개념
일반적인 서스펜션 구조는 탄성 요소, 가이드 메커니즘, 쇼크 업소버 등으로 구성되며, 일부 구조에는 버퍼 블록, 스태빌라이저 바 등이 포함됩니다. 탄성 요소는 판 스프링, 공기 스프링, 코일 스프링, 토션 바 스프링의 형태입니다. 최신 자동차 서스펜션은 주로 코일 스프링과 토션 바 스프링을 사용하며, 일부 고급 차량은 공기 스프링을 사용합니다.
부분 기능:
충격 흡수 장치
기능: 쇼크 업소버는 감쇠력을 생성하는 주요 부품입니다. 쇼크 업소버의 기능은 차량의 진동을 빠르게 완화하고, 승차감을 향상시키며, 바퀴와 지면 사이의 접지력을 강화하는 것입니다. 또한, 쇼크 업소버는 차체 부품의 동적 하중을 줄여 차량의 수명을 연장할 수 있습니다. 자동차에 널리 사용되는 쇼크 업소버는 주로 실린더형 유압 쇼크 업소버이며, 구조는 이중 실린더형, 단일 실린더 팽창형, 이중 실린더 팽창형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. [2]
작동 원리: 바퀴가 위아래로 점프할 때 충격 흡수 장치의 피스톤이 작업실에서 왕복 운동하여 충격 흡수 장치의 액체가 피스톤의 구멍을 통과합니다. 액체에는 일정한 점도가 있고 액체가 구멍을 통과할 때 구멍 벽과 접촉하기 때문입니다. 그 사이에 마찰이 발생하여 운동 에너지가 열 에너지로 변환되어 공기 중으로 소실되어 진동을 감쇠하는 기능을 달성합니다.
(2) 탄성요소
기능: 수직 하중을 지지하고, 고르지 않은 노면으로 인한 진동과 충격을 완화 및 억제합니다. 탄성 요소는 주로 판 스프링, 코일 스프링, 토션 바 스프링, 공기 스프링, 고무 스프링 등을 포함합니다.
원리: 탄성률이 높은 소재로 제작된 부품은 바퀴가 큰 충격을 받으면 운동에너지가 탄성 위치에너지로 전환되어 저장되고, 바퀴가 점프하여 떨어지거나 원래 주행 상태로 돌아갈 때 방출됩니다.
(3) 가이드 메커니즘
가이드 메커니즘의 역할은 힘과 모멘트를 전달하는 것뿐만 아니라, 가이드 역할도 수행합니다. 자동차의 주행 과정에서 바퀴의 궤적을 제어할 수 있습니다.
효과
서스펜션은 자동차의 중요한 조립 부품으로, 프레임과 휠을 탄력적으로 연결하며 자동차의 다양한 성능과 관련이 있습니다. 겉보기에 자동차 서스펜션은 몇 개의 로드, 튜브, 스프링으로만 구성되어 있지만, 그렇게 단순하다고 생각하지는 마세요. 오히려 자동차 서스펜션은 완벽한 요구 사항을 충족하기 어려운 조립 부품입니다. 서스펜션은 자동차의 승차감과 핸들링 안정성이라는 두 가지 측면을 모두 충족해야 하는데, 이 두 가지 측면은 서로 상반되기 때문입니다. 예를 들어, 승차감을 좋게 하려면 자동차의 진동을 크게 완화해야 하므로 스프링은 부드럽게 설계해야 합니다. 하지만 스프링이 부드럽다고 해서 차량이 "끄덕"거리거나, "머리를 치켜든" 것처럼 가속하거나, 좌우로 심하게 흔들리는 현상이 발생하기 쉽습니다. 이러한 경향은 자동차의 조향에 도움이 되지 않고 차량의 안정성을 저하시키기 쉽습니다.
