요즘 서스펜션은 고수준 로드홀딩(road-holding) 및 새시 안정성을 통해 우수한 승차감과 안전 및 운전의 즐거움을 제공한다. 자동차 서스펜션 시스템은 전통적으로 설계 기준이 제한돼 왔다. 서스펜션의 선택은 승차감, 성능, 비용 목표, 차량 내 수용 가능한 공간에 의해 결정되었다. 예를 들어 스프링 상수(spring rate)는 적재 중량에 따라, 댐핑률은 승차감 밸런스 및 로드홀딩 등에 의해 결정되었다. 낮은 레벨의 댐핑은 고주파를 차단하여 승차감을 높이지만, 현가 스프링 위 질량(sprung mass)과 현가 스프링 아래 질량(unsprung mass)에서 발생하는 고유 진동수의 공진 제어 성능이 떨어진다. 반면, 높은 레벨의 댐핑은 우수한 공진 제어 특성을 제공하지만 고주파 차단 기능이 떨어져 승차감이 나빠진다.
서스펜션 분야의 기술발전은 승차감, 안전, 우수한 로드홀딩 등에 의한 운전의 즐거움에 의해 주도된다. 최근에는 연비 향상과 배기가스 감축 문제가 많은 영향을 미치고 있다.
승차감은 스포팅하고 과감한 운전을 즐기는 사람을 제외한 모든 운전자들을 위한 설계 이슈이다. 수년 동안 스프링과 댐퍼 기술의 지속적 개발을 통해 주류 승용차의 승차감과 로드홀딩 성능은 괄목할 만한 진보가 있었다. 그럼에도 불구하고 럭셔리 자동차 부문의 승차감에 대한 높은 수요는 핸들링과 로드홀딩 성능에 일정한 제약으로 작용하고 있다.
승차감과 로드홀딩 성능을 향상시킨 최근의 개발 성과로 능동 서스펜션 시스템은 특히 럭셔리 승용차 부문에서 제품 차별화 요인으로 대두되고 있다. 또한 NVH(Noise, Vibration & Harshness) 수준을 크게 낮춤으로써 승차감을 높이고 있다.
승차감에 대한 요구와 함께 도로안전에 대한 소비자와 정부의 높은 관심은 승용차의 안전성능 향상에 대한 압박으로 작용하고 있다. 안전벨트, 에어백, 충격을 흡수하는 크럼플 존(crumple zone), 바디 안전 셀 등 수동안전(passive safety) 기술이 승용차에 적용되고 있으나 능동안전(active safety) 시스템은 상대적으로 새로운 분야로서 현재 심도 있는 연구개발이 진행되고 있다.
능동 서스펜션과 기타 차량 안정성 시스템은 차량 안전성능 향상에 상당한 잠재력을 제공한다. 이러한 시스템은 중장기적으로 매우 높은 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
운전의 즐거움 또한 일부 소비자에게는 중요한 마케팅 요소로 역할을 한다. 경쟁이 치열한 자동차 시장에서 운전의 즐거움은 특정 모델의 성공 여부에 크게 영향을 미칠 수 있는 요소이다. 예를 들어, 포드는 Ford Focus에 완전 독립 Control Blade(컨트롤 블레이드) 시스템(준 멀티링크 리어 서스펜션)을 장착하여 이러한 사실을 확인했다. 컨트롤 블레이드는 중형 해치백의 리어 서스펜션에 널리 사용되는 트위스트 빔보다 상당히 고가지만 Ford Focus는 이를 통해 우수한 핸들링으로 널리 이름을 알리게 되었다.
연비와 배기가스 관련 법규 역시 완성차 업체들에게 차량 경량화를 지속적으로 추진하게 하면서 서스펜션 구조의 변화를 촉진시키고 있다. 유럽 중형 해치백에서 100 kg의 무게가 감소할 경우 연비가 10% 증가하는 것으로 알려져 있다.
서스펜션 부품은 경승용차 무게의 약 12%를 차지하기 때문에, 그 질량을 줄임으로써 연비 향상을 꾀할 수 있다. 무게 절감은 또한 서스펜션 성능에도 긍정적인 역할을 한다. 알루미늄과 기타 가벼운 재료를 사용하면 소형 해치백의 서스펜션 무게를 16 kg 줄일 수 있는 것으로 확인된 바 있다.

