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작성자 : 원성진 주임연구원(현대모비스 서스펜션 설계담당)

2. 서스펜션의 종류 및 특징


이번 장에서는 서스펜션의 종류와 그 주요 특징에 대해서 알아보겠습니다
.

 

서스펜션의 종류는 크게 독립현가식과 일체식으로 구분된다.

독립현가식은 좌,우측이 각각 독립적으로 작동하여 아래와 같은 도로 조건에서 차체의 움직임을 최소한으로 줄일 수 있는 구조로 되어 있다 

[일체식(), 독립식() 서스펜션]

 

반면, 일체식 서스펜션은 좌우측 액슬과 연결된 축이 차체와 연결되어 한쪽 바퀴의 입력 조건이 반대쪽으로 영향을 미쳐 차체는 결과적으로 움직임량이 커지게 되는 구조이다. 물론 일체식 서스펜션은 강성이 독립식에 비해 커서 코너링시에 차체가 안정적으로 반응할 수 있다.

 

독립식 현가장치

 차축을 분할하여 양쪽 차륜이 서로 관계없이 움직이게 하며 승차감이나 안정성이 향상되게 하는 것으로서 더블위시본(Double Wishbone), 맥퍼슨(MacPherson), 스윙암(Swing arm)식으로 크게 분류할 수 있는데, 요즘 생산되는 소형 승용차는 거의 맥퍼슨타입의 현가장치를 채택하고 있으며, 아래와 같은 특징을 갖는다.

- 좌우의 차륜을 연결하는 차축이 없기 때문에 엔진위치나 차체바닥을 낮게 할 수 있다.

- 차륜이 상하로 움직일 경우 휠얼라인먼트에 대해 설정할 수 있는 자유도가 크다.

- 스프링질량을 줄일 수 있고, 노면에 대한 바퀴의 접지성이 우수하다.

일체식 현가장치

좌우 양쪽바퀴가 한개의 차축으로 연결되며, 버스나 트럭 등 상용차의 전후바퀴 및 승용차의 후륜에 채용되고 있으며, 다음과 같은 특징이 있다.

- 구조가 단순하기 때문에, 값이 싸고 신뢰성이 높다.

- 차륜의 상하운동에 의한 휠얼라인먼트 변화가 작아서 타이어의 마멸 방지에 유리하다.

- 스프링 아래 질량이 커서 승차감이 나빠진다.

- 좌우 차륜의 움직임이 계속하여 발생하고, 또한 횡진동의 발생이 쉽다.



다음으로 전후륜 타입으로 사용되고 있는 사양으로 서스펜션을 구분하면 다음과 같이 나눌 수 있다.


현재 다양한 서스펜션 타입이 각각의 특징과 장단점등을 고려하여 차량에 적용되고 있다.

이중 전륜 서스펜션으로 가장 많이 사용되고 있는 맥퍼슨 스트러트식과 더블위시본식 서스펜션의 특징을 설명하면 다음과 같다. (각각의 장단점등을 파악하면 서스펜션 시스템의 원리와 그 기능적 특성을 파악하기 쉬울 것이다.)


A. 맥퍼슨 스트러트 식



영국의 맥퍼슨이 고안한 독립현가방식의 한 종류이다. 쇽업소버를 내장하고 스프링을 부착한 스트러트를 세로로 설치한다. 위시본형에서 존재하는 어퍼컨트롤암은 없으며, 상단을 차체에 부착하고 하단은 로워암으로 지지하는 구조이다. 상단은 고무로 된 마운팅 인슐레이터(mounting insulator)를 사이에 끼워 차체에 조립되어 있다. 이는 고무의 탄성을 이용하여 타이어의 충격이 차체로 전달되는 것을 최소화하기 위함이다.

