2009년 11월 08일
독립식 서스펜션에 대한 간략한 기구학적 설명...
일단 기구학적인 배경지식 세 가지 부터 먼저...
i. 자유공간상에서 차축의 자유도는 6가지가 됩니다. 직교좌표계 기준으로는 회전운동 3자유도와 직선운동 3자유도가 되는 것이지요.(물론 좌표계의 기준에 따라서 운동의 종류는 달라지지만 자유도는 동일합니다.)
ii. 차량의 전륜은 서스펜션에 따른 상하운동과 조향에 따른 회전운동이 필요하기 때문에 전륜의 운동 자유도는 2자유도입니다. 반면에 후륜은 서스펜션에 따른 상하운동만 하고 조향은 필요없는 경우가 많기 때문에 후륜의 운동 자유도는 대체로 1자유도입니다.(물론 4WS 방식에서는 후륜도 4자유도만 구속되겠습니다만...)
iii. 차량 서스펜션을 고정하기 위해 사용하는 '링크'는 1개당 1자유도의 운동을 구속합니다. 그리고 서스펜션 고정용 암은 1개당 2자유도의 운동을 구속합니다. 링크의 조인트 부분은 볼조인트 내지는 부쉬 등을 사용하여 조인트부분에 2자유도가 남는데 비해 암의 경우는 축으로 조인트가 되어 1자유도 운동밖에는 남지 않습니다. (물론 암의 한쪽만 축조인트이지만...)
그리고 독립식 서스펜션의 종류에 대한 설명.(레퍼런스는 여기를 참조하세요)
가)스윙암식 서스펜션
아마 밀덕이라면 이 방식의 서스펜션을 '크리스티형 현가장치'라는 이름으로들 많이 접해보셨을 겁니다...
기구학적으로는 스윙암 하나로 5자유도를 구속합니다. 요동축에서 2자유도가 구속되고 스윙암과 차륜축 접합부위에서 3자유도가 구속되어 상하방향 자유도만 남기는 방식입니다. 스윙암 하나로 1타5피를 겟 하는 방식이기 때문에 가장 간단한 방식이라고 봐야죠...
(번외) 요즈음은 스윙암식 서스펜션에 대한 변종으로 토션빔식 서스펜션이 대세화 되는 모양입니다. 기본적으로 토션빔식 서스펜션은 스윙암을 토션빔으로 탄성커플링 시키면서 또한 토션빔의 강성을 통해 구조강도까지 확보하는 방식이기 때문에 좌우 독립식 서스펜션이라고 하기에도 뭐하고 일체식 서스펜션이라고 하기에도 뭐한 방식이라고 봅니다...(어차피 기구학은 강체커플링 기준으로 자유도를 결정하기 때문에.....)
나) 맥퍼슨 스트럿 서스펜션
댐퍼 스트럿바가 2자유도를 구속하고 로어암이 나머지 2자유도를 구속하여 2자유도를 남기게 되면 전륜(조향륜)용 서스펜션으로 써먹을 수 있는 것이고, 여기에 링크 1개를 더 추가해서 1자유도를 남기면 후륜용으로 써먹을 수 있게 됩니다.
(로어암을 링크 2개로 대체하는 방식도 써먹을 수 있습니다.)
기구학적으로는 아래에서 설명할 더블위시본식 서스펜션에서 어퍼 암의 길이를 무한대의 길이로 늘여놓은 것과 동일합니다. 즉 맥퍼슨 스트럿 서스펜션은 더블위시본 서스펜션의 특수예라는 것이지요.
다) 더블위시본 서스펜션.
어퍼암과 로어암이 각가 2자유도를 구속하게 되면 전륜(조향륜)용 서스펜션으로 써먹게 되고, 거기에 링크 하나를 추가하면 총 5자유도가 구속되어 후륜용으로 쓸 수 있습니다.
사실 암 기구가 기구학적으로는 링크 2개의 조인트가 한 점에 모인것과 등가이기 때문에 더블위시본 서스펜션은 멀티링크 서스펜션의 특수예라고도 할 수 있습니다.
라) 멀티링크식 서스펜션.
5개 자유도를 구속하기 위해 후륜 기준으로는 링크 5개를 사용합니다.(전륜기준 링크 4개) 혹은 그 변형으로 링크3개+암1개 방식을 사용하는 경우도 멀티링크라고 부르는 모양입니다.(붕어떼HD후륜이 스윙암 1개 + 링크 3개의 방식입니다. 저도 정비매뉴얼 보고 처음 알았습니다.....OTL....)
