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도로는 울퉁불퉁, 운전은 편안히?! -서스펜션 이야기-

작성일2013.02.17

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작성자 : 기자단


- 최근 뉴스기사로 폭설에 대한 과도한 염화칼슘 사용으로 도로가 깨지고 움푹 패여 사고를 유발한다는 기사를 많이 접했을 것이다. 평평한 도로가 아닌 패이고 고르지 않은 노면을 자동차로 빠르게 달린다면 안정성 문제와 함께 울퉁불퉁해서 운전하기가 여간 불편할 것이다. 하지만 생각보다 울퉁불퉁한 도로를 달려도 그 충격을 그리 심하지 않고 편안하게 운전은 하게 된다. 비포장 도로에서도 자갈과 큰 돌로 운전하는데 내내 운전석이 들썩거리며 흔들거릴 것 같지만 의외는 안락하게 달려 나간다.  

 당신의 운전을 편안하고 안락하게 도와주는 것은 바로 ‘서스펜션’이라는 장치가 달려있어서 가능한 것이다. 자동차에 있어서 허리 또는 관절이라고 불리는 서스펜션, 운전하는 내내 도로에서 올라오는 모든 충격을 흡수하는 서스펜션에 대한 자세한 이야기를 알아보자. 

 

   1. 울퉁불퉁한 도로지만 운전은 편안하게……. 그것은 바로 ‘서스펜션’ 덕분.  

 

- 서스펜션이란 자동차 차대의 받침 장치를 이르는 말로 흔히 자동차 카탈로그에 현가장치라고 표기되어 말하는 것이다. 바퀴와 차대를 지지하고 받치는 역할을 기본적으로 하며 노면으로부터의 충격이 차체와 운전자, 승객에게 직접 전달되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 즉, 완충역할을 하여 승차감을 좋게 하고 급정거나 급출발시 차체의 큰 움직임에 대해 바퀴가 노면과 충분한 접지를 가능하게 도와준다. 서스펜션은 차량의 승차감과 더불어 조종성, 안정성에 큰 영향을 미치는 중요한 부분이다. 자동차의 심장으로 불리는 엔진처럼 숫자와 함께 많은 데이터로 쉽게 알아 볼 수 있는 것은 아니지만, 차량에 대한 성능을 말해주는 요소로서 서스펜션은 그 중요한 역할을 하고 있으며 메커니즘에서도 여러 종류의 시도로서 해당 관련 기술이 나날이 발전하고 있는 추세이다.  

 

 

서스펜션은 2개나 3개 이상의 기구를 서로 연결해주는 연결고리인 '암(링크)', 진동을 잡고 고정된 위치를 만들어주는 '스프링', 스프링을 조정하는 '댐퍼(쇼크 업쇼버)' 등으로 나뉘어져 있다.  

 

2. 충격 흡수에도 여러 종류의 ‘서스펜션’이 존재.

  (1) 서스펜션의 시초 ‘고정식(Rigid axle)’ 

- 고정식 서스펜션인 ‘리지드 액슬’은 좌우 바퀴가 연결된 차축에 스프링과 쇼크 업쇼버를 장착한 것으로 서스펜션의 초기단계이며 대형 트럭에 많이 쓰인다. 독립 구조가 아닌 일체형 구조로서 전체가 같이 위아래로 움직여서 평평한 일반 도로에서는 무난하지만 험한 길이나 패인 도로에서는 한쪽 타이어가 공중에 뜰 수 있다. 대신 구조가 단순해서 값이 싸고 적은 공간을 차지하며, 고장도 적고 험난한 도로에서의 주행이 아니라면 성능도 좋은 편이다.  

 

가로 방향의 강성이 모자라 코너를 돌시 차체가 기우는 현상(롤링)이 다른 서스펜션보다 일어나기 쉽게 때문에 가로로 된 안전바(bar)를 설치하는 경우도 있다. 고정식을 토대로 발전된 것이 보편적으로 쓰이는 '스트럿'과 '토션바', '에어 서스펜션'도 있다.   
   
 

 (2) 이제 독립적으로 충격을 흡수하는 ‘독립현가식’ 

- 운전에 있어 항상 평평하고 균일한 도로에서만 운전하고 싶지만 사고나 도로 여건상 항상 평평하게 구비될 수 없다. 한쪽이 기운 도로, 중간 중간 패인 도로, 울퉁불퉁한 도로 등 여러 가지의 노면 상태로 좌우 바퀴에 전해지는 충격 또한 제각각이다. 그래서 서스펜션의 초기단계인 고정식(리지드 액슬)보다는 바퀴마다 독립적으로 충격에 대해 흡수하고 접지력 확보를 위한 서스펜션이 필요하였으며, 연구와 개발을 통해 다음과 같은 여러 종류의 독립 방식의 서스펜션이 등장하고 사용되었다. 

  기본적으로 독립현가식은 노면에 대한 충격 흡수력이 우수하다. 특히 후륜구동차일 경우 좌우 바퀴에 매우 효율적으로 힘을 있기 때문에 강력한 주행을 가능케 한다. 게다가 작동부의 중량을 줄일 수 있으며 조종안전성과 승차감 개선에 큰 효과를 가진다.        

