Transcript 현가 장치

현가장치는 차축과 차체 사이에 스프링을
연결하고 주행중의 노면에서 받는 진동이
나 충격을 흡수하여 승차감이나 자동차의
안전성을 향상시켜 주는 중요한 장치이다.
이 장치에는 섀시 스프링과 섀시 스프링의
자유진동을 조정하여 승차감을 좋게 해주
는 쇽업 쇼버와 자동차의 좌우진동을 방지
하는 스테빌라이져 등으로 구성되어있다.
1. 충격완화와 흡수를 위하여 지면에 수직 방
향으로 적당한 유연성이 있어야 한다.
2. 여러 운전 조건에 대하여 바퀴에 발생하는
구동력, 제동력, 선회시의 원심력 등에 견딜
수 있도록 상하/전후/좌우 방향으로 적당한
강도가 있어야 한다.
3. 유연성과 강도는 상반되는 조건이기 때문
에 두 조건이 충족하도록 여러가지 형식이 고
안되어 있다.
1. 조향 안정성
- 운동성, 선회성능, 응답성
2. 승차감
- 진동 소음 거주성
3. 제동성능
- 제동시 차체의 자세변화, 안전성에 기여
현가 장치는 승차감과 주행(조향및제동)
의 안전성을 결정하는 중요한 장치이다.
자동차의 각 부의 운동과 진동은 크게 2개
로 구분하여 섀시 스프링에 의해 지지되는
스프링 위 질량(중량)과 타이어와 현가장
치 사이에 있는 스프링 아래 질량(중량)으
로 나누어 운동과 진동을 표시한다.
 자동차를 타면 지치거나 피로한 경우가 있는데 이것은 이상
진동이 사람의 뇌에 작용하여 자율신경에 영향을 주기 때문이
다.
 사람이 보행시에 머리 부분의 상하 운동은 60-70 사이클/분
이고 보통 달릴때는 120-160 사이클/분 이라고 한다.
 일반적으로 현가장치에서는 60-120 사이클/분의 상하운동이
승차감에 좋다.
 진동수가 120 사이클/분을 넘으면 딱딱하게 느껴져 승차감이
나빠지고 45 사이클/분 이하이면 멀미를 일으키게 된다.
 그러므로 현가장치는 사용하는 스프링의 강도나 쇽업쇼버의
감쇠력을 이용하여 될 수 있는 대로 승차감이 좋은 진동수가
되도록 설계 및 제작되고 있다.
Z축 방향의 평행(상하)운동을 하는 고유
진동
스프링의 고유 진동에 의해서 상하로 움직
이는 진동이다.
상하진동
Z축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동
자동차의 옆면의 압력 분포가 무게 중심을
벗어날수록 더 발생된다.
Y축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다.
요철 주행시나 급제동시 급감속시에 바람 등
에 의해서 발생 될수 있다.
앞뒤가 상하로 반대로 움직이는 진동이다.
세로진동
X축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동
가로 흔들림이며 윤거(타이어 중심간의 거
리)가 넓을 수록 적게 발생되고 무게중심
이 높을수록 많이 발생 될수 있다.
