다운스프링? 댐퍼? 서스펜션 튜닝전에 알아두면 좋은 몇가지

다운스프링? 댐퍼? 서스펜션 튜닝전에 알아두면 좋은 몇가지 튜닝 좋아하는 사람이면

 

다운스프링 한번쯤 끼워보지 않은 사람이 없을 것이다.

순정 상태에서 가장 불만을 느끼는 부분은 통상 서스펜션과 브레이크 이 2가지에 집중된다.

그 중 서스펜션은 참 신경쓰이는 부분이다.

승차감과 안티롤 두마리 토끼를 모두 잡을 수는 없기 때문에 고민에 빠지기 마련이다.

이 경우, 저렴하게 firm한 서스펜션으로의 변신을 꾀하는 경우가 바로 다운스프링 장착이다.

여기서 발제 한가지.

 

스프링만 바꾸면 많이 좋아질까? 그럼 댐퍼만 바꾸는 것과는 어떻게 다를까?

 

서스펜션은 간단히 말하면 스프링과 댐퍼, 스태빌라이저로 구성된다.

스테빌라이저는 빼고 스프링과 댐퍼의 조합을 중심으로 알아본다.

스프링은 충격을 완화하는 반면, 압축-인장을 반복하며 진동을 유발한다.

댐퍼는 스프링이 발생시킨 진동을 빠르게 줄여주는 역할을 한다.

 

 

1) 스프링의 경도

스프링의 경도는 환봉의 굵기와 길이에 좌우된다.

환봉이 굵을수록, 환봉이 짧을수록 단단하고

환봉이 가늘수록, 환봉이 길수록 상대적으로 무르다.

또한 스프링의 지름이 작을수록, 권선의 폭이 넓을수록 단단하고

스프링의 지름이 클수록, 권선의 폭이 좁을수록 상대적으로 무르다.

* 스프링의 탄성은 휨에 대한 반발력이 아니라 "비틀림"에 대한 반발력이다.

  따라서, 비틀림에 영향을 미치는 환봉의 굵기와 길이, 스프링의 지름과 권선의 폭이 경도에 영향을 미친다.

 

 

<세계적으로 사랑받는 Eibach Pro kit>

 

 

스프링은 경도가 일정한 스프링과 눌려지는 정도에 따라 경도가 다른 스프링이 있다.

눌려지는 정도에 따라 경도가 다른 스프링은 프로그레시브(progressive) 스프링이라 한다.

위에서 본 바와 같이 스프링의 경도는 환봉의 굵기와 길이, 스프링의 지름과 권선의 폭에 의해 좌우되는데,

하나의 스프링에 경도의 변화를 주기 위해서는, 제작상의 편의를 감안하면 스프링의 지름과 권선의 폭으로

경도에 변화를 주는 것이 더욱 용이하기 때문에, 프로그레시브 스프링은 지름과 권선의 폭에 변화를 줌으로써

압축량에 따른 경도 변화를 꾀한 스프링이다.

 

<권선의 폭으로 경도에 변화를 준 프로그레시브 스프링>

프로그레시브 스프링은 적게 눌려질 경우 경도가 낮아 부드럽지만, 많이 눌려질 경우 경도가 높아지게 되어,

적은 충격에는 부드럽게 잡아주고, 큰 충격에는 단단하게 버텨주는 특성이 있다.

이러한 특성으로 인하여 프로그레시브 스프링 레이트에 차이가 있긴 하지만, 

요즘은 순정차량에 사용되는 스프링도 프로그레시브 스프링을 사용한다.

 

 

 

 

2) 댐퍼의 감쇄력

댐퍼의 감쇄력은 (쉽게 이야기해서) 오일 출입로인 구멍의 크기와 피스톤의 스피드에 좌우된다.

구멍이 작을수록, 피스톤의 속도가 빠를수록 감쇄력이 크고,

구멍이 클수록, 피스톤의 속도가 느릴수록 상대적으로 감쇄력이 작다.

* 댐퍼는 오일을 실린더에 가득 채운 주사기로 생각하면 된다.

  주사기 끝의 구멍이 크면 피스톤을 누르기가 쉽고, 구멍이 작으면 상대적으로 더 힘이 든다.

 

오일이 구멍을 왔다리갔다리 하면서 감쇄력을 형성, 스프링의 진폭을 줄여주지만, 

오일이 비압축성이다보니 오일이 구멍 너머로 넘어가면, 완충을 위한 room이 필요한데,

이 room을 막으로 막아놓고, 막 너머를 가스로 채워 놓은거라고 보면 된다.

 

 

 

 

<빌스타인 댐퍼의 단면도>

댐퍼도 스프링과 마찬가지로 다양한 충격 요건에 따라 감쇄력이 변화하는 댐퍼가 있다.

스프링처럼 이름을 붙인다면 프로그레시브 댐퍼가 되나?ㅎ

이렇게 상황에 따라 감쇄력이 변화하는 가변댐퍼의 원리는  피스톤의 속도나 진동수에 따라

 

오일이 지나가는 구멍의 밸브를 여닫음으로써 구현될 수 있다.

즉, 큰 구멍, 작은 구멍 두개를 만들어 놓고, 피스톤의 속도가 빠르거나 진동수가 빠르면,

큰 구멍의 밸브를 닫히게 만들어, 오일이 작은 구멍으로 드나들도록 하고,

반대로 피스톤의 속도가 느리거나 진동수가 적으면,

작은 구멍의 밸브를 닫히게 만들어, 오일이 큰 구멍으로 드나들도록 하는 원리이다.

