더블 위쉬본 서스펜션, 멀티링크 서스펜션, 토션빔 서스펜션, 맥퍼슨 스트럿 서스펜션

서스펜션

 

서스펜션(suspension)은 주로 자동차에서 노면의 요철을 차체에 전달하지 않는 완충 장치의 기능과 바퀴,차축의 위치결정, 바퀴를 노면에 대해 누르는 기능을 가지는 것으로, 승차감이나 조종 안정성 등을 향상하는 기구이다.

 

서스펜션은 기본구성으로 차축의 위치결정을 하는 서스펜션 암, 차의 무게를 지지해 충격을 흡수하는 스프링, 스프링의 진동을 감쇠하는 댐퍼로 구성된다.

 

세단(승용차)에서는 저비용 스트럿 방식인 맥퍼슨, 스트럿이 가장 많이 사용되고 있다. 승차감 향상이나 타이어의 접지 조건이나 자동차의 자세(롤)를 세세하게 제어하는 목적으로는 지오메트리즘의 자유도가 큰 더블 위시본이 쓰이며 이보다 한층 안정성을 강화한 멀티 링크도 많이 사용되고 있다.

 

서스펜션 방식

 

서스펜션 방식은 크게 나누어 차축 서스펜션, 독립 서스펜션, 토션빔 서스펜션으로 분류된다. 

 

차축 서스펜션

 

이 방식은 좌우의 바퀴를 차축(Axle)으로 연결한 서스펜션 형식으로, 마차 시대부터 게속되는 오랜 역사를 가진다. 특히 구동 휠에 사용하는 경우에는, 구동 샤프트가 액슬하우징으로 덮여 있고, 구동 샤프트에 각도를 갖게 하기 위한 축 조인트를 필요로 하지 않기 때문에, 구조가 간단하고 내구성이 높다. 좌우의 바퀴가 항상 동축사에 유지되어 있기 때문에 캠버 변화가 적으며, 휠 스트로크를 설계하기 쉬워서 거친 노면에서도 바퀴의 접지를 유지하기 쉽다. 또한 구동륜의 경우에도 디퍼런셜이 차축 상(스프링하)에 있기 때문에, 그 진동과 소음이 차안으로 전달되기 어렵다. 반면, 스프링 하중이 무거워지는 경향이 있고, 고속에서는 승차감이 나빠진다. 또한 코너에서 롤링이 생길 수 밖에 없다. 대형 트럭, 화물차에서 많이 쓰인다.

 

독립 서스펜션

 

좌우의 바퀴가 독립적으로 동작하는 서스펜션 형식이다. 차축이 없기 때문에 스프링 하중량이 가볍고 승차감이 뛰어나며 차축의 공간이 불필요하기 때문에 프레임이나 차체를 낮출 수 있다. 또한 링크 기구를 사용하기 때문에 스트로크 시의 지오메트리 조종 안정성이 향상되도록 설계하는 것이 가능하다. 한편, 부품 수가 많아 제조 비용이나 정비 비용이 많이 든다. 또한 구동휠에 사용하는 경우, 스프링강의 차체에 부착되는 디퍼런셜의 진동 및 소음이 차안으로 전달되기 쉽다. 스포츠카, 레이싱카에서 주로 쓰였으나 현재는 승용차, 화물차, 버스 등 대부분의 차종에서 광범위하게 쓰인다.

 

토션빔 서스펜션

 

좌우의 바퀴가 비틀림(torsion)을 허용하는 빔으로 연결되어 있는 구조로, 독립 서스펜션 방식만큼은 아니지만, 차축 서스펜션보다 좌우의 바퀴에 자유도가 주어지고 있다. 전륜 구동차의 뒷바퀴 부분, 특히 컴팩트카나 경차의 뒷바퀴 부분에 많이 쓰이고 있다.

 

대표적인 서스펜션 방식

 

더블 위쉬본 서스펜션(Double wishbone suspension)

 

더블 위쉬본 서스펜션은 자동차 서스펜션 방식이며 독립 서스펜션 중 하나이다. 상하 한 쌍의 암이 타이어를 지지하며 레이싱카와 스포츠카에 주로 쓰인다. 조류의 갈비뼈(wishbone)의 형태를 닮은 A자형의 암이 상하에 2조(double)가 있고 이를 통해 타이어를 지지하는 방식이다. 현재는 암의 형태와 관계없이 상하 2조의 암으로 타이어를 지지하는 방식은 모두 더블 위쉬본 서스펜션으로 불리운다.

