자동차 섀시구성 및 주행시스템-2

자동차 섀시구성 및 주행시스템-2

4.2 조향시스템 - 가변 동력 조향 장치

배력 비가 일정한 동력 조향장치에서 저속 시에 필요로 하는 조향력을 작게(가볍게) 설계하면 고속 주행 시에는 핸들이 나무 가벼워진다. 또 고속시에 필요로 하는 조향력을 기준으로 설계하면 조속 주행시에는 핸들이 너무 무거워지게 된다. 따라서 주행속도가 낮을 때에는 유압 배력을 모두 이용하고, 속도가 증가함에 따라 유압 배력을 감소시킨다. 즉 조향성 및 주행 안전성 향상을 위하여 고속에서 운전자의 조향력만으로 조향 되도록 하여 운전자가 노면과의 안정된 접촉 감각을 느끼면서 운전할 수 있도록 하기 위한 방법이다. 형식에 따라서 속도 범위를 몇 단 게로 구분하여 점차적으로 유압 배력을 감소시키도록 한다.

4.2 조향시스템 - 조향원리

1) 애커먼 식

애커먼식 조향 기구는 차체 본체를 움직이지 않고, 축 끝의 관절에 의하여 앞바퀴만을 선회하여 방향을 바꾸는 정치이다. 이것은 앞차축에 끼운 바퀴가 좌우로 평행하게 움직이도록 한 것이다.

2) 애커먼-장토 식

애커먼-장토 식은 핸들을 좌우 어느 쪽이든 회전시킬 때 양쪽 앞바퀴 중심축 상의 연장선이 뒤차축의 연장선상에 한 점에서 교차하고, 이 점을 중심으로 모든 바퀴가 축 중심의 연장선상에서 한 점에서 교차한다. 또한 이점을 중심으로 모든 바퀴가 축 중심이 동일한 원주상을 회전하도록 고려한 것이다. 따라서 회전 중심의 안쪽 바퀴의 조향각이 바깥쪽 바퀴의 조향각보다 크게 되어야 한다.

4.2 조향시스템 - 앞바퀴 전륜 정렬

- 전륜 정렬은 프론트 휠 얼라이먼트라고도 한다. 앞바퀴는 주행과 함께 방향을 조절해야 한다. 조향 조작을 하기 위해서는 조향 너클, 킹핀, 또는 볼 조인트의 중심을 좌우 방향으로 바꾸도록 되어 있다.

자동차가 주 향할 때에는 항상 바른 방향을 유지하고 핸들 조작이나 외부의 힘에 의해 주행 방향이 잘못되었을 때는 즉시 직선 상태로 되돌아가는 성질이 요구된다. 또 핸들 조작과 주행 안정성 및 타이어의 이상 마모 방지를 위하여 앞바퀴와 차축의 장착을 어떤 이상적인 관계로 할 필요가 있다. 이것을 앞바퀴 정렬이라 한다.

(1) 토인

앞바퀴(전륜)를 위에서 보았을 때 자동차의 앞부분에서 좌우 바퀴 중심 간의 거리와 뒷부분에서 좌우 바퀴 중심 간의 거리에 차이가 있는 것을 말하며, 토인은 자동차 앞바퀴를 위에서 보면 앞쪽보다 뒤쪽이 넓게 조정되어 잇는 것을 말한다. 일반적으로 뒤쪽이 2~8mm 정도 넓다. 이것은 자동차가 주행 중 바퀴의 앞쪽이 벌어지려는 토 아웃을 방지하고, 사이드 슬립을 방지한다. 토인의 조정은 조향 링키지의 타이로드의 나사로 조정한다.

(2) 캠버

캠버는 자동차 앞바퀴를 앞에서 보면 아래쪽보다 위쪽이 넓게 조정되어 있는 것으로 각도는 보통 2도 이하로 되어 있다. 이것은 핸들의 조작을 가볍게 하고, 차체의 하중에 의한 앞차축의 휨을 방지함과 동시에 노면에 대하여 바퀴를 직각이 되게 하는 역할을 한다.

(3) 캐스퍼

캐스퍼는 자동차 앞바퀴를 옆에서 보면 킹핀이 수직선과 후방으로(부) 어떤 각도를 두고 설치되어 있는 것으로 각도는 보통 3도 이내로 되어 있으며, 방향성과 선회 시 복원력을 발생시키는 역할을 한다.

