서스펜션은 외부의 충격을 흡수함으로써 편안한 승차감이 가능하게 해주는 중요한 장치다. 어떠한 원리로 작동하는지, 또 어떤 종류가 있는지 자세히 알아보자.

서스펜션이란?

현가장치라고도 하며 주로 차체와 차축 사이에 위치한다. 서스펜션의 주요 역할은 크게 둘로 나눌 수 있다. 먼저 충격 흡수 및 완화의 측면이다. 노면에서 발생하는 충격이나 진동을 흡수함으로써 차체나 탑승자에게 직접적인 충격이 전해지지 않도록 한다. 바퀴를 노면에 접지시키는 것 또한 서스펜션의 주요 역할이다. 이러한 역할은 특히 자동차가 급제동할 때나 급회전할 때 두드러진다.

그렇다면 서스펜션은 어떤 원리로 충격을 흡수하는 것일까? 이것을 이해하기 위해서는 먼저 서스펜션을 이루는 주요 구성 요소를 살펴볼 필요가 있다.

주요 구성 요소

서스펜션에서 반드시 필요한 장치를 꼽으라면 스프링, 쇼크 업소버, 서스펜션 암, 스태빌라이저 등 4가지를 들 수 있을 것이다. 4가지 장치를 중심으로 서스펜션의 원리를 살펴보자.

스프링

스프링을 떠올려보라. 스프링 양쪽에 힘을 주고 힘껏 잡아당기면 원래대로 돌아가려고 하는 힘, 즉 반작용력이 발생한다. 서스펜션에 장착된 스프링도 마찬가지다. 노면 상태에 따라서 스프링은 줄었다가 늘어났다가를 반복한다. 이 때 짧게 줄어든 스프링에는 원래대로 돌아가려는 강력한 반작용 현상이 일어난다. 타이어가 노면에 밀착하는 것이 가능한 이유는 이러한 현상 때문이다. 차체의 중량을 지지하거나 주행 중에 노면에서 발생하는 충격을 흡수하는 완충작용도 모두 스프링이 있기에 가능한 일이다.

쇼크 업소버

얼핏 보면 스프링만으로 충분해 보일지도 모른다. 그러나 스프링만으로는 노면의 굴곡을 완벽하게 제어할 수 없다. 만약 스프링만을 사용하여 서스펜션을 만든다면 운전자의 몸은 계속해서 위아래로 움직일 것이고, 당연히 운전도 제대로 이루어지지 않을 것이다.

이를 보완하기 위한 장치가 흔히 `쇼바`라고 부르는 `쇼크 업소버`다. 노면 차이로 인하여 충격을 받은 스프링의 반복된 움직임을 막고 원상태로 돌아갈 수 있도록 하는 장치다. 이렇듯 스프링의 진동을 억제하는 힘을 `감쇠력`이라고 하는데 이 힘이 크면 쇼크 업소버가 딱딱해지고, 작으면 부드러워진다.

서스펜션 암

서스펜션 암은 휠의 움직임을 조절하는 팔의 역할을 담당하며 컨트롤 암이라고도 한다. A자 모양의 A암, I자 모양의 I암 등이 있으며 대부분 강판을 압축하여 만든다. 상하 한 쌍으로 이루어진 두 개의 암은 위의 것을 `어퍼 암`, 아래 것을 `로어 암`이라고 한다.

스태빌라이저

차체의 기울기를 최소화하기 위해 붙인 비틀리는 막대 스프링으로 자동차의 앞, 뒷바퀴에 모두 사용한다. 차량의 상하 진동을 막아주는 쇼크 업소버와 달리 차체의 좌우 흔들림을 방지하는 역할을 하기 때문에 좌우 바퀴가 다른 동작을 보일 때 작용한다.

서스펜션의 종류

다음으로 서스펜션의 종류를 살펴보자. 서스펜션은 크게 차축 현가식과 독립 현가식으로 나눌 수 있다. 차축 현가식은 좌우의 휠을 하나의 차축으로 연결하는 방식인 반면, 독립 현가식은 바퀴가 각각 독립적으로 작동하는 방식이다. 앞바퀴와 뒷바퀴에 서로 다른 서스펜션을 장착하기도 한다. 대표적인 서스펜션 8가지를 정리했다.

리지드 액슬 서스펜션

가장 역사가 깊은 서스펜션으로 독립 현가식이 등장하기 전에는 대다수의 자동차가 이 방식을 차용했다. 좌우 바퀴가 하나의 축으로 연결되어 있는 구조로 라이브 액슬, 솔리드 액슬이라고도 한다. 구조는 매우 간단하다. 종감속 기어, 구동축, 타이어가 한 몸을 이루는 것이 전부다. 구조가 간단한 만큼 가격이 저렴하고 독립 현가식에 비해서 하중을 잘 버틸 수 있다는 장점 덕분에 아직도 상용차 부문에서는 후륜 차축으로 사용하고 있다.

그러나 좌우 바퀴가 축으로 연결되어 있기 때문에 한 쪽에 하중이 가해지면 다른 반대편에도 반드시 영향을 줄 수밖에 없다. 또한 장애물에 맞닥뜨리거나 코너를 돌 때 캠버각이 넓어지는 등 지면 적응력이 떨어지는 모습이나, 차축의 움직임이 지나치게 좁아서 정밀한 움직임이 불가능하다는 단점도 있다. 그래서일까? 독립 현가식이 등장하자마자 리지드 액슬 서스펜션은 승용차 부문에서 퇴출당했다.

