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롤바
롤바(roll bar)는 차량이 뒤집혔을 때 탑승자를 보호할 목적으로 설치한 안전장치이다. 롤 케이지(roll cage)라고도 한다.
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개요[편집]
롤바는 자동차 내부에 설치하며 차량이 충돌 또는 뒤집어지거나 차량 전체가 구를 때 탑승자를 보호하는 것을 목적으로 하는 구조물을 말한다. 흔히 경주용 차량의 차체를 보강하기 위하여 쓰이며, 픽업트럭의 화물 적재 장소에 장착하기도 한다.[1] 롤바는 일반적으로 강철 파이프 우리처럼 구조를 짜서 차실 안에 차체 모양을 따라 설치한다. 롤바의 주요한 뼈대는 A필러와 B필러를 따라서 하나씩 설치한 후프라는 구조물이며 이를 각각 앞쪽 후프, 메인 후프라고 부른다. 호프는 차실 바닥에 단단히 고정하여 측면을 따라 세로 방향으로 몇 개의 보강 구조물을 설치하고, 도어를 따라서도 설치한다. 메인 후프 뒤쪽으로도 경사지게 뒤 버팀대를 설치하며 몇 가지 보강 구조물을 더 설치하는 것이 일반적이다. 롤바의 크기와 구조는 차체와 접합되는 수에 따라 달라지는데 최소 2~4점식부터 16점식까지 다양하다. 물론 접합점이 많을수록 효과가 뛰어나지만, 강철 파이프인 만큼 무게가 많이 나가므로 목적에 맞게 적절한 개수를 설치해야 한다. 또한 롤바의 구조 및 디자인은 마음대로 할 수 있지만, WRC(월드 랠리 챔피언십)같이 위험한 모터스포츠에 참가하기 위해서는 국제자동차연맹이 제시한 파이프 직경, 접점 개수 등 조건을 만족시켜야 한다. 경찰과 군대에서 사용되는 차량은 종종 롤바를 안전 고려 사항으로 요구하는 경우가 많다.[2][3]
부가기능[편집]
롤바는 차량 전복사고 등이 발생했을 경우 운전자를 보호하기 위한 것이 주된 목적이지만 섀시의 뒤틀림을 제한하는 역할과 함께 성능을 향상시켜준다. 자동차는 한계속도의 코너링이나 점프, 착지 때 타이어와 구동계를 통해 각종 스트레스가 발생한다. 이 같은 스트레스로 섀시가 비틀리면 서스펜션과 브레이크의 성능이 떨어지며 서스펜션 운동으로 입력되는 힘이 다른 부분으로 빠져나가 힘의 손실이 발생한다. 즉 스트레스가 커질수록 핸들링이나 코너링 성능이 떨어지게 되는 것이다. 일반적인 자동차의 무게 비중을 보면 엔진룸이 뒤편과 비교해 상대적으로 무거우므로 스트럿바를 장착해 엔진룸의 뒤틀림을 방지하는데, 스트럿바를 장착하면 엔진룸의 뒤틀림이 적어지는 현상은 있지만, 엔진룸에서 휘어 틀어지려는 힘이 실내에 전달되는 현상이 발생한다. 그러므로 특히 코너링에서 엔진룸이 뒤틀어지고 다음으로 실내로 뒤틀림이 전달되는데 실내가 뒤틀어지는 경우에는 시간적 차이가 발생하는 경우가 생긴다. 이때 롤바를 통해 섀시의 뒤틀림을 제한함으로써 서스펜션 운동으로 입력되는 힘이 다른 부분으로 빠져나가는 것들을 보강해 입력된 힘의 손실을 줄이고 브레이크와 서스펜션의 성능을 유지 해야 한다. 물론 레디알 타이어를 낀 일반 양산차는 이런 극한의 주행상황을 염두에 두고 롤바를 장착할 필요는 없지만, 고성능 타이어를 달고 가혹한 환경을 달리는 스포츠카들은 롤바의 장착 여부에 따라 움직임의 특성이 달라진다. 이런 이유에서 자동차 제조회사들은 일부 모델에 롤바를 달아 성능을 극대화하고 있다. 아우디(Audi)의 R8 GT, 비엠더블유(BMW)의 M3 GTS, 포르쉐(Porsche)의 911 GT2와 GT3 RS 등이 대표적이다.[4][5][6]
규정[편집]
