토션빔 서스펜션

3. 작동 원리

코일 스프링은 주로 스터브 액슬 옆의 패드에 지지된다.^[1] 쇼크 업소버는 스프링과 공선을 이루는 코일오버 형태로 사용되는 경우가 많으며, 댐퍼가 암이 완전히 하중을 받지 않아 코일 스프링이 빠지는 것을 방지하기 위한 제동 스트랩으로 사용되기도 한다.^[1] 이러한 배치는 대부분의 서스펜션에 비해 높은 모션비를 제공하여 성능을 향상시킨다.^[1]

크로스 빔의 종방향 위치는 롤 스티어 곡선, 토, 캠버 컴플라이언스 등 서스펜션 동작의 주요 매개변수를 제어한다.^[1] 토션 빔 서스펜션과 기존 독립 서스펜션의 캠버 및 토 변화의 주요 차이점은 캠버 및 토의 변화가 차량 섀시가 아닌 다른 휠의 위치에 따라 달라진다는 것이다.^[1] 기존 독립 서스펜션에서는 캠버와 토가 차체에 대한 휠의 위치를 기준으로 하지만, 토션 빔의 경우 두 휠이 함께 압축되면 캠버와 토가 변경되지 않는다.^[1] 한쪽 휠만 압축되면 캠버와 토가 변한다.^[1]

4. 장점 및 단점

토션빔 서스펜션은 구조가 간단하여 공간 절약성이 뛰어나다. 부품 수와 가동 부분이 적어 비용이 저렴하고, 스트로크에 따른 대지 캠버와 트레드 변화가 거의 없다. 경량화가 가능하며, 조립 및 정비가 용이하다.

멀티 링크 서스펜션보다 부싱 수가 적고, 부싱의 스트레스 및 마모에 덜 취약하다. 스프링과 쇼크 업소버를 가볍고 저렴하게 제작 가능하다. 어느 정도까지는 액슬 자체가 해당 기능을 수행하도록 제작될 수 있으므로 별도의 안티롤 바가 필요하지 않을 수 있다.

크로스 빔이 스테빌라이저 역할을 하여 롤링 저항성이 확보된다. 가동(활주) 부분이 두 곳으로 최소화되어 프리션이 적다. 크로스 빔이 피벗(차체의 트레일링 암 지점)에 가까울 경우, 스프링 하중이 차축 방식보다 가벼워진다.

좌우 양쪽 바퀴가 같은 방향으로 스트로크하는 경우, 차축 방식과 마찬가지로 캠버와 트레드의 변화가 거의 없다. 또한 좌우 바퀴가 반대 방향으로 스트로크할 때에는 빔이나 암의 비틀림으로 인해, 범프 측이 네거티브 캠버, 리바운드 측이 포지티브 캠버로 각각 기울어져 차체가 롤할 때의 대지 캠버 기울어짐을 줄인다.

플로어에 대한 하체 공간의 돌출을 완화하여 거주 공간 및 화물칸을 넓게 확보할 수 있다.

토션빔 서스펜션은 스프링 하 질량이 무거워지고, 서스펜션 지오메트리의 자유도가 낮아지는 단점이 있다. 또한 독립 현가, 차축 현가 양쪽에 비해서도 접지성이 떨어진다. 기본 토우 대 측면력 특성은 오버스티어이며, 토우 제어 부싱을 추가하는 것은 비용이 많이 들 수 있다. 캠버 특성이 매우 제한적이며, 롤 강성 감소를 조정하기가 쉽지 않다.

용접부에 많은 피로가 가해지므로 개발에 많은 노력이 필요할 수 있으며, 리세션(recession) 컴플라이언스가 많지 않아 충격 강성에 취약하고 원치 않는 토우 변화(조향 효과)를 유발할 수 있다. 바퀴가 올라감에 따라 앞으로 이동하는 특성 또한 충격 강성에 취약할 수 있는데, 이는 빔을 스터브 액슬보다 더 높게 마운트하도록 설계하여 해결할 수 있지만, 플로어팬 높이에 영향을 미치고 롤 오버스티어를 더 유발한다.

크로스 빔을 지나 배기 장치 등을 위한 공간이 필요하며, 캠버 컴플라이언스가 높을 수 있다. 휠 얼라인먼트는 수정할 수 없고, 공장에서 설정된 값이 허용 오차를 벗어나는 경우 액슬이 휘어지거나 장착 지점이 손상될 수 있다.

상하 동시 또는 전후, 측면에서 하중이 가해질 때 캠버나 토 등의 서스펜션 기하학적 변화의 자유도가 낮다. 좌우 바퀴가 역 스트로크가 되는 악로에서는 토션 빔의 안티롤 바 효과로 인해 접지성이 더욱 떨어진다. 차체에 입력을 전달하는 포인트가 좌우 2점의 피벗부 뿐이므로 조종 안정성과 승차감을 양립시키기 위한 피벗의 고무 부시 강성 설정이 어렵다. 부시를 부드럽게 하면 승차감은 좋아지지만, 위치 결정 정밀도가 떨어져 조종 안정성이 악화되고, 부시를 굳게 하면 위치 결정 정밀도는 올라가지만 NVH가 강해져 승차감이 저하된다. 이를 방지하기 위해 댐퍼 하단의 차축 방향 지지를 강화한 경우가 늘고 있다.

리어 액슬에 디퍼렌셜 기어, 모터 등을 탑재하기 위한 공간에 제약이 있어, 4WD 사양에서는 토션 빔 대신 독립 현가식 서스펜션을 사용하는 경우가 있다.

