서스펜션. 종류가 너무 많다구요?

간단히 구분해 보는 다양한 서스펜션

서스펜션은 링키지, 스프링, 쇼크업져버로 이루어진 자동차 충격 흡수장치입니다. 

현가장치라는 한자어를 용어로 사용하고 있지만 쉬이 의미가 전해지지 않는데요. 

서스펜스가 사전적으로 ‘긴장’이라는 뜻을 가지고 있으므로, 서스펜션은 노면에서 전해오는 충격의 ‘긴장’ 완화 장치. 정도로 해색하면 정확할 것 같습니다.

 

 

출처 : motortrend.com

서스펜션은 크게 두개 종류로 나뉩니다.

 

 

- 바퀴 좌우가 연결되어있는 하나의 축을 이용하는 경우

- 바퀴 좌우가 연결되어있지 않고 별도의 링크를 이용하는 경우 

 

 

 전자를 리지드 혹은 솔리드 서스펜션 후자를 인디펜던트 서스펜션 으로 칭합니다. (편의상 '독립식 서스펜션'으로 부르겠습니다.)

 

출처 : Axleless.com

 

리지드 서스펜션의 좌우 바퀴가 축으로 연결(구속) 되어 있기 때문에 한쪽에 하중이 가해지면 다른 반대쪽에도 영향을 줍니다. 

때문에 최신 자동차들은 얼마전 까지 잘 사용하지 않았던 서스펜션이기도 합니다. 

당연히 높은 기술을 요하지 않고, 가격도 저렴 합니다. 이에 반비례 해서 승차감과 성능은 떨어지는 편이구요.

 

리지드 서스펜션 : 토션빔 타입 / 출처 : www.carbibles.com

리지드 서스펜션 : 코일스프링 타입 / 출처 : www.carbibles.com

리지드 서스펜션 : 판 스프링 타입 / 출처 : www.carbibles.com

 

구조가 단순하기 때문에 무식하게 튼튼하고, 고장이 거의 없습니다. 큰 힘을 받아 낼 수도 있습니다. 

그냥 간단히 막대기 양 끝에 바퀴를 달고 그 위에 스프링+쇼크업져버 (쇽업쇼버 혹은 쇼바)를 달았다고 보시면 되지요. 

주로 판스프링을 쓰는 예전 대형트럭 혹은 극악의 주행을 위한 오프로드 차량에서 많이 보이는 서스펜션입니다.

 

출처 : blog_jeep_com

 

 

그런데 이 리지드 서스텐션이 최근 소형차를 중심으로 다시 사용되기 시작하는 추세에 있습니다.

 

CTBA, 토션빔 액슬 (Coupled Torsion Beam Axle) 이라고 들어 보셨을 겁니다. 

기존의 리지드 타입이 축 하나로 바퀴를 지지했다면, CTBA는 링크등으로 연결된 두 개의 축이 바퀴의 움직임을 조율하고 있습니다. 

게다가 소재 과학과 해석 기술이 발달하면서 두 바퀴가 연결된 축이 보다 유연하게 움직일 수 있게 되었는데요. 

덕분에 과거의 뻣뻣한 리지트 타입과 달리 꽤나 준수한 승차감과 노면 그립을 가지게 되었습니다. 

결국 소재가 부드러워지고, 추가로 축이 하나 더 달리게 되면서 보다 복잡한 움직임이 가능해졌다고 보시면 됩니다. 

 

출처 : www.hundai-forums.com

기술적으로는 분명 독립식 서스펜션보다 한단계 낮은 단계이지만, 일부 차종에서는 상위 서스펜션인 더블 위시본과 동등한 퍼포먼스를 보이는 것으로 알려져 있습니다. 

(자동차 회사 이름을 거론하기는 어렵고… 잘 설계된 CTBA vs. 잘못 설계된 더블 위시본 이라고만 해 두죠)

출처 : 사진 내 기재

 

 

리지드 서스펜션과 반대로 독립식 서스펜션은 바퀴가 차대와 링크로 연결되어 있는 타입입니다. 

양쪽 바퀴가 각각 다른 움직임을 가지기 때문에 성능이 뛰어난 편입니다. 

극단적인 예입니다만, 도로에 돌맹이가 있을 경우 독립식은 돌을 밟는 바퀴만이 충격을 흡수하는 반면, 리지드식은 돌을 밟지 않는 반대쪽 바퀴에도 충격지게 됩니다.

 

 

출처 : www.radiocontrolzone.com

 

 

관절이 많은 만큼 구조적으로 복잡하고, 가격이 비싼 단점이 있습니다만, 뛰어난 성능 때문에 대부분의 고급 최신 차량들은 독립식 서스펜션을 사용하고 있습니다. 

심지어는 큰 무게를 지탱해야 하는 일부 군용 트럭들 조차 독립식 서스펜션을 적용하고 있는 추세입니다.

 

 

출처 : conceptcarz.com

 

 

그러다 보니 아무래도 다양한 종류가 존재하는데. 주로 쓰이는 독립식 서스펜션은 아래 세가지 정도입니다.

 

- 멕퍼슨 스트럿 서스펜션

- 더블 위시본 서스펜션

- 멀티링크 서스펜션

 

 

세 서스펜션을 구분짓는 특징은 '바퀴의 서스펜션'이 샤시(차대)와 몇 개의 관절로 연결 되어있는 가 하는 점 입니다. 