비독립적 정지
비독립 현가장치의 구조적 특징은 양쪽 바퀴가 일체형 차축으로 연결되어 있고, 바퀴는 차축과 함께 프레임이나 차체 아래에 탄성 현가장치를 통해 현가된다는 것입니다. 비독립 현가장치는 구조가 간단하고, 비용이 저렴하며, 강도가 높고, 유지 보수가 용이하며, 주행 중 앞바퀴 정렬이 크게 변하지 않는다는 장점이 있습니다. 그러나 승차감과 핸들링 안정성이 좋지 않아 현대 자동차에는 거의 사용되지 않고 있으며, 주로 트럭과 버스에 사용됩니다.
리프 스프링 비독립형 서스펜션
판 스프링은 비독립형 현가장치의 탄성 요소로 사용됩니다. 또한, 안내 메커니즘 역할도 하기 때문에 현가 시스템이 크게 간소화됩니다.
세로형 리프 스프링 비독립형 서스펜션은 리프 스프링을 탄성 요소로 사용하며 차량의 세로축과 평행하게 차량에 배치됩니다.
작동 원리: 차량이 고르지 않은 도로를 주행하며 충격 하중을 받으면 바퀴가 차축을 위로 점프시켜 판 스프링과 쇼크 업소버 하단이 동시에 위로 움직입니다. 판 스프링이 위로 움직이는 동안 늘어나는 길이는 리어 러그의 확장을 통해 간섭 없이 조정될 수 있습니다. 쇼크 업소버 상단은 고정되어 있고 하단은 위로 움직이므로 압축된 상태에서 작동하는 것과 같으며, 진동을 감쇠하기 위해 감쇠력이 증가합니다. 차축의 점프량이 버퍼 블록과 리미트 블록 사이의 거리를 초과하면 버퍼 블록이 리미트 블록과 접촉하여 압축됩니다. [2]
분류: 종방향 리프 스프링 비독립형 서스펜션은 비대칭 종방향 리프 스프링 비독립형 서스펜션, 균형형 서스펜션, 대칭형 종방향 리프 스프링 비독립형 서스펜션으로 나눌 수 있습니다. 종방향 리프 스프링을 사용한 비독립형 서스펜션입니다.
1. 비대칭 종방향 리프 스프링 비독립형 서스펜션
비대칭 종방향 리프 스프링 비독립형 서스펜션은 종방향 리프 스프링을 차축(브릿지)에 고정했을 때 U자형 볼트의 중심과 양쪽 러그의 중심 사이의 거리가 같지 않은 서스펜션을 말합니다.
2. 밸런스 서스펜션
균형 서스펜션은 연결된 차축(액슬)에 있는 바퀴에 걸리는 수직 하중이 항상 동일하도록 하는 서스펜션입니다. 균형 서스펜션의 기능은 바퀴와 지면 사이의 양호한 접지력, 동일한 하중을 보장하고, 운전자가 차량의 방향을 제어할 수 있도록 하며, 차량이 충분한 구동력을 확보할 수 있도록 하는 것입니다.
밸런스 서스펜션은 다양한 구조에 따라 스러스트 로드 타입과 스윙 암 타입의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
① 스러스트 로드 밸런스 서스펜션. 수직으로 배치된 판 스프링으로 구성되며, 양단은 후륜 액슬 슬리브 상단의 슬라이드 플레이트 타입 지지대에 위치합니다. 중간 부분은 U자형 볼트로 밸런스 베어링 쉘에 고정되어 밸런스 샤프트를 중심으로 회전할 수 있으며, 밸런스 샤프트는 브래킷을 통해 차량 프레임에 고정됩니다. 스러스트 로드의 한쪽 끝은 차량 프레임에 고정되고 다른 쪽 끝은 액슬에 연결됩니다. 스러스트 로드는 구동력, 제동력 및 그에 상응하는 반력을 전달하는 데 사용됩니다.
