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많은분들이 질문을 많이 올리시는것 같고 얼마전 밑에 글을 보니 일반인들에게는 조금 어려운 “토우인” 이라는 용어까지 나와 이미 알고 계신분들도 계시겠지만 초보자들에게 조금이나마 이해를 돕고자 인터넷에서 글을 퍼와봤읍니다. 참고가 되시길…
## 캐스터
캐스터(caster)란 의자등의 다리 바퀴를 말한다.
휠얼라인 먼트에 있어 캐스터란 자동차를 옆에서 보았을 때 킹핀의 중심선,스트릿의 중심선, 또는 평행 링크식 서스펜션의 상하 볼쪼인트의 중심을 연결하는 선, 이른바 주행축이 수직선에 대해 어떤 각도 관계로 되어 있는지를 나타내는 것이다.
주행축의 상하를 기준으로 하여 위쪽이 후방으로 기울어진 경우에는 그자동차는 포지티브 캐스터(플러스 캐스터)로 되어 있다고 하고 수직인 경우에는 캐스터는 0이라고 한다.
주행축의 위쪽이 전방으로 기울어진 경우에는 그 자동차는 네거티브 캐스터(마이너스 캐스터)로 되어 있다고 한다.캐스터는 다른 호칭으로 주행축각 이라고도 하며 스티어링의 쏠림에 영향이 있는 각도이고 타이어의 마모와는 직접적으로 없는 각도이다.
*주행축에 포지티브 캐스터가 있게 하는 것은
1.앞바퀴에 자기 직진성을 갖도록 하기 위해
2.커브 길을 돌아간 다음에 자동적으로 앞바퀴를 직진하는 위치로 되돌리기 위해
3.로드 크라운(볼록한 노면)에 의한 스티어링의 쏠림(로드크라운 풀)을 수정하기 위한 것이다.*자동차의 포지티브 캐스터에 대해서는 사무실에 있는 의자의 캐스터를 생각해 보면 된다.
의자의 캐스터에 달려있는 바퀴는 작용축에 의해 항상 끌어당기어 작용축이 움직이는 방향으로 움직이게 되며 그 결과 확보된다. 대부분의 자동차에 포지티브 캐스터가 주어진 것은 이(직진성을 확보)하기 위한 것이다. 자동차를 운전하며 커브길을 돌아간 후에 스티어링휠에서 손을 떼어도 앞바퀴가 자동적으로 직진하는 위치로 되돌아오는 것은 앞바퀴에 포지티브 캐스터가 주어져 있기 때문이다
## 캠버
캠버(camber)란 도로나 갑판등이 위로 볼록하거나 항공기 날개의 중앙이 볼록한 것등을 가리킨다.
휠얼라인먼트에서의 캠버란 자동차의 바퀴를 앞또는 뒤에서 보았을 때 바퀴의 위쪽이 자동차의 바깥쪽(엔진과 반대방향)으로 기울었거나, 자동차의 중심방향(엔진이 있는 쪽)으로 기울어?정도를 말한다.
캠버의 크기는 수직선에 대한 바퀴의 중심선의 각도를 표시한다.
차바퀴의 크기는 수직선에 대한 바퀴와 중심선의 각도를 표시한다.
차바퀴의 위쪽이 자동차의 바깥쪽 (엔진과 반대방향)으로 기울어진 경우. 그 바퀴는 포지티브 캠버(+캠버)로 되어 있다고 하고, 반대로 바퀴의 위쪽이 자동차의 안쪽(엔진이 있는 쪽)으로 기울어진 경우에는 그 바퀴는 네거티브 캠버(-캠버)로 되어 있다고 한다.캠버는 타이어의 마모와 관계가 있는 각도이고 동시에 스티어링이 쏠리는 것과도 직접영향이 있는 각도이다.
캠버는 앞바퀴와 뒷바퀴에 모두 존재하며 그 호칭도 같다.*앞바퀴에 포지티브 캠버를 두는 이유
1.타이어의 접지 중심점을 하중 중심점에 될 수 있는데로 가깝게 하기 위해
2.스크러브 반경을 작게하여 노면에서 받는 충격을 적게 하고 스티어링 휠의 조작을 편하게 하기위해,
3.앞바퀴의 타이어에 가해지는 하중을 될 수 있는대로 스핀들 부착부분의 큰 베어링(인너베아링)이 부담하게 하여 휠이 빠져나가는 것을 방지하기 위한 것 등이다.*요즘 스트럿 타입 서스펜션을 채용하는 경우는 선회 할 때의 안정성을 확보하기위해 상당히 큰 네거티브 캠버로 설정되어 있느 자동차도 있다.
또 최근에는1.트레드의 폭이 넓은 타이어의 채용
2.주행 속도의 향상
3.FF차량의 양산
4.타이어의 편평율이 50%내지는 55%인 초편평 타이어의 채용 등의 이유로 캠버는 점점 작은값 즉 0에 가까워지고 있다## 토우
토우(toe)란 발끝(발가락 끝)을 말하며 자동차의 경우는 바퀴의 앞 부분을 가리키고 앞 부분이 안쪽으로 향하고 있으면 ‘토우인’이고 바깥쪽으로 향하고 있으면 ‘토우아웃’이라 한다.
