글을 시작하기 앞서 제가 알고있는 미천한 지식들을 최대한 이해하기 쉽게 작성하려고 노력하였으나 저의 능력이 부족하여 말이 이상하거나 억지스러운 표현이 있을 수도 있습니다. 이해가 안가시는 부분은 댓글로 남겨주시면 최대한 후속지원해보도록 하겠습니다.

어제, 오늘 이틀동안 엄청나게 눈이와서 클리앙에 눈길주행 관련 된 내용의 글이 마구 쏟아졌지요 하루종일 월급루팡하며 클리앙 하다보니 거의다 본.. 이 중 몇몇 글과 댓글에서 논쟁(?)이 있는 것 같아 굴러간당을 통해 제가 아는 내용을 정리하여 풀어보도록 해보겠습니다. 

자동차에서 타이어 만큼 안전과 직결된 부품은 없습니다. 경차든 슈퍼카든 결국 노면(땅)과 맞닿아 있는 부품은 타이어 밖에 없기 때문이죠. 운전자가 가속/제동/조향 입력을 하는 순간 자동차는 타이어를 통해서 노면과의 마찰력을 이용하여 운전자가 원하는 움직임을 일으키게 됩니다.

제가 오늘 이곳을 통해 말씀드리고자 하는 주된 내용은 결국 마찰력입니다.

마찰력을 말씀드리기 전에 이해를 돕기 위해 몇가지 설명이 필요한데요, 먼저 수직항력 이라는 녀석이 있습니다. 수직항력은 타이어에 걸리는 중력방향의 힘으로 예를 들어 앞, 뒤 무게 배분이 5:5인 1000kg 짜리 (정지해 있는)자동차는 각 타이어가 250kg의 수직항력을 받고 있다고 생각하시면 됩니다. 다만 자동차는 주행을 하기 때문에 운전 상황에 따라서 각 타이어에 걸리는 수직하중의 크기가 끊임없이 변합니다.

잘못된 형식의 이미지 링크입니다.

그리고 마찰계수라는 녀석이 있는데 이것은 두개의 물질 사이에 발생하는 저항의 크기를 시험을 통해 계수로 표현한 것으로 일반적인 타이어의 경우 마른노면(아스팔트) 일 때 0.8~0.9 사이의 마찰계수를 갖습니다. 눈길에선 이 마찰계수가 엄청나게 낮아지고, 이 마찰계수를 개선한 것이 윈터 타이어라고 생각하시면 됩니다.

다시 마찰력으로 돌아와서, 마찰력의 수학적인 공식은 F=μN 으로 마찰계수μ 와 수직항력N과 직접적인 관련이 있습니다.
마찰력은 접지력 혹은 트랙션(Traction) 이라고도 하며, 우리는 결국 이 마찰력으로부터 얼마나 빠르게 가속하고, 짧은 거리를 제동하며, 빠른 속도로 선회 할 수 있는지 결정 됩니다.
아래 그림은 임의의 타이어의 성능을 나타낸 그래프로 타이어에 가해지는 입력(수직하중)이 어떻게 출력(마찰력)으로 변화하는지를 보여드리고자 나타낸 그림 입니다.

잘못된 형식의 이미지 링크입니다.

이 그래프에서 가장 중요한 점은 수직하중의 크기가 증가 할수록 마찰력의 증가량이 점점 줄어든 다는 점 입니다.

타이어는 종류마다 성능 곡선의 형상이 모두 다르지만 이 중요한 특성은 동일하게 갖습니다.

이러한 상대적인 마찰력 손실을 타이어의 선회효율(Cornering Efficiency)의 손실이라고 합니다.

이 타이어성능 곡선을 표로 다시 표현하면 아래와 같습니다.

수직하중과 선회 효율의 관계
수직하중	마찰력	마찰력/수직하중	비율	선회 효율
500	700	700/500	1.4	140%
1000	1000	1000/1000	1.0	100%
1500	1250	1250/1500	0.83	83%
2000	1500	1500/2000	0.75	75%

여기서 선회효율이 140%면 이 차량은 코너를 1.4g의 가속도로 선회할 수 있다는 의미이고, 선회 효율이 75%면 0.75g의 횡가속도만 발생시킬 수 있다는 의미 입니다.

결국 수직하중이 낮을수록 선회효율이 매우 높고 이를 통해 가벼운 차 일수록 코너링에서 매우 유리하다는 것을 알 수 있습니다.

(그래서 레이스카와 슈퍼카들이 차량의 경량화를 위해 엄청난 노력을 기울이는 것이지요)

타이어의 마찰에 대해서 조금 더 나아가보면 마찰원(Circle of Traction)이라는 개념이 있습니다.

임의의 순간에 타이어 마찰력의 총합이 일정한 원(범위) 안의 값을 갖는다는 기본 컨셉으로 아래와 같이 표현 합니다.

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만약 풀브래이킹(바퀴가 Lock이 걸리지 않는 범위에서 제동력이 최대인 상태)을 마찰원으로 표현하면 아래와 같습니다.

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ABS가 없는 차량이 위험한 이유가 여기에 있습니다. ABS가 없게 되면 위와 같이 풀브래이킹 상황에서 조향을 하더라도 이미 타이어의 마찰이 100% 쓰이고 있기 때문에 조향이 먹지를 않습니다.

가끔 어떤 분들이 ABS가 차가 더 빠르게 멈추기 위해 있는 장치라고 알고 계신분들이 있는데

ABS는 제동상황에서도 차량의 조향입력이 가능하게끔 해서 사고를 회피할 수 있도록 도와주는 장치 입니다. ABS가 작동하면 '드드드드' 하는 느낌을 받아보신 적 있으시죠? 브래이크를 아주 빠르게 잡았다/풀었다를 반복하면서 바퀴가 완전히 잠기는 것을 막아 조향이 가능하게끔 해주는 것 입니다. 마찰원 개념으로 보면 제동 100%를 잠깐씩 풀어주는 것이지요

마지막 예로, 아주 빠른 속도로 오른쪽 코너에 진입했다고 가정해보죠.

이 상태에서 코너를 더 빨리 탈출하기 위해 가속패달을 밟게되면 마찰원 범위를 벗어나게 되겠죠?

그러면 이때 언더스티어 또는 오버스티어가 발생하게 됩니다.

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마지막으로 사실 이 말씀을 드리기 위해 이 글을 쓰기 시작했습니다.

어제 눈이 엄청나게 온 뒤로 클리앙 내에 자꾸 4WD, AWD를 언급하시는 분들이 계시는데

심정적으로 이해가 안가는 것은 아닙니다. 구동력 입장에서 보면 분명 2WD는 2개의 바퀴만 가속을 할 수 있는데 4개의 바퀴가 구동을 하게 되면 분명 도움 되는 것은 맞습니다. 다만 제동력은 2WD건 4WD건 완전히 동일 합니다. 우리가 멈춰있는데 사고나는 경우는 없잖아요?(누가 와서 박지 않는 이상) 사고의 99%는 나 또는 상대방이 제대로 멈추지 못해서 사고가 납니다. 그러므로 우리는 위에서 배웠듯이 잘 멈추기 위해 4WD/AWD를 신경 쓸 것이 아니고 마찰력 그 자체를 높일 수 있는 타이어에 신경써야 한다는 것입니다.

글 이 길어지다 보니 힘들어서 황급히 이 글을 마칩니다. 

새해 복 많이 받으시고, 온 가족이 코로나를 피해다니시길 기원하며, 운전하시는 도로 위 주변에 항상 카레이서만 있어서 사고날 일 없으시길 기원합니다. ^^*