토션 바

3. 장점 및 단점

토션 바는 코일 스프링에 비해 몇 가지 장점과 단점을 가진다.

'''장점'''으로는, 같은 무게에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 차량 경량화에 유리하고, 가늘고 곧은 형태로 공간 효율성이 높다. 또한, 부드러운 승차감, 내구성, 승차 높이 조절이 용이하다는 특징이 있다. 코일 스프링보다 차량 내부 공간을 적게 차지하며, 20세기 중반 모노코크 차체에 많이 사용되었다.^[1]

'''단점'''으로는, 코일 스프링과 달리 점진적인 스프링률을 제공하기 어렵다. 차고 조절은 볼트를 조정하여 할 수 있으며, 스프링률을 바꾸려면 토션 바 자체를 교체해야 한다. 종방향 토션 바는 실내 공간을 কিছুটা 차지할 수 있으며, 횡방향 토션 바는 차량 너비에 따라 길이가 제한된다.^[1]

3. 1. 장점

3. 2. 단점

4. 작동 원리

토션 바 서스펜션의 주요 장점은 바의 탄성으로 인한 부드러운 승차감, 내구성, 승차 높이의 용이한 조정, 그리고 차량 너비에 따른 작은 프로파일이다. 코일 스프링보다 차량 내부 공간을 덜 차지한다.

토션 바는 모노코크 차체가 채택되던 20세기 중반에 대량 생산되는 도로용 자동차에서 인기를 얻었다. 모노코크 차체 프레임의 응력과 금속 피로에 대한 역학이 제대로 이해되지 않던 시기에, 토션 바는 차량 설계자에게 매우 매력적이었다. 왜냐하면 토션 바는 일반적으로 벌크헤드와 같이 중앙 구조의 보강된 부분에 장착할 수 있었기 때문이다. 맥퍼슨 스트럿을 사용하여 코일 스프링으로 독립적인 전륜 서스펜션을 구현하려면 자동차 전면 구조에 강한 터렛을 제공해야 했다.

단점은 토션 바가 코일 스프링과 달리 일반적으로 점진적인 스프링률을 제공할 수 없다는 것이다. 대부분의 토션 바 시스템에서 차고 (그리고 따라서 많은 핸들링 기능)는 토션 바를 프레임 크로스 멤버에 연결하는 볼트를 간단히 조정하여 변경할 수 있다. 이 유형의 서스펜션을 갖춘 대부분의 자동차에서 다른 스프링률의 토션 바를 교체하는 것은 일반적으로 쉬운 작업이다. 종방향 토션 바는 여객실 아래로 뻗어 바닥을 높여 실내 공간을 잠식하는 반면, 횡방향 시스템에서 토션 바 길이는 차량 너비에 의해 제한된다.

일부 차량은 토션 바를 사용하여 자동 수평 조절 기능을 제공하며, 모터를 사용하여 바에 미리 응력을 가하여 하중에 더 큰 저항을 제공하고, 경우에 따라 (모터가 작동할 수 있는 속도에 따라) 도로 상태의 변화에 대응한다. 높이 조절 서스펜션은 잭의 도움 없이 나머지 바퀴가 지면에서 들어올려지도록 차량을 세 개의 바퀴로 들어올리는 휠 교체 모드를 구현하는 데 사용되었다.

5. 역사

J. G. 패리-토마스가 설계하여 1920년부터 1923년까지 생산된 레이랜드 에이트는 토션 바를 처음 사용한 차량이었다. 하지만, 1919년에 특허를 받은 후륜 서스펜션은 1966년 레이랜드에서 발행한 간행물에서 사후에 "토션 바 보조"로 명명되었다.^[1] 1923년 패리-토마스는 리프 스프링이 없는 진정한 토션 바 설계를 특허받았지만,^[3] 1927년 자동차 사고로 사망하면서 더 이상의 개발은 이루어지지 못했다. 이후 1931년에 포르쉐 GmbH가 토션바에 대한 특허를 내고 많은 디자인에 사용하면서 이 발명은 포르쉐의 것으로 여겨지는 경우가 많다.^[4][5]

