맥퍼슨 스트럿 타입, 더블위시본 타입 서스펜션 특성,장단점,비교-자동차 프론트 서스펜션

자동차에서 서스펜션 시스템(Suspension System)은 스티어링 시스템, 타이어와 함께 차량의 승차감 및 조정 안정성(Ride & Handling) 성능에 중요한 역할을 하는 시스템입니다. 적용하고자 하는 자동차의 특성에 맞게 서스펜션 시스템의 각 하드포인트의 구성과 특성값의 적절한 설정 및 설계를 통해 자동차의 승차감과 조정안정성 성능을 크게 개선할 수 있습니다. 이번 글에서는 요즘 자동차 프런트 서스펜션(Front Suspension)에 대부분 적용되고 있는 맥퍼슨 스트럿 타입 서스펜션(Macpherson Strut type Suspension)과 더블위시본 타입 서스펜션(Double Wishbone Type Suspension)에 대한 특성 및 장단점등을 간단히 비교해 보겠습니다.

 

 

맥퍼슨 스트럿 타입 서스펜션 (Macpherson Strut Type Suspension)

 

구조

 

맥퍼슨 스트럿 타입 서스펜션은 1940년대 미국의 엔지니어 얼 맥퍼슨(Earle S Macpherson)에 의해 최초로 개발되어 최근까지 승용차의 프런트 서스펜션에 널리 사용되고 있는 독립 현가 타입(Indepenndent Suspension Type) 중에 한 가지입니다. 더블위시본 타입 대비 어퍼 암이 없이 스트럿 형태의 충격흡수 장치(댐퍼)와 서스펜션 스프링이 통합되어 위쪽으로는 차체에 연결되고 아래쪽으로는 스티어링 너클(Steering Knuckle)에 연결되는 구조입니다. 또한 스티어링 너클은 볼조인트(Ball Joint)에 의해 로워 컨트롤 암(Lower Control Arm)에 연결되고 로워 컨트롤 암은 다시 차체 또는 서브프레임(Sub-Frame)에 연결되게 됩니다.

자동차 코너링 시 횡력을 스트럿이 받아줘야 하기 때문에 적절한 댐퍼 축의 굵기와 스프링 시트의 크기의 설계가 중요합니다. 또한 횡력에 의한 댐퍼의 내구성을 확보하기 위해 스프링축과 댐퍼축의 각도를 다르게 설정하는데, 이를 튜닝에 의해 적절한 상대 각도로 설정하게 됩니다.

 

 

맥퍼슨 스트럿 타입 서스펜션 (Macpherson Strut Type Suspension)

 

특성

구조가 단순해서 생산 비용 측면에서 효율적이고 조립이 단순할 뿐 아니라 설계 시 레이아웃 측면에서 공간 활용도가 높습니다. 주행 시 반응성이 좋아 예측 가능한 핸들링을 제공하여 일반적인 다양한 주행 조건에 적합합니다. 단 구조가 단순하여 설계 및 튜닝 시 자유도가 떨어져 더블위시본 등 멀티 링크 타입 서스펜션에 비해 정밀한 핸들링을 위한 정교한 서스펜션 시스템이 요구되는 고성능 자동차나 스포츠카 및 고급 차종에는 성능에 제한이 있을 수 있습니다.

 

 

장점

• 구조가 단순하여 단가 및 생산 그리고 유지 비용이 비교적 효율적입니다.
• 또한 엔진룸에 비교적 적은 공간으로 레이아웃 설계가 가능하여 소형차 또는 전륜구동차에 적합합니다.
• 시스템 자체의 무게가 가벼워 차량의 무게를 줄일 수 있어 연비에 효율적이며, 스프링하질량(Unsprung Mass)가 가벼워 주행 성능이 향상됩니다.
• 쇽업소버와 서스펜션 스프링이 통합되어 지면으로부터의 충격 흡수에 용이하여 편안한 승차감을 제공합니다.
• 세단, 해치백, SUV 등 다양한 차종에 광범위하게 적용할 수 있습니다.

 

단점

• 더블위시본 등 멀티 링크 서스펜션에 비해 설계 및 튜닝 자유도가 부족하여  정밀한 서스펜션의 주행 성능이 요구되는 고성능 자동차나 스포츠카에 적용하기에는 제한이 있을 수 있습니다.
• 여러 주행 조건에서의 비교적 큰 휠얼라인먼트(Wheel Alignment)의 변화로 세팅된 휠얼라인먼트 또는 타이어에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 차량 코너링 시 다른 시스템 대비 큰 롤링이 발생할 수 있습니다. 이는 차량 핸들링 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 이를 개선하기 위해 비교적 굵은 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar/Anti-Roll Bar)를 적용하게 됩니다.

