포바이포 : 오프로드 리프트업(suspension lift)
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2009년11월10일 06시37분
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오프로드 리프트업(suspension lift)
리프트업은 차축(axle)으로부터 프레임(frame)을 상승시키는 방법이다.

리프트업은 차축(axle)으로부터 프레임(frame)을 상승시키는 방법인데, 일반적으로 서스펜션의 일부 부품을 교체한다거나, 개조를 통해서 이루어진다.

가장 많이 행해지는 것은 스프링의 강도를 높이는 것이다. 즉, 스프링을 더욱 하드(hard)한 스프링으로 교체함으로써, 차체 무게에 의해 스프링이 눌리는 양을 줄이는 것이라 볼 수 있다. 결국, 스프링이 하드해짐에 따라 스프링의 탄성은 커지지만 승차감은 점점 악화된다는 단점이 있다.

이를 좀더 깊이있게 이야기 해보자. 스프링에 힘을 가하면 스프링은 변형된다. 이 변형되는 정도를 수치로 나타낸 것이 스프링 레이트(spring rate이다. 즉, 스프링에 같은 힘을 가했을때, 스프링 레이트가 클수록 스프링이 변형되는 정도는 적고 레이트가 작을수록 변형은 많이 일어나는 것이다.

그렇다면, 스프링을 누르고 있는 힘(차체 무게)이 일정할 경우, 스프링 레이트가 크다면 스프링의 변형은 작아질 것이고, 이에 따라 차체는 올라간다는 것이다. 코일스프링의 레이트를 높이기 위해서 가장 먼저 이루어진 튜닝 형식이 기존의 스프링에 보조 스프링을 덧붙이는 방식이다. 이는 현재처럼 여러 강성 코일 스프링들이 나오기 이전에 행했던 방법인데 간단히 스프링 두개를 장착함으로써 스프링 레이트를 높이는 것이라 보면 된다. 이 방법은 물론 지금도 많이 이루어지고 있다.

스프링 레이트를 변화시킴으로써 차고를 상승시키는 방법외에 스프링은 그대로 순정스프링을 사용하면서 단지 스프링 시트에 블럭(block)을 추가하여 차체를 올리는 방법이 있다.

판스프링에 블록을 추가해서 스프링을 위로 올린 모습인데, 코일스프링도 이와 같이 스프링 시트에 블록을 추가해서 차체를 올리는 것이다. 그러나, 블록을 스프링 아래쪽에 장착한다면 스프링의 하체중량(unsprung weight)를 증가시키므로 가능하다면 블럭을 스프링 위쪽에 장착하는 것이 좋다.

이처럼 리프트업을 통해서 차고를 상승시키는 것은 가장 대중화된 방법이지만, 지나친 리프트업은 차량에 많은 변형을 가져옴으로써 실제 모빌에 튜닝을 한다면 약 5~6cm정도만 상승시키는 것이 제일 부작용이 적고 별다른 조치를 하지 않아도 된다.

그리고 보조스프링이나 강성스프링 또는 블럭을 이용하여 차량의 뒷쪽 차고를 상승시키면 이에 맞게 앞에도 올려줘야 할 것이다. 앞에서도 이야기 했듯이, 더블 위시본은 전륜쪽 스프링은 토션바 스프링이다.

토션바는 기다란 막대기처럼 생겼는데, 비틀림 탄성을 이용한 스프링이다. 그러므로 토션바를 얼마만큼 비트냐에 따라 스프링의 레이트가 변하듯이(실제 변하지는 않는다!) 차고를 올리고 내릴 수가 있다.

리프트업의 한계

리프트업은 단지 스프링을 튜닝하는 것으로써 끝나는 것이 아니다. 그렇다고 서스펜션을 전부 튜닝하면 해결되느냐? 물론 이것도 아니다. 액슬로부터 프레임의 위치가 변하기 때문에 이 둘 사이에 연결되어 있는 모든 부품들의 길이도 변해야 하는 것이다. 간단한 예로 리프트업을 했을 경우, 트랜스미션과 액슬하우징을 연결하고 있는 프로펠라샤프트의 길이가 더 길어져야 할 것이고, 후륜 브레이크 호스의 길이 역시 길어져야 할 것이다.

