현가 장치

현가 장치의 개요 현가장치는 차축과 차체 사이에 스프링을 연결하고 주행중의 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하여 승차감이나 자동차의 안전성을 향상시켜 주는 중요한 장치이다. 이 장치에는 섀시 스프링과 섀시 스프링의 자유진동을 조정하여 승차감을 좋게 해주는 쇽업 쇼버와 자동차의 좌우진동을 방지하는 스테빌라이져 등으로 구성되어있다.

현가 장치의 구비조건 1. 충격완화와 흡수를 위하여 지면에 수직 방향으로 적당한 유연성이 있어야 한다. 2. 여러 운전 조건에 대하여 바퀴에 발생하는 구동력, 제동력, 선회시의 원심력 등에 견딜수 있도록 상하/전후/좌우 방향으로 적당한 강도가 있어야 한다. 3. 유연성과 강도는 상반되는 조건이기 때문에 두 조건이 충족하도록 여러가지 형식이 고안되어 있다.

현가 장치의 역활 1. 조향 안정성 - 운동성, 선회성능, 응답성 2. 승차감 - 진동 소음 거주성 3. 제동성능 - 제동시 차체의 자세변화, 안전성에 기여

현가 장치의 특징 현가 장치는 승차감과 주행(조향및제동)의 안전성을 결정하는 중요한 장치이다. 자동차의 각 부의 운동과 진동은 크게 2개로 구분하여 섀시 스프링에 의해 지지되는 스프링 위 질량(중량)과 타이어와 현가장치 사이에 있는 스프링 아래 질량(중량)으로 나누어 운동과 진동을 표시한다.

자동차를 타면 지치거나 피로한 경우가 있는데 이것은 이상 진동이 사람의 뇌에 작용하여 자율신경에 영향을 주기 때문이다. 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.

A. 스프링 위 질량의 운동

1. 바운싱 (bouncing) Z축 방향의 평행(상하)운동을 하는 고유 진동 스프링의 고유 진동에 의해서 상하로 움직이는 진동이다. 상하진동

2. 요잉 (yawing) Z축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동 자동차의 옆면의 압력 분포가 무게 중심을 벗어날수록 더 발생된다.

3. 피칭 (pitching) Y축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동이다. 요철 주행시나 급제동시 급감속시에 바람 등에 의해서 발생 될수 있다. 앞뒤가 상하로 반대로 움직이는 진동이다. 세로진동

4. 롤링 (rolling) X축 방향의 회전운동을 하는 고유 진동 가로 흔들림이며 윤거(타이어 중심간의 거리)가 넓을 수록 적게 발생되고 무게중심이 높을수록 많이 발생 될수 있다. 가로진동

B. 스프링 아래 질량의 진동 타이어와 현가스프링 사이에 있는 부분의 유효 질량

스프링 아래 질량의 진동 Wheel hop : z축 방향으로 상하 운동 Wheel tramp : x축을 중심으로 하여 회전운동을 하는 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

C. 주행 조건에 따른 현가특성 다이브 현상 롤 현상 바운싱과 피칭 현상 스퀴시 현상

주행 조건에 따른 현가 특징 1.다이브 현상 주행중 제동시 앞쪽은 내려가고 뒤쪽은 상승하는 현상 2.롤(roll)현상 주행중 코너링과 같이 회전할때 원심력에 의해서 차량이 바깥 방향으로 쏠리는 현상

3. 바운싱과 피칭(bouncing,pich) : 요철 통과시에 많이 발생하는것이 바운싱이고 앞뒤가 반대방향으로 움직이는 현상이 피칭 현상이다.

4. 스퀴트(squat)현상 : 다이브 현상과 반대의 개념이다. 앞쪽은 상승하고 뒤쪽은내려 앉는 현상이다

수고가 많으셨습니다. ^^

현가장치의 종류 차축식(일체식) - 판 스프링형 코일 스프링형 공기 스프링형 독립식 - 위시본형 맥퍼슨형 트레일링 암형

차축식(일체식) 현가장치

1.판 스프링형(leaf spring) :화물차량에 많이 사용된다.

