리프 스프링 서스펜션
1. 리프 스프링을 사용하는 리지드 액슬 서스펜션
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Leaf spring
리프 스프링 방식은 마차시절부터 나온 아주 유서깊은 '충격 흡수 장치'의 조상 격이 되는 물건이다. 버스나 트럭에서 흔히 '''판 스프링'''이라고 불리는 물건이 이것이다. 구조는 매우 심플한 것으로, 충격을 받으면 활처럼 휘어져 있는 스프링이 펴지고, 탄성의 한계점 이전에 다시 되돌아오는 방식이다. 스프링의 길이를 스팬(Span)이라고 하며, 스팬이 길수록 서스펜션의 상하 스트로크가 길고 탄성계수가 낮다.[1] 리프스프링의 가운데에 액슬(Axle=차축)을 한축을 위/아래에 U볼트로 묶는 방식이 가장 일반적이며, 이 경우 노면 충격이 들어오면 스프링이 펴지면서 양 끝단 고정부가 길이방향으로 힘을 받게 되기 때문에 적어도 한쪽 끝은 자유롭게 놀도록 섀클(Shackle)을 장착해야 한다. 좀 더 큰 규모의 다축 대형 트럭은 리프스프링의 양 끝에 액슬이 장착된다.
태초에 마차는 무게가 무겁지 않아 단판 스프링을 썼는데 자동차에 사용되면서 점점 축하중이 늘어남에 따라 길다란 판때기를 여러 장 붙인 겹판구조가 나와 현재 가장 많이 쓰인다. 여기에 스프링 형상을 가운데를 두껍게 하고 가장자리로 갈수록 얇게 개량하여 사용되는 스프링 장 수를 줄인 것이 테이퍼(Taper-사다리꼴) 리프스프링 서스펜션이다. 대형버스들 중에 승차감을 높히고 서스펜션 트래블을 늘리려고 스프링 길이를 길게 한 롱-스팬 테이퍼 스프링도 있다. 또한 겹쳐놓은 스프링들의 두께를 다르게 하여 탄성계수가 선형적인 게 아니라 특정한 곡선을 띄도록 한 것이 프로그래시브 리프 스프링이다. 어떤 경우는 겹판 스프링 뭉치를 두 개 또 겹쳐 쓰기도 하고, 드물게는 리프스프링을 절반 자른 형태도 보인다.
1.1. 장점
1. '''싸고 간단하다'''. 복잡한 컨트롤암이나 링크 없이 스프링과 액슬만으로 이뤄져 있다. 게다가 겹판 스프링은 겹쳐진 스프링 끼리의 마찰을 통해 스스로 댐핑(감쇄)이 되는 효과가 있어 오일압이 약한 댐퍼를 쓸 수 있거나 어떤 경우는 아에 댐퍼를 장착하지 않아도 문제없는 경우도 있다.
2. '''고하중에 잘 견딘다'''. 그래서 대형트럭뿐만 아니라 20세기 중반까지 철도차량, 탱크와 같은 고중량 차량에 많이 썼다. 다만 20세기 중반에 이미 전차의 무게가 무거워지며 리프스프링 방식으로는 버티기 어려워져 도태되었고 최근에는 24톤 이상의 초대형트럭을 비롯해 에어스프링을 많이 사용한다.
그 외의 특징과 장점은 리지드 액슬 서스펜션과 동일하다.
1.2. 단점
1. 충격을 제대로 흡수하지 못해 승차감이 낮다. 스프링 스팬을 늘리면 낫긴 하지만 무작정 승차감만 개선하려고 길게 만드는건 불가능하다. 그래서 그런지 몰라도 쇼크 업쇼버와 코일스프링이 나오자마자, 승용차 용도로는 쫓겨나고 상용차 부문으로 밀려버린다. 요즘 차량도 리프만 달리는 차량은 없고, 쇼바와 함께 달려 나온다.
2. 서스펜션의 스트로크가 짧다. 리프 스프링의 탄성 변형량에 한계가 있기 때문에 딱 그만큼의 거리밖에 작동하지 못한다. 물론 섀클 길이를 조절하거나 스프링 스팬을 늘려 스트로크를 늘릴 수 있지만 이것도 한계가 있고, 섀클을 쓰지 않는 다축 차량은 조금도 늘릴 방법이 없다.