1934년에 출시된 전륜구동 시트로엥 트락시옹 아방은 시리얼 생산된 차량에 이 아이디어를 처음으로 구현한 차량이었다. 이 차량은 독립적인 전방 토션 바 서스펜션과 토션 바에 의해 스프링이 장착된 유연한 트레일링 데드 액슬을 특징으로 했다. 액슬 빔의 유연성은 트위스트 빔 액슬과 같은 휠 위치 기능을 제공했다.^[6] 1930년대에는 최초의 폭스바겐 비틀의 포르쉐 프로토타입에 토션 바가 통합되었으며, 특히 횡 방향 장착 스타일이 특징이었다. 체코슬로바키아 타트라의 1948년 T600 타트라플란은 후방 토션 바 서스펜션을 사용했는데, 이는 그렇게 한 유일한 타트라였다.^[7]

이 시스템은 1934년 스웨덴 스트리드스바겐 L-60 탱크에 처음으로 군사용으로 사용되었다. 이 서스펜션은 포르쉐 직원이자 토션 바 서스펜션에 대한 개인적인 특허를 보유한 칼 라베를 포함한 독일 엔지니어에 의해 개발되었다.^[8][9][10]

1930년대에 르노, 시트로엥, 포르쉐/폭스바겐과 같은 유럽 자동차, 덜 알려진 생산 업체인 마티스 및 뢰르는 물론 1950년대 미국의 패커드에서 토션바가 광범위하게 사용되었다. 패커드는 전면과 후면에 토션 바를 사용했으며, 승차감을 개선하기 위해 전방 및 후방 시스템을 상호 연결했다. 1940년대 후반부터의 모리스 마이너와 옥스퍼드는 시트로엥과 매우 유사한 전방 토션 바 시스템을 사용했고, 라일리 RM 모델도 그랬다. 1961년에 출시된 혁신적인 재규어 E-타입은 시트로엥 및 모리스 마이너와 매우 유사한 토션 바 전방 서스펜션과 동심 스프링을 사용하는 4개의 쇼크 업소버를 가진 독립적인 코일 스프링 후방 서스펜션(코일오버)을 갖추고 있었다.

미국 자동차에서 토션 바가 초기에 적용된 사례는 1934년 허드슨과 허드슨 테라플레인 자동차에 혁신적인 전방 액슬 플렉스 서스펜션을 도입한 디트로이트의 허드슨 모터 카 컴퍼니였다. 1935년에는 자동차의 안정화를 위해 후방 액슬에 연결된 횡 방향 토션 바가 롤 방지 바로 필요하다는 것을 깨달았다. 이 단일 토션 바는 후방 액슬 뒤 차체 측면을 통해 장착된 다음 암과 링크를 통해 스프링 U-볼트 플레이트의 전면에 연결되었다. 액슬 플렉스는 1936년 모델 연도에 중단되었다.

글라디온 M. 반스와 워렌 E. 프레스턴은 1934년에 토션 바 서스펜션에 대한 미국 특허 출원을 했고, 2년 후에 승인되었다.^[11] 이 특허의 원래 특징은 현재 튜브 오버 바(TOB) 디자인이라고 불리는 것으로, 1960년대에 제한적으로 사용되었다(예: LVTP-7에 사용). 반스가 미국 육군 병기부에 고용되었음에도 불구하고 토션 바는 1943년 T70 GMC까지 미국 장갑차 설계에 사용되지 않았으며, 이 서스펜션은 GM 엔지니어 로버트 실링에 의해 Pz. III에서 파생되었다.^[12]

