자동차 스테빌라이저 바의 역할, 구성, 적용, 방식, 문제시 증상, 튜닝시 주의점 등

자동차의 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)는 좌우 휠&타이어에 길게 연결된 토션 스프링(Torsion Spring)으로서 안티롤 바(Anti-Roll Bar) 또는 활대, 스웨이 바(Sway Bar)라고도 불리는 서스펜션 시스템의 하나의 부품을 말합니다. 이는 자동차 바디의 롤(Body Roll)을 제어하기 위해  적용하는 부품으로 자동차의 핸들링(Handling) 성능과 관련된 중요한 부품 중의 하나입니다. 따라서 오늘은 자동차에 적용되는 스테빌라이저 바의 역할, 기능 그리고 구성, 적용, 방식, 문제시 주로 나타는 증상, 튜닝 시 주의할 점 등등에 대하여 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

 

자동차의 조정안전성, 핸들링 성능 관련 평가항목 및 평가방법

 

 

트랙에서 코너링 중인 자동차

 

목차

 

• 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 역할 및 기능
• 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 연결 구성
• 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 적용 및 방식
• 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar) 관련 문제 증상
• 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar) Tuning시 주의 사항
• 마무리

 

스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 역할 및 기능

 

자동차가 굽은 도로를 선회(Cornering)할 때 아래 그림과 같이 원심력에 의해  차량의 무게 중심에서 선회 바깥쪽으로의 힘(Fy)이 발생하게 되면서 롤 센터(Roll Center)를 중심으로 차체(Body)가 회전하는 롤(Body Roll)이 발생하게 됩니다. 자동차의 급격한 선회 시 이러한 바디 롤(Body Roll)의 발생은 운전자 또는 승객에게 불안감과 불쾌감을 줍니다. 물론 서스펜션 스프링(Suspension Spring)과 쇽업소버(Shock Absorber)가 어느 정도는 잡아주지만 이를 최대한 억제하기 하기 위해 적용된 것이 바로 스테빌라이저 바입니다.

즉, 스테빌라이저 바는 자동차의 롤 강성(Roll Stiffness)을 증대시켜 주는 역할을 하게 됩니다.

 

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자동차 코너링 시 바디 롤(Body Roll)

 

아래 그림은 일반 승용차에 적용되어 있는 맥퍼슨 스트럿(Macpherson Strut) 방식의 앞쪽 서스펜션 시스템의 예입니다. 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar) 양 끝은 스테빌라이저 바 링크(Stabilizer Bar Link Assy)에 의해 좌우 양쪽 서스펜션(좌우 양쪽 휠&타이어)에 길게 연결되어 있고 중간 두 지점은 차체 또는 서브 프레임(Sub-Frame)에 고무 부시와 브라케트로 고정되어 있습니다.

 

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스테빌라이저 바의 역할 및 기능

 

왼쪽 그림은 직선도로를 주행하는 경우 등 좌우 바퀴가 같이 범프(Bump)되거나 리바운드(Rebound) 될 때는 스테빌라이저 바가 특별히 역할을 하지 않지만, 오른쪽 그림의 경우와 같이 곡선 도로를 자동차가 선회(Cornering) 시 원심력에 의한 차량 무게의 좌우 이동이나 굴곡 등 도로 조건에 의해 한쪽 바퀴는 범프(Bump)되고 다른 한쪽 바퀴는 리바운드(Rebound)되는 경우 양쪽 서스펜션과 차체 또는 서브 프레임에 연결된 스테빌라이저 바는 양쪽이 반대방향으로 비틀리는 토션 스프링(Torsion Spring) 역할을 하게 되며 이에 따라 발생된 토크(Torque)가 바디 롤(Body Roll)을 최대한 억제하게 되는 것입니다. 

 

스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 연결 구성

 

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스테빌라이저 바의 연결 구성

 

스테빌라이저 바

 

바디 롤을 제어하기 위한 토션 스프링(Tostion Spring)

 

링크 어셈블리 - 스테빌라이저 바 (Link Assy' - Stabilizer Bar)

 

스테빌라이저 바를 양쪽 서스펜션에 연결하기 위한 링크 어셈블리로 볼조인트(Ball Joint) 연결 타입과 고무 부시 연결 타입이 있습니다.