기구학적 설계상 행동의 자유는 앞에서 설명했던 서스펜션들중 최고입니다. 그만큼 설계 엔지니어가 장난쳐볼 구석이 많은 방식이기도 하고....
마) 핵심주제... 어느 넘이 더 좋은 넘인가?
앞에서도 이야기했듯이...
스윙암식 서스펜션은 스윙암+조인트고정으로 모든게 방식이기 때문에 설계의 자유는 제일 떨어집니다...
맥퍼슨 스트럿바식은 더블위시본식의 특수예이고 더블위시본도 멀티링크의 특수예이기 때문에 설계자유 기준에서는...
멀티링크>>(멀티링크의 특수예인)더블위시본>>(더블위시본의 특수예인)맥퍼슨스트럿>>>>넘사벽>>>스윙암
라고 배열하는 게 가능하겠지요....
그럼 설계의 자유==더 좋은 서스펜션?
간단하계 예를 들어보면,
시험이 있다고 가정합시다....
시험지 종류가 세 가지인데 시험지 '갑'은 50문항이 있고 50문항을 다 풀면 50점을 받을 수 있습니다...
시험지 '을'은 100문항이 있는데 그중 50문항은 시험지 '갑'과 같은 문항이고 나머지 50문항은 앞의 50문항보다 난이도가 높습니다. 물론 다 풀면 100점이지요....
시험지 '병'은 150문항이 있는데 그중 100문항은 시험지 '을'과 동일하고 나머지 50문항은 최고난이도의 문항으로 구성되어 있습니다... 물론 다 풀면 150점입니다.
평이한 능력을 가진 응시자라면 시험지 '갑'을 받아들든, 시험지 '병'을 받아들든 아무리 점수를 잘 맞아봐야 50점이 고작입니다...
날고기는 능력을 가진 응시자라야 시험지 '갑'을 받아들었을 때 항상 50점이고, 시험지 '병'을 받아들면 150점까지 점수를 끌어올릴 수 있습니다....
간단히 이야기하면... 설계상의 자유가 많은 방식의 서스펜션이라고 해도 그 설계상의 자유를 십분 활용할 수 있는 능력이 되어야만 더 좋은 능력을 끌어낼 수 있는 것이지요... 즉 서스펜션의 설계상 자유는 좋은 설계를 위한 기회를 제공할지는 모르지만, 더 좋은 설계를 보장하지는 않습니다.
그게 맨날 이야기되는 '서스펜션은 결국 설계자의 세팅 능력에 달려있다...'는 문구가 진정으로 의미하는 바이지요....
물론 달구지의 특성상 30점짜리만 써먹어도 충분히 달구지의 사용목적에 맞는 경우라면 그냥 시험지 '갑'을 채택하는게 장땡이겠지만서도요...(9급공무원 임용시험에 5급공무원용 시험지를 가져와봤자 유원지 간이화장실용 뒷지 역할도 못함....)
번외.
맥퍼슨 스트럿바식 서스펜션이 좀 않좋다는 이야기가 있습니다....
제가 생각했을 때에는 기구학적인 특성 외에 맥퍼슨 스트럿바식 고유의 약점은 스트럿바가 비틀림응력을 받으면서 댐퍼 접합부에 고체마찰력을 유발시킨다는 점일 듯 한데...(반면 링크는 기구적인 특성상 주로 인장-압축응력을 주로 받게 되어 있습니다.)
고체마찰에 의한 마찰력은 그 특성이 '비선형적'입니다...(물론 서스펜션 코일스프링이 언제부터 선형탄성거동을 보이는 스프링으로 만든 적이 있느냐는 반론이 투척되면 꼬리를 말아야 겠지만요.....) 게다가.... 서스펜션의 변위에 관계없이 방향에만 의존하여 반력을 만들어내는 성질이 있지요..... 이렇게되면 서스펜션에 일종의 악성 히스테리시스를 유발시켜서 차륜의 노면추종성을 악화시키고... 더 나아가서 진동도 유발시킬 수 있겠지요.....
아무튼 그러한 문제때문에 맥퍼슨 스트럿바식 서스펜션이 좀 저급으로 취급되는 것인지 아닌가 하는 생각이 듭니다....
결론.