전후 토션 바 전방 서스펜션의 사용은 1948년 모리스 마이너를 시작으로, 더 큰 모리스 옥스퍼드 MO와 고급형 모리스 식스 MS, 그리고 후자의 두 모델의 울즐리 배지 고급 변종을 포함한 영국 모리스 자동차의 특징이었다. 이 자동차의 디자이너인 알렉 이시고니스는 트락시옹 아방의 서스펜션에서 영감을 받았지만, 모리스 자동차는 후륜구동 방식이었고 후방 액슬에 기존의 판 스프링을 사용했다. 마이너는 토션 바와 함께 레버 암 쇼크 업소버를 사용한 반면, 옥스퍼드와 식스는 혁신적인 쇼크 업소버를 사용했다. 마이너는 1972년까지 거의 변경되지 않은 상태로 생산되었고, 전방 서스펜션에 토션 바-레버 암 댐퍼 시스템을 사용한 모리스 마리나로 대체되었다. 이 시스템은 전 세계적으로 마지막으로 소개된 신차 중 하나였으며 1984년까지 생산되었다. 옥스퍼드/식스 플랫폼은 1959년 새로운 파리나 옥스퍼드가 코일 스프링, 로어 위시본 및 레버 암 댐퍼를 갖춘 전방 서스펜션을 사용하여 출시될 때까지 이시고니스의 토션 바 시스템을 사용한 여러 개정된 시리즈를 통해 개발되었다.

토션 바가 가장 유명하게 적용된 미국 승용차는 1957년 모델 연도부터 임페리얼 크라운 시리즈, 크라이슬러 윈저, 데소토 파이어돔, 닷지 코로넷 및 플리머스 벨베데레와 같은 모든 크라이슬러 제품에 사용된 크라이슬러 시스템이었다. 그러나 크라이슬러의 "토션-에어" 서스펜션은 전방 액슬에만 적용되었으며, 동일한 기본 시스템(종 방향 장착)은 K-카가 1981년에 출시될 때까지 유지되었다. 1976년 닷지 아스펜에서 소개된 재설계된 토션 바 서스펜션은 (아마도 폭스바겐 타입 3 승용차를 기반으로 한) 횡 방향 장착 토션 바를 도입하여 1989년 생산이 종료될 때까지 (크라이슬러의 M 플랫폼) 사용되었다. 일부 세대의 닷지 다코타와 듀랑고는 전방 서스펜션에 토션 바를 사용했다.

제너럴 모터스는 1960년에 경량 픽업트럭에 처음으로 토션 바를 사용하다가 1963년에 2WD 트럭의 전면에 기존의 코일 스프링을 사용하면서 단계적으로 폐지되었다. 승용차에 처음 사용된 것은 1966년으로, E 플랫폼 차량(올즈모빌 토로나도, 캐딜락 엘도라도), 4WD S-10 픽업 및 선택 사양 AWD가 장착된 아스트로 밴을 시작으로 했으며, 1988년부터는 4WD가 장착된 풀 사이즈 트럭 및 SUV(GMT400, GMT800 및 GMT900 시리즈)에 사용되었다.

포르쉐는 1948년부터 1989년 964가 출시될 때까지 356 및 911 시리즈에 4륜 토션 바 서스펜션을 사용했다. 또한 914의 전방 서스펜션뿐만 아니라 924, 944, 968의 후방 서스펜션에도 사용되었다. 혼다는 3세대 시빅과 발라드 및 1세대 CRX를 포함한 동일한 플랫폼을 기반으로 제작된 다른 변형 모델에도 전방 토션 바를 사용했다.

토션 바 서스펜션은 T-72, 레오파르트 1, 레오파르트 2, M26 퍼싱, M18 헬캣, M48 패튼, M60 패튼 그리고 M1 에이브람스와 같은 전투 차량과 전차(제2차 세계 대전의 많은 전차들이 이 서스펜션을 사용했다.)와 포드(Ford), 크라이슬러(Chrysler), GM(General Motors Corporation), 미쓰비시(Delica), 마쓰다(Mazda), 닛산(Nissan), 이스즈(Isuzu), 루아즈(LuAZ), 그리고 토요타(Toyota)의 현대식 트럭 및 SUV에 사용된다. 클래스 8 트럭 제조업체인 켄워스(Kenworth)는 1981년까지 K100C 및 W900A 모델에 토션 바 서스펜션을 제공했다. 제조업체는 일반적으로 엔진 무게를 보상하기 위해 승차 높이를 조절하기 위해 토션 바 또는 키를 변경한다.