3. 섀클을 써야 하는 구조 특징 때문에 작동 중에 휠베이스가 수시로 변한다. 많은 짐을 실으면 스프링이 펴지면서 거기에 묶인 액슬 역시 수평방향으로 움직일 수밖에 없다. 결국 얼라인먼트가 자꾸 틀어지기 쉽고 타이어의 소모가 많고 코너링 성능 등 전반적인 주행성능에서 손해를 본다.
4. 겹판구조 스프링은 겹쳐놓은 스프링 끼리 마찰로 인해 삐그덕 거리는 소음이 발생한다. 소음만 나면 차라리 다행이지만 이 사이로 수분이 고여 녹이 발생하고, 오래 사용하면 금속피로까지 합쳐져 절단되는 경우가 있다. 여러 장 중 한 장이 빠져도 차량이 당장 주저앉지는 않고 굴러가다보니 트럭운전자들이 모르고 가버리는 사례가 주를 이룬다. 이렇게 관리 부실로 인해 부러진 스프링 판이 도로에 떨어져 낙하물 사고를 유발시켜 주목받기 시작 했는데, 결국 판스프링 낙하물로 인한 사망사고가 발생했고 사망까진 아니더라도 살아나도 후유증에 시달리는 일도 있다.
2. 리프스프링을 사용한 독립 서스펜션
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그런데 쉐보레 콜벳은 특이하게도 차축 중앙에 더블 위시본 서스펜션에 스프링 하나를 가로배치하고 있다.[2] 기술력의 부족으로 인한 설계가 아니라 차고를 낮추려는 아이디어에서 시작된 것으로 이렇게 리프 스프링을 가로로 설치하면 세로로 똑바로 선 코일 스프링+댐퍼 형식의 현가장치와 달리 차체를 원하는 만큼 낮출 수 있고, 차량 내부 바닥이 낮아져 공간 확보에 유리하다.
리프 스프링을 가로로 쓰면 조향에 문제가 있을것 같지만. 1세대부터 링크와 스프링은 분리가 되어있어서, 리지드 액슬인 머스탱과 다르게 독립현가처럼 자유롭게 조향이 가능하다. 코일 스프링을 대신해 리프 스프링을 장착한 것이지, 댐퍼를 대신하는 것이 아니기에 따로 댐퍼를 장착하여 승차감에도 문제가 없다. 애초에 겹판 스프링이 아니라 위에 언급한 소음 및 부식 문제도 없다. 스프링 스트로크가 짧다는 문제도 애초에 포장도로를 고속으로 달리는 콜벳의 특성상 문제되지 않는다.[3] 콜벳 리프 스프링의 자세한 설명은 영문 위키 설명을 참조. 추가적으로 리프 스프링 자체가 스태빌라이저의 역할을 대신하기 때문에 별도의 스태빌라이저 바를 장착할 필요가 없어 구조가 간단하는 장점도 있다.
볼보의 경우 독일 헨켈사가 제조한 폴리우레탄 계 매트릭스 레진인 록타이트 MAX 2를 이용하여 수지 이동 성형(RTM)방식으로 유리, 탄소섬유를 신속하게 경화시킨 리프스트링을 사용했다.* 최신의 볼보 S90은 상기한 복합소재(FRP)로 리프 스프링을 가로배치했고, 일반 강철 스프링보다 가벼워 현가하 질량 감소에 따른 접지력 증대 및 승차감 향상 효과를 거두었다. 볼보는 추가적으로 이 구조를 통해 공간을 확보한 덕분에 실내공간을 손해보지 않고 플러그인 하이브리드 모델의 배터리 탑재 공간을 확보할 수 있다고 강조한다.
3. 화물차 판스프링 불법개조
도로에 판스프링 낙하물이 급증하기 시작하면서부터 주목을 받기 시작한 불법개조다. 위의 단점 사례에서도 올라온 판스프링 낙하물은 노후화된 화물차량의 서스펜션에서 떨어진 것이 아니라, 실은 화물차 불법 개조를 통해 판스프링을 다른 용도로 쓰다가 낙하해서 도로에 굴러다니게 된 것이다.
소위, 현장에서 "하시라(
애초에 하시라를 꽂는 것 자체가 탑차나 트레일러가 과적을 하고도 그 무게를 버티게 만들기 위해 지지대로 꽂은 것이기 때문에 존재 자체가 불법을 저지르기 위한 개조고, 지속적으로 사망 및 중상해가 이어지며 본격적으로 언론을 타기 시작하자 결국 정부에서도 용접을 해서 접이식으로 완전히 차량에 부착된 물건이 아닌 꽂기만 하는 구조의 거치대는 강제로 제거하기로 결정했다.
