더블 위시본 식 서스펜션
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1. 개요
더블 위시본 서스펜션은 1930년대에 처음 등장하여, 상하 2개의 암과 너클로 구성된 독립 현가 방식이다. 시트로엥, 팩커드 등 초기 자동차에 적용되었으며, 스포츠카와 레이싱카에 주로 사용된다. 이 방식은 서스펜션 강성 확보가 용이하고, 캠버 각 변화를 최소화하여 접지력을 유지하는 장점이 있으나, 구조가 복잡하고 부품 수가 많아 생산 비용이 높다는 단점도 있다. 레이싱카에서는 스프링/댐퍼 유닛을 차체 내부에 탑재하는 인보드 마운트 방식을 사용하며, 푸시 로드, 풀 로드 방식 등이 있다.
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| 더블 위시본 식 서스펜션 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 독립 현가 장치 |
| 개발 시기 | 1930년대 초 |
| 구조 및 작동 원리 | |
| 구성 요소 | 어퍼 암 (상부 암) 로어 암 (하부 암) 너클 볼 조인트 스프링 댐퍼 |
| 작동 방식 | 바퀴는 너클에 연결되어 상하 운동 어퍼 암과 로어 암은 차체에 힌지 연결 암의 움직임에 따라 스프링과 댐퍼가 충격 흡수 |
| 특징 | |
| 장점 | 캠버각 및 토 변화 제어 용이 높은 강성 정밀한 핸들링 |
| 단점 | 복잡한 구조 높은 생산 비용 넓은 공간 필요 |
| 적용 분야 | |
| 자동차 | 승용차 스포츠카 레이싱카 |
| 기타 | 오토바이 항공기 |
| 변형 | |
| 짧은-긴 암 (SLA) 서스펜션 | 어퍼 암이 로어 암보다 짧은 구조 |
| 더블 볼트 조인트 (DBJ) 서스펜션 | 볼 조인트 대신 더블 볼트 조인트 사용 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 맥퍼슨 스트럿 멀티링크 서스펜션 차축 |
2. 역사
이중 위시본 서스펜션은 1930년대에 처음 등장했다. 프랑스의 자동차 제조사 시트로엥은 1934년형 로잘리와 트락시옹 아방 모델에 이를 사용하기 시작했다. 디트로이트에 위치한 팩커드 자동차 회사(Packard Motor Car Company)는 1935년부터 팩커드 원-투웨니에 이를 사용했으며,[1] 안전 기능으로 광고했다. 당시 맥퍼슨 스트럿은 여전히 항공 기술 분야에 있었으며 항공기 착륙 메커니즘에서 파생되었다. 이후 1951년, 포드는 영국 포드 콘술과 포드 제퍼와 같은 소형 생산차에 맥퍼슨 스트럿을 사용하기로 결정했다.[2] 따라서 이중 위시본은 자동차 역사 초기에 적용되었으며 맥퍼슨 스트럿과 이중 위시본 서스펜션 사이에는 유전적 관련이 없다.
이중 위시본은 전통적으로 뛰어난 동적 특성뿐만 아니라 하중 처리 능력도 갖춘 것으로 여겨져 왔으며, 따라서 자동차 역사 전체에서 스포츠카와 레이싱카에서 흔히 발견된다. 이중 위시본 서스펜션을 갖춘 자동차로는 애스턴 마틴 DB7, 마쓰다 MX-5, 혼다 어코드 3세대부터 8세대까지가 있다. 쇼트 롱 암 서스펜션은 이중 위시본 서스펜션의 한 종류로, 푸조 407, 시트로엥 C5, 그리고 마쓰다 6/아텐자의 초기 두 세대와 같은 중대형 차량의 전방 서스펜션에 매우 흔하게 사용된다.
