[SM5] 현가장치의 일반적 분석
르노삼성자동차의 SM5 전차종 프런트에는 맥퍼슨형 스트럿식 독립현가방식을, 리어에는 멀티링크빔식 트레일링암을 적용했다. 승차감 및 조향안전성과 정비성을 동시에 향상시킨 SM5의 현가장치의 개요 및 특징에 대해 알아보도록 하자. 그리고 현장에서 주로 실시되는교환 작업시 반드시 지켜야 할 주의사항에 대해서도 함께 검토해 보고자 한다.
목영인 [르노삼성자동차 서비스엔지니어링팀]
개요
특징
항목 내용 승차감 조향안전성의 향상(가스식 쇽업쇼버 채용) 프런트 ·안티 다이브, 안티 리프브 기하학 채용 ·하이 캐스터 채용 ·오프셋 코일 스프링 채용 ·볼 조인트식 스테빌라이저 커넥팅로드 채용 ·입력분해형 스트럿 마운트 인슐레이터 채용(표준 서스펜션) ·서스펜션 멤버의 채용 ·차체와의 부착부에 진동방지 구조 채용 리어 ·멀티링크 빔식 트레일랑암 서스펜션 채용 정비성 향상 프런트 리어 공통 ·휠베어링에 유니트 베어링 채용 ·베어링 그리스의 메인트넌스 프리화
사양
엔진형식 SR18 SR20 VQ20 VQ25 차량의 종류 SM518 SM520 SM520SE SM520V SM525V 서스펜션 사양 표준서스펜션 ADS 프런트 서스펜션 형식 스트럿식(독립현가식)ADS 옵션 휠얼라이먼트(공차상태) 토-인(㎜) 인 1-3 캐스터 각(℃) 2。45′±45′ 캠버 각(℃) -0。15′±45′ 킹핀 각(℃) 14。15′±45′ 사이트 슬립량(㎜) 인5 - 아웃1 소버 감쇠력(0.3m/s)(㎏) 신장측 87 가변 압축측 37 가변 스프링 정수(㎏/㎜) 2.2 2.2 스테빌라이저 외경 21 리어 서스펜션 형식 멀티링크 빔식 트레일링암 휠 얼라이먼트(공차상태) 토-인(㎜) 인5 - 아웃3 캠버 각(℃) -1。00′±45′ 소버 감쇠력(0.3m/s)(㎏) 신장측 88 압축측 38 스프링 정수(㎏/㎜) 3.2 스테빌라이저 외경t - 두께(㎜) 31.8 × t3.5(중공)
<그림1> SM5 서스펜션의 구조
프런트 서스펜션
SM5 프런트 서스펜션에는 하이 캐스터를 적용, 선회성능 및 직진안정성을 향상시켰다. 따라서, 조향 축이 후방으로 경사각을 이루기 때문에 조향시 <그림2>와 같이 외측륜은 네거티브 캠버가 된다. 이것 때문에 선회시 롤(ROLL)에 의한 포지티브 캠버로의 변화를 억제하는 것이 가능한 것이다. 또 바운드 시에는 트랜스버스 링크 배치의 최적화에 의해 캐스터각이 더욱 크게 되는 특성을 갖게 되므로 선회성능을 더욱 향상되었다.
<그림2>
오프셋 코일스프링은 중심 축을 스트럿 중심 축에서 차량외측에 옵셋하여 부착한 것이다. 노면에서 작용된 힘은 너클 스핀들 부분에 걸려 스트럿 전체를 내측으로 구부리려는 힘으로 작용되고 피스톤 로드에 습동저항이 발생된다. 즉 코일스프링을 스트럿 중심축에서 바깥쪽으로 오프셋하여 외측으로 구부리려는 스트럿의 힘(스프링 반발력)을 강하게 함으로써 스트럿의 습동저항이 저감, 승차감을 향상시켰다.
