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에어서스펜션
에어서스펜션(air suspension)는 압축 공기의 탄력성을 이용한 현가장치이다. 공기 스프링으로 차체를 떠받치는 방식이다.[1]
개요
에어서스펜션은 서스펜션의 스프링 코일 대신에 에어를 주입하여 완충재로 사용하는 방식이다. 무게가 가볍고 잔 충격 흡수가 좋아 승차감이 우수하며, 가격이 고가이다.[2] 금속 스프링을 사용하면 혼자 탈 때 딱딱하고, 승차 정원 모두가 타면 너무 몰리는 결점이 있어, 이를 피하기 위해 하중이 커지면 딱딱해지는 가변 스프링을 사용한다. 하지만, 에어 스프링은 작은 진동도 흡수할 수 있고, 공기 압력을 높여서 같은 차 높이로 조정할 수 있는 구조이기 때문에 혼자 타든 50명이 타든 인원에 상관없이 같은 승차감을 얻을 수 있다. 그러나 에어 스프링 자체는 상하의 하중밖에 받아들일 수 없어 서스펜션의 링크가 복잡해진다.[3]
역사
에어서스펜션은 1901년 미국에서 특허가 처음 출원되었지만 이용되지 못하고, 1955년 시트로엥 DS(Citroën DS)에 처음으로 실용화되었다. 처음에는 에어서스펜션 대신 하이드로뉴메틱(Hydroneumatic) 용어를 사용하였다. 질소 압축 챔버를 스프링으로 이용하여, 질소가스가 손실되면 압력을 보충하는게 아니라 가스가 봉입된 챔버를 통교환 하는 방식이다. 이후, 양산차에 에어 서스펜션를 적용하기는 비용이 추가로 드는 비용문제, 에어스프링의 스프링계수가 급상승하는 기술적인 문제가 있었기 때문에 쉽지 않았다. 따라, 지금도 에어서스펜션은 고급차 또는 튜닝차에 적용되는 서스펜션이라는 인식이 강하다.[4]
특징
서스펜션은 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 전달되지 않도록 충격을 흡수하는 장치이다. 에어서스펜션은 코일이 아닌 에어스프링으로 운영된다. 스프링을 제외한 나머지 요소들은 다른 서스펜션 구성과 유사하다. 스프링의 종류로는 벨로스형, 다이어프램 펌프형 등이 있다. 벨로스형은 오로지 상하방향의 충격을 흡수하도록 개발되어, 상하의 하중밖에 받아들일 수 없어 횡방향에 대한 강성이 매우 낮아 초기에 사용되었고, 다이어프램 펌프형은 횡방향에 대해서도 복원력을 갖게 한 것으로, 상하좌우 어느 방향의 충격도 흡수한다.
원리
일반적인 서스펜션은 코일스프링, 댐퍼가 조합하는 방식이지만, 에어서스펜션은 에어스프링, 댐퍼가 조합하는 방식이다. 에어서스펜션의 원리는 일정 온도에서 기체의 압력과 부피가 반비례한다. 기체 부피를 1/2로 압축하면 압력은 2배가 되고, 반발력도 2배가 된다. 에어스프링은 이런 성질을 이용한 것으로, 사람이나 화물을 적재했을 때는 압축되어 반발력이 강해지며, 내리면 원래의 반발력으로 돌아온다. 이에 컴프레서를 통해 압축된 공기는 차 높이 상승 시 스프링에 채워지고, 하강 시 밖으로 방출된다. 스프링이 차량의 충격을 흡수하지만, 스프링 자체만으로 억제하기 어려워 쇼크 업소버(shock absorber)를 통해 차량의 안정성과 승차감을 향상시킨다. 차고 등에 따라 에어 스프링의 공기량을 조정하는 전자제어 에어서스펜션도 개발됐다. 적재량에 관계없이 일정한 차 높이를 유지해 승차감과 주행 안정성을 향상시키며, 한 번의 스위치 조작으로 차량 뒷부분의 높이가 30mm까지 낮아지므로 물건을 싣고 내릴 때 편리하다.[5]
용도
에어서스펜션은 자동차의 현가장치중 스프링을 에어백으로 교체하여 사용하는 방식을 말한다. 공압의 특징을 살려 스프링의 역할을 대신하고 현재는 고급차량, 기차나 버스에서부터 무진동 트레일러까지 활용분야가 많다.
