휠크기가 연비에 상관이 있나요?
차의 디자인이 휠하우스가 정해져 있어
타이어의 외경이 바뀌지는 않을테구요,
휠이 커지면 휠의 무게가 커져서 연비에 영향이 있다고 하던데,
그러면 같은 인치의 휠에도 재료나 디자인에 따라 무게가 다를거구
잘 모르겠습니다.
아래 글에 EV6전비에 대한 이야기가 있구 19,20인치 타이어마다의
연비가 있다고 하는데,
잘 이해가 되지 않네요...
누가 설명좀 부탁드립니다.
/Vollago
휠크기가 연비에 상관이 있나요?
차의 디자인이 휠하우스가 정해져 있어
타이어의 외경이 바뀌지는 않을테구요,
휠이 커지면 휠의 무게가 커져서 연비에 영향이 있다고 하던데,
그러면 같은 인치의 휠에도 재료나 디자인에 따라 무게가 다를거구
잘 모르겠습니다.
아래 글에 EV6전비에 대한 이야기가 있구 19,20인치 타이어마다의
연비가 있다고 하는데,
잘 이해가 되지 않네요...
누가 설명좀 부탁드립니다.
/Vollago
안녕하세요~
휠이 커진다 > 초기에 더 많은 힘을 써야 굴려진다 > 더 많은 연료 소모
또 휠이 커지면 타이어 접지면이 늘어나니 그에 따른 연비도 늘고요
말씀하신대로 인치 같아도 휠 무게 따라 다르기도 하구요
그래서 보통 경량휠이 더 비싸죠
현가하질량 얘기도 해야하는데 이건 연비보다는 로드홀딩의 이득이니 여기선 필요없는 설명일 것 같네용.
휠사이즈가 커지면 무게도 증가하겠구요
휠이 커지면서 편평비가 줄어든 타이어의 무게 역시 늘어나는걸로 알고 있구요. 편평비가 작아질수록
하중을 버텨야하는 구조 공간이 부족해서 내부에 보강이 많이 들어간다고 하더군요.
하지만 제가 이해가 안되는건
1. 휠이 켜져도 타이어가 얇아지기때문에 타이어의 외경은 동일합니다. 굴러가는데 필요한 축력은 동일하지 않나요?
2. 또한 접지면은 타이어의 폭이 인치업과는 관계가 없을 것이구, 만약 접지면 때문이라면 연비가 인치업을 해서가 아니고 타이어 폭이 늘어나서 안좋아 졌다고 이야기 해야하지 않을까요? 차의 구조상 타이어 폭을 바꾸기도 쉽지 않을텐데요.
3. 휠이 커져서 무게가 늘어나면 연비측정시 휠의 무게를 적시해야 할텐데, 보통 깡통휠보다 고급휠이 경량화등 더 신경쓸텐데, 오히려 무게가 가벼울 수 있지 않을까요? 오히려 동일 인치에서 휠디자인을 바꾸면 무게도 다를텐데, 연비도 달라져야죠
만약 휠의 인치가 달라지면 타이어 외경까지 바뀌는 경우는 당연히 연비가 않좋겠지만요,
이 경우 차량의 구동관련 센서도 바꿔야 하고, 차량의 전고에도 영향이 있는데,
이런경우는 논외로 하구요
/Vollago
1. 휠이 커지고 타이어가 얇아져도, 휠의 무게가 증가되는 건 어쩔 수 없습니다.
2. 광폭 타이어 쓰면 승차감은 좋아지는데, 연비는 떨어집니다.
3. 보통 전기차 휠 보면 엄청 경량 휠을 씁니다. 차 무게가 보통 가솔린차에 비해 무거워서 거기서라도 무게를 줄일려는거 같아요.
보통 운동에너지는 질량에 비례합니다. 반대로 얘기하면 질량이 무거우면 에너지가 높아지고, 이 얘기는 어떤 물체를 움직이려면 질량이 증가한 만큼 에너지 소모가 증가한다는 거죠..
원형이라 느낌이 안올 수 있지만, 사각형이라고 생각해 보세요. ㅡㅡㅋ
2번 관련해서는 타이어 편평도에 대해서 한번 알아보세요.
편평도가 높은 광폭타이어의 경우 일반적으론 승차감도 안좋아지는게 일반적입니다.
타이어폭 역시 마찰력으로 인해 운동에너지를 소모시키기 때문에 출력(W=J * s)을 잡아먹습니다. 출력이라 적어서 힘같은데, 에너지 단위였던 거 같아요..
그리고 메이커의 대형휠은 도로위의 다양한 상황에 대응하기 위해 하중테스트를 굉장히 보수적으로 진행해서 무게가 어마어마한 걸로 알고 있습니다. (그리고 가벼운 휠을 만드는 거 보다 무거운 휠을 만드는 비용이 훨씬 저렴할거예요.)