6. 변형

독일 제2차 세계 대전 판터 전차는 이중 토션 바를 사용했다. 사용 가능한 강철 합금에서 필요한 스프링율과 최대 탄성 굽힘 각도를 얻기 위해 전차 폭보다 긴 바가 필요했기 때문에, 설계자 에른스트 레어는 바를 효과적으로 반으로 접는 현가 장치를 만들었다. 각 바퀴에 대해 하나의 막대는 현가 암에 부착되었고, 다른 막대는 차체 근처 지점에 장착되었다. 전차 반대편에서는 두 막대가 서로 연결되어 피벗에 장착되었다. 현가 암의 변위는 이중 토션 바의 양쪽 절반이 비틀리도록 했다. 타이거 전차와 판터 전차(및 기타 많은 2차 세계 대전 시대 전차 및 기타 AFV)에 사용된 토션 바 현가 장치의 단점은 선체 바닥을 통한 탈출 해치를 통합할 수 없다는 점이었다.^[13] 이는 2차 세계 대전 시대 전차의 일반적인 특징이지만, 토션 바 배열이 그러한 해치에 대한 승무원의 접근을 막았을 것이다. 그러나 판형, 코일 또는 볼류트 스프링이 없으면 종종 선체 측면의 넓은 공간이 측면 탈출 해치를 포함하도록 비워졌고, 모든 상단 해치를 열 수 없는 방식으로 전차가 뒤집히는 경우는 드물었다.

미국 M1 에이브람스,^[14] 독일 레오파르트 2, 및 중국 MBT-3000을 포함한 많은 현대 주력 전차에서 토션 바 현가 장치를 사용하지만, 러시아 T-14 아르마타와 같은 최신 전차는 조절 가능한 유압 현가 장치를 사용한다. 토션 바 현가 장치는 크기가 작고, 엄청난 하중 용량을 가지며, 상대적으로 쉽게 정비할 수 있기 때문에 전차에 이상적이지만, 단점도 있다. 토션 바의 큰 이동 거리와 높은 탄성으로 인해 전차가 움직이거나 갑자기 멈출 때 "흔들리는" 움직임이 발생한다. 이 흔들림을 보상하기 위해 포신 안정기를 사용해야 한다. 주력 전차는 자동차에 비해 엄청난 무게가 나가기 때문에 갑작스러운 충격이나 기동 시 토션 바가 부러질 위험이 훨씬 더 크며, 즉시 교체하지 않으면 현가 장치가 줄어들어 차량의 기동성에 영향을 미칠 수 있고, 극단적인 경우에는 현가 장치의 용량이 줄어들어 다른 토션 바가 부러지면서 차량이 움직이지 못하게 될 위험이 있다.

7. 기타 용도

좌우의 휠 베이스도 다르다.]]

토션 바는 혼다 CB450과 같은 일부 구형 오토바이와 1950년대의 파나르 디나 X 및 파나르 디나 Z 자동차에서 기존의 코일 밸브 스프링 대신 사용되기도 했다. 또한 DMC 드로리안 자동차의 도어 메커니즘과 일부 토요타 코롤라(E30) 모델의 트렁크 덮개에도 사용되었다.

참조

_[1] 특허
_[2] 웹사이트 Growth, Constitution, Factories, Products https://books.google[...]
_[3] 특허
_[4] 서적 The VW Beetle: A Production History of the World's Most Famous Car, 1936-1967 https://books.google[...] Penguin
_[5] 특허
_[6] 서적 Popular Mechanics - Google Books https://books.google[...] Hearst Magazines 1934-10
_[7] 웹사이트 Tatra T600 Tatraplan http://www.tatraplan[...] 2018-04-02
_[8] 웹사이트 Pz.KPFW.III Ausf.E through F: The First Mass Medium https://warspot.net/[...]
_[9] 웹사이트 Pz.KPFW.II Ausf. D-E: Unlucky Torsion Bars https://warspot.net/[...]
_[10] 특허
_[11] 특허
_[12] 간행물 The Origins of Torsion Bar Tank Suspensions https://archive.armo[...] armorama.com 2002
_[13] 웹사이트 M1 Abrams Main Battle Tank http://www.globalsec[...] 2016-01-16
_[14] 웹사이트 Main Battle Tank - Leopard 2 http://www.fprado.co[...] 2016-01-16