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자동차의 기본 성능 |
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..2. 코너링 성능
....코너링 성능은 자동차의 성능중에서도 스포츠 드라이브와 관계된다. A지점에서 B지점까지 안전하고 쾌적하게 이동하기 위해서 차를 이용한다면 도로는 되도록 직선쪽이 좋다. 코너를 돌 때 몸이 한쪽으로 밀리면서 옆 방향 G포스가 심하게 되면 불쾌감을 느끼는 이가 있기 때문이다. 도로는 구부러진 것이 보통이고 이런 길을 신나게 달리는데 기쁨을 맛보는 사람도 있다. 따라서 코너링 성능도 역시 중요한 성능이다.
코너링 성능에 크게 관계되는 것은 핸들과 서스팬션이고, 특히 타이어가 중요한 역할을 한다. 뿐만 아니라 부드럽게 회전하는 데는 관계없는 듯 보이는 엔진특성도 중요하다.
사실 똑바로 달린다고 해도 실제로 자동차는 오른쪽으로 또는 왼쪽으로 아주 조금식 돌아간다. 똑바로 달릴 수 있는 것은 느낌이나 이론적인 얘기일 뿐이다. 다라서 자동차의 움직임을 알려면 우선 그것이 회전할 때를 염두해 두어야 한다. 코너링 성능을 알려면 자동차의 운동을 알 필요가 있다.
1) 원심력과 구심력
....커브를 돌 때는 몸체가 코너의 바깥쪽으로 밀려난다. 이 힘이 원심력이다. 그러나 원심력이 작용해도 몸은 시트를 벗어나 내던져지지 않는다. 이것은 시트가 몸을 받쳐주고 있기 때문이며 시트는 차체가 지탱해주고, 차체는 결국 타이어가 받쳐주고 있기 때문이다. 타이어에 원심력을 이겨내는 힘이 발생하고 있는데 이것을 구심력이라고 부른다.
....타이어에는 코너링 포스라는 힘이 있다. 타이어가 코너링 포스를 발생함으로써 자동차는 방향을 바꿀 수 있는 것이다. 코너링 포스는 접지력의 하나이다. 원심력은 자동차를 좌우로 흔들리게 한다. 이롤링을 컨트롤 하는것이 서스팬션이다. 서스팬션은 차체의 상하움직임(바운싱과 피칭)과 함게 옆으로의 움직임(롤링)에도 관계가 있다.
2) 타이어
....타이어는 충격을 흡수하는 완충기능 외에 엔진의 힘을 노면에 전달하거나 제동력을 발휘해 원심력을 견디어내는 기능이 있다. 특히 후자를 합해서 접지력이라 부른다. 즉 접지력에는 전후방향(앞으로 향하는 것은 전진하는 접지력, 뒤로 향하는 것은 제동 접지력)의 것과 옆 방향의 것이 있다. 커브를 돌 때 브레이크를 밝고 있는 경우가 있고, 가속중일 때도 있기 때문에 커브를 돌고 있을때 타이어는 옆 방향의접지력만 내고있으면 된다고 할 수는 없다.
....옆 방향의 접지력은 코너링 포스라고 한다. 코너링 파워와 혼동하기 쉽지만 이것은 접지력과는 다르다.접지력이 생기는 방향을 나타내는 것이다. 코너링 포스가 발생하면 타이어를 똑바로 향하게 하려는 토크도 발생한다. 이것을 셀프 얼라이닝 토크라고 한다.
코너링포스의 크고 작음과 타이어의 걱이는 양에 따라 이 토크는 커지기도 하고 작아지기도 하며, 때로는 타이어의 방향을 좀더 바꾸려고 하는 등 여러가지로 변화한다. 그것은 핸들을 통해 손으로 느끼게 되어 핸들의 맛을 결정하는 중요한 요인이 된다.
...미끄러지는 느낌은 타이어의 특성 중 하나이다. 한계를 넘어서면 타이어는 미끄러지게 되어 그것이 느린것인지 또는 급한것인지를 운전자에게 알려준다. 여기에는 서스팬션의 성능도 관계된다.
3) 서스팬션
....코너링성능은 서스펜션과도 깊은 관계가 있다. 그러나 코너링 성능을 높히려고 하면 승차감을 해치기 쉬워 설계자들이 애를 먹게 된다.
