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100년 이상을 발전해 온 자동차 역사 중에서 가장 큰 발전을 한 부분이 어디일까요?

자동차에서 가장 주목을 받으며 발전을 거듭한 부분은 '엔진'이라고 알 수 있습니다만,

큰 주목을 받지 못하면서도 끊임없는 발전을 거듭해 온 부분이 바로 '서스펜션'이라고 할 수 있습니다.

자동차의 성능을 말할 때 흔히 말하는 부분인 '핸들링', '코너링 성능', '승차감'.

이런 감성적인 부분의 성능이 바로 서스펜션에서 나오는 것이죠.

오늘 보배드림 이야기에서는 자동차 서스펜션의 종류와 특징들을 알아보겠습니다.

서스펜션 방식의 분류

위 구분에 속하지 않는 서스펜션도 있고, 보는 관점에 따라 다르게 분류할수도 있지만,

이번 보배드림이야기에서는 구조적인 원리에 따라 위와 같이 분류해 보았습니다.

토션 빔 방식은 리지드 액슬로 구분하기도 하고 트레일링 암 방식의 일종으로 구분하기도 하는데,

두가지 방식 모두의 특징을 가지고 있어 리지드 액슬과 독립현가의 중간적인 성격으로 분류하였습니다.

리지드 액슬 서스펜션

좌우의 휠이 차축을 통해 하나로 연결된 방식. 솔리드 액슬이라고도 합니다.

서스펜션 작동시 얼라인먼트 변화가 적고, 간단한 구조로 저렴하며 내구성이 뛰어납니다.

현가하 질량이 크기 때문에 차체 움직임에 유연하게 대응하지 못하는 단점이 있습니다.

주로 후륜에 사용되지만, 특수차량 중에서는 전륜에 채용하는 경우도 있습니다.

1) 리프 스프링 식

탄성이 좋은 철판을 여러겹 쌓아 만든 리프 스프링으로 차축을 지지한 방식.

구조가 간단하고 내구성이 좋으나 무게가 무겁고 승차감이 나쁜 편.

마차 시절부터 사용되어 온 방식으로 지지 방식에 따라 여러가지 방식이 있지만,

현재에는 아래와 같이 차축에 직접 스프링을 지지하는 방식이 가장 많이 쓰입니다.

 
2) 링크식

승차감이 나쁜 리프 스프링을 코일 스프링으로 대체하고,

별도의 링크를 사용해 차축을 고정시킨 방식입니다.

링크 수에 따라 3~5링크로 세분됩니다.

전륜에 적용된 링크식 리지드 액슬 서스펜션

3) 드 디옹 액슬

프랑스 드 디옹사에서 개발한 방식으로, FR차량의 후륜 서스펜션에 사용됩니다.

일반적인 리지드 액슬이 액슬 내부에 종감속 기어와 드라이브샤프트가 내장되어 있는 것과 달리,

드 디옹 튜브라고 부르는 하나의 액슬로 좌우 휠을 연결한 뒤,

종감속 기어와 드라이브샤프트를 별도로 설치한 방식입니다.

현가하 질량이 줄어들고 코너링시 캠버각 변화가 적다는 것이 장점.

아래쪽의 굵은 튜브가 드 디옹 튜브

 
4) 토크 튜브 드라이브
액슬뿐만 아니라 후륜으로 이어지는 드라이브샤프트까지 감싸는 형태로 일체화시킨 서스펜션.

드라이브샤프트를 감싸는 튜브를 토크 튜브라고 하는데,

이것이 구동계의 반발력을 흡수하여 구동계 진동이 적어지는 장점이 있습니다.

토크 튜브②와 리프 스프링이 적용된 서스펜션

토션 빔 서스펜션

좌우의 트레일링 암(링크) 사이에 토션 빔(뒤틀림 탄성을 가진 판 스프링)을 설치한 것.

