에어서스펜션
에어서스펜션(air suspension)는 압축 공기의 탄력성을 이용한 서스펜션(현가장치)이다. 간략히 에어서스라고도 한다. 에어서스펜션은 공기 스프링으로 차체를 떠받치는 방식으로 작동한다.[1]
개요[편집]
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 피하고자 하중이 커지면 딱딱해지는 가변 스프링을 사용한다. 하지만, 에어스프링은 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 에어스프링 자체는 상·하의 하중밖에 받아들일 수 없어 서스펜션의 링크가 복잡해진다.[3]
역사[편집]
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 보충하는 게 아니라 가스가 봉입된 챔버를 통교환 하는 방식이다. 이후, 양산차에 에어서스펜션를 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[편집]
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 상하 방향의 충격을 흡수하도록 개발되어, 상·하의 하중밖에 받아들일 수 없어 횡 방향에 대한 강성이 매우 낮아 초기에 사용되었고, 다이어프램 펌프형은 횡 방향에 대해서도 복원력을 갖게 한 것으로, 상하좌우 어느 방향의 충격도 흡수한다.
원리[편집]
일반적인 서스펜션은 코일스프링, 댐퍼가 조합하는 방식이지만, 에어서스펜션은 에어스프링, 댐퍼가 조합하는 방식이다. 에어서스펜션의 원리는 일정 온도에서 기체의 압력과 부피가 반비례한다는 점을 이용한 것이다. 기체 부피를 1/2로 압축하면 압력은 2배가 되고, 반발력도 2배가 된다. 에어스프링은 이런 기체의 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 향상한다. 차고 등에 따라 에어스프링의 공기량을 조정하는 전자제어 에어서스펜션도 개발됐다. 적재량과 관계없이 일정한 차 높이를 유지해 승차감과 주행 안정성을 향상하고, 한 번의 스위치 조작으로 차량 뒷부분의 높이가 30mm까지 낮아지므로 물건을 싣고 내릴 때 편리하다.[5]
용도[편집]
에어서스펜션은 자동차의 현가장치 중 스프링을 에어백으로 교체하여 사용하는 방식을 말한다. 공압의 특징을 살려 스프링의 역할을 대신하고 현재는 고급차량, 기차나 버스에서부터 무진동 트레일러까지 활용 분야가 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 현가장치에 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 보조 공기실을 구성해 공기 현가장치와 직결시킨다. 이에 따라 급격한 하중 증가가 발생했을 때도 충분한 용수철 작용을 가능하게 한다. 또, 이 보조 공기실과 공기 현가장치 사이에 배관이 있는 경우에는 조절 밸브를, 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 자동으로 조절해 차량의 높이를 일정하게 유지하는 자동 높이 조절 밸브를 설치해 필요에 따라 급·배기가 이루어지며 공기는 공기압축기에서 만들어진 압축공기를 공기 배관을 통해 보낸다. 좌우의 공기 현가장치의 공기압 차가 너무 커졌을 경우 평형을 유지하기 위해 좌우 보조 공기실 사이에 공기관을 설치하여, 그 가운데에 차압 밸브라고 불리는 압력 조절 밸브를 설치하고 있다.
공기 현가장치는 대형 자동차를 중심으로 많이 사용되고 있는데, 소형자동차의 경우 유압식 완충기, 스프링 등에 의해 충분한 충격 흡수가 가능하지만 대형 자동차는 유압식 완충기로는 충격 흡수에는 한계가 존재한다. 그 때문에 판 스프링 등을 많이 사용하여 왔으나 제동계통에 사용되는 압축공기와 공기 현가장치를 사용하여 대형 차량에 알맞은 현가장치 성능을 유지할 수 있어 고급형 버스, 트레일러 등을 중심으로 상당 부분 공기 현가장치에 사용되고 있다. 특히 저상버스의 경우에는 공기 현가장치를 응용하여 차체를 한쪽으로 기울이는 닐링을 사용할 수 있다. [1]
장단점[편집]
장점[편집]
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 승차 인원, 온도 등의 변수 때문에 압력과 높이의 비율이 일정하지 않아 정확하게 조절이 힘들다. 따라, 수동 조절 시에는 실제 눈으로 보며 조절해야 하며, 이러한 단점을 위해 차고 기억 모드가 생겼다. 차체와 서스펜션 간에 별도의 높이 센서를 장착하여 사용자가 원하는 높이를 기억하고, 해당 버튼만 누르면 높이 센서가 정해진 위치에 올 때까지 에어스프링 압력을 조절한다. 자유로운 차고 조절이 가능해지면 불규칙한 도로 상황에 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 공압 조절 밸브와 배관에 의해 결정되며, 배관이 클수록 공기의 흐름이 많아 더 빠르게 차고 조절을 한다. 에어스프링의 큰 특징은 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 때이다. 코일스프링도 순정 타이어일 경우에는 타이어가 공압의 특성을 가지므로 큰 충격과 잔 진동을 흡수한 후 코일스프링에 전달하지만, 편평비가 낮은 타이어를 장착하면 큰 충격과 진동이 흡수되지 못한 채 코일스프링에 전달되어 승차감이 나빠지게 된다. 더불어 대부분 서스펜션 튜닝을 병행하므로 코일스프링과 댐퍼의 특성이 단단하게 변한다. 하지만 에어스프링이 장착된다면 충격과 진동을 잘 흡수하므로 저편평비에도 좋은 승차감을 보인다. 또한, 관리가 용이해서, 일반 일체형 서스펜션처럼 오버홀이 필요하지 않고, 사용기간이 많아지면 컴프레서나 밸브 등에 문제 발생 시 청소만 하면 된다.[6]
