스트럿 서스펜션

스트럿 서스펜션(strut suspension)

스트럿 서스펜션(strut suspension)은 전륜구동 자동차의 전륜 서스펜션에 주로 사용하는 서스펜션이다. 최초 개발자인 미국 얼 맥퍼슨(Earl MacPherson)의 이름을 따서 맥퍼슨 스트럿 서스펜션(MacPherson Strut Suspension)이라고도 한다. 스트럿 서스펜션은 상대적으로 적은 부품들로 구성되기 때문에 제작과 정비 면에서 장점이 많아 널리 사용된다. 맥퍼슨 스트럿 서스펜션의 장점은 어퍼암이 없어 실내 공간 확보가 수월하고 정비가 쉽다는 것이다. 하지만 코너링 시에 힘을 많이 받는 스트럿 축이 변형될 수 있고 댐퍼의 움직임이 제한적이라는 단점이 있다.

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역사

스트럿 서스펜션의 원형은 1940년대 미국의 자동차 기술자 얼 맥퍼슨(Earl MacPherson, 1891~1960)에 의해 고안되었다. 맥퍼슨은 이 간단한 서스펜션을 고안할 당시 제너럴모터스(GM)에서 일하고 있었지만, 제너럴모터스에서는 이미 실적이 있는 더블위시본 방식의 독립 현가장치를 신뢰하여 맥퍼슨의 제안을 고려하지 않았다. 제너럴모터스의 냉담함에 불만을 품은 맥퍼슨은 제너럴모터스를 떠나 경쟁 메이커인 포드(Ford)에 이 아이디어를 가지고 왔다. 포드도 이 새로운 방식의 서스펜션을 미국 본국의 대형차에 사용하는 것에 주저했지만, 컴팩트한 구조가 소형차에 적절하다고 판단하여 자회사인 영국의 브리티시 포드의 신형 차량에 스트럿 서스펜션을 도입하기로 했다. 모던하고 기능적인 플래시 사이드 바디와 신형 엔진에 더해, 전륜 독립 현가장치로 스트럿 서스펜션을 채용한 브리티시 포드의 1500 cc 살롱 '콘설(Consul/MK1)'이 발표된 것은 1950년이다. 보수성이 강한 영국제 살롱 중에서는 혁명적이었던 콘설의 메커니즘 중에서도 간결하고 컴팩트한 전륜 독립 현가는 위시본 방식의 독립 현가장치가 다수를 차지하고 있던 1950년대 초의 자동차계에 큰 임팩트를 주었다. 이 방식은 이윽고 유럽의 다른 메이커에도 소형차를 중심으로 퍼져 갔다. 1960년대 이후 횡치 엔진 방식의 전륜구동 차량이 각국에서 개발되기 시작하자, 공간을 절약할 수 있는 스트럿 방식의 독립 현가장치의 보급에도 박차가 걸렸다. 전륜구동 방식이 승용차의 주류 구동 방식인 오늘날에는 특별한 이유가 없는 한 많은 중형 이하의 승용차가 프런트 서스펜션에 스트럿 서스펜션을 채용하고 있다.

구조

스트럿은 쓰러지지 아니하도록 버티어 괴는 기둥, 지주를 뜻하는 것으로 서스펜션의 기본적인 구조는 스프링과 함께 쇼크업소버를 기둥으로 하여 상단을 차체에, 하단을 허브 캐리어나 로어암 끝에 장착한 구조이다. 스트럿을 중심으로 스프링과 댐퍼가 장착되어 있으며, 스트럿의 상단은 스트럿 마운트를 통해서 차체와 고정된다. 스트럿 마운트는 바퀴에서 차체로 전달되는 충격과 진동을 줄이기 위해 단단한 고무 재질의 완충재를 포함하고 있어서 스트럿이 전혀 움직일 수 없도록 차체에 완전히 고정시키는 것은 아니고 스트럿과 차체 사이의 약간의 움직임을 허용한다. 바퀴가 위, 아래 움직임에 따라 서스펜션 암이 위, 아래로 이동하고 이에 따라 스프링과 댐퍼가 압축과 신장을 하면서 서스펜션으로서의 동작을 하게 되는 것이다. 이렇듯 코일스프링과 쇼크업소버에 의해 완충 및 상하운동으로 충격을 흡수하는 원리이나, 주로 앞 차축에 사용되므로 조향을 위해 축이 회전 가능해야 한다. 따라서 스티어링 너클을 스트럿과 일체화하고 스트럿 상단에 베어링을, 하단에 볼 조인트를 설치한다. 그리고 이 양 끝을 잇는 킹핀축을 중심으로 설치된 스트럿 전체가 바퀴를 장착하는 액슬 하우징을 조향 방향에 맞게 회전시킨다.

