서스펜션

 

1. 개요
2. 종류
2.1. 사용하는 스프링에 따른 종류
2.2. 방식에 따른 종류
2.2.1. 차륜식 차량
2.2.2. 이륜차량
2.2.3. 궤도식 차량


1. 개요

Suspension. 현가장치 또는 현수장치 라고도 부르며, 차량의 차륜과 차체를 연결하는 장치이다. 노면충격의 흡수와 타이어 접지력을 확보하는 역할을 한다.
단순히 충격 흡수용이라고 생각하겠지만 자동차에 엔진, 브레이크, 타이어와 더불어 '''가장 중요한 부품 중 하나'''로, 이게 제대로 세팅되어있지 않으면 자동차 운전을 포기하고 싶을 만큼 운용 난이도가 대단히 높아진다. 단순히 흡수량을 바꾸는 것만으로도 차의 거동을 완전히 바꾸어버리는 물건.
노면을 주행하며 생기는 충격이 차체나 탑승자에게 전달되기 전에 흡수하여 차량의 내구성을 보존하고 승차감을 개선하며 탑승객의 피로를 줄이는 역할을 한다. 초창기의 마차나 자동차 등에는 아예 존재하지 않아 승차감이 매우 불편했으나 기술발전으로 인해 자전거 체급을 넘어서는 각종 차량에 필수적으로 장착하는 물건이 되었다.
보통 쇼크 업소버[1](Shock Absorber), 코일 스프링 등으로 충격을 흡수하는 역할이 제일 크지만, 스테빌라이저로 코너링 등의 상황에서 휠의 정렬(휠 얼라인먼트)를 일정하게 유지시켜 타이어의 접지면적이 최대한 확보하고, 롤링을 억제하는 역할도 맡는다. 서스펜션의 방식마다 상이하지만 최적의 역할을 통해 타이어의 효율적인 사용과 코너링 성능의 향상을 돕도록 설계하고 있다.

2. 종류


2.1. 사용하는 스프링에 따른 종류

서스펜션의 방식과 사용하는 스프링의 종류는 별개로 봐야 한다. 리지드 액슬이라고 해서 모두 리프 스프링을 쓰는 것도 아니고, 독립현가장치라도 리프 스프링을 쓰는 사례도 있기 때문이다. 특히 토션빔과 토션바를 많이 혼동하는데, 맥퍼슨 방식이라도 토션바를 스프링으로 쓰기도 하며(포터, 갤로퍼, 구형 스타렉스) 토션빔은 빔 액슬 자체가 비틀리며 스태빌라이져 역할을 할 뿐 완충은 코일 스프링으로 한다.
  • 코일 스프링 - 선형적인 특성 때문에 승차감이 좋아 승용차량에 가장 많이 사용한다.
  • 리프(판) 스프링 - 판 형태의 스프링. 아래 리프스프링 서스펜션 참고
  • 토션바 - 봉 형태의 스프링으로, 비틀림(토션) 강성을 활용. 토션'빔'과 헷갈리면 안된다.
  • 에어 스프링 - 공기압으로 지탱하는 스프링(밸로우즈)으로 공기압 유지를 위해 별도의 에어컴프레서가 필요하다. 대형 고급 승용차나 초대형 상용차에 쓰인다.

