[금호타이어 Focus] 타이어 접지성능

타이어 접지성능 

Tire Frictional Force 

어떤 노면에서도 안정적인 주행성능과 제동력이 타이어의 필수조건이다. 자동차

가 접지력에 영향을 끼치는 요소는 차량의 하중, 속도 등 다양하지만 가장 큰 영

향을 미치는 것은 역시 타이어다. 타이어와 노면 사이에 발생하는 힘을 마찰력

이라고 하는데 노면에 달라붙는 힘과 타이어 고무의 움직임에 따라 에너지 손실

이 발생하여 얻어지는 힘 둘 다를 말한다. 이는 흔히 접지력Frictional Force이라고도

하며 타이어의 접지력이 좋으면 가속과 감속이 더 빨라지고, 코너링도 더욱 원

활해진다. 이런 접지력을 향상시키는 접지면의 디자인과 컴파운드 구조설계의

신기술과 성능을 알아본다.

글 이장열 CG 일러스트 J Design



▶ Tire Frictional Force

 타이어의 마찰력은 주행하면서 노면에 문질러질 때 발생하는 미끄럼 운동 마찰력Kinetic Friction과 정지 마찰력Static Friction이 있는데 이를 통틀어 접지력이라 한다.
 
 타이어는 온로드일 경우 고무가 부드러울수록, 또 접지면이 넓을수록 노면과 마찰력이 증가한다. 타이어가 부드러울수록 지면에 눌릴 때 단단한 성질의 고무보다는 부드러운 고무가 미세한 노면의 틈새 속으로 파고들어 노면과의 밀착도가 훨씬 높아져 마찰력을 증가시킨다. 오프로드의 경우에는 트레드무늬가 없는 타이어보다는 트레드 무늬가 있는 타이어가 요철끼리 맞물려 접촉면적을 넓혀 마찰력을 좋게 한다.

 
 타이어의 접지성능은 용도에 따라 트레드의 패턴디자인과 컴파운드, 구조설계가 달라진다. 마른노면과 젖은 노면을 고려한 여름용 타이어는 접지력, 배수성능Aquaplaning이 좋아야 하고, 눈길이나 빙판길에서 접지력을 발휘해야 하는 겨울용 타이어는 컴파운드가 부드럽고 쉽게 경화 되지 않는 고무가 접지력이 높아진다.

자동차경주와 같이 최대한의 마찰력이 요구되는 타이어는 무늬가 없는 트레드와 부드러운 컴파운드를 적용한다.

 

▶ 트레드 패턴과 접지성능
 

 노면의 상태에 따라 마찰력의 차이를 보여주는 것이 트레드 패턴이다. 일반적으로 패턴 디자인에 따라 타이어 용도와 성격이 결정된다. 트레드 패턴은 타이어의 구동력, 제동력, 선회력을 노면에 전달하는 역할을 하는데 용도에 따라 가장 효율적인 패턴의 무늬를 채용하게 된다.

 
 무늬가 아무것도 없는 슬릭 타이어Slick Tire는 접지면 전부가 노면으로부터 마찰력을 발생시켜 마른 노면에서 가장 많은 마찰력을 얻을 수 있지만 빗길 배수성과 주행안정성은 나빠진다. 따라서 경주용 차가 아닌 일반 자동차는 마른 노면이나 젖은 노면에서 사용할 수 있도록 그루브Groove가 있는 트레드 패턴을 사용한다.

 
 트레드 패턴은 일반적으로 고속주행성능을 위하여 직선 방향의 홈과 코너링성능을 위하여 횡방향의 홈의 최적화된 프로파일로 디자인하여 다양한 노면의 조건에서 접지력을 향상시킨다.

경주용 타이어를 보면 트레드 패턴과 노면의 조건에서 접지성능의 특성을 잘알 수 있다. 마른 노면일 경우 무늬가 없는 슬릭 타이어를 사용하고, 젖은 노면일 경우 노면의 상태에 따라 무늬가 있는 타이어를 사용하게 된다.

▶ 컴파운드과 접지성능
 

타이어트레드 고무가 부드러우면 마찰력은 향상되지만 내마모성은 떨어지게된다. 또한 주행시 발열이 크면 에너지 손실이 크면서 마찰력은 강하게 되고,발열이 적으면 에너지 손실이 적고 회전하기 쉽게 된다.

타이어 낮은 회전저항Rolling Resistance을 구현하고 접지력은 향상시켜 운동성능, 안전성능에 친환경 성능을 만족시키는 첨단 컴파운드 기술이 타이어에 적용되고 있다. 

▶ 구조와 접지성능
 

타이어와 노면의 접촉면적은 제한되어 있다. 접지면은 노면 사이에서 마찰력을 얻어 자동차의 파워를 전달하고 운전자의 생각대로 움직이게 하는 역할을 한다.
 차량이 정차시에는 균일하고 확실한 접지상태가 되겠지만, 주행시에는 속도와 노면 상태, 운행방향, 공기압, 제동, 가속 등 주행특성에 따라 그 접촉면적과 하중분포가 변하게 된다. 

 

광폭타이어의 경우 일반타이어에 비해 노면에 접지되는 면적이 넓어진다.  접지되는 면적이 넓어지면 동일한 하중을 갖는 차량에서 접지면적이 넓은 타이어의 경우 트레드에서 단위 면적당 받는 힘이 일반 타이어에 비해 작아지므로 압력이 낮아지고 발열이 적어진다.또한, 광폭타이어는 사이드월이 강하게 설계되어 주행시 접지력을 최대한 유지시켜주는 장점이 있다.

▶ 접지특성
 

타이어가 노면에 접하고 있는 부분은 승용차에서는 고작 엽서 1매 정도의 면적이고, 타이어 4본, 결국 엽서 4매 정도의 넓이가 주행 시의 운동성능을 결정하게 된다.
이 접지면을 특징짓는 것을 총칭하여 타이어의 접지특성이라 한다.

접지 길이 및 접지 폭 - 타이어를 평판 위에 놓고, 차량하중에 해당하는 하중을 타이어에 부여하면 평판과 타이어의 접지부분에서 변형(휨)이 발생하고, 평판 위에는 타이어 접지형상이 얻어진다. 접지형상에서 타이어 원주방향의 길이를 접지 길이라하고, 원주방향과 직각을 이루는 방향(폭 방향)의 길이를 접지폭 이라 한다. 타이어의 주 성능에 밀접하게 관련되는 경우가 있기 때문에 타이어 설계단계에서 기본적으로 적정수준의 접지길이 및 접지 폭을 얻도록 되어 있다.

접지면적 - 상기 접지면 최외주로 둘러싼 모든 면적을 접지면적 또는 총 접지면적이라 하고, 실제로 접지하고 있는 부분의 면적 즉, 접지면적에서 홈 부분을 뺀 것을 실접지면적 또는 유효접지면적이라 한다.

접지압 - 접지부의 단위 면적당 작용하고 있는 수직력을 접지압이라 한다. 그 중에서 총 하중을 접지면적으로 나눈 값을 평균접지압이라 하지만, 일반적으로 접지압은 트레드 접지면에 있어서 같은 분포를 하지 않는다. 또 하중 또는 공기압의 차이에 의해서도 다른 분포를 나타내기 때문에 접지압을 검토할 필요가 있다.