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| − | 바퀴는 인류 역사상 가장 중요한 발명품 중 하나로, 모든 차량의 기본적인 | + | 바퀴는 인류 역사상 가장 중요한 [[발명품]] 중 하나로, 모든 차량의 기본적인 [[부품]]으로 사용된다. 자동차 바퀴는 휠과 타이어로 이루어져 자동차 하중을 지탱한다. 동시에 제동력, 회전력, 노면 충격, 선회 시 원심력, 횡력 등 주행 시 발생하는 현상에 대응한다.<ref name="용어"></ref> 바퀴의 역학적 원리는 미끄럼마찰(sliding friction)을 굴림마찰(rolling friction)로 변화시켜서 물체가 이동할 때의 저항을 감소시키는 데에 있다. 초기 바퀴는 통나무를 둥글게 자른 원판 바퀴에서 시작되어 타이어와 결합한 현재의 수송용 바퀴로 진화하였다. 현재 바퀴는 주요한 요소로 소재, 고정 방식 등의 다양한 기준으로 분류할 수 있다.<ref name="두산"></ref> |
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| − | 바퀴의 기원에 대해서는 여러 가지 설이 있으나, 일반적으로 굴림대와 썰매가 결합하여 탄생했다고 한다. 굴림대는 무거운 짐을 나를 때 그 밑에 넣고 굴리는 용도로 쓰는 통나무였다. 굴림대를 지속해서 쓰기에는 짐이 이동하면 남고 무겁다는 불편함이 있어서 이것을 개선하는 방안으로 등장한 것이 바퀴의 전신이라고 전해진다.<ref name="두산"></ref> 바퀴는 고대문명의 발상지인 | + | 바퀴의 기원에 대해서는 여러 가지 설이 있으나, 일반적으로 굴림대와 썰매가 결합하여 탄생했다고 한다. 굴림대는 무거운 짐을 나를 때 그 밑에 넣고 굴리는 용도로 쓰는 통나무였다. 굴림대를 지속해서 쓰기에는 짐이 이동하면 남고 무겁다는 불편함이 있어서 이것을 개선하는 방안으로 등장한 것이 바퀴의 전신이라고 전해진다.<ref name="두산"></ref> 바퀴는 고대문명의 발상지인 [[메소포타미아]]에서 처음 모습을 드러냈다고 알려져 있으며, 최초에는 그릇을 빚는 도자기 물레의 용도로 쓰였다고 한다. 기원전 5천 년 경부터 [[통나무]]를 잘라 간단 [[원판]] 형태의 바퀴를 사용했다. 이후 기원전 3500년경 나무 바퀴는 세 조각의 두꺼운 판자를 맞추어 연결 대를 박아서 만든 형태로 진화했다. 이후 수레와 전차가 발달하면서 바퀴도 자주 활용하게 되었다. 기원전 2000년경에는 바퀴 통과 테두리 바퀴를 연결하는 [[바큇살]]로 구성된 바큇살 바퀴가 등장했다. 이후 기원전 100년경에는 바퀴 테두리에 철판을 두른 바큇살 바퀴로 진화되었다. 이 바퀴살 바퀴는 확산되어 전차, 톱니바퀴, 물레바퀴 등으로 활발하게 쓰이기 시작했다.<ref>박진희, 〈[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3574486&cid=58941&categoryId=58960 바퀴의 발명]〉, 《네이버캐스트 물리산책》, 2012-05-29</ref> 기원후, 전쟁 시 대포 바퀴를 운송하고자 금속 개량이 이루어지면서 현재의 튼튼한 바퀴로 진화되었다.<ref name="두산"></ref> |
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바퀴는 [[휠]]과 [[타이어]]의 조합체로, 휠과 타이어의 소재 및 크기, 특성에 따라 종류를 나눌 수 있다. 차량의 용도와 특성에 따라서 적절한 바퀴를 고르는 것이 중요하다. | 바퀴는 [[휠]]과 [[타이어]]의 조합체로, 휠과 타이어의 소재 및 크기, 특성에 따라 종류를 나눌 수 있다. 차량의 용도와 특성에 따라서 적절한 바퀴를 고르는 것이 중요하다. | ||