서스펜션에는 형식, 스프링의 강도, 쇽업소버의 딱딱한 정도, 스테빌라이저의 유무와 강도, 지오메트리와 얼라이먼트 등 많은 요소가 있다.이 모두가 단독으로서스펜션의 성능을 결정할 뿐 아니라 서로 깊은 관계를 유지한다. 때문에 가령 더블 위시본이 좋다고 해도 그 밖의 요소가 제대로 되어있지 않으면 서스펜션 전체의 성능은 향상되지 않는다.
...예를 들면 스프링과 쇽업소버의 강도, 혹은 경도는 차무게와 밀접하게 관계된다. 부드러운 서스팬션이라 해도 스프링이나 쇽업소버를 보다 가벼운 자동차에 붙이면 딱딱해진다. 보통차와 경자동차에서 똑같이 딱딱하게 느껴지더라도 스프링과 쇽업소버의 딱딱한 정도는 서로 다르낟. 또 같은 스프링 이라도 그것을 딱딱한 쇽업소버와 같이 쓰면 부드럽게 느껴지고, 그와 반대로 결합시키면 딱딱하게 느껴진다.
4) 쌔시
....가벼운 소형차체는 움직임이 날렵하다. 섀시도 코너링 성능에 관계된다. 예를 들면 트레드가 넓고 휠베이스가 짧아야 코너링 성능이 좋다. 그러나 이것은 일반적인 이야기이고, F1처럼 2800m에가까운 휠베이스라도 충분히 날렵한 움직이을 보이는 경우도 있다. 트레드에 대한 휠베이스라는 식으로 상대적인 수치도 중요하다. 와이드 트레드라 해도 휠베이스가 아주 긴 것인 경우에는 코너링 성능이 좋을 수 없다.
...같은 소형 섀시라도 엔진이 앞에 있는지 뒤에 있는지, 그렇지 않으면 중앙에 있는지에 따라 자동차의 움직임이 달라진다. 가장 예민한 것은 중앙, 즉 미드쉽 엔진배치이다.
...프레임의 강도도 관계된다. 이것을 강성(强盛)이라 한다. 강성이 높은 프레임이면 커브에서의 움직임도 예민해진다.
...공력특성(空力特性)에서는 직진 안정성과 마찬가지로 양력과 그 전후 배분이 중요하다. 포뮬러 머신 처럼 윙으로 아래로 향하는 양력(다운포스)이 얻어지면 커브를 도는 성능은 크게 향상된다. 그것은 다운 포스에 의해 타이어의 접지력이 커지기 때문이다.
5) 엔진
...엔진에는 출력, 토크,플렉시빌리티(Flexibility),연비(燃費), 가벼움, 작은 크기 등 많은것이 요구된다. 예를 들면 고출력의 상징처럼 되어있는 4밸브가, 흡힙효율이 높고 또 흡입저항이 적다는 장점대문에 연료절약을 위한 엔진에 쓰일 때도 있다. 단순히 DOHC 4밸브는 출력을 보장해 주는 것이라고 할 수는 없다. 더욱이 앞으로는 터보차저가 연료절약을 위해 더 많이 쓰일 수 있을 것이다.
...코너링 성능에서 특히 엔진에 요구되는 것은 리스폰스(반응)이다. 스포츠 드라이브 때 특히 문제가 된다. 반응은 엑셀레이터의 움직임에 대한 엔진의 반응이다. 반응이 좋으면 엔진이 엑셀레이터의 움직임에 충실하게 따라온다.
...스포츠드라이브에서 엔진 출력은 차의 행동을 컨트롤 하는 중요한 제어장치이다. 적절한 시기에 출력이 커지면 부드럽게 코너링을 할 수 있다. 그런 의미에서 DOHC 4밸브라는 시스템은 스포츠 드라이빙을 한층 즐겁게 해주고, 반응이 한 템포 느린 터보차저에서는 반대로 즐거움을 덜 할 수도 있다. |
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.3. 정지 성능
....달리는 성능에는 정지 성능도 포함되어 있다. 일반적으로는 엔진의 출력보다 브레이크의 성능이 높다. 그래야 안전하고 이것이 엔진과 브레이크의 이상적인 밸런스다. 정지 성능이라고 하며 바로 4바퀴의 브레이크 성능이라 할 수 있다. 물론 그것은 높은 제동성능을 가지고 있지만 주역은 역시 타이어의 접지력이다. 또 휠베이스, 중심(重心)위치, 서스펜션 특성, 브래이크 배관의 강성(强誠), 브레이크 패드 특성 등 많은 요인이 관계된다. 또 제동력의 앞뒤 배분과 급브레이크 때의 차의 움직임, 브레이크 냉각도 중요하다.