가로진동
Wheel hop : z축 방향으로 상하 운동
Wheel tramp : x축을 중심으로 하여 회전운동을 하
는 진동
Fore and shake : x축 방향의 평행진동 (전후 진동)
Wind-up : y축 방향의 회전하는 진동
Side shake : y축 방향의 평행진동 (좌우 진동)
Jaw : z축을 중심으로 하여 회전운동을 하는 진동
다이브 현상
롤 현상
바운싱과 피칭 현상
스퀴시 현상
1.다이브 현상
주행중 제동시 앞쪽은 내려
가고 뒤쪽은 상승하는 현상
2.롤(roll)현상
주행중 코너링과 같이 회전할
때 원심력에 의해서 차량이 바
깥 방향으로 쏠리는 현상
바운싱
피칭
급출발시 주행중 급가속시 뒤에 하
중이 걸려서 뒷부분이 내려 갔을때
차축식(일체식)
- 판 스프링형
코일 스프링형
공기 스프링형
독립식
- 위시본형
맥퍼슨형
트레일링 암형
화물차량
승용차량
: 버스등 대형 차량
 중형 : 현대 쏘나타 (EF~NF 전륜), 기아 옵티마 (전륜),
대우 프린스 (전후륜)
 준대형 : 현대 그랜져 (XG~TG 전륜)
 대형 : 기아 오피러스 (전륜), 대우 아카디아 (전후륜)
 스포츠카 : 기아 엘란 (전후륜), 어울림 스피라 (전후륜)
 소형 SUV : 쌍용 코란도 (전륜), 쌍용 액티언 (전륜)
 중형 SUV : 현대 갤로퍼 (전륜), 기아 쏘렌토 (BL 전륜),
쌍용 무쏘 (전륜), 쌍용 카리런 (전륜)
 대형 SUV : 현대 테라칸 (전륜), 기아 모하비 (전륜),
쌍용 렉스턴 (전륜)
 RV : 쌍용 코란도 스포츠 (전륜)
더블 위시본 서스펜션
 부품 수가 적어서 싸고, 가벼우며 공간을 적게 차지하여 많은 양산
차에 쓰인다.
 구조적으로 간단하지만 그만큼 하중이 쇼바에 많이 가기때문에 쇼
바 성능이 뛰어나거나, 이를 보완할 보조적인 장치나 설계가 필요하
다. 최근 YF 소나타에 설치되어 주목을 받고 있다.
 이 구조는 특히 BMW가 전륜에 많이 애용했으며, CTBA(토션바)가
주류로 떠오르기 이전까지 소형차 후륜 현가장치의 대세였고, 그 이
외에 토요타 캠리와 렉서스 ES의 후륜과 현대 제니시스 쿠퍼의 전
륜 현가장치에 적용되어 있다.
 앞 현가장치는 프레임과 차축 사이를 연결하여 차의 중
량을 지지하고 바퀴의 진동을 흡수함과 동시에 조향기구
의 일부를 설치하고 있는 장치이다
 앞 현가장치는 앞 차축의 형식에따라 차축(일체차축) 현
가식과 독립 현가식(분할 차축식)으로 나눌수 있으며 일
반적으로 승차감이나 조종성을 중요시하는 승용차에는
독립 현가식을 많이 사용하고 트럭이나 버스에서는 차축
현가식을 많이 사용한다.
차축 현가식은 좌,우의 바퀴가 한 개의 차축
으로 연결된 일체차축식 앞 차축을 스프링으
로 차체와 연결시킨 형식이며 강도가 크고 구
조가 간단하다.
대형 트럭이나 버스에서 많이 사용된다.
판 스프링을 많이 사용하며 스프링의 배치에
따라 평행판 스프링형과 가로놓인 판 스프링
형이 있으나 일반적으로 스프링형을 많이 사
용한다.
판 스프링을 차체의 앞/뒤 방향으로 좌/우에 평
행하게 설치한 것이다.
완충 작용과 함께 프레임에 대하여 차축의 위치
를 결정시킨다.
이 방식은 하중에 대한 강도가 높아 대형차에 주
로 쓰인다.
 공기식 현가장치로 프레임과 액슬 사이에 공기 스프링을
장착하여 완충작용을 하는 방식이다.
 주로 대형 버스등에 사용된다.
장점
1.구조가 간단하고 가격이 싸다
2.강도가 높다
3.차륜의 상하 운동에 의한 얼라이먼트의 변화가 적고
타이어의 마모도 적다.
단점
1.승차감과 조종 안전성이 나쁘다.
2.전륜에 시미(타이어 진동) 현상이 일어나기 쉽다.
일체식 차축
독립 현가식 차축
승용차량에 가장 많이 사용하는 방식으로
사람의 관절 운동과 비슷하여 니이 액션
형(knee action type)이라고도 한다.