단점[편집]
에어서스펜션의 단점은 높은 가격, 수리의 불편함, 잔고장이나 에어스프링에 대한 불안감이 있다. 에어서스펜션을 장착하기 위해서는 공압을 만들어 낼 에어 컴프레서, 공압을 보관할 에어 서지탱크, 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 고무 재질이기에 장시간 동안 사용하거나 냉안시에는 경화현상으로 인해 손상이 발생하는 경우도 있다. 이외에도, 에어 컴프레서 작동에 따른 소음도 발생한다.[7]
적용 사례[편집]
에어서스펜션을 장착한 모델이 늘어나고 있다. 대표적인 적용 사례는 아우디(Audi AG)의 Q8, 폭스바겐 투아렉(Volkswagen Touareg), 링컨 에비에이터(Lincoln Aviator)이다. 한때 국산차에도 많이 쓰였지만, 비싼 부품가와 나쁜 내구성이 문제점으로 지적되면서 사용하지 않았다. 다만 에어서스펜션에 능통한 제조사는 여전히 폭넓게 쓰고 있다. 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)도 C클래스에서 에어 바디 컨트롤 옵션을 마련해 드라이브 모드와 속도에 따라 차고를 조절하는 에어서스펜션을 장착했다.[8] 금속 스프링을 사용하는 서스펜션보다 에어서스펜션은 한층 고차원적인 기술을 요구하기 때문에 일반 서스펜션을 개량하는 방향을 선택한 제조사도 존재한다. 특히 금속 스프링의 직관적인 반응과 달리 기체 압축에 따른 늦은 반응을 하는 에어서스펜션 특성상 성능과 승차감 사이에서 균형을 맞추는 기술적으로 어렵기 때문이다. 국내에는 제네시스 G90(GENESIS G90)가 에어서스펜션을 쓰지 않는다. 그런데도, 승차감, 성능, 기술적 상징성 등 단점보다 장점이 많기 때문에 고급 모델들은 에어서스펜션을 탑재하고 있고, 2020년 기준 향후 출시될 모델에도 승차감 향상을 위하여 에어서스펜션이 적용될 것으로 보인다. 현재 에어서스펜션은 더욱더 빠른 속도로 발전하고 있으며, 내구성과 기술적 완성도 또한 높아지고 있다.[9]
현황[편집]
에어서스펜션에 첨단 부품 기술과 내비게이션 맵 정보가 융합된 혁신 기술을 접목하고 있다. 현대모비스㈜(Hyundai Mobis)는 주행 안정성과 보행자 안전 확보를 위해 기존 첨단 핵심부품 기술에 자율주행과 커넥티드 기술을 융합한 통합 제어기술을 선보였다. 2019년 4월 29일 현대모비스는 내비게이션 맵 정보를 미리 반영해 자동으로 차체 높이를 조절하고 노면 충격 흡수를 대비하는 프리뷰 에어서스펜션 기술 개발에 성공했다. 해당 기술에 적용된 전자제어식 에어서스펜션은 차량 상태나 움직임을 파악해 차체 높이를 최적 상태로 유지해 주는 장치로 지난 2012년 양산을 시작했고, 이번에 선보인 프리뷰 에어서스펜션은 첨단 부품 기술과 내비게이션 맵 정보가 융합된 혁신 기술이다. 내비게이션상 도로 정보를 통해 목표 지점으로부터 평균 500m 전부터 작동이 시작된다. 가령 전방에 어린이 보호구역이 있다는 정보가 확보되면 차량이 스스로 차체를 낮추고 서스펜션 모드를 부드럽게 설정한다. 어린이 보호구역에서 차고를 낮추는 이유는 운전자가 안전한 시야를 확보할 수 있도록 지원하는 조치이며, 이 기술을 통해 차고를 최대 10cm가량 조절할 수 있다. 차고가 내려가면 바람 영향을 덜 받아 보다 안정적인 주행이 가능하고, 반대로 철길 건널목이나 과속방지턱 구간은 차고를 높여 진동과 충격을 감소시킬 수 있다. 전방 주행 상황을 예측해 반응하는 에어서스펜션 기술은 더욱 안전한 교통환경에 기여하고 자율주행 시대에 최적 승차감을 제공하는 용도로 사용될 수 있고, 독자 카메라 기술이 확보되면 에어서스펜션과 연동 시켜 보다 정교한 예측 제어 시스템을 선보일 수 있다. 한편 현대모비스는 카메라와 레이더, 라이더 등 독자적으로 개발 중인 센서들을 기반으로 자율주행을 위한 통합 플랫폼을 구축한다는 방침이며, 향후 기존 핵심 부품 기술력에 미래 자동차 분야 신기술 트렌드를 접목해 글로벌 시장에서 기술 선도 기업으로 위상을 강화한다는 계획이다.[10]
각주[편집]
- ↑ 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
- ↑ 엔카매거진, 〈(Tech) 다시 주목 받는 에어 서스펜션〉, 《네이버 포스트》, 2020-05-13
- ↑ 김선웅 기자, 〈(자동차 상식) 고급차가 에어서스펜션을 쓰는 이유〉, 《오토뷰》, 2019-06-14
- ↑ 김민범 기자, 〈현대모비스, 내비게이션 연동 에어서스펜션 기술 개발〉, 《동아닷컴》, 2019-04-29
참고자료[편집]
- 〈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
- 엔카매거진, 〈(Tech) 다시 주목 받는 에어 서스펜션〉, 《네이버 포스트》, 2020-05-13
- 김선웅 기자, 〈(자동차 상식) 고급차가 에어서스펜션을 쓰는 이유〉, 《오토뷰》, 2019-06-14
- 김민범 기자, 〈현대모비스, 내비게이션 연동 에어서스펜션 기술 개발〉, 《동아닷컴》, 2019-04-29
같이 보기[편집]
