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"타이어" 스토리로 이해하기 - 승차감과 현기장치

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작성자 운영자 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일13-10-31 09:44 조회7,619회 댓글0건

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편안한 승차감은 운잔자가 모두 원하는 것이죠?

 

이번편에서는  승차감에 관한 정보를 쓰겠습니다.


편안한 승차감은 자동차 오너들의 꿈이죠. 외형적으로 과시하기 위해 좋은차를 선호하시는 분들도 많지만 의외로 정숙하고 편안한 승차감 때문에 선호하시는 분들도 많습니다.

그렇다면 차량 선택시 중요한 체크사항이기도 한 승차감, 이 승차감에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

▼승차감과 현가장치▼

 

 

 주행하고 있는 자동차에서는 자체 구동계 및 엔진으로부터의 가진과 노면으로부터 타이어를 거쳐 전달되는 가진으로 인해 매우 넓은 대역의 진동을 느낄 수 있습니다광범위한 개념으로 보아 승차감이란 인체가 이런 외부 진동을 감지할 때의 느낌을 일컫는다고 할 수 있습니다따라서 이 승차감에는 단순히 엉덩이와 손발을 통해 전달되는 촉각적인 진동 이외에 시각적인 흔들림이나 주행 중의 소음도 포함이 됩니다만, 자동차 공학에서는 다양한 형태의 진동을 주파수 대역으로 구분하여 0~25Hz 영역의 진동을 승차감(Ride)으로 그리고 25~20,000Hz 대역의 진동을 소음(Noise)으로 구분하는 것이 보편적입니다.

여기서 25Hz의 주파수는 인간이 들을 수 있는 가청범위의 하한선이며 20,000Hz는 가청 상한선에 해당합니다.

 시동이 걸려있는 엔진은 그 형태와 회전수에 따라서 다양한 형태의 진동원이 됩니다. 물론 트랜스미션이나 디퍼런셜 기어 같은 회전부품의 진동도 탑승자가 느낄 수 있는 진동을 가진 원인 됩니다만, 이런 파워트레인(Power Train)계열의 가진 보다는 타이어의 밸런스이상(Imbalance)이나 찌그러짐으로 인한 진동, 또는 평평하지 않은 노면을 지날 때의 충격이 실제 승차감에는 더 큰 영향을 미치는 요소입니다.


 
 자동차는 공중에 떠 있는 것이 아니기에, 결국 타이어와 노면과의 접촉에 의해 발생하는 이러한 진동을 완전히 없앨 수는 없는 것이므로, 가능한 한 많은 진동을 차단하고자 고안된 것이 스프링과 댐퍼(Damper)를 이용한 현가장치입니다.

  이 중 스프링은 둥글게 말린 코일형태나 길쭉한 판 형태로 만들어져 있으며 노면으로부터의 진동에너지를 흡수하여 스프링 자체의 위치에너지로 저장 하게 됩니다. 댐퍼(Damper)는 사람들이 쇽(Shock)이라고 부르기도 하는 부품을 말하는데 정확한 명칭은 쇽 업서버(Shock Absorber)이며 현가계가 움직일 때의 운동에너지를 흡수하여 소멸시키는 기능을 합니다. 노면으로부터의 충격을 스프링이 받아서 위치 에너지로 변환시키며 아래위로 흔들리는 동안(사실 불과 1초 남짓의 극히 짧은 시간이지만) 댐퍼가 이 움직임에서의 에너지를 흡수하여 없애 버리면서 탑승자에게 전달될 충격을 완화 시키는 것입니다그러므로 댐퍼가 고장 난 차에서는 과속방지턱이나 패인 노면 같은 요철 부분을 지났을 때 스프링만의 작용으로 차량의 흔들림이 오래 지속되는 문제점을 볼 수 있으며 스프링이 고장 난 차량에서는 에너지 분산이 부족하여 정상시보다 큰 쇼크가 느껴지는 것입니다.


 
결론적으로 승차감을 가장 크게 결정짓는 것은 현가장치의 성능입니다.