맥퍼슨식은 차체에 쇽업소버를 부착하는 지점이 높아 휠얼라인먼트가 정확히 설정되며, 그 변화도 작고 노면충격도 넓게 분산되는 장점이 있다. 또한 부품수가 적고 가벼워 비용도 적게 든다. 중형이하의 자동차에 널리 사용되고 있으며, 단점은 후드가 다소 높아진다는 것이다.

 

맥퍼슨식 현가장치의 특징은 다음과 같다.

   장점

- 스프링 아래 질량이 가벼워 승차감이 좋다.

- 구조가 간단하고 정비가 용이하다.

- 앤티다이브(anti-dive) 효과가 우수하다.

- 엔진실의 유효공간을 크게 할 수 있어 엔진을 횡으로 배치하는 전륜구동형에서 많이 사용하는 이유가 된다.

   단점

- 쇽업소버에서 발생하는 마찰력이 크다.

- 설치높이가 크다.

- 횡방향력에 대한 저항력이 약하다.

B. 더블위시본 식


전륜 현가장치에 가장 오래 전부터 많이 사용되어 온 형식이다.

위 그림은 코일스프링을 이용한 위시본 형식을 보여주고 있다. 상하 2개의 V자형(혹은 A자형)의 암이 새의 가슴뼈 모양과 비슷하다고 해서 더블 위시본이라 한다.

그림에서와 같이 상하 2개의 암, 어퍼암(upper arm)과 로워암(lower arm)은 프레임에 장착되고, 다른 한쪽 끝은 상하 볼조인트(ball joint)로 조향너클(steering knuckle)에 조립되어 있다. 완충작용은 프레임과 로워암 사이의 코일스프링과 쇽 업소버에 의해 수행되어 충격이 흡수된다.

더블 위시본식은 상하컨트롤암의 모양이나 배치에 따라 휠얼라인먼트의 변화나 가·감속시에 자동차의 자세를 비교적 자유롭게 제어할 수 있다. 강성이 높아 조종안정성을 중시하는 고급 승용차에 많이 이용되고 있다.

 

더블위시본 형식의 특징을 정리하면 다음과 같다.

장점

- 설계자유도가 크다

- 스트러트식과 같이 쇽업소버에 굽힘모멘트가 걸리지 않기 때문에 마찰이 작다.

- 서브프레임 상에 링크를 레이아웃하기 때문에 강성과 진동에 대한 절연을 양립하기가 용이하다.

- 상하방향의 높이를 낮게 하는 것이 가능하여 후드(hood)의 높이를 낮출 수 있다.

단점

- 부품수가 많고 위치결정에 대한 정밀도가 요구된다.

- 값이 다소 비싸고 구조가 복잡해 큰 공간이 필요하다.

서스펜션은 그 종류별로 그 형상과 특징이 다양하다. 많은 사람들이 어느 것은 좋고 어느 것은 나쁜 서스펜션이라고 구분하는데 이런 구분은 사실상 무의미하다. 왜냐하면 서스펜션 시스템은 다양한 링키지의 구속조건과 부시, 스프링등의 튜닝 특성으로 인해 종합적으로 그 성능이 결정되기 때문이다.

어느 서스펜션 시스템을 선택하여 차량의 특성에 맞게 편안하고 안정적인 기능을 수행하게 만들 수 있느냐가 가장 큰 메이커들의 관심사항인데 분명한 것은 시간이 지나는 만큼 점점 그 기능과 특성이 기술의 발전과 더불어 진보되고 있다는 것이다. 그러므로 앞으로도 더욱 다양한 특징의 새로운 서스펜션 사양이 우리의 관심을 끄는 날이 올 것이다.

 

 주변에 관심있는 차종이나 자신의 차량이 있다면 그 차량의 전륜/후륜에 어떠한 서스펜션 타입을 채택하고 있는지 확인해 보는 것도 서스펜션 공부의 좋은 시작이 될 것 같다.



<참고 자료>
 1. 현가 장치의 국내외 기술동향과 향후 전망
 2. Road vehicle suspension -Matschinsky