서스펜션 이야기 - 설계/학술

설계계획법

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휠 센터와 차체를 전후 방향으로 단위거리 상대변위시키는데 필요한 전후력의 변화량을 서스펜션
전후 강성이라 한다.

서스펜션 전후 강성은 하시니스와의 상관이 높다는 것이 알려져 있다. 그 이유는 타이어가 노면의 작은 요철을 통과할 때에 휠 센터에 전후 방향의 진동적인 힘이 발생하는 특성을 갖고 있기 때문이라고 생각된다.

따라서, 하시니스 성능이 양호한 서스펜션이란 타이어의 진동을 보다 절연하고 차체에 잘 전달되지
않는 서스펜션이라고 할수 있다.

이 때의 진동 절연성은 그 진동의 주파수에서의 동적인 강성이 낮은 편이 양호하다.

서스펜션의 강성은 일반적으로는 러버 부시의 특성이나 구조 부재의 강성 등에 의해 형성되어 있고 그 동적인 전후 강성과 정적인 전후 강성은 상관 관계가 높다.

전후력 컴플라이언스 스티어에는 제동시와 같이 접지 중심에 전후력이 걸릴 때의 토 변화를 말하는
경우와 구동력이나 엔진 브레이크와 같은 차륜 중심에 전후력이 걸릴 때의 토 변화를 말하는 경우가 있다.

일반적으로는 전후력 컴플라이언스 스티어는 제동, 구동 등의 조작이나 외란 입력에 의해 직진시의
차량의 안정성을 방해하지 않도록 하는 관점으로 부터 0이 바람직하다.

단, 전륜 또는 후륜에 있어서 특정 조건하에서는 적극적으로 토 인 또는 토 아웃 특성을 주는 것에 의해 더욱더 안정성을 증대시키는 것도 생각된다.
표 7-2에 그 예를 나타낸다.

서스펜션 횡 강성은 차륜 중심과 차체를 횡 방향으로 단위 거리 상대 변위시키는 것에 필요한 차륜
중심에 있어서 횡력의 변화량으로 정의된다.

그러나 실제에는 서스펜션으로의 횡력은 타이어로부터의 힘이기 때문에 접지점 부근으로 부터의 입력이다.

그래서 여기에서 말하는 횡 강성은 접지점에 횡력을 부하한 경우의 접지점의 휨량과의 관계에서 구해지는 것으로 한다.

이때에는 차륜의 캠버 방향의 강성도 포함된 것에 상당한다.

일반적으로는 횡 강성은 조종 안정성에 대해서는 높을 수록 좋고, 그 기여율은 높다.

또, 하시니스 등의 승차감에 대해서는 낮은 편이 좋지만, 그 기여율은 낮다.

따라서 횡 강성의 설계상의 한계 높이는 로드 노이즈에 대한 인슐레이션의 배려나 서스펜션 구성 부재의 구조에 의해 결정되어진다.

횡력 컴플라이언스 스티어는 타이어 접지 중심에 좌우력이 부하되었을 때의 토 변화를 말한다.

또, 셀프 얼라이닝 토크 컴플라이언스 스티어는 타이어 상하 축 주위에 모멘트가 부하되었을 때의 토 변화이다.

이들의 특성은 차량의 US, OS 특성에의 영향이 크고, 특히 프런트 서스펜션의 경우에는 스티어링
특성과 합쳐서 검토할 필요가 있다.

또, 실차에서는 횡력의 착력점은 접지 중심보다 후방에 오프셋되어 있기 때문에 이 양쪽 특성이 합
성되어 영향을 주는 것이 된다.

전륜 또는 후륜에 있어서 접지점 상하 방향의 하중 변화와 휠 센터의 상하 방향의 변위량과의 관계
를 서스펜션의 하중 휨 특성이라 한다.

그림 7-53에 나타낸 바와 같이 기준 적재 부근에서의 접선 스프링 상수가 서스펜션 레이트 이다.

여기서 기준 적재란 차량의 성격 등에 상응하여 설정되는 설계상의 기준 적재 조건이다.

또, 기준 적재로부터 범프, 리바운드의 최대 스트로크가 정의되고, 그 양자를 더한 것이 일반적으로 휠 스트로크라 불린다.

여기서,풀 리바운드 상태는 접지 하중이 0일 때라고 생각하여도 좋지만, 풀 범프 상태는 실제로는 충격 하중 입력에 의해 결정되기 때문에 획일적으로는 정의할수 없다.

따라서 편의적으로 스프링 위 분담 하중의 5배 정도의 정적인 하중 부하시의 스트로크로 하여 정의하는 경우도 있다.

서스펜션 레이트를 k, 스프링 위 질량을 m 이라 하면, 다음 식에 의해 스프링 위 고유 진동수 f 가
구해진다.

휠 스트로크는 노면으로 부터의 충격 입력의 흡수, 적재 조건의 변화나, 롤에 수반하는 서스펜션 레
이트의 변화의 정도를 작게 유지한다는 의미이고 충분히 크게 취하는 것이 바람직하다.

상하 감쇠력 특성은 주로 쇽 업소버의 감쇠력에 의해 결정된다.

서스펜션 레이트 및 스프링 위 질량으로 부터 과제진과 감쇠 부족의 경계의 감쇠 계수로서 임계 감쇠 계수 Cc 가

로 표시된다. 서스펜션의 감쇠력 특성은 감쇠 계수를 C 라 하면, 이 임계 감쇠 계수 Cc 와의 비율로서 감쇠 계수비 C/Cc 라는 형으로 표현된다.

실제의 차량에 있어서는 개략적으로 그림 7-54에 나타낸 모델의 스프링 위 스프링 아래의 진동계로
생각된다.

이 2자유도 모델에서는 2개의 고유 진동수를 가지며 각각 스프링 위 고유 진동수와 스프링 아래 고유 진동수이다.

스프링 아래 고유 진동수에 대해서는 스프링 아래 질량과 타이어의 스프링 상수의 영향이 크다.

이 모델에 있어서 노면으로 부터의 입력으로써 주기적인 강제 변위를 주면,그림 7-55에 표시한 바와같은 스프링 위의 가속도 응답이 얻어진다.

베이스에 대하여 감쇠 계수비를 증감시킨 경우는, 주파수에 의해 가속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역이 있고, 승차감에 대해서는 적당한 값이 있는 것으로 생각된다.

또, 감쇠 계수비를 일정하게 하고 스프링 위 고유 진동수를 낮게 한 경우는, 저주파의 가속도가 저하하기 때문에 승차감이 좋아지는 방향이다.