서스펜션이 하는일을 단순하게 생각한다

더블위시본식 멀티링크식 맥퍼슨스트럿····

자동차의 서스펜션의 형식은 여러 가지다.

그렇지만 서스펜션의 역할은 기본적으로 같다.

자동차를 안전하게 쾌적하게 달리게하는----

 

그 때문에

 

서스펜션은 어떻게 디자인되고 있는 걸까?

그 결과 어떻게 움직이는 걸까?

그럼 여기서 서스펜션을 즐기기 위한 기초지식과 풀어내는 방법을 찾아가보자.

 

서스펜션이 하는 일을 가능한 한 단순하게 생각해 본다.

 

 

서스펜션은 [움직임이 복잡해서 이해하기 어렵다]고 흔히들 이야기한다. 그러나 정말로 그럴까? 우선은 서스펜션이 다루고 있는 일을 요소마다 분해해서 개별로 생각해 보자. 기본적인 역할은 [바디의 질량을 지탱]하면서 [주행중에 생기는 3방향의 힘을 받는 것]이다.

[캠버방향의 힘을 받는다]

 

서스펜션은 기본적으로 스프링 위의 질량을 지탱하는 것이 임무 

 

현행 생산차종의 프론트 서스펜션에서 가장 채용례가 많다. 맥퍼슨 스트럿을 예로 든다. 서스펜션이 구비하는 스프링은 정지 상태에서는 그 위에서 얹혀있는 바디의 질량에 대항하여 서스 전체를 초기 상태로 유지 주행 중에는 그 반력으로 생기는 노면으로부터의 입력을 완화하고 있다. 또 링크 기구는 바디 질량의 영향으로 차량이 넘어지려고 하는 힘을 억제해둘 필요가 있다. 이 상태에서는 위 그림과 같은 힘이 작용하고 있다.

 

선회시에 받는 횡방향의 힘은 바디에 작용하는 원심력의 반작용

 

 

선회상태에 들어가면 자동차 전체에 작용하는 원심력의 영향으로 서스펜션에는 횡방향의 힘도 작용하게 된다. 간과되기 쉽지만 이것은 어디까지나 바디의 질량 + 원심력에 대응한다. 노면으로부터의 반작용이다. 그 힘은 스트럿인 댐퍼를 굽히려고 하는 방향으로 작용하고 스트럿 및 링크류에는 이들의 힘에 확실하게 대항할만한 강성이 요구되는 것이다.

 

[ 회전 방향의 힘을 받는다 ]

 

[ 전후 방향의 힘을 받는다 ]

 

서스펜션 = 차륜위치결정기구(링크류) + 진동.입력완충기구(부쉬 + 스프링 + 댐퍼) + 조타기구(스티어링)

 

서스펜션이 담당하는 최초의 일은 차륜을 차체에 연결해 두는 것이다. 게다가 차륜과 차체의 거리를 항상 일정하게 유지하기 위해서는 양자간을 연결하는 기구가 강체일 것이 요구된다. 이러한 기구를 일반적으로 링크라고 부른다. 실제의 서스펜션에는 부위마다 여러 가지의 링크기구가 쓰이지만 여기서는 양 끝에 볼조인트가 붙은 봉이라고 판정한다.

 

단순히 차륜을 연결해 두는 것만이라면 링크는 하나로도 괜찮다. 그러나 정지상태에서 차륜이 항상 직립한 상태를 유지해두기 위해서는 최소한 어퍼(상방)측 혹은 로어(하방)측에 2개 반대측에 1개의 링크가 필요하게 된다. 이 단계에서 꼭 차륜의 캠버방향으로의 자유도를 규제할 수 있다. 게다가 얼마간의 장치로 상하의 링크간의 거리를 일정하게 유지해두면 서스펜션의 두 번째 일인 [스프링 위 = 바디의 질량을 지탱한다]는 것도 실현할 수 있다.

 

다음의 과제는 자동차가 주행하는 것이라는 사실이다. 3개의 링크로는 직진상태에서 차륜을 똑바로 유지하는 것이 가능하지 않고 차륜은 차체의 후방으로 쓰러져버린다. 그래서 우선은 차륜의 전후방향의 자유도를 규제하기 위한 링크를 추가한다. 이것으로 직진 상태에서도 타이어는 똑바로 앞을 향한 상태가 유지되지만 차륜을 상방에서 본 경우에 원호방향으로 회전하려고 하는 움직임을 규제할 수 없다. 그것을 실현하기 위해서 어퍼 로어측 모두에 링크를 2개로 한다. 혹은 어퍼측 링크의 차륜측은 한군데에 모아도 상관없다. 이것으로 겨우 링크류는 차륜의 전후방향 회전방향 캠버방향 모든 자유도를 규제할 수 있게 된다.

 

다음으로 필요한 것은 바디의 질량을 떠받치면서 주행중에 노면으로부터 받는 입력을 완화하는 장치다. 이것에는 통상 어느 형태이던 스프링을 이용한다. 그러나 스프링의 움직임은 기본적으로 자유진동이기 때문에 차륜이 노면의 돌기를 밟는 경우 바디를 계속 흔들게 된다. 그래서는 곤란하기 때문에 스프링의 움직임을 규제하기 위해서 운동에너지를 감쇠하는 장치인 댐퍼를 편입시킨다. 나중에 전륜에 조타장치를 짜넣으면 서스펜션 시스템으로서 최소한의 기능이 실현된다.

 

그러고 보니 우리가 서스펜션에서 가장 중요하게 여기고 있는 댐퍼와 스프링의 역할은 아주 미미한 것처럼 느껴진다.  그러나 기본적인 서스펜션 지오메트리를 형성하는 링크나 암 등은 메이커에서 차량 설계시 이미 결정되어 출고후에는 변경이 아주 불가능하거나 가능하더라도 매우 어렵다. 그러므로 에프터 마켓에서 우리가 튜닝할 수 있는 부분은 결국 댐퍼(쇼바)와 스프링 그리고 부쉬 정도가 전부라고 해도 과언이 아니므로 중요하다 아니할 수 없다. 특히 댐퍼는 그중 가장 중요한 것이다. 

 

 

-- 튜닝앤코리아 --