▶ 독립식 서스펜션

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좌우의 차륜이 각각 독립하여 상하 움직일 수 있는 구조이며, 주로 승용차계에 널리 채용되고 있고 아래와 같은 이점을 갖는다.

  • 좌우륜을 연결하는 차축이 없기 때문에 엔진 위치나 트렁크 플로어를 낮게 할 수 있다.
  • 차륜이 상하로 움직일 때의 얼라이먼트 변화의 설정 자유도가 크다.
  • 스프링 아래가 경량이고 접지성이 우수하다.

이 방식은 더욱이 스윙 암식, 더블 위시본식, 맥퍼슨식으로 대별할 수 있다.

1) 스윙 암식

좌우의 액슬은 1개의 A형 암에 고정되고, 이 A형 암의 타단 2곳을 차체에 부착하여 차륜을 요동시키는 방식이다.

독립식 중에서는 가장 구조가 간단하고, 요동축의 선택 방법에 의해 차륜 상하 운동시의 토 각, 캠버 각, 롤 센터 높이 변화 등을 조정할 수 있지만, 서로 독립된 조정을 하는 것은 어렵다.

이 방법은 리딩 암식, 트레일링 암식, 스윙 액슬 식, 더블 트레일링 암식의 4종으로 세분할 수 있다.

a. 리딩 암식

요동축이 차륜의 후방에 배치되는 형식 이다.

그림 7-11에 구조 예를 나타낸다.

리딩 암식에서는 브레이크 토크에 의해 차체의 리프트를 발생시키기 쉽기 때문에, 상기 예에서는 브레이크를 인 보드식으로 하는 것으로 이것을 억제하여 승차감의 악화를 방지하고 있으며 부수 효과로서 액슬 주변의 레이아웃 자유도도 증가시키고 있다.

더욱이, 이 차량에 있어서는 전후의 서스펜션에서 현가 스프링을 공용하고 있는 것(전후 관련 현가)이 큰 특징이다.

 

b. 트레일링 암 식

요동축이 차륜의 전방에 배치되어 있는 것으로 일반적으로 구조가 간단하고 공간을 축소시킬 수 있기 때문에 소형차에 널리 사용되고 있다. 이 방식은 요동축의 배치 각도에 의해 다시 풀 트레일링식, 세미 트레일링식, 토션 빔식으로 세분된다.
 

a) 풀 트레일링 식

요동축이 차체 중심선에 대해 직교하는 방식으로, 트레드 변화, 대 차체에 대한 캠버, 토 각 변화가 없지만, 횡강성이 낮고 롤 센터가 낮게 되며, 대지 캠버가 차체의 롤 방향에 붙기 때문에 코너링 한계가 낮게 된다고 하는 결점을 갖는다.그림 7-12에 구조 예를 나타낸다.

 

b)세미 트레일링 식

풀 트레일링식과 스윙 액슬식의 중간적 존재로 요동축이 차체 중심선에 대하여 경사지게 교차하는 방식이고, 승용차의 리어 서스펜션에 많이 사용되어 왔다 (그림 7-l3).

암의 요동축이 각도를 변화시키는 것으로서 트레드 캠버, 토 각, 롤 센터 높이 변화를 조정할 수 있지만, 독립적으로 튜닝하는 것은 어렵다.

그래서, 그림 7-14, 7-15에 표시한 바와 같이 보조 링크를 추가하여 횡력, 전후력에 대한 컴플라이언스 스티어의 적합성화나 롤 센터 높은 안티 스쿼트의 독립 제어를 도모한 예도 있다.


 

c)토션 빔 식

좌우의 트레일링 암을 크로스 빔이라 부르는 1개의 부재로 결합한 것이고, 차체의 롤에 의해 서스펜션 부재가 비틀어진다.

따라서 스태빌라이저의 효과도 갖지만, 적절한 롤 강성을 얻기 위하여 별도의 스태빌라이저를 부착하는 경우도 있다.

이 방식은 크로스 빔의 배치에 의해 다시, 액슬 빔식, 피벗 빔식, 커틀드 빔식의 3종으로 세분될 수 있다.(그림 7-16)

· 액슬 빔 식

액슬 빔 식에 있어서는 빔은 롤 시에 비틀림을 수반하기 때문에 통상 개방 단면으로 되고, 트레일링 암은 위에 기술한 것에 덧붙여 브레이크 토크도 분담하기 위하여 비틀리기 쉽고 또한 면내력을 가지기 쉬운 평판으로 하는 경우가 많다.

