자동차에서 앞바퀴 정렬(Front wheel alignment)의 목적과 각 구성요소들(캠버, 캐스터, 킹핀 경사각, 토인)

자동차의 서스펜션과 휠 타이어는 조종 안정성과 승차감을 얻기 위하여 여러가지 기하학적으로 특정 각도를 가지고 차축에 설치되어 있다. 기하학적 특성이 충격이나 사고 및 부품 마모, 조립 불량 등으로 각도가 변화되어 주행 중 각종 문제를 일으키게 된다. 따라서 이를 점검하여 바로 잡는 일련의 작업을 휠 얼라인먼트라고 한다.

 

앞바퀴 정렬에는 여러 이점이 있다.

① 작은 힘으로 조향을 쉽게 할 수 있다

② 차량 직진성을 개선하고 조작을 확실하게 한다

③ 조향핸들에 복원성을 준다

④ 타이어 마모를 최소화 한다

 

 

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1) 캠버(Camber)

캠버는 바퀴를 정면에서 봤을 때 바퀴 위쪽이 차량 안쪽이나 바깥쪽으로 기운 각도를 의미한다. 바퀴 위쪽이 차량 안쪽이면 음각, 바깥쪽이면 양각이다.

- 양각인 경우: 직진성이 좋아지고 킹핀 오프셋을 적게 한다. 하지만 코너링 능력은 떨어진다.

- 음각인 경우: 코너링 능력을 향상시키지만 차량의 내측 마모를 촉진시킨다.

대게의 경우는 양각으로 설정을 한다.

① 앞 바퀴가 하중을 받아 음각으로 더 벌어지는 것을 방지

② 주행할 때 바퀴가 탈출하는 것을 방지

③ 킹핀 오프셋을 적게 하여 핸들 조작을 가벼움

④ 너클이나 스핀들이 휘어지는 것을 방지

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2) 캐스터(Caster)

캐스터는 바퀴와 차체를 연결하는 부분의 연장선과 타이어의 접지 지점에서 수직으로 올라온 선의 각도를 말한다. 일반적으로 전륜구동 차량에는 대부분 캐스터를 양각으로 설정한다. 이는 차륜을 앞에서 잡아당기는 효과를 가지므로 직진성이 좋고 시미 현상이 감소된다. 또한 조향 차륜을 직진 위치로 복원시키는 효과를 발휘한다.

하지만 캐스터 각이 지나치게 크면 핸들이 무겁고 선회 시 내륜측의 차체가 위로 들려 주행 안정성을 떨어뜨리게 된다.

 

3) 킹핀 경사각(King Pin Inclination)

앞바퀴를 전방에서 바라볼 때 킹핀 상부가 안쪽으로 비스듬히 장착되어있는데 이 때 킹핀과 노면에 대한 수직선이 이루는 각도를 의미한다. 볼조인트 타입에서는 상부 볼조인트와 하부 볼조인트의 중심을 연결하는 직선과 이루는 각도를 의미하며, 일반적으로 6˚~9˚로 설정된다.

킹핀 경사각은 핸들 조작력을 경감시키고 주행 및 제동 시 충격완화 및 핸들의 복원력을 증대시킨다.

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4) 토 인(Toe - In)

차량을 위에서 내려다볼 때 바퀴의 벌림 정도를 의미한다. 토 인은 바퀴의 앞쪽을 안으로 좁힌 것을 의미한다. 토 값은 차량의 직진 안정성에 영향을 준다. 앞바퀴를 토 인으로 설정하면 앞바퀴 들림을 줄여서 직진 시 안정성은 높으나 스티어링 조작 시 초기 반응이 민감하다. 토-아웃으로 설정 시에는 코너링 시 안정성이 높다.

후륜구동의 경우 구동이 뒷바퀴에서 일어나므로 바퀴가 토 아웃이 되는 경향이 있다. 이를 보정하기 위해 토 인으로 설정을 한다. 전륜 구동의 경우에는 구동이 앞바퀴에서 일어나므로 앞바퀴에 연결된 프런트 암이 앞쪽으로 이동하여 토 인이 되는 경향이 있다. 이를 보정하기 위해 약간 토 아웃으로 셋팅을 하게 된다.

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관련문항: (차량기술사 2022년 126회차 4교시 5번 문제)

자동차에서 앞바퀴 정렬(Front wheel alignment)의 목적과 각 구성요소들 (캠버:Camber, 캐스터: Caster, 킹핀 경사각: King pin inclination, 토인: Toe-in)의 정의 및 역할에 대해 설명하시오.