자동차 브랜드와 차종별 서스펜션 특성

일반적으로 자동차 서스펜션(Suspension)은 주행 중 노면으로부터 충격을 흡수해 승차감을 향상시키는 부품으로 알려져 있다. 하지만 전문가들은 서스펜션이 승차감(Riding)보다 주행안정성(Stability)에 더 많은 영향을 미치며 차의 주행특성을 좌우하는 매우 중요한 부품이라는데 입을 모은다.

서스펜션은 각종 링크와 스프링, 쇼크옵서버(댐퍼) 등 구성부품뿐 아니라, 조향시스템과 파워트레인에 이르기까지 다양한 시스템이 복잡하게 얽혀있다. 노면으로부터의 충격을 완화시켜 주는 주된 기능 외에도 조향 휠과 캠버 등을 일정하게 유지하며 타이어에서 발생하는 구동력과 제동력, 코너링포스는 물론 차체의 롤(Roll) 제어 등과도 밀접한 관련이 있다. 특히 쇼크옵서버와 스프링 등은 링크와 스프링 기구의 상하운동으로 인한 진동을 흡수해 차체 움직임을 최소화하고 빠르게 자세를 바로잡도록 도와주기 때문에 자동차제작사의 기술경쟁이 날로 뜨거워지고 있다.

일반적으로 서스펜션은 링크와 스프링 및 쇼크옵서버의 연결구조에 따라 맥퍼슨 스트럿, 더블위시본, 토션빔 액슬, 트레일링 암, 멀티링크 등 다양한 방식이 적용되고 있다. 이는 자동차시장 및 기술 트렌드, 제작사의 양산전략, 모델별 브랜드 전략에 따라 변화를 거듭하고 있다. 마케팅 조사기관인 프로스트 앤 설리번이 발표한 자료에 따르면 완성차업체들은 서스펜션 기술개발과 관련해 대부분 승차감 및 조향성능 개선에 중점을 두고 있으나 브랜드별로 추구하는 기술방향은 조금씩 차이를 보이고 있다.

자동차 제작사의 서스펜션 기술개발 우선순위

메르세데스-벤츠는 승차감을 가장 중시하면서도 생산원가 측면을 중점으로 기술개발이 이뤄지고 있다. 반면 BMW는 승차감과 조향성능 그리고 안전에 많은 관심을 기울이고 있다. 혼다는 승차감과 조향성능 외에도 양산화와 안전, 패키징, 표준화 및 모듈화 등 광범위한 기술개발에 초점을 맞추고 있다.

현대차는 승차감 개선을 가장 중시하면서 조향성능과 원가절감, 내구성 개선 등에 신경을 쓰고 있는 것으로 조사되었다. 국내 대표적인 준중형 및 중형 세단인 현대 아반떼와 쏘나타를 살펴보면, 1995년 1세대 모델 아반떼는 당시 앞 서스펜션과 뒤 서스펜션에 각각 맥퍼슨 스트럿, 듀얼링크 방식을 적용했지만 2006년부터는 서스펜션을 멀티링크 방식으로 변경했다. 2011년 이후에는 원가절감 및 상품성 개선을 위해 토션빔 액슬 방식을 적용하고 있다.

쏘나타는 1988년 앞 맥퍼슨 스트럿, 뒤 3링크 방식을 적용했고 1994년 쏘나타2 모델부터 뒤 서스펜션에 멀티링크 방식을 적용했다. 2005년 NF 쏘나타부터는 앞 서스펜션에 더블위시본을 적용하고 뒤는 멀티링크와 코일스프링을 조합했다. 2010년 이후부터는 앞 서스펜션을 또 다시 맥퍼슨 스트럿 방식으로 변경하는 등 엔진 및 파워트레인으로 인해 구조적으로 제한받는 앞 서스펜션보다는 뒤 서스펜션의 구조변화가 주를 이루고 있다.

최근에는 전통적인 서스펜션 구조에서 벗어나 자동차 제작사 특유의 특화된 서스펜션을 개발해 적용하고 있다. 서스펜션의 기구학적인 시스템에 에어 댐퍼 등 다양한 방식의 쇼크옵서버를 장착하고 전자제어시스템까지 적용하는 추세다. 앞 서스펜션뿐만 아니라 뒤 서스펜션에도 서브 프레임을 달고 구조용 접착제를 확대 적용하는 등 섀시 강성을 증가시켜 서스펜션의 조종안정성 및 주행성능을 극대화하고 있다.

