기존 캐딜락 계열에서 호평을 받고 이번에 바겐세일 가격으로 출시한
카마로 ss 에 기본으로 달려 나왔다고 해서 나름 관심이 높아진
MRC(MagneRide Control) 댐핑
시스템 관련해서
물어보는 분이 있어서 나름 또 글을 끄적여 봅니다.
MRC 자체가 현재 지구상에 나온 가변 써스펜션 시스템중 가장 끝판왕 에 가깝지만.. 일단 감쇠력을 자유자재로 변환 가능하는
이른바 가변제어 써스펜션 =
adpative daimping control
에 관해서는 약간의 필수 선행 지식이 있어야
이해가 될수 있습니다.
따라서 일단 써스펜션 기본 자체를 존나 간략하게 짚고 넘어가겠습니다. 최대한 전문적인 용어나 물리 공식들을 빼고
촌스러운 느낌이 들 정도로 구어체로 서술하면서 글을 적어볼겁니다. 하지만
간략하긴 개뿔
일려나..
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써스펜션은 원래
1.스프링 코일
2.댐퍼 (쇼크압 쇼바)
3.로우암 + 너클등 지지및 연결 구조
이 3가지가 합체해서 구성됩니다.. 이 3가지가 합쳐진 것 중 지지 및 연결 구조에 따라 다시
더블위시본, 맥퍼슨 스트럿, 멀티링크, 토션빔 어쩌고 저쩌고 나가지만..
나머지는 복잡하니까 다 제끼고 이 글에서 제일 중요한 스프링 코일과 댐퍼만 짚어보면..
*옛날 국민 써스 빌슈타인 스포츠 종발이 + 스프링... -0- 자동차 튜닝했던
아재
치고 이거 모를 사람 없을듯.. *
스프링
스프링은 일차적으로 자동차의
1.무게를 지탱
하며 노면의
2.충격을 흡수
하며 적절한
3.차고 높이
까지 유지해주는 역활을 합니다.
세단 같은 승용차야 코일 스프링을 많이 이용하지만 트럭처럼 판스프링을 쓰는넘도 있고 여러가지 모델이 있긴 한데..
일단 스프링은 다들 아시다시피 힘을 가해서 늘이던 줄이던 원래 모양으로 돌아가려는 탄성 복원력이 존재합니다.
(탄성 복원력이라는 용어 보단
스프링 상수<정수> = 하중kg당 변형되는 길이mm
단위 즉 kg/mm를 기준으로 사용)
말 그대로 냅두면 스카이 콩콩 처럼 통통 튀죠..
* 힘을 가한 운동에너지가 사라질때까지 스프링은 이런식으로 통통 튑니다... 냅두면.이 그림과 달리 스프링은 점점 멈춰지겠지만 *
이렇게 스프링이 통통 튀는것을 좀 고상하게 표현하면
스프링 진동 지수
어쩌고 저쩌고 합니다..자세한 설명은 그냥 패스.. ㅋ
* 빨간색 그래프의 움직임과 스프링이 통통 튀면서 운동에너지가 0 이 될때 까지를 매치시키면 됩니다.. *
하여간 이렇게 스프링은 통통 튀기에 단순히 자동차 하중을 지지하는 기구를 스프링 하나 만 딸랑 놔두면
자동차 차체도 노면 충격에 미친뇬 널뛰기를 할 것이 뻔하죠.. 이러면 울렁거리는 승차감 저하 및 순간적으로 타이어가 스프링 탄성때문에
노면에서 튕겨져 나와 붕 뜨는 (접지력소실) 현상도 아울러 발생하게 됩니다.
결론적으로
이런 스프링의 수축과 이완을 컨트롤 하기위한
탄성력에 저항하는 완충장치 = 쇼크업 쇼바(댐퍼)
가 필요 해지는 것입니다.
쇼크업 쇼바(댐퍼)
댐퍼의 구조는 어려울것이 없습니다. 구글 검색하면 많은 분들이 어렸을때 가지고 놀던
주사기
장난감으로 비유를 해주시던데
"다들 어렸을때 가지고 놀으셨던 주사기를 생각해보시고, 주사기에 물을 채운다음 앞 분사되는곳을 막고, 주사기를 눌르면? 거의 안눌리거나 , 힘들게 눌리게됩니다. 힘들게 눌리는경우 일반적으로 피스톤내부를 밀봉해 주는 고무와 피스톤 내벽 사이로 물이 빠져나오게되죠.
여기서 만약에
피스톤 고무의 정가운데에 구멍을 뚫어 물이 나오게 작은 구멍을 만든다면? 당연히 쉽게눌려지고 구멍의 크기가 커지면 커질수록 주사기의 피스톤의 움직임은 자유로워집니다.
(중요! 감쇠력 조절
댐퍼
의 기본설명)
또하나 피스톤의 움직임에 영향을 줄수 있는것이 물대신에 아주
끈적한 기름
같은것을 넣는다면... 피스톤의 움직임은 매우 둔화되겠죠.
주사기의 한쪽으로만 상황을 설명했지만, 자동차의 댐퍼 같은경우는 양방향으로 움직입니다. 이것을
compression
과
rebound
라고하며 기본 컨셉은 같습니다."
==> 그냥 그대로 무단으로 퍼온글입니다... =_=; 퍼오신 분에게 허락도 못받아서 죄송합니다. 이보다 더 좋은 설명 있으면 리플로 부탁..
여기서 살짝 조금 파고들어가보면..
* 공돌이 훃아들이 가장 쉽게 접하는 mass- spring- damper 모형도... 과제물로 많이 제출하셨을듯.. ㅋㅋ *
윗짤방 m을 휠이라고 하고 왼쪽 벽면을 자동차라고 하면 접지력 force (F)가 높은 압력으로 타이어를 누르고
그 힘이 자동차로 전달되는데.. 스프링(k)이 일차적으로 충격을 반동하는 탄성으로 커버하게 됩니다.