과제와 장해요인

여타의 기술집약적인 혁신 분야와 마찬가지로 서스펜션 분야도 역시 R&D 비용이 상당히 많이 소요된다. 서플라이어와 OEM들은 새로운 시스템 도입에 따른 추가 비용에 대해 협조할 필요가 있다. 새로운 서스펜션 시스템이 럭셔리 차량에 먼저 도입된 것은 이러한 개발비 때문이다. 향후 더 복잡한 능동 서스펜션 시스템이 개발될 것으로 예상됨에 따라 서플라이어와 완성차 업체 간 협력은 지속적으로 이루어질 것으로 예상된다.
능동 서스펜션 시스템을 제어하는 데 필요한 전자 시스템은 차량의 발전 요건을 증가시킨다. 하이엔드 차량은 상당히 많은 전기 및 전자 시스템을 이용하고 있다(최고급 차량의 경우 전력 요구량이 가장 많을 때 8 kW까지 전기 공급이 이루어져야 한다). 시장의 중심에 있는 중형 승용차는 이 보다 전기 공급 요건이 적으나, 전기 및 전자 시스템의 추가적 적용은 보다 많은 전기 에너지를 요구하게 될 것이다. 이는 결과적으로 연료 소모를 증가시키는 요인이 된다. 따라서 완성차 업체들은 시스템 도입에 따라 증가하게 된 차량 내 전력 수요와 연료 소비를 감안하여 시스템 설계를 할 수밖에 없다.
능동 서스펜션은 NVH를 줄여주지만, 그 수준은 여전히 서스펜션 디자인과 엔지니어링의 핵심적인 과제로 남아 있다. 일반적으로 NVH 수준은 다른 승차감 분야와 결합돼 서스펜션 디자인에 녹아들게 된다. 예를 들어, 부드러운 승차감은 부드러운 서스펜션 부싱을 사용해 NVH 수준을 낮추는 것과 병행하게 된다. 반대로, 고수준 로드홀딩에 최적화된 서스펜션은 보통보다 더 딱딱한 부싱을 사용하기 때문에 진동과 각종 소음이 커지게 된다. 서스펜션 하부 프레임을 고무 부시로 바디에 장착하면 소음과 진동은 감소될 수 있으나 비용이 많이 들고 차량 무게가 증가한다.
비용절감은 자동차 산업의 중요 도전 과제이다. 많은 OEM들은 비용절감을 위해 모델 혹은 브랜드 간(특히 다임러크라이슬러와 르노-닛산 같은 합병 그룹 내)에 부품을 공유한다.
차량 플랫폼이나 파워트레인과 마찬가지로 서스펜션 부품도 공유되고 있다. 예를 들어, GM과 피아트(Fiat)는 GM Epsilon 플랫폼에 들어가는 서스펜션 부품을 공유한다(피아트 그룹 모델과 Opel/Vauxhall Vectra 및 Saab 9-3에 사용된다). 부품들은 공유되지만 서스펜션 움직임 특성은 브랜드나 모델 가격에 따라 튜닝된다.
비용을 고려한 또 다른 개발 노력은 모듈화하는 것이다. 이런 방향은 델파이(Delphi)나 비스테온(Visteon)과 같이 구조조정 시 내부 공급사업을 독립시키는 형태로 확장되었다. 또한 아메리칸 액슬(American Axle), 아빈 메리토(ArvinMeritor), 마그나(Magna) 같은 서플라이어 재벌의 인수가 시장의 핵으로 떠올랐다.