2.2. 방식에 따른 종류


2.2.1. 차륜식 차량


2.2.2. 이륜차량


2.2.3. 궤도식 차량

궤도식 차량의 경우 일반 차륜식 차량에 비해 현가장치 면에서 차이가 꽤 있다.
일단 무한궤도식 차량은 땅에 닿는 바퀴가 일반 차량에 비해 훨씬 많다. 보통 승용차는 한쪽에 2개를 넘지 않고, 대형 화물차량이래도 4개 정도면 매우 많은 축에 드는 데 반해, 궤도차량의 경우는 지면에 닿는 바퀴가 한쪽에만 6~8개쯤 되는 경우가 흔하다. 때문에 이 바퀴마다 모두 현가장치를 달아주면 공간과 중량을 상당히 많이 잡아먹는 문제가 있다. 또한 궤도차량은 일반 차량보다 훨씬 무겁고 특히나 군용 궤도차량은 장갑과 무장의 무게로 매우 무거워지기 때문에, 현가장치의 설계도 이를 지지할 수 있게 좀 다른 더 튼튼한 구조로 만들어질 필요가 있어 역시 공간과 중량 문제가 더욱 심해지게 되어 일반 차량과는 다른 방식을 택하게 되었다.
항목 참조. 일반 상용차량에도 많이 쓰였던 방식이다. 비교적 단순하고 내부공간을 거의 잡아먹지 않고 정비가 쉬우며 저렴하지만, 전차의 경우 2차 대전 무렵이 되자 대형화되는 전차의 중량을 버티기 힘들어져 이후로 도태된다. 4호 전차가 대표적 예로 리프 스프링 토션바 기술이 있음에도 리프 스프링을 사용하였다.20톤 중후반 이후로는 쓰이지 않는다.
  • 코일 스프링
단순하게 스프링을 수직으로 장착하고 보기륜이 위아래로 움직일 수 있게 스프링 아래에 다는 방식. 전간기에 주로 쓰였고 대표적 사용예는 처칠 전차. 구조적으로 단순하지만 고중량을 버티기 위해 스프링이 압축되는 정도가 적다보니 보기륜이 움직이는 범위도 좁아 지형 적응성이 좋지 못하다. 따라서 지렛대의 원리를 이용해 스프링에 막대를 장착하고 그 막대 끝에 보기륜을 달아 움직이는 범위를 늘리는 방식이 등장하는데 아래의 크리스티, 홀스트만, VVSS 등이다.
항목 참조.
  • 홀스트만 서스펜션
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FV215의 서스펜션
코일 스프링을 사용한 현가장치구조. 1922년 영국에서 개발되었고, 홀스트만은 지금까지 살아남아 군용과 특수장비용 서스펜션들을 납품하고 있다. 2차대전 전차에 널리 쓰였던 방식으로 특징이 비슷한 리프 스프링 방식은 이후 전차에 쓰이지 않았지만, 홀스트만은 70톤 가까이 하는 컨커러 전차에도 사용되었다. 영국에서 개발되어서 그런지 전후 영국군 전차와 장갑차에 써왔지만, 치프틴을 마지막으로 쓸쓸히 사라진 서스펜션 방식이다. 그리고 전 서술과 챌린저 2 항목에서 이 방식을 고집한다고 써 있었지만 챌린저와 챌린저 2는 홀스트만에서 만든 유기압식 서스펜션을 쓰고 있다. 아마도 홀스트만에서 납품 받았다고 해서 홀스트만 형식을 쓰는걸로 착각한걸로 보인다.
기본적으로 보기라는 막대 형태의 구조물 하나에 2개 이상의 바퀴(보기륜)이 달려있는 방식이다. 두 보기륜은 수평 스프링으로 연결되어 한쪽 보기륜이 지면의 굴곡으로 인해 올라오면 스프링이 압축되며 그 힘은 지면에 닿은 다른쪽 보기륜이 받아내는 구조로, 물론 보기 자체도 움직일 수 있게 되어 있어서 두 보기륜 다 올라오거나 경사식으로 기울어지는 것도 가능하다. 내부공간을 별로 차지하지 않고, 교체나 수리가 용이했으며, 무거운 무게를 버틸 수 있다는 장점이 있었다. 그러나 들어가는 부품이 많고 구조적으로 복잡한 단점이 있어 다른 국가에서는 아래의 토션바 방식과 유기압에 밀려 이후로는 잘 쓰이지 않는다.
보기가 움직이는 힘을 스프링으로 받아낸다는 점에서 크리스티 현가장치와 유사성이 있으나, 크리스티는 각 바퀴마다 보기와 스프링이 달리는데 반해 홀스트만은 바퀴를 여러 개 묶어서 스프링을 장착함으로서 공간과 복잡성을 줄인 방식이다.
프랑스의 경우 AMC 35 등의 전간기 전차에 유사한 방식의 서스펜션을 장착했는데, 독특하게도 금속제 코일 스프링 대신에 고무를 사용했다.
  • VVSS (Vertical Volute Spring Suspension), HVSS (Horizontal Volute Spring Suspension)
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VVSS
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HVSS