단 댐퍼(B)가 있어 탄성으로 튀려고 하는 스프링에 어느정도 저항하여 심하게 통통 튀는 움직임을 억제하게 되는거죠. .
근데 사실 윗짤방은 자동차에 그대로 적용하긴 좀 뭣하고..
* 좀더 자동차에 가까운 mass- spring- damper 모형은 요거죠.. -_-b *
원래는 탄성 있는 타이어(k1) 까지 고려해서 윗짤방 모델을 적용해야 함.. 그냥 그려려니 하세요.. 요즘 이런것은 컴퓨터가 알아서 설계..
그리고 최종적으론
댐퍼가 있어서 스프링 진동 지수의 현격한 감소 그래프를 보여주는 윗 짤방들만 기억하세요.
어쨌든 이런
댐퍼가 장착되어 스프링의 통통 튀는 것을 어느정도 막아 준다는 것
만 알고 넘어 가시면 장땡입니다.
그러면 스프링과 댐퍼는 어떻게 셋팅 하는가..
아 사실 이 단락은 제대로 하면 너무 엄청난 얘기입니다.. 스프링과 댐퍼 셋팅만으로도
천페이지 넘는 PPT 리뷰할수 있음
..
어마어마하게 1/10000 정도로 줄여서 요약해서 설명할테니 대충만 알아들으세요.
스프링 + 댐퍼 조합을 하며 설계할때 가장 중요한것은 두가지가 있습니다.
-
승차감
-
타이어의 접지력 향상.
이 중 일차적으로 중요한것은 당근
타이어의 접지력
입니다. 타이어가 순간적으로 튀어 접지력을 상실하면
운전자는 접지력에 기반을 둔 핸들스티어링의 조향능력을 소실하게 되며 이는 큰 사고로 직결 될수도 있는것이니까요.
일단 자동차가 한덩어리로 움직이는 차체라고 정의하는 측면에서만 볼작시면.. (원래 차체가 휘므로 한덩어리로 보면 안됨..
but 설명 위해서 생략합니다.
한덩어리로만 보는 관점을 기술적으로 <자동차 강체>
라는 표현을 씁니다.)
- 정지상태에서 가속을 하게되면 자동차 강체 앞이 들리게 되는데 이것을
스쿼트 squat
라고 합니다.
반면 급정지를 하면 앞이 내려가고 뒤가 들리는데 이것을
노즈 다이브 dive
라고 말하죠..
스쿼트와 다이브현상이 일어날 직 후 그 다음 써스펜션에 달린 스프링때문에 차체가 반발로 역방향으로 떨리는데..
이것을
피칭 진동
이라고 부릅니다. 윗그림 참조. 참고로 피칭 진동은 그냥 앞 뒤 바퀴가 다른 요철구간을
지날때 차가 앞뒤로 요동치는 경우도 같은 용어를 씁니다.
- 차가 직진만 하는것이 아니므로 코너를 돌때 바깥쪽으로 쏠리면서 바깥 써스 스프링이 내려 앉고 안쪽은 오히려 펴짐.
그리고 다시 회복하는 과정중 좌우로 진동.. 이것을
롤링 rolling
이라고 합니다.
- 주행시 자동차 강체 전체가 위 아래로 ㄷㄷ 떨듯이 움직이는것을
바운싱 bouncing
이라고 합니다. 그냥 윗짤방 참조하시면
됩니다.
어쩄든 주행중 이런 각종 현상?이 수없이 많이 발생하는지라 역시 일차적으로 자동차의 써스펜션 스프링도 수없이 많이
탄성으로 줄었다 늘였다를 반복하며 차를 진동으로 떨게 합니다만.. 그와 동시에 써스펜션의 댐퍼도 스프링이 줄어들려고 하면
그걸 막고 늘어날려고 하면 늘어나려하지 않게 하여 발생한 진동에 대해 빨리 제자리를 찾아주려고 합니다. 이를 통해 앞서 말한
승차감과 조종안정성(타이어의 접지력)을 추구하는것 입니다.
이러한
스프링의 진동에 대응하여 일정상태까지 그 진동을 정지시키려는 댐퍼(쇼크업쇼바) 의 힘
을 이른바
써스펜션의
감쇠력
이라고 말하죠..
이 댐퍼의 <
감쇠력의 조절
>에 따라 일반적으로 차량의 성격이 달라지게 되는데..
일반적으로 감쇠력을 강하고
하드
하게 설정하면 스프링의 탄성자체도 어느정도 막아내리므로 발생한 진동이 차체에 그대로 전달되며
승차감을 해치게 됩니다. 대신 차량의 위상 변화가 적어 조종 안정성이 증가되죠.
(단 타이어 접지력이 유지되는 정도까지만..너무 하드하면 역으로 탄성 반발력으로 튀어버려 타이어 접지력이 완전 소실되는데.
그때는 오히려 쩝.....)
반대로 감쇠력을
소프트
하게 설정하면 승차감은 좋아지나 차체의 운동중심이 쉽게 변해 조종 안정성은 저하됩니다.
* 여기서 말한 내용은 자동차 차체가 한덩어리로 잘 움직이는 이론상 (
자동차 강체
)상태를 전제로 말합니다.
실제로는 섀시도 어느정도 휘므로 이 내용이 아주 일치하진 않습니다.
차체의 휘는 것도 고려
하며 각 모듈별 셋팅을 조절해야죠.
- 댐퍼,스프링만이 아닌 서스펜션 지지대인 컨트롤암,백너클,스테빌라이져, 부싱고무및 마운트 등등.. 거의 온갖부위 -
그리고 이는 바꿔 말하면
단단하고 강인하여 잘휘지 않는 탄탄한 섀시는 복잡한 셋팅을 무시하고 차량 설계가 쉽다는 것
을 반증합니다.