수동에서 능동으로

서스펜션 설계자와 분석가들은 4가지 형태의 서스펜션에 대해 언급한다.
기존 시스템은 수동 및 반응식이었다. 이러한 기존의 스프링/댐퍼 유닛은 휠과 차체의 부하 상태에 따라 단순하게 반응했다. 이 시스템들은 도로 상태와 부하 상태에 관계없이 상대적으로 일정한 스프링 상수와 감쇠력 특성을 나타냈다.
적응 및 반능동 시스템은 지능형 서스펜션이다. 일반적으로 감쇠 곡선은 입력 범위 전체에 대해 휠 제어 특성이 향상되도록 변경될 수 있다. ‘적응’ 및 ‘반능동’에 대한 구분은 항상 일정하거나 명확하지는 않다. 둘 다 운전과 도로 상태에 맞게 서스펜션 설정을 조정하는 특징을 갖는다.
완전 능동 시스템은 일부 서스펜션 기능의 능동 제어를 통해 도로 작용력과 차체 관성을 독립적으로 처리한다. 설정 요소 및 전자장치 구동에만 에너지가 필요한 반능동 시스템에 비해 능동 시스템은 액추에이터 동작에 보다 큰 에너지를 필요로 한다. 능동 시스템은 일반적으로 연속적인 파워, 신속히 동작하는 장치, 복합적인 제어 알고리즘, 폐쇄 루프 제어 시스템 등을 필요로 한다.
능동 서스펜션을 차량의 대세로 하려는 노력은 20년 이상 계속되고 있다. 로터스((Lotus)의 창업자 콜린 채프만(Colin Chapman)은 1980년에 포뮬러 1 자동차에 이 개념을 실험했다. 그러나 컴퓨터 프로세서의 성능 부족과 비용이 발전의 저해 요소로 작용했다. 결국 1990년대 말에 고속의 경제적인 컴퓨터 기술이 개발되면서 최초의 능동 서스펜션이 선을 보였다.
적응, 반능동, 능동 서스펜션은 차량 안전성능 향상에 크게 기여하고 있다. 특히 능동 서스펜션은 전자제어식 안정성, 제동 및 조향 시스템과 통합될 수 있다. 이는 차량의 동적 위기 대응 능력을 향상시킨다. 능동 서스펜션에 필요한 많은 센서(수평 가속, 롤링, 요잉, 휠 속도)는 다른 능동안전 시스템에도 이용될 수 있다.
능동 서스펜션 시스템은 두 가지 범주로 구분된다. 댐퍼를 능동적으로 제어하는 시스템과 서스펜션 구조(geometry)를 능동적으로 제어하는 시스템이 그것이다. 전자 댐퍼 제어는 고주파 가변 댐핑과 함께 풀 서스펜션 압축 및 팽창 시 에너지 관리 기능을 제공한다. 결과적으로 승차감을 최적화하면서 그립과 핸들링을 최적화하기 위해 거친 지면과의 휠 접촉을 향상시킨다. 아우디, BMW, 메르세데스-벤츠, 볼보(이 차들은 모두 차량 동특성과 승차 품질 표준이 높다) 등 유럽 프리미엄 브랜드는 능동 댐퍼 제어 시스템의 적용을 선도했다.
능동 서스펜션 구조 제어로부터 일부 또는 전체 휠에서 서스펜션 높이와 스태빌라이저 바 강성(rigidity)은 연속적으로 변경된다. 서스펜션 상승은 거친 지형에 대해 보다 큰 지면 간극을 제공함으로써 이러한 기술은 SUV에 특히 유리하다.
서스펜션 하강 기능은 코너링 시 차량의 무게중심을 낮추는 등의 장점을 제공하여 고속에서 공기역학적 항력을 줄여주며 승객 승하차를 편하게 해준다. 이 시스템은 또한 충돌 시 보행자 상해를 최소화하기 위해 범퍼 높이를 일반 도로 조건 아래로 위치시킬 수 있다.
능동 서스펜션을 통해 미국의 일부 SUV는 전자안정성제어장치(Electronic Stability Control, ESC) 없이 NHTSA 전복 시험을 통과할 수 있었다. 그러나 능동 서스펜션은 ESC(미국의 모든 경승용차에 필수 사양이 될 것으로 보인다)보다 고가다.

서스펜션의 미래

서스펜션 분야는 고가 시스템과 저가 시스템으로 시장이 양분된다.
최고 기능의 고가 시스템은 일반적으로 더블위시본(Double-wishbone)과 트루 멀티링크(True Multi-link) 디자인으로 만들어져 있으며 대부분의 프리미엄 브랜드 차량에 적용되고 있다. 이러한 제품은 고수준 핸들링과 안전 기능을 제공하도록 설계된다.
효율적인 저가 시스템은 공간을 적게 차지하고 생산비가 적게 들기 때문에 모든 제품군의 대형 생산 차종에 사용되고 있으며 프런트 서스펜션으로 맥퍼슨 스트러트(Macpherson Strut)를, 리어 서스펜션으로 트위스트 빔과 솔리드 차축을 사용한다.
소비자들은 승차감과 핸들링 기능 향상에 기꺼이 비용을 지불할 의사가 있으며, 이에 반응해 OEM들은 고급 서스펜션 개발에 상당한 투자를 하고 있다. 그러나 능동 서스펜션 시장은 아직 성장 초기 단계에 머물러 있다. 밝은 기술 전망에도 불구하고 비용 제약은 성장에 장애요인이 될 것으로 예상된다. 완전한 능동 서스펜션은 2010년 초에 일부 하이엔드 모델에 옵션으로 제공될 것으로 전망된다.
자동차의 유압 장치 배제와 통합 새시 제어 개발 추세에 따라 전자식 제어 에어 서스펜션 기술이 향후 중심 기술로써 대두될 것으로 보인다. 보세(Bose) 시스템은 전자식 서스펜션(Suspension -by-wire) 시스템에 대한 R&D 노력을 강화시키는 계기를 제공했다. 보세 시스템의 도입 시기는 대략 2012년쯤이 될 것으로 예상된다.
서플라이어비즈니스는 2006년 세계 서스펜션 시스템 시장규모를 약 180억 달러로 추정하고 있으며 향후 5년간 연평균 10%의 성장률을 예상했다.