 자동차 회사들은 이 현가장치의 성능을 높이기 위해 다양한 재질과 형태의 부품들을 고안해 내고 있으며 최근에는 스프링 상수나 댐퍼의 성능을 수시로 변경시키면서 그때그때의 주행 조건에 적합하도록 부품의 특성을 조정할 수 있는 능동현가 시스템도 (Active Control Suspension System)도 많이 사용하는 것입니다.


 
어떤 자동차회사는 최고급 승용차의 가치를 내 걸고 미국시장에 진출할 때, 비포장로를 질주하면서도 승용차 안에 있는 유리잔의 음료가 넘치지 않는다는 것을 보여 줌으로써 TV 광고를 통해서 자사제품의 탁월한 승차감을 홍보했습니다.

 울퉁불퉁한 비포장 노면을 달리면서도 안에 타고 있는 사람이 포장도로와 비교해 그 승차감의 차이를 느낄 수 없다면 정말로 훌륭한 차단기능을 가진 현가장치일 것입니다.


 
그러나 운전자가 노면의 상태를 감지할 수 없을 정도로 완벽하게 외부 충격을 차단하는 현가장치는 승차감에는 좋지만 결코 안전한 것은 아닙니다. 항상 운전자는 자신이 달리는 도로의 상태를 감지하고 있어야 차량의 거동을 예측 할 수 있으며 운전자가 노면의 상태를 정확하게 판단 할 수 있어야 안전한 운전이 가능하기 때문입니다.


 
그러므로 단순히 충격을 차단만 하는 것이 아니라 적당한 흔들림으로 운전자에게 노면의 상태에 대한 정보를 정확하게 전달해 주는 것도 현가장치가 지녀야 할 올바른 특성 중의 하나입니다.

  

 

▼잘 돌기 위한 튜닝▼

 

 

▽서스펜션(현가장치)= 튜닝에서 서스펜션만큼 어려운 부분이 또 있을까. 서스펜션은 차체와 타이어를 연결하는 모든 부품의 통칭이다. 즉 차체를 떠받치는 역할을 하는 부품들이다. 사진 속의 쇽크업소버와 스프링에서부터 휠을 차체에 연결시키는 여러 개의 지지대로 이뤄져 있다. 서스펜션은 승차감 및 핸들링과 밀접한 연관이 있다. 부드럽게 세팅하면 노면충격은 잘 흡수되지만 핸들링의 민첩성이 떨어져 마음먹는 대로 재빠르게 이동하기가 힘들어진다. 강하게 세팅하면 그 반대가 된다. 서스펜션은 승차감과 핸들링 주행환경 등을 고려해 절묘하게 세팅해야만 만족한 결과를 낳을 수 있다.

  승차감을 희생하더라도 핸들링을 향상시키기 위해 강하게 세팅 하는 것이 보통이다. 기본적으로 스프링과 쇽업소버를 교체하고 서스펜션 부품에 들어가는 고무를 단단한 우레탄으로 바꾸기도 한다. 극단적으로는 차체의 강성을 높이기 위해 사진에서처럼 내외장재를 모두 뜯어낸 뒤 보강재를 덧대고 구석구석 용접을 추가한다. 차체강성이 약한 상태에서 서스펜션만 강하게 하면 차체가 뒤틀어지기도 한다. 한 부분이 너무 강하면 다른 약한 부분에서 문제가 생기는 이치가 그대로 적용된다. 튜닝은 조화가 중요하다.

 

▽무게중심 낮추기=로터리엔진이 적용된 일본 마쯔다사의 RX7 엔진룸. 일반 차종보다 엔진룸의 높이가 훨씬 낮다. 로터리엔진은 일반 엔진에 비해 크기가 작아 차체의 무게중심을 낮추는데 유리하다. 무게중심이 낮으면 커브길을 돌거나 차선을 변경할 때 차체의 흔들림이 적어 안정감이 향상된다. 튜닝으로 엔진의 높이를 낮출 수는 없지만 짧은 스프링을 넣어 순정보다 차체 전체의 높이를 낮춘다. 스포츠카의 지상고가 일반 차종에 비해 낮은 이유는 바로 핸들링을 향상시키기 위해서다.