차축식과 같이 좌/우 휠을 1개 차축으로
연결한 것이 아니라 독립적으로 상하로 움
직일 수 있도록 되어 있다.
 앞바퀴 현가장치에 많이 사용되어 온 형식이다.
 상하 2개의 V자형의 암이 새의 가슴뼈 모양과 비슷하다고 하
여 더블 위시본이라고 한다.
 다음 그림과 같이 상하 2개의 암, 위암(upper arm),아래암
(lower arm)은 프레임에 장착되고 다름 한쪽 끝은 상하 볼
조인트로 조향 너클(steering knuckle)에 조립되어 있다.
 완충 작용은 프레임과 아래 암 사이의 코일 스프링과 쇽업 쇼
버에 의해 흡수된다.
 위시본 형식은 상하 컨트롤 암의 길이에 따라 다음과 같이 세
분화 된다.
위 컨트롤 암이 아래 컨트롤 암보다 짧게
된 형식이다.
캠버가 변화되어도 윤거가 변하지 않아 타
이어의 마모가 감소된다.
캠버는 변화가 없지만 타이어의 위치가 이동
하여 마모가 심하다.
위시본 형식은 상하 컨트롤 암의 모양이나 배
치에 따라 휠 얼라이먼트의 변화나 가감속 시
에 자동차의 자세를 비교적 자유롭게 조절 할
수 있다.
강성이 높아 조종 안전성을 중시하는 고급 승
용차에 많이 이용되고 있다
 조향너클과 일체로 되어 쇽업 쇼버가 설치된 스트럿과 컨트롤암, 컨
트롤암과 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 조립되
어 있다.
 이것은 고무의 탄성을 이용하여 타이어의 충격이 차체에 전달되는
것을 최소화하기 위함이다.
 차체 쇽업소버를 부착하는 지점이 높아 휠 얼라이먼트가 정확히 설
정되며 그 변화도 작고 노면 충격도 넓게 분산되는 장점이있다.
위시본 형식에 비해 구조가 간단하고 구성
부품이 적고 보수가 용이하다.
스프링 아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때
문에 로드홀딩 및 승차감이 좋다.
엔진룸의 유효 공간을 크게 잡을수 있다.
장점
 차의 높이를 낮게 할 수 있으므
로 차의 안전성이 향상된다.
 스프링 아래 하중이 적어 승차
감이 좋다.
 조향 바퀴에 옆방향으로 요동
하는 진동(shimmy)이 잘 일
어나지 않고 타이어와 노면의
접지성(rod holding)이 좋아
진다.
 유연한 섀시 스프링을 사용할
수가 있다
단점
 연결 부분이 많아 구조가
복잡하게 되고 이들의 마
모에 의해 휠 얼라이먼트
가 변하기가 쉽다
 주행할 때 바퀴가 상/하로
움직임에 따라 윤거나 얼
라이먼트가 변하기 때문
에 타이어가 빨리 마모된
다.
뒤 현가장치는 일반적으로 차축 현가식을
많이 사용하고 있으나 승용차에서는 승차
감이나 안정성을 높이기위해 독립현가식
을 사용하는 것도 있다
 차축 현가식은 아래 그림과 같이 여러가지가 있으나 현
재는 평행판 스프링형/코일 스프링형/공기 스프링형을
일반적으로 많이 사용한다.
평행판 스프링형 뒤 현가장치의 구조는 앞
현가장치와 거의 같으나 차축을 스프링 위
에 설치하는 언더형 방식(underhung
suspension)과 스프링 아래에 설치하는
오버형 현가방식(overhung suspension)
이 있다.
버스나 승용차에서는 지상고를 낮게하기
위하여 언더형 현가방식을 주로 사용한다.
승용차등과 같이 승차감이나 안전성을 요구
하는 차에서는 코일 스프링이 설치된 뒤 현가
장치를 사용하고 있으나 코일 스프링만으로
는 차축을 지지할 수 없기 때문에 컨트롤 암
및 옆방향으로 움직이는 것을 지지하는 래터
럴 로드(lateral rod)에 의해 차축을 지지하
고 있다.
