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현가장치는 차축과 차체 사이에 스프링을 두고 연결하여 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않토록 하여 차체나 승차감을 좋게 하는 장치이다. 노면에서 받는 충격을 완화하는 섀시 스프링과 섀시 스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 좋게 하는 쇽업쇼버 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테이빌라이저(stabilizer) 등으로 구성되어 있다. 현가장치는 구동바퀴에 발생하는 구동력이나 제동할 때에 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 때 원심력에도 견디고 각 바퀴를 차체에 대해 바른 위치로 지지하는 역할을 한다. | |
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1. 충격완화와 흡수를 위하여 지면에 수직 방향으로 적당한 유연성이 있어야 한다. 2. 여러 운전 조건에 대하여 바퀴에 발생하는 구동력 제동력 선회 시의 원심력 등에 견딜 수 있도록 상하 방향, 전후방향, 좌우 방향으로 적당한 강도가 있어야 한다. 유연성과 강도는 상반되는 조건이기 때문에 두 조건이 충족하도록 여러 가지 형식이 고안되어 있다. | |
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1. 조종 안정성: 운동성, 선회성능, 응답성 2. 승차감: 진동 소음 거주성 3. 제동성능: 제동 시 차체의 자세변화, 제동 안전성에 기여 | |
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현가장치는 승차감과 주행의 안전성을 결정하는 중요한 장치이다. 자동차의 각 부의 운동과 진동은 크게 2개로 구분하여 섀시 스프링에 의해 지지되는 스프링 위 질량과 타이어와 현가장치 사이에 있는 스프링 아래 질량으로 나누어 운동과 진동을 표시한다. 자동차를 타면 지치거나 피로한 경우가 있는데 이것은 이상 진동이 사람의 뇌에 작용하여 자율신경에 영향을 주기 때문이다. 사람이 보행 시에 머리부분의 상하운동은 60~70사이클/분이고 보통 달릴때는 120~160사이클/분이라고 하는데 일반적으로 현가장치에서는 60~120사이클/분의 상하운동이 승차감에 좋다. 진동수가 120사이클/분을 넘으면 딱딱하게 느껴져 승차감이 나빠지고 45사이클/분 이하이면 멀미를 일으키게 된다. 그러므로 현가장치는 사용하는 스프링의 강도나 쇽업쇼버의 감쇠력을 이용하여 될 수 있는 대로 승차감이 좋은 진동수가 되도록 설계 및 제작되어 있다. | |
(1) 스프링위 질량의 운동 | |
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1) 바운싱(bouncing) Z축 방향의 평행운동을 하는 고유 진동이다. 스프링의 고유 진동에 의해서 상하로 움직이는 진동이다. 2) 피칭(pitching) Y축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다. 요철주행 시나 급제동 시 급감속시 바람 등에의해서 발생될 수 있다. 앞뒤가 상하로 틀리게(반대로) 움직이는 진동이다. 3) 롤링(rolling) X축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다. 가로 흔들림이며 윤거가 넓을 수록 적게 발생되고 무게중심이 높을 수록 많이 발생될 수 있다. 4) 요잉(yawing) Z축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다. 자동차의 옆면의 압력 분포가 무게중심을 벗어날수록 더 발생된다. | |
(2) 스프링 아래 질량의 진동 | |
![]() Z축 방향의 상하 운동을 하는 고유 진동이다. 2) 휠 트램프(wheel tramp) X축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다. 3) 와인드업(wind up) 스프링 아래 무게의 진동 Y축을 중심으로 회전운동을 하는 고유 진동이다. | |
(3) 주행 조건에 따른 현가 특성 | |
![]() 주행 중 제동 시 앞쪽은 내려가고 뒤쪽은 상승(lift)하는 현상이다. | |
![]() 주행 중 코너링 시와 같이 회전할 때 원심력에 의해서 차량이 바깥 방향으로 쏠리는 현상이다. | |
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![]() 다이브 현상과 반대의 개념이다. 앞쪽은 상승하고 뒤쪽은 내려 앉는 현상이다. 이러한 스쿼시 현상에는 급출발시와 주행 중 급가속 시, 뒤에 하중이 걸려서 뒷부분이 내려 갔을때 발생한다. | |
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1. 차축식 | |
(1) 판 스프링형(leaf spring): 화물차량에 많이 사용된다. | |
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(3) 공기 스프링형(air spring): 버스 등 대형 차량에 많이 사용 | |
