여러분의 차의 서스펜션은 무슨 서스인가요?

[물망초]

여러분의 차의 서스펜션은 무슨 서스인가요?

서스펜션은 하체를 지탱하게해주는 가장중요한 부위입니다. 오늘은 서스펜션의 종류와 특징을 알아보도록 하겠습니다.

부족하거나 필요한 내용이나 질문있으면 리플바랍니다.

1. 맥퍼슨 스트럿

1. 코일 스프링 & 댐퍼 유닛

2. 로우어 암

3. 허브 캐리어 (너클 암 일체 / 허브)

4. 스티어링 기어박스 / 타이로드

5. 안티롤 바 링크

6. 안티롤 바

스트럿(Strut)은 지주(받침대)라는 뜻인데 코일 스프링과 댐퍼(쇼크 앱소버)가 스트럿의 역할을 하는 구조입니다. 코일 스프링과 댐퍼의 기능은 이미 아실 거라 생각하기에 생략. 허브 캐리어는 스티어링(조타)방향의 힘과 움직임을 담당하며 스티어링 필링(조향감)에 영향을 줍니다. 스티어링 기어박스는 운전자가 핸들을 잡고 스티어링(조향)을 할 때 스티어링 기어비에 따라 차륜(바퀴)의 움직임으로 전환시켜줍니다. 파워 스티어링, 유압식과 전동식, 랙 & 피니언 등등 모두 스티어링 기어박스와 관련된 용어들이죠. 안티롤 바 링크는 안티롤바가 연결되는 부위이고 안티롤 바는 롤링을 억제해주는 역할을 담당합니다. 지난 번 글 <자동차에 장착되는 막대기들의 역할>에서도 언급을 했던 내용이라 이 정도로만 하겠습니다.

예전에 현대자동차의 중대형차에서 주로쓰던 방식이었죠 쏘나타 그랜져등등

2. 더블 위시본

1. 코일 스프링 & 댐퍼 유닛

2. 로우어 암

3. 허브 캐리어 (너클 암 일체 / 허브)

4. 스티어링 기어박스 / 타이로드

5. 안티롤 바 링크

6. 안티롤 바

7. 어퍼 암

8. 댐퍼 로우어 마운트

 더블위시본하면 고급차의 상징이기도 합니다. 저는 아카디아가 생각나네요^^XG와 EF도 한때 사용했죠

아무튼 그림에서 보시듯 복잡한 구조를 가지고있습니다.

위시본은 어퍼 암과 로우어 암, 또는 한 개의 암과 여러 개의 링크로 구성된 서스펜션구조입니다. (더블 위시본이면 어퍼 암과 로우어 암으로 구성된 서스펜션) 위시본은 조류(새)의 가슴부위 뼈모양(A)을 닮았다고 해서 붙여진 이름입니다. 위시본 구조는 서스펜션 지오메트리 설정과 컴플라이언스 튜닝의 설계자유도가 높은 것이 특징입니다. 뿐만 아니라 서스펜션의 강성 또한 높은 편입니다. 서스펜션 지오메트리와 컴플라이언스에 대해서는 지난 번 글에서 언급했기에 생략하겠습니다. 댐퍼 로우어 마운트는 댐퍼(쇼크 앱소버)의 하단측이 체결되는 부위입니다.

3. 멀티 링크

1. 코일 스프링 & 댐퍼 유닛

2. 로우어 암

3. 허브 캐리어 (너클 암 일체 / 허브)

4. 스티어링 기어박스 / 타이로드

5. 안티롤 바 링크

6. 안티롤 바

7. 전면 어퍼 암

8. 후면 어퍼 암

현대차의 후륜서스펜션에서 주로 볼수있는데 요즘은 아니지만 ...... 

2개의 연결기구 중 지지점이 2개 있는 것을 암, 지지점이 한 개씩 떨어져 있는 것을 링크라고 부르는데 멀티 링크는 더블 위시본과는 달리 복수의 링크로 연결이 됩니다. 멀티 링크와 더블 위시본의 구분은 링크와 암으로도 가능하지만 토우의 컴플라이언스축의 유무로도 구분이 됩니다. (있는 것이 멀티 링크) 이렇듯 멀티 링크 서스펜션 구조는 서스펜션 지오메트리의 변화와 컴플라이언스 특성을 최적화시키기 위하여 고안되었고 지금도 진화하고 있습니다.  