  

▽타이어=BMW M쿠페의 빵빵한 광폭 타이어가 인상적이다. 넓은 타이어를 쓰면 급하게 코너를 돌아도 잘 미끄러지지 않는다. 접지면적이 늘어나면 횡력에 버티는 힘이 증가한다. 또 접지면이 넓은 저편평비 타이어는 일반 타이어에 비해 접지력이 뛰어난 재질로 만들어진다. 넓은 타이어를 넣으려면 휠도 큰 것으로 바꿔야 한다. 그러나 저편평이 타이어는 완충력이 적어 승차감이 떨어진다. 출력이나 서스펜션 부품의 강성을 고려하지 않고 무리하게 넓은 타이어를 끼우면 순발력이 떨어지거나 차체에 무리를 주게 된다.

  

▽카본 보닛=금속 대신 가벼운 카본 보닛을 사용하면 15kg이상 차체의 무게를 줄일 수 있다. 차체의 질량이 줄어들면 가속력도 향상되지만 핸들링도 좋아진다. 헤비급선수보다 플라이급선수의 몸놀림이 빠른 것과 마찬가지다. 엔초 페라리 같은 수퍼카는 플라이급의 몸에 헤비급 힘을 가진 차라고 보면 된다. 1000마력짜리 차라도 무겁다면 코너를 빨리 돌아나갈 수는 없다. 차체의 무게를 줄이면 가속력과 핸들링 코너링이 모두 향상되는 효과를 거두게 된다. 그래서 수퍼카에는 알미늄이나 카본 소재가 주로 채용된다.

 

▽레이싱카=오직 빠르게 달리기 위해 만들어지는 차가 레이싱카이다. 내장제 에어컨 등 달리는데 필요없는 모든 것을 제거한다. 1g이라도 불필요한 것이라면 떼어낸다. 그러나 일반적인 튜닝의 목표는 사진 속의 레이싱카는 아니다. 적당한 승차감과 쾌적함을 유지하면서도 가속력과 핸들링을 개선하는 것이 목표다. 안정성이 떨어진다면 올바른 튜닝이 아니다. 튜닝제품 몇 개를 붙인다고 갑자기 차가 빨라지고 핸들링이 좋아지지는 않는다. 어떻게 보면 튜닝은 심리적인 만족감이 더 중요한지도 모른다.

 

  

▼ 기타 ▼

 

 

 ▽험로를 위한 튜닝=자동차에는 또 다른 세계가 있다. 오프로드(Offroad). 포장된 도로가 아닌 험한 곳을 달리고픈 욕구는 가진 마니아들은 튜닝의 방향이 완전히 다르다. 바위를 넘고 개울도 건너야 한다. 걸어 올라가기 힘들 정도의 가파른 언덕도 정복해야 한다. 이를 위해 사진에서처럼 공기흡입구가 물에 잠기지 않도록 높게 빼내고 차체를 높여야 한다. 타이어도 진흙 길에서 견인력을 발휘할 수 있는 터프한 모양의 험로전용으로 바꾼다. 경사면 진입각을 높이기 위해 앞뒤 범퍼를 작은 것으로 교체하기도 한다.

  

▽인테리어와 익스테리어=성능과는 상관이 없지만 자신만의 개성을 강조하려고 각종 악세서리를 붙이는 것도 튜닝의 한 분야이다. 예쁜 스티커를 붙이는 것에서부터 사진처럼 위로 문이 열리게 개조하는 경우도 있다. 전구의 색깔을 바꾸거나 네온등을 붙이기도 하는데 대부분 불법이다. 브레이크등을 검은색으로 코팅하거나 투명재질로 바꾸는 것도 역시 단속대상이다. 차의 내부와 외부치장은 가능하면 간단하고 세련되게 하는 것이 좋으며 등화의 색깔을 바꾸는 행위는 자신과 타인의 안전을 위해 자제해야 한다.