토우는 앞바퀴와 뒷바퀴에도 존재하고 그 호칭도 같다.
전에 FR차가 전성시대 일때 는 토우라고 하면 그 대부 토우인 이고 그 표시 방법도 지금과 같은 컴퓨터식
휠얼라인 먼트 테스터기가 없었기 때문에 바퀴의 각도가 아니라, 타이어의 트레드 부분의 앞과 뒤의
거리차에의 토우인 00mm라고 표시했었다*앞바퀴에 토우를 설정하는 것은 뭐니뭐니 해도 주행중에 타이어가 진행방향으로 똑바로 향하게 하기 위한
것이다.
자동차가 도로를 주행할 때 앞바퀴는 캠버와 구름저항에 의해 각각 차체의 바깥쪽으로 향해 굴러 가려고 한다.
또 스티어링 관계의 링크와 부싱에는 다소의 헐거움과 클리어런스가 있다.
주행중에 앞바퀴가 바깥쪽으로 벌어지려고 하는 힘은 이러한 헐거움을 0으로 하고 그 결과 앞바퀴에 토우 아웃(앞바퀴의 앞이 벌어지는것)의 경향을 나타낸다.
따라서 미리 앞바퀴에 포지티브 토우(타이어의 앞부분이 오므라든 상태로 하는 것)를 설정하면 주행중에 타이어는 완전히 전방을 향하게 된다.자동차가 출현할 당시 포지티브 토우는 캠버에 의한 타이어의 바같으로 벌어짐 (앞바퀴에 캠버를 두므로써 앞바퀴가 바깥쪽으로 굴러가려고 하는것)을 수정하기 위해 필요한 것이라고 생각하여 큰캠버에는 큰 포지티브 토우가 필요하다고 생각했었다. 근년에 폭이 넓은 타이어, 레디얼 타이어, 거의 0에 가까운 캠버, 새로운 형식의 스티어링 기어, 맥퍼슨 스트럿 서스펜션의 출현등으로 토우의 양은 점점 작은 값으로 되어 가고 있다.
폭이 넓은 레디얼 타이어가 편평율이 60%이하인 타이어등 직진성이 강한 타이어에서는 캠버가 0에 가까울 경우, 어느 자동차의 예를 인용하면 토우의 경우 0도 10분등의 매우 작은 값으로 되어 있다.FF차의 경우에는 토우의 설정방법이 FR차와 다른 경우가 있다.
이것은 구동방식의 차이에서 오는 것이다. FF차의 경우는 토우의 양은 거의 0에 가깝게 되어 있다. FF차 중에도 네거티브 스크러브 레디어스를 채용하고 있는 자동차에서는 토우는 아웃(out)으로 되어 있는 것도 있다.## SAI 와 KPI
SAI(Steering Axis Inclination)란 자동차의 서스펜션을 구성하는 부품 중의 조향축의 각도를 말한다. SAI,즉 조향축의 각도는 킹피의 중심선 또는 볼쪼인트의 중심선을 잇는 선,수직선에 대해 자동차의 중심 방향으로 얼마나 기울었는지를 나타내는 각도이다. 전에는 킹핀이라 부르는 튼튼한 핀이 대부분의 자동차의 앞바퀴 서스펜션의 조향축으로 채용했기 때문에 SAI를 킹핀각(KPI=King Pin Inclination)이라 부르는 경우도 있으며 명칭이나 호칭은 달라도 뜻은 같다. SAI는 직진성을 확보하기 위한 각도이며 단독으로는 조정할 수가 없다.
* SAI를 주는 이유는
1.캠버를 될 수 있느대로 적게 하면서 자동차의 중량을 타이어의 중심부에 부담시키기 위해
2.타이어가 돌 때의 선회축의 중심점을 타이어의 접지 중심점에 가깝게 하여 스티어링의 조작을 더 편하게
하기 위해
3.안정된 스티어링 조작과 직진위치로 되돌리기 위해 등의 이유로 설정한 것이다## 인크루 디드 앵글
인크루디드 앵글(Included Angle)이란 SAI에 캠버의 각도를 보탠 것이다.
인크루디드 앵글에 90도를 더한 각도는 조향축과 스핀들의 각도로 되며 스핀들과 스트릿 주위의 부품드의 변형을 점검 하는데 이용된다.
(예;캠버=0.3도 SAI=7도 *조향축과 스핀들의 각도=90.00+7+0.3=97.3도가 된다.)인크루디드 앵글은 캠버에 SAI를 보태면 간단히 산출할 수 있으므로 통상 카메이커는 그 수치를 공표하지 않으나 FF차와 스트럿 타입의 서스펜션의 주류를 차지하고 있는 요즈음에는 휠얼라인먼트 서비스를 할 때는 세심하게 점검하기 않으면 안되는 중용한 각도이다.
