토션빔 서스펜션

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1. 개요2. 상세


Torsion Beam Axle suspension

1. 개요[편집]

일체식 현가장치의 한 종류. 좌우 차륜의 트레일링 암(스윙 암)이 비틀림 탄성 즉 토션을 가진 토션빔에 의하여 연결된 구조이다.

2. 상세[편집]

토션빔은 양쪽의 트레일링 암과 이에 연결된 차체와 4각박스 형태를 구성하여 빔(beam), 즉 하중을 지지하는 보의 역할을 한다. 빔은 서스펜션의 형상을 유지하는 데 필요한 구조강도와 강성을 제공하고 각 차륜을 현가시키려 트레일링암에 스프링과 댐퍼가 장착된다. 빔 서스펜션이 아닌 토션빔 서스펜션이인 이유는 좌우 차륜이 빔의 비틀림, 즉 토션에 의하여 탄성 연결 되기 때문이다.

일체식의 특성과 독립형의 특성을 둘 다 가진다. 토션빔의 위치와 형상 그리고 탄성에 따라 어느 쪽의 특성이 더 강한지가 결정된다. 세팅에 따라 독립식의 특성을 강하게 할 수 있지만 일체식 현가장치의 특성이 더 두드러진다.

독립식은 스테빌라이져가 반드시 필요하지 않으며 상황에 따라 추가하는 정도이다. 반면 토션빔 서스펜션은 토션빔을 삭제하여 좌우 차륜의 움직임을 독립시키더라도 서스펜션의 기능을 아예 상실하진 않는다. 그러나 토션빔을 제거하면 단순한 트레일링 암 서스펜션이 된다. 트레일링 암 서스펜션은 오토바이 후륜에서 많이 볼 수 있는 방식이다.

흔히들 토션 바 서스펜션(Torsion Bar Suspension)과 혼동하기도 한다. 기계공학에서 보(beam)과 봉(bar)의 정의와 역할은 서로 다르다. 토션 바는 bar, 즉 봉이 비틀림탄성을 통해 스프링의 역할을 한다. 2차 대전 전에 프랑스의 자동차 기업인 시트로엥사에서 트락시옹 아방(Citroën Traction Avant)에 최초 사용되어 토션바라는 스프링을 사용했다. 트락시옹 아방의 토션바는 더블위시본 서스펜션의 로워암(Lower arm)에 연결되었다. 2차대전 중 전차에서 쓰이기도 했다. 트락시옹 아방의 토션바를 응용하여 트레일링암에 토션바 스프링을 축으로서 결합한 것이다. 우리가 부르는 토션 바 서스펜션는 주로 전차에 쓰인다. 즉, 이 항목이 다루는 토션빔 서스펜션과는 구조와 역할이 매우 다르다. 만약, 토션빔 서스펜션이라 할지라도 코일스프링이 아닌 토션바 스프링을 장착한 상태라면, 토션바 서스펜션에 포함된다. 정확히 하자면 토션바 스프링이 장착된 토션빔 서스펜션이 된다.

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토션바 스프링. 그냥 철봉이 아니라 꽈배기처럼 꼬였다가 풀렸다가 하면서 스프링 역할을 한다.

토션빔 서스펜션은 소형 세단이나 트럭 등에서도 많이 쓰인다. 90년대 초반 혼다전륜구동 스포츠카에 포르쉐는 무려 앞뒤 모두 토션빔 스프링 장착형 서스펜션이 쓰이기도 했다. 그러나 토션빔 서스펜션과는 다른 방식이다.

토션빔 서스펜션의 다른 명칭은 트위스트 빔 리어서스펜션(Twist-beam rear suspension)이다. 즉, 후륜용이다.

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토션바 서스펜션(승용차용)의 예

좌우 축은 기본적으로 차대에 독립적으로 연결되며, 두 축 사이에 토션 빔이 들어간 구조다. 두 차축 간에 연결된 사이의 토션 빔은 용접 등으로 차축과 일체화 된다. 스테빌라이저의 역할을 수행하지만 독립식 현가장치의 스테빌라이저처럼 조립/분리가 자유롭지도 않다. 공장에서 생산할 때부터 토션빔 서스펜션의 트레일링암(스윙암)과 토션빔은 용접이나 프레스가공으로 완전 결합된 상태로 생산된다.

싸고, 가볍고 공간을 덜 차지한다. 롤링에도 강하다. 토션 빔이 탄성을 가지므로, 스테빌라이저바 없는 독립현가장치에 비해서 유리하기 때문이다. 따라서 기존의 토션빔 액슬을 개선한 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)의 사용이 소형차를 중심으로 늘어나는 추세이다. 구조가 간단하고 부품 숫자도 적으며 공간을 적게 차지한다. 토션 빔 덕분에 후륜에 적용하면 후방추돌 시 안전성도 개선된다.

롤링이 적지만 코너링이 확연히 개선되진 않는다. 코너에서 횡력에 버티는 한계값도 더블 위시본 서스펜션, 멀티링크 서스펜션 맥퍼슨 스트럿 서스펜션 등 다른 방식에 비해 적으며, 한계를 지나쳤을 때 거동도 급격히 변한다. 최근 많이 도입된 CTBA도 마찬가지이다. 부시-스트럿 구조에 의존하는 다른 서스펜션들과는 달리 형상 특성이 안 좋아서 선회 시 후륜이 바깥쪽으로 비틀리는 현상, 즉 토-아웃이 되면서 오버스티어를 발생시키는 경향이 있다.

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다만 원리적인 취약점들은 보완기술들이 적용되면서 완화되는 추세다. 개선을 위해 토션빔의 형상을 최적화하거나 Z-link나 제3의 댐퍼를 이용하거나 부싱같은 등에 입체적인 튜닝이 가해지고 있다. 원가 상승도 크지 않아 적용이 간단하다고.

얼라인먼트 조절 자유도가 떨어진다. 얼라인먼트가 잘 틀어지지는 않으나 틀어졌다면 토션빔이 영구적으로 휘었다는 뜻이므로 부품을 통채로 교체해야 한다.

성능보다 가격이 중요한 경차~준중형 전륜구동 승용차에는 대부분 이 방식이 적용된다. 국산차수입차 모두. 폭스바겐 골프, 현대 i30 2세대 북미 및 한국형, 현대 아반떼(MD, AD), 쉐보레 크루즈, 르노삼성 SM3, 토요타 코롤라, 혼다 시빅, 기아 포르테, 기아 K3 등등. 2000년대 이후로는 중형차 이상의 차급에서 승차감이나 로드홀딩의 문제로 찾아보기 어렵다. 그러나 프랑스르노는 토션빔을 상위 차급에도 적용한다. 르노삼성 SM6으로 한국에 출시된 중형차인 르노 탈리스만 2세대가 그렇다. 성능이나 승차감은 독립식 방식에 비해 떨어지지만, 포장 도로 위에서 큰 차이를 보일 정도는 아니다. 이러다가 갑자기 광속방지턱 만나면 뒷자리 앉은 사람 날라간다