차량을 수평에서 볼때, 위에서부터 차례로 맥퍼슨은 1점, 더블 위시본은 2점, 멀티링크는 3점 이상의 관절을 가지고 있지요. 구조의 복잡성, 가격 모두 관절 개수에 비례해 올라가구요.

 

 

맥퍼슨 스트럿/ 출처 : www.carbibles.com

 

더블 위시본/ 출처 : www.carbibles.com

 

 

 

우선 맥퍼슨 스트럿은 전륜 자동차에 가장 널리 쓰이는 대중적인 독립식 서스펜션입니다. 

바퀴와 샤시가 1점으로 연결되어있고 덕분에 공간활용이 유리한 편이지요. 

전륜구동의 경우 앞바퀴가 구동과 조향을 동시에 하기 때문에 구조가 복잡한 편인데요. 비교적 단순한 형상의 맥퍼슨 스프텃이 많이 애용되는 이유이기도 합니다.

 

출처 : pamungkasaryasepa.blogspot.com

  

1점 지지이므로, 자유도가 낮아 상하 방향 이외에 특히 좌우로 오는 진동이나 충격에는 약한 모습을 보입니다. 이를 보조하기 위해 스트럿과 쇼크업져버의 강성을 키워 비틀림을 보조합니다. 

물론 이를 받치는 구조물들의 사이즈도 커서, 후드를 열어보면 엔진룸 좌 우로 이를 지지하는 큰 하우징을 볼 수 있습니다.

 

  

다음으로는 뒷바퀴에 많이 사용되는 더블 위시본 서스펜션입니다. 

위에서 언급되었듯 최근 소형차에는 다시 CTBA가 적용되는 추세이지만, 여전히 중 대형차를 중심으로 가장 많이 적용되어있는 서스펜션이 바로 더블 위시본 입니다. 

더블이라는 용어에서 짐작할 수 있듯, 두 개의 구조물로 바퀴가 지지되는 형상을 하고 있으며 상하 뿐만이 아니라 좌우 방향에서 들어오는 충격을 흡수 할 수 있도록 고안되어 있습니다.

 

여담입니다만, 상하 구조물이 조류의 가슴에 있는 V자형 뼈와 닮아 있어 위시본 서스펜션으로 불리고 있습니다.

 

출처 : www.autoracing1.com_re

대부분의 스포츠카가 더블 위시본 서스펜션을 가지고 있는데요. 

어? 더 진보된 멀티링크에 뭔가 문제가 있는거야? 라고 드는 의문을 다음 멀티링크의 구조와 함께 살펴보지요.

 

출처 : en.wikipedia.org

 

자동차의 바퀴에 오는 충격(힘)들은 3차원으로 상하방향, 좌우방향, 전후 방향으로 되어 있습니다. 

차량이 달리다 노면의 굴곡을 만난다면 상하방향으로, 코너를 돌게 되면 상하+좌우 방향으로, 이때 급 정거나 급 가속을 하게 되면 상하+좌우+전후 방향의 충격이 차량에 전해지게 됩니다.

 

출처 : en.wikipedia.org

 

이중 전후 방향의 충격을 조금 살펴볼 필요가 있는데 다른 두 방향의 충격과 달리 전후 방향은 무조건 버티어야 하는 힘이기 때문입니다. 

이야기가 약간 샐 것 같군요. 차량의 가감속은 운전자의 의도에 의해 연출되는 상황이므로, 오히려 충격을 흡수할 필요가 ‘거의’ 없다 정도로 이야기 하도록 하겠습니다. 

(CTBA도 그랬지만, 간단한 설명을 위해 비틀림 힘은 일단 논외로 접어놓고 있습니다....)

 

출처 : motoguru.pl

 

때문에 더블위시본의 2점 -> 3점이상 링크로 자유를 높인 멀티링크 서스펜션은 설계에 따라, 셋팅에 따라 중구난방의 성능을 나타내는 복잡성을 가지고 있습니다. 

멀티링크로 보이는 F1의 서스펜션조차 사실 점 링크의 수를 늘였을 뿐 실제로는 더블 위시본에 더 가까운 구조를 하고 있지요.

 

출처 : www.advrider.com

 

기술적인 난이도에 성능이 비례하지 못하는 특성을 가진 서스펜션이 바로 멀티링크이고 너무 복잡한 것은 단순한 만 못하다라는 사실을 가장 잘 보여주는 대표적인 사례이기도 합니다. 

하지만 멀티링크는 여전히 3차원의 움직임을 통제할 수 있는 가장 강력한 솔루션이므로 고급차를 중심으로 꾸준히 개발 적용되어 오고 있습니다.

출처 : vdrift.net 

간단한 기준에 따라 서스펜션을 분류 해보았는데요. 구조, 셋팅에 따라 차를 평원이 달리는 말로 혹은 안락한 주거공간으로 만들어 주기도 하는 자동차의 관절같은 존재. 

CTBA가 유행처럼 번지고, 멀티링크를 뛰어넘는 맥퍼슨 스트럿도 나오는 걸 보면, 기술 발전에 힘입어 점점 과거 스타일로 회귀 하는 느낌 입니다.

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