4. 토션 빔 액슬

1. 트레일링 링크

2. 허브 캐리어 (너클 암 일체)

3. 코일 스프링

4. 토션 빔

5. 댐퍼

 그림에서 보시듯 보기에도 참 간단한 구조입니다. 한때 보배에서 논란이 되었던 서스펜션이죠 지금 포르테와 아반떼에 적용중이고요   원가부분에서 눈으로보시듯.... 절감효과에 대한예기는 하지않겠습니다.

좌우의 트레일링 링크를 토션 빔 으로 연결한 서스펜션을 토션 빔 액슬이라고 부릅니다. 토션빔은 횡G를 받을 때 캠버각의 변화를 위하여 비틀어지는데 이를 위하여 토션빔 안에는 바가 들어갑니다. 래터럴 로드, 와츠 링키지 등과 같은 역할을 해주기 때문이죠. (지난 번 글 "자동차에 장착되는 막대기들의 역할" 참고) 여담이지만 국내 모회사의 신차가 후륜 서스펜션을 멀티 링크에서 토션 빔 방식으로 바꿨다고 하는데 토션빔 안에 바가 들어가는지 궁금하군요. 토션 빔 액슬 방식은 롤강성이 높은 것이 특징입니다. 위 그림은 차륜에 직접 토션 빔이 연결된 형식인데 이에 반해 차륜과 트레일링 링크 사이에 토션 빔이 위치하는 것이 트렌드라고 할 수 있지요. 그런 방식을 커플드 링크 토션 빔 액슬이라고 부릅니다. 양자간의 차이는 롤 센터의 위치가 다르다는 점입니다. (주행 중 롤 센터는 위시본 방식의 경우 로우어 암에 의해 변화가 되는데 복잡한 내용이라 여기까지만 하겠습니다.) 토션 빔 액슬은 비용절감이 되기 때문에 컴팩트 FF(전륜구동) 차량들의 리어 서스펜션은 대부분 이 방식입니다. 보시다시피 다른 서스펜션 방식에 비해 부품 수가 확연하게 줄어듭니다.

다만 서스가 독립현가식에 비해 승차감이라던가 접지력이 약할수있다는 단점이 있어서 고급차나 스포츠카등 성능과 승차감을 위주로 하는 차량에는 사용하지않습니다. 주로 저속주행하는 경차나 소형차에 많이 사용됩니다.

5. 리지드 액슬

1. 리딩 링크

2. 허브 캐리어 (너클 암 일체)

3. 코일 스프링

4. 댐퍼

5. 액슬 하우징

6. 파이널 드라이브 유닛

좌우 차륜을 하나의 차축으로 연결하는 방식을 리지드 액슬이라고 부릅니다. 차륜이 상하운동을 할 때 얼라인먼트의 변화가 적고, 구조가 간단하여 부품의 수를 줄일 수 있어서 코스트(비용)면에서 유리합니다. 그러나 언스프렁 매스(현가하질량)이 무겁고 좌우 차륜의 움직임이 연동하게 되어 승차감과 조종안정성면에서는 불리해집니다. 얼라인먼트의 변화가 적다는 것은 그만큼 설계자유도가 낮다는 것을 뜻하고 이런 이유로 인해 더이상 승용차에는 적용되지 않는 방식입니다. 강성면에서 유리하고 트레드, 토우인, 캠버가 노면에 대해 일정하여 방향안정성을 유지할 수 있기 때문에 버스나 트럭, 또는 오프로드 차량등에 사용되는 구조입니다.  

 6. 트레일링 암
트레일링 암 방식은 1990년대 멀티 링크가 나타나기 전까지는 리어 서스펜션의 주류였다. 상당히 많은 수의 세단이 트레일링 암을 채용했고 80년대의 BMW 3시리즈를 비롯해 메르세데스 560SEC, 포르쉐 911 같은 스포츠카도 적용했었다. 80년대까지 리어 서스펜션의 절반 이상이 트레일링 암 방식이었다.