2. 1. 개요
이중 위시본 서스펜션은 1930년대에 처음 등장했다. 프랑스의 자동차 제조사 시트로엥은 1934년형 로잘리와 트락시옹 아방 모델에 이를 사용하기 시작했다. 디트로이트에 위치한 팩커드 자동차 회사(Packard Motor Car Company)는 1935년부터 팩커드 원-투웨니에 이를 사용했으며,[1] 안전 기능으로 광고했다. 당시 맥퍼슨 스트럿은 여전히 항공 기술 분야에 있었으며 항공기 착륙 메커니즘에서 파생되었다. 이후 1951년, 포드(Ford)는 영국 포드 콘술과 포드 제퍼와 같은 소형 생산차에 맥퍼슨 스트럿을 사용하기로 결정했다.[2] 따라서 이중 위시본은 자동차 역사 초기에 적용되었으며 맥퍼슨 스트럿과 이중 위시본 서스펜션 사이에는 유전적 관련이 없다.이중 위시본은 전통적으로 뛰어난 동적 특성뿐만 아니라 하중 처리 능력도 갖춘 것으로 여겨져 왔으며, 따라서 자동차 역사 전체에서 스포츠카와 레이싱카에서 흔히 발견된다. 이중 위시본 서스펜션을 갖춘 자동차의 예로는 애스턴 마틴 DB7, 마쓰다 MX-5, 혼다 어코드 3세대부터 8세대까지가 있다. 쇼트 롱 암 서스펜션은 이중 위시본 서스펜션의 한 종류로, 푸조 407, 시트로엥 C5, 그리고 마쓰다 6/아텐자의 초기 두 세대와 같은 중대형차량의 전방 서스펜션에 매우 흔하게 사용된다.
1930년대에 강성이 높은 암(위시본)을 병용하여 횡치 리프 스프링 2단 배치의 전륜 독립 현가를 더욱 고도로 발전시킨 기술이 이중 위시본 서스펜션이다. 동 시기에 코일 스프링이나 종치 토션 바 등을 스프링으로 사용하는 수법으로 시판차에 도입되었다. 1960년대까지 특히 전륜 독립 현가의 대표적인 수법으로 융성했지만, 소형차를 위해 구조가 간이한 스트럿 방식이 보급되었기 때문에, 스포츠 모델이나 크기에 여유가 있는 고급차 등에 채용이 중심이 되었지만, 일부 SUV 등에 토션 바를 조합하는 예도 보였다[3]。
2. 2. 초기 역사
1930년대에 이중 위시본 서스펜션이 처음 등장했다. 프랑스의 자동차 제조사 시트로엥은 1934년형 로잘리와 트락시옹 아방 모델에 이를 사용하기 시작했다. 디트로이트에 위치한 팩커드 자동차 회사는 1935년부터 팩커드 원-투웨니에 이를 사용했으며,[1] 안전 기능으로 광고했다. 당시 맥퍼슨 스트럿은 여전히 항공 기술 분야에 있었으며 항공기 착륙 메커니즘에서 파생되었다. 이후 1951년, 포드는 영국 포드 콘술과 포드 제퍼와 같은 소형 생산차에 맥퍼슨 스트럿을 사용하기로 결정했다.[2] 따라서 이중 위시본은 자동차 역사 초기에 적용되었으며 맥퍼슨 스트럿과 이중 위시본 서스펜션 사이에는 유전적 관련이 없다.1930년대에 횡치 리프 스프링 2단 배치의 전륜 독립 현가가 강성이 높은 암(위시본)을 병용하여 더욱 고도로 발전했으며, 같은 시기에 코일 스프링이나 종치 토션 바 등을 스프링으로 사용하는 수법으로 시판차에 도입되었다. 1960년대까지 특히 전륜 독립 현가의 대표적인 수법으로 융성했지만, 소형차를 위해 구조가 간단한 스트럿 방식이 보급되었기 때문에, 스포츠 모델이나 크기에 여유가 있는 고급차 등에 채용이 중심이 되었지만, 일부 SUV 등에 토션 바를 조합하는 예도 보였다.[3]
2. 3. 일본
일본의 시판차에서는 1947년 토요펫 SA형의 전륜에 처음으로 채택되었다.[3]1989년 닛산 스카이라인의 프론트 서스펜션에는 변형 더블 위시본을 기반으로 한 멀티 링크 형식이 채용되었다.[4] 이는 어퍼 암·로어 암과 업라이트의 연결부가 형성하고 있던 킹핀 축 기능을 분리하여, 차축 근처에 암의 치수 제한과는 별개로 설정할 수 있도록 한 것이다.[4]
3. 구조 및 작동 원리
더블 위시본 서스펜션은 '''더블 A-암'''이라고도 불리지만, 암 자체는 A자형 또는 L자형일 수 있다. 상부 암과 하부 암, 그리고 이 사이에 너클로 구성된다. 너클에는 킹핀 또는 볼 조인트가 있어 수평, 수직 운동을 가능하게 한다.
