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가장 대중적인 서스펜션 - 맥퍼슨 스트럿 (MacPherson Strut) 남자는 자동차!!


이번 글에서는 자동차의 전륜 서스펜션 형식중에 가장 대중적인 맥퍼슨 스트럿(MacPherson Strut)에 대해 이야기 해 보겠습니다. 맥퍼슨 스트럿이 얼마나 많이 쓰이고 있는지는 자료를 통해 쉽게 확인할 수 있습니다. 아래는 구글 검색을 통해 2014년 1월 부터 6월 까지의 미국 자동차 판매량 자료를 찾은 다음 세단만 골라내어 판매량 순서로 정리하고 전륜 서스펜션 형식도 함께 정리한 표입니다. 보시다시피 미국내 판매량 1위부터 10위까지의 모든 세단들이 맥퍼슨 스트럿을 채용하고 있는 것을 알 수 있습니다. (YTD는 Year-to-Date의 약자로 그 해 첫날부터 집계된 날짜까지를 의미합니다.)


이제 얼마나 많이 쓰이는지는 감을 잡았으니 맥퍼슨 스트럿 서스펜션에 대해 알아보기 위해 먼저 구조를 살펴 보도록 하겠습니다. 아래 그림의 왼쪽이 맥퍼슨 스트럿의 구조를 보여주고 있는데, 그림 상에서 파란색으로 표시된 스트럿을 중심으로 스프링과 댐퍼가 장착되어 있으며 스트럿의 상단은 녹색으로 표시된 스트럿 마운트를 통해서 차체와 고정됩니다. 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 차체사이의 약간의 움직임을 허용합니다. 바퀴가 위/아래 움직임에 따라 서스펜션 암이 위/아래로 이동하고 이에따라 스프링과 댐퍼가 압축과 신장을 하면서 서스펜션 으로서의 동작을 하게 되는 것이지요.

원본 출처 - Gran Turismo 6의 Beyond the APEX 앱 화면 캡쳐 후 편집 및 첨삭 추가

간단하게 구조를 살펴 보았으니 이제는 맥퍼슨 스트럿을 가장 널리 쓰이게 만든 장점들을 먼저 살펴보도록 하겠습니다. 맥퍼슨 스트럿의 가장 큰 장점은 간단한 구조에 있습니다. 비교를 위해 위의 그림 오른쪽에 더블위시본과 멀티링크 서스펜션의 구조도 함께 표시 했는데 상대적으로 맥퍼슨 스트럿의 구조가 간단하고 부품수가 적다는 것은 한눈에 알아 보실 수 있을 겁니다. 부품수가 줄어드니 제조사 입장에서는 재료비와 조립에 드는 노력을 줄일 수 있어 선호하는 선택지가 되는 것이지요. 게다가 간단한 구조 덕분에 허브 캐리어와 서스펜션 암 사이에 넓은 빈 공간(윗 그림 왼쪽에 붉은원으로 표시)이 생겨 조향과 구동을 위한 부품을 설치하기 용이한 장점도 있습니다. 이러한 이유로 앞바퀴가 조향과 구동을 모두 담당해야하는 전륜구동 차량과 맥퍼슨 스트럿은 훌륭한 조합이 되지요.

맥퍼슨 스트럿의 또 다른 장점은 엔진룸의 공간확보에 유리하다는 점 입니다. 스트럿이 수직에 가깝게 설치되기 때문에 차량을 앞쪽에서 봤을 때 차지하는 폭이 작은데다 서스펜션 암도 아래쪽에 1개만을 사용하기 때문에 엔진룸의 다른 부품과의 간섭도 다른 형식에 비해 훨씬 적게 됩니다. 아래 그림은 맥퍼슨 스트럿 서스펜션을 사용하는 닛산 알티마와 더블 위시본 서스페션을 사용하는 인피니티 G37의 엔진룸을 비교한 사진입니다. 사진의 빨간색 동그라미로 스트럿 상단부가 차체와 연결되는 지점을 표시했는데, 맥퍼슨 스트럿의 경우 스트럿 마운트가 엔진룸의 가장자리쪽에 위치하기 때문에 보다 많은 공간을 엔진을 위해 확보할 수 있는 반면 더블 위시본 서스펜션의 경우 서스펜션 설치를 위한 구조물이 엔진룸의 안쪽까지 많은 공간을 차지하고 있는 것을 확인하실 수 있습니다. 이러한 이유로 더블위시본이나 멀티링크 서스펜션은 주로 세로배치 엔진을 가진 차량에 적용되지만, 맥퍼슨 스트럿의 경우 엔진의 가로/세로 배치 모두에 적용하기 용이한 장점이 있지요. 

원본출처 - 알티마 엔진룸 사진 http://www.autoblog.com
                G37 엔진룸 사진 http://100hotcars.info
                차량 실루엣 그림 http://veteranprospektusok.hu

지금까지 장점들을 살펴 보았으니 이번에는 단점들을 살펴 볼 차례입니다. 맥퍼슨 스트럿의 가장 큰 단점으로는 바퀴의 위 아래 움직임에 따른 캠버각 변화를 들 수 있습니다. 캠버각은 아래 그림과 같이 차의 앞쪽에서 타이어를 봤을 때 지면에 수직한 축과 타이어 면과 평행한 축이 이루는 각을 말합니다. 맥퍼슨 스트럿의 경우 고정된 스트럿과 1개의 서스펜션 암 만으로 바퀴의 위/아래 움직임을 만들어내기 때문에 바퀴의 위/아래 움직임이 발생하면 캠버각의 변화는 필연적이게 됩니다. 반면에 더블위시본이나 멀티링크 서스펜션의 경우는 일정 범위의 위/아래 움직임 내에서는 캠버각이 거의 변화하지 않도록 설계하거나 캠버각이 변하더라도 바퀴의 위/아래 움직임에 따라 + 방향으로 변할지 - 방향으로 변할지를 설계자의 의도대로 조절할 수 있는 장점이 있습니다. 복잡한 구조를 감수하는 대신 서스펜션 튜닝상의 자유도를 얻은 것이지요. 