여러번 얘기하지만 자동차 개발분야에서 그래서
차체는 1st
입니다.단 편안한 승차감을 고려할때는 얘기가 좀 다르긴 합니다.*
어쩄든 이런 감쇠력은 당연하다고 볼수도 있지만 스프링이 수축시 압축되는 방향을 억제하는
압축 감쇠력 (compression 억제)
스프링이 인장시 늘어나는 방향을 억제하는
신장 감쇠력 (rebound 억제)
으로 나누어 지는데 댐퍼의 설계에 따라 이 감쇠력이 하나만 작동 하는것을 단동식 둘다 전부 작동하게 하는것을 복동식이라고 합니다.
* 단동식-복동식 댐퍼의 구조. 단동식과 달리 복동식은 양방향 작동합니다. 밸브 갯수도 양방향으로 2개인것을 체크 *
당연하겠지만 요즘 대다수의 자동차는
복동식
으로만 움직입니다.. 랜드로버 군납품 디펜더 같은 완전 하드코어 오프로드
차량정도만 단동식 (신장 감쇠력만 작동하는) 쇼바를 씁니다. 대다수 일반 세단차량의 가스쇼바는 죄다 복동식입니다.
(가스쇼바 얘기가 나와서 말인데.. 원래 쇼바는 오일과 가스(공기)로 채워져 있는 구조인데.. 가스를 N2질소위주로만 채워 놓은
쇼바를 따로 가스쇼바라고 뭉뚱그려 말합니다.요즘은 다르려나..)
그 이외에 댐퍼 구분에 중요한것이 튜닝하시는 분들은 잘 아는
모노튜브(단통형)
,
트윈튜브(복통형)
이 있는데..
*단통형과 복통형 댐퍼의 구조*
단통식 댐퍼
-단통형의 경우 구조가 단순하고 반응이 좀더 민감하게 반응하며 실린더 싸이즈가 상대적으로 크기에 대용량을 받아낼수 있습니다.
또한 열에 강하며 대용량 관련 고속주행이나 오프로드에 유리하며 구조가 단순하여 거꾸로 설치해도 괜찮죠.
(B 부위에 밸브를 장착하여 개폐하면서 감쇠력 조절 모듈이 있을수 있음.)
단순한 구조는 상대적으로 무게감량을 의미하며 가스실과 오일실이 분리되어 있으므로 기포가 발생하지 않습니다.
(대부분의 튜닝 써스펜션이 단통식 모노튜브임을 체크하세요!)
복통식 댐퍼
- 복통식은 구조상 고장으로 가스가 터져 나가도 오일쇼바 정도 기능은 유지하며 감쇠력의 단계별 조절에 상대적으로 유리합니다.
(짤방 D,F 부위에 밸브를 설치해 놓고 밸브 개폐 크기라던가 용량을 미세하게 단계별로 조절하면 쉬움.)
또한 1차적인 힘을 바로 받아내지는 못하나 2중으로 분산함으로써 차체와 직결되어 힘도 직결로 받는 구조인 맥퍼슨 스트럿 같은
구조에 적합하죠 상대적으로 승차감도 좋아 대부분의 세단 차량은 이 방식을 씁니다. 그리고
*단통식과 복통식 스트로크의 차이를 보여주는 짤*
무엇보다 단통식에 비하여 스트로크가 더 깁니다.. 즉 같은 실린더 길이에 비해 좀더 많은 댐핑을 할수 있기에
상대적으로
같은 용량이면 단통식에 비하여 길이와 부피 를 줄일수가 있습니다
. <== 가장 큰 장점!
어쨰 얘기가 좀 산으로 가는것 같은데 원래 이 단락은 댐퍼란에 서술해야 하는것이 맞지만.. 감쇠력 설명을 위해 일부로 여기다
적어보는 겁니다.
자 이제 본격적으로 스프링과 댐퍼간의 조화랄까 셋팅에 대한 이야기를 해보자면..
일단 정상적인 노면은 무수한 요철과 방지턱등 각종 상황이 있습니다. 그런 노면을 주행한다 칩시다.
방지턱이던 요철이던 타이어와 휠이 타고 넘을때 충격으로 스프링은 수축될것이며 스프링은 즉시 다시 원래 상태로 돌아가려는
성격이 있습니다.
* 그림 보시면 이해 되시죠? ㅋㅋ *
스프링의 강도가 약하면 자그마한 요철에도 쉽게 반응을 할것이고 결과적으로 거기에 부착된 댐퍼(쇽업쇼바)도 그에따라 바쁘게
진동을 억제할려고 할것입니다. 만약에 강한 노면의 충격이 온 경우 쇽업쇼바의 감쇠력이 약한것과 결합되었다면 스프링의 심한 수축을
제어하기 힘들어 차가 진동반발로 출렁이겠죠. ==> 당근 차체의 중심이 흔들리고 타이어의 노면압력도 들쑥날쑥해져(접지력)
조종 안정성이 떨어집니다.
반면 스프링이 강도가 쎈것을 쓰면 왠만한 노면요철은 반응하지 않고 씹어버리겠지만 대신 그 충격은 차체에 고스란히 전달되고
승차감을 저하시킬것입니다.
(스프링의 강도를 위에서 언급했는데
스프링 정수 kg/mm
즉 무게당 변하는 길이로 단위를 매깁니다. 복습!)
대충 여기까지만 얘기해도 스프링과 댐퍼의 셋팅이 좀 어렵지만 중요하다는 느낌은 오실겁니다.
다시 설명하자면
스프링 정수는 존나쎈 스프링을 썼는데 댐퍼의 감쇠력을 약한것을 쓰면 스프링의 힘을 쇼바가 제어못하니까 윗얘기마냥 차가 출렁출렁
할
겁니다. (큰 노면 충격이 오는 경우 전제. 작은 충격이야 씹어버리겠지만)
반면에
스프링 정수는 약한것을 쓰고 댐퍼만 존나쎈 것을 쓰면 스프링이 짧은 길이의 스트로크로 팅팅거리며 혼자만 떨고
말겠죠..
차체는 충격을 좀 받고요. 그리고 아마 지상고가 낮아질겁니다.