 

더블위시본 타입 서스펜션 (Double Wishbone Type Suspension)

 

 

구조

종종 "A 암 서스펜션(A Arm Suspension)"이라고도 불리는 더블위시본 타입 서스펜션(Double Wishbone Type Suspension)은 상하 두 개의 삼각형 모양의 암(Upper Control Arm/Lower Control Arm)으로 차체 또는 서브프레임(Sub-Frame) 그리고 스티어링 너클(Steering Knuckle)과 휠허브(Wheel Hub)에 연결되는 구조의 서스펜션 시스템입니다. 구성 요소로는 어퍼 컨트롤 암(Upper Control Arm), 로워 컨트롤 암(Lower Control Arm), 서스펜션 스프링(Suspension Spring), 쇽업소버(Shock Absorber), 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar), 각종 암 부시(Arm Bush) 등등이 있습니다. 이러한 구성 요소의 배열을 통해 각각의 휠이 독립적으로 움직일 수 있어 반대쪽 휠에 영향을 최소화할 수 있어 타이어와 노면이 일관적으로 접촉하여 승차감과 주행 안정성을 향상할 수 있습니다. 

 

 

더블 위시본 타입 서스펜션 (Double Wishbone Suspension)

 

특성

설계자가 휠의 움직임을 최적으로 제어할 수 있습니다. 휠의 상하 운동(Bump/Rebound), 전후 운동(감가속), 좌우 운동(코너링 시) 포함하여 여려 방향으로의 정밀한 휠 운동을 제어할 수 있어 휠과 노면과 최적의 얼라인먼트를 유지하고, 최대 접지력과 반응성을 제어할 수 있어 고성능 차량에 특히 유용합니다.

 

장점

• 더블위시본 타입 서스펜션의 주요 장점 중 하나는 탁월한 승차감과 주행 안정성 성능입니다. 각 휠의 독립적인 움직임은 코너링과 같은 급격한 차량의 움직임에서 각 휠의 휠얼라인먼트 변화를 최소화합니다. 이를 통해 차량의 동적 움직임이 정확해지고 예측이 가능해져 운전자에게 안정감을 줘 즐거운 운전 경험을 주게 됩니다.
• 다른 시스템과 달리 더블위시본 서스펜션은 타이어와 노면 접촉을 적절히 유지합니다. 이러한 일관된 타이어와 노면의 접촉 패치는 과격한 운전이나 안 좋은 도로 조건에서 그립력과 견인력을 제공하여 운전자에게 안정감을 제공합니다.
• 더블위시본 타입 서스펜션의 기하학적인 구조는 코너링 시 더 나은 차량의 제어를 가능케 합니다. 휠얼라인먼트의 변화를 최소화하여 차량의 롤링을 최소화하여 차량을 수평으로 유지하는 능력을 제공하여 차량의 안정성을 유지하게 합니다. 이점은 운전자에게 자신감을 운전에 대한 자신감을 주게 되고, 활력이 넘치는 드라이빙을 즐기는 운전자에게 운전에 대한 즐거움을 주게 됩니다.

 

 

단점

• 구조가 비교적 복잡하여 단가 및 생산 그리고 관리 비용이 타 시스템 대비 불리합니다.
• 구조가 복잡하고 차지하는 공간이 커 레이아웃 설계에 불리하여, 엔진 공간이 부족한 차에 대해서는 제한 사항이 될 수 있습니다.
• 시스템의 무게가 비교적 무거워 연비 측면에서 불리하고 스프링하질량(Unsprung Mass)이 증가하여 주행성능에 영향을 미칠 수 있으나 최근에는 암류 또는 스티어링 너클의 소재를 알루미늄소재로 변경함으로써 승차감과 조정안정성 성능을 극대화하고 있습니다. 
• 복잡한 구조는 일상적인 유지관리와 수리가 복잡해질 수 있어 전문적인 도구와 수리 지식이 필요할 수 있습니다. 이로 인한 유지 관리 비용에 불리할 수 있습니다.

 

 

글을 마치며

지금까지 대부분의 자동차 프런트 서스펜션에 적용되고 있는 맥퍼슨 스트럿 타입 서스펜션과 더블위시본 타입 서스펜션에 대한 특징 및 장단점에 대해서 간단히 알아보았습니다. 상기 내용에서 볼 수 있듯이 두 타입의 서스펜션은 각각의 특성이 있으며, 장단점이 뚜렷합니다. 이에 자동차 개발 시 제조 업체는 개발하고자 하는 차량의 특성에 맞는 적절한 서스펜션 시스템을 선택하여 적용하게 됩니다. 끝까지 읽어 주셔서 감사합니다. 

 

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