그러기에 리프트업을 하게 되면 각종 드라이브 트레인(drivetrain) 부품들이 길어져야 하고 또, 그에 맞는 강도를'드라이브 트레인'은 '파워 트레인'이라고도 하는데, 엔진, 트랜스미션, 트랜스퍼 케이스, 드라이브 샤프트, 디퍼렌셜, 액슬 샤프트, 휠 허브와 같이 동력을 생산하여 바퀴에 동력을 전달하는 차량의 모든 구성품을 지칭한다, 갖추고 있어야 한다. 그러나 이러한 부품들이 전무(?)한 것이 현실이라 매우 제한된 상황속에서 리프트업이 이루어지고 있는 것이다.

외국처럼 리프트업 킷트들이 나와있다면 보다 폭넓은 튜닝이 이루어지겠지만, 튜닝 자체가 불법인 우리나라에서 어느 업체가 이런 제품을 제작할런지 모르겠다!  차후 이런 튜닝을 하는 사람들이 많아져서 어느 정도 시장이 형성된다면 모를까 현재로써는 요원한 일이라 볼 수 있다.

그렇다고 개인 스스로가 제작한다는 것도 커다란 무리가 있다. 차량에 사용되는 부품들이 언뜻보면 그냥 쇠덩어리로 만들어진 것이라 생각되지만, 실제는 고강도 특수 열처리돼있는 정밀 부품들이라 철공소에 가서 제작할 수도 없고 또 어찌하여 제작을 할 수 있다하여도 제작비용이 수천만원 이상됨으로 엄두도 낼 수 없으리라 본다.

차량에 사용되는 볼트를 조금더 긴 것으로 교환하고자 하여도 시중에서 구할 수가 없어 위험을 감수(?)하고 일반 볼트를 이용할 수밖에 없는 것이 작금의 상황이다.

이처럼 리프트업을 할 수 있다고 해도 이는 기존의 부품들이 갖고 있는 여유분을 이용했다는 것을 생각해야 한다. 즉, 차량은 항시 진동을 하고 이 진동하는 양에 맞추어 각 부품들이 여유분을 갖고 있는 것인데, 그 여유분을 리프트업하는데 사용함으로써 기존의 여유분이 줄어들었다는 것이다. 반면, 차량이 진동하는 양은 줄지 않으므로 부족한 여유분은 결국 부품들에 과도한 부하를 준다는 것이다. 
 
리프트업후 고려할 일

리프트업은 앞에서 이야기 했듯이 액슬로부터 프레임을 상승시키는 방법이다. 이를 위해서 기존의 서스펜션에 변형을 일으키게 된다. 서스펜션은 차량의 운동에 지대한 영향을 미치기에 차량 설계시 수많은 엔지니어들이 열심히 복잡한 수학공식들을 계산하고, 또 그것도 부족하여 직접 제작하여 테스트해보고 하여 차량에 장착되어진다. 이렇게 차량에 맞게 설계된 서스펜션을 우리는 아무런 계산도 하지 않고 덥석 서스펜션을 개조해 버린 것이다. 당연히 문제가 생기기 마련이다. 그것이 과연 차량에 치명적인 영향을 주는 것이냐 아니면 미미한 것이냐가 우리에게 중요할 것이다.

그럼 리프트업후 과연 무엇을 고려해봐야 하는가?

1. 스프링이 변형되어 수명이 짧아질 수 있다.

위에서 설명한 것처럼 각 링크바들은 프레임과 리어액슬을 서로 연결시켜주고 있다. 또한 이 바들은 리어액슬이 전후좌우로만 움직이지 못하도록 하고 있는 것이지 상하로도 못움직이게 하고 있는 것은 아니다. 즉, 상하로는 자유롭게 움직일 수 있다는 것이다.

그런데, 차체가 상하로 진동하게 될때 이 링크바들로 인해 직선을 따라 상하로 움직이지 못한다는데 문제가 생긴다. 조금만 생각해보시면 알겠지만, 프레임을 축으로 액슬이 호(arc)를 그리며 움직이게 된다.

그러므로, 차체를 리프트업했다면 액슬로부터 차체가 더 멀리 떨어져있다는 것이고 이는 액슬로부터 수직으로 상승한 것이 아니라 어퍼암과 로어암의 길이를 반지름으로 한 원주를 따라 비스듬하게 상승한 것이 되는 것이다. 이는 차체가 더 높이 올라갈수록 심해지는 것이다.

그럼, 차체와 액슬사이에 놓인 스프링은 어떻게 압축될까? 마치 스프링이 압축되었다가 복원되는 모습이 부채를 접었다 폈다하는 형상이 될 것이다. 결국 스프링은 횡방향으로 변형을 일으키게 되고 수명이 짧아질 것이다.