그래서 스프링과 댐퍼의 조화로운 튜닝이 참 중요한데.. 문제는 이 자동차 써스펜션이란것이 스프링과 댐퍼만으로 이루워지는것이 아니거든요.
(다시 복습합시다.
컨트롤암,너클,부싱, 스테빌라이져 등등 기타 부속물과 거기에 결합한 최종 스프링-댐퍼 운동구조?가
서스펜션 geometry
를 완성합니다.)
하지만 여기선 다른분야는 잠시 무시합시다. 설명이 복잡해지니까.
자 그럼 다시 스프링,댐퍼 얘기로 돌아가 보면
하드해지면 승차감은 포기 조종안정성은 좋고..소프트해지면 승차감은 좋고 조종안정성은 포기.. 가 그동안 일반적인 경향이었는데..
여기서 머리를 좀 굴려보면 말입니다.
주행시 특정노면 상황에서 댐퍼 감쇠력이 바꿔지거나 아니면 스프링 정수가 가변이 가능
하다면 노면상태에 따라 승차감은 승차감대로 챙기고 운동성은 운동성대로 확보하고 뭐 그런 차도 나올수 있는게 아니겠습니까? 하하하.. -0-
(존나게 비싸겠지만..)
각설하고 스프링 정수가 변하는
가변 스프링
? 서스펜션 시스템은 대체적으로 4가지 정도가 있습니다.
1.Dual Rate Spring
: spring을 비선형으로
아래 윗 부분을 탄성을 다르게
제작하는 것입니다. 예를들면 위쪽은 스프링 정수를 2.5kg/mm 로 제작하고 아래는
7kg/mm 스프링 정수로 제작해보는것입니다.
이러면 약한 일반적인 노면 충격은 윗쪽이 커버하고 아랫쪽은 큰 충격이 오면 감당하는거죠.
원리는 간단한데 음.. 문제는 단가도 비싸고 정밀한 셋팅이 쉽지 않죠. 오프로드 차량에 많이 쓰이나 데일리 스트리트 레이싱카용
으로도 많이들 튜닝하시던데. 쩝.. 싸제 튜닝 업체 최신 추세는 잘 몰라서..
2.tender spring
아예
스프링을 두개이상
여러개 집어 넣어서 쓰는 방법입니다. 소프트한 스프링과 하드코어 스프링 두개이상을 박아 넣는 방법이죠.
이런 스프링은 경우에 따라 댐퍼도 개조를 해야 합니다.. 결론적으로 dual rate던 tender 스프링이던 댐퍼와 합쳐진
일체형 쇽업쇼바
에 많이 쓰입니다. 뭐 우레탄 완충기도
이 범주에 들어갈려나요 ㅎㅎ (튜닝용)
3.Air-spring 이른바 에어 서스펜션.
(원래 이건 전자식 서스펜션 - 반 능동형의 하나로 분류해야함)
공기압 탄성을 일종의 완충 스프링으로 이용
하는 방식입니다. 전자제어로 공압 밸브(솔레노이드 모듈이용)의 개폐로 열고 닫아
각 휠당 스프링 정수를 가변할 수 있습니다. 스프링이외에 댐퍼는 기존의 물건을 그대로 이용하며
또한 스프링 스트로크(변형길이) 까지 바꾸는것이 가능해 경우에 따라서는 차고(지상고)를 여유롭게 바꿀수도 있습니다.
그래서 한때는 그랜드 체로키,랜드로바 같은 뭔가 오프로드틱한 suv위주로 장착되곤 했습니다. 아 모하비도 있던가?
하여간 이른바 댐퍼던 스프링이던
가변 범위를 가장 크게 늘릴수 있는 장치
가 이 에어 서스 시스템입니다. <== 가장 큰 장점
승차감적인 면에서도 공기압 탄성은 약한 압력에는 기체역학상 소프트해 노면 요철 잔진동을 많이 걸러줍니다.
* 벤츠의 AIRMATIC *
이것으로 제일 유명한 넘이 메르세데스의
airmatic
일 것입니다. 꽤 오래전부터 운용해왔고 노하우도 가장 많은 기업이 벤츠일듯한데..
벤츠 동호회 가면 수리비로 악명이 높긴 하지만 하여튼 벤츠가 제일 많이 다뤄봤을듯. ㅋ
이 에어 서스펜션의 단점은 말 그대로
수리비
인데 컴프레서도 잘 나가고 에어 서스펜션 부츠가 정비 리프트에 올리다가
부랄 늘어지듯이
늘어지면서
=_=; 부욱~ 찢어지기도 하고 하여간 귀찮죵... (차고 조절 장치를 lock하고 리프트 올려야함)
아시는 중국 벤더 사장님 s 클래스가 1년에 3번정도 나가서 하소연 하는 얘기 들어보면 음.. 하여간 거친 정비 환경에 굴릴수 있는
서스가 아닌것 같기도 합니다.
그리고 단계별로 움직이는 것이 아닌 무단변속기 마냥 리니어한 변화를 추구하는
솔레노이드 모듈 개폐 방식및 반응 속도, 그리고 관련 에어 스프링 챔버내의 기체 압축비에 따른 반응성 변화를 그래프로 살펴보면..
아 안되..또
얘기가 산으로 아니 다른 판타지 대륙 산맥으로 간당
-0-. 이 얘기는 나중에 기회되면.
(이 글 제목은 MRC댐핑 관련 입니다.. 넵..)
하여간 에어 쇼바는 결론적으로 반응이 비교적 늦다는 것만 알고 넘어 가세요.
- 아 마지막으로 한마디 더 하자면 이 에어 서스펜션은 특허가 미국에 있으며 세계 최초로 장착한 것도 벤츠가 아니라
캐딜락(무려 1958년식! eldorado) 입니다.. 여러번 이토 자게란에서 말씀드리지만 자동차 기초과학의 뿌리는 미국입니다.
4. 벤츠 ABC(Active Body Control) suspension
-
스프링에도 아예 조절식
쇼바
를 하나 더 달자구
! 으허헣!