그냥 대충 달구지 몰고 안전빵으로 삽시다...
p.s 이정도는 구루마수도원장 선에서 해결되어야 하는 것 아니우?....... 왜 날 뷁~!
i. 자유공간상에서 차축의 자유도는 6가지가 됩니다. 직교좌표계 기준으로는 회전운동 3자유도와 직선운동 3자유도가 되는 것이지요.(물론 좌표계의 기준에 따라서 운동의 종류는 달라지지만 자유도는 동일합니다.)
ii. 차량의 전륜은 서스펜션에 따른 상하운동과 조향에 따른 회전운동이 필요하기 때문에 전륜의 운동 자유도는 2자유도입니다. 반면에 후륜은 서스펜션에 따른 상하운동만 하고 조향은 필요없는 경우가 많기 때문에 후륜의 운동 자유도는 대체로 1자유도입니다.(물론 4WS 방식에서는 후륜도 4자유도만 구속되겠습니다만...)
iii. 차량 서스펜션을 고정하기 위해 사용하는 '링크'는 1개당 1자유도의 운동을 구속합니다. 그리고 서스펜션 고정용 암은 1개당 2자유도의 운동을 구속합니다. 링크의 조인트 부분은 볼조인트 내지는 부쉬 등을 사용하여 조인트부분에 2자유도가 남는데 비해 암의 경우는 축으로 조인트가 되어 1자유도 운동밖에는 남지 않습니다. (물론 암의 한쪽만 축조인트이지만...)
그리고 독립식 서스펜션의 종류에 대한 설명.(레퍼런스는 여기를 참조하세요)
가)스윙암식 서스펜션
아마 밀덕이라면 이 방식의 서스펜션을 '크리스티형 현가장치'라는 이름으로들 많이 접해보셨을 겁니다...
기구학적으로는 스윙암 하나로 5자유도를 구속합니다. 요동축에서 2자유도가 구속되고 스윙암과 차륜축 접합부위에서 3자유도가 구속되어 상하방향 자유도만 남기는 방식입니다. 스윙암 하나로 1타5피를 겟 하는 방식이기 때문에 가장 간단한 방식이라고 봐야죠...
(번외) 요즈음은 스윙암식 서스펜션에 대한 변종으로 토션빔식 서스펜션이 대세화 되는 모양입니다. 기본적으로 토션빔식 서스펜션은 스윙암을 토션빔으로 탄성커플링 시키면서 또한 토션빔의 강성을 통해 구조강도까지 확보하는 방식이기 때문에 좌우 독립식 서스펜션이라고 하기에도 뭐하고 일체식 서스펜션이라고 하기에도 뭐한 방식이라고 봅니다...(어차피 기구학은 강체커플링 기준으로 자유도를 결정하기 때문에.....)
나) 맥퍼슨 스트럿 서스펜션
댐퍼 스트럿바가 2자유도를 구속하고 로어암이 나머지 2자유도를 구속하여 2자유도를 남기게 되면 전륜(조향륜)용 서스펜션으로 써먹을 수 있는 것이고, 여기에 링크 1개를 더 추가해서 1자유도를 남기면 후륜용으로 써먹을 수 있게 됩니다.
(로어암을 링크 2개로 대체하는 방식도 써먹을 수 있습니다.)
기구학적으로는 아래에서 설명할 더블위시본식 서스펜션에서 어퍼 암의 길이를 무한대의 길이로 늘여놓은 것과 동일합니다. 즉 맥퍼슨 스트럿 서스펜션은 더블위시본 서스펜션의 특수예라는 것이지요.
다) 더블위시본 서스펜션.
어퍼암과 로어암이 각가 2자유도를 구속하게 되면 전륜(조향륜)용 서스펜션으로 써먹게 되고, 거기에 링크 하나를 추가하면 총 5자유도가 구속되어 후륜용으로 쓸 수 있습니다.
사실 암 기구가 기구학적으로는 링크 2개의 조인트가 한 점에 모인것과 등가이기 때문에 더블위시본 서스펜션은 멀티링크 서스펜션의 특수예라고도 할 수 있습니다.
라) 멀티링크식 서스펜션.
5개 자유도를 구속하기 위해 후륜 기준으로는 링크 5개를 사용합니다.(전륜기준 링크 4개) 혹은 그 변형으로 링크3개+암1개 방식을 사용하는 경우도 멀티링크라고 부르는 모양입니다.(붕어떼HD후륜이 스윙암 1개 + 링크 3개의 방식입니다. 저도 정비매뉴얼 보고 처음 알았습니다.....OTL....)
