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가속성
가속성(加速性, Beschleunigung)은 점점 속도를 더하는 성질을 말한다.
개요[편집]
가속성은 자동차의 발진에서 목적하는 고속도에 도달하기까지의 속도 V와 시간 t와의 관계, 즉 dV/dt로 나타내는 성질을 말한다. 가속성은 연료의 성상, 실린더 용적 Vh와 차량의 중량 G 및 속도비 i 와 바퀴 지름 D에 영향받고, 기계적으로는 Vh/G×i/D에 비례하며 엔진의 평균 유효 압력 Pme를 고려해서,
R=Pme Vh i/GD
로서 R를 가속 특별값이라 부르기로 하고 있다. 또한 연료면에서 살펴보면, 일정 속도로 운전하고 있는 가솔린 엔진에서는 실린더 내에 유입한 가솔린은 기화기를 통해 흡입관 중에서 일부는 기화한 상태에서 유입하고, 그외는 흡입관벽을 따라 유입하고 있다. 엔진을 가속하기 위해 급격히 조임 밸브(기화기와 발동기의 중간에 있어 실린더에 보내지는 혼합기의 유량을 가감한다)를 열면 가솔린 및 공기의 공급은 급속히 증대할 것이지만, 기화하고 있는 가솔린은 바로 공기와 혼합해 그 양을 늘리는데, 흡입관벽을 따라 유입하는 가솔린은 관성이 크므로, 바로 엔진의 속도 상태에 따라 그 양을 늘릴 수 없다.
이 때문에 실린더 내의 혼합기는 고속 상태에서 정규 혼합비보다 묽게 되고, 정규 혼합비에 달하기까지 불쾌한 진동을 수반하거나 해서 다소 시간을 요한다. 어느 정도 기화기의 구조 및 흡입관 온도의 영향도 생각되는데 가솔린이 완전히 기화하고 있으면 이것은 일어나지 않을 것이다. 따라서 가솔린의 분별 증류 성상이 그 주요 원인이라 해도 된다. 가속시에 연료의 기화를 고려해서 보통 가솔린에서는 65~70% 유줄 온도를 140℃ 이하로 억제하고 있다.
제로백[편집]
정지상태에서 시속 100킬로미터까지 가속에 걸리는 시간을 뜻하는 말이며 영단어 Zero와 한자 숫자 百의 조합으로 이루어진 합성어이다. 간혹 제로빽이라고 발음하는 경우도 있는데 잘못된 발음이고 제로를 발음한 다음 살짝 띄어서 된소리 없이 백이라고 발음하는 게 맞다. 주로 자동차의 가속능력을 나타내기 위해 쓰인다. 영어로는 zero to hundred 라고 하지만 영어권 국가에서는 대체로 마일을 단위로 쓰므로 보통 zero to sixty(0-60)라고 쓴다. zero to sixty-two (0-62[4])라는 용어도 자주 쓰인다. 시속 62마일이면 시속 100 킬로미터와 거의 같기 때문이다.
자동차 리뷰를 하는 프로그램 탑기어의 경우에는 naught to sixty라고 하기도 한다. 영연방권의 표현으로 추측된다.
제로백이라는 단어 자체는 공식 제원표에서 쓰이지는 않으며 제원표에는 0-100km/h 가속과 같이 그 의미를 풀어쓴다.
슈퍼카나 스포츠카에서는 드래그 레이스의 기본 길이인 쿼터마일 기록(정지 상태에서 0.25마일의 거리를 주파하는 데 걸리는 시간)을 더 쳐주는 경향이 있다.
굳이 스포츠카가 아니더라도 자동차 성능을 알아볼 수 있는 좋은 지표 중 하나라서 대부분의 차량의 제로백이 알려져 있는데 국산차는 잘 알리지않는 편이다. 처음 카탈로그에 기재된 자동차는 현대자동차의 스쿠프 터보로, 국산차 최초로 제로백 10초를 돌파했다는 상징성으로 9.18초를 카탈로그 전면에 내세웠다. 제작사에서 측정해 공개하는 경우도 있고, 그렇지 않더라도 잡지나 블로그 등의 차량 리뷰에서 단골로 들어가는 수치. 국산 자동차의 경우 준중형차와 중형차 기준 2010년대 초반에는 8~9초 정도였으나 최근 연비 위주 세팅 기조로 인해 9~10초가 되고 말았다. 배기량이 낮은 경차의 경우 14초를 넘어간다. 그보다 배기량이 높은 대형차량들은 7초나 6초 중반대도 있다. 보통 5초 대에 도달하면 빠른 차라는 소리를 듣는다. 스포츠카의 대부분이 이 언저리이다.