따라서 횡 강성이 부족하기 때문에 크로스 빔에 래터럴 로드가 부가된다(그림 7-17).

· 피벗 빔 식

피벗 빔 식은 평면도에서 ㄷ자형의 부재에 타이어가 부착되는 구조로서, 횡 강성을 높이기 위하여 트레일링 암의 굽힘 강성과 크로스 빔의 굽힘 강성 양자의 결합 강성을 높이는 것이 요구된다.

역으로 롤 시에는 크로스 빔이 비틀어지기 때문에 이들의 2가지 조건을 만족하기 위한 단면 형상에 대한 연구가 필요하다.

그림 7-18의 예에서는 단면 형상을 L자형으로 하고 있다.

· 커플드 빔 식

커플드 빔 식은 액슬 빔식과 피벗 빔식의 중간적인 존재로 "코펠랭켈악쎄"라고도 불려진다.이 방식은 바운스시의 움직임은 풀 트레일링식과 동일하지만, 롤 시에는 세미 트레일링식의 궤적을 취하기 때문에 쌍방의 이점을 합한 형식이라 할 수 있다.

그림 7-19에 구조 예를 나타낸다.

 c. 스윙 액슬 식

요동축을 차체 중심선에 대하여 평행하게 배치하는 것으로, 일반적으로 롤 센터 높이가 높고 따라서 롤도 작지만, 횡방향 가속도가 크게 되면 잭업 현상을 초래하기 쉽고 리버스 스티어 특성으로 되기 쉽다.

그림 7-20은 프런트 서스펜션에 사용한 예이고 암의 요동축이 차체 중심 근처에 존재하기 때문에 스티어링의 형식을 센터 테이크 오프식 래크&퍼니언 타입으로서 바운스시의 토 각 변화를 억제하고 있다.

 

d. 더블 트레일링 암식

이 방식은 트레일링 암식을 전륜에 사용할 때의 결점인 스트로크에 의한 과대한 캐스터 각 변화를 억제하기 위하여 트레일링 암을 상하에 배치한 것이다.

그림 7-21에서는 주거 공간을 최대한 확대하기 위하여 요동축을 가능한 한 전방에 배치하고 있고 캐스터 각 변화의 억제에 더하여 브레이크시의 노즈 다이브도 억제하고 있지만, 반면, 횡 강성의 확보 가 어렵다.

2) 위시본식 (더블 위시본 식)

소형 상용차의 전륜, 스페셜리티, 스포츠계의 승용차에 넓게 채용되고 있고, 근년의 고급화, 고 성능화에 따라 채용하는 차종은 증가 경향에 있다.

더블 위시본식이란 본래 상하 2개의 삼각형 암과 1개의 링크로 구성되는 형식을 말하지만, 근년에는 상하 한쌍의 컨트를 암 또는 링크를 갖고 캠버 각 변화 등이 비교적 독립적으로 제어될 수 있는 서스펜션 형식의 것을 더블 위시본식이라 부르고 있다.

따라서 소위 멀티 링크도 이것에 포함된다.

그래서 다음에서 구별을 위해 두개의 삼각형 암과 한개의 링크로 구성되는 형식을 컨벤셔널 위시본식이라 부른다.

더블 위시본식은 일반적으로 다른 것에 비해 구조가 복잡하고 또한 고가이며 차체측이 무겁게 된다는 단점을 가지고 있지만, 캠버 각 변화, 토 각 변화를 센타 높이 변화 등의 선택 자유도가 높고 낮은 보닛화, 저 마찰화가 실현하기 쉽다는 이점을 가지고 있다.

더욱이 컴플라이언스 등을 최적의 상태로 설정 하고, 조종 안정성 , 숭차감을 최대한으로 응합시킬 수 있는 가능성을 가지고 있다.

이하에 그 구조 예에 대하여 기술한다.

a. 컨벤썬널 위시본식

앞에서 기술한 바와 같이 두개의 삼각형 암과 한 개의 링크로 구성되는 예를 그림 7-22에 나타낸다.

그림 7-23에서는 휠 센터 오프셋을 획기적으로 단축하여 킥백 수응감의 향상을 도모하기 위하여 로어 암의 아웃 피벗 높이를 휠 센타에 근접하게 하고 더욱이 캠버 강성을 유지하기 위하여 어퍼 암을 타이어 상방에 배치시키고 있다.