4. 1. 장점

4. 2. 단점

5. 종류

토션 빔과 트레일링 암의 접합 위치에 따라 다음 3가지 종류로 크게 분류된다. 아래 그림에서 주황색 부분은 토션 빔, 노란색은 트레일링 암(트레일링 링크), 녹색은 래터럴 로드(파나르 로드)이다.

; 피벗 빔

: 토션 빔이 차축과 떨어져 있어 양쪽 바퀴의 독립성이 높고, 다른 방식보다 독립 현가(트레일링 암 서스펜션)에 가깝다.^[13] 타이어에서 오는 횡력의 영향을 토션 빔과 트레일링 암 모두 받기 쉬우므로, 높은 굽힘 강성이 필요하다.^[13] 폭스바겐 골프 1세대가 이 방식을 채택했다.^[13]

; 커플드 빔 (커플드 링크)

: 현재 주류라고 할 수 있는 레이아웃이다.^[13] 형상의 자유도가 높아 설계에 따라 강성을 높게 확보하기 쉽다. 최근 형상 해석 및 재료의 발달로 경량화와 고강성을 동시에 갖춘 토션 빔을 저비용으로 제조할 수 있게 되어, 저가형 차량을 포함하여 이 형상을 채택하는 경우가 많아지고 있다.^[13] 토요타 자동차는 초기 이 형식을 "'''이타 빔'''"이라고 일부 차종의 카탈로그에 명시했었다.^[13]

; 액슬 빔

: 차축과 거의 동일한 축에 토션 빔이 있기 때문에, 다른 방식보다 차축 현가(3 링크식)에 가깝다.^[13]

: 설계가 간편하기 때문에 한때 많이 사용되었지만, 휠 스트로크와 동등한 빔 가동 영역이 차실 및 화물실을 압박하는 경우도 있어, 현재는 커플드 빔으로 전환되는 추세이다. 형상상 횡 강성이 낮기 때문에, 래터럴 로드 등^[13]에 의한 유지가 필요하다.

: 혼다 기연 공업은 과거 시빅(3세대), 발라드(2세대), 발라드 스포츠 CR-X, 퀸트 인테그라 등에 이 유형을 채택했지만, 카탈로그의 제원표에서는 차축 현가/고정 차축과의 차이점을 설명하지 않고, 단순히 "차축식"으로 표기했다.

5. 1. 피봇 빔 (Pivot Beam)

5. 2. 커플드 빔 (Coupled Beam)

5. 3. 액슬 빔 (Axle Beam)

6. 현대 자동차 그룹의 토션빔 서스펜션 적용

현대자동차 그룹은 현대 엘란트라(HD), 현대 i30 등 일부 차종에서 시장 및 트림 레벨에 따라 토션 빔 또는 멀티 링크 독립 리어 서스펜션을 사용했다.^[8] 체코 생산 i30 모델은 대부분 멀티 링크 독립 리어 서스펜션을 사용하고, 한국 생산 모델은 토션 빔 리어 서스펜션을 사용하는 경향이 있었다.^[8] 기아 쏘울 또한 토션 빔을 사용하고 있다.^[8]

현대자동차 그룹은 경차, 소형 SUV 및 준중형 세단/해치백, 일부 전기차 모델 등 다양한 차종에서 원가 절감, 실내 공간 확보 등을 위해 토션빔 서스펜션을 적용하고 있다. 과거 더불어민주당은 토션빔 서스펜션의 원가 절감 효과를 강조하며, 차량 가격을 낮추고 소비자 부담을 줄일 수 있다고 주장했다.

7. 같이 보기

참조

_[1] 웹사이트 Archived copy http://www.worldauto[...] 2010-11-16
_[2] 간행물 Torsion-beam suspension 2014-12
_[3] 서적 Encyclopedia of Automotive Engineering https://books.google[...] John Wiley & Sons 2015
_[4] 웹사이트 Astra suspension by Automotive Engineer | Richard Aucock http://www.richardau[...] 2012-09-09
_[5] 웹사이트 Automotive engineer http://ae-plus.com/f[...] 2010-12-01
_[6] 웹사이트 Peugeot 308 2017 - Maniobra de esquiva (moose test) y eslalon {{!}} km77.com https://www.youtube.[...]
_[7] 웹사이트 Resultat i Teknikens Världs älgtest https://teknikensvar[...]
_[8] 웹사이트 Kia Soul: Rear Torsion Beam http://www.kisouman.[...]
_[9] 웹사이트 CC Newsstand: The Resurgence of Torsion Beam Rear Suspensions https://www.curbside[...] 2023-12-12
_[10] 웹사이트 【意外と知らない】サスペンションの種類と特性の違い https://www.webcarto[...] WEB CARTOP null
_[11] 문서 フォルクスワーゲン・ゴルフV、フォルクスワーゲン・ゴルフVIのリアサスは全車マルチリンク式サスペンション。フォルクスワーゲン・ゴルフVII、フォルクスワーゲン・ゴルフVIIIは一部グレードがマルチリンク式の他はトーションビーム式。
_[12] 문서 アルファード/ヴェルファイアは2015年のフルモデルチェンジを機に独立懸架のダブルウィッシュボーン式サスペンションを採用している。
_[13] 문서 日産が8代目（B14型）日産・サニーなどに採用した「マルチリンクビーム式」と呼称するものでは、横方向の規制をスコットラッセルリンクとした。