자동차 서스펜션의 작동 원리

사람들은 자동차 성능을 생각할 때 일반적으로 마력, 토크, 0~60 가속도를 떠올립니다. 그러나 운전자가 자동차를 제어할 수 없다면 피스톤 엔진에서 생성된 모든 동력은 쓸모가 없습니다. 이것이 바로 자동차 엔지니어들이 4행정 내연기관을 익히자마자 서스펜션 시스템에 관심을 돌린 이유입니다.

자동차 서스펜션의 역할은 타이어와 노면 사이의 마찰을 최대화하고, 좋은 핸들링과 함께 조향 안정성을 제공하며, 승객의 편안함을 보장하는 것입니다. 이 기사에서는 자동차 서스펜션이 어떻게 작동하는지, 수년에 걸쳐 어떻게 발전해왔는지, 그리고 미래에 서스펜션 설계가 어디로 향하는지 살펴보겠습니다.

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도로가 완벽하게 평평하고 요철이 없다면 정지가 필요하지 않습니다. 그러나 도로는 평평하지 않습니다. 새로 포장된 고속도로에도 자동차 바퀴와 상호 작용할 수 있는 미묘한 결함이 있습니다. 바퀴에 힘을 가하는 것은 이러한 결함입니다. 뉴턴의 운동 법칙에 따르면 모든 힘은 크기와 방향을 모두 가지고 있습니다. 도로에 충격이 가해지면 바퀴가 도로 표면에 수직으로 위아래로 움직입니다. 물론 그 크기는 바퀴가 거대한 충격에 부딪치는지 아니면 작은 얼룩에 부딪히는지에 따라 달라집니다. 어느 쪽이든, 자동차 바퀴는 결함을 통과하면서 수직 가속을 경험합니다.

중간 구조 없이 바퀴의 수직 에너지가 모두 같은 방향으로 움직이는 프레임으로 전달됩니다. 이러한 상황에서는 타이어가 도로와의 접촉을 완전히 잃을 수 있습니다. 그런 다음 중력의 하향 힘으로 인해 타이어가 노면에 다시 부딪힐 수 있습니다. 필요한 것은 수직으로 가속되는 휠의 에너지를 흡수하여 타이어가 도로의 요철을 따라가는 동안 프레임과 차체가 방해 없이 주행할 수 있도록 하는 시스템입니다.

움직이는 자동차에 작용하는 힘에 대한 연구를 차량 동역학이라고 하며, 우선 서스펜션이 필요한 이유를 이해하려면 이러한 개념 중 일부를 이해해야 합니다. 대부분의 자동차 엔지니어는 다음 두 가지 관점에서 움직이는 자동차의 역학을 고려합니다.

이 두 가지 특성은 도로 격리, 도로 유지 및 코너링이라는 세 가지 중요한 원칙으로 더 자세히 설명할 수 있습니다. 아래 표에는 이러한 원칙과 엔지니어가 각 원칙에 고유한 문제를 해결하기 위해 시도하는 방법이 설명되어 있습니다.

다양한 구성 요소를 포함하는 자동차의 서스펜션은 위에서 설명한 모든 솔루션을 제공합니다.

섀시의 더 큰 그림부터 서스펜션을 적절하게 구성하는 개별 구성 요소까지 작업하면서 일반적인 서스펜션의 부분을 살펴보겠습니다.

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자동차의 서스펜션은 실제로 섀시의 일부이며, 섀시는 차체 아래에 위치한 모든 중요한 시스템으로 구성됩니다. 이러한 시스템에는 다음이 포함됩니다.

따라서 서스펜션은 모든 차량의 주요 시스템 중 하나일 뿐입니다.

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이러한 큰 그림의 개요를 염두에 두고 서스펜션의 세 가지 기본 구성 요소인 스프링, 댐퍼 및 스웨이 바를 살펴보겠습니다.

오늘날의 스프링 시스템은 다음 네 가지 기본 설계 중 하나를 기반으로 합니다.

자동차에서 스프링이 위치하는 위치(즉, 바퀴와 프레임 사이)를 기준으로 엔지니어들은 스프링 질량과 스프링 아래 질량에 관해 이야기하는 것이 편리하다고 생각하는 경우가 많습니다.

스프링 질량은 스프링에 지지되는 차량의 질량이고, 스프링 아래 질량은 도로와 서스펜션 스프링 사이의 질량으로 느슨하게 정의됩니다. 스프링의 강성은 자동차가 주행하는 동안 스프링 질량이 반응하는 방식에 영향을 미칩니다. 고급 자동차(Mercedes-Benz C-Class를 생각해 보세요)와 같이 스프링이 느슨하게 설치된 자동차는 충격을 흡수하고 매우 부드러운 승차감을 제공할 수 있습니다. 그러나 이러한 자동차는 제동 및 가속 중에 급강하하거나 스쿼트하는 경향이 있으며 코너링 중에 차체가 흔들리거나 굴러가는 경향이 있습니다. 스포츠카(Mazda Miata MX-5를 생각해 보세요)와 같이 스프링이 단단한 자동차는 울퉁불퉁한 도로에서는 덜 관대하지만 차체 움직임을 잘 최소화하므로 코너에서도 공격적으로 운전할 수 있습니다.