이 형식은 차축이 받는 반동 회전력이나 전후
방향의 힘은 컨트롤로드를 통해 차체에 전달
하는 구조로 되어있다.
뒤 현가장치를 독립식으로 하면 스프링 아
래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 승차
감이나 로드 홀딩이 좋아지고 보디의 바닥
을 낮출수 있어 실내 공간이 커지는 효과
가 있어 승용차량에 많이 사용된다.
또한 좌/우 휠이 독립적으로 작용하여 상
호 간섭이 없어 승차감이 좋다.
암이 진행방향에 수평으로 배치된 현가장치이다
바퀴가 위 아래로 흔들렸을 때 차체에 대해 수직으
로 움직여 선회 중에도 차체 기울기만큼 바퀴가 기
울어진다.
차체 기울기가 커지는 데에 따라 타이어도 접력을
잃을 수 있다.
지나친 스티어링을 막기 위해 전륜 구동형 자동차
에 주로 쓰인다.
후륜 구동 차량의 경우 휠의 상/하 운동에
의한 윤거의 변화에 대응하기 위해 차축
축의 중앙부는 스플라인으로 되어 있으며
양단은 자재 이음으로 연결되어 있다.
휠의 접지성은 좋으나 선회 시 비틀림 모
멘트를 받기 때문에 승차감이 다소 떨어진
다.
전/후 방향으로의 움직임에 대응하여 트레일링 암이
있고 횡 방향에 대하여는 레터럴 로드(lateral rod)가
대응한다.
액슬 빔(axle beam)이 비틀림에 견디므로 토션빔형
이라고도 한다.
액슬 빔 내부의 토션 바는 선회 시 트레일링 암의 비틀
림을 보정해 주는 역할을 하므로 차체의 기울어짐을
억제하고 캠버의 변화가 적어 승차감이 좋다.
주로 전륜 구동형에 많이 사용된다.
타이어가 항상 노면에 수직으로 접지하기 때
문에 접지력이 우수하다.
차체의 요동방지 효과가 우수하다.
장기간 사용해도 소음이 적다.
구조가 간단하여 정비성이 좋고 트렁크 룸을
크게 할 수 있다.
맥퍼스 스트러트 현가방식의 일종으로 2
개의 링크로 이루어진 아래암과 앞으로 뻗
어 있는 로드로 구성되는 형식이다.
타이어로부터의 상/하 압력을 스트러트로,
좌/우 압력을 암으로,저/후의 압력은 로드
로 각각 받아내느 구조로 전륜 구동형의
뒤쪽 현가 장치에 많이 사용된다.
한쪽에 3개에서 5개의 링크를 사용하여
차축의 위치를 결정하는 현가 방식이다.
링크 배치에 의해 현가장치가 상/하로 움
직였을 때의 휠 얼라이먼트 변화를 최상의
상태로 유지해 주고 균형이 잡힌 조향성을
확보하는 것으로 더블 위시본식 현가장치
의 변형이 많다.
공기 현가 장치는 다음 그림과 같이 스프링,
서지탱크, 레벨링 밸브 등으로 구성되어 있으
며 하중이 감소하여 차의 높이가 높아지면 레
벨링 밸브가 작동하여 공기 스프링 안의 공기
가 배출되고 하중이 증가하여 차 높이가 낮아
지면 공기 탱크에서 공기를 보충하여 차 높이
를 일정하게 유지 하도록 되어 있다.
이로 인해 하중이 달라져도 스프링의 고유 진
동수가 거의 변하지 않아 승차감이 좋아진다.
하중에 관계없이 차의 높이가 일정하게 유지되어 차량
이 전/후로 기울어지는 것을 방지 한다.
하중의 변화에 따라 스프링 상수가 자동으로 변한다.
하중의 증감에 관계없이 고유 진동수는 거의 일정하게
유지된다.
고주파 진동을 잘 흡수한다.
승차감이 좋고 진동을 완화하기 때문에 자동차 수명이
길어진다.