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혼다 서스펜션에 대한 이야기 (2)

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글 : 유일한(chepa@global-autonews.com)
승인 2018-09-19 18:46:15

본문

앞서 1부에서는 좋은 서스펜션의 조건 중 첫 번째인 ‘확실히 진동을 흡수할 것에 대해서 설명했었다. 이번에는 두 번째인 ‘리어 서스펜션이 제대로 능력을 발휘할 수 있을 것’인데, 이것을 이야기하기 전에 리어 타이어의 역할에 대해서 정확하게 짚어볼 필요가 있다. 전륜구동 자동차라고 해도 리어 타이어가 그 역할을 다해야 자동차가 안정적인 자세를 갖추고 주행할 수 있기 때문이다.

 

자동차에서 타이어는 여러 가지 힘을 받지만, 이번에는 코너링과 관련된 것에 집중할 예정이다. 회전 시 타이어에 진행 방향과 다른 각도로 힘이 가해지면 이를 보조하기 위해 일명 ‘코너링 포스’를 만들어내는데, 이 때 진행 방향과 코너링 포스 사이에 ‘슬립 각도’라는 것이 만들어진다. 코너를 돌 때 타이어가 미끄러진다는 의미의 ‘슬립’과 동일한 것으로 이 ‘슬립 각도’가 커질수록 ‘코너링 포스’도 같이 커진다. 물론 한계는 있지만, 이러한 힘이 가해지는 것은 모든 자동차가 동일하다.

 

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자동차가 우회전 할 경우 프론트 타이어는 스티어링 조작에 따라 바로 반응하기에 밖에서도 그 움직임을 즉시 확인할 수 있지만, 리어 타이어는 그러한 반응을 보이지 않아 확인하기 쉽지 않다. 그러나 이 움직임을 위에서 본다면, 진행 방향에 대해 프론트는 물론 리어 타이어도 슬립 각도가 걸린다는 것을 알 수 있다. 4개의 타이어가 동시에 만들어내는 코너링 포스로 인해 자동차에 걸리는 원심력에 대항할 수 있으며, 운전자의 의도대로 코너를 돌 수 있다. 흔히 타이어에 ‘그립’이 제대로 걸리고 있다는 것이다.

 

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제일 중요한 것은 스티어링을 조작하고 돌아나가는 코너링 포스를 받기까지 아주 짧은 시간 동안의 차량의 움직임을 만드는 것이다. 이는 코너에서 차체가 안정되는 것과 큰 관련이 있는데, 스티어링을 조작하는 순간부터 프론트 타이어에 코너링 포스가 발생하며 차체가 회전하고, 이후 리어 타이어에 코너링 포스가 발생하며 그 힘에 의해 차체의 회전이 멈추기 때문이다. 그것이 일명 ‘자동차를 안정시키는 힘’인데, 이것만으로는 운전자가 안심하고 코너를 돌 수 있게 만들기에는 부족한 면이 있다.

 

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운전자를 안심시키기 위해서는 리어 타이어가 더 큰 힘을 받아주면서 빠르게 움직이게 할 필요가 있다. 스포츠 주행에 가까운 이야기겠지만, 이는 일반적인 운전에서도 차체의 회전을 빠르게 받쳐주는 데 상당한 영향을 주는 것이기 때문에 중요하다. 그래서 코너링 포스를 이용해 리어 타이어를 살짝 이동시키면서 슬립 각도를 늘리는 방법을 사용한다. 이 슬립 각도를 늘리는 데 있어서 중요한 것이 바로 부싱인데, 부싱의 휘어지는 성질을 이용해 리어 타이어를 슬립 각도 방향으로 맞추는 것이다. 이것을 고무 탄성을 이용한 회전축이라고 하며 일명 ‘탄성 킹핀’이라고 부른다.

 

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리어 타이어는 차체를 따라 항상 평행 방향으로 배치되어 움직이는 것이 아니라 코너링에 따라 미세하게 휘면서 최대의 코너링 포스를 발생시키고 그 결과 차체 안정과 코너링 성능에 큰 영향을 미친다. 리어 타이어에 걸리는 코너링 포스가 서스펜션에 전해지면서 부싱이 휘어지며, 이에 따라 탄성 킹핀이 걸리며 ‘토 인(Toe in)’현상이 일어난다. 그리고 그 방향으로 타이어가 회전하면서 차체를 기민하게 돌리는 것이다. 탄성 킹핀이 타이어 접지면보다 뒤에 있으면 슬립 각이 넓어져 코너링 포스가 더 강해지며, 접지면보다 앞에 있으면 코너링 포스가 약해진다.