한국에서 제원상 제로백이 제일 빠른 차는 어울림모터스의 스피라, 그중에서도 딱 1대만 생산 되었다는 EX모델로, 카탈로그에 3.5초로 표기되어 있으며, 약 3대 가량이 판매가 되었다는 터보 모델이 3.8초, 막바지에 FRP로 바디를 제작해 염가형으로 판매된 싱글터보 380마력 제원의 S 모델이 4.6초로 표기되어 있다. 그러나, 스피라의 판매대수를 생각해 본다면, 의미가 없는 수준이므로 실질적으로는 제네시스 G70이 기록한, 4.7초로 보는 것이 타당할 것이다. 이후 전기차 기아 EV6 GT가 나오며 3.5초로 신기록이 쓰였다. 이후 2023년 현대 아이오닉 5 N이 3.4초로 다시 신기록을 썻다.
이륜차의 경우 가장 많이 보이는 125cc의 원동기장치자전거, 12~14마력 클래스에서는 매뉴얼의 경우 18초정도, CVT의 경우에는 23초대 정도의 경차급 내지는 상용차급의 가속력이며, 250cc의 20마력대 클래스는 9~10초정도, 중반 300~400cc의 40~50마력대의 클래스(YZF-R3 / CBR500R)은 4초 중반~6초 초반이고, 600cc(100~120마력)의 슈퍼스포츠 바이크(CBR 600RR / YZF-R6 / ZX-6R / GSX-R600 등등...)부터 3초대 초중반이 나온다. 리터급 슈퍼스포츠 바이크는 건조중량 200kg이하에 200마력 정도 출력으로 1~2kg/ps 정도로 무게 대비 마력이 워낙 높기 때문에 3초대 초반도 가뿐하다. 오히려 무게가 너무 가벼워 2초대 후반에서 그 밑으로 줄이기는 힘들다. 스로틀을 당겨 강하게 가속만 해도 앞바퀴가 들려 잘못하면 뒤집어지기 때문에 초반가속에 한계가 크다. 그 때문에 드래그 레이스 바이크들은 후륜의 스윙암을 길게 늘여 구동축과 무게중심을 떨어뜨리는 개조를 한다. 1000cc 리터급 스포츠 바이크들은 빠른 스타트를 위해 런치 컨트롤이라고 해서 앞바퀴 들림을 막고 최적 토크에 고정하는 제어기능을 포함하기도 한다.
버스의 경우 보통 25~40초 정도 나온다. 현대 유니버스와 같은 고속버스형 차량은 25초 (2015년식 유로6 기준), 현대 슈퍼 에어로시티와 같은 도시형 차량은 유로6 기준 30~40초 가량 나온다. 버스의 경우 디젤엔진 특유의 힘센 토크로 40km/h까지는 빨리 올라가다가 40~100km/h까지 올라가는 속도가 느리다. 허나 대부분의 버스는 95km/h 전후로 리밋이 걸려있다.
다만 제로백에 영향을 주는 요소는 엔진 성능이나 차체 중량 말고도 기어비와 구동방식 등의 부차적인 요소가 있으므로 동급 클래스의 차량성능을 비교하는 절대적인 평가기준으로는 보기 어렵다. 특히 고성능 차량의 경우 기어비와 제로백에 상당한 관계가 있는데, 차량이 어떤 쪽의 성능을 우선적으로 추구하느냐에 따라서 기어비가 달라지고 그에 따라 일정 속도구간의 가속력과 제로백에 영향이 가기 때문이다. 예를 들어 단순히 정지상태부터의 초기가속을 높이기 위한 기어비를 설정할 경우 50-320처럼 어느 정도 속도가 붙은 상황에서의 가속력이 상대적으로 떨어질 수 있고, 반대를 취할 경우 역시 그에 상응하는 결과가 나오게 된다. 최고속을 지향하는 경우와 가속력을 지향하는 경우도 기어비 세팅에 차이가 있다. 물론 이런 기어비에 의한 차이를 엔진 출력을 엄청나게 높여서 커버하는 방법도 있지만, 그만큼 컨트롤이나 가성비에는 애로사항이 꽃피게 된다. 한 예로 중속에서 고속으로의 가속이 더 중요한 F1의 경우 제로백은 2.5초 정도밖에 안되지만 제로이백이 4.5초이다. 거기다, 기어비 외에도 엔진의 위치같은 하중 분배도 상당히 중요하다. 빠른 가속을 위해선 트랙션이 중요한데, 무거운 엔진이 뒤에 위치한 차가 직진 가속에 상대적으로 유리하다. 그러나 내연기관차가 무슨 수를 쓰더라도전기모터의 출력 제어능력은 엔진과는 비교가 불가능할 정도로 빠르고 정밀하고 타이어의 접지력을 훨씬 더 효율적으로 사용이 가능하기 때문에 전기자동차의 제로백을 넘기 어렵다. 거기다 전기차의 무겁다는 단점이 트랙션 확보에 도움이 되는 부분도 있어서 그 어마어마한 토크를 도로에 쏟아내게 해준다. 내연기관차와의 드래그 레이스를 보면 초반에는 내연기관차가 어설픈 트랙션 컨트롤 성능 때문에 휠스핀으로 버벅대는 동안 전기차가 치고나가다 뒤늦게 내연기관차가 따라잡는 모습을 볼 수 있다.