1) 관성력과 제동력
....달리고 있는 자동차는 그대로 계속 달리려는 관성력이 작용하고 있다. 어떤 에너지를 갖고 있는 셈이다. 이 대문에 차를 정지시키거나 감속시키기 위해서는 이 에너지를 에딘가에 써버리지 않으면 안된다. 그런 에너지 소비기구가 바로 브레이크다. 관성에 의한 운동에너지를 열에너지로 바구어 버린다. 그래서 브레이크는 일종의 열 교환기이기도 하다.
....그열은 공기속으로 사라진다. 따라서 브레이크는 효율적으로 열을 저축해서 발산하는 기능이 필요해진다. 자동차가 대형일수록 브레이크가 커지는 이유도 이 대문이다. 디스크 브레이크는 흔히 우수한 발열성만을 평가하지만, 열을저장하는 능력에서도 뒤어난 브레이크다.
2) 브레이크 페달에서 타이어까지
....제동력의 근원은 운전자 발의 힘이다. 발 힘은 밟는 힘으로 브레이크 페달에 전달된다. 그것은 마스터 실린더에서 오일의 압력으로 바뀌어 브레이크 파이프를 통해 오퍼레이팅 실린더로 전해진다. 여기서 파스칼의 원리가 적용된다.
...즉, 유압기구를 써서 발의 힘을 크게한다. 50Kg로 밟는 힘은 브레이크 패드에 와서는 2550Kg이 되는 경우도 있다. 또 엔진 흡기관의 부압(負壓)등을 이용한 파워 어시스트도 있다. 브레이크 부스터라고도 불린다. 이것도 밟는 힘을 가볍게 하는 기구이다. 현재 양산되ㅣ는 거의 모든 차량은 하이드로백이라는 브레이크 부스터가 장치되어 있다.
...마스터 실린더에서 오퍼레이팅 실린더 까지는 브레이크 파이프나 브레이크 호스의 가성과 마스터 실린더의 부착강성, 파워 어시스트 특성 등이 브레이크의 느낌에 아주 중요하다. 스폰지를 밟는 것과 같은 느낌을 갖게 되는 것은 이 부분에 의한 경우가 많다.
...디스크 브레이크가 주류를 이루고 잇으나 디스크 로터를 누르는 캘리퍼에는 여러가지 종류가 있다. 특히 가벼운 것이 요구된다. 디스크 로터에는 통풍구멍이 있는 벤틸레이트식과 구멍이 없는 솔리드식이 있다. 앞바퀴에는 벤틸레이트가 필요해도 뒷바퀴에는 불필요한 경우가 대부분이다. 브레이크는 앞쪽의 부담율이 크기 때문이다. 특히 앞이 무거운 FF차가 그렇다.
3) 브레이크와 타이어
...제동력에서는 타이어가 주역이다. 4바퀴 모두 디스크 시스템이라해도 타이어가 약하면 소용없다. 거구로 말하면 고성능 타이어에는 고성능 브레이크를 써야 비로소 밸런스가 좋게된다.
...타이어 특성에서 주의해야 할 점은 제동시 접지력이 발생하면 옆 방향의 접지력이 작아져 버린다는 사실이다. 특히 록(LOCK)된 경우에 옆 방향의 접지력은 거의 없어지고 만다. 그래서 앞바퀴 타이어가 록되면 핸들이 말을 듣지 않고, 뒷바퀴 타이어가 록되면 차 뒷부분이 미끄러진다. 두가지 경우중에서 뒷타이어가 록될경우가 위험하다.