서스펜션의 상하 움직임에 의해 캠버각의 변화가 발생하면 타이어의 일부가 노면에서 떨어지면서 접지력의 저하가 발생합니다. 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 됩니다. 이러한 이유로 주행성능을 중시하는 벤츠, BMW, 아우디,인피니티,렉서스(?) 등의 브랜드들은 맥퍼슨 스트럿 대신에 멀티링크나 더블 위시본 서스펜션을 적극적으로 채용하고 있습니다. 웹을 검색해서 스펙들을 살펴보니 유럽의 프리미엄 브랜드들은 멀티링크를 주로 사용하고 일본 제조사들은 더블 위시본 서스펜션을 주로 사용하는 듯 합니다. 물론 예외도 있는데 포르쉐 911이나 BMW M3는 주행성을 매우 중요시 하면서도 앞바퀴에 맥퍼슨 스트럿을 적용했습니다;; 아래 영상을 보시면 맥퍼슨 스트럿과 short-long arm(SLA) 방식 더블 위시본 서스펜션의 캠버각이 바퀴의 위/아래 움직임에 따라 어떻게 변하는지 생생하게 보실 수 있습니다. 



이제 맥퍼슨 스트럿의 나머지 단점들을 정리하면서 글을 마무리 하려고 합니다. 맥퍼슨 스트럿의 또 다른 단점은 서스펜션이 수직방향으로 긴 구조를 가지기 때문에 엔진 후드의 높이를 낮추기 힘들다는 점이 있습니다. 일상적인 용도의 차량에는 문제가 되지 않지만 차를 최대한 지면에 달라붙게 해서 무게중심을 낮춰야 하는 레이싱용 차량에는 채택하기 어려운 구조이지요. 또 다른 단점은 다른 형식의 서스펜션들은 바퀴의 위/아래 움직임을 허용하는 부분과 스프링이 부착되는 부분이 나뉘어져 있어 바퀴로 부터의 충격이 차체에 골고루 나눠 지지만 맥퍼슨 스트럿 서스펜션은 스프링과 바퀴의 위/아래 움직임을 허용하는 부분이 일체로 되어 있어 차체의 일부에 보다 많은 충격이 집중된다는 점이 있습니다. 맥퍼슨 스트럿을 채용한다면 차체의 NVH에 좀 더 신경을 써야 한다고 합니다. 

글을 정리하면 맥퍼슨 스트럿 서스펜션은 간단한 구조와 설계의 용이성 때문에 널리 채택이 되었지만 멀티링크와 더블 위시본 서스펜션에 비해 주행성능은 조금 타협한 서스펜션이라고 생각하시면 되겠습니다. 맥퍼슨 스트럿에 대한 이야기를 하면서 가장 널리 쓰이는 기술은 가장 성능이 좋은 기술이 아니라 성능과 가격을 잘 타협한 기술이라는 사실을 다시 한 번 확인하게 되네요. 이상 긴글 읽어 주셔서 감사합니다. 




덧글

  • 잡가스 2014/08/14 18:37 # 답글

    잘 읽었습니다 :)

    맥퍼슨 스트럿을 사용하는 이유는 어려가지 있겠지만,
    "레이스 수준이 아닌 이상, 이 이상의 과잉 성능은 필요 없음"이 맞겠죠.

    아, 그리고 포르쉐나 BMW의 경우엔 차체 사이즈 대비 큰 엔진이나 배치 형식상 공간확보가 절실한 경우라 어쩔 수 없었을겁니다.
    포르쉐는 미드십이나 RR인 관계로 앞에 트렁크 공간을 확보해야 하고, 후륜쪽엔 파워트레인을 비롯해서 다 우겨박아야 하는(..) 관계로 많이 사용해 왔고, M3의 경우, 항상 차체 사이즈 대비 엔진이 큰 관계로 엔진룸 확보가 관건이었으니 어쩔 수 없었을겁니다 :)

    그리고 어차피 SLA식 더블위시본도 맥퍼슨타입에 비해 적다 뿐이지 캠버각 변화가 생기고,
    캠버각 변화때문에 평행사변형식 더블위시본을 쓰면 타이어 소모가 빨라지니 적용은 못하고..
    (휠트레드가 무게중심 이동에 따라 지속적으로 변하여 타이어의 좌 우 움직임이 큼)

    고급차량에 SLA식 더블위시본이 이용되는건 언급하셨듯 NVH를 제외하면 성능때문에 채택한다고 보긴 힘들다고 생각합니다..

    아. 후륜은 노면추종성 확보때문에 더블위시본이나 멀티링크를 쓰는 경우가 많은데 요즘은 그나마도 중형차 이하에선 단가+공간확보문제로 단순 맥퍼슨이나 CTBA를 쓰는 경우가 많아져서 개인적으로 매우 슬픕니다 orz
  • 골수공돌이 2014/08/14 09:29 #

    예리한 답글 감사드립니다. 덕분에 글을 쓰면서 궁금하던 의문점들이 해결되었습니다. ^^
    알려주신 평행사변형 타입 서스펜션도 한 번 공부해봐야 겠습니다.
  • 김진우 2015/01/09 15:23 # 삭제 답글

    글 잘쓰시네요. 출처도 명확히 밝히시고 문장도 깔끔하시고.. 많이 배우고 갑니다.
  • 골수공돌이 2015/01/09 16:15 #

    감사합니다 ^^
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