 형식에 따라 차축현가식과 독립현가식(분할 차축식 현가장치)으로 나눌 수 있으며, 일반적으로 승차감이나 조종성을 중요시하는 승용차에서는 독립현가식을 많이 사용하고, 버스나 트럭에서는 차축현가식을 많이 사용한다.
1. 일체 차축현가식(Solid Axle Suspension)
일체로 된 차축에 양바퀴가 설치되고 다시 그것이 스프링을 거쳐 차체에 설치된 형식으로 버스, 트럭은 앞 뒤 차축에, 승용차는 일부 뒤 차축에 사용된다. 스프링으로는 판스프링이 주로 사용되며 그 배치에 따라 평행판 스프링형식과 옆방향판 스프링 형식이 있다. 일반적으로 평행판 스프링 형식이 사용되고 이외에 코일스프링, 공기스프링, 토오션 바 스프링 등이 사용된다.
2. 독립현가식(Independent Suspension)
독립현가식은 차축을 분할하여 양쪽 바퀴가 서로 관계없이 움직이게 하며 승차감이나 안정성이 향상되게 하는 것으로서 위시본(Wishbone)형식과 맥퍼슨(Macpherson)형식으로 크게 대분할 수 있는데, 요즘 생산되는 모든 승용차는 거의 맥퍼슨 타입의 현가장치를 채택하고 있다. 위시본 형식은 위·아래 콘트롤 아암(Upper and Lower Control Arm), 조향너클(Steering Knuckle), 코일 스프링(Coil Spring) 등으로 구성되어 있어 바퀴가 스프링에 의해 완충되면서 상하운동을 하게 되어 있다. 이 형식에서는 바퀴에 발생하는 제동력이나 선회력(Cornering Force)은 모두 콘트롤 아암이 지지하고 스프링은 수직 방향의 하중만을 지지하는 구조로 되어 있다. 맥퍼슨형식은 조향너클과 일체로 되어 있으며, 쇽업소바가 내부에 포함되어 있는 스트럿(Strut) 및 보올 조인트(Ball Joint), 콘트롤 아암, 스프링 등으로 구성되어 있다. 위시보운 형식에 비하여 구조가 간단하고 구성부품이 적고 정비가 용이하며 스프링 아랫무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 로드 홀딩(Road Holding) 및 승차감이 좋아 현재 널리 사용되는 형식이다.
▶ 위시본형 현가장치
위시본형(Wish Bone Type)은 바퀴에 발생하는 제동력이나 선회 구심력(Cornering Force)은 모두 서스펜션 암이 지지하고, 스프링은 수직방향의 하중만을 지지하는 구조로 되어 있다.
이 형식은 스프링의 배치나 사용하는 스프링의 종류에 따라 여러 가지 형식이 적용되고 있다.
▶ 맥퍼슨형 현가장치
맥퍼슨형(Strut Type or Mcpherson Type)은 조향 너클(Steering Knuckle)과 일체로 되어 쇽 업쇼버가 설치된 스트러트(Strut)과 현가 암, 현가 암과 아랫부분을 연결하는 볼 조인트(Ball Joint) 및 스프링 등으로 구성되어 있다.
스트러트의 윗부분은 서포트를 통해 차체에 결합되고, 서포트에는 스러스트 베어링과 접해있다. 차량의 무게는 서스펜션 서포트를 통해 차체가 지지하며, 조향을 하게 되면 너클과 함께 스트러트가 회전하도록 되어 있다.
최근에 생산하는 승용차의 앞 현가장치는 대부분 맥퍼슨형 현가장치를 사용하고 있다.
■ 뒷 현가장치 |
뒷 현가장치는 일반적으로 차축현가식을 많이 사용하고 있으나 승용차에서는 승차기분이나 안정성을 높이기 위해 독립현가식을 사용하고 있는 것도 있으며, 대개 다음과 같은 종류가 있다.
1. 차축현가식(Rigid Axle Suspension Type)
차축식은 좌우의 휠을 하나의 액슬로 연결해 스프링을 거쳐 차체를 떠받치는 현가방식으로 겹판스프링(Laminated Leaf Spring), 코일스프링(Coil Spring), 공기스프링형(Air Spring) 등이 있다.
2. 독립현가식(Independent Suspension)
뒤현가장치를 독립현가식으로 하면 스프링 아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 승차감이나 안정감이 좋아지고 차체의 바닥을 낮출 수 있어 실내공간이 커지는 등의 이점이 있어 스포츠카나 일부 승용차에 사용하고 있다.
현재 주로 많이 적용되고 있는 뒷 현가장치는 다음과 같다.
▶ 트레일링 암형
트레일링 암형(Trailling Arm)은 아래의 그림과 같이 차의 뒤쪽으로 향한 1개 또는 2개의 암에 의해 바퀴 지지하고 쇽 업쇼버와 코일 스프링 및 토션 바로 구성되어 있다.
이 형식은 구조가 간단하고 휠 얼라이먼트의 변화나 타이어의 마모가 적은 것이 장점이다. 이형식은 주로 소형 FF자동차의 뒤 현가장치로 많이 사용하고 있으며. FR차에서는 거의 사용하지 않고 있다.
▶ 5링크 트레일링형
5링크형(5 Link Type)은 FR자동차의 뒤 현가장치에 많이 사용되는 형식으로, 그림과 같은 구조로 되어 있다.
이 형식은 앞,뒤 하중울 받는 좌우 2개씩의 암과 가로 하중을 받는 래터럴 로드 등 5개의 링크와 코일 스프링 및 쇽 업쇼버로 구성되어 있으며, 주로 차축 고정식에서 사용한다.
▶ 토션 빔 액슬형(3링크형)
토션 빔 액슬형(Torsion Beam Axle Type)은 FF자동차 중 고급차의 뒤 현가장치로 많이 사용되고 있으며, 그림과 같은 구조로 되어 있다.
고강력 강판을 사용한 U자형 액슬 빔 양단의 트레일링 암, 레터럴 로드(Lateral Rod) 및 쇽업소버와 코일 스프링이 있고, 액슬 빔에 장치된 토션 바(Torsion bar)로 구성되어 있다.
이 형식은 차체로 전달되는 진동을 감소시켜 조향 안정성과 승차감이 좋다. 좌축 선회시 차체 경사에 의해 우측 트레일링 암은 떠오르기 때문에 액슬 빔 및 토션 바가 세게 비틀어지고, 이 비틀림에 대한 반력이 좌우 트레일링 암의 반대로 보정하는 방향으로 작용하기 때문에 차체의 경사를 억제하여 변화하지 않는 노면 캠버와 함께 뛰어난 주행 승차감을 얻을 수 있는 방식이다.
▶ 멀티 링크형
뒤 현가장치를 독립식으로 하면 스프링 하중을 작게 할 수 있으므로 승차감 및 홀딩이 향상되어 보디의 바닥을 낮출 수 있으므로 실내의 공간을 증대하는 등의 효과가 있으며 최근 승용차에 이 형식을 사용하고 있다.
그림에서 바퀴가 지지하는 암을 차체에 경사지게 장착한 형식이므로 트레일링 암과 스윙 액슬형의 중간적인 성격을 가진 현가장치로 세미 트레일링 암형의 종류 이지만 이 형식을 보면 여러개의 링크로 구성되어 있으므로 멀티 링크형이라고 한다.
첫댓글 좋은 자료입니다.