기구학적 설계상 행동의 자유는 앞에서 설명했던 서스펜션들중 최고입니다. 그만큼 설계 엔지니어가 장난쳐볼 구석이 많은 방식이기도 하고....
마) 핵심주제... 어느 넘이 더 좋은 넘인가?
앞에서도 이야기했듯이...
스윙암식 서스펜션은 스윙암+조인트고정으로 모든게 방식이기 때문에 설계의 자유는 제일 떨어집니다...
맥퍼슨 스트럿바식은 더블위시본식의 특수예이고 더블위시본도 멀티링크의 특수예이기 때문에 설계자유 기준에서는...
멀티링크>>(멀티링크의 특수예인)더블위시본>>(더블위시본의 특수예인)맥퍼슨스트럿>>>>넘사벽>>>스윙암
라고 배열하는 게 가능하겠지요....
그럼 설계의 자유==더 좋은 서스펜션?
간단하계 예를 들어보면,
시험이 있다고 가정합시다....
시험지 종류가 세 가지인데 시험지 '갑'은 50문항이 있고 50문항을 다 풀면 50점을 받을 수 있습니다...
시험지 '을'은 100문항이 있는데 그중 50문항은 시험지 '갑'과 같은 문항이고 나머지 50문항은 앞의 50문항보다 난이도가 높습니다. 물론 다 풀면 100점이지요....
시험지 '병'은 150문항이 있는데 그중 100문항은 시험지 '을'과 동일하고 나머지 50문항은 최고난이도의 문항으로 구성되어 있습니다... 물론 다 풀면 150점입니다.
평이한 능력을 가진 응시자라면 시험지 '갑'을 받아들든, 시험지 '병'을 받아들든 아무리 점수를 잘 맞아봐야 50점이 고작입니다...
날고기는 능력을 가진 응시자라야 시험지 '갑'을 받아들었을 때 항상 50점이고, 시험지 '병'을 받아들면 150점까지 점수를 끌어올릴 수 있습니다....
간단히 이야기하면... 설계상의 자유가 많은 방식의 서스펜션이라고 해도 그 설계상의 자유를 십분 활용할 수 있는 능력이 되어야만 더 좋은 능력을 끌어낼 수 있는 것이지요... 즉 서스펜션의 설계상 자유는 좋은 설계를 위한 기회를 제공할지는 모르지만, 더 좋은 설계를 보장하지는 않습니다.
그게 맨날 이야기되는 '서스펜션은 결국 설계자의 세팅 능력에 달려있다...'는 문구가 진정으로 의미하는 바이지요....
물론 달구지의 특성상 30점짜리만 써먹어도 충분히 달구지의 사용목적에 맞는 경우라면 그냥 시험지 '갑'을 채택하는게 장땡이겠지만서도요...(9급공무원 임용시험에 5급공무원용 시험지를 가져와봤자 유원지 간이화장실용 뒷지 역할도 못함....)
번외.
맥퍼슨 스트럿바식 서스펜션이 좀 않좋다는 이야기가 있습니다....
제가 생각했을 때에는 기구학적인 특성 외에 맥퍼슨 스트럿바식 고유의 약점은 스트럿바가 비틀림응력을 받으면서 댐퍼 접합부에 고체마찰력을 유발시킨다는 점일 듯 한데...(반면 링크는 기구적인 특성상 주로 인장-압축응력을 주로 받게 되어 있습니다.)
고체마찰에 의한 마찰력은 그 특성이 '비선형적'입니다...(물론 서스펜션 코일스프링이 언제부터 선형탄성거동을 보이는 스프링으로 만든 적이 있느냐는 반론이 투척되면 꼬리를 말아야 겠지만요.....) 게다가.... 서스펜션의 변위에 관계없이 방향에만 의존하여 반력을 만들어내는 성질이 있지요..... 이렇게되면 서스펜션에 일종의 악성 히스테리시스를 유발시켜서 차륜의 노면추종성을 악화시키고... 더 나아가서 진동도 유발시킬 수 있겠지요.....
아무튼 그러한 문제때문에 맥퍼슨 스트럿바식 서스펜션이 좀 저급으로 취급되는 것인지 아닌가 하는 생각이 듭니다....
결론.
그냥 대충 달구지 몰고 안전빵으로 삽시다...
p.s 이정도는 구루마수도원장 선에서 해결되어야 하는 것 아니우?....... 왜 날 뷁~!
# by | 2009/11/08 13:01 | Vehicle | 트랙백 | 덧글(10)
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안되면 될때까지...
지면 이길때까지....
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