토션빔 서스펜션

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Torsion Beam Axle suspension.
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일체식 현가장치의 한 종류이며 좌우 차륜의 트레일링 암(스윙 암)이 비틀림 탄성 즉 토션을 가진 토션빔에 의하여 연결된 구조이다.

토션빔은 양쪽의 트레일링 암과 트레일링 암이 연결된 차체와 4각박스 형태를 구성하면서 빔(beam), 즉 말 그대로 하중을 지지하기 위한 보의 역할을 하면서 서스펜션의 형상을 유지하는데 필요한 구조강도와 강성을 제공해 주고 각 차륜을 현가시키기 위해 트레일링암에 스프링과 댐퍼가 장착된다. 굳이 빔 서스펜션이 아닌 토션빔 서스펜션이라는 이름이 붙은 이유는 좌우 차륜이 빔의 비틀림, 즉 토션에 의하여 탄성연결 되어 있기 때문이다.

일체식의 특성과 독립형의 특성을 둘 다 가지고 있으며 토션빔의 위치와 형상, 그리고 탄성에 따라 어느쪽의 특성이 더 강한지가 결정된다. 하지만 비록 세팅에 따라 독립형의 특성을 강하게 만들 수 있다고 해도 태생적으로는 일체식 현가장치로 볼 수 있으며, 이는 독립식 서스펜션이 기구적으로 완전히 독립되어 있고 롤링특성과 그에 따른 차체안정성을 확보하기위해 스테빌라이져로 연결하여 기구적 종속성을 부여하는 것과는 약간 성격이 다르다. 일단 독립식은 스테빌라이져가 반드시 필요한것이 아니라 상황에 따라 추가하는 정도이고 토션빔 서스펜션의 경우 토션빔을 삭제하여 좌우 차륜의 움직임을 독립시키더라도 서스펜션의 기능을 아예 상실하는 것은 아니지만, 토션빔을 제거하는 순간 단순한 트레일링 암 서스펜션이 된다[1].

흔히들 토션 바 서스펜션(Torsion Bar Suspension)과 혼동하는 경우가 있지만 토션 바라는 것은 bar, 즉 봉이 비틀림탄성을 통해 스프링의 역할을 하는 것으로[2], 2차 대전 전에 프랑스의 자동차 기업인 시트로엥사에서 트락시옹 아방(Citroën Traction Avant)에 사용된 것으로 토션바라는 스프링을 사용한것이다. 트락시옹 아방의 토션바는 더블위시본 서스펜션의 로워암(Lower arm)에 연결되었다. 2차대전중 전차들에게서 보여지기도 하는데 트락시옹 아방의 토션바를 응용하여 트레일링암에 토션바 스프링을 축으로서 결합한 것이다.(우리가 부르는 토션 바 서스펜션이라는 것은 주로 전차를 위한것이다!) 즉, 이 항목이 다루는 토션빔 서스펜션과는 구조와 역할이 전혀 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 철봉으로 보이지만 그림상의 철봉이 꽈베기처럼 꼬였다가 풀렸다가 하면서 스프링역할을 한다.

토션빔 서스펜션은 소형 세단이나 트럭 등에서도 많이 쓰이고, 90년대 초반까지만 해도 스포츠카에도 많이 쓰였다. '혼다는 전륜구동 스포츠카에 한해, 포르쉐는 무려 앞뒤 모두 토션빔 서스펜션을 썼던 적이 있다!' 라고 생각하는 사람들이 많은데 이건 전부 토션바 스프링 장착형 서스펜션들이며, 토션빔 서스펜션의 적용사례가 아니다. 애당초 전차에 토션빔을 넣기도 어렵다.

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

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토션바 서스펜션(승용차용)의 예

좌우 축은 기본적으로 차대에 독립적으로 연결되며, 두 축 사이에 토션 빔이 들어간 구조. 두 차축간에 연결된 사이의 토션 빔은 용접 등으로 차축과 일체화 되어 있다. 스테빌라이저의 역할을 수행하지만 독립식 현가장치의 스테빌라이저처럼 조립/분리가 자유로운 것도 아니다. 공장에서 생산할때부터 토션빔 서스펜션의 트레일링암(스윙암)과 토션빔은 용접이나 프레스가공으로 완전결합된 상태로 생산된다.

싸고, 가볍고 공간을 덜 차지하며 토션빔의 탄성에 의해 스테빌라이저바 없는 독립현가장치가 취약해질 수 있는 롤링에도 기본적으로 강하다. 따라서 기존의 토션빔 액슬을 개선한 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)의 사용이 소형차를 중심으로 점점 늘어가는 추세이다. 구조가 간단하고 자잘한 부품의 숫자도 매우 적으며 공간을 적게 차지하는 점이 대체적인 장점. 토션 빔 덕분에 이 녀석을 후륜에 적용하면 후방추돌시 안전성도 개선된다고 한다.

롤링이 적기 때문에 운전자들이 코너링이 좋을 것이라는 착각을 하는 경우가 많은데 코너에서 횡력에 버티는 한계값도 다른 형식 에 비해 작을 뿐만 아니라 한계를 지나쳤을 때 거동도 급격히 변한다. 최근 많이 도입된 CTBA의 경우도 마찬가지인데 부시-스트럿 구조에 의존하는 다른 서스펜션들과는 달리 형상특성이 안좋아서 선회시 후륜이 바깥쪽으로 비틀리는 현상, 즉 토-아웃이 되면서 오버스티어를 발생시키는 경향이 있다.

다만 이런 종류의 원리적인 취약점들은 보완기술들이 적용되면서 완화되는 추세이며 그러한 개선을 위해 토션빔의 형상을 최적화하거나 Z-link나 제 3의 댐퍼를 이용하거나 부싱같은 곳에 입체적인 튜닝이 가해지고 있다. 원가 상승도 크지 않아 적용이 간단하다고.

얼라인먼트를 조절하는 자유도가 상당히 떨어지고, 얼라인먼트가 잘 틀어지지는 않으나 틀어진 경우는 토션빔이 영구적으로 휜 경우이므로 부품을 통채로 교체해야 하는 점은 조금 뼈아프다.

달리기 성능보다 가격이 중요한 경차~준중형 전륜구동 승용차에는 대부분 이 방식이 적용되어 있다고 보면 된다. 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 힘든 방식이지만 프랑스르노는 토션빔을 상위 차급에도 적용하는데, 르노삼성 SM6으로 한국에 출시된 중형차인 르노 탈리스만 2세대가 그런 경우이다.
  1. 트레일링 암 서스펜션은 오토바이 후륜에서 많이 볼 수 있는 방식이다.
  2. 기계공학에서 보(beam)과 봉(bar)의 정의와 역할은 서로 다르다.