객차, 화차, 내연동차, 전동차뿐만 아니라 노면전차나 모노레일부터 고속철도에 이르기까지 널리 채용되고 있다. 대부분 대차에 사용되며, 구조는 풍선과 비슷하다. 차고 조절은 물론, 다이어프램식의 용수철은, 횡강성이 높은 특징을 살려 대차의 사행동 방지에도 일조하고 있다. 볼스터리스 대차(bolsterless bogie)는 철도차량의 대차의 사용례로, 대차의 회전 방향의 이동도 받기 때문에 다이어프램식의 횡강성을 낮춘 저횡강성 공기 현가장치이 사용된다. 공기 현가장치 대차에서는 일반적으로 2차 현수장치의 용수철 정수를 내려 부드럽게 하며, 또한 통근용 전동차처럼 만차·공차시 중량 차이가 극단적으로 발생하는 환경에서도 충분한 공기 현가장치 작용을 얻기 위해 공기 용량을 증대시킬 목적으로 대차 프레임 내에 보조공기실을 구성해 공기 현가장치와 직결시킨다. 이에 따라 급격한 하중 증가가 발생했을 때에도 충분한 용수철 작용을 가능하게 한다. 또 이 보조공기실과 공기 현가장치 사이에 배관이 있는 경우에는 조절 밸브, 직접 맞닿아있는 경우에는 조절 구멍이라 불리는 공기의 유량을 제한하는 기구를 사이에 넣어 오일 댐퍼 등과 병행하지 않고서 진동 감쇄를 실현하고 있다. 또한, 공적차에 대응하여 공기 현가장치의 공기압을 자동적으로 조절해 차량의 높이를 일정하게 유지하는 자동 높이 조절 밸브를 설치해 필요에 따라 급배기가 이루어지며 공기는 공기압축기에서 만들어진 압축공기를 공기 배관을 통해 보낸다. 좌우의 공기 현가장치의 공기압 차가 너무 커졌을 경우 평형을 유지하기 위해 좌우 보조공기실 사이에 공기관을 설치하여, 그 가운데에 차압 밸브라고 불리는 압력 조절 밸브를 설치하고 있다.
공기 현가장치는 대형 자동차를 중심으로 많이 사용되고 있는데, 소형자동차의 경우 유압식 쇼바, 스프링등에 의해 충분한 충격흡수가 가능하지만 대형 자동차는 유압식 완충기로는 충격 흡수에는 한계가 존재한다. 때문에 판 스프링등을 많이 사용하여 왔으나 제동계통에 사용되는 압축공기와 공기 현가장치를 사용하여 대형 차량에 알맞은 현가장치 성능을 유지할 수 있어 고급형 버스, 트레일러등을 중심으로 상당부분 공기 현가장치이 사용되고 있다. 특히 저상버스의 경우에는 공기 현가장치를 응용하여 차체를 한쪽으로 기울이는 닐링을 사용할 수 있다. [1]
장단점
장점
에어서스펜션의 장점은 에어서스를 대표하는 장점 중 하나인 자유로운 차고 조절로, 운전석에 마련된 스위치로 앞과 뒤쪽의 차량 높이를 바로 조절 할 수 있다. 차고의 높이는 에어스프링의 압력을 보고 조절해야 하지만, 차량의 무게와 승차인원, 온드 등의 변수 때문에 압력과 높이의 비율이 일정하지 않아 정확하게 조절이 힘들다. 따라, 수동 조절 시에는 실제 눈으로 보면 조절해야 하며, 이러한 단점을 위해 차고기억모드가 생겼다. 차체와 서스펜션간에 별도의 높이센서를 장착하여 사용자가 원하는 높이를 기억하고, 해당 버튼만 누르면 높이센서가 정해진 위치에 올때까지 에어스프링 압력을 조절한다. 자유로운 차고조절이 가능해지면 불규칙한 도로상황에 즉각 대처할 수 있어 에어댐 손상을 방지하고 저차고 주행으로 효과도 누릴 수 있으며 오버 오프셋 휠도 적절하게 장착할 수 있다. 순정 에어서스를 장착한 고급차량의 경우, 모든 상태를 고려하여 안전하고 내구성 있게 만들어 놓았기 때문에 높낮이 변화량이 적고 속도가 느리다. 