차륜정열을 하는 이유는 주행시 차량에 안정성을 주고, 직진 성능을 높이며, 타이어의 수명을 최대한 길게 하는 것에 있다고 할 수 있습니다.
그래서 휠얼라이먼트가 틀리면 주행시 차량이 한쪽으로 쏠린다거나 타이어의 마모가 비정상적으로 나타나는 증상을 보이게 됩니다.
차륜정열을 보는데에는 흔히 캠버각, 캐스터각, 킹핀 경사각, 토우등을 보는데 여기서는 이러한 용어를 이해해보도록 하겠습니다. 좀 더 전문적으로 들어가면 이외에도 더 많은 것들을 보게 되는데 우리가 이런 것까지 알아둘 필요는 없을 것 같습니다. 그저 기본적인 지식만 이해하고 있으면 되겠지요!
캐스터(caster)
캐스터각이란 자동차를 측면에서 봤을때 타이어 접지점이 지면에서 수직으로 한 수직선과 주행축이 이루는 각을 말합니다. 그래서 캐스터각을 주행축각이라고 얘기하기도 합니다.
뉴코같은 더블위시본 방식에서는 어퍼암과 로어암의 볼 조인트를 잇는 선이 주행축선이라고 보시면 됩니다.
보다 쉽게 이해하기 위하여 캐스터(caster)를 생각해보지요. 캐스터란 (회전)의자의 다리에 붙어있는 바퀴를 뜻하는데, 이 바퀴의 생김새는 옆의 그림처럼 바퀴의 중심선과 스핀들(spindle)의 중심선간에 간격이 있습니다.(이런 바퀴를 보신 적은 있겠죠!)
만약, 의자를 앞으로 민다면 caster는 옆의 그림처럼 스핀들의 중심선이 바퀴의 중심선 앞에 위치하게 될 것입니다. 이처럼 스핀들의 중심선이 바퀴의 중심선보다 앞에 있는 것을 (+)캐스터각이라고 하고 직진성이 높아지게 되는 겁니다. 반면 바퀴의 중심선이 앞에 있을때 의자를 앞으로 밀면 바퀴는 휙휙 돌아버릴 것입니다.
그럼, 캐스터의 스핀들 중심선을 자동차에서의 주행축선이라 생각한다면 주행축선을 지면까지 연장했을때 타이어의 중심선보다 앞에 있으면 +캐스터각이라 하고 위의 의자 바퀴처럼 직진성이 높아질 것입니다. 반면 주행축선과 타이어 중심선이 같으면 제로 캐스터, 뒤에 있으면 -캐스터각이라고 합니다.
일반적으로 +캐스터각을 주는데, 이처럼 +캐스터각을 주는 이유는 앞바퀴의 직진성을 높이고 핸들을 돌린 후 직진 상태로 돌아가기 위한 복원력을 주기 위해서 입니다. 또한 핸들의 쏠림에도 영향을 미치기도 하는데 타이어 마모와는 관련이 없기도 합니다.
다시 말해, 우리가 핸들을 돌린 후 핸들에서 손을 놔도 핸들이 제자리로 돌아가는데 이는 +캐스터각을 주었기때문이라고 말할 수 있는 것입니다.
뉴코의 캐스터 각 : 2° 30′±30′
캠버(camber)
캠버(camber)란 위의 그림처럼 도로나 선박의 갑판따위가 부채꼴 모양으로 위로 휜 곳을 뜻합니다. 실제 우리가 주행하는 대부분의 도로는 빗물 배수를 위하여 캠버를 주고 있습니다.
이와 마찬가지로 자동차의 앞에서 타이어를 봤을때 타이어 트래드의 중심선이 지면과 이루는 각을 캠버각이라고 하는데, 양쪽 타이어의 트래드 중심선이 위로 향한 부채꼴 모양이면 '+캠버(정캠버)'라 하고, 아래로 향한 부채꼴 모양이면 '-캠버(부캠버)', 그리고 타이어가 지면에 수직으로 서있으면 '캠버 제로'라고 합니다.
캠버각은 차체의 높이에 따라 크게 영향을 받는데, 차체가 낮아지면 -캠버로 변하고 높아지면 +캠버로 변하게 됩니다.
이처럼 차체의 높이 변화에 따라 캠버각을 갖게되면 타이어가 지면에 대해 비스듬하게 서있는 모습을 하게 되므로 타이어의 편마모에 커다란 영향을 미치는 각도인 것입니다. 그래서 캠버각을 맞출때는 우선적으로 차체의 높이가 정확하게 조정되어 있는지부터 확인해야 합니다.
