앞바퀴 정렬에서 중요한 캠버의 역할

캠버란 무엇인가

캠버 및 킹핀의 경사각도

 

캠버의 뜻

캠버란 앞바퀴를 정면에서 봤을 때 바퀴의 중심선과 노면에 대한 수직선이 이루는 각도를 뜻합니다. 캠버는 차종에 따라서 다르지만 일반적으로 0도에서 2.5도 정도 됩니다. 캠버에는 바퀴가 차체의 바깥쪽으로 기울어진 상태를 정의 캠버라고 하고 바퀴가 차체의 바깥쪽으로 기울어진 상태를 부의 캠버라고 부릅니다. 그러면 이 캠버가 왜 있는지에 대해서 설명을 드릴게요. 캠버를 두는 이유는 첫 번째로, 앞바퀴가 하중을 받았을 때 아래가 벌어지는 것을 방지하고 두 번째로 주행 중에 바퀴가 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 합니다. 세 번째는 킹핀 경사각도와 함께 타이어 접지면 중심과 킹핀 연장선이 노면과 교차하는 점과의 거리인 오프셋 양을 적게 해서 조향핸들의 조작력을 경감시키고 마지막으로 바퀴의 중심이 캠버가 0일 때에 비해서 안쪽으로 들어가기 때문에 하중이 가해지는 점이 너클 스핀들에 가까워져 너클 조인트 부분에 발생하는 모멘트를 줄일 수가 있습니다. 이는 곧 부품의 내구성을 증기 시킨다는 뜻이기도 합니다.

 

킹핀의 경사각도

킹핀은 자동차를 정면에서 보았을 때 차체 쪽으로 비스듬하게 설치되는데 킹핀의 중심선이 노면에 대한 수직선과 이루는 각도를 킹핀 경사각도라 합니다. 킹핀을 사용하지 않은 독립현가방식 중 위시본 형식은 조향 너클과 결합되는 위 컨트롤 암과 아래 컨트롤 암의 위 볼 이음과 아래 볼 이음의 중심을 연결하는 직선과 수직선이 이루는 각도가 킹핀 경사각도에 해당하고 맥퍼슨 형식은 스트럿의 중심선과 수직선이 이루는 각도가 킹핀 경사각도에 해당합니다. 킹핀 경사각도는 일반적으로 6도에서 9도 정도로 되어있습니다. 킹핀 경사각도를 두는 이유는 첫 번째, 조향핸들 조작력과 주행 및 제동을 할 때 저항력을 줄여줍니다. 두 번째, 캠버와 함께 오프셋 양을 줄여주므로 타이어를 선회시키는 모멘트가 줄어들어 조향핸들 조작력이 줄게 됩니다. 세 번째로는 조향핸들의 복원력을 증대시키는 역할을 합니다. 킹핀, 캠버와 관련된 부품 중에 캐스터를 반드시 짚고 넘어가야 합니다. 캐스터는 앞바퀴를 옆에서 보았을 때 킹핀 중심선이 수직선에 대하여 경사져있는데 이 경사진 각도를 캐스터라 하며, 차체 뒤쪽으로 경사진 것을 정의 캐스터, 앞쪽으로 경사진 것을 부의 캐스터라 합니다. 캐스터 값은 대략 뒷바퀴 구동방식에서 2도에서 10도 정도, 앞바퀴 구동방식에서는 -1도에서 10도 정도입니다. 또, 킹핀 중심 연장선이 노면과 만나는 점을 캐스터 점, 캐스터 점과 타이어 접지 중심 사이의 거리를 트레일이라고 부릅니다. 캐스터를 주게 되면 앞바퀴가 직진 상태에서 벗어난 순간에 바퀴에 가해지는 주행 저항에 의하여 킹핀 축 주위에서 직진 위치로 돌아가려는 복원 모멘트가 작용해서 자동차의 직진 성능을 부여하고, 선회할 때 복원성을 줍니다. 캐스터 각도가 클수록 자동차의 직진 성능과 선회 시 복원성을 확보하는데 유리하지만 상대적으로 조향 조작력이 커진다는 특징이 있습니다. 캐스터뿐 아니라 토인에 대한 정보도 꼭 짚고 넘어가야 하는데요. 앞바퀴를 위에서 내려다보았을 때 양 바퀴의 중심거리가 앞쪽이 뒤쪽보다 좁게 되어있습니다. 이 거리의 차이를 토인이라 하고, 보통 일반적인 승용차에서는 2~3mm이고 대형차의 경우 4~8mm입니다. 반대로 바퀴의 앞쪽이 뒤쪽보다 넓게 되어있는 경우를 토 아웃이라 합니다. 보통 바퀴는 캠버에 의해서 바깥쪽으로 진행하려 합니다. 그래서 바퀴의 자세를 안쪽으로 두면 서로 상쇄가 되어 직진방향으로 진행을 하고, 즉 토인은 캠버를 보정하여 사이드 슬립을 방지하고, 타이어가 편 마모되지 않도록 합니다. 즉 캠버에 의해서 바퀴가 토 아웃되는 것을 방지한다고 보시면 됩니다. 바퀴는 킹핀의 중심선을 따라서 회전하는데, 주행할 때 노면으로 발생되는 저항으로 인하여 바퀴를 바깥쪽으로 선회시키는 모멘트가 발생합니다. 이 모멘트는 바퀴를 토 아웃시키려 합니다. 즉 구동력과 주행 저항 등에 의한 바퀴가 토 아웃되는 것을 방지한다고 이해하시면 됩니다.