특징

장점

스트럿 서스펜션의 가장 큰 장점은 바로 간단한 구조에 있다. 멀티링크 서스펜션의 구조와 비교하면 상대적으로 스트럿 서스펜션의 구조가 간단하고 부품수가 적다. 구조가 단순하기 때문에 대량생산이 용이하여 가격이 저렴하고, 더블암을 가진 형태의 서스펜션들에 비해 가볍다. 게다가 간단한 구조 덕분에 허브 캐리어와 서스펜션 암 사이에 넓은 빈 공간이 생겨 조향과 구동을 위한 부품을 설치하기 용이하다는 장점이 있다. 이러한 이유로 앞바퀴가 조향과 구동을 모두 담당해야 하는 전륜구동 차량과 스트럿 서스펜션이 훌륭한 조합으로 작용한다. 스트럿 서스펜션의 또다른 장점은 엔진룸의 공간확보가 유리하다는 것이다. 스트럿이 수직에 가깝게 설치되기 때문에 차량을 앞쪽에서 봤을 때 차지하는 폭이 작은데다 서스펜션 암도 아래쪽에 한 개만을 사용하기 때문에 엔진룸의 다른 부품과의 간섭도 다른 형식에 비해 훨씬 적게 된다. 스트럿 서스펜션의 경우 스트럿 마운트가 엔진룸의 가장자리쪽에 위치하기 때문에 보다 많은 공간을 엔진을 위해 확보할 수 있는 반면 더블위시본 서스펜션의 경우 서스펜션 설치를 위한 구조물이 엔진룸의 안쪽까지 많은 공간을 차지한다. 이러한 이유로 더블위시본이나 멀티링크 서스펜션은 주로 세로 배치 엔진을 가진 차량에 적용되지만, 스트럿 서스펜션의 경우 엔진의 가로 및 세로 배치에 모두 적용하기 용이한 장점이 있다.