모터스포츠 안전에 굉장히 중요한 구조물인 만큼 국제기구인 국제자동차연맹(FIA)은 물론이고 모터스포츠가 활성화된 나라들의 경기단체에서는 아주 엄격한 기준과 인증 제도를 운영하고 있다. FIA 규정에서는 재질, 두께, 용접 방법, 바닥 고정 방법을 비롯한 자세한 제원을 규정하고 있다. 레이싱카에 롤바를 제대로 설치하기 위해서는 이러한 FIA 규정에 맞추어 단단하게 바닥에 고정하고 용접까지 해야 하지만, 아마추어 원메이크 레이스처럼 도로 주행용 차량으로 경기를 할 때는 자동차 업체에서 탈착식 또는 키트식 롤바를 공급하기도 한다. 아무래도 용접을 통해 단단히 고정하는 것보다는 강도가 떨어지지만 롤바를 하지 않는 것과 한 것의 차이는 어마어마한 수준이다. 레이싱카처럼 롤바를 설치하려면 구조변경에 해당하므로 관계 당국의 허가를 받아야 하는 문제도 있다. 롤바의 장착에서 제일 중요한 부분은 파이프의 두께가 안전성을 좌우하기도 한다. 파이프의 두께에 따라 사고가 발생했을 경우 충격 때문에 파이프 자체가 구부러지면서 충격을 흡수하는 구조로 만들어지는데, 파이프의 두께가 작은 경우는 충격이 가해졌을 경우 파이프 자체의 강도가 저하되므로 파손되는 경우가 발생하기도 한다. 파손된 파이프 자체는 운전자를 보호하기 위한 롤바가 역으로 운전자에게 위협을 주는 흉기로 바뀔 수도 있어서 롤바 선택 또는 제작에서 파이프의 두께가 중요한 역할을 한다. 또한, 일반적으로 롤바를 장착할 때 여러 용접돼야 할 부품을 볼트, 너트를 많이 사용하고 있는데, 그 부분도 역시 체결 방법에 따라 충격으로 인해 파손되느냐, 구부러지느냐의 변화가 생기는 경우가 있으므로 이점은 충분히 주의해야 한다. 일본, 유럽 등의 레이스 차량은 카테고리에 따라서는 롤바를 전부 용접이 아니면 안 되는 규정도 있고, 볼트를 사용하는 경우도 있다. 또한 2021년 기준 롤바의 현재의 규정으로 FIA 규정을 보면 두께가 3mm 이상으로 지정되어 있다.[7]
구성[편집]
롤바는 위치에 따라 메인롤바(main roll bar), 프론트롤바(front roll bar), 래터럴롤바(lateral roll bar)로 나누어져 있으며 그사이를 수직으로 잇는 하얀 파이프관인 멤버(Member)로 구성되어 있다. 그리고 운전석에서 뒤 트렁크로 연결되는 부분은 백스테이(back stay)라고 칭한다. 메인롤바와 라테럴롤바는 유사시 차체를 지탱하는 중요한 부분이기 때문에 절대 볼트로 이어 만드는 형태가 아니라 하나의 파이프로 굽혀서 만들어야 하는 규정이 있으며 아래 세 가지 방식에 기초하여 만들어져야 한다고 규정하고 있다.
- 1개의 메인롤바 + 1개의 프론트롤바 + 2개의 세로멤버 + 2개의 백스테이로 구성된 6점 지지
- 2개의 측면 롤바 + 2개의 가로멤버 + 2개의 백스테이로 구성된 6점지지
- 1개의 메인롤바 + 2개의 반측면롤바 + 1개의 가로멤버 + 2개의 백스테이로 구성된 6점 지지
즉 백스테이를 제외하고, 어떻게든 1개 이상의 롤바로 구성되어야 하며, 전체적으로 6점 지지가 되어야 한다는 규정이다. 천정에 위치하는 멤버와 롤바 부분의 경우 4개 이상의 탈착 가능한 포인트를 만들면 안 되며 백스테이는 차체의 천정 부근에 부착되어야 하며, 메인롤바에서 꺾여진 부분의 위쪽(천정에 가까운 쪽)에 부착되어야 한다. 백스테이의 경우, 메인 롤바의 수직부분과 적어도 30도 이상의 각도를 만들어야 하며 차체에 최대한 가깝게 하여 C필러부분을 따라 배치되어야 한다. 일단 기본적인 롤바의 형태가 정해지면, 반드시 필수멤버와 보강을 추가하여 완성되어야 하며, 그 외에 멤버와 보강재 역시 추가할 수 있으나 옵션 사항이다. 탈착식으로 제작할 경우 규정에서 설명한 방식을 따라야 하며 그렇지 않을 경우 모든 멤버들은 용접하여 하나로 만드는 것을 원칙으로 한다.[8]