에어서스펜션은 공압조절벨브와 배관에 의해 결정되며, 배관이 클수록 공기의 흐름이 많아 더 빠르게 차고조절한다. 에어스프링의 큰 특징으로, 승차감의 변화이다. 코일스프링은 충격을 흡수해도 스프링의 반동이 있기 때문에 작은 충격에도 반응이 더 커지지만, 에어스프링은 공압의 특성 때문에 충격이 오면 내부적으로 공기의 이동과 팽창으로 흡수하고 원래의 모습으로 복원한다. 이 둘이 가장 큰 차이는 인치 업으로 인한 타이어의 편평비가 낮아질 때 이다. 코일스프링도 순정 타이어일 경우에는 타이어가 공압의 특성을 가지므로 큰 충격과 잔진동을 흡수 한 후 코일스프링에 전달하지만, 편평비가 낮은 타이어를 장착하면 많은 충격과 진동이 흡수 되지 못한 채 코일스프링에 전달되어 승차감이 나빠지게 된다. 더불어 대부분 서스펜션튜닝을 병행하므로 코일스프링과 댐퍼의 특성이 단단하게 변한다. 하지만 에어스프링이 장착된다면 충격과 진동을 한번 잘 흡수하므로 저편평비에도 좋은 승차감을 보인다. 또한, 관리가 용이해서, 일반 일체형 서스펜션처럼 오버홀이 필요하지 않고, 사용기간이 많아지면 컴프레서나 벨브등에 문제 발생 시 청소만 하면 된다.[6]
단점
에어서스펜션의 단점은 높은 가격, 수리의 불편함, 잔고장이나 에어스프링에 대한 불안감이 있다. 에어서스펜션을 장착하기 위해서는 공압을 만들어 낼 에어컴프레서, 공압을 보관할 에어서지탱크, 에어백에 공기를 보낼 배관, 공압을 넣고 뺄 솔레노이드 밸브 등 부가 장치가 필요하다. 부품이 많으면 그만큼 비용도 늘어나지만, 차량의 고장률도 높아진다. 에어서스펜션은 공압이 대부분 차지하기 때문에 한 군데라도 문제가 생기면 전반적인 모든 부분에 영향을 주게 된다. 또, 에어백은 고무재질이기에 장시간동안 사용하거나 냉간시에는 경화현상으로 인해 손상이 발생되는 경우도 있다. 이외에도, 에어컴프레서 작동에 따른 소음도 발생한다.[7]
현황
2020년 기준 에어서스펜션을 장착한 모델이 늘어나고 있다.
각주
- ↑ 1.0 1.1 〈공기 현가장치〉, 《위키백과》
- ↑ 〈서스펜션〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈에어 서스펜션〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈에어 서스펜션〉, 《나무위키》
- ↑ 휠라이프, 〈"에어서스펜션" -서스펜션의 종류 1편-〉, 《네이버 포스트》, 2017-11-02
- ↑ LOWRIDE, 〈airnavi - 에어서스펜션 소개〉, 《다음 블로그》, 2010-11-30
- ↑ 상리브, 〈에어서스펜션의 장점과 그 매력뒤에 숨어있는 단점들〉, 《네이버 블로그》, 2020-06-19
참고자료
- 〈공기 현가장치〉, 《위키백과》
- 〈서스펜션〉, 《네이버 지식백과》
- 〈에어 서스펜션〉, 《네이버 지식백과》
- 〈에어 서스펜션〉, 《나무위키》
- 휠라이프, 〈"에어서스펜션" -서스펜션의 종류 1편-〉, 《네이버 포스트》, 2017-11-02
- LOWRIDE, 〈airnavi - 에어서스펜션 소개〉, 《다음 블로그》, 2010-11-30
- 상리브, 〈에어서스펜션의 장점과 그 매력뒤에 숨어있는 단점들〉, 《네이버 블로그》, 2020-06-19
같이 보기
