전기차에 활용되는 서스펜션 종류[차축현가식, 독립현가식, 토션빔, 맥퍼슨 스트럿, 더블위시본, 멀티링크]

 

 

서스펜션의 기본개념[서스펜션 개념,과거의 서스펜션]

 

자 우선 우리는 이전글에서 서스펜션의 기본 개념과 과거의 서스펜션에 대해서 이야기했다. 이러한 서스펜션은 크게 2 가주지 분류로 나누는데 차축 현가식(Rigid axle suspension)과 독립 현가식(Independent suspension)으로 구분할 수 있다.

 

그럼 무조건 독립식이 좋은게 아니에요 라는 질문이 나 올만하나차축식의 경우에는 단일 연결구조라 튼튼해서 주로 트럭과 같은 상용차에 많이 사용되고 독립식 현가식은 탑승감을 중요시 여기는 차량에 많이 사용된다, 여기서 소분류로 나누어지는데 오늘은 이에 대해 이야기해 보자

 

1. 차축현가식 서스펜션 (Solid Axle Suspension)

차축현가식 서스펜션은 단일 차축을 사용하여 좌우 바퀴가 연결된 구조입니다. 트럭과 같은 상용차에서 주로 사용되는데 구조가 간단하고 튼튼하며, 무거운 하중을 견딜 수 있다. 다만 좌우 바퀴가 독립적으로 움직이지 않기 때문에 승차감과 주행 안정성이 떨어지는 것이 단점이지만 그만한 안정성에 충분히 좋은 서스펜션이다.

 

토션빔 서스펜션 (Torsion Beam Suspension)

출처 아우디

 

 차축 현가식 중에서 가장 많이 사용하는 것은 토션빔 서스펜션으로,  막대 모양의 스프링인 토션바(torsion bar)가 좌우 휠과 연결되어 있으며, 비틀림 힘에 의해 작용하는 스프링이다. 좌우 휠이 독립적으로 움직이려고 하면 토션바의 비틀리는 힘을 이용하여 독립된 움직임을 억제하는데, 이러한 현상으로 인해 차량 코너링 회전 시 핸들링이 좋지 않다는 느낌을 받을 수 있다.

 일반적인 소형 내연기관 차의 경우 FF (Front wheel Front drive) 즉 무게 중심이 앞쪽에 치우쳐 있기 때문에 울퉁불퉁한 도로를 주행하거나 커브를 선회할 때 균형이 무너지기 쉽고, 소형/준중형 FF 자동차는 단순한 구조를 고려해야 하기 때문에 이런 승차감과 충격, 서스펜션 구조 등을 고려하여 토션빔 서스펜션을 활용하는 경우가 많다.

 

물론 전기차에서는 잘 활용하지 않는 서스펜션이지만 소형 전기차 해치백 같은 차에서는 활용되고 있다. 물론 일반적인 차량또한 전륜에 맥퍼슨스트럿을 활용하고 후륜엔 토션빔이나 멀티링크를 활용하는 등 수많은 연구가 진행되고 있으니 아래의 독립현가식도 한번 이야기해 보자

2. 독립 현가식 (Independent suspension)

 

 독립현가식 서스펜션은 각 바퀴가 독립적으로 움직일 수 있도록 설계된 서스펜션으로 한쪽휠이 다른 쪽 휠에 미치는 영향을 최소화하며 주행할 수 있다. 그로 인해 주행 안정성이 높고 승차감이 좋고 심지어 공간차지마저 적은데 다만 단점으로 구조가 복잡하고 비용이 높아진다는 단점이 있다.

 

 서스펜션 개발 역사 이후 수많은 서스펜션들이 개발되어 왔지만 퍼슨 스트럿(MacPherson strut), 더블 위시본(double wishbone), 멀티 링크(multi-link)가 많이 사용되고 더블위시본은 더블위시본 기반 멀티링크 시스템이 많이 사용되고 있다.

흥미로운 부분은 전기차로 넘어와서는 전륜 현가장치에 맥퍼슨 스트럿을 사용하면서 뒤에는 더블위시본을 사용하는 경우도 있고 단일로만 사용하는 경우도 있으니 이에 대해서는 다음글에서 자세하게 다루도록 하고 지금은 각각의 의미를 알아보자

 

 

(1) 맥퍼슨 스트럿 (MacPherson strut)

 

 퍼슨 스트럿 서스펜션은 스프링과 댐퍼가 하나의 유닛으로 구성되어 휠 허브에 직접 연결된 서스펜션인데 그렇다 보니 1개의 암(arm)에 은 스프링과 쇼크 업소버로 구성되어 있다, 이로 인해 휠을 위아래로 움직일 수 있으며 차축보다 낮은 위치에 암이 있어 로어암(lower arm)이라고 부른다.

 

 암이 1개이기 때문에 가볍고 공간을 많이 확보할 수 있어 전륜 구동 차량의 전륜에 많이 사용되지만, 코너링 중에 횡력으로 인해 스트럿 어셈블리에 스트레스가 많이 가해진다.

 최근에는 이런 문제를 해결하기 위해 듀얼링크 서스펜션이라는 2개의 다리를 가진 멀티링크 서스펜션 또한 개발되어 양산되고 있는 추세이니 여기까지 는 알아두자

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(2) 더블 위시본 (double wishbone)

 

 사실 위시본(wishbone)이라는 이름은 은 V자 형태로 생긴 새의 가슴뼈 모양으로 생겼다고 해서 붙여진 이름으로 다른 이름은  A-arms 서스펜션이라고 부른다, 더블위시본 서스펜션은 상하 두 개의 위시본(가로 팔)을 사용하여 바퀴를 지지하는 구조다.  더블 위시본은 어퍼암과 로어암, 이렇게 두 개의 암으로 차축을 지탱하고, 스트럿이 휠과 차체를 연결한다.

. 맥퍼슨 스트럿 타입에 비해 대항할 수 있는 힘과 방향이 늘어나고 자체적으로 버틸 수 있는 스트레스도 높다. 따라서 코너링 중에 타이어가 노면과의 접촉을 잘 유지할 수 있다.

 

 그뿐만 아니라 설계의 자유도도 높은 편으로 두 암의 위치 및 길이 변경이 가능하다는 장점 또한 존재한다 하지만 세팅 자체의 난이 도가 높고 맥퍼슨에 비해 장착 공간이 크며 제작 비용이 상승한다는 단점이 있다.

 

최근에는 단순하게 더블위시본을 쓰는 게 아니라 멀티링크콘셉트까지 합쳐 극한으로 서스펜션의 성능을 끌어내고 있는데 고성능 전기차 테슬라 모델 Y나 아이오닉 5N(후륜) 같은 경우에는 더블위시본 기반 멀티링크 서스펜션을 장착하고 있다.

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(3) 멀티 링크 (multi-link)

 

 멀티링크는 특정 구조를 가리키는 서스펜션 타입은 아니라 그냥 파생 서스 펜션이다. 위에서 말했듯 암의 수 또는 링크의 수를 늘려 더욱 세밀하게 제어하고자 하는 서스펜션을 의미하며, 위시본 타입의 파생 서스펜션 정도로 이해하자, 이로 인해 위시본의 장단점을 공유하는데 멀티 링크 타입은 여러 개의 암을 이용하기 때문에 설계의 자유도가 높지만 그만큼 설계의 난이도나 구조의 복잡성이 증가하며 비용 또한 많이 상승한다.