(4) 킹핀 경사각

킹핀 경사각은 자동차 앞바퀴를 앞에서 보면 조향 핀의 중심이 되는 킹핀이 수직선과 어떤 각도를 두고 설치되어 있는 것으로, 각도는 보통 6~9도 정도이며 핸들의 흔들림을 방지하고 선회 시 복원력을 발생시키는 역할을 한다.

4.3 현가 시스템

현가 시스템은 차체와 바퀴 사이에 설치되어 액슬과 프레임 또는 보디를 연결하고 주행 중 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하여 승차감과 자동차의 안정성을 향상하는 장치이다. 구성은 노면에서 받는 충격을 완화(완충)시키는 스프링과 스프링의 자유 진동을 억제하는 쇽 업소버 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테빌라이저 등으로 되어 있다. 현가 시스템에서 요구하는 기능은 다음과 같다.

- 노면에서부터의 충격 흡수 / 자동차 자세의 유지 / 구동력과 제동력의 유지

- 선회 시에 코너링 자세의 유지 / 타이어의 균등한 접지를 위한 유연성

1. 현가 시스템의 방식

자동차 완충장치의 종류는 앞 현가 및 뒤 뒤 현가가 있으며, 현가 방식에는 일체식 자축식 및 독립식으로 사용한다.

1) 일체식 차축식

일체식 차축 현가 식는 좌우 바퀴를 일체로 연길 시킨 한 개의 차축을 스프링으로 차체와 연결시킨 형식으로 일반적으로 대형 트럭이나 버스에는 앞, 뒤 현가장치에 사용되고, 승용차네는 뒤 현가장치에 많이 사용되고 있다.

2) 독립식

독립 현가식은 승용차 등 소형 자동차에서 많이 사용되고 있으며, 차축 현가식에 비해 다음과 같은 특징이 있다.

- 자동차의 높이를 낮게 할 수 있으므로 안정성이 향상된다.

- 스프링 아래의 무게가 가벼우므로 승차감이 좋아진다.

- 조향 바퀴 옆 방향으로 요동하는 진동이 잘 일어나지 않고, 타이어와 노면의 접지성이 좋아진다.

- 유연한 새시 스프링을 사용할 수 있다.

- 연결 부분이 많아 구조가 복잡하게 되고, 이들의 마모에 의해 휠 얼라이먼트가 변하기 쉽다.

- 주행할 때 바퀴의 상하 움직임에 따라 윤거나 휠 얼라이먼트가 변하기 때문에 타이어가 빨리 마모된다.

(1) 위시본 형식

위시본 형식은 앞 현가장치에 오래전부터 많이 사용되는 형식으로, 구조는 상하 컨트롤 암, 조향 너클, 코일 스프링 등으로 구성되어 있다. 상하 컨트롤 암은 길이가 같은 평행 사변 형식과 아래 컨트롤 암의 길이가 길고 위 컨트롤 암의 길이가 짧은 SLA 형식이 있으며, 일반적으로 SLA 형식이 많이 사용된다.

(2) 맥퍼슨 형식

맥퍼슨 형식은 위시본 형식에서 개발된 것으로 위 컨트롤 암은 조향 너클에 고성 된 쇽 업소버의 스트럿으로 대체되어 있다. 쇽 업소버의 피스톤 로드는 탄성체의 인슐레이터를 사이에 두고 차체에 설치된다. 그리고 인슐레이터와 스트럿의 스프링시트 사이에는 코일 스프링이 설치된다. 스트럿의 하부에는 너클 스핀들이 일체식으로 부가되어 있으며, 아래 컨트롤 암을 연결할 수 있도록 되어 있다. 맥퍼슨 스트럿은 제동력, 가속력, 선회력 등을 잘 흡수해야 하므로 숏 업소버의 피스톤 로드와 실린더는 충분한 강성을 가지고 있어야 한다. 이 방식은 구조가 간단하고 설치 공간을 작게 차치하므로 기관실의 유효공간을 크게 할 수 있다는 점에서 FF 방식의 앞바퀴 현가장치로 많이 사용되고 있다.

(3) 트레일링 링크 형

트레일링 링크 형은 차체의 뒤쪽으로 향한 1개 또는 2개의 암에 의해 바퀴를 지지하는 형식으로 뒤 차축에서 주로 사용한다.

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