인크루디드 앵글은 SAI와 함께 앞바퀴의 스핀들이나 스트럿의 굽음을 점검하는데 쓰인다.
사고 차량의 휠얼라인 먼트를 체크할 때는 인크루디드 앵글을 점검하여 뒤틀리거나 좌우 차가 있는지 확인해야 한다. 인크루디드 앵글이 틀린 경우에는 스핀들이나 스트럿의 굽음을 생각할 수 있다.
SAI가 바르다 해도 인크루디드 앵글이 틀리거나 인크루디드 앵글의 좌우차가 30분이상일 때는 스핀들이나 스트럿이 굽었는지 잘 점검해야 한다## 뒷바퀴 토우
뒷바퀴 토우란 자동차를 위에서 볼 때 뒷바퀴의 전방이 기하학적 중심에 대해 오므라들었던지 바깥으로 벌어졌는지의 정도를 나타낸 것이다.
뒷바퀴의 토우는 좌우가 독립되어 있으며 자동차의 진행선(스러스트라인)의 결정에 직접 관계가 있는 매우 중요한 각도이다.
타이어의 마모에도 관계가 있고 자동차의 운동성능에도 영향을 준다.
뒷바퀴를 토우인으로 하면 선회 할 때의 회두성이 좋아지고 토아웃으로 하면 직진성이 좋아지는 대신에 언더스티어로 된다고 하며 이것도 정도를 넘으면 토우인 마모나 토아웃 마모가 발생한다.*뒷바퀴의 토우변화는 서스펜션의 형식에도 달려있으나 일반적으로 뒷바퀴의 독립현가식 서스펜션에서는 차높이가 올라가면 뒷바퀴의 캠버와 토우가 모두 플러스 방향으로 이동하고 차높이가 내려가면 뒷바퀴의 캠버와 토우가 모두 마이너스 방향으로 이동한다. 따라서 휠얼라인먼트를 점검할때는 먼저 차높이가 바른지 점검할 필요가 있다.
통상 뒷바퀴가 독힙현가식 서스펜션인 자동차에서는 자동차의 뒷바퀴 스프링이 마이너스 방향으로 이동한다.캐스터는 커진다.
휠얼라인먼트를 체크할 때 토우가 어떻게 변화하는지 확인하지 않으면 안된다. 뒷바퀴의 토우가 상당히 네거티브로 되어 있는 자동차의 차높이를 올리면 자연히 뒷바퀴의 캠버와 토우 또는 캐스터가 바른값으로 된 사례도 있다## 스러스트 각
스러스트각(Thrust Angle)은 스러스트라인 편차각(Deviation in Alignment)또는 지오 메트리컬 드라이브 엑시스(Geometirical Drive Axis)등으로 불리우기도 한다. 스러스트각이란 자동차의 진행선(스러스트라인)즉 자동차가 진행하는 방향과 자동차의 중심선(정확하게는 기하학적 중심선)과의 각도차를 말한다. 스러스트각은 우리나라에서는 그다지 중요시 하지 않는 경향이 있으나 고속도로가 발달한 유럽에서는 매우 중요시하며 허용 범위도 0도 00분(허용오차10분)이라는 매우 좁은 범위로 한정하고 있다.
*스러스트각을 측정하는 목적은 자동차가 진행하는 방향 즉 자동차의 진행선(스러스트라인)은 뒷바퀴의 토우에 의해 결정된다.
뒷바퀴 토우의 좌우차가 클수록 자동차의 진행선과 자동차의 중심선(기하학적 중심선)의 각도차가 커져 자동차는 사진(똑바로 가지않고 비스듬히 가는것)을 시작한다.
자동차의 진행선이 자동차의 중심선(기하학적 중심선)과 동일할 때 (스러스트각 0도00분)는 문제가 없으나 자동차의 진행선과 자동차의 중심선(기하학적 중심선)의 각도차 즉 스러스트가이 클 때는 자동차를 운전할 때 여러 가지 불편이 생긴다.*스러스트각이 커지게 되면
1.비스듬히 진행하게 되어 극단의 경우에는 자동차의 앞부분이 통과해도 뒷부분이 다른 물체에 부딪치게 된다.
2.스티어링 휠의 센타가 틀려지게 된다.
3.좌우로 코너링할 때 한 쪽이 오버스티어로 되고 다른 한쪽은 언더스티어로 된다.
4.직진 위치로 스티어링 휠을 놓고 자동차에서 내려 왔을 때 앞에서 자동차를 바라보면 앞바퀴가 좌 또는 우로 꺽여있다.
5.휠얼라인먼트 테스터로 스티어링 휠을 바른 위치로 조정해도 주행 테스트에서 스티어링 휠의 센터가 맞지 않는등의 이상이 발생한다
======위의 내용들을 모두 점검해서 바로 잡아주는 과정이 바로 휠얼라인먼트인데 문제는 한번잡은 얼라인먼트가 반복해서 틀어지는 경우 그 근본적인 원인을 제거하는것이 중요하다고 봅니다.