필수 보강사항[편집]
대각선멤버[편집]
특정 대회 규정집에서는 대각선멤버를 크로스멤버라고 칭하기도 한다. 2002년 이전 규정을 준수하는 차량이면 오른쪽 사진에서 4, 5, 6번 그림을 참조하면 되고, 그 이후 규격에 해당하는 차량이라면 7번만 허용한다. 4, 5번의 부착 방향은 반대가 될 수 있으며, 녹색 동그라미 부분에서 백스테이와의 거리는 100mm 이내일 것, 그리고 빨간색 동그라미 부분은 바닥고정재와의 거리는 100mm 이내, 그리고 그림6에서 보라색으로 보이는 부분의 거리는 100mm 이내일 것, 그리고 탈착식으로 제작할 수 있다.[8]
도어바[편집]
운전자 혹은 조수석 탑승자의 측면방향으로 들어오는 충격을 막기 위해 한 개 이상의 멤버를 부착하는 것인데, 2007년도 이전에는 한 개 이상의 멤버만 부착하면 되었지만, 2007년도 이후부터는 그림 9, 10, 11번처럼 두 개의 멤버로 구성되도록 강화되었다. 탈착식으로 구성할 수 있으며, 만약 9번 그림처럼 X자 형태로 만들게 된다면 두 개의 멤버중 하나는 적어도 한 개의 관으로 길게 하는 것이 좋으며 X자로 구성 시 짧은 4개의 파이프관으로 하는 것보다는 긴 것 한 개와 짧은 것 두 개로 구성해야 한다. 만약 조수석에 탑승자가 없다면 조수석은 부착하지 않아도 무방하다고 규정되어있다.
루프 보강[편집]
2005년도 이후부터 적용된 내용이며, 차량의 천정 부분에 대각선으로 보강을 하게 된다. 만약 12번 그림과 같이 부착할 경우, 조수석에 탑승자가 없다면 X자가 아니라 대각선 하나만 사용해도 무방하되, 이 경우 운전석의 앞쪽에서 시작해서 조수석 어깨 쪽으로 부착해야 한다. 13번과 14번의 경우 각각의 멤버가 만나는 지점(junction)이 서로 100mm 이상 벌어지면 안 된다.
필러 보강[편집]
2006년도 이후 규격에 해당하는 규정으로 오른쪽 그림상 A의 거리, 즉 하단 바닥고정재와 상단 지점까지의 수평거리가 200mm 이상 되면 안 된다. 단, 그렇게 연결하려 할때 멤버를 구부려야 한다면 그 밴딩 각도는 20도를 넘어서는 안된다. 또한, 다른 보강과 마찬가지로 각각의 멤버가 만나는 지점에서 100mm 이상 떨어져서 부착되어선 안 된다.
밴딩 포인트 - 보강용 자재의 사용[편집]
- 메인롤바의 대각선멤버
- 루프 보강의 경우
- 도어바의 경우
- 도어바와 A필러 보강멤버가 만나는 경우
위에 해당하는 경우는 반드시 두 개 이상의 보강용 자재를 사용하여 보강해줘야 한다. 만약 각각의 멤버가 같은 평면에 위치하지 않아 보강용 자재를 사용할 수 없으면 철판을 잘라서라도 연결할 수 있다.[8]
제약사항[편집]
만약 사고가 발생할 경우 쇼바 마운트가 찢어져도 롤케지이는 보호되도록 하기 위해 차량의 앞뒤 방향을 기준으로 롤바는 전륜과 후륜 서스펜션이 고정된 지점안에 위치해야 한다. 옵션으로 롤바와 쇼바 마운트를 연결할 순 있지만, 그게 필수 멤버들 안쪽에 위치하도록 배치하지는 않는다. 제약사항을 뛰어넘는 추가보강은 안티롤바의 고정지점에 대해 허용되며 보강바의 재질은 직경 30mm, 두께 1.5mm의 파이프로 롤바에 연결될 수 있다. 전면에서 봤을 때, 롤바 앞부분의 휘어진 부분이나 멤버의 교차지점에 대한 보강된 부분은 전면 유리창에서 봤을 때 첫 번째 그림에서 보이는 영역 안에서 보여야 하며 2001년도 이후 랠리 차량의 경우 도어 보강 시 아래와 같은 조건을 만족해야 한다.