2. 코일 스프링형(coil spring) : 승용차량에 많이 사용됨

3.공기 스프링(air spring) : 버스등 대형 차량에 많이 사용된다

독립식 현가장치

1. 위시본형(wishbone) : 위, 아래에 한쌍의 V나 Y모양으로 갈라진 암과 컨트롤 링크, 댐퍼, 스프링으로 바퀴를 지지하는 방식이다. V나 Y모양으로 갈라진 암의 모양이 새의 쇄골을 닮아서 위시본이라 한다

위시본 방식을 사용하는 국산차 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)

2.맥퍼슨형 : 더블 위시본 서스펜션에서 위쪽의 위시본을 제거하고 댐퍼의 위쪽을 차체에 붙이면 된다.

맥퍼슨형의 특징 부품 수가 적어서 싸고, 가벼우며 공간을 적게 차지하여 많은 양산차에 쓰인다. 구조적으로 간단하지만 그만큼 하중이 쇼바에 많이 가기때문에 쇼바 성능이 뛰어나거나, 이를 보완할 보조적인 장치나 설계가 필요하다. 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 이외에 토요타 캠리와 렉서스 ES의 후륜과 현대 제니시스 쿠퍼의 전륜 현가장치에 적용되어 있다.

3.트레일링 암형

앞 현가장치의 종류 앞 현가장치는 프레임과 차축 사이를 연결하여 차의 중량을 지지하고 바퀴의 진동을 흡수함과 동시에 조향기구의 일부를 설치하고 있는 장치이다 앞 현가장치는 앞 차축의 형식에따라 차축(일체차축) 현가식과 독립 현가식(분할 차축식)으로 나눌수 있으며 일반적으로 승차감이나 조종성을 중요시하는 승용차에는 독립 현가식을 많이 사용하고 트럭이나 버스에서는 차축 현가식을 많이 사용한다.

앞 현가 장치의 종류

앞 현가장치의 종류

1. 차축 현가장치 (rigid axle suspension) 차축 현가식은 좌,우의 바퀴가 한 개의 차축으로 연결된 일체차축식 앞 차축을 스프링으로 차체와 연결시킨 형식이며 강도가 크고 구조가 간단하다. 대형 트럭이나 버스에서 많이 사용된다. 판 스프링을 많이 사용하며 스프링의 배치에 따라 평행판 스프링형과 가로놓인 판 스프링형이 있으나 일반적으로 스프링형을 많이 사용한다.

1) 평행판 스프링형 (parallel leaf spring) 판 스프링을 차체의 앞/뒤 방향으로 좌/우에 평행하게 설치한 것이다. 완충 작용과 함께 프레임에 대하여 차축의 위치를 결정시킨다. 이 방식은 하중에 대한 강도가 높아 대형차에 주로 쓰인다.

2) 공기 스프링형 (air spring) 공기식 현가장치로 프레임과 액슬 사이에 공기 스프링을 장착하여 완충작용을 하는 방식이다. 주로 대형 버스등에 사용된다.

차축 현자장치의 장단점 장점 단점 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/독립 현가식 차축 일체식 차축 독립 현가식 차축

2. 독립 현가식장치 (independent suspension) 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 움직일 수 있도록 되어 있다.

1) 위시본형 (wishbon type) 앞바퀴 현가장치에 많이 사용되어 온 형식이다. 상하 2개의 V자형의 암이 새의 가슴뼈 모양과 비슷하다고 하여 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 쇼버에 의해 흡수된다. 위시본 형식은 상하 컨트롤 암의 길이에 따라 다음과 같이 세분화 된다.

위시본형

a. SLA(shot long arm)형 위 컨트롤 암이 아래 컨트롤 암보다 짧게된 형식이다. 캠버가 변화되어도 윤거가 변하지 않아 타이어의 마모가 감소된다.

b. 평행사변형 형식 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 조절 할수 있다. 강성이 높아 조종 안전성을 중시하는 고급 승용차에 많이 이용되고 있다

SAL형식/평행사변형 형식

2) 맥퍼슨 형식 (mcpherson type) 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 얼라이먼트가 정확히 설정되며 그 변화도 작고 노면 충격도 넓게 분산되는 장점이있다.

맥퍼슨 형식의 특징 위시본 형식에 비해 구조가 간단하고 구성부품이 적고 보수가 용이하다. 스프링 아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 로드홀딩 및 승차감이 좋다. 엔진룸의 유효 공간을 크게 잡을수 있다.