...따라서 타이어가 록되지 않도록 오퍼레이팅 실린더의 지름을 검토하거나 프로포셔닝 밸브를써서 필요이상의 유압이 뒷바퀴에 작용하지 않도록 해야한다. 그러나 뒷 타이어의 록은 뒷 타이어에 걸려있는 수직하중에 비해 브레이크 유압이 너무 커서 생기므로 프로포셔닝 밸브도 그 특성의 설정은 자동차마다 다르게 된다. 요즈음 보편화 된 ABS시스템음 타이어의 록에 의한 조향성 상실을 막아주는 좋은 시스템이다.
4) 브레이크냉각
...디스크 브레이크의 로터온도는 섭시 400도 이상이 될 경우도 있다. 그래서 브레이크는 냉각방법이 중요하다. 디시(접시, Dish) 형태의 휠은 브레이크 냉각이어렵다. 휠과 브레이크는 결코 무관하지 않다. 일반적으로 로터와 캘리퍼 주위에 충분히 바람이 통하게 해주면 쉽게 냉각시킬 수 있다.
...그러나 고성능 차에서는 특별한 연구가 필요하다. 예를 들면 에어덕트를 설치하게 되면 어디서 바람을 유도해야 되는가가 문제다. 이를 위해서 차체의 풍압분포를 조사할 필요가 있다. 이것은브레이크와 동력특성이 밀접하게 관계되는 것을 나타낸다.
...브레이크의 온도 범위에 따라 선택되는 패드의 재질도 레진몰드로 부터 세미 메탈릭으로 변해가고 있다. 세미 메탈릭은 고속으로부터의 심한 브레이킹에는 좋지만 시가지의 저속 브레이킹에서는 효력이 나쁘다고 한다. 그러나 최근 소재혁신을 통해 레진몰드로 고속브레이킹에 전혀 문제없이 대응을 하고있다. 자동차를 쓰는 용도에 따라 패드도 달라진다.
5) 브레이크와 서스팬션
....제동성능에는 서스펜션도 관계된다. 예를 들면 앞부분이 너무 가라앉는 서스팬션에서는 브레이크의 초기 성능이 나빠진다. 이를 막기 위해서 안티다이브 메커니즘을 쓰면 실제의 효력은 좋아지지만 앞부분이 가라앉지 않아서 이런 매커니즘의 자동차에 익숙하지 않은 사람에게는 이질감이 생길 수 있다. 캠버 변화가 큰 서스펜션의 경우 앞부분이 크게 가라앉으면 제동 때 앞 타이어에는 네거티브 캠버가 되어버려 그것이 타이어의 접지면적을 적게 만들어 제동성능을 저하시키게 된다. 브레이크 성능을 높이기 휘해서는 서스펜션 지오메트리와 스프링, 쇽업소버의 검토가 필요하다. |
4. 경제성
....기름값이 올라가고 석유자원의 고갈에 대한 우려가 있어 기름이 적게드는, 연비가 좋은 자동차가 요구되고 있다. 최근의 메커니즘의 진보는 연비를 좋게 한다는 면에서 아주 뚜렷하다.
...연비에는 많은 요인이 관계된다. 차무게를 비롯해 공기저항, 회전저항, 기어비, 엔진의 토크특성과 열효율, 운전하는 방법 등이다. 그러나 크게 나누면 달릴 때의 저항, 열효율, 엔진의 힘을 이끌어 내는 매커니즘의 특성 등이다.
이를 위해서는 우선 달릴 때의 저항을 적게해야 한다. 이것은 경량화(고장력 강판, 플라스틱, 알루미늄의 사용), 공기 저항의 감소, 회전저항의 경감(타이어 개량)등으로 이루어 진다. 그 다음에는 엔진의 효율을 올려야 한다. 전자제어의 대폭적인 채택(연료분사와 점화시기 컨트롤 등), 마찰에 의한 손실의 감소(베어링의 개량, 피스톤링의 개량,엔진오일의 진보), 연소효율의 향상(밸브배치와압축비 검토)등이 그것이다.
엔진의 힘을 제대로끌어내기 위해서는 연료를 절약할 수 있는 높은 비율의 기어비, AT차에서는 토크 컨버터의 개량(토크업 등), 무단(無段)변속기 채용 등이 있다. |