드 디옹 액슬 서스펜션

프랑스 자동차 메이커 `드 디옹-부통`의 창립자 중 한 명인 `쥘 알베르 드 디옹`의 이름을 딴 서스펜션이다. 1894년, 그는 기존의 리지드 액슬 서스펜션을 개량하여 자신의 이름을 따서 `드 디옹 액슬 서스펜션`이라고 이름 붙였다.

그는 리지드 액슬 서스펜션 방식에서 종감속 기어와 구동축은 그대로 두고 `드 디옹 관`이라는 차축을 좌우 휠에 연결했다. 차축을 연결하자 캠버각의 변화가 적어진 것은 물론 운동성과 조향성이 크게 향상되었다. 그러나 독립 현가식이 등장한 지금은 오프로드 차량과 포스 머스탱 등 일부 차량만이 그 명맥을 유지하고 있다.

리프 스프링 서스펜션

충격을 제대로 흡수하지 못한다는 단점 때문에 쇼크 업소버와 코일 스프링이 등장하자마자 승용차 부문에서 쫓겨나서 상용차 부문에 이르렀다. 그러나 리프 스프링 서스펜션은 상용차 부문에서 진가를 발휘했다. 저렴한 가격임에도 불구하고 높은 하중을 견딜 정도로 튼튼하다는 장점 덕분에 현재까지도 건재함을 과시하는 서스펜션이다.

더블 위시본 서스펜션

독립식 구조의 서스펜션이다. Y자 모양으로 갈라진 한 쌍의 암과 컨트롤 링크, 댐퍼, 스프링으로 바퀴를 지지한다. 갈라진 암의 모양이 새의 쇄골을 닮았다고 하여 위시본이라는 이름이 붙었다. 현존하는 서스펜션 중 가장 튼튼하고 안정성이 뛰어나다. 그러나 가격이 비싸고 공간을 많이 차지한다는 단점 때문에 소형차에 사용하는 것은 어렵다. 주로 중형 이상의 차량이나 스포츠카, SUV의 앞바퀴에 많이 사용한다. 주행성을 강조하는 경우 뒷바퀴에 사용하는 경우도 종종 있다.

맥퍼슨 스트럿 서스펜션

본래 이 서스펜션의 기초 개발을 담당한 것은 피아트였으나, 제너럴 모터스의 주임 개발자 얼 S. 맥퍼슨이 서스펜션을 개량하여 그러한 이름이 붙었다. 독립식 구조의 서스펜션으로 더블 위시본 서스펜션에서 어퍼 위시본과 컨트롤 링크를 없앤 다음 댐퍼를 그대로 차체에 붙인 형태다.

부품수가 적어서 싸고 가벼우며 공간을 적게 차지하는 장점이 있다. 하지만 서스펜션에 있어서 가장 치명적인 단점인 소음과 진동을 갖고 있기도 하다.

멀티링크 서스펜션

더블 위시본 서스펜션에서 파생한 서스펜션이다. 1982년, 메르세데스-벤츠가 190E를 출시하면서 더블 위시본 서스펜션의 컨트롤 링크는 그대로 유지한 채 위아래의 Y형 위시본 암을 두 개의 링크로 대체하여 개발한 독립식 구조의 서스펜션이다.

장점으로는 노면 추종성이 좋고 독립된 여러 개의 링크와 암으로 구성되어 있어서 설계와 배치의 자유도가 크다는 점을 들 수 있다. 반면 그렇기 때문에 부싱이 많고, 외부의 강한 충격에 의해 휠 얼라인먼트가 잘 틀어진다는 단점이 있다. 더블 위시본보다는 덜하지만 무겁고 공간을 많이 차지하며 비싸다는 점도 단점으로 꼽힌다.

토션빔 서스펜션

독립 현가식의 한 종류로, 제 2차 세계대전 당시 독일군이 전차용으로 사용하기 위해서 개발한 것이 시초다. 기존의 리지드 액슬 서스펜션이 축 하나로 바퀴를 지지했다면, 토션빔은 링크로 연결한 두 개의 축이 바퀴의 움직임을 조율한다. 양쪽의 바퀴가 개별적으로 위아래로 움직일 수 있기 때문에 차축 현가와 독립 현가의 중간이라 할 수 있다.(반 독립 현가라고도 한다.) 90년대 스포츠카에 많이 사용했으며 현재에도 전차나 트럭, 소형 승용차 등에서 두루 사용하고 있다.

구조가 간단하여 공간을 절약할 수 있고 부품수와 가동부분이 크게 줄기 때문에 비용이 저렴하다는 점, 독립 현가식에 비해서 내구성이 좋은 점 등을 장점으로 꼽을 수 있다. 단점으로는 독립 현가식, 차축 현가식의 양 쪽 모두에 비해서도 접지성이 낮다는 것이 대표적이다.

에어 서스펜션

압축 공기의 탄력을 이용한 공기 스프링으로 차체를 떠받치는 방식이다. 주로 대형 자동차에서 많이 사용한다.

소형자동차의 경우 유압식 쇼크 업소버나 스프링만으로 충분히 충격흡수가 가능하지만 대형 자동차는 그것만으로는 한계가 있었다. 그 때 대안으로 떠오른 것이 제동계통에 사용하는 압축공기와 공기 용수철을 사용하는 것이었다. 이것을 사용함으로써 대형 차량에 알맞은 서스펜션 성능을 유지할 수 있게 되었고, 지금도 상당수의 버스나 트레일러, 중장비의 현가장치로 에어 서스펜션을 사용하고 있다.

에어 서스펜션은 공기 압력을 높여서 몇 명이 타더라도 일정한 높이를 유지할 수 있는 구조이기 때문에 부드러운 승차감을 제공한다. 그러나 상하의 하중밖에 받아들일 수 없어 링크가 복잡해진다는 단점을 수반하기도 한다.

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