[아롱 테크] 서스펜션, 자동차 주행 성능과 감성까지 좌우하는 핵심 장치

2022.07.07. 16:46:44

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자동차 서스펜션(Suspension)은 주행중 노면으로부터의 충격을 흡수해 승차감을 향상시켜주는 부품입니다. 서스펜션은 링크와 스프링 및 쇼크옵서버의 연결구조에 따라 맥퍼슨 스트럿, 더블위시본, 토션빔 액슬, 트레일링암, 멀티링크 등 다양한 형태를 이루고 있습니다.

또 자동차 시장 및 기술 트렌드는 물론 자동차 제작사의 양산전략 및 모델별 브랜드 전략에 따라 차종마다 서로 비슷하면서도 특성이 다른 여러 가지 방식의 서스펜션이 적용됩니다. 일반적으로 많은 운전자들이 서스펜션의 종류에 따라 자동차의 승차감(Riding)을 좌우한다고 알고 있지만, 서스펜션은 각종 링크와 스프링, 쇼크옵서버(댐퍼) 등 구성부품뿐만 아니라, 조향시스템과 파워트레인에 이르기까지 다양한 시스템이 기구학적으로 복잡하게 얽혀있습니다.

이를 통해 노면으로부터의 충격을 완화시켜 주는 주된 기능 외에도 노면으로부터 조향 휠과 캠버 등을 일정하게 유지하며 타이어에서 발생하는 구동력과 제동력, 코너링포스는 물론 차체의 롤(Roll) 제어 등과도 밀접한 관련이 있습니다. 많은 전문가들은 서스펜션이 승차감(Riding)보다 주행안정성(Stability)에 더 많은 영향을 미칠 뿐만 아니라 주행특성을 좌우하는데 핵심적인 역할을 한다고 말합니다.

서스펜션 링크와 스프링 기구의 상하운동으로 인한 진동을 흡수해 차체의 움직임을 최소화하고 빠르게 자세를 바로잡도록 도와주는 쇼크 옵서버와 스프링 등의 설계변경뿐 아니라 미세한 조정만으로도 차의 주행특성이 변화하기 때문입니다.

예를 들어 국내 대표적인 준중형 및 중형차인 현대 아반떼와 현대 쏘나타의 경우, 1995년 1세대 모델을 선보인 아반떼는 당시 프런트 서스펜션과 리어 서스펜션에 각각 맥퍼슨 스트럿, 리어 듀얼링크 방식을 적용했으나 2006년부터는 리어 서스펜션을 멀티링크 방식으로 변경된 바 있습니다. 2011년 이후에는 원가절감 및 상품성 개선을 위해 토션 빔 액슬 방식이 적용되고 있지요.

쏘나타의 경우 1988년 프런트 맥퍼슨 스트럿, 리어 3링크 방식을 적용한데 이어 1994년 쏘나타2 모델부터 리어 서스펜션이 멀티링크 방식을 적용했습니다. 그리고 2005년 NF 쏘나타부터는 프런트 서스펜션을 더블위시본 적용하고 리어는 멀티링크와 코일스프링을 조합했습니다.

2010년 이후부터는 프런트 서스펜션을 또 다시 맥퍼슨 스트럿 방식으로 변경되는 등 엔진 및 파워트레인 등으로 인해 구조적으로 제한을 받는 프런트 서스펜션보다는 리어 서스펜션의 구조변화가 주를 이루고 있습니다. 이처럼 많은 자동차 회사들이 서스펜션 기술개발과 관련해 대부분 승차감 및 조향성능 개선에 중점을 두고 있으나 브랜드별로 추구하는 기술방향은 조금씩 차이를 보이고 있는 것이 특징입니다.

