차량의 품격을 결정하는 서스펜션 (현가장치)

서스펜션 시스템은 자동차의 바퀴와 차체를 연결하는 것으로 현가장치라고도 합니다. 노면에는 굴곡이 있고 코너링의 원심력처럼 자동차에 힘이 작용하는 경우도 있습니다. 차체에 바퀴의 위치가 고정되어있으면 타이어가 노면에서 떠서 자동차 본래의 성능을 발휘하지 못하고 위험하기도 합니다. 서스펜션은 다양한 주행상황에서 항상 타이어의 접지를 확보하는 역할을 합니다. 또한 진동과 흔들림을 억제시켜 승차감을 향상시키는 역할도 하고 있습니다. 서스펜션 시스템은 서스펜션 스프링을 바탕으로 이루어져 있습니다. 스프링으로 차량의 무게를 지탱하는 동시에 바퀴에 작용되는 힘에 대처합니다. 여기에 일반적으로 바퀴가 움직이는 방향과 범위를 정하는 서스펜션 암, 필요 없는 움직임을 규제하는 쇼크 업소바가 추가됩니다. 서스펜션은 좌우 바퀴를 연결하는 차축을 함께 지탱하는 차축 서스펜션과 차축을 좌우 바퀴로 독립시킨 독립 서스펜션으로 나눌 수 있습니다. 각각에는 다양한 구조가 있으며 현재의 주류는 독립 서스펜션입니다. 주행상황에 따라서 서스펜션의 성능을 변화시킬 수 있는 전자제어 서스펜션도 있습니다. 코일 스프링으로 차체와 차축을 연결시키면 힘을 받아낼 수 있습니다. 하지만 받아낼 수 있는 힘의 방향은 코일의 중심을 관통하는 방향으로 한정되며 그 외의 방향의 힘에는 강하지 않으므로 바퀴가 의도하지않게 기울어지기도 합니다. 따라서 정해진 범위 안에서 바퀴가 움직이도록 서스펜션 암으로 제한됩니다. 스프링에는 계속 진동을 하려고 하는 성질이 있으며 필요없이 바퀴를 계속 움직이게 하는 경우도 있습니다. 따라서 스프링의 진동을 억제하는 쇼크 업소버가 설치됩니다. 차축 서스펜션은 좌우 바퀴의 회전축을 지탱하는 부분이 차축과 연결되어있습니다. 차축은 드라이브 샤프트와 혼동되는 경우가 많지만 회전축을 의미하는 것이 아니며 비구동륜에도 존재합니다. 이러한 차축의 형식을 리지드 액슬식 서스펜션이라고 합니다. 양 바퀴가 서로 의존하고 있어서 디펜던트 서스펜션이라고도 합니다. 독립 서스펜션의 경우는 좌우 바퀴를 연결하는 구조가 없습니다. 이러한 추축의 형식을 디바이디드 액슬, 인디펜던트 액슬이라고도 합니다. 차축 서스펜션은 좌우 바퀴의 움직임이 연동합니다. 예를 들어 한쪽 바퀴가 파인 노면에 들어가면 반대쪽 바퀴도 기울어서 접지가 틀어집니다. 독립 서스펜션에서는 이러한 경우가 일어나지 않습니다. 그래서 좌우 바퀴가 따로 움직이는 독립 서스펜션은 다양한 상황에 대응할 수 있으며 성능이 높습니다. 따라서 현재 주류로 사용되고 있습니다. 서스펜션 암은 서스펜션의 형식과 설계에 따라 다양한 모양과 구조가 있습니다. 서스펜션 스프링은 넝쿨처럼 감긴 코일 스프링에 주로 사용되고 있습니다. 이밖에도 휘어지는 힘에 대해서 스프링으로 작용하는 토션 바, 진동을 흡수하는 기능을 가진 리프 스프링, 공기의 탄력을 이용하는 에어 스프링 등이 사용되는 경우가 있으며 각각의 특징을 살려 서스펜션을 구성하고 있습니다. 서스펜션 암은 강판을 성형용접한 것, 강철재질을 주조한 것, 강관 등이 사용되는 경우가 있습니다. 스프링 아래쪽의 중량을 줄이기 위해 알루미늄 단조로 만들어진 것도 있습니다. 서스펜션 암의 지지점의 회전축이 1개인 경우 암은 원호를 그리는 방향으로만 움직일 수 있습니다. 하지만 현재는 서스펜션 부시에 의해 가동범위의 자유도를 높인 경우가 많습니다. 부시는 고무재질의 부품으로 회전축과 그 축을 지탱하는 원통의 사이에 배치됩니다. 이 고무가 휘어져서 회전축에 의한 본래의 원호 이외의 방향으로도 암을 움직일 수 있습니다. 그리고 고무에 의해 암에 가해지는 충격도 완화됩니다. 코일 스프링은 봉 모양의 스프링 강철을 넝쿨모양으로 감은 것으로 구조가 심플하고 적은 비용으로 제조할 수 있습니다. 다양한 상황에 대응할 수 있도록 감는 간격을 부분에 따라 다르게 하는 부등피치 코일 스프링, 굵기에 변화를 준 비선형 코일 스프링도 있습니다. 일반적으로 큰 힘에 견딜 수 있도록하면 주행 진동과 같은 작은 움직임에는 잘 반응하지 않습니다. 토션 바는 스프링 강으로 만들어진 봉으로 휘어지면 원래의 상태로 돌아오려고 하는 스프링으로 작용합니다. 구조는 간단하지만 중량 당 진동흡수능력이 높습니다. 리프 스프링은 여러 장의 길고 가는 스프링 강의판이 겹쳐진 것입니다. 겹쳐진 방향에 힘이 가해지면 전체가 휘어져서 스프링으로 가능합니다. 원래 상태로 돌아갈 때에는 판과 판 사이에서 마찰이 발생되어 힘이 흡수됩니다. 따라서 코일 스프링처럼 진동을 계속 받는 경우는 적습니다. 암처럼 서스펜션의 골격으로도 이용될 수 있지만 작은 힘에는 잘 반응하지 않으므로 주류로 사용되지는 않습니다. 에어 스프링은 공기의 탄력을 스프링으로 사용합니다. 내부의 압력을 바꾸어 스프링의 능력을 다르게 할 수 있으며 이것으로 스프링을 전자제어 할 수 있습니다. 스프링으로 차의 높이 조절도 할 수 있습니다. 에어 스프링은 큰 힘에는 단단한 스프링으로 반응하고 작은 힘에는 부드러운 스프링으로 반응하기 때문에 이상적인 서스펜션 스프링입니다. 하지만 구조가 복잡하고 제작 가격이 높습니다. 서스펜션에 사용되는 코일 스프링의 진동을 줄이는 것이 쇼크 업소버의 역할입니다. 쇼크 업소버는 점성이 높은 오일 같은 액체가 가는 구멍을 통과할 때에 발생하는 마찰에 의해 힘을 흡수합니다. 흡수된 운동에너지는 열에너지로 변환됩니다. 이러한 변환으로 쇼크 업소버가 억제할 수 있는 힘을 감쇠력이라고 합니다. 쇼크 업소버는 스프링이 눌릴 때와 늘어날 때에도 감쇠력을 발휘합니다. 감쇠력의 크기를 바꿀 수 있는 감쇠력 가변식 쇼크 업소버도 있으며 이것은 전자제어 서스펜션에 사용되고 있습니다.