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2. 독립식 | |
(1) 위시본형(wishbone): 평행 사변형과 SAL형이 있다. | |
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(3) 트레일링 암형 등이 있다. | |
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앞 현가장치는 프레임과 차축 사이를 연결하여 차의 중량을 지지하고 바퀴의 진동을 흡수함과 동시에 조향기구의 일부를 설치하고 있는 장치이다. 앞 현가장치는 앞 차축의 형식에 따라 차축(일체차축) 현가식과 독립 현가식(분할 차축식 현가장치)으로 나눌 수 있으며 일반적으로 승차감이나 조종성을 중요시하는 승용차에는 독립 현가식을 많이 사용하고 트럭이나 버스에서는 차축 현가식을 많이 사용한다. | |
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1. 차축 현가식(rigid axle suspension) | |
차축현가식은 좌우의 바퀴가 한 개의 차축으로 연결된 일체차축식 앞 차축을 스프링으로 차체와 연결시킨 형식이며 강도가 크고 구조가 간단하기 때문에 대형트럭이나 버스에서 많이 사용되고 있다. 판 스프링을 많이 사용하며 스프링의 배치에 따라 평행판 스프링형과 가로놓인 판 스프링형이 있으나 일반적으로 스프링형을 많이 사용한다. | |
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(1) 평행판 스프링형(parallel leaf spring) 판 스프링을 차체의 앞 뒤 방향으로 좌우에 평행하게 설치한 것이다. 완충작용과 함께 프레임에 대하여 차축의 위치를 결정시킨다. 이 방식은 하중에 대한 강도가 높아 대형창에 주로 쓰인다. | |
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(2) 공기 스프링형(air spring) 공기식 현가장치로 프레임과 액슬 사이에 공기 스프링을 장착하여 완충작용을 하는 방식이다. 주로 대형 버스 등에 사용된다. | |
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2. 독립 현가식(independent suspension) | |
승용차량에 가장 많이 사용하는 방식으로 사람의 관절 운동과 비슷하여 니이 액션 형(knee action type)이라고도 한다. 차축식과 같이 좌우 휠을 1개 차축으로 연결한 것이 아니라 독립적으로 상하로 움직일 수 있도록 되어 있다. | |
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(1) 위시본형(wishbone type) 앞바퀴 현가장치에 많이 사용되어 온 형식이다. 상하 2개의 V자형의 암이 새의 가슴뼈 모양과 비슷하다고 하여 더블 위시본이라고 한다. 그림에서와 같이 상하 2개의 암, 위암(UPPER ARM), 아래암(LOWER ARM)은 프레임에 장착되고 다른 한쪽 끝은 상하 볼 조인트로 조향 너클(steerimg knuckle)에 조립되어 있다. 완충작용은 프레임과 아래 암 사이의 코일 스프링과 쇽업 쇼버에 의해 흡수된다. 위시본 형식은 상하 칸트롤 암의 길이에 따라 다음과 같이 세분화 한다. | |
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1) SLA(Shot long arm)형 위 컨트롤 암이 아래 컨트롤 암보다 짧게된 형식이며 캠버가 변화되어도 윤거가 변하지 않아 타이어의 마모가 감소된다. 2) 평행사변형 형 캠버는 변화가 없지만 타이어의 위치가 이동하여 마모가 심하다. 위시본 형식은 상하 컨트롤 암의 모양이나 배치에 따라 휠 얼라이먼트의 변화나 가감속 시에 자동차의 자세를 비교적 자유롭게 조절할 수 있다. 강성이 높아 조종 안전성을 중시하는 고급 승용차에 많이 이용되고 있다. | |
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(3) 맥퍼슨 형식(mcpherson type) 맥퍼슨형 현가장치는 조향너클과 일체로 되어 쇽업 쇼버가 설치된 스트럿과 컨트롤암, 컨트롤암과 스트럿 아래부분을 연결하는 볼 조인트 및 스프링 등으로 구성된다. 상단을 바디에 부착하고 하단은 아래 컨트롤암에 지지하는 구조로 되어 있다. 상단은 고무로 된 마운팅 인슐레이터를 사이에 끼워 바디에 조립되어 있다. 이것은 고무의 탄성을 이용하여 타이어의 충격이 차체에 전달되는 것을 최소화하기 위함이다. 차체 쇽업소버를 부착하는 지점이 높아 휠 얼라인먼트가 정확히 설정되며 그 변화도 작고 노면 충격도 넓게 분산되는 장점이 있다. | |
1) 특징 ① 위시본 형식에 비해 구조가 간단하고 구성부품이 적고 보수가 용이하다. ② 스프링아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 로드 홀딩 및 승차감이 좋다. ③ 엔진룸의 유효 공간을 크게 잡을 수 있다. | |
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뒤 현가장치는 일반적으로 차축 현가식을 많이 사용하고 있으나 승용차에서는 승차감이나 안정성을 높이기위해 독립현가식을 사용하는 것도 있다. | |
<뒤 현가장치의 종류>![]() | |