그건 서로 별개의 이야기니까요.
다만 휠이 커지면 휠+타야 무게가 대체로 더 무거워집니다.
이게 연비 하락으로 이어지죠. 관성모멘트도 크게 증가하고;
관성모멘트는 거리의 제곱에 무게를 곱한 값입니다.
휠을 보시면 가장 무거운 부분이 외곽 부분의 '림'이에요.
16인치 휠 -> 18인치 휠로 바꾸면, 무게가 그대로라도 림이 위치한 거리가 중심점으로부터 1인치가 더 늘어나서..
대충 25%이상 관성모멘트가 늘어납니다.
휠 돌리는데 힘이 25%이상 더 든단 이야기죠;
타이어 무게는 휠이 커지면 낮아지지만, 사실 타이어의 제일 무거운 부분은 접지면이고,
이 부분은 관성모멘트는 변함이 없어서.. 사실 별 차이는 없는 셈이죠.
저는 같은 타이어종류라면 휠인치가 작아지면 무게가 적어지기에 연비가 상승할 것이라고 생각합니다.
아마 상위 옵션으로 유도하는게 아닐까 싶습니다.
그리고 큰 사이즈 휠이 고급옵션이긴 하지만 무게가 더 가벼워질 정도로 경량화까지 가능한 가격은 아닌것 같습니다.
경량휠 가격 보면 어마무시해요..
물론 직경이 큰 휠과 매칭되는 타이어의 영향도 있습니다
물론 휠무게가 가볍고 크기가 커진다는 조건 하에는 아래 블로그 처럼 되기도 합니다.
https://redzone.tistory.com/1755
그래서 사실상 자동차 튜닝에서 볼때 휠을 가벼운 것으로 교체 하면 꽤 큰 이득을 보게되는데
휠 1개당 2키로만 차이나도 연비가 달라지는 경험을 하게 됩니다.
추가로 타이어의 구름 저항에서 볼때 바닥에 닿는 면적이 넓어질수록 저항이 커져 연비가 나빠지게됩니다.
참고로 전기차들은 구름저항이 낮은 타이어를 많이 쓰기 때문에 연비가 우수하게 나오는데요.
전기차의 트랙션을 높이기 위해서 스포츠 타이어로 바꾸시면 연비가 엄청 안좋아지는걸 볼 수 있습니다.
역시 물리학..^^
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=cogram&logNo=140212330026&proxyReferer=https
결과적으로 볼때, 휠인치가 작은게 연비도 좋기는 하네요.
여러분들의 이야기를 들어보면 축에서 타이어 외경의 거리보다는 휠의 외경(림)까지의 거리가 관성모멘트(?)를 좌우하는 듯 합니다.
단순 인치업이면 이 정도 차이 밖에 안나는게 정상인데 아이오닉5나 EV6는 10%니 이상한거죠.
이거는 19인치 모델과 20인치 모델의 타이어 세팅이 달라서 그렇습니다.
둘다 미쉐린 타이어지만 19인치는 회전저항 1등급, 20인치는 회전저항 2등급 타이어입니다.
속도 등급도 H,V로 다르고 폭도 235, 255로 다릅니다.
휠 오프셋도 7.5J, 8.5J로 차이나는등 무게도 단순한 인치업보다 훨씬 차이가 큽니다.
처음부터 19인치는 연비 세팅이고 20인치는 좀더 주행성에 중점을 둬서 각각의 요소가 합쳐져서 총 10%정도 차이가 난겁니다.
현가하질량 즉 unsprung mass는 보통 차체 (chasis)의 거동을 설명할때 쓰는 용어입니다. 물론 휠타어이어는 unsprung mass가 맞긴합니다만... 이 경우는 구동계질량이라는 말을 쓰는 게 맞습니다. 참고로 구동계질랑은 피스톤부터 시작해서 컨로드 크랭크샤프트 플라이휠 클러치 변속기기어 드라이브샤프트 등속조인트 디프기어 휠 타이어 로터 등이 다 들어갑니당. 반면 현가하질량은 보통 로워암 어퍼암 컨트롤암 너클 휠 타이어 허브베어링 로터 캘리퍼 등등이 들어가지요. 다만 맥퍼슨 스트럿 방식에서는 어퍼암이 없고 차대 혹은 프론트 멤버가 어퍼암 역할을 하는데 이 경우는 현가하질량에 넣지 않습니다. 원래는 쇽도 언스프렁매스입니다만 인보드쇽이란 것도 있고 해서 좀 복잡...