 

토션빔이 멀티링크보다 어렵다

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탄성 킹핀을 찾는 방법은 생각보다 쉽다. 서스펜션을 자세히 살펴보면 상단에서 1개의 링크를, 하단에서 2개의 링크를 찾을 수 있는데, 상단의 링크와 하단 2개의 링크 한가운데 부분을 서로 이으면 된다. 이 탄성 킹핀의 각도를 직접 확인하는 것만으로도 운전자 자신이 탑승하는 자동차의 코너링 성격을 알아낼 수 있을 것이다. 맥퍼슨 스트럿 방식과 멀티링크 방식의 리어 서스펜션을 적용하는 자동차의 경우 이 지점을 찾기가 상당히 쉽다.

 

토션 빔의 경우 일반적인 운전자라면 암이 한 개밖에 없기 때문에 그 특성을 이해하기도 쉽지 않고 탄성 킹핀을 찾기도 어려울 것이다. 아니, 애초에 멀티링크 방식의 서스펜션과 동일한 방법을 이용할 수가 없다. 드러나는 부분을 자세히 살펴봐도 알기가 어려운 것이 토션빔 방식이다. 그래서 전체적인 구조를 보고 이해해야 할 필요가 있다.

 

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토션 빔은 타이어가 상하로 움직일 때는 전면의 부싱이 있는 축을 중심으로 하는 간단한 움직임을 보이지만, 차체에 롤링이 발생하면서 타이어가 힘을 받을 때는 차체 중심을 가로지르는 빔이 조금씩 뒤틀리면서 좌우에 장착된 타이어 궤도 간의 차이를 흡수한다. 이 때 눈에 보이지는 않지만, 더블 위시본 방식의 서스펜션과 마찬가지로 3개의 암이 존재할 때와 같은 일이 발생하면서 토 및 캠버가 변한다. 이를 통해 뒷바퀴의 움직임을 보조하는 것이다.

 

단어로도 그렇지만 실제로도 상당히 이해하기 어려운 움직임이며, 토션 빔의 약점도 사실 여기에 있다. 더블 위시본 방식의 서스펜션은 암의 위치만을 조정하는 것으로도 ‘토 인’을 상대적으로 쉽게 발생시킬 수 있지만, 암이 한 개인 토션빔 방식의 서스펜션은 그것이 쉽지 않다. 그래서 토션빔 방식에서는 엔지니어가 의도한 ‘토 인’을 발생시키는 데 있어 부싱의 역할이 상당히 중요해진다.

 

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토션 빔 서스펜션을 좀 더 자세히 살펴보면 앞쪽에 위치한 부싱이 차체와는 비스듬한 형태로 배치되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 경우 전체적인 빔의 회전 중심이 뒤쪽에 있어 엔지니어가 의도한 대로 ‘토 인’이 가능하다. 그러나 이 움직임을 발생시키기 위해서는 부싱의 자체 강도를 좀 더 높일 필요가 있고, 그렇게 되면 ‘확실히 진동을 흡수할 것’이라는 명제를 포기해야 하는 일도 생긴다.

 

사실은 토션 빔이 더블 위시본보다 제작하기가 훨씬 어려운 서스펜션이며, 이를 통해 서스펜션 엔지니어의 실력이 시험받게 되는 것이다. 간단하게 정리하면 ‘암의 개수가 많아 설계의 자유도가 더 높은 더블 위시본이 엔지니어가 노리는 차체의 움직임을 실현하기 쉽다’라고 할 수 있으며, 그 동안 더블 위시본이 스포츠카에 더 좋다는 속설이 흘러나온 이유이다. 그러나 혼다뿐만 아니라 다른 제조사들도 ‘좋은 서스펜션’을 목표로 토션 빔 서스펜션을 다듬고 있다.

 

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자동차를 제작할 때의 우선 조건은 다양하다. 그것은 공간일 수도 있고 스타일일수도 있으며 주행 성능일 수도 있다. 그러한 우선 순위에 따라 여러 가지로 서스펜션을 제작하고 또 조율하지만, 그 방식에 따라 우열이 결정되지는 않는다. 혼다는 ‘언제나 좋은 서스펜션을 목표로’ 하고 있는 만큼, 방식과 관계없이 안심하고 역동적인 주행을 즐길 수 있을 것이다.
 

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