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최근 수정 시각 : 2024-05-06 23:01:43

에어 서스펜션

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1. 개요2. 상세3. 장점4. 단점5. 종류
5.1. 에어스프링을 사용하는 독립 서스펜션5.2. 에어 스프링을 사용하는 리지드 액슬 서스펜션5.3. 철도
6. 에어서스펜션 적용 차량
6.1. 승용차6.2. 상용차
7. 관련 문서

1. 개요

Air(Pneumatic) spring Suspension

서스펜션의 충격흡수를 위한 스프링으로 에어 벨로우즈(Bellows)를 사용하는 서스펜션.

2. 상세

문자 그대로 공기 압력을 사용한 현가장치. 공기압이 현가상질량을 지지하면서 노면으로부터의 충격도 받아낸다. 이 공기압은 전기 혹은 엔진동력으로 에어컴프레서를 돌려 발생시키며, 서스펜션이 작동하다보면 수시로 누설될 수 있기 때문에 압력이 일정 이하로 떨어지거나 차량의 높이가 어느 정도 낮아지게 되면 수시로 컴프레서가 돌아 보충하게 된다. 압력을 받는 벨로우즈는 유연하고 탄성이 좋은 고무재질에 아라미드 같은 섬유를 합쳐 만든다.

이 개념은 1901년 미국에서 특허가 처음 출원되었지만 완성차 업체가 이를 적용하기 시작한 것은 비교적 늦은 1950년대 들어서다. 1954년에 시트로엥 DS에 처음으로 질소 압축 챔버를 스프링으로 사용한 하이드로뉴마틱 서스펜션이 적용되었다. 허나 이는 질소가스가 손실되면 압력을 보충하는게 아니라 가스가 봉입된 챔버를 통교환 하는 방식이었다.[1] 컴프레서를 돌리는 진짜 에어 서스펜션을 적용한 양산차는 캐딜락 엘도라도 중 3세대 브로엄으로 기본장비로 장착되었지만 초기 기술의 한계로 고장이 잦았다. 이후 캐딜락은 엘도라도의 모든 라인업에 에어 서스펜션을 확대 적용하였다.

자유로운 차고 조절을 위해 사제로 다는 경우도 있다. 사제 에어 서스펜션과 관련된 상세한 정보는 자동차 튜닝 문서의 2.2 서스펜션 문단 참조.

3. 장점

1. 우수한 승차감 - 에어 벨로우즈의 진동절연 능력이 매우 뛰어나서[2] 작은 잔진동을 벨로우즈가 거의 99% 상쇄해주기 때문에 승차감이 아주 좋으며, 정숙성은 덤이다. 사실상 에어 서스펜션의 상징이자 가장 큰 장점이다.

2. 일정한 차고 유지 및 자유로운 차고 조절 - 사람이 승차하거나 짐을 싣거나 트레일러를 연결하는 등으로 인해 하중이 커져 차가 내려앉으면 차고센서가 이를 감지해 해당 차축에 공기압을 더 넣어 차고를 보정해준다. 또한 기아 모하비(초기형 한정), 랜드로버 레인지로버, 지프 그랜드 체로키, 폭스바겐 투아렉 같은 고급 SUV들은 운전자가 지형에 따라 차고를 임의로 조절하는 것도 가능하며, 좀더 발전된 능동형 서스펜션에서는 속도에 따른 차고 조절을 하기도 한다. 간혹 애프터마켓 튜닝 파츠로 나오는 에어서스펜션은 극단적인 차고 조절이 가능하여 차를 아예 바닥에 주저 앉힐수도 있다.[3][4]

3. 현가하질량[5]의 감소 - 강철 스프링에 비해 스프링이 플라스틱 계열의 벨로우즈와 공기 그 자체라서 무게가 매우 가벼워 현가하질량이 줄어들고 로드홀딩 향상에 도움을 준다.

4. 단점

1. 비싼 가격 - 일반적인 강철 스프링을 쓰는 차와 달리 공기압 라인과 컴프레서, 어큐뮬레이터, 에어밸브블록 등 여러가지 부품들이 추가로 더 붙는다. 그에 따라 구조가 복잡해지고 정비가 어려워진다.