구조적으로 보면 리지드 액슬에 가까운 방식이지만
토션 빔에 탄성이 있어 좌우 차축이 독립적으로 움직일 수 있기 때문에

트레일링 암 방식의 일종으로 볼 수도 있습니다.

스태빌라이저를 생략해도 되는 등 구조가 간단하고 제작이 쉬운 장점이 있습니다.

롤 강성이 강해 오버스티어 성향이 있어 심한 경우 피쉬테일 현상을 일으키기도 합니다.

언더스티어 성향이 강한 FF차량에 적합합니다.

전륜구동 소형차에서 널리 쓰이고 있는 방식입니다.

- 액슬 빔 식 : 액슬(휠축)위치에 토션 빔을 배치한 것

- 피벗 빔 식 : 트레일링 암의 고정부(피벗)에 토션 빔을 배치한 것 

- 커플드 빔 식 : CTBA(커플드 토션 빔 액슬)이라고도 합니다.

세미 트레일링 암처럼 각도를 준 트레일링 암을 사용하고,

그 중간 부분에 토션 빔을 배치한 것.

세미 트레일링 암과 토션 빔의 장점을 혼합한 것으로

서스펜션 세팅 자유도가 낮은 토션 빔 방식의 단점을 보완하는 방식입니다.

현재 대부분의 토션 빔 방식이 커플드 빔 방식을 채택하고 있습니다

쉐보레 크루즈의 리어 서스펜션

독립식 서스펜션

1) 스윙 암 식

 스윙 암은 한쪽 끝이 바퀴, 반대쪽 끝은 차체에 연결되어 휠축이 원형을 그리며 움직이는 방식입니다.

- 리딩 암 식 :

리딩 암은 바퀴가 앞쪽, 스윙암의 고정부는 뒤쪽에 있는 형태로,

바퀴가 차체를 끌어당기는 형태의 서스펜션입니다.

언더스티어가 심한 단점이 있어 거의 사용하지 않습니다.

양산차에 사용된 예는 시트로엥 2CV정도.

리딩 암 서스펜션을 채용한 시트로엥 2CV의 섀시

- 풀 트레일링 암 식 :

차체 뒤쪽을 향해 배치된 스윙암으로 휠축을 끌어당기는 형태의 서스펜션.

스윙암의 연결부가 진행 방향에 대해 직각을 이루는 방식.

롤 강성이 약한 편으로 언더스티어가 나타나기 쉽습니다.

FF차량의 후륜 서스펜션으로 주로 사용됩니다.

풀 트레일링 암 식 서스펜션을 위에서 본 모습

- 세미 트레일링 암 식 :

풀 트레일링 암의 단점을 극복하기 위해 나타난 방식으로

스윙암의 연결부가 진행 방향에 대해 완전 직각이 아닌, 50~70도 가량 기울어져 있는 방식입니다.

이에 따라 상하 운동시 캠버 변화가 생기게 됩니다.

풀 트레일링 암 방식과 스윙 액슬 식의 장점을 결합한 방식.

세미 트레일링 암 식 서스펜션을 위에서 본 모습

 
- 스윙 액슬 식 :

액슬이 차체 중앙부에 연결되어 위아래로 스윙하는 방식.

쉽게 말해 리지드 액슬을 중간에서 끊어 좌우가 따로 움직이도록 만든 것입니다.
그러나 움직임과 관계없이 항상 휠축과 액슬축이 직각을 이루게 되므로

상당한 캠버각 변화가 일어나는 단점이 있어 현재는 거의 쓰이지 않습니다.

스윙 액슬 식 서스펜션을 앞에서 보았을 때 동작 모습

 - 더블 트레일링 암 식 :

일반적인 트레일링 암은 움직임에 따라 트레일(캐스터)각이 변화하므로 전륜에 사용할 수 없습니다.
그런 단점을 해소하기 위해 트레일링 암을 위아래로 두개를 배치하여

움직임에 따라 트레일 각이 변화하지 않도록 만든 방식입니다.