1930년대 미국에서 개발되었으며 미군의 M2, M3, M4 셔먼 등의 각종 전차에 사용되었다. 구조가 복잡하고 버틸 수 있는 무게가 상대적으로 적기 때문에 M4A3 셔먼 계열부터는 홀스트만 방식과 유사한 HVSS(Horizontal Volute Spring Suspension)으로 대체되며, 2차 대전 이후로는 토션바로 대체된다. VVSS는 얼핏 보기에 홀스트만 서스펜션과 유사하기는 하나 구조적으로는 다른데, 바퀴 2개씩을 움직이는 보기를 통해 하나의 서스펜션 장치에 달아놓은 것까지는 같지만 VVSS의 경우 바퀴에 연결된 스프링이 수직이며 바퀴별로 별도로 장착되어 있어 따로 움직인다.
VVSS나 HVSS 둘 다 일반 코일 스프링 대신 이름대로 Volute Spring을 사용하는 것이 특징인데, 이는 나사식으로 꼬여있여 가동범위가 좀 더 넓은 스프링이다. #
  • 토션바 서스펜션
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3호 전차 서스펜션
SUV나 일반 차량에도 쓰이긴 하나 궤도식 장갑차량에 특히 매우 많이 쓰이는 방식이다. 20세기 중반 이후로는 승용차나 상용차에는 그리 잘 쓰이지는 않으나 군용으로는 인기가 많다.
원리를 보자면 암이라는 한쪽 끝을 중심으로 회전하는 막대가 있고, 반대쪽에는 바퀴가 달려 이 암의 회전에 따라 바퀴가 위아래로 원을 그리며 오르내리게 된다. 암의 회전축 부분에는 토션바라고 불리는 긴 금속 막대가 들어가는데, 암이 회전할 때 이 막대가 뒤틀리게 되는 탄성을 이용해 서스펜션이 충격을 흡수하는 방식이다.
금속이 아예 뒤틀리는 힘을 사용하느니만큼 무거운 무게를 버티기에 매우 적합한 방식이고, 토션바 자체는 그냥 긴 막대에 불과하므로 구조적으로도 단순하고 차량의 옆면 공간도 거의 차지하지 않으며 토션바를 회전시켜서 서스펜션의 높낮이도 쉽게 조절할 수 있으므로 현대 기준으로는 대부분의 장갑차량이 사용한다. 장갑차량의 경우 버텨야 하는 무게가 무거운 만큼 이 토션바가 차체 반대쪽 끝에 닿을 정도로 매우 길게 된 형태가 보통이다. 단점으로는 암이 많이 움직여야 할 상황일수록 토션바가 비틀리다 그만큼 탄성이 급격히 강해지고 충격흡수력이 떨어지게 되며, 차체 하부에 토션바가 들어가다 보니 야전 정비가 좀 더 까다로우며 추가적으로 충격을 상쇄할 쇼크 업쇼버를 달게 돼서 무게도 늘어나며 포탑 바구니가 존재할 경우 전차의 높이가 높아진다.
1934년 시트로엥 아방 자동차에 처음으로 사용되었으며, 군용으로는 1936년 스트리스방 L-60 전차에 처음으로 사용되었다. 이후로 M26 퍼싱, 판터 전차, M1 에이브럼스, T-80 등의 전차에 널리 적용되었고 M113, BMP-3 등의 장갑차에도 쓰였다.
원리상으로 비교적 만들기 쉬운 방식이다 보니 RC나 프라모델 전차의 고정된 서스펜션을 이렇게 가동식으로 개조하는 경우도 꽤 있다.
바리에이션으로 토션 튜브(중공 토션바)가 있다. 구조상의 차이는 간단하게 설명 가능한데, 토션바의 중간에 구멍을 뚫어 강관 형태로 만들어 놓은 것이다. 즉 쇠파이프를 서스펜션에 쓰는 것이다. 다만 이것은 기존 토션바보다는 난이도가 좀더 높다. 또한 두께가 얇아져 경량화에는 좋으면서도 중량과 완충능력 면에서는 손해라 기존 토션바가 아직은 많이 쓰인다.
  • 유기압식 서스펜션
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토션바 방식의 한계점 때문에 각군 군대들은 토션바를 대체 할 서스펜션을 연구하기 시작했고, 용적을 덜 차지하는 유기압식 서스펜션이 나왔다. 원리는 코일스프링 역할을 하는 유압유 실린더와 쇼크 업쇼바 역할을 하는 질소 실린더를 일체형으로 만든 구조인데. 이 방식의 장점은 토션바 방식보다 차체를 더 낮출수 있고 무게도 절감할수 있고 차체 하부 용적도 여유롭게 설계가 가능하다, 그리고 보기륜의 높이를 조절할수 있어서 명중률 향상과 포탑 부앙각을 더 확보 할수 있으며, 쇼크 업쇼버 덕분에 승차감도 상당히 좋아진다. 그리고 민간용 중장비들도 유기압식 서스펜션로 바뀐지 오래라서 검증된 민수용 제품을 쓸수 있어서 개발비 절감도 할수있다는 점도 있다.
단점은 야전정비가 사실상 불가능이며, 아직까지는 신뢰성이 미지수인점이 크다.

[1] 겉을 감싸고 도는 코일 스프링과 안쪽의 유압 실린더인 댐퍼로 (한 통은 모노튜브, 두 통이 겹치게 해놓은 것은 트윈 튜브) 구성되어 있으며, 일부에서는 쇽 업쇼버 혹은 쇼바라고 부른다.[2] 흔히 판스프링이라고 부르는 그것이다.

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