‘토션빔서스펜션’ -서스펜션의 종류 2편-
오늘은 리지드 액슬 서스펜션과 함께 토션빔식 서스펜션의 개념 및 특징에 대해 쉽게 알아보자.
1. 토션빔서스펜션이란?
자동차의 긴 역사 속에서 여러 형식의 서스펜션이 실용화되고 개량되어 왔다. 스프링과 쇼크업소버의 형태에 따른 분류도 있지만, 차축과 암에 따라 리지드 액슬(차축현가식)과 인디팬던트(독립현가식)로도 분류할 수 있다.
그 중, 리지드 액슬 서스펜션은 좌우 바퀴가 강성 높은 차축으로 연결되어 있는 형식이다. 주로 대형트럭 등 후륜구동 차량의 리어 서스펜션으로 쓰인다. 구조가 간단하고 가격이 저렴하며, 얼라인먼트(차량 휠 사이의 거리)의 변화가 적어 타이어의 마모 또한 적다.
하지만 무거운 중량과 나쁜 승차감은 단점이다. 또한 좋지 못한 핸들링이 문제다. 바퀴가 차축으로 연결되어 있어 굴곡 있는 노면을 통과할 때, 한쪽 타이어의 자세가 변화되면 반대쪽도 변화되어 접지상태가 바뀌고, 엉뚱한 방향으로 향하게 되기 때문이다.
이 핸들링 문제의 해결과 스프링 하 중량의 경감을 동시에 달성하기 위해 좌우 타이어가 독립적으로 움직이는 인디펜던트 서스펜션이 고안되었다.
토션빔식 서스펜션(이하 토션빔)은 대표적인 리지드 액슬식 서스펜션으로 꼽힌다. 하지만 세미-리지드 액슬식 서스펜션으로도 불리는 이것은 사실 좀 더 엄밀히 말하자면, 리지드 액슬식과 인디팬던트식의 중간이다. 좌우륜이 어느 정도 개별적으로 상하동(스트로크) 할 수 있기 때문이다.
토션빔은 좌우 차륜의 트레일링 암이 비틀림(토션)을 허용하는 빔에 연결된 형태이다. 트레일링은 ‘끌다’라는 뜻으로, 타이어가 바디에 장착되어 있는 암에 이끌리는 것을 일컫는다. 토션빔은 주로 전륜구동 차량의 뒷바퀴에 많이 사용된다.
이 서스펜션은 1974년 전륜구동 자동차인 폭스바겐 골프에 적용된 것을 시작으로, 이후 많은 차종에 적용되었다. 또한 닛산이 1994년 토션빔을 변형한 멀티 링크 빔 서스펜션을 사용하여 주목을 받기도 했다.
2. 토션빔의 원리
아래 그림과 같이 토션빔은 좌우의 트레일링 암 후단을 아래쪽으로 향한 U자형 단면을 가진 액슬 빔으로 연결하고, 여기에 래터럴 로드를 장착한 구성으로 되어 있다. (래터럴 로드 대신 래터럴 링크, 스태빌라이저 바 등이 장착되기도 한다.)
먼저 서스펜션의 원리를 간단히 살펴보자. 자동차에는 4개의 바퀴가 장착되어 있지만, 차체의 위치는 3개의 바퀴로 결정된다. 노면이 울퉁불퉁하면 하나의 바퀴가 허공에 떠오르게 되는데, 이 바퀴가 구동바퀴인 경우 노면을 뒤로 밀어 앞으로 나갈 수 없게 된다.
따라서 바퀴를 항상 노면에 밀착시키고, 노면에서의 충격을 흡수하는 역할을 하는 것이 서스펜션이다. 이 때, 스프링을 사용하는데, 휘게 되면 원래 위치로 돌아가려는 스프링의 반발력을 이용한 것이다.
토션빔의 래터럴 로드는 액슬 빔과 거의 평행으로 배치되어 서스펜션에 들어가는 가로방향의 힘을 흡수하는 작용을 한다. 또한, 앞뒤 방향의 힘은 트레일링 암이, 상하방향의 힘은 스프링이 받아들인다.
3. 토션빔의 특징
토션 빔 서스펜션은 빔 배치방법에 따라 커플드 빔식, 피봇 빔식, 액슬 빔식으로 구분한다. 그림 속의 주황색 부분이 토션 빔, 노란색이 트레일링 암, 녹색이 래터럴 로드이다.
토션빔은 스트로크에 따른 캠버(차륜의 중심선이 경사되어 있는 상태)의 변화가 작다. 또한, 구조, 설계 및 제작이 비교적 간단하고, 단가가 싸다. 부피가 작고, 실내 공간 확보가 유리해 중형 이하의 차종에서 많이 쓰인다.
단점으로는 스프링 하 질량이 무거우며, 좌·우회전시 코너링 특성이 다르다는 점, 스트로크가 클 때 타이어가 옆으로 밀리는 Scuff 변화가 발생된다는 점이 있다. 이에 이런 단점을 피하기 위해 닛산이 토션빔의 변형, 멀티링크 빔 서스펜션을 개발했다.
마무리
요즘 자동차의 핵심인 엔진과 변속기 못지않게 소비자들이 깐깐하게 따지는 부품이 서스펜션이다. 올해 초, 르노삼성의 SM6가 공개되자 토션빔 적용 논란에 휩싸였고, 과거에도 현대차가 2세대 i30 출시에 토션빔을 적용해 논란이 된 적이 있다.
토션빔에 대한 불신은 실제로 승차감이 인디팬던트의 일종인 멀티링크보다 떨어져 자연스레 생겨났다. 하지만 승차감은 서스펜션 하나가 아닌 휠, 타이어, 시트 등 다양한 요소들이 모여 완성된다. 또한 최근에는 토션빔도 세팅에 따라 승차감이 달라지므로 섣불리 평가해서는 안 된다.