 

 

 

대표적인 가변 댐퍼가 바로 Koni FSD이다.

진동수에 따라 감쇄력이 변화하는 댐퍼인데, 작은 충격에는 부드럽게, 큰 충격에는 강하게 감쇄력을 발휘한다.

"승차감"은 거의 대부분 스프링의 경도와 특성에 좌우된다고 봐도 무방하다.

충격 완화의 1차적 임무는 스프링에게 부여되어 있고, 댐퍼는 스프링이 충격완화 후 진동으로

 

에너지를 발산할때, 인위적으로 잡아주는 역할을 하기 때문이다.

결국, 스프링의 경도와 댐퍼의 감쇄력이 조화롭게 매칭이 되어야 편안한 승차감과 안티롤을 확보할 수 있다.
(critical damped)

그렇지 않으면, Under damped, Over damped가 발생하여 거북한 승차감에 시달리게 된다.

 

A. 언더댐핑

언더댐핑은 댐퍼의 감쇄력이 스프링의 경도보다 약한 경우를 말한다.(댐퍼의 감쇄력 < 스프링의 경도)

이 경우는 스프링의 진동을 댐퍼가 잡아주지 못해서 스프링의 영향력이 커지는 경우로써,

스프링의 동동동동~ 하는 진동을 거르지 못하고 운전자에게 그대로 전해주게 된다.

그 중에도 스프링이 무른 경우는 둥실둥실 떠다니는 느낌을, 스프링이 강한 경우는 통통통~ 튀는 느낌이다.

사브 시절 일체형을 장착했을 때, 너무 딱딱해서 감쇄력을 줄였더니 일상주행에서 통통통~ 튀었다.

일체형의 스프링은 지름이 작아서 경도가 상대적으로 높은데, 이보다 낮은 감쇄력으로 세팅을 하다보니,

단단한 스프링으로만 충격을 완화하는 격이 되어 버려, 통통~ 튀게 되었던 것이다.

댐퍼에 오일이 새거나 가스가 새버려서 제 기능을 못할 경우, 

즉, 댐퍼가 맛이 간 경우에 전형적으로 이러한 언더댐핑에 시달리게 된다.

 

B. 오버댐핑

오버댐핑은 댐퍼의 감쇄력이 스프링의 경도보다 강한 경우를 말한다.(댐퍼의 감쇄력 > 스프링의 경도)

이 경우는 댐퍼의 강한 감쇄력 때문에 스프링이 제 기능을 발휘하지 못하는 경우로써,

스프링이 있으나 마나하여 댐퍼로만 충격을 완화하기 때문에 몹시 딱딱해 허리가 아프게 된다.

일체형 서스를 장착한 경우, 혹은 빌스타인 B8을 장착한 경우 허리가 아프다고 호소하는 경우가 있는데,

이는 전형적인 오버댐핑 현상이다.

스프링이 제 역할을 못하기 때문에 강한 충격을 완화하지 못하고 댐퍼가 그대로 받아버리기 때문이다.

감쇄력이 매우 높은 스포츠 댐퍼를 장착하면서, 경도가 이에 못 미치는 스프링을 장착할 경우

이와 같은 오버댐핑 현상에 시달리는 경우가 생긴다.

오버댐핑은 일체형보다 종발이형에서 스프링 매칭 미스로 주로 볼 수 있는 현상이다. 

급격한 S커브와 같은 빈번한 선회 상황에서 오버댐핑은 한박자 늦은 거동을 보여준다.

이는 댐퍼의 특성을 감안해보면, 당연한 결과이기도 하다.

댐퍼는 스프링만큼 기민한 왕복운동을 하지 못하기 때문이다.

 

 

 

서스펜션 튜닝은 원하는 수준까지 스프링경도와 댐퍼감쇄력을 firm하게 바꾸면서,

스프링과 댐퍼를 얼마나 조화롭게 매칭시키냐가 관건이라고 볼 수 있다.

따라서, 더 단단한 스프링으로 교체를 한다면, 댐퍼도 그에 맞춰 감쇄력이 더 강한 댐퍼로 바꿔주는 것이 맞다.

감쇄력이 더 강한 댐퍼로 교체를 한다면, 스프링도 그에 맞는 경도를 가진 스프링으로 바꿔주는 것이 맞다.

만약, 프로그레시브 스프링으로 교체를 한다면,  스프링의 경도 변화에 맞춰 감쇄력을 변화시킬 수 있는 댐퍼로

 

교체해 주는 것이 적절한 매칭이다.

그래서 프로그레시브 스프링 레이트가 높은 스프링의 경우는 댐퍼의 매칭이 상당히 어렵다.

프로그레시브 스프링 레이트가 낮은 스프링의 경우는  댐퍼가 가진 기본적인 감쇄력의 가변성이

 

프로그레시브 레이트를 어느 정도 커버를 할 것이다.

그렇게 보면, KONI FSD의 경우는 프로그레시브 스프링과 궁합이 굉장히 잘 맞을 것으로 생각된다.

일체형 서스펜션의 경우는 댐퍼의 튜브를 촘촘히 감고 있어 스프링의 지름이 작다.

 

위에서 본 바와 같이 스프링의 지름이 작으면 경도가 높기 때문에, 일체형 서스펜션의 스프링 경도는 높은 편이다.

이 상황에서 너무 딱딱하다고 댐퍼의 감쇄력은 약하게 변경하면, 통통통~하고 튀면서 전형적인 언더댐핑에 시달릴 것이다.