공기 현가 장치의 원리

공기 현가장치의 원리 및 구조

공기 현가 장치의 원리

공기 현가장치의 구성과 원리

공기 현가장치는 공기스프링 서지탱크, 레벨링 밸브로 구성이 되어있습니다. 현가장치에 적용되는 하중에 따라서 스프링상수를 변화시킬 수 있으며, 자동차의 높이 조정이 가능하기 때문에 승차감과 차체 안정성을 향상할 수 있어서 대형버스에 주로 사용이 됩니다. 하지만 이러한 장치들을 작동시키기 위해서는 공기압축기와 공기탱크와 같은 부속장치가 필요합니다. 즉 하중이 감소하여 자동차의 높이가 높아지게 되면 레벨링 밸브가 작동이 돼서 공기스프링 안쪽의 공기를 방출하고 반대로 하중이 증가하는 경우에는 공기탱크에서 공기를 보충하여 높이를 일정하게 유지하도록 해주는 원리입니다. 공기 현가장치의 특징이 몇 가지가 있습니다. 하나씩 설명을 드리겠습니다. 우선 하중의 증가 감소와 관계없이 자동차의 높이가 항상 일정하게 유지를 시킵니다. 자동차가 앞뒤, 좌우로 기우는 것을 방지하는 큰 역할을 합니다. 특히 하중의 변화에 따라서 스프링 상수가 자동적으로 변화됩니다. 단 스프링의 고유 진동수는 증감과는 관계없이 일정합니다. 또한 고주파 진동수를 잘 흡수하며 승차감이 좋고 진동을 완화하기 때문에 자동차의 각종 중요한 부품을 마모와 충격에 대비시켜주기 때문에 자동차의 종합적인 수명이 길어지게 하는데 큰 역할을 한다고 볼 수 있습니다. 하지만 공기스프링은 가로축에 대한 하중에는 저항력이 매우 약합니다. 이를 차축에 사용하는 경우에는 반드시 링크를 병용해야 합니다. 좌우에 각각 1개의 공기스프링을 앞차축과 프레임 사이드 멤버 사이에 설치하고 가로방향으로 발생하는 힘은 레터럴 로드, 앞뒤 방향으로 발생하는 힘은 3개의 토크 로드로 견디게 설계가 되어 있고, 각각 로드는 고무 부싱을 끼워서 설치하게 됩니다. 뒤 현가의 경우에는 좌우측 두 개의 공기스프링을 프레임 사이드 멤버와 뒤차축에 설치되어있는 서포트 빔 사이에 연결해서 설치하며, 4개의 토크 로드를 사용해서 뒤차축의 전후방향으로 발생하는 힘을, 위쪽에 2개의 V자형으로 배치된 토크 로드의 경우에는 가로방향으로 발생하는 힘을 견디게 설계되어있습니다.

진동수와 승차감의 관계

자동차를 오래타면 피로함을 느껴보신 적 있으신가요? 자동차를 오래 타게 되면 지치고 피로감이 있습니다. 그 이유는 뭘까요? 저는 진동수와 매우 밀접한 관계가 있다고 생각합니다. 이상 진동이 사람의 뇌에 지속적으로 작용하게 되면 자율신경계에 충분한 영향을 줄 수 있다고 생각하는데요. 사람이 보통 일반적으로 걷는다고 하면 머리 부분의 상하진동은 60에서 70사이클 정도 됩니다. 물론 분당 기준입니다. 달릴 때는 120에서 160사이클이 분당 발생하게 됩니다. 일반적인 현가장치의 경우 60에서 120 사이클/분의 상하운동이 승차감에는 매우 좋습니다. 진동수가 120 사이클/분을 넘으면 딱딱하게 느껴지고 45사이클/분 이하로 떨어지면 진동을 느끼게 됩니다. 그래서 현가장치에 사용되는 스프링의 강도나 쇼크 업쇼버의 감쇠력을 이용해서 가능하면 승차감이 좋은 진동수가 되도록 설계하는 것이 매우 중요합니다. 자동차를 오래 타다 보면 멀미 나고 두통이 생기는 이유가 이런 진동수와도 밀접한 관계가 있다고 생각합니다. 이러한 부분을 볼 때 공기 현가장치가 승차감을 올려주는데 정말 큰 역할을 하는 것으로 보이네요.