가속 및 제동과 같은 전후 하중에 저항하기 위해 암에는 차체에 두 개의 부싱 또는 볼 조인트가 필요하다. L자형 암은 핸들링과 편안함의 더 나은 타협점을 조절할 수 있으므로 일반적으로 승용차에 선호된다.
고도 뷰에서 보면 서스펜션은 4바 링크이며, 주어진 부싱 또는 볼 조인트 위치에 대해 캠버 각도 및 기타 매개변수를 쉽게 계산할 수 있다. 다양한 부싱 또는 볼 조인트가 차량 중심선과 평행한 수평 축에 있을 필요는 없으며, 각도를 설정하면 안티 다이브 및 안티 스쿼트 지오메트리를 설정할 수 있다.
많은 레이싱카에서 스프링과 댐퍼는 차체 내부로 옮겨진다. 서스펜션은 벨크랭크를 사용하여 서스펜션의 너클 끝단에서 내부 스프링과 댐퍼로 힘을 전달한다. 휠이 올라가면 푸시 로드는 피벗 또는 피벗 시스템을 통해 내부 스프링을 압축한다. 반대 배열인 "풀 로드"는 범프 트래블 동안 로드를 당긴다. 스프링과 댐퍼를 내부에 배치하면 서스펜션의 총 질량이 증가하지만 언스프렁 질량은 감소하며, 설계자가 서스펜션을 더 공기역학적으로 만들 수 있다.
3. 1. 숏 롱 암 서스펜션 (SLA)
'''숏 롱 암 서스펜션'''('''SLA''')은 불균등 길이 더블 위시본 서스펜션이라고도 한다. 상부 암은 일반적으로 A-암이며, 하부 링크보다 짧다. 하부 링크는 A-암 또는 L-암이거나, 때로는 한 쌍의 인장/압축 암이다. 후자의 경우, 서스펜션은 멀티 링크 또는 듀얼 볼 조인트 서스펜션이라고 부를 수 있다.불균등한 암 길이로 형성된 사각 링크 메커니즘은 차량이 롤링될 때 차량의 캠버 변화를 유발하여 접지면을 평평하게 유지하는 데 도움이 되며, 차량의 궁극적인 코너링 능력을 향상시킨다. 또한 타이어 바깥쪽 가장자리의 마모를 줄여준다.
SLA는 스핀들 상부 볼 조인트가 휠 내부에 있는 쇼트 스핀들과 스핀들이 타이어 주위를 감싸고 상부 볼 조인트가 타이어 위에 위치하는 롱 스핀들로 분류할 수 있다.
4. 특성
더블 위시본 식 서스펜션은 바운드·리바운드 시 캠버 각이 거의 일정하게 유지된다는 장점이 있지만, 주로 레이싱 카에 사용되어 일반 차량보다 빠른 속도로 코너링을 할 때 롤링 문제가 발생할 수 있다.
상하 암을 완전히 같은 길이로 평행하게 만들면 차체의 롤링과 같은 각도로 타이어가 기울어진다. 이는 현대의 낮은 편평비 타이어에는 좋지 않으며, 롤 센터를 높여 롤링을 없애는 것도 좋지 않다.
따라서 로어 암을 길게, 차체 쪽 간격을 좁혀 부정장·불평행 링크로 만들면 롤링 시 타이어 기울어짐을 완화할 수 있다. 그러나 바운드·리바운드 시 캠버 각 변화가 발생하므로, 이 둘의 절충점을 찾는 것이 설계의 핵심이다.
4. 1. 장점
- 서스펜션 강성 확보가 용이하다.
- 맥퍼슨 스트럿 방식에 비해 코너링 중 굽힘 힘이 스프링/댐퍼 유닛에 가해지지 않으므로 서스펜션 스트로크가 부드럽다.
- 타이어가 상하로 움직일 때 캠버 각 변화를 최소화하여 접지면을 유지하고 타이어와 노면 사이의 마찰력(그립력) 변화가 적다.
- 서스펜션 지오메트리 설정을 자유롭게 변경하여 조종 특성 등을 임의로 바꿀 수 있다.
- 세부적인 세팅이 필요한 레이싱 카에 적합하다.
4. 2. 단점
5. 인보드 마운트
레이싱카는 투어링카 등의 시판차 기반 차량을 제외하고 전후 모두 더블 위시본식 서스펜션을 채용하는 것이 일반적이다. 특히 포뮬러 카는 타이어가 노출되어 있어, 1960년대부터 스프링/댐퍼 유닛을 차체 내부에 탑재하여 공기 역학 성능을 향상시키는 방식이 사용되었다. 이를 스프링/댐퍼의 인보드 마운트라고 하며, 그렇지 않은 것을 아웃보드 마운트라고 한다.