2. 내구성 - 최신차량들은 많이 나아졌지만 차량의 노후화로 에어호스나 피팅, 벨로우즈 고무의 경화로 균열이 생겨 누기가 발생하면 이를 보충하기 위해 컴프레서가 계속 돌게 되고, 컴프레서마저 잦은 가동으로 과열로 사망하면 차량을 지탱할 공기압을 상실하고 차가 주저앉는다.[6][7] 특히 일부 악명높은 차들의 경우 에어 서스펜션을 고장난 부분만 교체하는게 아니라 시스템 전체를 교체해야 하는 경우도 있다. 국산차든 수입차든 고질적인 단점.

3. 세팅의 난이도 - 변위에 따른 탄성력 변화가 일관된 강철 재질 스프링과 달리, 탄성력에 따른 에어스프링의 변형도가 반비례 관계에 있기 때문에 스프링 압력과 댐퍼 감쇠력의 세팅이 다소 어렵다. 차량 제조사의 세팅 기술력이 부족하면 스프링 계수에 비해서 감쇠력이 부족한 과소감쇠(Underdamped) 상태가 되면서 고무공처럼 통통 튀게 되어 승차감이 오히려 일반 강철 스프링을 쓴 차량만 못하게 되거나( 테슬라 모델 S가 대표적인 예) 서스펜션이 더 딱딱해지는 결과를 불러와 휠 트래블(Articulation 및 Flex)에 악영향을 미치고 노면의 충격을 더 흡수하지 못하고 타이어 접지력을 더 잃게 만든다. 따라서 에어 서스펜션의 경우 제조사별로 최적의 Ride Height를 계산하여 수치로 제공하므로 이 높이에 맞추어 사용해야한다.

5. 종류

5.1. 에어스프링을 사용하는 독립 서스펜션

파일:audi airsus.jpg
주로 브랜드의 최상위 기함급 승용차에 승차감을 향상시키거나 오프로드 SUV의 차고조절을 목적으로 적용한다. 맥퍼슨 스트럿 서스펜션, 더블 위시본 서스펜션, 멀티링크 서스펜션 거의 모든 승용차 서스펜션에 코일스프링을 대신해 들어간다.

5.2. 에어 스프링을 사용하는 리지드 액슬 서스펜션

파일:truck air suspension.jpg
고급차의 상징인 승용차의 에어 서스펜션과는 달리 상용차와 철도 차량은 예전부터 에어 서스펜션이 많이 쓰였다. 차량의 자체중량부터가 승용차와는 차원이 다르고, 거기에 추가로 수많은 승객을 태우거나 무거운 화물을 운송하다 보니,[8][9] 금속 스프링으로는 버틸 수 없는 하중인 경우가 많아 대부분 에어 서스펜션을 사용된다.

트럭의 경우, 화물 종사자들 사이에서는 주로 에어 서스 또는 더 줄여서 그냥 서스라고 불리는 물건이다.[10] 적재중량이 5톤 급 이상의 카고트럭은 선택 사양, 탑차는 필수 사양으로 장착되며, 트랙터 트럭이나 25톤 급 이상 트럭에서는 무조건 장착된다. 적재함으로 전해지는 충격과 진동을 최대한 상쇄시켜야 하는 무진동차량 역시 에어 서스펜션은 필수. 대부분의 경우, 주로 중량이 많이 몰리는 후륜축에만 에어 서스펜션이 장착되고 전륜축에는 여전히 리프 스프링이 장착되지만, 최근에는 기술의 발전과 내구성 향상 덕분인지 2024년형 스카니아 S 시리즈, 2024년형 현대 엑시언트 트랙터 등 승차감을 위해 전륜축[11]에도 에어 서스펜션을 적용할 수 있는 트럭이 늘고 있다. 심지어는 일부 트레일러에도 에어 서스펜션이 적용되어 있으며, 이러한 트레일러들은 트랙터 트럭에 연결되는 케이블 중 전기계통 관련 케이블을 이용하여 에어 서스펜션을 구동시킨다.