- 위에서 설명한 벤츠의 에어 서스펜션(air matic)은 기체 가스의 물리 특성상
에어 스프링 정수를 바꾸려면 빨라도 몇초간의
시간을 허비하게 되는 단점
이 있습니다. 그래서 노면상황을 커버할려고 해도 이미 자동차는 저 멀리 굴러가 버리는 슬픈 상황..
이 딜레마를 극복하기 위해 나름 개발한것이 ABC 서스펜션 시스템인데용.
아예 스프링에도 따로 댐퍼 비슷한 구조 즉 유압 피스톤(유압서보모듈)과 실린더를 장착하고 직접 그 피스톤을
전자제어로 조절하므로써 스프링 상수값을 가변하는 서스펜션 시스템입니다.
즉
기존의 쇽업쇼바는 그대로 두고 스프링에도 따로 감쇠력 조절 쇼바
를 다는 꼴인셈..
그 감쇠력 조절은 전자제어로 하고 말입니다.
어쩄든 기체압보단 유압이 훨씬 반응이 빠름.
1/100 초
로 반응 전환이 가능합니다.
이 시스템은 나름 서스펜션중에 가장 진보되었다고 칭송도 받았으며 타이어와 휠에서 노면을 읽는 센서가 발전함에 따라
성능도 점점 좋아지고 평도 좋고 아몰랑 다 좋아 웃흥~ :) 하는 물건입니다.
심지어 아예 수십미터 앞에 있는 전방 도로를 카메라로 미리 스캔하고 요철을 계산하여 스프링 정수 값을 미리 맞춰주는 모듈까지
이 ABC에 결합해서 나와 있죠.
그것이 바로 한때 장안의 화제였던 벤츠의
매직바디 컨트롤(Magic Body Control)
이른바
MBC
입니다.
(주: MBC는 엄연히 ABC 카테고리 안에 들어가는 것입니다.)
* MAGIC BODY SYSTEM.그런데 ABC 서스펜션 구조가 더 이해가 쉽게 그려져 있네요.. 보시면 알겠지만 스프링에도 댐퍼비슷한것이*
이 MBC는
원래 ladar(radar가 아님 laser-Lidar)를 이용해 노면을 스캔하는 물건으로 나올려고 했으나 양산형에서는 비용대비 안정성 문제로
광학 스테레오 카메라 방식(
이 바닥 재주는 벤츠가 특허료는 스바루가
.ㅎ)으로 바뀌었습니다만...
스캔 방식이야 어찌되었던 하여간
진행 방향의 전방 노면을 미리 읽어 그에 적합한 미래의 스프링 정수값을 예측계산
해 놓고
미리 대비하는 것입니다.
대충 13~15m 전방 거리의 노면을 pre-scan 하며 2cm 까지 요철 데이터를 감별할수 있다고 합니다.
단 기상요인과 노면 이물등의 변수가 많으면
쿠사리
도 잘 나고... 데이터의 처리능력 용량상 시속 120km 정도까지만
작동가능하다고 하네요.
뭐 결과적으로 MBC 서스펜션은 아랫 짤방같은 마법 양탄자 같은 차체 움직임이 가능합니다.(이론상)
* 이토 차게에서도 몇번 동영상 올라왔던 바로 그장면..
*
하여간 ABC 서스펜션은...
구름위를 떠다니는 훌륭한 승차감과 때로는 적당한 운동성을 둘다 잡을수 있는 나름 이상적인 써스펜션이긴 하지만..
문제는
-일단 MBC던 ABC던 모듈이
구조물이 너무 많습니다
.기존의 쇼바도 그대로 두고 거기다가 스프링에 또 쇼바?를 붙이다니
그것부터 답이 없죠.
이는 무게 증가와 더불어
엄청난 가격
상승요인입니다.
-당연하지만
고장율
이 높습니다. 초기형 ABC 는 에어 서스펜션 수리비와 용호상박! 난형난제!
메르세데스 이 씹할뇬!
-게다가 ABC의 근본적인 문제로 직접적으로 스프링 댐퍼 실린더 구조물에 적극적인
고압의 오일을 밀어주고 빼주는 이런 방법은 내부의 오일온도의 급격한 상승을 가져오며
이는
과격한 주행시 스프링 댐핑 오일점성 변화로 인한 서스펜션 전체의
반응
저하및
성능
저하
를 불러옵니다.
==> 쉽게 말해 시스템이 가혹환경에서 브레이크 점점 밀리는것 마냥 지쳐버릴수도 있다는 얘기.
==> 아래에서 설명하겠지만 이 문제로 인해
초고성능 차량에서는 ABC 보단 MRC(마그네틱 라이드)가 더 우월
함.
스프링 얘기는 여기까지고 그 다음
감쇠력이 변하는 댐퍼(쇽업쇼바)
얘기를 해볼작시면 일단 수동 혹은 자동(반 능동형) 으로 큰 갈래가 나뉘어 지는데..
1. 수동 감쇠력 조절식 댐퍼
(튜닝용 일체형)
* 감쇠력 조절식 쇼바의 기본 짤 *
:써스펜션 튜닝 경험좀 있는 분들은 굳이 설명할것도 없는 건데 하여간 장착전 혹은 장착후에 따로 모듈을 달아 운전자가 직접 수동으로
오일(가스) 실린더 피스톤의 밸브롤 조절하여 감쇠력을 조절하는것입니다. 윗짤방 보시면 이해가 어렵지 않을겁니다.
한 밸브만 놓고 개폐에 변화를 주는것과 아예 오일 밸브를 크기별로 여러개 만든후 따로 여닫게 하는 방식
이 있습니다.
* 개폐에 변화를 주는 방식의 일종.. 요짤방만 확인하고 넘어가세요*
12단이니 8단이니 여러가지로 단계를 나누고 ㅈㄹ 염병하긴 하지만 개인적으로 4단계 정도만 나눠도 스트리트에서 굴릴때는 떡을
치고 남는다고 생각합니다. 하여간 자세한 내용은 패스 또 산으로 넘어가니.. ㅋ
이 단락은 짤방도 성의 가 없당
.. ㅋ
2. 자동-반 능동형(semi-active) 감쇠력 조절식 댐퍼.