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1. 차축 현가식 | |
차축 현가식은 위 그림과 같이 여러가지가 있으나 현재는 평행판 스프링형과 코일 스프링형 및 공기 스프링형을 일반적으로 가장 많이 사용한다. | |
(1) 평행판 스프링형 평행판 스프링형 뒤 현가장치의 구조는 앞 현가장치와 거의 같으나 차축을 스프링 위에 설치하는 언더형 방식(underhung suspension)과 스프링 아래에 설치하는 오버형 현가방식(overhung suspension)이 있으며 버스나 승용차에서는 지상고를 낮게하기 위하여 언더형 현가방식을 사용한다. | |
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![]() 승용차 등과 같이 승차감이나 안전성을 요구하는 차에서는 코일 스프링이 설치된 뒤 현가장치를 사용하고 있으나 코일 스프링만으로는 차축을 지지할 수 없기 때문에 컨트롤 암 및 옆방향으로 움직이는 것을 지지하는 래터럴 로드(lateral rod)에 의해 차축을 지지하고 있다. 이 형식은 차축이 받는 반동 회전력이나 전후방향의 힘은 컨트롤로드를 통해 차체로 전달되고 옆 방향의 힘은 래터럴 로드를 통해 차체에 전달하는 구조로 되어 있다. | |
2. 뒤 독립 현가식 | |
뒤 현가장치를 독립식으로 하면 스프링 아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 승차감이나 로등 홀딩이 좋아지고 보디의 바닥을 낮출수있어 실내 공간이 커지는 효과 등이 있어 승용차량에 많이 사용된다. 또한 좌우 휠이 독립적으로 작용하여 상호 간섭이 없어 승차감이 좋다. | |
(1) 트레일링 암(trailing arm type) 암이 진행방향에 수평으로 배치된 현가장치이다. 바퀴가 위 아래로 흔들렸을 때 차체에 대해 수직으로 움직여 선회 중에도 차체 기울기만큼 바퀴가 기울어진다. 차체 기울기가 커지는 데에 따라 타이어도 접지력을 잃을 수 있다. 지나친 스티어링을 막기 위해 전륜 구동형 자동차에 주로 쓰인다. | |
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(2) 세미 트레일링 암 형 (semi-trailing arm type) 후륜 구동 차량의 경우 휠의 상하 운동에 의한 윤거의 변화에 대응하기 위해 차축 축의 중앙부는 스플라인으로 되어 있으며 양단은 자재 이음으로 연결되어 있다. 휠의 접지성은 좋으나 선회 시 비틀림 모멘트를 받기 때문에 승차감이 다소 떨어진다. | |
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(3) 스트러트형(strut type) 혹은 토션빔형 전후 방향으로의 움직임에 대응하여 트레일링 암이 있고 횡 방향에 대하여는 렝터럴 로드(lateral rod)가 대응한다. 액슬 빔(axle beam)이 비틀림에 견디므로 토션빔형이라고도 한다. 액슬 빔 내부의 토션 바는 선회 시 트레일링 암의 비틀림을 보정해 주는 역할을 하므로 차체의 기울어짐을 억제하고 캠버의 변화가 적어 승차감이 좋다. 주로 전륜 구동형에 많이 사용된다. | |
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1) 특징 ① 타이어가 항상 노면에 수직으로 접지하기 때문에 접지력이 우수하다. ② 차체의 요동방지 효과가 우수하다. ③ 장기간 사용해도 소음이 적다. ④ 구조가 간단하여 정비성이 좋고 트렁크 룸을 크게 할 수 있다. | |
(4)듀얼 링크 맥퍼스 스트러트 현가방식의 일종으로 2개의 링크로 이루어진 아래암과 앞으로 뻗어 있는 로드로 구성되는 형식이다. 타이어로부터의 상하 압력을 스트러트로, 좌우 압력을 암으로, 전후의 압력은 로드로 각각 받아내는 구조로 전륜 구동형의 뒤쪽 현가 장치에 많이 사용된다. | |
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(5) 멀티링크 한쪽에 3개에서 5개의 링크를 사용하여 차축의 위치를 결정하는 현가 방식이다. 링크 배치에 의해 현가장치가 상하로 움직였을 때의 휠 얼라인먼트 변화를 최상의 상태로 유지해 주고 균형이 잡힌 조향성을 확보하는 것으로 더블 위시본식 현가장치의 변형이 많다. | |
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3. 공기 현가장치 | |
공기 현가장치는 그림과 같이 공기 스프링, 서지탱크, 레벨링 밸브 등으로 구성되어 있으며 하중이 감소하여 차의 높이가 높아지면 레벨링 밸브가 작동하여 공기 스프링 안의 공기가 배출되고 하중이 증가하여 차 높이가 낮아지면 공기 탱크에서 공기를 보충하여 차높이를 일정하게 유지 하도록 되어 있다. 이로인해 하중이 달라져도 스프링의 고유 진동수가 거의 변하지 않아 승차감이 좋아진다. | |
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(1) 공기 현가장치의 특징 1) 하중에 관계없이 차의 높이가 일정하게 유지되어 차량이 전후 좌우로 기울어지는 것을 방지한다. 2) 하중의 변화에 따라 스프링 상수가 자동적으로 변한다. 3) 하중의 증감에 관계없이 고유 진동수는 거의 일정하게 유지된다. 4) 고주파 진동을 잘 흡수한다. 5) 승차감이 좋고 진동을 완화하기 때문에 자동차 수명이 길어진다. |