맥퍼슨 형식

위시본/맥퍼슨 형식 비교

독립 현가식의 장.단점 장점 단점 연결 부분이 많아 구조가 복잡하게 되고 이들의 마모에 의해 휠 얼라이먼트가 변하기가 쉽다 차의 높이를 낮게 할 수 있으므로 차의 안전성이 향상된다. 스프링 아래 하중이 적어 승차감이 좋다. 조향 바퀴에 옆방향으로 요동하는 진동(shimmy)이 잘 일어나지 않고 타이어와 노면의 접지성(rod holding)이 좋아진다. 유연한 섀시 스프링을 사용할수가 있다 연결 부분이 많아 구조가 복잡하게 되고 이들의 마모에 의해 휠 얼라이먼트가 변하기가 쉽다 주행할 때 바퀴가 상/하로 움직임에 따라 윤거나 얼라이먼트가 변하기 때문에 타이어가 빨리 마모된다.

뒤 현가장치 (rear suspension) 뒤 현가장치는 일반적으로 차축 현가식을 많이 사용하고 있으나 승용차에서는 승차감이나 안정성을 높이기위해 독립현가식을 사용하는 것도 있다

1. 뒤 차축 현가식 장치 차축 현가식은 아래 그림과 같이 여러가지가 있으나 현재는 평행판 스프링형/코일 스프링형/공기 스프링형을 일반적으로 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 있다. 버스나 승용차에서는 지상고를 낮게하기 위하여 언더형 현가방식을 주로 사용한다.

평행판 스프링 구조

2) 코일 스프링형 승용차등과 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 차체에 전달하는 구조로 되어있다.

코일 스프링 구조

2. 뒤 독립 현가식 뒤 현가장치를 독립식으로 하면 스프링 아래 무게를 가볍게 할 수 있기 때문에 승차감이나 로드 홀딩이 좋아지고 보디의 바닥을 낮출수 있어 실내 공간이 커지는 효과가 있어 승용차량에 많이 사용된다. 또한 좌/우 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 접력을 잃을 수 있다. 지나친 스티어링을 막기 위해 전륜 구동형 자동차에 주로 쓰인다.

트레일링 암 뒤 현가장치

2) 세미 트레일링 암 형 (semi-trailing arm type) 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 모멘트를 받기 때문에 승차감이 다소 떨어진다.

세미 크레일링현 뒤 현가장치

3) 스트러트형, 토션빔 형 (strut type) 전/후 방향으로의 움직임에 대응하여 트레일링 암이 있고 횡 방향에 대하여는 레터럴 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.

스트러트형의 특징 타이어가 항상 노면에 수직으로 접지하기 때문에 접지력이 우수하다. 차체의 요동방지 효과가 우수하다. 장기간 사용해도 소음이 적다. 구조가 간단하여 정비성이 좋고 트렁크 룸을 크게 할 수 있다.

스트러트형 후륜 현가장치

4)듀얼 링크 맥퍼스 스트러트 현가방식의 일종으로 2개의 링크로 이루어진 아래암과 앞으로 뻗어 있는 로드로 구성되는 형식이다. 타이어로부터의 상/하 압력을 스트러트로, 좌/우 압력을 암으로,저/후의 압력은 로드로 각각 받아내느 구조로 전륜 구동형의 뒤쪽 현가 장치에 많이 사용된다.

듀얼 링크 구조

5) 멀티 링크 한쪽에 3개에서 5개의 링크를 사용하여 차축의 위치를 결정하는 현가 방식이다. 링크 배치에 의해 현가장치가 상/하로 움직였을 때의 휠 얼라이먼트 변화를 최상의 상태로 유지해 주고 균형이 잡힌 조향성을 확보하는 것으로 더블 위시본식 현가장치의 변형이 많다.

멀티 링크형 구조

3. 뒤 공기 현가장치 공기 현가 장치는 다음 그림과 같이 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 차 높이를 일정하게 유지 하도록 되어 있다. 이로 인해 하중이 달라져도 스프링의 고유 진동수가 거의 변하지 않아 승차감이 좋아진다.

공기 현가장치 구조

공기 현가장치의 특징 하중에 관계없이 차의 높이가 일정하게 유지되어 차량이 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.