스러스트 로드 밸런스 서스펜션의 작동 원리는 고르지 않은 도로를 주행하는 다축 차량입니다. 각 바퀴에 일반적인 강판 구조를 서스펜션으로 적용하면 모든 바퀴가 지면과 완전히 접촉할 수 없습니다. 즉, 일부 바퀴가 수직 하중을 지탱하게 됩니다. 조향 바퀴에 하중이 감소하거나 아예 없어지면 운전자가 주행 방향을 제어하기 어려워집니다. 구동 바퀴에 하중이 발생하면 구동력의 일부(전부는 아니더라도)가 손실됩니다. 3축 차량의 중간 차축과 후륜 차축을 밸런스 바의 양쪽 끝에 설치하고, 밸런스 바의 중간 부분을 차량 프레임에 힌지로 연결하면 두 브릿지의 바퀴가 독립적으로 위아래로 움직일 수 없습니다. 한 바퀴가 움푹 패이면 다른 바퀴는 밸런스 바의 영향으로 위로 올라갑니다. 스태빌라이저 바의 암 길이가 같으므로 두 바퀴에 걸리는 수직 하중은 항상 동일합니다.
추력봉 밸런스 서스펜션은 6×6 3축 오프로드 차량과 6×4 3축 트럭의 후방 차축에 사용됩니다.
②스윙 암 밸런스 서스펜션. 미드 액슬 서스펜션은 세로 판 스프링 구조를 채택합니다. 리어 러그는 스윙 암의 앞쪽 끝에 부착되고, 스윙 암 액슬 브래킷은 프레임에 부착됩니다. 스윙 암의 뒤쪽 끝은 차량의 리어 액슬(축)에 연결됩니다.
스윙 암 밸런스 서스펜션의 작동 원리는 차량이 고르지 않은 도로를 주행한다는 것입니다. 미들 브리지가 구덩이에 빠지면 스윙 암은 리어 러그를 통해 아래로 당겨져 스윙 암 샤프트를 중심으로 시계 반대 방향으로 회전합니다. 액슬 휠은 위로 올라갑니다. 여기서 스윙 암은 레버와 같은 역할을 하며, 미들 액슬과 리어 액슬에 가해지는 수직 하중의 분배 비율은 스윙 암의 레버리지 비율과 판 스프링의 앞뒤 길이에 따라 달라집니다.
코일 스프링 비독립형 서스펜션
코일 스프링은 탄성 요소이기 때문에 수직 하중만 견딜 수 있으므로, 서스펜션 시스템에 가이드 메커니즘과 충격 흡수 장치를 추가해야 합니다.
코일 스프링, 쇼크 업소버, 세로 스러스트 로드, 횡 스러스트 로드, 보강 로드 및 기타 구성 요소로 구성됩니다. 구조적 특징은 좌우 바퀴가 하나의 전체 샤프트로 연결되어 있다는 것입니다. 쇼크 업소버의 하단은 리어 액슬 지지대에 고정되고 상단은 차체와 힌지 연결됩니다. 코일 스프링은 쇼크 업소버 외부의 상단 스프링과 하단 시트 사이에 설치됩니다. 세로 스러스트 로드의 후면은 차축에 용접되고 전면은 차량 프레임에 힌지 연결됩니다. 가로 스러스트 로드의 한쪽 끝은 차체에 힌지 연결되고 다른 쪽 끝은 차축에 힌지 연결됩니다. 작동 시 스프링은 수직 하중을 지지하고 세로력과 횡력은 각각 세로 및 횡 스러스트 로드에 의해 지지됩니다. 바퀴가 점프하면 차축 전체가 차체의 종방향 스러스트 로드와 횡방향 스러스트 로드의 힌지 지점을 중심으로 회전합니다. 관절 지점의 고무 부싱은 차축 회전 시 발생하는 운동 간섭을 제거합니다. 코일 스프링 비독립형 현가 장치는 승용차의 후륜 현가 장치에 적합합니다.
에어 스프링 비독립형 서스펜션
자동차가 주행할 때 하중과 노면의 변화에 따라 서스펜션의 강성도 그에 따라 변화해야 합니다. 자동차는 도로 사정이 좋은 곳에서는 차체 높이를 낮추어 속도를 높여야 하고, 도로 사정이 나쁜 곳에서는 차체 높이를 높여 추월 능력을 높여야 하므로, 사용 조건에 따라 차체 높이를 조절해야 합니다. 공기 스프링 비독립 서스펜션은 이러한 요구를 충족할 수 있습니다.
