자동차의 승차감(Ride)과 조정안정성(Handling)은 가장 기본적인 자동차의 성능 중에 하나입니다. 그런데 승차감과 조정안정성은 서로 반비례하는 경향이 있습니다. 자동차 회사는 개발 과정에서 그 자동차의 특성에 맞는 승차감 및 조정안정성능의 최적의 튜닝을 하게 되며, 이는 자동차 메이커의 기술 수준이 됩니다. 따라서 이번 글에서는 우선적으로 자동차의 승차감을 결정하는 요소 및 관련시스템에 대해서 간단히 알아보겠습니다.
서스펜션 시스템 (Suspension System)
서스펜션 시스템(Suspension System)은 차량의 바디(Body)와 휠(Wheel)을 연결해 주는 시스템입니다. 따라서 앞쪽 서스펜션 시스템(Front Suspension)과 뒤쪽 서스펜션 시스템(Rear Suspension)에 의해 바디와 휠이 연결됩니다. 이들 서스펜션 시스템에 의해 바디와 휠은 주행 도로에 따른 상대 운동을 하게 되며 운전자의 승차감을 제공해 줍니다. 보통 서스펜션 시스템 설계자는 승차감을 위한 바디의 라이드 주파수(Ride Frequency)를 앞쪽 1 ~ 1.2 Hz, 뒤쪽을 1.2 ~ 1.5Hz 정도로 설계를 하게 됩니다. 여기에 맞춰 각각의 서스펜션 시스템의 부품을 설계하게 됩니다. 이후 정밀한 차량 평가 시험을 통한 튜닝을 거쳐 세밀히 조정하게 됩니다. 참고로 뒤쪽을 앞쪽보다 20% 정도 높게 설정하는데 이는 플랫라이드(Flat Ride) 성능 때문인데 예를 들어 차량이 도로 방지턱을 통과할 때 라이드 주파수를 같이 설정하면 차량의 앞쪽과 뒤쪽이 공진이 발생하는 경우가 생길 수 있으며, 이때 차량이 앞뒤로 크게 출렁이는 피칭(Pitching) 현상이 발생할 수 있습니다. 이때 운전자는 불편한 승차감을 느낄 수 있기 때문입니다.
이러한 서스펜션 시스템은 각종 암류, 링크류와 서스펜션 스프링(Suspension Spring), 쇽업소바 어셈블리(Shock-Absorber Assembly), 범프스토퍼(Bump Stopper), 암부시(Arm Bush) 등으로 구성되어 있습니다. 이러한 각각의 부품 특성값을 자동차 전체의 특성에 맞게 설계하는 것이 중요합니다.
조향 시스템 (Steering System)
서스펜션 시스템(Suspension Ssystem)과 조향 시스템(Steering Ssystem)은 서로 유기적으로 작용하여 자동차의 승차감에 작용합니다. 조향 시스템은 스티어링 휠(Steering Wheel), 스티어링 칼럼(Steering Column), 중간 샤프트 (Intermidiate Shaft) 및 스티어링 기어박스(Steering Gear Box)를 통해 서스펜션 시스템과 휠(Wheel)과 타이어에 연결되게 됩니다. 따라서 도로 상태에 의한 진동이 스티어링 휠을 통해 운전자에게 불편하게 전달될 수 있기 때문에 진동을 완벽히 차단수 있는 시스템 설계가 필요합니다. 여기에는 적절한 스티어링 지오메트리 설계, 진동 감쇠를 위한 댐퍼(Damper) 및 스티어링 시스템 마운팅(Mounting) 강성(Stiffness) 설계가 포함됩니다.
타이어 (Tire)
타이어는 자동차의 승차감을 결정하는 가장 중요한 시스템 중에 하나라고 생각합니다. 일반적으로 자동차 메이커에서 자동차를 개발할 때 개발 초기부터 타이어 업체와의 협업으로 차량에 맞는 최적의 타이어를 개발하게 됩니다. 승차감, 조정 안정성, 운전자의 안전 등 다각적인 성능을 고려해서 개발하게 됩니다. 따라서 초기 차량에 장착되어 있는 타이어는 몇 년 동안 그 차량에 맞는 최적의 조건으로 개발된 타이어로서 간혹 인도받자마자 새로운 타이어로 교환하시는 분들이 계시는 데 저는 개인적으로 비추천드립니다. 물론 차량에 더 맞는 타이어를 찾을 수는 있겠으나 쉽지 않은 일이라 생각합니다.
차체 강성 (Body Stiffness)
차체 강성(Body Stiffness) 또한 자동차 승차감에 중요한 작용을 합니다. 차체 강성은 크게 두 가지로 나뉘는데, 굽힘 강성(Bending Stiffness)과 비틀림 강성(Torsional Stiffness)으로 구분됩니다. 자동차의 굽힘 강성(Bending Stiffness)은 쉽게 설명드리면 자동차 차체의 앞과 뒤쪽의 굽힘에 대해 반발하는 힘이라 표현하면 쉽게 이해하실 것이라 생각됩니다. 자동차의 비틀림 강성은 자동차 차체의 좌우의 비틀림에 대해 반응하는 힘이라 표현하면 될 듯합니다. 고속에서 자동차가 도로를 선회하거나 도로의 포트홀(Pothole), 속도 방지턱을 통과할 때, 물론 기본적으로 서스펜션 시스템(Suspension System) 받아 주지만 차체 강성(Body Stiffness)이 받쳐주지 않으면 운전자는 불안하고 불편한 감을 느낄 수가 있습니다. 따라서 바디 강성은 승차감에 중요한 역할을 하게 됩니다.
글을 마치며
지금까지 자동차 승차감에 크게 영향을 미치는 시스템과 그 요소에 대해서 같이 알아봤습니다. 자동차의 승차감은 자동차의 기본 성능으로서 운전자가 자동차의 성능을 평가하는데 중요한 요소 중 하나입니다. 하나의 부품이 아니라 자동차의 여러 시스템 및 부품들이 상호 작용하여 승차감 개선의 역할을 해줍니다. 또한 너무 딱딱하거나 소프트한 승차감은 운전자에게 불편함과 불안감을 줄 수 있습니다. 따라서 차량 특성에 맞는 최적의 시스템 튜닝은 자동차 회사의 기술력의 하나라고 볼 수 있습니다. 여러분께 도움이 되기를 바랍니다. 감사합니다.