인보드 마운트 방식에서는 업라이트의 움직임을 스프링/댐퍼에 전달하는 기구가 필요하며, 주로 프런트 노즈 내부나 리어의 미션 케이스 주위에 배치된다. 암이나 로드의 재질은 과거 금속제에서 현재는 가벼운 탄소 섬유제로 변화하였고, 공기 저항을 줄이기 위해 익형 단면 형상으로 제작되기도 한다. 로드(연결봉)는 굽힘 응력이 작용하지 않으며, 벨 크랭크를 통해 로드의 밀고 당김을 스프링 동작 방향으로 변환한다. 로드식에는 푸시 로드와 풀 로드 두 가지 방식이 있다.[4]
5. 1. 종류
'''로킹 암 (rocking arm)'''어퍼 암 또는 로어 암의 중간을 섀시 측에서 지지하여 지레로 삼고, 한쪽 끝의 업라이트의 움직임을 다른 쪽 끝의 스프링/댐퍼로 전달한다. 암에 굽힘 하중이 걸리므로 강성을 확보하기 위해 형상 및 중량에 제약이 있다.
'''푸시 로드 (push rod)'''
로드가 섀시 상부에서 업라이트 하부로 향해 아래쪽으로 각도를 가지고 장착되어 있으며, 정면에서 보면 "Λ자"형으로 보인다. 타이어가 범프(노면 돌기)에 올라타면 로드가 밀려, 스프링/댐퍼 유닛을 수축시킨다.
'''풀 로드 (pull rod)'''
로드가 섀시 하부에서 업라이트 상부로 향해 상반각을 가지고 설치되어 있으며, 정면에서 보면 "역 '八'자"형으로 보인다. 타이어가 범프에 올라타면 로드가 당겨져 스프링/댐퍼 유닛을 수축시킨다.
푸시 로드식은 압축 방향의 힘으로 좌굴되지 않도록 로드가 굵어진다. 풀 로드식이 로드를 가늘게 설계할 수 있어, 중량이나 공기 저항 측면에서 장점이 있다. 다만, 탑재 공간의 자유도나 유지 보수 측면에서는 푸시 로드식이 더 합리적이다.
F1에서는 1970년대까지 로킹 암이 주류였지만, 다운포스가 커짐에 따라 위의 제약 때문에 쇠퇴했다. 1980년대는 푸시/풀 두 가지 타입이 혼재했지만, 1990년대 이후에는 전후 모두 푸시 로드식이 정착되었다. 2010년대에 들어와 차체 후부의 공력 성능을 높이기 위해, 리어 서스펜션의 풀 로드화가 유행했다. 사이드 폰툰부에서의 윙카 구조 등을 규정한 2022년, 레드불 RB18이 전 풀 로드・후 푸시 로드와 2009년 이후 자팀이 채용하여 주류로 한 배치를 정반대로 한 차량을 개발하여 더블 타이틀을 획득했다.
포뮬러 카 외에도 경기용이나 시판용 스포츠카 등에서, 비선형 특성을 얻는 등의 목적으로 인보드 마운트가 사용되는 경우가 있다.
5. 2. F1에서의 발전
F1에서는 1970년대까지 로킹 암이 주류였지만, 다운포스가 커짐에 따라 쇠퇴했다. 1980년대에는 푸시 로드 방식과 풀 로드 방식 두 가지 타입이 혼재했지만, 1990년대 이후에는 전후 모두 푸시 로드 방식이 정착되었다. 2010년대에 들어와 차체 후부의 공력 성능을 높이기 위해, 리어 서스펜션의 풀 로드화가 유행했다. 2022년, 사이드 폰툰부에서의 윙카 구조 등을 규정하면서 레드불 RB18은 전륜 풀 로드, 후륜 푸시 로드 방식으로 2009년 이후 자팀이 채용하여 주류로 한 배치를 정반대로 한 차량을 개발하여 더블 타이틀을 획득했다.참조
[1]
서적
GP企画センター
[2]
웹사이트
ダブルウィッシュボーン式サスペンション
http://www.carsensor[...]
カーセンサー
2016-05-13
[3]
문서
三菱・デリカスターワゴン、デリカスペースギア、三菱・パジェロ|パジェロなど
[4]
서적
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