가로 방향에 대한 강성이 약한 것이 단점.

맥퍼슨 스트럿이 대중화되기 이전에 전륜측 공간 확보를 위해

채용한 예가 있으나 현재에는 거의 쓰이지 않고 있습니다.

2) 위시본식

위시본 서스펜션은 위시본을 닮은 A자 형태의 암을 사용하는 서스펜션입니다.

위시본(wishbone)은 조류의 가슴 사이에 있는 V자 모양의 뼈를 말합니다.

삼계탕 등을 먹을때도 쉽게 발견할 수 있는데요,

외국에서는 이 뼈의 갈라진 두 부분을 두 사람이 서로 잡은뒤 잡아당겼을 때

긴 쪽을 가진 사람이 소원을 빌면 이루어진다고 하여 wishbone이라고 부릅니다.

닭의 wishbone

- 더블 위시본:

위시본을 위아래로 배치하고 별도의 스프링과 댐퍼로 지지하는 형태의 서스펜션입니다.

상하 움직임에 따른 캠버 변화가 적고 정밀한 서스펜션 컨트롤이 가능한 것이 장점.

구동 방식에 관계없이 주로 전륜에 채용되지만 후륜에도 적용 가능한 방식입니다.

지오메트리 설정에 대한 자유도가 높아 레이스카에서 많이 채용합니다.

더블 위시본 서스펜션. 노란 부분이 위시본(A암)입니다.

F1 레이스카에 쓰이는 더블 위시본-푸시로드 서스펜션.

위아래의 굵은 부분이 위시본, 아래쪽 얆은 암은 조향을 위한 타이로드,

위쪽의 얆은 암은 스프링과 댐퍼에 연결된 푸시로드.

- 맥퍼슨 스트럿 식:

맥퍼슨 스트럿은 어퍼 암 대신 스프링과 텔레스코픽 댐퍼가 직접 차체를 지지하는 방식입니다.

구조적으로 보면 무한대 길이의 어퍼암을 가진 더블 위시본과 동일한 움직임을 보여줍니다.

어퍼암을 생략할 수 있어 구조가 간단하고 엔진 룸 내부 공간을 넒게 확보할 수 있는 장점이 있습니다.

전륜 구동의 소형 승용차에서 널리 쓰이고 있는 방식.

단점은 코너링시 스트럿에 횡방향의 힘이 걸리게 되는데

이것이 서스펜션 움직임을 방해하는 원인이 됩니다.

이런 단점을 해결하기 위해 코일 스프링과 댐퍼의 방향을 다르게 설정하거나,

동일한 축상에서 움직이지 않도록 오프셋을 주어 설치하여 해결합니다.

맥퍼슨 스트럿 방식의 전륜 서스펜션

- 멀티 링크 식 :

멀티 링크 식은 여러개의 링크로 이루어진 서스펜션으로,

더블 위시본 서스펜션의 변형이라고 할 수 있습니다.

A형태의 암을 분리하여 여러개의 링크로 독립화 시켜,

더욱 세밀한 서스펜션 세팅이 가능하게 만든 것입니다.

기술적으로 보면 가장 진보된 방식이지만, 반드시 멀티링크 식이 훌륭한 성능을 보여주는 것은 아닙니다.

자유도가 높은 만큼, 서스펜션 설계 완성도에 따라 성능이 천차만별로 변할 수 있습니다.

잘 설계된 맥퍼슨 스트럿보다 못한 멀티 링크가 종종 있는것이 현실.

또, 다른 방식에 비해 구조가 복잡해 가격이 비싸고,

링크에 사용되는 부싱이 마모될 경우 서스펜션 성능이 급격히 떨어질 수 있습니다.

또 링크가 많아질수록 수리, 관리하기가 어려워 유지비가 많이 들어갑니다.

멀티 링크 서스펜션의 움직임

이미지 출처 : 위키피디아