=
adaptive damping control
==> 중요!
MRC가 사실 여기에 해당
되긴 함.
: 반복해서 얘기하는 감이 있지만
댐퍼의 감쇠력은 실린더 구조물의 수축 혹은 신장시 내부 오일이 이동하는
오일 통로의 크기에 의해 결정
되는데 이 오일 통로 크기를 가변하는것을 사람이 매뉴얼로 조절 하는것이 아닌
전자제어로 하게 되는 댐퍼를 '반' 능동형 감쇠력 조절식 댐퍼라고 합니다.
(스프링 상수까지 함께 조절하는 서스펜션은 능동형이라고 합니다.다시말해 댐핑만 조절한다고 해서 1/2 - semi active)
(그런데
이런 구분과 정의가 다 일치하는것은 아님.
.ㅋ)
① 다단 가변식
- 감쇠력을 단계를 정하여 (보통 4단계) 변속기 변속하듯 1->2->3->4 식으로
댐퍼 실린더내 오일 통로 크기를 조절합니다.
step motor 모듈을 쓰는데요. 설명보다는 윗 짤방 보시는 것이 편함.
구식 브라운관 TV 채널 로터리 돌리듯이 단수 하나하나 로터 모터가 탁탁탁 돌아가면 단계별로 유량 통로가 열립니다.
이해 안가면 그냥 그려려니 하세요.
- 살짝 복잡하게 설명해 드리자면
"쇽업소바 상단에 위치한 스텝모터가 중공으로 된 쇽업쇼바 로드 내부에 위치한 컨트롤 로드를 회전시켜서
그 하단에 고정된 셔터가 오일 이동 유로의 크기를 변화시킴으로서 유량 통로를 유체 저항 특성이 다른 몇 개 중 하나로
절환하거나, 통로의 유호 면적을 가변하여 유체 저항 특성을 점진적으로 바꾸는 방법을 사용하여 감쇠력을 조정한다"
<== 출처는 그냥 네이버 블로그 or 위키에서 퍼왔습니다. ㅈㅅ =_=;;
- 요즘 이런거 순정은 군용 오프로드 아니면 잘 안쓰인다고 하는데.. 뭐 튜닝업체 수동 일체형쇼바가 저런것도 많으니
그냥 성의 없이 넘어가도 됩니다. 아실 필요 없음.
싸제 업체 사장님에게 맡겨보아요..
② 연속 선형(무단) 가변식
- 솔레노이드 밸브 모듈등을 이용하여 유압통로 개폐를 조절하는것입니다.
linear 하게 밸브 통로를 여닫
으므로
보다 부드러운 연속적인 감쇠력 가변
이 가능하며 이에 따라 전자제어 성능이 좋다면 실시간 제어에 더 유리하므로
요즘
대다수의 반능동형 감쇠력 조절 댐퍼는 스텝모터식보단 이 것을 사용
합니다.
보통 adaptive damping control 장착 차량이라면 대다수가 요넘입니다.
짤방은 <외장형>을 올렸는데 요즘은 실린더 댐퍼 케이스에 몽땅 들어가 있는 <내장형>을 더 많이 씁니다.
스트로크는 짧아져서 처리 용량은 적지만 부피가 적어 설치가 더 편하죠.
* 윗짤은 내장형 가변 댐핑 모듈의 예시*
* 외장형인지 내장형인지 아리송한 폭스바겐의 DCC 댐핑 컨트롤 뭐 구분이 의미는 없겠죠.짤 보시면 알겠지만 이건 복통형도
아니고 triple 통이라고 해야하나. ㅎ 정교한 컨트롤은 훨씬 더 좋지만 대신 고장나면...ㄷㄷ*
- 마그네틱 라이드 MRC suspesion도 이 범주에 들어가는데 일단 여기서 숨좀 쉬고..헥헥..
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자 지금까지 선행 지식 파악하실려고 고생하셨습니다.
최대한 전문용어를 빼고 구어체로 구술할려고 했지만 그래도 좀 이해 안가신 표현이 많았을 겁니다.
하여간 드디어 이글의 본론인 mrc 서스펜션 이야기를 해보겠습니다.
※ MRC (MagneRide Control)
- 무단 가변식 damping control의 한종류로 오일 밸브 같은 구조물 없이
오일 통로를 통과하는 오일 자체의 viscosity점성을 조절
하여 댐핑의 감쇠력을 조절하는 서스펜션을 말합니다.
- 쇼바 오일에 미세한 쇳가루를 섞은후(
Magneto-Rheological Fluid
)
쇼바 피스톤 오일 통로에
코일을 감은 모듈을 설치하고 그 후 자기장을 걸어서 (On/Off,강/약) 통로를 통과할때 오일의 vsicosity점성을 조절
하는 것
입니다. 부연설명을 좀 하면
* 원래 쇳가루 (노란원)가 oil(MR fluid) 안에 떠돌다가 자기장만 만나면 자석에 붙은 쇳덩이마냥 정렬합니다. *
* MRC 원리 짤 설명은 아랫 단락에서 *
- 쇳가루가 들어있는 oil (MR fluid)가
자기장을 뿜뿜하는 코일 통로를 통과할때 자석붙듯 쇳가루가 정렬하여
oil fluid의 흐름에 저항을 주는것
입니다. 자기장 ON/OFF 상태에 주목! ON 상태일때는 결과적으로 원래 통로가
"PLUG" 크기 정도로 감소하는 꼴이 되는것임.
이
자기장의 강약에 따라 결과적으로 통로 크기를 밸브 개폐하듯이 조절
하게 되어
감쇠력 조절이 가능합니다. 반응도 electro-magnetic response라 굉장히 빠르죠
1/1000초
단위.
* 윗짤 도 한번 여러번 숙지해서 보세요 이해가 어렵진 않으실것임.