<그림3> 스트럿 마운트 인슐레이터
스트럿 마운트 인슐레이터는 미진동과 큰 스트로크의 진동을 각각 흡수하는 구조로 되어 있어 음진, 승차감 성능, 조향 안전성이 향상되었다. 범퍼 러버는 더스트 부트의 길이를 늘려 리바운드 시에도 스트럿의 피스톤 로드가 부츠 내에 숨겨져 있기 때문에 로드 방청능력을 향상시켰다. 또 스프링 정수를 적절하게 설정, 승차감 및 조향 안전성의 향상을 동시에 실행했다. 스테빌라이져는 트랜스버스 링크를 연결한 커넥팅로드에 볼 조인트식을 적용했으며 서스펜션 멤버를 채용했다. 차체와의 결합부는 인슐레이터를 통해 부착되도록 하여 소프트 마운트화 했다.
리어 서스펜션
멀티링크 빔식 트레일링 암 서스펜션은 타이어를 노면에 항상 수직이 되도록 하여 전륜을 포함한 FF차의 타이어 성능을 보다 많이 발휘시킬 수 있도록 한 시스템이다. 따라서 향상된 승차감과 조향 안전성, 직진 안전성 그리고 제동시 안정된 차량 움직임을 얻을 수 있다. 토션 빔은 전후, 상하에 부가되는 굽힘력에는 높은 강성을 가지고 있기 때문에 토-인과 캠버에 높은 강성을 가지고 있다.
<그림4> 리어 서스펜션의 구조
ABS 입,출력
LATERAL 링크 & 컨트롤 로드
근사(近似)직선운동기구의 하나인 스코트 러셀 기구를 응용한 래터럴 링크와 컨트롤 로드의 복합 링크를 토션빔에 조합했다.
래터럴 링크의 한쪽은 부시를 통해 차체로, 다른 방향은 상하방향으로는 움직이지 않지만 좌우방향으로는 용이하게 움직이는 특수한 부시를 이용해 토션빔에 부착했다. 또 컨트롤 로드는 <그림5>와 같이 래터럴 링크와 토션빔을 연결하고 있다. 이 링크의 배치에 의해서스펜션의 횡강성이 충분히 확보된다.
<그림5> 스코트 러셀 기구의 원리
[Key Point] 스코트 러셀(SCOT RUSSELL) 기구 : 기구학에서 오래 전에 밝혀진 근사직선운동기구의 하나이다. <그림5>의 점ac간과 bd간을 연결하는 2개의 링크를 각 점의 길이 ac:bc=bc:cd가 되도록 조합시켜 각 부착점을 회전 가능케 한 상태에서 점a의 위치는 고정, 점b는 횡방향만으로 움직이는 것을 가능하게 했을 때 점d가 상하로 근사직선운동을 하는 기구를 말한다.
횡변위(스카프)의 억제
일반적 토션 빔의 경우, 서스펜션 행정이 변하면 차체와 액슬을 연결하고 있는 패널로드에 의해 액슬은 차체 부착점을 중심으로 원운동을 하게 된다. 따라서 타이어는 횡 방향으로의 움직임(스카프 변위)이 발생하여 직진 안정성과 승차감에 악영향을 준다. 멀티링크 빔식 트래일링 암 서스펜션에서는 래터럴 링크와 컨트롤로드에 의해 차체(전후방향에서 보면)는 수직으로 행정을 하기 때문에 횡변위 변화가 없다. 그러므로 고르지 못한 노면에서의 직진성과 승차감이 큰 폭으로 향상된다.
<그림 6> 횡 변위의 억제
잭키 업(다운)현상
일반적 토션빔의 경우, 코너링시에 타이어로 들어오는 횡력이 패널로드에 전달분력이 되어 차체를 움직이는 힘이 발생한다. 이때 차체가 들어올려지거나 내려지는 것을 잭키 업(다운)현상이라 하며 승차감에 악영향을 준다. 그러나 멀티링크 빔식 서스펜션은 래터럴 링크와 컨트롤로드에 의해 횡방향의 힘을 받아도 컨트롤로드의 각각의 부착점에 분력이 발생하여, 잭키 업(다운)을 억제하고 좌우 코너링 시의 안전성을 확보한다.
<그림7> 횡 방향 변위의 억제
프런트 쇽업쇽업쇼버의 교환
<그림8> 프런트 서스펜션의 구성
탈거
1. 타이어를 탈거한다.