그리고 에어 서스펜션이 장착된 트럭은 차고를 조정할 수 있다는 장점이 있다. 보통은 자동으로 차고가 조정되지만, 운전자가 직접 차고는 물론 서스펜션의 강도까지 조정할 수 있다.

버스의 경우, 장거리 여객버스나 저상버스는 필수로 장착되며, 트럭과는 달리 예전부터 전륜축과 후륜축에 모두 에어 서스펜션이 적용되고 있다.[12] 그리고 에어 서스펜션이 적용된 버스들 역시 트럭들처럼 차고를 조정할 수 있으며, 특히 저상버스의 경우, 차고를 조정하지 않으면 못 탈 수도 있는 교통약자들을 위해 차체를 오른쪽으로 기울일 수 있는 기능[13]도 있다. 장거리 여객버스는 승차감을 위해 장착한다.

5.3. 철도

파일:n700s.jpg
붉은색 원 안에 있는 원형의 물체가 에어 스프링이다.

경량화와 기타 이유 때문에 대차에 있던 볼스터를 제거하면서 볼스터를 대체 할 충격흡수기구로는 현재의 에어 스프링이 대체했다.[14] 국내 철도차량의 경우 1982년식 새마을호 보다도 2년이나 먼저, 대통령 전용열차 2001년식 경복호 보다도 21년이나 먼저 1980년식 2호선 저항제어 차량에 가장 먼저 도입되었다.

1980년 당시에는 직각형 새마을호, 대통령 전용 열차 모두 코일스프링 대차였고 통일호급 이하는 마차 시대 기술인 판스프링이었다. 비유하자면 현대 제네시스를 무시하고 현대 아반떼에 먼저 편의시설을 넣는 정도로 대단한 컬쳐쇼크급 사건.

원래 최신기술은 최고급 플래그십 제품에 가장 먼저 넣는 것이 제조업에서는 사실상의 관례다. 교통수단은 물론 가전제품도 마찬가지. 에어 서스펜션을 서민용 교통수단인 지하철에 가장 먼저 넣게 된 이유는 불명이나, 당시로서는 대단히 수준 높은 기차[15]였던 새마을호 조차 에어 서스펜션을 나중에 적용했다는 점이 포인트.

아마 최신기술이지만 실제로 대중적으로 이용횟수가 기차보다 압도적으로 많은 전철에 적용한 것이 아닌가 싶다. 일단 철도라는 것이 자동차에 비해서 한 번 나오기 시작하면 바로 바꿀 수 없기 때문에. 게다가 기차사고는 항공기나 자동차에 비해서 궤도 위에서 달리기 때문에 궤도가 파손되면 수리가 끝나기 전까지 운영 자체가 안 되는 상황이다. 그리고 저 때 기준(1980년)으로 쓰인 객차들 모두 바로 교체하기에는 비용과 시간이 부족했을 시기이다. 물론 지하철도 마찬가지이나 지하철은 그나마 탈선사고가 발생하면 터널이 격벽 역할을 해서 어느정도 피해 확산을 억제할 수 있지만 지상철도의 경우 탈선사고가 일어나면 열차가 전복되는 최악의 일까지 일어날 수 있기 때문이다.