 

장점

 

서스펜션 강성확보에 유리하다.

맥퍼슨 스트럿방식에 비해서는 코너링 시, 굽힘의 힘이 스프링/댐퍼 유닛에 가해지지 않아서 서스펜션 스트로크가 원활해진다.

타이어의 상하 움직임 시, 캠버 각도의 변화를 줄일 수 있기 때문에 접지면이 유지되고 타이어와 노면 사이의 마찰력의 변화가 적다.

서스펜션 설계에 제약이 적고, 상,하 암 길이, 암의 설치 위치 등을 바꾸는 것과 같은 지오메트리즘 설정의 자유도가 높다.

조종 특성 등을 임의로 바꿀 수 있다.

디테일한 세팅 작업을 반복하는 레이싱카에서 많이 쓰인다.

 

단점

 

어느 정도의 높이가 있어야하는 어퍼 암으로 인해 엔진룸이나 트렁크룸의 용적에 제약을 준다.

스프링에 하중을 많이 가해서 무거워지기 쉽다.

 

상기한 바와 같이 바운드,리바운드 시 캠버 각이 거의 일정하게 유지되는 점에서는 탁월한 방식이지만, 더블 위시본 서스펜션이 주로 쓰이는 레이싱카에서는 일반차량에 비해 고속으로 코너링하기 때문에, 이때의 롤링은 문제가 된다.

 

멀티링크 서스펜션(Multi-link suspension)

 

멀티링크 서스펜션은 4개 이상의 운동 방향에 구속이 없는 자재암을 3차원으로 배치하여 업라이트를 지지하는 서스펜션 방식이다. 더블 위쉬본에 비해 암의 개수를 늘려, 각각의 링크에 기능을 분담시켰다.

 

장점

 

승차감과 노면음 억제에 탁월하여 주로 고급차에 채용된다. 

 

 

단점

 

비용이 높다. 부품수가 많기 때문에 부품 비용이 높아진다. 링크 1개 추가 시, 링크 본체의 부품재료, 가공비, 양단에 장착하는 링크 부시, 부시의 압입비, 또한 제작 공정 등의 비용이 발생해서 최종적으로 차량가격 상승에 영향을 준다.

복잡한 구조로 인해서 의도치 않는 설계상의 미스가 있다. 이로 인해 테스트과정에서 불량이 발견되어 개발기간이 길어진기도 한다. 유지보수 관리에  신경을 많이 써야한다. 부싱 교환 주기가 짧고 작업공정과 조정부분이 많아서 분해, 조립, 휠얼라인먼트까지 시간이 많이 걸린다. 

 

토션빔 서스펜션(Torsion-beam suspension)

 

토션 빔은, FF(전륜구동)의 리어에 많이 쓰이는 서스펜션이다. 좌우의 바퀴를 토션빔(액슬빔)으로 연결하고, 그 양단으로부터 트레일링 암이 연장되어 바디측으로 연결되는 형태다. 트레일링 암으로 전후 방향의 위치결정을 하고 좌우 방향은 레터럴 로드로 위치결정을 하는 것이 기본적인 구성이 된다.

 

장점

구조가 단순해서 저비용이다.

롤 강성을 조정할 수 있어서 리지드식이면서 빔에 유연성을 갖게 한다.

 

단점

서스펜션과 바디의 결합을 2개의 트레일링 암만으로 담당하고 있어, 거기를 지지하는 고무부싱류에 큰 부담을 준다. 

 

 

맥퍼슨 스트럿 서스펜션(MacPherson Strut suspension)

 

텔레스코픽 쇼크 업소버 자체를 서스펜션으로, 거기에 스프링과 차륜을 단 구조로 되어 있다. 고안자인 맥퍼슨(Earle S. MacPherson)의 이름을 따서 맥퍼슨 스트럭(MacPherson Strut)이라 불리며, 단순히 스트럿 서스펜션이라고도 한다.

 

장점

 

휠 하우스 상부에 지지점이 위치하고 텔레스코픽 쿠션 유닛과 레터럴 링크만의 L자형 구성으로, 돌출물이 없기 때문에 승용차의 설계 자유도가 높다. 얼라인먼트의 오차가 적다. 부품 비용이 저렴한 편이다. 

 

단점

 

서스펜션으로 인해 전고가 비교적 높다. 그래서 코너링시에 생기는 원심력으로 인해  슬라이딩 저항이 커져 승차감이 떨어진다.