자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 49장. 조향장치의 원리

49장. 조향장치의 원리

 

4개의 바퀴로 구성된 자동차의 이상적인 선회 방법은 [그림 10-5]와 같이 각 바퀴의
선회 궤적이 중심 O를 갖는 동심원이 되도록 하는 것이다. 즉 바깥쪽 바퀴와 안쪽 바퀴가
서로 다른 동심원(선회 궤적)을 그리며 선회하도록 해야 한다. 이러한 조건을 만족하기
위해서는 내측 차륜이 외측 차륜보다 조향각도가 커야(β>α)하며, 좌우 앞바퀴의 너클암
중심으로부터 그은 연장선이 뒤차축 연장선상의 한점(O)에서 교차되도록 하여야 한다.

선회 시 이상적인 바퀴의 궤적

하지만 애커먼(Ackerman)에 의해 발명된 직사각형의 링크 구조의 에커먼 식(Ackerman type) 조향기구에서는 [그림 10-6]과 같이 내, 외측 바퀴의 조향각이 동일하기 때
문에, 동일한 크기의 원호를 그리며 회전하게 된다. 따라서 어느 지점에이르르면 내,
외측 바퀴가 서로 교차하게 되어 선회를 할 수 없게 된다. 하지만 실제의 자동차에서는
양쪽 바퀴가 동일 축 선상에 부착되어 있기 때문에 교차하지 않고 평행 상태를 유지하
며 선회한다. 이 때문에 어느 한쪽 바퀴는 옆 방향으로 끌리면서 선회하기 때문에 타이
어 마모는 물론 조향 휠을 회전시킬 때 큰 저항이 발생하게 되고, 선회 시 안전성이 떨
어지는 문제가 발생하게 된다.

이를 방지하기 위해 대부분의 자동차는 애커먼(Ackerman)에 의해 발명되고 장토
(Jantaoud)에 의해 개량된 애커먼-장토식(Aclcenman-Jantoud type)식 조향기구를
사용하고 있다. 에커먼-장토식 조향기구는 주행 중 일어나는 여러 가지 기구학적인 운
동관계를 위해서 킹핀(king pin)과 타이로드의 양단을 잇는 연장선이 리어 액슬의 중심
에서 만나도록 하고, 너클 암(knuckle arm)과 타이로드를 사다리꼴 모양이 되도록 기
구를 배치한 형식을 말한다.

에커먼 장토식의 원리

즉 아래와 같이 자동차를 직진상태로 하였을 때 킹핀과 타이로드 엔드(tie rod
end)와의 중심을 잇는 연장선 A와 B가 뒤차축의 중심점 P점에서 만나도록 한 것이다.
이와 같이 하면 선회시에는 타이로드의 작용으로 양쪽 바퀴의 너클 스핀들 중심의 연장
선 C와 D가 뒤차축 연장선상의 0점에서 만나게 된다. 따라서 앞,뒤 바퀴는 어떤 선회 상
태에서도 중심이 일치되는 동심원을 그리게 된다. 또한 [그림 10-8]과 같이 선회 시 중
심선을 기준으로, 외측보다 내측 바퀴의 조향각을 크게 함으로서, 내·외측 바퀴가 서
로 다른 크기의 동심원으로 회전하게 된다. 따라서 바퀴는 노면에 끌리지 않고, 부드럽
게 회전할 수 있어 옆 방향 미끄럼과 타이어의 마모도 발생하지 않게 된다.

선회시 내·외측 바퀴의 조향각