“타이어 접지면적과 광폭타이어와의 관계”
접지(接地), 그대로 옮기면 ‘지면에 닿는다’ 라는 뜻이 되는데요. 이를 자동차 분야에서 말하는’접지력’이란 표현으로 말해본다면, 주행 시 ‘타이어가 땅을 움켜쥐는 힘’, 마찰력 등으로 해석할 수 있을 것입니다. 또한 자동차에 필요한 세 가지 능력 중 가장 인기 많은 항목인 구동력과 마찰력은 필연적으로 함께 거론되는 개념입니다. 이는 노면과 타이어 사이의 마찰이 발생하지 않으면 구동도 이뤄지지 않기 때문입니다. 얼음 위에서 차가 미끄러지며 구동력이 발생하지 않는 이유도 마찰력이 적기 때문입니다.
마찰력은 타이어가 노면을 뒤로 미는 힘이고, 그 힘의 반력으로 생기는 힘, 구동력 때문에 차는 앞으로 나아갈 수 있게 됩니다. 마찰력의 한계를 넘어서면 타이어에 휠스핀(공회전) 현상이 일어난다는 사실은, 꼭 이론이 아니더라도 운전자의 감각으로 알 수 있는 부분이죠. 그렇다면 그 마찰력의 한계를 높일 수 있다면 구동력은 어떻게 될까요?
타이어가 지면에 닿는 면적인 접지면적(=contact patch)이 세상 모든 타이어가 동일한 재질과 동일한 트레드 패턴을 가진 한가지 종류의 타이어라는 가정하에 폭만 넓힌다면 이는 접지면적이 증가했다고 볼 수 있을까요? 이 답을 설명하기 위한, ‘타이어 접지 면적’을 구하는 공식은 다음과 같습니다.
P(압력)=F(힘) / A(면적)
즉, 타이어의 접지 면적 = 자동차의 중량/타이어 공기압 이라고 바꿔 설명드릴 수 있는데요. 타이어의 접지면적에 영향을 끼치는 요소는 오로지 타이어 공기압과 무게밖에 없다는 뜻이 됩니다. 따라서 타이어의 접지 면적은 타이어의 상태 변화에 따라 달라지게 된다는 결론을 얻을 수 있겠습니다.
“타이어의 접지 면적에 대한 오해”
그렇다면 너비가 넓은 ‘광폭타이어’ 에서는 왜 제동거리가 감소하게 되는 걸까요? 여기서 많은 분들이 이 ‘광폭타이어’에 대해 오해 하고 있는 부분을 짚고 넘어가겠습니다. 바로 접촉 면적과 접지 면적(컨택패치)에 대한 차이의 간과입니다. 일반적인 타이어에 비해 너비가 넓어 땅에 닿는 접촉면도 넓은 광폭타이어가 접지 면적 또한 넓어 접지력이 좋다는 생각은 결론적으로 틀린 접근입니다. 마찰력은 앞서 말씀드린 바와 같이 타이어 접촉면의 면적과는 무관하기 때문입니다. 타이어 접지 면적의 형상은 폭이 넓어질수록 좁아지고 길어지게 됩니다. 땅에 닿는 접촉 면적을 숫자로 계산하면 타이어의 폭과 관계 없이 동일한 값을 얻게 됩니다.
여기서 주행 능력이 뛰어나다고 평가되는 슈퍼카들은 왜 광폭타이어를 쓰는가에 대한 의문이 떠오를 것입니다. 여기서 초점은 접지면적 증가로 인한 그립형성이 아닌, 타이어와 노면이 만나며 생기는 마찰력에서 생기는 열(烈)과, 또 그 열을 방출하는 과정인데요. 폭이 좁은 형상의 타이어라면 폭이 넓은 타이어에 비하여 같은 면적이 지면에 닿는 시간이 길어지게 됩니다. 그러나 결과적으로 같은 마찰력, 또 같은 양의 열을 발생시킨다는 점을 우리는 알고 있습니다. 여기서 너비가 넓어 접촉 면적이 큰 광폭타이어의 경우, 마찰력에 의해 발생된 열을 상대적으로 조금씩 나눠 가질 뿐만 아니라 더욱 잘 방출하는 특성을 갖게 되는데요. 그 결과 일반타이어에 비해 표면이 덜 녹게 되는 것입니다. 낮은 온도에서 경화되어 있다가 일정수준 온도가 올라가면 부드러워지는 고무의 특성에 따라, 타이어도 마찬가지의 특성을 띱니다. 일정수준이상의 온도에서 타이어의 성질이 변하면, 마찰계수 저하로 인한 타이어 그립 감소하는 현상을 보이게 됩니다. 이러한 이유로 인하여 고도의 퍼포먼스가 필요한 차량에서는 좀더 넓은 광폭타이어를 사용하는 것입니다.
앞서 말씀드렸듯 광폭타이어의 적용은 컨택패치의 형상 변화를 가져옵니다. 즉 *종그립(세로 방향 접지력)에 대한 마찰력을 감소시키는 대신, *횡그립(가로 방향 접지력)에 대한 마찰력을 증가시킬 수 있다, 는 이야기인데요. 이는 코너링 시 자동차의 성능에 긍정적인 영향을 가지고 올 수 있다고 할 수 있겠습니다. 반면 종그립을 잃어버렸기 때문에 재가속 혹은 직진 가속 시 일반 타이어보다 해당 성능이 떨어지게 됩니다. 따라서 서킷이나 와인딩을 즐기시는 분들은 차량에 광폭타이어를 적용하는 것이 좋고, 드래그 레이싱이나 급가속 및 급감속 주행을 즐기는 경우에는 일반 타이어를 추천 드립니다.
“SUV의 접지력을 높여주는 차량구조장치”
타이어 외에 접지력과 관련이 있는 부분으로는 서스펜션, 다른 말로 현가장치 라고도 하는 자동차 구조장치를 들 수 있는데요. 이는 스프링 작용에 의해 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상하진동을 좋게 하는 역할을 맡고 있는 부분입니다. 접지력이란 결국엔 땅에 타이어가 닿아야지면 발생하는 힘인데, 모든 도로가 평탄하지 않는 이상 노면이 불규칙한 곳에서는 바퀴가 공중에 뜨기 마련이겠죠.
이 때 바퀴와 차체를 용수철로 연결한 서스펜션이 거기서 발생하는 신축성을 이용해 험로에서도 접지력을 잃지 않도록 하는 것입니다. 또한 좌우 타이어의 힘을 고루 분배하는 4WD 역시 접지력과 밀접한 관련이 있는데요. 이외에도차축을 지탱하고 충격을 받아들이는 것과 힘을 확실히 전달하는 휠 역시 접지력에 영향을 줍니다. 지금까지 타이어와 접지력에 대한 오해와 진실에 대해 함께 알아보았습니다. 자신의 운전 습관이나 취향에 맞는 접지력 세팅으로, 항상 즐거운 드라이빙 되시길 바랍니다.