2. 고정너트를 풀고 스트럿 어셈블리를 탈거한다.
<그림9> 스트럿 어셈블리의 탈거
분해
1. 스프링 교환기에 장착한다.
2. 피스톤로드 로크 너트를 적당히 풀어놓는다.
3. 스프링을 압축하고 완전히 풀어낸다.
<그림10> 쇽업쇼버의 분해
점검
1. 작동상태, 누유, 손상 및 변형을 확인한다.
2. 마운팅 인슐레이터와 고무부품의 손상 유무를 확인한다.
3. 스트러트 베어링의 비정상적인 소음 발생, 축방향의 과도한 유격의 유무를 확인한다.
4. 코일스프링의 균열, 변형, 손상 등을 확인한다.
조립
1. 스프링을 <그림11>과 같이 세팅한다.
2. 스프링 어퍼시트는 반드시 절개된 부분이 <그림11>과 같이 바깥쪽을 향하도록 한다.(방법을 어기면 간섭에 의한 이음과 이상 마모, 소음 등이 발생한다)
3. 그 외는 분해의 역순으로 규정의 토크를 확인하여 체결한다.
<그림11> 어퍼시트 조립시 주의사항
<그림12> 로드 커넥터 조립시 주의사항
스테빌라이져 로드 커넥터의 장착
조립 시에는 체결되는 부위와 반드시 <그림12>와 같이 직각이 되게 장착되야 한다. 그렇지 않으면 볼 베어링의 부츠가 파괴되어 커넥터 파손 및 이음발생의 원인이 된다.
리어 서스펜션의 구성부품 명칭 및 토크
<그림13> 리어 서스펜션의 구성
뒤차축의 교환
1. 래터럴 링크와 컨트롤 로드
→ 3∼4회에 나누어 규정의 토크로 조인다. 특히 <그림14>와 같이 네 개의 고정 볼트가 수평이 되도록 조립한다. 각 회전 조인트의 고무가 일방향으로 비틀려 파손되는 것을 막기 위함이다.
<그림14> 래터럴 & 컨트롤로드 조립
2. 뒤차축
→ 임시로 트래일링 암 끝 부분을 차체에 부착한다.
→ 래터럴 링크와 컨트롤 로드가 수평인 상태에서 래터럴 링크를 고정하고, 쇽업쇼버의 하단부를 고정한다.
→ 임시로 체결했던 볼트를 규정의 토크로 체결하여 마무리한다.
<그림15> 뒤차축 장착
탈거
1. 타이어를 탈거한다.
2. 고정너트를 풀고 스트럿 어셈블리를 탈거한다.
분해
1. 스프링 교환기에 장착한다.
2. 피스톤로드 로크 너트를 적당히 풀어놓는다.
3. 스프링을 압축하고 완전히 풀어낸다.
<그림16> 리어쇽업쇼버의 분해
점검
1. 작동상태, 누유, 손상 및 변형을 확인한다.
2. 마운팅 인슐레이터와 고무부품의 손상 유무를 확인한다.
3. 코일스프링의 균열, 변형, 손상 등을 확인한다.
조립
1. 스프링의 상하를 구분하여 <그림17>과 같이 세팅한다.(끝이 평평한 쪽이 상부)
2. <그림18>은 트렁크를 열고 보았을 때 바르게 장착되어 있는 상태에서 각각의 바른 조립상태를 표현한 그림이다.
그림에서와 같이 좌측의 스프링 어퍼시트는 쇽업쇼버 아래쪽 체결볼트 중심선에 대하여 좌로, 우측 어퍼시트는 우로 12.8°를 틀어서 조립한다. 일반적으로 많이 사용하는 12㎜ 양구 스패너를 옆으로 세워 로드 상단의 옆에 하단의 체결볼트와 평행하게 한만큼 틀어서 장착하면 위의 각도가 된다고 생각하면 된다. 또한 스프링 아래시트 쪽의 스프링 로워 엔드 포지션(스프링 하단 끝)이 차량에 장착할 때는 안쪽을 향하도록 조립해야 한다.
<그림17> 리어 스프링 세팅
<그림18> 리어 스프링 어퍼시트의 세팅
