서스펜션(Suspension)
서스펜션은 자동차 하체의 섀시, 또는 프레임 아래의 바퀴를 달고있는 축과 연결되어 움직이는 모든 구성부품들을 얘기한다. 일반적으로 알고 있는 스프링(Spring)과 쇽(Shock)외에 링크 바(Link Bar)와 컨트롤 암(Control Arm)등의 작동 부분들을 통칭한다.
보편적으로 서스펜션의 종류는 구성방식에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 일반 승용차와 도심형 SUV에 주로 적용되는 맥퍼슨 스트럿 방식과 대형 SUV나 대형 세단등에 적용되는 더블 위시본방식, 멀티 링크방식의 독립 가동식 서스펜션, 그리고 주로 대형 SUV 후륜에 적용되는 리지드 액슬 방식의 일체식 서스펜션이다.
스트럿이나 더블 위시본 방식의 서스펜션은 바퀴를 돌려주는 동력전달 장치인 액슬이 차체에 고정되어 있고 바퀴를 잡아주고 돌려주는 바퀴 축(암, 링크)과 샤프트가 좌우 별도로 가동되는 구조를 지니고 있다. 리지드 액슬 방식의 서스펜션은 좌우 바퀴를 잡고 있는 축과 액슬이 일체형태로 함께 움직이는 타입이다. 모든 서스펜션은 상하로 움직이는 고정된 운동특성을 지니고 있다.
서스펜션 종류에 따라 그 명칭과 역할에 대해 국내 SUV를 중점으로 간단히 풀어본다. 그전에 우선 서스펜션의 핵심 요소인 스프링과 쇽에 대한 역할과 종류에 대해서 먼 저 간단히 짚고 넘어가보자.
스프링(Spring)
스프링은 차축 위에 얹혀져있는, 섀시를 포함한 자동차 전체 무게를 일정한 높이로 떠받쳐 주고 유지해주는 것과 주행시 도로 노면에서 전달되는 충격을 스프링 고유의 탄성으로 적절하게 흡수해 주는 역할을 갖고 있다.
자동차의 무게 정도에 따라 스프링 탄성 강도는 비례한다. 차의 덩치가 크고 승객이나 짐을 많이 싣는 경우에는 떠받쳐주는 힘이 크고 강한 반발력을 가진 스프링을 적용한다. 기본적으로 차축의 바퀴 쪽 부분에 각 하나씩 총 네 개가 자동차의 앞뒤, 좌우로 달려 버팀의 역할과 노면 충격흡수의 역할을 맡는다.
스프링의 역할에서 기본적으로 충격을 흡수하여 주는 것도 중요하지만 이에 못지 않게 스프링 탄성 정도에 의해 조향성이나 주행시 차체 안정성에도 큰 역할을 한다. 차종에 따라 적용되는 스프링의 종류는 크게 세가지로 나뉜다. 코일 스프링(휘어짐과 비틀림 원리)과 토션 바 스프링(비틀림), 그리고 리프 스프링(펴지고 접힘)이다.
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코일 스프링(Coil Spring)은 현재 자동차 서스펜션에 적용되는 스프링 중 다수를 이루는 형식으로 코일이라는 단어 그대로 휘어짐과 비틀림 탄성을 지닌 스프링 스틸강을 나사선식으로 감은 원통 형태의 스프링. 일반적으로 용수철이라고 부르는 전형적 스프링 구조다.
코일 스프링의 탄성(휘어짐과 비틀림이 발생할 시 원래 형태로 돌아오고자 하는 반발력, 복원력) 정도는 스프링의 길이, 즉 스프링이 감긴 유효권수가 촘촘한가, 그렇지 않은가에 따라 그 성격을 달리한다. 하드한 성격의 스프링 경우 감긴 봉의 상하 간격이 촘촘하고 짧아 전체 신장/수축되는 스트로크(Up/Down Stroke)가 길지 않다. 반대로 감긴 봉의 간격이 크고 스프링 위 아래 스트로크가 긴 것은 소프트한 경우가 일반적이다.