불법 판스프링 개조는 사진을 찍어서 신고하면 되며, 다만 도로교통법 위반이 아니기 때문에 경찰 민원앱이 아닌 지방자치단체에 신고해야 제대로 먹힌다.
하지만 2020년 10월부터 국토부의 적극적인 단속과 더불어서 일반인들의 신고가 잇따르자 사실상 관행에 가까운 판스프링 사용을 사전협의 없이 단속을 시작했다며 화물연대측에서 적반하장으로 반발했다. 화물연대 소속 화물차 기사들은 생계에 위협을 받고 있다며 반발을 시작했고, 11월 1일자로 파업을 시작하여 PHC 파일 및 건설업계에 불똥이 튀게 되었다. # 참고로 용접이나 구조변경을 통해 핀을 고정해서 하는 방식은 단속 대상이 아닌데, 여기서 파업한 사람들은 고정형이나 접이형으로 개조하면 지게차로 화물을 싣기 불편하고, 고정핀 달고 구조변경 신고까지 20만원 가량 드는 비용이 아까워서 저러는 것이다. 판스프링 사고로 발생할 몇백, 심지어 몇억이나 사람목숨에 비하면 20만원 가량은 그깟 푼돈일 뿐이다.
결국 파업에 의한 산업 현장 피해 때문에 국토부가 한발 물러나서 판스프링 단속이 유예되었다. 물론 차주들이 말하는 과적이 성행할수밖에 없게 만드는 화물업계의 기본 구조를 뜯어고쳐야 한다는 주장은 어느정도 동의를 얻고 있으나[5][6], 사람 목숨의 중요도에 비할 바는 절대 못 된다.
화물차 특성상 운전석이 높아서 그런지 아직까지 화물차주를 상대로한 판스프링 사고가 없을 뿐이지 낙하한 판스프링이 튀어올라 화물차주에게 직격하지 말란 법은 없으며 차주 직격이 아니더라도 타이어에 직격해 큰 사고로 이어질수도 있다 과적을 위한 판스프링 불법 개조라는 이런 정신나간 관행을 유지해봐야 화물차주 입장에서도 득 될 것이 없다 화물차주 역시 사고 위험에 노출되어있으며 '''목숨은 여러개가 아니기 때문'''이다.
[1] 단궁인 국궁과 장궁인 롱보우의 차이와 유사하다.[2] 중량이 가벼운 승용차라서 다판 스프링을 쓸 필요가 없다. 다만 초창기 콜벳은 겹판 스프링을 쓰긴 했었다.3세대는 앞쪽은 더블 위시본+코일 스프링, 뒤쪽은 더블 위시본+리프 스프링 서스펜션이다.[3] 그리고 C5 후기형부터 제너럴 모터스의 필살기인 마그네틱 라이드 댐퍼를 옵션으로 넣기 시작하면서 유럽이나 일본의 수억 원대의 슈퍼카와 비교해 보아도 승차감이나 코너링 성능 등이 전혀 뒤처지지 않는다. 콜벳을 비롯한 아메리칸 슈퍼카의 승차감과 코너링 성능은 세계적인 수준으로 평가받는다.[4] 잔재 일본어로, 기둥이라는 뜻이다.[5] 과적 단속에 적발되어도 차주만 벌금을 물 뿐 화주에게는 피해가 가지 않는다. 때문에 화주들은 어짜피 걸려도 괜찮으니 운송비 절감을 위해 한 차에 최대한 때려실는 과적을 계속해서 강요하고, 당장 한탕이라도 더 뛰어야 차량 할부금을 충당할 수 있는 차주들은 이를 거절할 수가 없다.[6] 예시를 들면 5톤의 짐을 운송해야 한다고 가정할때, 일반적인 상식이라면 5톤 트럭을 불러서 적재하겠지만, 과적이 성행하면서 2.5톤이나 3.5톤 트럭에 5톤의 짐을 때려실는다. 이미 화물시장은 과적이 너무나 만연해져 버려 2.5톤 차량에 5톤의 짐을 실고도 기존 2.5톤의 운임에서 약간 더 얹어줄 뿐, 더 이상 5톤의 짐으로 5톤분의 운임을 주지 않는다. 차량이 크기 때문에 유지비가 많이 들어 2.5톤분의 운임으로는 차량 유지가 되지 않는 5톤 트럭 차주들은 이 때문에 5톤의 짐을 놔 두고도 5톤보다 더 무거운 짐을 실어야 5톤분의 운임을 받을 수 있는 것이다.