압축기, 공기 저장 탱크, 높이 조절 밸브, 공기 스프링, 제어봉 등으로 구성됩니다.이 외에도 쇼크 업소버, 가이드 암, 횡방향 안정 막대가 있습니다.공기 스프링은 프레임(차체)과 차축 사이에 고정되고 높이 조절 밸브는 차체에 고정됩니다.피스톤 로드의 끝은 제어봉의 크로스 암과 힌지 결합되고 크로스 암의 다른 끝은 제어봉과 힌지 결합됩니다.중간 부분은 공기 스프링의 윗부분에 지지되고 제어봉의 아랫부분은 차축에 고정됩니다.공기 스프링을 구성하는 구성 요소는 파이프라인을 통해 서로 연결됩니다.압축기에서 생성된 고압 가스는 유수 분리기 및 압력 조절기를 거쳐 공기 저장 탱크로 들어간 다음 가스 저장 탱크를 나온 후 공기 필터를 통해 높이 조절 밸브로 들어갑니다. 공기 저장 탱크, 공기 저장 탱크는 각 바퀴의 공기 스프링과 연결되어 있으므로 각 공기 스프링의 가스 압력은 팽창량이 증가함에 따라 증가하고 동시에 차체가 들어 올려져 높이 조절 밸브의 피스톤이 공기 저장 탱크 쪽으로 이동합니다.내부 팽창의 공기 충전 포트는 막힙니다.탄성 요소인 공기 스프링은 차축을 통해 차체로 전달될 때 노면에서 바퀴에 작용하는 충격 하중을 완화할 수 있습니다.또한 공기 서스펜션은 차체의 높이를 자동으로 조절할 수도 있습니다.피스톤은 높이 조절 밸브의 팽창 포트와 공기 배출 포트 사이에 위치하고 공기 저장 탱크의 가스는 공기 저장 탱크와 공기 스프링을 팽창시켜 차체의 높이를 높입니다.피스톤이 높이 조절 밸브의 팽창 포트 상단에 위치하면 공기 스프링의 가스는 팽창 포트를 통해 공기 배출 포트로 돌아가 대기로 들어가고 공기 스프링의 공기 압력이 떨어지므로 차체의 높이도 떨어집니다. 제어봉과 제어봉 위의 크로스암은 높이 조절 밸브에서 피스톤의 위치를 결정합니다.
에어 서스펜션은 승차감을 좋게 하고, 필요에 따라 단일 축 또는 다축 리프팅을 구현하며, 차체 높이를 조절하고 노면 손상을 최소화하는 등 여러 장점을 가지고 있지만, 구조가 복잡하고 밀봉에 대한 요구 조건이 엄격한 등의 단점도 있습니다. 에어 서스펜션은 상용 승용차, 트럭, 트레일러 및 일부 승용차에 사용됩니다.
오일 및 가스 스프링 비독립형 서스펜션
오일 공압 스프링 비독립형 서스펜션은 탄성 요소가 오일 공압 스프링을 채택할 때의 비독립형 서스펜션을 말합니다.
오일 및 가스 스프링, 횡방향 추력 막대, 버퍼 블록, 종방향 추력 막대 및 기타 구성 요소로 구성됩니다. 오일-공압 스프링의 상단은 차량 프레임에 고정되고 하단은 앞 차축에 고정됩니다. 왼쪽과 오른쪽은 각각 앞 차축과 종방향 빔 사이에 포함되도록 하단 종방향 추력 막대를 사용합니다. 상단 종방향 추력 막대는 앞 차축과 종방향 빔의 내부 브래킷에 장착됩니다. 상단 및 하단 종방향 추력 막대는 평행사변형을 형성하여 휠이 위아래로 점프할 때 킹핀의 캐스터 각도가 변하지 않도록 합니다. 횡방향 추력 막대는 왼쪽 종방향 빔에 장착되고 브래킷은 앞 차축의 오른쪽에 장착됩니다. 버퍼 블록은 두 개의 종방향 빔 아래에 설치됩니다. 오일 공압 스프링은 프레임과 차축 사이에 탄성 요소로 설치되어 노면에서 휠에 가해지는 충격력이 프레임으로 전달될 때 이를 완화하고, 동시에 그에 따른 진동을 감쇠시킵니다. 상하 종방향 스러스트 로드는 종방향 힘을 전달하고 제동력에 의한 반작용 모멘트를 견뎌냅니다. 횡방향 스러스트 로드는 횡방향 힘을 전달합니다.