   

▽모니터링 시스템=터보 등으로 성능을 크게 높인 차는 사후관리가 생명이다. 냉각수와 오일온도 배기온도 등을 항상 체크하며 운행하지 않으면 한순간에 엔진이 망가진다. 때문에 엔진계통에 각종 센서들을 달고 이를 게이지로 항상 모니터링하면서 운전해야 한다. 운전자는 신나게 달리다가도 배기온도나 냉각수온도 엔진오일온도 등이 지나치게 올라가면 서행하면서 온도가 떨어지기를 기다린다. 배기량을 높이지 않고 얻어내는 출력은 이처럼 반드시 대가가 따르기 마련이다. 가장 안정적인 출력향상은 결국 배기량 상승으로 귀결된다.

 

  

▼ 휠밸런스(Wheel balance)

 

 

  

 사람에게 사고의 균형감각과 신체의 균형이 중요하듯 자동차도 균형이 틀어지면 많은 문제가 발생합니다. 특히 회전하는 부분의 균형이 중요한데 그 중의 하나가 휠과 타이어입니다.

  회전체의 무게배분이 불규칙적이면 회전하면서 물체에 진동이 발생합니다. 회전 중심축에서 먼 거리의 중량이 불규칙할수록 진동은 더욱 심해집니다.이 진동은 불균등한 질량에 따라 특정 회전수에서 두드러지게 나타나는데 휠의 경우 100km/h 전후에서 주로 발생합니다. 70km/h까지는 차체에 거의 진동이 없다가 80km/h를 넘어서면서 갑자기 진동이 생기고 120km를 넘으면서 다시 사라진다면 휠밸런스가 안 맞는 것입니다그러나 휠이 찌그러졌다면 그 진동의 대역폭이 훨씬 크고 진동도 심해집니다.


 
휠밸런스가 틀어지는 것은 주로 타이어 때문입니다. 사실 타이어는 고무를 틀에 넣고 떡처럼 고온으로 쪄 만드는 것이라 불량률도 높고 완벽하게 무게배분을 맞추기가 쉽지 않습니다밸런스를 체크하는 기계에 휠만 넣어서 돌려보면 분명히 밸런스가 맞는데 타이어만 끼우면 심하게 틀어지는 경우를 자주 접합니다. 이렇게 밸런스가 맞지 않으면 진동을 상쇄시킬 수 있는 대칭점에 알맞는 무게의 추를 달아줍니다. 이 추를 밸런스웨이트라고 하는데 주로 납이 사용됩니다.


 
타이어를 처음 장착했을 때 밸런스를 맞췄더라도 운행하면서 타이어의 마모와 위치이동에 의해 밸런스가 틀어집니다타이어가 처음 장착한대로 휠에 붙어 있는 것 같지만 급 출발이나 급정지를 하게 되면 여자분들이 허리에 꼭 맞춰 치마를 입어도 돌아가듯 타이어도 약간씩 돌아간답니다.


 
예민한 운전자는 5g만 밸런스가 틀어져도 진동을 감지하고 30g이 넘어서면 누구나 진동을 느끼게 됩니다. 틀어진 밸런스가 클수록 저속에서부터 떨리는데 40g정도 틀어지면 60km/h에서도 진동이 느껴집니다. 아주 심한 경우죠휠밸런스 문제로 차체에 진동이 발생하면 우선 승차감이 크게 떨어지고 탑승자들이 불안해지는 것이 가장 큰 피해입니다. 그리고 과도하거나 장기적인 진동에 의해 차체의 각 부속품이 헐거워지거나 유격이 생기고 차체의 피로도도 증가해 차의 수명이 단축될 수도 있습니다.

휠밸런스는 정말 심한 경우가 아니고선 사고로 이어지는 경우는 많지 않지만 소중한 자동차의 수명연장을 위해 꼭 체크해야할 부분이기도 합니다.

 

"타이어" 스토리로 이해하기'를 읽어 주셔서 감사합니다.

 

제가 칼럼을 준비하며 어떻게 하면 고객님 입장에서 정말 실생활에 도움이 될 수 있는 유용한 정보들을 드릴 수 있을까 많은 고민을 했습니다

 

칼럼이 진행될수록 더 좋은 내용을 담기위해 여러분의 의견도 적극적으로 수렴하겠습니다. 관심있으신 타이어&자동차에 관한 정보가 있으시다면 언제든 요청해주십시오

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