순정스프링에 스프링블록을 삽입해서 리프트업을 한 것이다. 자세히 보시면 스프링이 약간 옆으로 휘어 있는 것을 발견하실 수 있다. 이처럼 스프링의 강성이 낮은 것으로 리프트업을 할 수록 이런 현상은 더욱 커질 것이다. 이를 어떻게 보완을 할 수 있을까? 결론은 없다. 그저 바라만 볼 뿐이다. 그래서 지나친 리프트업은 스프링의 수명을 짧게 한다는 것이다.

2. 뒤에서 차를 바라봤을때 리어액슬이 좌측으로 쏠렸는지 점검한다.

역시 앞의 링크바들의 원운동과 맥락을 같이 한다. 그러나, 앞에서는 어퍼암과 로어암에 따른 것이고, 여기서는 래터럴로드(lateral rod)에 따른 것이다. 래터럴 로드란 '코일 스프링을 사용한 서스펜션에서 차체의 꼬리 흔들림을 방지하기 위해 보디와 리어 액슬하우징 사이에 횡방향으로 장착되는 봉'을 말한다.

이 래터럴로드도 앞에서와 마찬가지로 프레임을 축으로 호를 그리며 원운동을 하게된다. 그럼, 리프트업에 의해 차체가 올라가게 되면 래터럴로드의 길이를 반지름으로 리어액슬이 호를 그리게 될텐데 액슬이 지면과 평행하게 있으므로 결국 래터럴로드가 리어액슬을 좌측으로 당기게 될 것이다. 이는 차체가 높이 올라갈 수록 더욱 심해진다. 이에 대한 이해를 조금 더 돕기 위해 옆의 그림처럼 각운동이 직선운동으로 바뀔때 어떻게 되는지 살펴보자.

원의 반지름을 래터럴로드라 보고 빨간선을 리어액슬이라고 생각했을때 A는 차체를 올리지 않았을때이고, B는 차체를 올렸을때의 모습이다.

래터럴로드가 똑같은 거리를 원주상에서 움직였을때(차체가 상하로 진동할 때), A의 경우에는 리어액슬이 조금밖에 이동을 하지 않지만, B의 경우에는 리어액슬이 많은 양을 움직이게 된다. 이는 리프트업된 양이 클수록 래터럴로드가 액슬과 이루는 각이 클 것이고, 이에따라 차체가 상하로 움질일때 더욱 큰 양으로 리어액슬이 좌/우로 움직인다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한 리어액슬이 한쪽으로 쏠린 상태가 되었을때의 문제가 단순히 리어액슬만 삐닥하게 위치 한다는 것에 머무를 것인가? 리어액슬에는 미션으로부터 구동력을 전달해주는 후륜 프로펠라샤프트가 연결되어 있다. 이에 따라, 리어액슬이 좌측으로 쏠려있으면 프로펠라샤프트도 리어액슬과 수직을 이루지못하고 삐닥하게 틀어져있을 것이다.

이게 심하면 프로펠라샤프트가 연료탱크와 간섭을 일으킬 수 있다. 이처럼 프로펠라샤프트가 틀어져 있으면 주행중 (속도가 빨라질수록)차체에 진동이 올것이고, 프로펠라샤프트에 장착된 베어링들이 소손될 것이다.

만약, 정지했을때 리어액슬이 한쪽으로 쏠린 것이 확연히 보일 정도라면 래터럴로드가 큰 각도로 내려왔다는 것이므로 차체가 상하로 움직이게 될때는 위의 그림처럼 리어액슬이 심하게 좌/우로 크게 흔들리게 될 것이다.

그럼, 이러한 문제를 줄이기 위해서는 가장 좋은 방법이 액슬축에 붙어있는 래터럴로드의 브라켓을 위로 연장시켜주면 래터럴로드가 액슬축과 평행되게 장착될 것이다. 그러나 아직까지는 연장시킬만한 튜닝용 브라켓이 제품으로 나온 것이 없으므로 오프로더 스스로가 제작해야 하는 어려움이 있다.

반면, 차선책으로써 래터럴로드의 길이를 연장시킬 수 있는 제품들이 있는데, 차체가 올라간 만큼 래터럴로드도 길게 해주면 된다. 그렇다고 차체가 5cm 올라갔으니 래터럴로드도 5cm 길게 해서는 안된다. 래터럴로드와 리어액슬이 이루는 모양을 보면 직각 삼각형이라는 것을 느낄 수 있다. 그럼, 간단한 계산식이 나온다! 중학교때 배운 '피타고라스의 정리'다.