<내장형> 가변 댐핑의 일종
으로
댐퍼 외부로는 전기선 2개 만 나오는것도 주목! *
- 90년대에 지엠-델파이에서 기초는 이미 완성했었으나 전자제어 발전의 부족으로 2002년쯤 겨우 상용화 되어 캐딜락부터
장착을 했으며 현재는 3세대까지 나와 있습니다. 벤츠의 ABC 양산화는 2003년정도 거의 비슷했죠
(페라리나 람보르기니 일부 모델에 달린 MRC들은 아직 2세대..)
이 MRC 마그네틱 라이드 댐핑 시스템은 메르세데스의 ABC 스프링 서스펜션과 현재 쌍벽을 이루는 최신형
이라 할수 있어 장-단점을 서로 비교하면서 자연스럽게 언급되곤 합니다. 그런 관점으론
장점.
- MRC는 인류가 개발한 전자제어 adaptive damping system중 가장
가볍고 단순
합니다.
- 당연하지만 모듈이 단순하니
고장율이 낮습니다
.
-
에너지 소모가 적습니다
. 심지어 AA전지 몇개 정도의 에너지로도 작동이 가능합니다.
관점을 바꾸면 무게도 가볍고 하여간 연비향상.
- 위에서 설명하듯
반응성이 가장 빠름
니다.
- 가격도 상대적으로 쌉니다. adaptive damping 중 원래 제일 껌값 이어야 한데.. 현실은..(
지엠 빨대꽂기
..ㅋ)
- 기존의 전통적인 써스펜션 시스템을 가진차에게 튜닝 적용이 쉽습니다. 부품도 적고 부피도 작으니 쌩큐죠.
단점.
- <내장형> 댐핑 의 단점이기도 하지만
스트로크가 짧아서 많은 양의 진동 혹은 힘을 처리 못할
수도 있습니다.
==> 이것은 요철 규모가 큰 도로의
상대적인 승차감 저하
로 이어집니다. ABC 서스펜션은 대비적으로 아주 좋죠. 어차피
노면이 안좋으니 저속 주행 할것이고 그러면 ABC 서스펜션의 반응속도로도 충분!
- 같은 이유일려나? 애초에 스프링도 아니니 지상고나 차고 높이 조절등의 기능은 기대할수 없습니다만..
대비적으로 에어 서스펜션 말고도 ABC 서스펜션 같은것은 1cm 넘게 바꿀 수 있죠.
- 오래 사용하지 않을경우 MR fluid 에 oil과 쇳가루가 서로 유리되어(바닥에 가라앉음) 기능을 상실할수 있습니다.
가끔 굴리면서
쇡쇡 섞어주야함
.. 그런데 3세대 MRC는 이런 것도 많이 개선되었다고 함.카더라~
==>
요
악하면 무게가 가볍고 단순하며 반응이 빠른 MRC 서스펜션은 슈퍼카등 고성능 자동차에 딱이고..
반면 복잡하고 무게는 많지만 허용처리 용량이 높은 ABC 시스템은 쇼파드리븐등의 S클래스 같은 고급차
에 딱입니다.
==> 기억나실분이 있을까 모르겠지만
제가 그래서 MRC달린 캐딜락 CT6 차량 관련으로 과연 COMFORT한 승차감을 잘 할수 있을까나?
의문이 담긴 리플을 이토차게에 남긴적이 있어요. 캐딜락이 주장?하는 것 마냥 S클래스 같은 승차감은
구현하기 힘들거라고 봤거든요.
시승기 보면 칭찬일색이던데.. 쇼파드리븐 승차감을 과연 MRC로 잘 구현했을까 하는 점은 지금도 의문입니다.
넵 키보드시승기.
.ㅎ
(그래서 말인데 제글 곧이 곧대로 믿으시면 안됩니다!! 진짜 틀린설명 많아요. 전
나중에 몰래 고치기도함
.
)
하여간 긴글 읽으실려고 고생하셨고.. MRC 마그네틱 라이드 서스펜션에 대해서 조금이나마 이해가 되셨기를 빕니다. 그럼.
덧1: 위에 벤츠의
매직바디 컨트롤 모듈은 MRC에도 적용이 가능
합니다. 상대적으로 진동 처리 용량은 떨어지지만
오히려 ABC와 달리 초고속에서도 적용이 가능해서 잘하면 레이싱 경기에서 보조로 쓸 수도 있다는 얘기도 나옴.
좀더 머리 좋은 미래의 CPU 가 전자제어만 잘한다면.. 음.. 이거야 말로 가랏! 아스라다~의 재림일수도 있습니다. ㅎ
벤츠는 매직바디 컨트롤은 빼고 ABC 서스펜션은 곧 license로 시장에 풀 예정입니다. G80 다음 세대 같은 차종이
채택할 가능성도 있음.
* 현대자동차도 구형 제네시스 부터 부지런히 에어 서스펜션이니 가변댐핑이니 여러 노력은 기울이고 있었습니다.
후발주자라 관심이 없었을 따름이죠..저도 무관심 *
덧2:
알콜집사가 서스펜션 얘기했는데 말이냥.. 무슨 스프링,댐퍼 얘기만 딸랑하고 서스펜션 어쩌고 저쩌고 말하는것이 너무 한심해서
답이 안나와 이렇게 또 힘들게 키보드 친다냥. 알지도 못하고 떠드는
알콜 같은 키보드워리어
때문에 자동차 관련 개소리만
넷상 에서 떠도는 것 아니겠냥?
각설하고냥..
서스펜션이란 것이 절대 단순한것이 아니다냥.. 앞서 알콜집사가 말한대로 서스펜션은 원래
스프링,댐퍼(스트럿구조포함) 그리고 그걸 바쳐주는 로워,upper 컨트롤 암 , 조인트, 연결 부싱고무, 조향축일 경우 타이 로드,스테빌라이져. 크로스 멤버등등 수많은 구조물의 집합체
다냥..
이건 또 맥퍼슨, 더블위시본, 멀티링크등 각종 구조물을 이루워서 정신 사납다냥.
