적재능력 조절 -도로수명 연장에 큰 기여
기존의 판스프링, 코일스프링과 비교해 에어스프링은 우수한 방진효과는 물론 다른 장점들도 가지고 있다. 대표적인 에어스프링은 컨벌루트(convolute, 흔히 1단, 2단, 3단)타입과 슬리브(sleeve,1T or 원통형)타입이 있다.
모든 에어스프링 작동원리는 같다. 에어스프링 내부의 공기압력으로 하중을 지지한다. 즉 공기압력의 세기와 에어스프링의 직경에 비례해 에어스프링의 하중능력이 결정된다.
| {(하중능력(Force) = 공기압력(Pressure) × 에어스프링 면적(area)} |
이에 에어압력과 에어스프링의 직경을 변화시키면 하중능력을 조절할 수 있다. 이것은 기존의 스틸(steel) 스프링과 비교할 때 주요한 장점이 된다. 에어스프링이 압축되면 내부압력이 증가하여 하중능력이 커지고 에어스프링이 늘어나면 내부압력이 줄어들어 하중능력이 작아진다. 이러한 특성으로 에어스프링은 자연스럽게 주행 중 설계높이를 유지할 수 있다.
컨벌루트타입과 슬리브타입의 기본원리는 같지만, 약간의 차이가 있다. 슬리브타입은 피스톤을 가지고 있다. 벨로우즈가 피스톤을 따라서 움직이며 피스톤의 직경에 따라서 에어스프링의 직경이 결정된다. 즉 피스톤 직경이 일정한 구간에서는 에어스프링의 높이가 변해도 직경이 일정하므로 힘도 일정하다. 일반적으로 슬리브타입의 피스톤 밑 부분을 나팔모양으로 제작한다. 반면에 컨벌루트타입은 높이에 따라서 직경이 변하는 구조다.
에어서스팬션의 주요 장점은 첫째 공기압 조절만으로 간단히 적재능력을 조정할 수 있다는 것이다. 둘째 기존의 스틸스프링에서는 할 수 없었던 높이 및 스프링 값(spring rate) 조절이 가능하다. 셋째 에어스프링은 유연한 재료이므로 차체와 액슬을 부드럽게 연결하고 충격을 완화 시킬 수 있다. 마지막으로 물론 가장 중요한 장점은 매우 우수한 방진효율로 얻을 수 있는 편안한 승차감이다.
도로 수명을 연장시키는 서스팬션
1993년부터 1997년까지 조사된 차량과 사회기반시설의 동적 영향 연구(DIVIEN, Dynamic Interaction between Vehicles and Infrastructure Experiment)가 OECD에서 이루어졌다. 대형차량 서스팬션의 종류에 따라 도로환경에 미치는 영향을 과학적으로 증명하기 위한 조사다.
이 연구에 따르면 도로유지 비용의 50%는 대형차량으로 인한 것으로 나타났다. 나아가 도로에 직접 영향을 주는 것은 동하중(Dynamicload)이며 서스팬션의 종류에 따라서 동하중이 달라졌다.
결국 에어서스팬션의 경우 부드러운 스프링과 적당한 댐핑(optimum damping)으로 도로 수명 연장에 가장 좋은 서스팬션이며, 도로 수명을 15~60% 연장시키는 것으로 조사됐다. 이미 미국과 유럽에서는 대형차량의 서스팬션은 에어서스팬션으로 보편화되었으며 세계적으로 증가되는 추세에 있다.
에어서스팬션은 운전자는 물론 도로시스템에도 질적, 금전적 이점을 제공한다. 대표적인 회사인 파이어스톤사는 1930년대 세계 최초로 에어스프링을 개발, 지난 70여 년간 에어스프링의 기술 및 품질을 발전시켜왔다. 미국에 본사를 두고 4개 국가(미국, 유럽, 아아)에 6개 생산시설과 4개의 기술센터를 가지고 있기도 하다.