 

1) 독립식으로 가장 간단한 구조를 가지는 ‘스윙암식’  

 

- 독립현가장지 중에서 가장 간단한 구조의 현가장치이며, 기본 A자 형태로서 한쪽이 차체에, 다른 한쪽이 차축에 연결되어 차축의 움직임을 제어하는 형태의 서스펜션이다. 즉, A자의 끝점에 차축을 연결하고, 2개의 발을 차체에 설치하는 구조이다. 스윙(Swing)은 흔들리며 움직이는 것을 뜻하며 차체에 연결된 부분을 축으로 위아래로 움직이는 암에 의해 바퀴의 움직임이 제어된다. 여러 종류가 있지만 가장 대표적인 것이 트레일링 암(trailing arm) 방식이다. 트레일링 암 방식은 질질끌다라는 의미를 가지며, 앞바퀴굴림차의 뒤 서스펜션에 많이 쓰이는 방식으로 차축 앞쪽으로 뻗어 있는 암에 바퀴가 끌려가는 구조로 되어 있다.

 

2) 앞바퀴 전담 마커 서스펜션 ‘스트럿’ 

 

- 스트럿 서스펜션은 위에서 설명한 기본 부품(스프링, 암, 댐퍼)으로 구성된 심플한 구조이다. L자 모양새로 스트럿은 ‘힘을 받는 기둥’을 의미하며, 여기서는 스프링을 고정하고 탄성을 억제하는 댐퍼를 가리킨다. 이 구조를 처음 고안한 엔지니어인 ‘맥퍼슨(McPherson)’의 이름을 따서 ‘맥퍼슨 스트럿 방식’이라고 불리기도 한다. 바퀴의 움직임에 따라 바퀴의 각도가 적어 움직임이 비교적 정확하다. 

  

또한 부품수가 적고 무게도 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 길이 확보하기가 용이하여 노면으로부터의 진동을 큰 범위로 흡수할 수 있다는 장점이 있다. 주로 소형차의 앞 서스펜션으로 이 방식을 많이 채택하여 사용하고 있다.         

 

3) 대형차의 안정성을 책임지는 ‘더블 위시본’ 


 

- 더블 위시본은 위의 스트럿 구조가 이중으로 이루어진 구조로서 바퀴를 지지하고 충격을 흡수한다. 지지하는 암이 2개라서 ‘더블’이라고 V자 형태의 암이 닭의 쇄골(위시본:wishbone)과 비슷하다는 데서 ‘더블 위시본’으로 유래가 되었다. 예전에는 위와 아래의 암 형태가 모두 V자였지만 요즘에는 형태와 상관없이 한 쌍으로 이루어진 구조를 더블 위시본 서스펜션이라고 부른다.  

 

암 형태나 구조의 레이아웃에 따라 가감속시의 차체의 자세나 주행 변화를 비교적 자유롭게 제어하는 것이 가능하다. 또 고강성을 확보하기 쉽기 때문에 조종성을 중시하는 스포츠 모델과 주행안정성을 중요시하는 대형 고급차량에 적용하는 경우가 많다. 다만 부품수가 많고 구조가 복잡하며, 넓은 공간을 필요로 하는 것이 단점이다.        

 

4) 고성능 차량의 안정정 확보를 해주는 ‘멀티링크’ 

- 멀티링크는 더블 위시본의 진화형이라고도 할수 있으며, 더블 위시본이 상하 2개로 구성된데 비해 3~5개로 구성되어 바퀴의 위치를 결정하는 형태이다. 각각의 암이 분리되어 있고 배치의 자유도가 크고 보다 세밀한 세팅이 가능하다. 또한 다양한 각도의 움직임으로 힘과 운동방향의 분산되어 충격흡수 효과가 큰 편이다. 또 여러개의 암으로 지지되므로, 구조적 변화를 관리하는 것이 가능해 노면과 타이어의 접지력도 우수하다.  

 

성능이 좋은 전륜 차량에서는 고속에서의 거동 안정성을 확보하기위해, 고출력 후륜차량에서는 접지력의 확보를 위해 이 서스펜션을 쓰는 경우가 많다. 차지하는 공간이 크고 무거운 것이 단점이며, 설계가 복잡하기에 더블 위시본의 형태를 변형해서 쓰는 경우가 많다.  

 

- 자동차의 허리이자 관절로 불리는 서스펜션은 계속해서 발전해 나가고 있다. 엔진처럼 성능을 위해 주요 부품으로 자리매김하고 있는 것은 아니지만 차량의 주행에 있어 안정성을 높여주고 운전자가 안락하고 편안히 운전할 수 있게 도와줌으로 결코 빠져서는 안 될 장치이다. 시작은 차량의 접지력과 주행력에 개선 효과로 시작한 구조물이 이제는 그것을 기본으로 운전의 재미와 편안함을 동시에 가져다주는 역할을 하고 있다. 거친 노면을 충격 없이 시원하게 달릴 수 있게 해주는 서스펜션에 대해 엔진만큼이나 관심을 가지고 살펴본다면 더욱더 재미난 자동차의 세계를 만날수 있을 것이다.   

 

 


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