트레일링 암은 자동차가 코너에 진입해 롤이 발생할 경우 상대적으로 강성이 약한 편이어서 언더스티어가 쉽게 발생한다. 이런 이유 때문에 전통적인 트레일링 암은 조기에 사라졌고 그 대안으로 나온 것이 세미 트레일링 암이다. 1970년 중반 포르쉐는 세미 트레일링 암을 개조한 바이삭 액슬을 928에 적용한 예도 있다. 바이삭 액슬은 오버스티어를 효과적으로 제거해 리어 휠 스티어링이라는 별명까지 얻기도 했다.

풀 트레일링 암과는 달리 세미 트레일링은 피봇의 회전축이 차체 중심 대비 50~70도 기울어져 있다. 사용되는 암은 반은 트레일링, 나머지 반은 가로 축으로 이루어져 세미 트레일링으로 불린다. 가로축 암은 실질적으로 스윙 액슬의 형태로 언더스티어를 상쇄해 준다. 단점으로는 휠의 상하 운동에 따라 캠버 각이 변하는 것이다. 또 휠과 직접적으로 견고하게 연결되다보니 충격과 소음이 차체로 많이 전해지고 노면이 좋지 않거나 급격한 코너링에서는 그런 점이 더 부각된다. 이렇기 때문에 근래에 나온 중형급 이상의 세단들은 멀티 링크 또는 더블 위시본을 채용하고 있다.

7. 차축식서스펜션

지금까지는 독립식 현가장치에 대해 알아봤습니다. 차축식은 독립식이아닌 방식입니다. 버스나 트럭에쓰이죠

차축현가식은 아래와 같이 결합방법 및 구성요소에 따라 몇 가지로 다시 분류되어 집니다.

1) 평행 링크식(Parallel Link )

2개의 판 스프링을 평행으로 배치하여 차축을 지탱하는 형식으로 대형트럭 및 지프, 승합차 등에 많이 사용되며 승용차에는 승차감 때문에 거의 채용되지 않습니다.

장 점
1. 단순구조로 저 비용이며 구조 부재로서의 강도신뢰성이 높다.
2. Floor를 낮게 하기가 용이
3. 차 무게의 변화가 큰 차에는 승차감을 크게 손상시키지 않으면서 차고 변화를 적게 할 수 있다.

단 점
1. 판스프링 자체 중량이 무거워 접지성이 떨어지고 구조상 Layout 자유도가 작아 조안성이 불량
2. 스프링의 강도(Rate)를 부드럽게 할 수가 없어 승차감이 불량

2) 링크식( 3, 4, 5 Link식)

차축과 차체의 위치 결정은 여러 개의 링크로 하고 쇼바와 스프링은 충격 완화 작용만 하는 방식입니다.

장 점
1. 경량 접지성 양호
2. 레이아웃 설계 자유도가 있어 조안성이 양호
3. 스프링레이트를 낮게 조정 가능
4. Harshness(불쾌한 소리나 진동) 억제 가능

단 점
1. 평행 판스프링식 보다 부품수가 많아 고비용
2. 각 링크의 움직임, 공진, 고무 부싱의 신뢰성에 세심한 주의 요구

3) 토션빔 액슬식(Torsion Beam Axle)

차축식중 경량의 전륜구동차량의 후륜 서스펜션에 적합한 형식으로 좌우의 차축을 연결한 빔이 있고 이 양 끝에 트레일링암(Trailing Arm)을 결합시켜 이 암만으로 전후방향의 위치 결정과 힘을 감당하게 하는 형식임.

장 점
1. 간단한 구조 저비용
2. 쇼바와 스프링의 배치에 따라서는 Floor를 낮고 넓게 할 수 있다.
3. 빔으로 롤의 강성 조정도 가능

단 점
1. 서스펜션 전체를 결합하는 부위가 전방의 2곳뿐이므로 이 부분의 고무 부시의 강성이 중요하며 변형시 Harshness를 줄이는 것이 어려움
2. 횡 방향의 힘에 대해서도 2개의 부시가 담당하므로 변형으로 불균형 초래 가능