(밑변길이)2 + (순정높이+리트트업한 높이)2 = (수정할 래터럴로드 길이)2

물론 이를 위해서 새로 튜닝용 래터럴로드를 구입할 필요는 없다. 기존의 래터럴로드를 가지고 선반가게에 가서 래터럴로드의 중간부분을 자른 후, 자른 부위의 양쪽으로 나사선을 낸다음, 이 둘을 연결시켜주는 너트를 채우면 된다.(이렇게 제작하는 것이 튜닝용 래터럴로드를 구입하는 비용보다 저렴할 것이다.)

이렇게 래터럴로드를 제작하게되면 일일이 계산할 필요없이 바로 장착한 후에 너트를 돌림으로써 간편하게 래터럴로드의 길이를 조정할 수 있다.

그러나, 이처럼 래터럴로드를 연장시켜주어도 순정상태에 비해 래터럴로드가 액슬과 이루는 각이 크므로 리어액슬이 좌/우로 운동하는 양이 크다는 문제는 계속해서 남아있게 된다.

3. 프로포셔닝밸브(Proportioning Valve)의 간극이 맞는지 확인한다.

'하중 감압밸브'를 흔히 프로포셔닝밸브라고 한다. 이 밸브의 역할은 전륜과 후륜 브레이크의 유압을 서로 다르게 조절하는 것이다. 이렇게 하는 이유는 급제동시, 후륜이 잠겨서 차체가 스키드(옆으로 미끄러짐)하는 것을 방지하기 위해 후륜 브레이크 유압을 전륜 브레이크 유압보다 낮게 하여 록(lock)을 방지하기 위한 것이다.

즉, 차량이 주행중일때는 차체의 앞쪽이 약간 들리고 뒷쪽이 내려간 상태이다. 이럴때 브레이크를 밟게되면 타이어들이 잠기게 되면서 차체는 앞쪽으로 수그러들 것이다. 이때 뒷쪽은 들린 상태가 되면서 타이어의 접지력이 떨어지게 되고, 이런 상태에서 계속해서 후륜 브레이크가 록이 걸려있다면 차체 뒷부분이 돌아가게(회전하게) 된다. 그래서 이러한 현상을 방지하기 위해 후륜 브레이크의 유압을 조절해서 브레이크를 잠갔다 놨다하기 위해(일종의 ABS이다!) 프로포셔닝 밸브가 있는 것이다.

그럼, 이러한 프로포셔닝 밸브의 작동은 무엇을 기준으로 하는가? 바로 후륜액슬과 프레임사이의 높이 차이를 감지해서 작동하는 것이다. 주행중일때(또는 뒷쪽에 짐을 싣게되면)는 뒷쪽이 낮았다가 정지시에는 뒷쪽이 높아지는 것을 센서 스프링이 감지해서 밸브를 열고 닫으면서 유압을 조절하는 것이다.

그러나, 리프트업을 통해서 차체(보다 정확히는 프레임)가 올라갔다면 당연히 밸브의 간극이 기준상태보다 벌어졌을 것이고, 이는 결국 제동력의 저하를 가져올 것이다. 그러므로, 리프트업을 했다면 이에 맞게 프로포셔닝 밸브의 간격도 조정해야 제동력이 본래의 상태로 돌아올 것이다.

4. 휠얼라이먼트(wheel alignment)를 조정한다.

더블위시본(double wish bone)은 어퍼암, 로어암과 함께 가동하기 때문에 캠버각을 설정할 수 있고, 주행시의 캐스터각 변화도 거의 일어나지 않는다. 코너링시 강한 사이드포스(측면힘)가 걸려도, 노면추종성이 악화되지 않는다는 장점이 있다.

* 위시본(wish bone)의 유래 : 닭을 먹다보면 V자 형태로 2개가 연결된 듯한 뼈를 발견할 수 있다. 미국인들은 이것을 위시본이라고 하고 두사람이 양쪽끝을 서로 붙잡고 소원을 빌면서 잡아 당긴다. 그러면 중간 부분이 어느 한사람에게 딸려가게 되는데 딸려가는 사람쪽의 소원이 이루어진다는데서 유래가 되었다. 믿거나 말거나지만.... 옆그림에서 보듯이, 어퍼 컨트롤 암과 로어 컨트롤 암이 프레임에 연결되어있는데, 프레임이 올라감으로써 각각의 컨트롤 암의 꺾인 각도가 변하게 될 것이다. 이는 지면과 접하는 타이어의 각도를 변형시킴으로써 결국은 휠얼라이먼트 값이 변형된다는 것이다.