또한 타이어가 지면에 대해 기울게 되면(캠버각을 갖게되면) 옆 방향으로 굴러가려는 힘이 발생하게 되는데, 예를 들어 좌측과 우측의 타이어가 기울은 각도가 서로 틀리다면 자동차는 더 많이 기울은 타이어쪽으로 선회를 하려는 특성이 나타납니다. 이는 직진 주행시 양쪽 타이어의 캠버각이 틀리다면 결국 캠버각이 큰 쪽으로 선회를 하려고 하기 때문에 흔히 말하는 핸들의 쏠림 현상이 나타나게 되는 것입니다.
결국 캠버각은 타이어의 편마모 현상과 핸들의 쏠림에 큰 영향을 미치는 각이라고 볼 수 있습니다. 일반적으로 타이어의 수명이나 휠베어링의 파손을 고려해서 캠버는 0이거나 약간의 +캠버를 주고 있지만, 일부 차량에서는 선회시의 안정성을 위하여 -캠버를 주고 있기도 합니다.
그러므로 보다 정확하게 이야기 하자면, 조향축선(어퍼암과 로어암의 볼조인트의 중심을 잇는 선)이 지면의 수직선에 대해 기운 각도를 말하는 것으로써 조향축각(steering axle inclination)이라 하겠습니다.(그러나 킹핀경사각이란 말을 많이 사용하지요!)
이 킹핀경사각은 자동차의 안쪽으로 기울지 바깥으로 기우는 경우는 없습니다.
이처럼 킹핀경사각을 두는 이유는 자동차의 중량을 타이어의 중심부에 부담시키지 않으면서 핸들의 조작을 편하게 하고, 캐스터와 더불어 핸들의 복원력을 증가시키는데 있습니다.
일반적으로 킹핀경사각은 조정을 하는 것이 아니며 또한 조정을 할 수 있는 장치(?)도 없습니다. 그래서 차체의 높이가 변화되었거나 사고로 인하여 차축이 휘거나 어퍼암내지 로어암이 휘면 킹핀경사각도 변하게 될 뿐더러 캠버의 변형을 일으키게 됩니다.
토우(toe)
토우(toe)란 발가락을 이야기하는데, 발가락이 안쪽으로 휘고 바깥쪽으로 휘는 것과 마찬가지로 자동차를 위에서 내려봤을때 바퀴의 앞쪽부분이 안쪽을 향하고 있으면 '토우인(toe-in)', 바깥쪽을 향하면 '토우아웃(toe-out)'이라고 합니다.
토우는 다른 것들과 달리 각도로 표시하지 않고 옆의 그림에서 보듯이 A와 B의 차이로 [mm]로 표시합니다.
앞바퀴에 토우를 주는 것은 주행중에 타이어가 똑바로 굴러가도록 하기 위한 것으로써, 주행시에 앞바퀴는 캠버와 구름저항등에 의해 타이어가 바깥으로 벌어지려고(토우아웃) 하기때문에 미리 토우인값을 주어서 완전히 전방을 향하도록 하기 위함입니다.
토우값은 자동차에 하중이 가해지거나 브레이크를 걸거나 하여 스프링이 압축되어 서스펜션의 높이가 변동할 때 토우값도 변동하게 되는데, 토우값은 타이어의 마모에 가장 큰 영향을 미치므로 가급적 토우값이 변동되지 않도록 해야 합니다.
좀더 자세히 설명한다면, 서스펜션의 상하 운동에 의해 토우(toe)의 양이 변동하는 것은 타이로드가 로어 암과 같은 위치에 있지 않고 또 타이로드와 로어 암이 같은 움직임을 하지 않기 때문에 일어나는 것 입니다. 앞바퀴가 상하로 움직이면 로어 암은 안쪽의 축을 중심으로 하여 상하 운동을 하고 물론 타이로드도 그것에 따라 상하로 운동합니다.
그 결과 타이로드는 안쪽의 타이로드 엔드를 중심으로 하여 원호 운동을 하게 됩니다. 직진시에 안쪽의 타이로드 엔드의 위치와 로어 암 안쪽의 축의 위치 관계가 정확하지 않을 때는 로어 암과 타이로드의 움직임이 각각 다르게 되어 현가 높이의 변동에 따라 타이로드로 스핀들 암을 밀었다 당겼다 하므로 현가의 상하 운동에 따라 토가 변동하게 되는 것입니다.
결과적으로 이러한 토우의 변동은 계속해서 토우인이 되었다가 토우아웃이 되었다가 함으로 타이어의 트레드를 급속하게 마모시키게 됩니다.