승차감을 가장 중시하면서도 생산원가 측면을 중점으로 기술개발을 하는가 하면, 이와 반대로 승차감과 조향성능 그리고 안전에 많은 관심을 기울이고 있는 자동차 회사도 있습니다. 또한 승차감과 조향성능 외에도 양산화와 안전, 패키징, 표준화 및 모듈화 등 광범위한 기술개발에 초점을 맞추고 있기도 합니다. 승차감 개선을 가장 중시하면서 조향성능과 원가절감, 내구성 개선 등에 신경을 쓰고 있는 업체도 있습니다.

최근에는 전통적인 서스펜션의 구조에서 벗어나 자동차 제작사 특유의 특화된 서스펜션을 개발해 적용하고 있는가 하면, 서스펜션의 기구학적인 시스템에 에어 댐퍼 등 다양한 방식의 쇼크 옵서버를 적용하고 전자제어시스템까지 적용되고 있는 추세입니다. 프런트 서스펜션 뿐 아니라 리어 서스펜션에도 서브 프레임을 적용하고 구조용 접착제의 적용확대 등 섀시 강성을 증가시켜 서스펜션의 조종안정성 및 주행성능을 극대화하고 있기도 합니다.

이러한 서스펜션의 기술개발은 안락한 승차감과 주행안정성을 기반으로 한 주행성능의 강화를 목적으로 하고 있지만 최근에는 배출가스 저감 및 연비향상을 위한 경량 액슬과 최적화 설계, 전기차 등의 전동화 차량과 자율주행차, 첨단운전자보조시스템(ADAS)과 관련한 첨단 서스펜션 시스템 개발 등이 새로운 화두로 떠오르고 있습니다.

서스펜션 관련부품 즉, 스프링 하부질량(Unsprung mass) 경량화를 통해 배출가스저감 및 연비향상은 물론 운동성능을 최적화하기 위해 중공 스프링 및 중공 안티 롤 바 등 기존 경량화 기술 외에 알루미늄, 마그네슘 로어암을 적용한 모델이 증가하고 있는 이유입니다.

이외에도 알루미늄 보다 30% 더 가벼운 탄소섬유강화플라스틱 서스펜션 암을 최초로 적용하는가 하면, 철보다 40% 가벼운 탄소섬유강화플라스틱 코일스프링이나 어퍼암, 푸시로드 등 플라스틱 서스펜션 관련부품의 적용사례가 확대되고 있습니다.

서스펜션의 경량화와 더불어 고급차를 중심으로 주행노면 및 주행상황에 따라 차체의 높이를 자동으로 조절해 주는 승차높이(Ride Height) 제어기술 또한 새로운 트렌드로 자리잡고 있습니다. 액티브 바디 컨트롤과 마그네틱라이드, 전기유압식 에어 서스펜션 등 전자제어 서스펜션이 대표적이라 할 수 있습니다.

승차높이 조절 제어 기술은 정차 중 스위치 조작 등을 통해 수동으로 차체 높이를 조절해 승하차 편의 및 오프로드 성능을 최적화시켜 주는 방식에서 한 단계 더 발전해 오프로드나 과속방지턱 등을 통과할 때 발생하는 차량의 큰 거동을 제어해 주는 유압 스토핑 댐퍼(HSD)가 대표적입니다.

또 차량에 짐을 많이 실어도 내부의 기계식 펌프의 작동을 통해 항상 일정한 차고를 유지해 주는 셀프 레벨링 조절장치, 노면의 상황과 차량의 움직임을 각종 센서로 판단해 쇼크 업서버의 감쇠력을 조절함으로써 주행상황에 맞는 진동 흡수성능을 전자적으로 제어하는 스마트 댐핑 제어시스템(SDC) 등이 일반화되고 있습니다.

이외에도 윈드실드 상단의 카메라를 이용해 차량의 주행상태나 차량 전방의 노면상태를 실시간으로 모니터링해 미리 서스펜션의 높이나 쇼크 업소버의 감쇠력을 조절해 주는 프리 스캔(또는 로드 프리뷰) 서스펜션 기술도 새롭게 적용되고 있습니다.

김아롱 칼럼니스트/webmaster@autoherald.co.kr