6. 에어서스펜션 적용 차량

6.1. 승용차

6.2. 상용차

7. 관련 문서


[1] 과도기적인 에어서스펜션으로 분류할 수 있다. 차고 조절은 유압으로 하며 이를 위해 프랑스의 석유회사인 토탈과 함께 LHM이라는 규격의 오일을 개발했다. 컴프레서와 에어라인이 없어 에어서스펜션 치고는 구조가 간단해서 시트로엥은 이 방식을 90년대 말까지 XM과 잔티아에썼다. 1970년대에 이것의 특허가 만료되자 벤츠 등 여러 업체들도 잠깐 적용했었다. [2] 용수철은 한 쪽으로 힘을 받았다가 복원할 때 발생하는 탄성력이 상당히 유지되기 때문에 원래 자리에서 멈추지 않고 반대방향으로 또 움직이는 반면, 밀폐된 용기는 힘을 받았다가 복원하는 과정에서 힘의 크기가 줄어 최종적으로 외력과 내압이 균형을 이루는 지점(=제자리)까지만 움직이기 때문이다. [3] 로우라이더와는 다르다. 로우라이더는 빠른 차고 변화를 통해 차량의 자세를 삐딱하게 비틀거나 아에 점프를 해야 하기 때문에 공기압보다는 유압을 쓸 수 밖에 없다. [4] 저상버스의 경우 닐링 기능을 사용하기 위해 에어 서스펜션을 사용한다. [5] 스프링과 댐퍼 아래에 달려있는 것들의 무게를 말한다. 가벼울수록 경쾌하고 좋은 성능을 발휘하게 되는데ㅡ 원리는 두개의 용수철을 매달고 한쪽은 가벼운 추 한쪽은 무거운 추를 걸고 잡아 당겼다 놓으면 가벼운 추가 달린 용수철이 더 빠르게 제자리로 돌아온다. 즉, 달린게 가벼워서 금방 돌아오는 것이다. 이는 자동차에도 적용이 된다. 그래서 많은 회사들이 알루미늄 링크암을 쓰고 슈퍼카들이 화재 위험성이 큰데도 불구하고 마그네슘 혹은 카본으로 만든 휠 등을 쓰는 이유기도 하다. [6] 일부 방치된 고급차들이 하나같이 VIP 튜닝처럼 바닥에 주저 앉아있는 것이 이 때문이다. [7] 에어누출을 조기에 발견한다면 누출이 발생한 부위의 부품만 교체하는 선에서 해결이 가능하다. [8] 그나마 버스나 트럭의 경우에는 자체중량이 무거워봤자 15톤 정도에서 끝난다. 그러나 자체중량에 추가로 더해지는 승객 또는 화물의 무게까지 생각하면, 생각보다도 훨씬 더 튼튼하게 만들어야 한다. 특히 트럭의 경우, 짐을 무겁게 실으면 차량 총중량이 40톤까지 나가기도 한다. [9] 그리고 철도 차량의 경우에는 1량 당 자체중량이 30톤~50톤 가까이 되는 무게를 자랑하며, 기관차의 경우 가벼워봤자 최소 80톤~90톤, 심지어는 100톤을 가볍게 넘기는 물건도 있다. 철도 차량 중 그나마 가벼운 편에 속하는 도시철도 차량 조차 아무리 가벼워도 1량 당 무게가 20톤이 넘는다. 물론 경전철 차량들은 일반적인 도시철도 차량들에 비해 가볍기는 하지만, 경전철 차량들도 이름과는 다르게 굉장히 무겁다. 버스와 비슷한 15톤 정도. [10] 참고로 기계 분야에서 서스는 스테인리스 스틸을 의미하는 은어이기도 한다(SUS, Steel Used Stainless의 약자). 화물 운송 분야에서도 많이 사용되는 은어이며, 특히 트럭 특장업체에서 '어느 곳에 서스를 적용했다' 등의 의미로 많이 사용된다. [11] 주로 1축. 8x4 또는 10x4 배열은 2축도 포함. [12] 의외로 시내버스에는 잘 장착되지 않는다. 하중이 자주 바뀌어서 2단식 리프 스프링이 훨씬 많이 쓰인다. [13] 버스계에서는 닐링(Kneeling)이라고 하며, 에어 서스펜션 적용 차량에는 같이 딸려오는 장치다. 대부분은 정류장 정차 시, 자동으로 기울지만, 이 기능 역시 운전자가 직접 버튼을 눌러서 조작할 수 있다. 그리고 저상버스 뿐만 아니라 장거리 여객버스에도 교통약자들의 승하차 시 편의를 위해 해당 기능이 있다. 다만 저상버스와는 달리 무조건 운전자가 직접 버튼을 눌러서 조작해야 하며, 오른쪽으로 기우는 것이 아니라 앞으로 기운다. [14] 다만, 볼스터 대차에도 에어 스프링을 적용한 사례는 적지 않다. [15] 당시 새마을호는 서울-부산간 14,300원으로 지금의 KTX 특실 따위가 넘볼 수 없는 수준의 위상을 자랑하였다. [16] 초기형의 경우 그 악명높은 벤츠의 ABC가 사용되었다.(...)

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