여튼 unsprung mass가 가벼우면 좋은 건 당연히 쇽업저버의 운동에 방해를 주지 않기 때문에 빠른 복원력을 얻을 수 있고 이게 여러가지 장점을 주는 건데, 연비랑은 상관없는 문제니 넘어가고요, 구동계질량 감소로 인한 연비상승은 보통 업계(?)에서는 1:13정도(비구동계 질량 감소로 인한 출력손실 대비 구동계는 13배 정도로 보지만 이건 어디까지나 경험적인 얘기고, 보다시피 차라는게 워낙 굴러가면서 움직이는 부품이 많기 때문에 딱 13이라고 말하기는 불가능하다고 봅니다.)로 본다는데 뭐 저는 동의하는 입장은 아니구요... 여튼구동계질량 상승이 비구동계질량 상승보다 출력에 더 큰 영향이 있는 건 관성모멘트 때문입니다.
여튼 인치업 하면 다음 상황이 발생합니다.
1. 휠을 구성하는 알로이가 타이어보다는 당연히 무겁기에 타이어가 그만큼 얇고 가벼워지더라도 휠타이어 합친 무게가 낮은 인치보다는 더 무거워집니다. 아무리 타이어가 무거워 봤자 메탈보다는 가볍지요. 이는 구동계질량 상승으로 이어지겠지요.
2. 인치업하면 접지면적이 더 넖어집니다. 심지어 같은 폭의 타이어라도요. 이유는 심플한데 인치업하면 그만큼 커진 림폭을 보상하기 위해 사이드월이 얇은 타이어를 끼게 되고, 따라서 편평도가 올라가기 때문에 편평도 낮은 타이어보다 타이어 좌우 사이드월에 가까운 부분이 더 땅에 붙게 됩니다. 그래서 타이어의 구름저항이 더 커집니다. 대신 접지력도 좋아집니다.
3. 큰 폭의 림은 보통 더 큰 공기저항을 만듭니다. 물론 이건 휠의 형상에 큰 영향을 받기는 합니다만... 같은 형상의 휠이면 크면 공기저항을 더 많이 만듭니다. 선풍기로 비교해도 1인치 프로펠러보다 2인치 프로펠러가 더 바람도 많이 만들고 전기도 더 먹겠죠. 이거 생각보다 영향이 큽니다. 특히 보통 멋있다고 생각하는 휠일수록 공기저항이 더 크더라구요.
여담인데. 사실 무게가 같다는 가정 하에 가장 공기저항이 작은 휠은 RC에 주로 사용하는 디쉬 휠입니다. 구멍 하나도 없이 민짜 접시같이 생겼습니다. 다만 실차에 이걸 안 쓰는 이유는 브레이크 로터와 캘리퍼를 식히기 대략난감하기 때문입니다. RC는 브레이크도 인보드화 하기 때문에 별 상관이 없는 것이고요. 예전에는 실차도 인보드 브레이크 쓰는 경우가 제법 있었습니다. 냉각만 충분히 잘해준다는 가정하에 로터의 오염에서 자유롭고 무거운 로터와 캘리퍼가 가 현가하질량에서 빠지는 등 꽤 장점도 많습니다. 다만 그 냉각 문제 땜에 구조가 복잡해져서 요즘은 안 쓰는 듯 하네요. 아 정비성도 개판이 됩니다 ^^; 요즘 하이브리드 혹은 전기 차량 보면 모터로 회생제동을 거는데, 이것도 일종의 인보드 브레이크라고 볼 수 있겠죠.
거기다 보통 인치업하면 더 광폭림을 끼우시더라고요 ㅎㅎ 그럼 휠타이어 무게는 더 올라가겠죠. 이래서 인치업하면 연비가 떨어집니다. 다만 단순 인치업만으로 비교는 무리인 게, 18인치보다 가벼운 19인치 림도 있을 수 있고 더 크지만 공기저항이 더 낮은 휠도 있을수 있기 때문에 단순한 비교는 무립니다. 게다가 타이어에 따라 구름 저항도 천차만별이구요... 여담입니다만 그런 걸 다 차치하더라도 보통 400마력대 차량에 랩타임을 위한 최적은 저는 18인치로 보고 있습니다. 박스터에 19인치 끼니까 랩타임이 확실히 안 좋아지더라구요.
245 45 18
이 두 타이어에서 림폭이 동일하게 8J라고 하면
외경도 거의 비슷하고
그럼 질문하신 분처럼 의문을 갖는게 당연합니다
보통은 이런 경우 18인치의 림부 쪽이 더 중심에서 멀기 때문에 2차 회전관성모먼트가 같은 중량이라고 해도 더 커집니다
계산은 적분하면 되는데 인테그랄 r^2 dm 으로 계산 되고 반지 모양일때 아마 1/2mr^2?? 이랬던것 같습니다
어쨌든 회전관성 모멘트가 커지니 가속할땐 힘이 들고 감속하면 많은 에너지를 까먹으니
전체적으로 손해죠
하지만 일정하게 항속 주행일 경우 적당한 회전관성값을 갖는 휠이 더 연비가 좋을 수도 있습니다
극단적인 초경량휠은 오히려 고속도로 연비가 떨어지는 경우도 있습니다