오일-가스 스프링을 고하중 상용 트럭에 사용할 경우, 판 스프링보다 부피와 질량이 작고 가변적인 강성 특성을 갖지만, 밀봉에 대한 요구가 높고 유지 보수가 까다롭습니다. 오일-공압 서스펜션은 고하중 상용 트럭에 적합합니다.
독립 정지 편집 방송
독립 서스펜션은 양쪽 바퀴가 탄성 서스펜션을 통해 프레임이나 차체에 개별적으로 매달려 있는 것을 의미합니다. 장점은 다음과 같습니다. 무게가 가벼워 차체에 가해지는 충격을 줄이고 바퀴의 지면 접지력을 향상시킵니다. 강성이 작은 부드러운 스프링을 사용하여 차량의 승차감을 향상시킬 수 있습니다. 엔진 위치를 낮추고 차량의 무게 중심을 낮춰 주행 안정성을 향상시킵니다. 좌우 바퀴가 독립적으로 점프하고 서로 독립적이어서 차체의 기울기와 진동을 줄일 수 있습니다. 그러나 독립 서스펜션은 구조가 복잡하고 비용이 많이 들며 유지 보수가 불편하다는 단점이 있습니다. 대부분의 현대 자동차는 독립 서스펜션을 사용합니다. 독립 서스펜션은 구조 형태에 따라 위시본 서스펜션, 트레일링 암 서스펜션, 멀티 링크 서스펜션, 캔들 서스펜션, 맥퍼슨 서스펜션으로 나눌 수 있습니다.
위시본
크로스암 서스펜션은 바퀴가 자동차의 횡방향 평면에서 회전하는 독립 현가 장치를 말합니다. 크로스암의 개수에 따라 더블암 서스펜션과 싱글암 서스펜션으로 구분됩니다.
싱글 위시본 타입은 구조가 간단하고, 롤 중심이 높으며, 앤티롤 성능이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 그러나 현대 자동차의 고속화에 따라 롤 중심이 지나치게 높아지면 바퀴가 튕겨 나갈 때 바퀴 궤도가 크게 변하고 타이어 마모가 증가합니다. 또한, 급선회 시 좌우 바퀴의 수직력 전달이 너무 커져 후륜의 캠버가 증가합니다. 후륜의 코너링 강성이 감소하여 고속 주행 시 테일 드리프트 현상이 심해집니다. 싱글 위시본 독립 현가 장치는 후륜 서스펜션에 주로 사용되지만, 고속 주행 요건을 충족하지 못하기 때문에 현재는 많이 사용되지 않습니다.
더블 위시본 독립 서스펜션은 상하 크로스 암의 길이가 같은지 여부에 따라 동일 길이 더블 위시본 서스펜션과 동일 길이 더블 위시본 서스펜션으로 나뉩니다. 동일 길이 더블 위시본 서스펜션은 휠이 위아래로 점프할 때 킹핀 경사각을 일정하게 유지할 수 있지만, 휠베이스가 크게 변하여(싱글 위시본 서스펜션과 유사) 타이어 마모가 심해 현재는 거의 사용되지 않습니다. 동일 길이 더블 위시본 서스펜션의 경우, 상하 위시본의 길이를 적절히 선정하고 최적화하며, 합리적인 배치를 통해 휠베이스와 전륜 정렬 매개변수의 변화를 허용 범위 내로 유지하여 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있습니다. 현재 동일 길이 더블 위시본 서스펜션은 자동차의 전후 서스펜션에 널리 사용되고 있으며, 일부 스포츠카와 레이싱카의 후륜에도 이 서스펜션 구조가 사용됩니다.