- A 값은 300mm 이상
- B 값은 최대 250mm
- C 값은 최대 300mm
- E 값은 도어 구조물보다 높아선 안 된다.[8]
결합방식[편집]
최소 고정 부분은 다음과 같다.
- 프론트롤바 기둥에서 적어도 한 포인트
- 측면 롤바기둥에서 한 포인트 이상
- 메인롤바 기둥에서 한 포인트 이상
- 백스테이마다 한 포인트 이상
각 롤바/백스테이의 파이프 끝단은 차체와 붙어야 한다는 뜻이다. 메인롤바-프론트롤바-백스테이2개로 구성된 롤바의 경우 위와 같이 지지하면 6점지지가 되고, 측면 롤바 두 개와 백스테이 두 개로 구성된 경우 역시 6점 지지가 된다. 기둥의 끝을 차체와 붙여 놓는다는 의미이며 A, B, C필러와 혼동하면 안 된다. 내장재 역시 안전을 고려해 설계되므로 롤바 설치를 위해 내장재나 트림의 절단 혹은 변형은 가능하지만, 완전히 제거해서는 안 된다. 대한민국에서는 내장재를 남겨놓거나, 혹은 다른 재질로 만들어서 대신 설치해놓는 경우가 많다. 롤바(메인롤바, 프런트 롤바, 측면 롤바)의 차체 고정 시 사용하는 바닥 고정재는 , 3mm 두께의 재질을 사용하는 보강판을 반드시 포함해야 하며, 각각의 보강판의 면적은 120cm^2 즉 12cm X 10 cm 정도 되는 면적을 가져야 한다. 이때 보강판에는 볼트로 체결하거나 최소한 용접이라도 해야 한다. 만약 용접할 수 없는 비철금속 소재일 경우 산업용 본드를 사용해도 된다.[8]
소재의 선정[편집]
롤바용 자재의 규격은 지름 45mm 두께 2.5mm 혹은 50mm 지름에 2mm 두께의 냉간 인발 탄소강(탄소 함유 0.3% 이하)이나, 몇몇 보강바의 경우는 38mm 지름, 2.5mm 두께 혹은 40~2.8의 인발 탄소강이 사용이 가능하다. 사용 위치에 따라 파이프의 크기 차이는 있지만, 구조에서 가장 중요한 메인롤바, 측면 롤바, 그리고 뒤쪽의 대각선 멤버는 45~50mm(두께 2.5~2.0mm) 직경의 파이프를 사용하고, 그 외의 다른 파트들에 대해선 38~40mm(두께 2.5~2.0mm)만 사용할 수 있다. 만약 파이프를 벤딩할 경우 냉간상태에서 해야 하며, 벤딩 후 파이프가 찌그러지게 되는데, 이때 가장 짧은 지름과 가장 긴 지름의 비율이 0.9를 넘어선 안 된다.[8]
각주[편집]
- ↑ 픽플러스, 〈자동차 레이서를 위한 특수 보호막, 롤 케이지(Roll Cage)란?〉, 《네이버 포스트》, 2019-09-10
- ↑ 〈롤 바〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ cmetbiz, 〈롤 케이지란 무엇입니까?〉, 《네이버 블로그》, 2017-09-06
- ↑ 〈퍼포먼스의 완성, 롤케이지〉, 《카라이프》, 2012-03-29
- ↑ 〈롤 케이지 장착하기〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈자동차 튜닝〉, 《나무위키》
- ↑ 〈롤케이지〉, 《내위키》
- ↑ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 루키런, 〈롤케이지 이야기 - FIA 롤케이지 규정(루키런,롤바,안전케이지)〉, 《네이버 블로그》, 2016-01-22
참고자료[편집]
- 픽플러스, 〈자동차 레이서를 위한 특수 보호막, 롤 케이지(Roll Cage)란?〉, 《네이버 포스트》, 2019-09-10
- 〈롤 바〉, 《네이버 지식백과》
- cmetbiz, 〈롤 케이지란 무엇입니까?〉, 《네이버 블로그》, 2017-09-06
- 〈퍼포먼스의 완성, 롤케이지〉, 《카라이프》, 2012-03-29
- 〈롤 케이지 장착하기〉, 《네이버 지식백과》
- 〈자동차 튜닝〉, 《나무위키》
- 〈롤케이지〉, 《내위키》
- 루키런, 〈롤케이지 이야기 - FIA 롤케이지 규정(루키런,롤바,안전케이지)〉, 《네이버 블로그》, 2016-01-22
같이 보기[편집]
