서스펜션의 형식

서스펜션 시스템을 기본형식에 의하여 분류하여 보면 우선 차축식과 독립식으로 크게 분류 할 수 있습니다. 차축식(Rigid Axle : Solid Axle)은 문자 그대로 좌우 양 바퀴를하나의 차축으로 연결 고정시킨 형식인데 반하여 독립식(Independent)은 좌우 바퀴가 독립하여 분리 상하운동을 할 수 있도록 된 형식입니다.

 

이 두 형식의 장단점은 아래와 같습니다.

 

차축식의 장단점

장 점
1. 얼라인먼트 변화가 적고 타이어 마모도 적다.
2. 강도가 크고 구조가 간단하고 저비용이다
3. 공간을 적게 차지하여 차체 바닥(Floor)을 낮게 할 수 있다.

단 점
1. 스프링 하중이 무겁고 좌우바퀴 한쪽이 충격을 받아도 연동되거나 횡진동이 생겨 승차감과 조종안정성이 나쁘다.
2. 구조가 간단하여 얼라인먼트의 설계 자유도가 적고 조종안정성 튜닝 여지가 적다.

 

독립식의 장단점
장 점
1. 스프링 하중량이 가벼워 승차감이 양호
2. 옆 방향 진동에 강하고 타이어의 접지성 양호
3. 얼라인먼트 자유도가 크고 튜닝 여지가 많다.
4. 서스펜션 바 등을 이용한 방진방법도 있고 소음방지에도 유리

단 점
1. 부품수가 많고 정밀도가 요구되어 고비용
2. 얼라인먼트 변화에 따른 타이어 마모 가능성
3. 큰공간을 차지
4. 각 특성에 따른 미묘한 튜닝이 필요
5. 전후의 강성을 낮게 하기 어렵기 때문에 소음에 불리

 

** 차축식 서스펜션

차축식은 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. 링크의 수에 의하여 4링크, 5링크식이라고 부릅니다.

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

 

토션빔 액슬식

 

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.

 

차축이라고는 하나 완전히 고정된 축이 아니고 일종의 비틀림이 허용되는 스프링 역학을 하는 축이므로 이를 Semi 축방식이라고도 한다. 그리고 비틀린다는 뜻에서 트위스트(twist) 빔 액슬식이라고도 한다.

 

저비용에다가 좁은 공간에서 비교적 넓은 뒷좌석을 확보할 수 있다는 잇점때문에 미니카나 골프 GTI를 비롯한 소형차량에서는 현재 전세계적으로 널리 사용되고 있는 방식이다.

 

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 중요하다.

2. 부시 변형시 Harshness(잡소리)를 줄이는 것이 어렵다.
3. 횡 방향의 힘에 대해서도 2개의 부시가 담당하므로 변형으로 불균형 초래 가능, 소음과 롤링 초래

4. 오버스티어 경향이 높다.

5. 캠버와 토우 변화로 타이어 편마모 가능성이 많다.

 

** 독립식 서스펜션

1. 스윙 액슬식(Swing Axle)

요즘 차량에서는 보기 힘드는 스윙 액슬식인데 쇼바는 안 보이고 아래 위로 두개의 판스프링이 특이합니다. 

 

좌우 각각의 차축이 중심부근에서 결합되어 독립적으로 상하 운동하며 이 차축위에 쇼바와 스프링을 설치하는 형식으로 차축이 상하로 움직임에 따른 수평방향의 각도 변화가 곧바로 타이어의 캠버 변화가 됩니다.

장 점
1. 단순한 구조로 경량 저비용
2. 차체의 공간을 낮고 넓게 할 수 있음
3. 선회시 작은 횡가속도에 의한 캠버 변화로 언더스티어 효과발생 안정적

 

단 점
1. 선회시 횡 가속도가 커지면 차체가 공중에 떠 캠버가 바깥방향으로 변하여 오버스티어 현상 발생으로 조안성 불량

 

Semi-Trailing Arm Axle

 

2. 세미 트레일링암식
후륜전용 서스펜션으로 차축 전방에서 차체의 피봇(Pivot)과 차축을 A형의 암으로 결합하는 형식을 트레일링식이라 하는데 이중 암 회전축이 비스듬하게 설정된 것을 Semi-Trailing식이라 합니다.

1961년 BMW에서 처음 등장한 이래 승용차 후륜 서스펜션으로 전 세계로 확산되어 한 시대를 풍미했으나 후륜 구동차의 감소와 더불어 더블 위시본과 멀티링크식에게 그 자리를 내 주고 지금은 밀려난 형식입니다.

 

장 점
1. 회전축의 각도에 따라 스윙 액슬형에 가깝기도 하고 풀 트레일링 암형이 되기도 한다.
2. 회전축을 3차원적으로 튜닝할 수가 있다.

3. 롤링시 외륜은 토인 내륜은 토아웃으로 변화되면서 언더스티어가 되어 양륜의 움직임이 안정된다.

단 점
1. 타이어에 횡력이나 제동력이 작용될 때 연결점 부위에 모멘트가 발생하여 이것이 토아웃 즉 타이어의 슬립 앵글을 감소시켜 오버스티어 현상을 만든다.
2. Differential Gear가 서스펜션바 위에 고정되기 때문에 그 진동이 서스펜션에 전달되므로 차단필요성이 있음.
3. 부품수가 많고 고비용

4. 스프링 아래 무게가 무거워 승차감이 좋지 않다.