그림 7-24에서는 상기 목적에 더하여 엔진 룸이 비교적 폭 넓은 전륜 구동차에 채용하기 위하여 짧은 어퍼 암을 타이어 상방에 배치하여 과도한 캠버 변화를 억제하고 있다.

전륜에 있어서 범프시의 캐스터 각을 크게 하여 선회 외륜의 캠버 각을 보다 네가티브하게 하는 것을 목표로 하고, 또, 다이브하면 더욱 더 안티 다이브를 강하게 하는 것을 목표로 하며 어퍼 암의 요동축을 3차원적으로 경사지게 한 예도 있다.

b. 멀티 링크식

2개의 삼각형 암으로 부터 탈각하여 이것을 복수의 링크로 치환한 것, 링크를 추가한 것 등 다수가 고안되어 있다. 이들은 얼라인먼트 설계의 자유도를 향상시키거나 전륜, 후륜에 관련되지 않고 킹핀 축을 가상의 것으로 하여 잡는 것에 의해, 제동 구동 횡력 등에 의한 얼라인먼트 변화를 최적으로 하는 것을 목적으로 하고 있다.

대표적인 예를 그림 7-25∼7-31에 나타낸다.

그림 7-25는 후륜을 5개의 링크로 구성한 예이다.

그림 7-26, 7-28, 7-29는 기구학적으로는 앞에 서 기술한 5개의 링크 중의 2개의 링크를 1개의 암으로 치환한 것으로 생각된다.

그림 7-27은 2개의 링크 중간을 1개의 링크로 연결하고 안티 스쿼트나 안리 다이브를 제어하고 있다.

그림 7-30은 바이잣하 액슬이라 부르는 것으로 로어 트레일링 암을 러버 부시와 짧은 암, 핀을 거쳐 차체에 부착하고, 로어 래터럴 링크를 전후 방향으로 휨이 가능한 구조로 한 것이다.

이것은 후륜의 토 각 변화의 순간 중심을 타이어 중심의 외측에 위치시키는 것에 의해 파워 오프, 제동시에 토 각을 안쪽 방향으로 변화시키는 것을 꾀하고 있다.

그림 7-31의 예에서는 전륜에 서드 링크라 불리는 링크를 추가하는 것으로 킹핀 옵셋의 축소와 과도한 캠버 변화의 억제를 실현하고 있다. 더욱이 댐퍼와 코일 스프링을 이 서드 링크에 부착하는 것으로써 상하 하중을 효율적으로 분담케 하고, 또 차폭 방향으로 컴팩트한 레이아웃이 되도록 하고 있다.

3) 맥퍼슨 식

댐퍼의 굽힘 강성을 높게 하여 암의 역할을 하게 한 것으로 기구학적으로는 더블 위시본식의 어퍼 암을 상방에 위치시켜 그 암 길이를 무한하게 한 것에 등가로 된다.

따라서 위시본식에 비하여 어퍼 암의 설계 자유도가 없게 된 것만큼 얼라인먼트 설정의 자유도는 적다.

구조 부재가 적다는 것으로 경량 저가가 달성될수 있고, 또한 댐퍼의 차체측 부착점이 높기 때문에 캠버 각, 캐스터 각의 흐트러짐 등도 적게 되며 타이어 회전 방향의 강성도 높게 취해진다.

따라서 양산차에 적합하여 상당히 넓게 채용되고 있지만, 반면 상하 마찰이 높으며 승차감을 저해한다. 또, 전륜에 사용한 경우 보닛이 높게 된다는 결점도 있다.

상하 마찰을 낮게 하기 위하여 코일 스프링의 축을 댐퍼축에 대해 경사시킨 레이아웃으로 하여 댐퍼 선단의 횡력을 감소시키는 방법이 대부분의 차에 채용되고 있다.

이하에 로어 암의 배리에이션을 주로 맥퍼슨식 서스펜션의 구조 예를 나타낸다(그림 7-32∼7-37).

그림 7-33에서는 조향 바퀴의 로어 암을 2개의 링크로 분할하여 그 각각을 액슬에 부착하고, 킹핀 축을 가상 축으로 하는 것에 의해 킹핀 옵셋을 줄이고 또한 조향시의 얼라인먼트를 제어하고 있다.