가장 짧은 제로백 시간을 가진 양산차는 리막 네베라가 1.85초로 가장 빠르다. 다만 30억을 넘기는 데다 150대밖에 판매하지 않는 하이퍼카인 건 감안해야 한다. 네베라를 제외하면 테슬라 모델 S 플래드가 약 2.1초 정도로 가장 빠르다.(0-60은 2초.) SUV 역시 테슬라 모델 X가 약 2.6~3초의 제로백을 자랑한다. 이는 SUV 최초로 2초대를 뚫은 기록. 유튜버의 리뷰에 따르면 제원보다 더 빠른 기록도 가능하다고 한다.SUV 최초로 쿼터마일 9초대를 기록하기도 했다.
2017년 11월 16일 테슬라에서 신형 로드스터를 발표하였으며 제로백 1.9초가 목표라고 한다. 2020년부터 생산된다고 한다. 일론 머스크에 의하면 일반 스포츠카는 증기기관처럼 느껴질 거라고 한다. 다만 전기차는 기어가 없는 특성상 초반 가속이 빠르고 중고속 가속력 및 최고속도가 크게 떨어지는데 1/4마일 도달 시간도 8.8초에 최고속도가 400km/h 이상이라고 하는 걸 보면 신형 초전도체 모터라도 개발하려는 듯하다. 어쨌든 아직까지는 제조사 카탈로그 스펙이니 양산차가 나와봐야 제대로 알 수 있는 건데, 현재 테슬라는 모델 Y와 사이버트럭, 세미 양산에 집중하고 있기에 로드스터 출시는 2022년이나 돼야 가능한 상태. 로드스터의 말도 안 되는 성능이 현실에서 실현 가능한가에 대하여 말이 많았으나 모델 S 플래드의 제원이 공개되며 현실이 될 가능성이 매우 커졌다. 그리고 리막이 1.85초라는 제로백과 1/4마일 도달 시간 8.6초를 실현시키는데 성공했으므로, 현실에서 추가적인 다른 추진장치 없이 전기 모터만으로 구현 가능한 성능안에 들어간다는 것 자체는 일단 실물로 증명되었다.
본래 스포츠카나 슈퍼카 등의 고성능 차량들은 전통적으로 미드십 후륜구동방식이 선호되었으나, 4륜 차량의 동력배분이나 안정성을 감안할 때 충분한 출력이 확보된다는 전제하에 토크나 중량 등의 다른 조건이 비슷할 경우 구동력을 제대로 제어만 할 수 있다면 제로백 같은 일정속도 도달시간을 줄이기 위한 가속력 및 그립주행에 필요한 재가속력을 얻는데 가장 유리한 구동방식은 4륜구동 방식이다. 물론 과거의 기계적 시스템에서는 구동력 배분이 어려웠지만 전자기술이 발전한 현대에는 충분히 가능해진 영역이며, 때문에 근래 유명 슈퍼카 업체들은 점차 전통적인 MR에서 AWD까지 영역을 확대하고 있는 추세이다. 특히 위의 포르쉐 918은 엔진으로 후륜을 돌리고 전기모터 2개로 전륜을 굴리는 변칙적인 4륜구동 방식을 통해서 초기가속력을 비약적으로 증가시킨 사례라 할 수 있다.
차량의 계기판은 안전을 위해 실제보다 살짝 높게 표시되며 디지털 방식의 경우 운전자의 인지능력을 감안해서 숫자의 갱신이 느리기 때문에 정확한 제로백의 측정은 GPS를 이용하는 전용 측정장비나 드래그스트립이라 불리는 드래그레이스 전용 트랙의 외부 센서 등으로 측정할 수 있다. 이런 장비들은 제로백 외에도 제로200, 300, 쿼터마일, 제동거리 등등 다양한 기록 측정이 가능하다. 스마트폰 어플도 있지만 하드웨어/민간신호 정밀도가 낮기 때문에 오차가 크다.
철도의 경우 KTX-1: 66초 (운행최고속도 305km/h, 설계최고속도 330km/h) KTX-산천: 62초 (운행최고속도 305km/h, 설계최고속도 330km/h) KTX-이음: 45초 (운행최고속도 260km/h, 설계최고속도 286km/h) 이음은 1편성 당 8량일 경우 1만2220마력을 낸다. 10량 편성인 KTX-산천보다 430마력을 더 낼 수 있다. 누리로는 40여 초만에 100km/h에 도달하는 놀라운 가속력을 자랑한다.
현재 바퀴굴림의 마찰력으로 얻어낸 제로백 세계기록은 취리히 연방 공과대학교 학생 레이싱팀 AMZ Racing의 "Mythen" 차량이 2023년 9월 1일 달성한 0.956초.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