멀티링크의 변형 방식인 르노의 AM링크와 재규어랜드로버의 인테그럴 링크, 쉐보레 Z 링크뿐 아니라 전자제어 방식의 에어 댐퍼 등을 적용한 포르쉐의 액티브 서스펜션 매니지먼트(PASM), 메르세데스-벤츠 액티브 바디 컨트롤(ABC), BMW 어댑티브 다이내믹 댐퍼 컨트롤(DDC), 캐딜락 및 아우디 일부 차종에 적용된 마그네틱 라이드 컨트롤(MRC), 현대기아차의 전기유압식 에어서스펜션 등이 대표적이다.

앞서 언급한대로 서스펜션은 안락한 승차감과 주행안정성을 기반으로 한 주행성능의 강화를 목적으로 하고 있지만 최근에는 배출가스 저감 및 연비향상을 위한 경량 액슬과 최적화설계, 자율주행 및 첨단운전자보조시스템(ADAS)과 관련한 첨단 서스펜션 시스템 개발 등이 새로운 화두로 떠오르고 있다.

최근에는 기존 경량화 기술 외에 알루미늄, 마그네슘 로어암을 적용한 모델이 증가하고 있다. 이는 서스펜션 관련부품 즉, 스프링 하부질량(Unsprung mass) 경량화를 통해 배출가스저감 및 연비향상은 물론 운동성능을 최적화하기 위해 중공 스프링 및 중공 안티롤 바 등을 활용하고 있다. 람보르기니는 알루미늄보다 30% 더 가벼운 탄소섬유강화플라스틱 서스펜션 암을 최초로 적용한 바 있고 아우디는 철보다 40% 가벼운 탄소섬유강화플라스틱 코일스프링을 개발해 ‘R8 e-트론’에 최초로 적용했다.

또한 플라스틱 서스펜션 관련부품의 적용사례가 확대되고 있다. 포드와 크라이슬러, 닷지, BMW, 아우디, 폭스바겐, 메르세데스-벤츠, 토요타 등은 탄소섬유강화플라스틱 스프링을 적용하고 있고 토요타와 현대기아차 등은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등 복합소재를 어퍼암, 푸시로드 등에 사용하고 있다.

서스펜션의 경량화와 더불어 주행노면 및 주행상황에 따라 차체 높이를 자동으로 조절해 주는 승차높이(Ride Height) 제어기술 또한 새로운 트렌드로 자리 잡고 있다. 승차높이 조절 제어 기술은 정차 중 스위치 조작 등을 통해 수동으로 차체 높이를 조절해 승하차 편의 및 오프로드 성능을 최적화시켜 주는 방식이다. 여기에서 한 단계 더 발전해 오프로드나 과속 방지턱 등을 통과할 때 발생하는 차량의 큰 거동을 제어해 주는 유압 스토핑 댐퍼(HSD)와 차량에 짐을 많이 실어도 내부의 기계식 펌프의 작동을 통해 항상 일정한 차고를 유지해 주는 셀프 레벨링 조절장치, 노면 상황과 차량 움직임을 각종 센서로 판단해 쇼크업서버의 감쇠력을 조절함으로써 주행상황에 맞는 진동 흡수성능을 전자적으로 제어하는 스마트 댐핑 제어시스템(SDC) 등이 일반화되고 있다. 액티브 바디 컨트롤과 마그네틱라이드, 전기유압식 에어 서스펜션 등 전자제어 서스펜션이 대표적이다.

또한 메르세데스-벤츠의 매직 바디 컨트롤, 롤스로이스 매직 카펫 라이드 등과 같이 윈드실드 상단의 카메라를 이용해 차량의 주행상태나 차량 전방의 노면상태를 실시간으로 모니터링해 미리 서스펜션의 높이나 쇼크옵서버의 감쇠력을 조절해 주는 프리스캔(또는 로드 프리뷰) 서스펜션 기술도 적용되고 있다.

김아롱

월간 <카테크> 부장