 

부시 - 스테빌라이저 바 (Bush - Stabilizer Bar Mtg)

 

스테빌라이저 바를 바디 또는 서브프레임에 고정시키기 위한 고무 부시 (진동 억제)

 

자동차의 조정안전성, 핸들링 성능 관련 평가항목 및 평가방법

 

브라케트 - 스테빌라이저 바 마운팅 (Body Mtg. Bracket - Stabilizer Bar)

 

스테빌라이저 바를  부시와 함께 바디 또는 서브 프레임에 고정시키기 위한 브라케트

 

스토퍼 - 스테빌라이저 바 마운팅 부시 (Stopper - Stabilizer Bar Mtg. Bush)

 

자동차가 주행을 하게 되면 스테빌라이저 바의 좌우 유동이 발생할 수 있는데 이를 방지하는 기능을 하게 됩니다.

 

스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)의 적용 및 방식

 

핸들링 특성을 향상하기 위해서는 롤 강성(Roll Stiffness)을 키우는 것으로 제어가 가능하므로 대부분의 자동차에는 스테빌라이저 바를 적용하고 있습니다. 스테빌라이저 바는 일반적으로 대부분 앞쪽 서스펜션과 뒤쪽 서스펜션 모두 적용하거나 앞쪽 서스펜션에만 적용하게 됩니다. 만일 뒤쪽 서스펜션에만 스테빌라이저 바를 적용하게 되면 핸들링 성능 측면에서 악영향을 줄 수 있습니다.

 

또한 스테빌라이저 바의 연결 방식은 자동차의 바디 롤(Body Roll) 제어 시 민감도에 따라 Direct Acting 방식과 Indirect Acting 방식으로 구분됩니다.

 

Direct Acting 방식

 

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Direct Acting 방식

 

위의 그림과 같이 보통 쇽업소버 스트럿(Shock Absorber Strut)에 스테빌라이저 바를 직접 연결하는 방식으로 주로 볼 조인트 방식의 스테빌라이저 바 링크로 연결되며 스테빌라이저 바의 형상(Routing)이 복잡할 수 있으나 Indirect Acting 방식보다 바디 롤 제어에 있어 민감도(Sensitivity)에 대한 응답성(Response)이 좋습니다.

 

Indirect Acting 방식

 

Indirect Acting 방식

 

보통 로워 컨트롤 암 또는 서스펜션 링크류에 스테빌라이저 바를 연결시키는 방식으로 고무 부시 또는 볼조인트 타입의 링크로 연결하게 됩니다. 롤 민감도(Roll Sensitivity)에 대한 응답성(Responce)은 Direct Acting 방식보다는 안 좋지만 스테빌라이저 바의 형상을 단순하게 설계할 수 있는 장점이 있습니다. 

 

 

스테빌라이저 바(Stabilizer Bar) 관련 문제 증상

 

자동차의 조정안전성, 핸들링 성능 관련 평가항목 및 평가방법

 

 

부시 - 스테빌라이저 바 마운팅의 마모 또는 노화로 인한 이음

 

고무로 되어있는 부시 - 스테빌라이저 바 마운팅이 내구 한도로 마모되거나 노화되어 스테빌라이저 바와 부시 사이에 유격이 발생하게 되면 주행 중 요철을 넘을 때 이음이 발생할 수 있습니다. 정기적인 점검 또는 이음 문제가 있을 시 확인하고 필요시 부시의 교환이 필요합니다.

 

링크 어셈블리 - 스테빌라이저 바의 볼 조인트에 유격 발생으로 인한 이음

 

링크 어셈블리- 스테빌라이저 바의 볼 조인트 연결 부의 너트가 느슨해졌거나 볼 조인트 내부의 볼과 하우징사이에 내구 부족으로 유격이 발생하는 경우에도 이음이 발생할 수 있습니다. 정기적인 점검과 이음 문제 발생 시 확인하시고 필요시 재 조임 또는 교환이 필요합니다.

 

스테빌라이저 바의 좌우 유동으로 주변 부품과의 간섭 발생

 

장기간의 주행 또는 험로를 주행하다 보면 특히 Direct Acting 방식의 경우가 쉽게 스테빌라이저 바의 좌우 유동이 발생할 수 있습니다. 이때 심한 경우 주변 부품과의 간섭이 발생할 수 있습니다. 항상 정기적으로 스테빌라이저 바 또는 링크가 드라이브 샤프트(등속 조인트), 로워 콘트럴 암, 서브 프레임, 스티어링 타이로드, 타이어 등 주변 부품과의 간섭은 없는지 확인이 필요합니다.