단점

스트럿 서스펜션의 가장 큰 단점으로는 바퀴의 위 아래 움직임에 따른 캠버각 변화를 들 수 있다. 캠버각은 차량의 앞쪽에서 타이어를 봤을 때 지면에 수직한 축과 타이어 면과 평행한 축이 이루는 각을 말한다. 스트럿 서스펜션의 경우 고정된 스트럿과 1개의 서스펜션 암 만으로 바퀴의 위/아래 움직임을 만들어내기 때문에 바퀴의 위/아래 움직임이 발생하면 캠버각의 변화는 필연적이게 된다. 반면에 더블위시본이나 멀티링크 서스펜션의 경우는 일정 범위의 위/아래 움직임 내에서는 캠버각이 거의 변화하지 않도록 설계하거나 캠버각이 변하더라도 바퀴의 위/아래 움직임에 따라 플러스(+) 방향으로 변할지 마이너스(-) 방향으로 변할지를 설계자의 의도대로 조절할 수 있는 장점이 있다. 복잡한 구조를 감수하는 대신 서스펜션 튜닝상의 자유도를 얻은 것이다. 서스펜션의 상하 움직임에 의해 캠버각의 변화가 발생하면 타이어의 일부가 노면에서 떨어지면서 접지력의 저하가 발생한다. 특히 커브를 돌아나갈 때 무게가 한쪽으로 쏠리면서 커브에 진입하기 전에 비해 바깥쪽 바퀴의 서스펜션은 좀 더 눌리고 안쪽 바퀴의 서스펜션은 상대적으로 덜 눌리게 되는데 이 때 캠버각의 변화가 발생하여 접지력이 줄어 든다면, 빠른 속도로 커브를 돌아나갈 수 없게 된다. 때로는 스트럿에 걸리는 스트레스가 강하여 형태가 변형되기도 한다. 이러한 변형 때문에 서스펜션 움직임이 부드럽지 않아 주행성능을 중시하는 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz), 비엠더블유(BMW), 아우디(Audi), 인피니티(Infiniti), 렉서스(Lexus) 등의 브랜드들은 맥퍼슨 스트럿 대신에 멀티링크나 더블위시본 서스펜션을 적극적으로 채용하고 있다. 물론 예외도 있는데 포르쉐 911이나 비엠더블유 M3는 주행성을 매우 중요시 하면서도 앞바퀴에 스트럿 서스펜션을 적용했다. 스트럿 서스펜션의 또 다른 단점은 서스펜션이 수직방향으로 긴 구조를 가지기 때문에 엔진후드의 높이를 낮추기 힘들다는 점이다. 일상적인 용도의 차량에는 문제가 되지 않지만 차를 최대한 지면에 달라붙게 해서 무게중심을 낮춰야 하는 경주용차에는 채택하기 어려운 구조다. 또 다른 단점은 다른 형식의 서스펜션들은 바퀴의 위/아래 움직임을 허용하는 부분과 스프링이 부착되는 부분이 나뉘어져 있어 바퀴로 부터의 충격이 차체에 골고루 나눠 지지만 스트럿 서스펜션은 스프링과 바퀴의 위/아래 움직임을 허용하는 부분이 일체로 되어 있어 차체의 일부에 보다 많은 충격이 집중된다는 점이 있다.

비교

전륜과 후륜 서스펜션 종류별 비교

위치	종류	특징
전륜	스트럿 (strut)	스프링과 완충기가 위쪽 지지대 역할 부품수가 적고 가벼워 가격과 공간배치에 이점, 중형 이하의 차량에 사용
	더블위시본 (Double wishbone)	새의 쇄골 형태 컨트롤 암이 위아래에 2개인 구조 내구성 및 안전성이 높지만 비싸고 공간 차지가 큼, 중대형차에 주로 사용
후륜	토션빔 (Torsion beam)	좌우 바퀴가 비틀림 탄성을 가진 소재로 연결된 구조 가격 대비 성능이 우수하고 공간 활용성이 높음, 소형차에 많이 적용
	멀티링크 (Multi link)	더블위시본 기반, 3~5개의 컨트롤 암을 연결해 지지 성능이 뛰어나지만 가격이 비싸고 공간 차지, 중대형차에 많이 사용

참고자료

• 〈맥퍼슨 스트럿 식 서스펜션〉, 《위키백과》
• Tein, 〈서스형식 1 맥퍼슨 스트럿식〉, 《다음 블로그》, 2012-02-09
• 골수공돌이, 〈가장 대중적인 서스펜션 - 맥퍼슨 스트럿 (MacPherson Strut)〉, 《이글루스》, 2014-08-13
• 〈맥퍼슨 스트럿 서스펜션 (MacPherson Strut Suspension)〉, 《네이버 블로그》, 2016-08-19
• 김창훈 기자, 〈같은 듯 다른 서스펜션 '보이지 않는 대결’〉, 《한국일보》, 2016-08-29
• 휠라이프, 〈"맥퍼슨 스트럿 서스펜션" - 서스펜션의 종류 5편-〉, 《네이버 포스트》, 2017-12-14
• 기술인 씨앗 뿌리는 남자, 〈맥퍼슨 스트럿 서스펜션에 대해〉, 《티스토리》, 2018-09-29
• 〈맥퍼슨 스트럿식 서스펜션 특정 및 장점〉, 《개인 블로그》, 2020-08-27
• 〈자동차 서스펜션에 대한 이야기〉, 《영현대》, 2020-11-20

같이 보기

• 서스펜션
• 더블위시본
• 토션빔
• 멀티링크

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