추운 겨울때 휀다에서 엔진룸 파고 들어가는 우리 길냥이 형제자매님들에겐 이 구조물이 꽤 날벼락 이기도 하고냥..
* 예시로 드는 혼다 s2000 서스펜션 구조다냥.. 빌어먹게 복잡하다냥. 멀티링크 rear만 봐도 토나온다냥*
그래서
단순히 자동차에 전해지는 진동이 스프링 정수 + 댐퍼 감쇠력의 최종 결과물만 이라고 볼수는 없는것
이다냥.
차체에 전달되는과정은 절대 단순하지 않으며 무엇보다 그 진동의 힘의 방향이 100% 직진으로 오는것도 아니고 각종 구조물로 사선방향으로 복잡하게 오는거라냥.. 특히 더블 위시본이상 부터는 계산부터 복잡하다냥.
무엇보다 그와중에 또 차체가 휘므로 그것까지 변수로 계산해야 하니 이거 선형대수 수학으로 따지면 ㅎㄷㄷ 이냥..
(보통은 컴퓨터가 알아서 한다냥)
하다못해 가장 이해가 쉬운
anti-dive 전륜 서스펜션 geometry 설계
만 해도 아예 전문 대학강의를 해야 한다냥.
그냥 그려려니 알고만 있으라냥.
본 냐옹이가 구글 검색해봐도 이쪽은 최신 차량의 예는 없고 구형
폰티악 피에로
차량말곤 없다냥.
anti-dive 설계 관련 이거라도 보자냥. (이해 안되면 그냥 읽고 패스냥!!)
위시본 차량에서 upper,lower control 암의 연장선으로 만든
instant center
를 기준으로 전륜휠과 써스가 제동시
받는 힘의
anti-dive force 및 dive-force(
휠의
반동reacition force)
의 비율
로 이 차량의 anti-dive% 계산한것은
22.5% 라는 것이라냥.
다시 말해 풀 브레이킹시 노즈다운은 원래 힘의 4/5로 작동하고 나머지 1/5 22% 정도는 전륜서스펜션에서 받아 주게
지오메트리 설계가 되었다고 생각하면 된다냥..
원래 anti-dive geometry 설계의 목표는
1.노즈 다이브시 서스펜션 위상 자체의 변화도 줄이
고
2.차체의 지상고(ride height)도 가급적 일정 범위를 유지
하게 하는것을 기본삼는다냥.
단지 이 예시의 차는 미드쉽 구조의 스포츠카여서 원체 무게중심과 지상고가 바닥 레벨이라 노즈 다운되는 양 자체가
적다냥. 따라서 어느정도 노즈 다운% 을 살짝 많이 허용해줘서
닝겐이 브레이크를 밟을시 그걸 몸으로 느끼게 피드백
을 줘야 하는
설계로 간 것이라냥.. (크게 허용해 줘도 일반 세단 차량에 비해서는 적다냥.일반 세단은 좀더 50%이상 높인다냥.-다양함-)
여기서 컨트를 암을 변화시켜 조금이라도 캐스터 값을 개조하거나.. 다운 스프링등의 무게중심을 아래로 하는
위상 geometry 변화는 anti-dive% 값의 변화를 초래할 수도 있다냥 -윗짤방 아랫그림 참조 modified 셋팅-
만약 SUV같은 차량이 anti-dive%가 20% 정도밖에 안된된다면 너무 출렁되는 차량이 된다냥..그래서 차고가 높으니 어쩔수 없이
anti-dive% 를 높이는데 덕분에 suv는 세단보다 필연적으로 승차감이 좀 않 좋은 설계로 가는수밖에 없다냥..
같은 쌔시의 세단보다 이런 지오메트리 설계부터 stiffness-딱딱하게 달라지니까냥.
하여간
고정값인 차 새시 무게 중심을 전제 하에 컨트롤 암 혹은 스트럿 캐스터 값 조절 부터 지오메트리 설계를 차근차근 하는데
여기다 롤링 이나 리어휠의 anti-squat 고려하는 설계까지 복합되면.. 그야말로 서스펜션 설계는 수많은 변수의 집합체
..
단순 하나만 고려하는 설계는 여러분 집에 있는 컴으로 0.1초도 안걸리지만 (프로그램도 많다냥.)
* 학부생들도 많이 쓰는 요런 간단한거부터 *
본격적으로 가면 슈퍼컴 돌려야 한다냥.단 그게 끝이 아니고 슈퍼컴에서 도출한 기본값 셋팅이 나오면 프로토 타입 물건 만들어서 필드에서 주행 테스트 ==> 수정 ==> 다시 계산 ==> 또 수정 네버엔딩
딮다크판타지
스토리를 해야 한다냥
경우에 따라서 섀시(무게중심)부터 중간에 갈아 엎는 일도 꽤 있었다냥.
그리고....
* 코너링 관련 서스펜션 셋팅의 기본중인
roll cente
r 관련 짤이다냥.. 안티다이브보단 복잡하다냥 .*
* 후륜휠은
anti-squat
로 평가하는데.. 아 얘기가 너무 길어진다냥.. 대충 그런겁다 알고만 있으라냥*
덧3. 아니 또 우리집 고양이가 개소리를 하고 갔군요.
틀린 내용도 많으니 이 글을 100% 곧이 곧대로 믿지는 마시고 대충 개요만 잡고 넘어 가시길..
이 분야는 제가 가장 모르는 분야라서 (진짜임.)
가끔 직장에서도 쓴 소리 많이 들어요. 심지어 중국 로드 나가서 팀원들 단체로 저때문에 사고 날뻔도 했어요.
구글링부터 남의 블로그 가서 허락없이 불펌한 짤방도 많으니까 여러가지로 죄송할뿐.
퍼가셔도 되고 출처만 남기지 마세요 저작권 따윈 없는 글입니다.
(여러번 강조합니다. 틀린 내용이 분명 어딘가
많이
있을겁니다.
)
(후방)
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