 

스테빌라이저 바 Tuning시 주의 사항

 

가끔 주변에 자동차의 롤 강성(Roll Stiffness)을 키우기 위해 스테빌라이저 바를 튜닝하시는 분이 계십니다. 보통 스테빌라이저 바의 직경의 변경을 통하여 롤 제어 및 핸들링 특성을 본인 기호대로 튜닝을 하시게 되는데 이때 주의하셔야 할 점 몇 가지를 말씀드리겠습니다.

 

첫 번째로 제대로 된 과정을 거쳐 제작된 스테빌라이저 바를 선택하시고 교체를 하셔야 합니다. 스테빌라이저 바의 재질은 보통 속이 차있는 솔리드 타입(Solid Type)의 경우 SUP 7 또는 SUP 9A, 속이 비어있는 중공 타입(Hollow Type)의 경우 DP1 또는 ASN25N 등을 사용하며 제작 공정은 환봉재 절단 → 교정 → 선단 가공 → 성형 → 뜨임 → 교정 → 쇼트피닝(Shot Peening) → 전착도장 등의 과정으로 제작이 됩니다. 부적절한 소재와 제작공정으로 중간 공정이 빠진다거나 (특히 쇼트피닝) 스테빌라이저 바의 내부 및 표면에 미세 크랙이 있는 경우 주행 중 스테빌라이저 바의 파손이 발생할 수 있으며 주행 중 위험한 상황이 발생할 수 있으니 주의하셔서 선택하시고 교환, 튜닝을 하셔야 합니다.

 

두 번째로 롤 강성(Roll Stiffness)은 무조건 크다고 좋은 것은 아니며, 자동차의 무게 및 배분, 앞뒤 서스펜션 특성값, 바디 강성(Body Stiffness), 자동차의 무게 중심, 롤 센터의 위치 등등 여러 조건에 따라 적절한 롤 강성(Roll Stiffness)의 튜닝이 필요합니다. 무작정 큰 직경의 스테빌라이저 바의 적용은 다른 부작용을 발생시킬 수 있습니다.

 

자동차 승차감에 영향을 미치는 서스펜션 특성값 - Ride Frequency, Wheel Rate, Ride Rate 등

 

 

세 번째로 자동차의 롤 강성(Roll Stiffness)은 앞뒤 밸런스가 중요합니다. 바람직한 바디 롤(Body Roll) 제어를 위해서는 앞뒤 서스펜션의 롤 강성의 밸런스가 중요하며, 앞서도 말씀드렸지만 앞쪽 서스펜션 롤 강성(Roll Stiffness)을 뒤쪽 서스펜션 롤 강성(Roll Stiffness) 보다 높게 설정하거나, 앞쪽에만 스테빌라이저 바를 적용하는 것이 일반적입니다. 만일 뒤쪽이 크게 높다면 핸들링 성능 측면에서 더 안 좋아질 수 있으니 참고하시고 튜닝하시기 바랍니다.

 

끝으로 스테빌라이저 바는 차체(Body)와 상대 운동을 하는 양쪽 휠&타이어에 주변 부품과의 간섭을 피해 좌우로 길게 연결되어 있습니다. 따라서 주변 부품과의 간섭이 발생하기 쉬우므로 튜닝으로 스테빌라이저 바를 교체 시 특히 주의를 하셔야 합니다. 특히 드라이브 샤프트(등속 조인트), 로워 콘트럴 암, 서브 프레임, 스티어링 타이로드, 타이어 등 또한 겨울철 체인을 적용한 경우의 주변 부품과의 간섭은 없는지 반드시 확인이 필요합니다.

 

마무리

 

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지금까지 자동차의 핸들링 특성에 크게 영향을 미치는 스테빌라이저 바에 대한 역할, 기능 그리고 구성, 적용, 방식, 관련 문제시 주로 나타는 증상, 튜닝 시 주의할 점 등등에 대하여 알아보았습니다. 여러분의 자동차 관련 지식에 조금이라도 이번 글이 도움이 되셨으면 합니다.

 

 

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