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토션 바 스프링(Torsion Bar Spring)의 토션이라는 단어는 라틴어에서 비틀림의 뜻을 가지고 있다. 길다란 금속 봉 형태의 스프링으로 한쪽 끝은 프레임에 고정하고 반대쪽 끝은 상하로 움직이는 서스펜션에 달려 차축이 노면 충격을 받았을 때 비틀렸다가 탄성(반발력)에 의해 다시 원래 형태로 복원되는 원리를 가진 스프링.
토션 바 스프링은 길다란 바 형태로 구조가 간단한 특성상 하체, 프레임 측면 좁은 면적에 길 게 배열할 수 있어 공간을 크게 차지하지 않는 것이 장점. 차체에 고정된 부분의 브라켓을 좌우로 돌려 비틀림 정도를 조정해 차체의 높이를 설정 할 수 있는 것 역시 장점이다.
대신 비틀림의 정도가 오버되면 차체는 높아지지만 고유의 탄성을 잃고 딱딱해져 스프링의 제 기능이 떨어지고 역시 비틀림 정도를 느슨하게 풀어주면 그만큼 출렁거림이 커져 역시 스프링의 기능을 약화시키게 된다.
토션 바 스프링은 방향성이 있어 교환시 좌우 구분에 주의해야 한다. 스프링 앞뒤의 구분도 주의해야 하는데, 현대자동차의 것은 있고 쌍용자동차의 것은 없다. 코너링시 회전에 의한 차체 쏠림을 제어해주는 스태빌라이저(Stabilizer) 역시 토션 바 스프링이다.
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리프 스프링(Leaf Spring)은 가장 오래 사용되어온 고전적 구조의 자동차 스프링으로 길다란 철판을 곡선 형태로 열변형시켜 하중이나 충격을 받을 시 일시적으로 평평하게 펴졌다가 다시 반발력에 의해 곡선 형태로 되돌아가는 원리를 가졌다. 지탱하는 힘은 강하지만 탄성이나 유연성이 부드럽지 못한 편.
곡선 형태에서 평행으로 펴지는 작동이 가능한 것은, 스프링 양쪽 중 한 부분은 마운트(스프링 아이)에 고정되어 있는 반면, 다른 한쪽은 섀클(Shackle)이라는 가변 마운트가 지지하고 있어 스프링이 하중에 의해 길 게 펴졌을 때는 펴진만큼 섀클이 밀려나고 또 하중이 실리지 않아 원래 곡선 형태로 돌아올 때 자연스럽게 접혀져 스프링을 원활하게 가동토록 해준다. (이런 이유로 액슬을 직접 지지하고 있는 리프 스프링 특성상 휠베이스에도 변화가 온다)
리프 스프링은 긴 금속판 몇 장이 겹쳐져 있는 구조를 지니고 있고 스프링 아이와 섀클에 이어진 가장 위에 긴 것이 메인 스프링으로서 기본적으로 우선 하중을 지탱하고 큰 탄성을 지녔다. 그 아래 겹쳐져 있는 스프링들은 노면에 의한 크고 급작스런 충격을 흡수해주고 또 승차자나 화물에 의해 차에 가중되는 하중이 커질 때 이를 떠받쳐주는 보조적 역할을 해준다.
프레임과 축을 직접 링크하는 덕분에 컨트롤 암이나 링크바등의 지지장치들이 필요치 않아 구조가 간단한 것이 장점. 현재는 탄성과 유연성이 더 좋은 코일 스프링에 점차 자리를 내주고 있고 트럭등 대형차량등에 주로 적용되고 있다.
SUV 중에는 리지드 액슬 서스펜션을 쓰는 구형 훼미리나 갤로퍼 후륜 서스펜션에서 볼 수 있고 베이스가 오래된 구형 코란도와 록스타, 랭글러 YJ 버전처럼 전후륜 리지드액슬을 쓰는 차종에 서스펜션 모두 리프 스프링방식을 사용하고 있다.
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