그럼으로 차고의 변화가 있을 시에는 휠얼라이먼트의 값도 변화됨으로 반드시 재조정을 해주어야 한다. 실제 휠얼라이먼트의 값은 차고에 따라, 또 차량 무게에 따라 스프링 레이트에 따라 기타 등등 많은 요소들로 인해 계산되어짐으로 순정 상태의 휠얼라이먼트값과 리프트업한 후의 값이 서로 다르지만 우리가 이 수치를 정확하게 계산하여 조정한다는 것은 무리이며 또한 그렇게 해줄만한 실력을 갖고 있는 얼라이먼트 업소도 없다.

결국, 현실적으로는 순정상태의 휠얼라이먼트 값으로 조정을 해줄 수 밖에 없다.

그러나, 휠얼라이먼트를 올바로 수정을 하여도 문제는 여전히 존재하게 된다. 이는 어찌보면 더블위시본 방식의 문제이기도 한데, 리프트업을 함으로써 문제가 더 크게 되는 것이다. 이를 이해하기 위해서는 우선적으로 휠얼라이먼트에 대한 기본적인 지식이 있어야 한다. 이에 대한 것은 "휠얼라이먼트"에 대한 글을 참고하시기 바란다.

더블위시본 방식은 서스펜션의 상하 운동에 따라 휠얼라이먼트가 변하는데, 리프트업을 할 경우에는 그 정도가 더욱 커지게 된다. 위의 프런트 서스펜션 구조 그림에서 타이어는 그대로 있고 리프트업이 되었다고 가정해보자.

옆의 사진처럼 로어암과 어퍼암 그리고 스티어링 타이로드가 비스듬하게 될 것이다. 이것들은 모두 휠얼라이먼트를 조정하는 부품들이다. 그럼, 이러한 상태에서 서스펜션이 위로 올라가면 이 부품들은 비스듬하게 되었던 것이 지면과 평행하게 될 것이고, 반대로 서스펜션이 아래로 내려가면 더 큰 각도로 비스듬하게 놓일 것이다.

더욱이 서스펜션의 상하운동에 따른 타이어의 상하로의 움직임은 직선인데 반해, 이러한 부품들은 원운동을 하게됨으로, 위의 래트럴 로드에서 설명한것처럼 '각운동이 직선운동으로 변하게 될때' 나타나는 현상처럼 서스펜션의 조그만 변동에도 타이어가 지면과 이루는 각(휠얼라이먼트 값)은 크게 변할 것이다.

예를 들어, 토우인 값을 조정하는 타이로드는 타이로드 엔드부를 축으로 원운동을 할 것이다. 반면 타이어의 상하 운동은 직선운동이다. 그럼 서스펜션이 상하로 움직임에 따라 타이로드도 지면과 이루는 각이 변할텐데, 이때 변하는 양이 타이어의 앞부분을 밀고(토우-아웃) 당기게(토우-인) 되는 것이다.

이는 서스펜션의 조그만 상하 움직임에도 타이어는 큰폭으로 토우인이 되었다가 토우아웃이 된다는 것을 말한다. 이러한 토우의 급격한 변화는 타이어의 수명을 대폭 단축하는 결과를 낳게된다.

캠버와 캐스터각 역시 어퍼암에 의해 변화되기에 토우가 큰 양으로 변하는 것과 마찬가지로 변동하게 된다.

이처럼 휠얼라이먼트가 변동하게 되면 가장 문제되는 것이 역시 타이어의 편마모이고, 그외 핸들의 조향특성이 수시로 변한다. 그래서 외국의 경우엔 이와같은 더블위시본 서스펜션에서 발생하는 휠얼라이먼트 문제를 해결하기 위한 보정 킷트가 있는 반면, 여전히 열악한 우리나라의 현실에선 아직까지는 그저 바라만 볼 뿐이다. 
 
[포바이포 뉴스 컬럼] www.4x4.co.kr] / 컬럼리스트 : Jongkook Kim


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 Lilie (2012-07-21 09:10:43)     668   143  
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