Q & A
안녕하세요 정말 오랜만에 글을 올리게 되네요
다른게 아니라 친구놈하고 이야기를 하닥 친구가 댐퍼와 스프링과의 힘의 관계에 대해 이야기가 나왔습니다.
그런데 저는 여지것 그런 기본적인 것도 모르고 써스는 어디께 어떻네 이런말만 들은것 같았습니다.
이야기를 듣고보니 가장 기본적인 것인데 전혀 감이 안잡히더군요. 그리고 댐퍼의 고유 진동수라는 것도 알게
되었는데 정확히 어떤뜻인지가 궁금합니다.
댐퍼가 노면을 훓고 지나가는데 불규칙한 노면에 고유진동수가 무엇인지도 궁금해지네요
테드고수님들께 이렇게 질문을 드립니다.

쇼버와 댐퍼.. 즉 차량의 진동에 관한 부분은 가장 기본적인 것이지만 조금만 들어가면 정말 어려운 부분중에 하나입니다.
진동학을 공부하지 않는 이상 ( 기계공학에서 배우는 모든 전공이론이 집대성 된 마지막 과목을 진동학이라고 할 정도... ㅡㅡ;;)
엔지니어처럼 이론적으로 해석하기에는 무리가 있으며 (사실 그럴 필요가 없죠 ^^;;)
기본적인 개념만 알아도 섀시를 바라보는 시각과 수준이 엄청나게 늘어날
수 있었다는 경험에 의거하여 이 책을 추천해 드립니다~ ^^
"섀시는 이렇게 되어있다." -샤와타리 쇼지/GP기획센터-
추가로 말씀드리면,
고유진동수라는 개념은 '스프링'에 적용되는 것이고 댐퍼는 고유진동수가 아닌 '감쇠계수'라는 것이 사용됩니다.

스프링은 외력에 변형되면 다시 원래 상태로 돌아가려고 하죠.
댐퍼는 외력에 변형된 스프링이 원래 모양으로 돌아가려 할 때 그 속도를 조절하는 역할이 크다 라고 보시면 될 것 같습니다.
서스펜션을 보면 차량 무게때문에 스프링은 어느 정도 변형된 상태를 유지하게 됩니다. 이 상태를 중립이라고 본다면
댐핑이 적당하면 스프링이 중립 상태로 돌아가는 시간이 긴 대신, 중립 상태로 돌아가면 땡! 이겠죠
댐핑이 약하면 스프링이 중립 상태로 후딱 돌아가는데 그치지 않고 중립을 지나 살짝 늘어난 상태가 되고, 다시 중립으로 돌아오는 상황, 시계추같은 움직임을 보이게 됩니다. 이게 출렁출렁으로 느껴지겠죠.
역학 책을 뒤져보시면 over damping, critical damping, under damping 세 가지 정도로 구분해 놨을겁니다(기억이;;)
스프링에 따라 댐핑 조절을 달리 해서 원하는 설정을 얻어내는데 그 상황에서 스프링이나 댐퍼 둘 중 하나만 바꿔버리면 설정은 흐트러지는거죠...
만약 댐퍼가 양방향 모두에 작용한다면 스프링의 민첩한 변형을 방해하니 장애물을 만났을 때 신속하게 충격을 흡수하지 못하는 경우도 생길겁니다.
제가 가끔 고속버스가 고속도로에서 흔들흔들 하면서 다니는걸 보면서 저 버스 서스펜션은 언더댐핑인가보다.. 생각합니다.

위에 언급된 내용들을 짚어보자면요...
외력의 의한 차량의 수직 운동은 질량 곱하기 "가속도"라는건 아실겁니다.
스프링은 스프링상수 곱하기 "변위" 이구요. (물론 이는 완벽한 선형은 아닙니다. 이론상 그렇습니다.)
댐핑은 댐핑상수 곱하기 "속도"입니다. (역시 이론상이며, 실제로는 비선형입니다.)
댐핑이 속도에 대한 힘이기 때문에 운동에너지 (1/2 mv^2)를 소멸시키는 것입니다.
고유진동수는 모든 질량-스프링 시스템이 가지고 있으며, 이는 댐핑이 있다고 해서 변하지는 않습니다.
고유진동수는 루트(스프링상수/질량) 이며, 이 진동수를 가지고 진동하려는 성질을 띄게 됩니다.
일반적으로 차량의 수직운동에 있어서 한 서스펜션은 스프링이 크게 두 개 (타이어와 스프링)로 보는 2자유도 시스템이며,
따라서 고유진동수 역시 한 서스펜션당 두 개가 존재하게 됩니다.
사람이 가장 예민하게 반응하는 진동수는 2~4Hz (1초에 2~4회 진동)이며
이를 피하기 위해 두 개의 고유진동수는 1Hz정도와 10Hz 정도에 맞춰서 설계가 되는 것입니다.
over damping, under damping 등의 용어는 감쇠 시스템의 과도 응답 해석에 쓰이는 공학 전문용어인데
이와는 크게 상관이 없는 문제 같으니 모르셔도 될 것 같습니다...
참고로 감쇠비가 임계 감쇠비 (critical damping)보다 크면 over damping이라고 하는데,
실제 모든 자동차들은 하드하게 튜닝된 차량이라 해도 한참 under damping 입니다...
임계 감쇠보다 큰 서스펜션은 아마 제가 알기로는 없을겁니다^^;;

질문의 상황에 맞는지 어떤지 모르겠습니다만, 이론적이 아닌 실제 형태를 보면서 이해를 하기 쉽도록 하는 방법이 하나 있습니다.
바로 RC카용 쇼바를 이용하는 겁니다. 일정 수준 이상의 RC카 쇼바는 상당히 정밀하게 실차와 비슷한 구조를 가지고 있습니다. (가격도 별로 비싸지 않습니다.) 그놈을 이런저런 변경을 가해보시면 (오일압 조절, 압축 속도 조절, 스프링 강도 조절, 장력 조절 등등... 어지간한건 다 할 수 있습니다.) 머리아프게 용어 가지고 오락가락 하는 것 보다 훨씬 알기 쉽게 다가올겁니다. ^^
구럼~
스프링은 노면의 충격을 상하운동으로 완화시켜주는데 댐퍼가 없으면 에너지를 상실할때까지 계속 상하운동을 하게 될것입니다.
댐퍼는 일정한 힘으로 상부와 하부로 움직이는 모멘트를 억제시켜주고 스프링과 상호보완해주어 차체자세를 유지시켜줍니다.
머리에 든게 없어서 설명하기 어렵네요 아랫분이 좀더 잘 말씀해주실겁니다.