 

왼쪽 맥퍼슨과 오른쪽 더블위시본의 비교

 

HG에 적용되는 서스펜션으로 왼쪽은 앞 맥퍼슨 오른쪽은 뒤 멀티링크이다

 

 3. 맥퍼슨 타입= 스트럿 타입

쇼크압쇼바를 휠 위치를 결정하는 지주(Strut)로써 이용하는 형식으로서 1945년 미국 GM의 시보레 담당의 Mcpherson이 오펠 카데트를 위해 개발하였다 하여 맥퍼슨 타입이라고도 불리고 있습니다. 현재 우리나라를 포함한 전세계 거의 모든 승용차의 전륜 서스펜션으로 사용되며 일부차량은 후륜 서스펜션으로도 이용됩니다.

 

장 점
1.공간을 적게 차지하여 실내 공간을 크게 할 수 있다.
2.스프링 하 중량이 가벼워 승차감과 접지성이 양호
3.차체측의 Pivot점의 간격이 커 강도면에서 유리
4.얼라인먼트의 제조 오차가 적다.
5.구조가 간단하고 가볍고 저비용이다.

 

단 점
1.스트럿축과 하중축이 어긋나 스트럿에 휘어지는 모멘트가 발생

       - 코일스프링을 스트럿 축과 옵셋 설치하거나 내부에 저마찰재를 사용하여 해소
2.그 모멘트가 쇼바의 섭동부 마찰을 발생시켜 승차감 약화 초래

 

아래위 암의 길이가 다른 SLA 형식의 더블 위시본식은 주행중 윤거는 변하지 않으나 캠버가 변하여 타이어 내측 편마모를 불러 온다

 

4. 더블 위시본식(Double Wishbone)

새의 앞가슴 즉 A형의 뼈를 아래 위로 2개 사용하는 타입으로 1937년 벤츠 레이싱카인 W125에 처음 사용된 이래 전세계적으로 전륜 서스펜션 형식으로 널리 보급 애용되다가 그 후 맥퍼슨 타입이 나오면서 그 자리를 물려주고 뒤로 밀려난 형식입니다.

 

서스펜션 바로위에 운전석을 설치할 수 있기 때문에 전통적으로 봉고 포터 같은 소형트럭이나 스타렉스 등 승합차, 무쏘 갤로퍼 같은 4륜차량 전륜에 많이 사용되었으나 최근에 소비자들의 조종안정성과 승차감에 대한 관심고조로 서스펜션 튜닝 자유도가 높은 이 방식이 다시 각광을 받아 전륜뿐만 아니라 후륜에도 채용되기 시작하고 있습니다.  우리 나라의 XG와 EF 이후의 현대 그랜져와 소나타가 전륜에 이방식을 채용하고 있는 것이 그 좋은 예입니다.

 

이 형식은 제동력이나 선회구심력은 모두 암이 지지하고 쇼바와 스프링은 수직방향의 하중만을 지지하는 구조로 되어있는데 아래위 암의 길이가 같은 평행사변형과 아래 암의 길이가 더 긴 SLA형식이 있습니다. 평행사변형은 주행중 윤거가 변하여 타이어 마멸이 심하기 때문에 일반승용차에는 사용하지않고 있으나 캠버등의 변화가 없으므로 경주용 자동차에는 조향안전성이 커서 사용되고 있습니다.

최근에는 모양이 다양하여 얼핏 봐서는 구분이 안가는 형태도 많습니다. 따라서 이 형식의 정의를 캠버 변화를 콘트롤하는 암을 가진 서스 펜션이라 하는 쪽이 좋을 것 같습니다.

 

Subaru Outback 후륜에 채용된 더블 위시본

장 점
1. 설계 자유도가 크다.
2. 회전시 모멘트가 없어 마찰이 적다.
3. 서브 프레임 위에 링크를 레이아웃하기 때문에 서스펜션의 강성과 진동 단절을 양립하기 쉽다.

4. 얼라인먼트 조정이 용이하다.

단 점
1. 부품수가 많고 위치 결정의 정밀도가 요구
2. 고비용 고중량에다가 스트럿에 비해 공간을 많이 차지함

 

 

 

멀티링크와 더블위시본의 비교

 

5. 멀티 링크식(MULTI-LINK식)

근래 소비자들의 서스펜션에 의한 승차감과 조종안정성에 관한 높은 요구를 충족코자 등장한 형식으로, 여러 가지 타입을 복합한 형식이므로 때로는 외형상 더블 위시본과는 명확한 구분이 가지 않습니다. 메이커가 이름을 부르기에 달렸다고 할 수 있습니다.

 

1983년 메르세데스 벤츠가 후륜 서스펜션으로 처음 사용한 이 형식은 현재로서는 가장 발전한 서스펜션 형식이라고 평가받고 있으며 이 형식은 앞으로도 계속 고차원적으로 발전할 가능성이 많을 것으로 판단됩니다.

장 점
1. 대 그라운드 캠버 변화를 최소화 - 항상 타이어를 직립시킨다
2. 롤 스티어를 없앤다 - 토우 변화 억제, 직진성 유지, 타이어 마모 방지
3. 트레드 변화 방지 - 스트로크시 타이어간 거리변화 억제로 직진성 유지, 승차감 악화 방지
4. JACK UP(코너링시 중심이 솟아오르는 현상) 현상 억제로 조안성 악화 방지
5. ANTI-DIVE, ANTI-SQART - 급가속과 급제동시 자세 안정 도모

6. 컴플라이언스에 의해 언더스티어로 한다. - 전후 좌우 상하로 힘이 전달되었을 때 언더로 변화시켜 조안성 향상
7. 전후 방향의 Compliance를 확보 - 노면 마찰 소음이나 기타 잡소리나 마찰 감소로 승차감 개선
8. 서스펜션계의 강성 확보 - 타이어 횡력에도 캠버 변동 억제

단 점
1. 구조가 복잡
2. 부품의 정밀도가 요구
3. 고비용 고중량   

 

-- 튜닝앤코리아 --