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스틸 휠은 철제 휠, 깡통 휠이라고도 부른다. 강철을 이용한 휠은 프레스로 가공한 휠 부품을 용접해 만드는데, 제조방법이 간단하고 값이 저렴해 대중적인 승용차와 상용차에 많이 쓰인다.<ref name="ㅎㅌ"></ref> 2000년 후반대쯤에는 NF [[쏘나타]](Sonata), [[로체]](Lotze) 등에서 택시 모델이나 렌터카 한정으로 이 휠을 썼었지만, 2010년도에 들어서는 YF 쏘나타, [[K5]] 풀체인지로 인해 중형차량에서도 스틸 휠을 볼 수 없게 되었다. 대표적인 휠 재료 세 가지 중 가장 무겁고 재료 특성상 디자인 한계가 있어서 외관상 별로 좋지 못하기 대문에 휠 커버를 씌우기도 한다. 스틸 휠은 강도가 강하고 탄성이 있어서 충격에 강하다는 장점이 있지만, 이 탄성으로 인해 접지 안정성이 다소 떨어진다.<ref name="나무"></ref> | 스틸 휠은 철제 휠, 깡통 휠이라고도 부른다. 강철을 이용한 휠은 프레스로 가공한 휠 부품을 용접해 만드는데, 제조방법이 간단하고 값이 저렴해 대중적인 승용차와 상용차에 많이 쓰인다.<ref name="ㅎㅌ"></ref> 2000년 후반대쯤에는 NF [[쏘나타]](Sonata), [[로체]](Lotze) 등에서 택시 모델이나 렌터카 한정으로 이 휠을 썼었지만, 2010년도에 들어서는 YF 쏘나타, [[K5]] 풀체인지로 인해 중형차량에서도 스틸 휠을 볼 수 없게 되었다. 대표적인 휠 재료 세 가지 중 가장 무겁고 재료 특성상 디자인 한계가 있어서 외관상 별로 좋지 못하기 대문에 휠 커버를 씌우기도 한다. 스틸 휠은 강도가 강하고 탄성이 있어서 충격에 강하다는 장점이 있지만, 이 탄성으로 인해 접지 안정성이 다소 떨어진다.<ref name="나무"></ref> | ||
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알루미늄 휠은 알루미늄 합금을 이용한 휠이며, 알로이 휠이라고도 부른다. 스틸 휠보다 무게가 가벼워서 승차감과 연비가 좋고, 다양한 형태로 제작이 가능하여 외관상으로 디자인하기에도 적합하다. 그러나 스틸 휠과는 대조적으로 큰 충격이 가해지면 손상되기 쉽기 때문에 주의가 필요하다. 최근에는 트럭이나 버스 같은 대형 상용차에서도 차량 무게 절감과 연비 향상을 위해 알루미늄 휠이 장착되고 있다. 또한, 알루미늄 휠은 제조 시 강철보다 많은 부피의 금속이 투입될 수 있기 때문에 대체로 강철 휠보다 강도가 높다.<ref name="나무"></ref> 열전도율이 높아 발열이 잘 되는 특징도 갖고 있다. 높은 열전도율로 브레이크 냉각을 돕기 때문에 고속 주행이나 급제동 시 제동효율을 향상한다. 알루미늄 휠은 다시 제작 방식에 따라 주조 휠과 단조 휠로 나뉜다. 높은 압력을 사용하는 단조 공정 때문에 단조 휠이 주조 휠 보다 가볍고 강성이 뛰어나지만, 비싸고 디자인 자유도가 낮은 편이다.<ref name="카라"></ref> | 알루미늄 휠은 알루미늄 합금을 이용한 휠이며, 알로이 휠이라고도 부른다. 스틸 휠보다 무게가 가벼워서 승차감과 연비가 좋고, 다양한 형태로 제작이 가능하여 외관상으로 디자인하기에도 적합하다. 그러나 스틸 휠과는 대조적으로 큰 충격이 가해지면 손상되기 쉽기 때문에 주의가 필요하다. 최근에는 트럭이나 버스 같은 대형 상용차에서도 차량 무게 절감과 연비 향상을 위해 알루미늄 휠이 장착되고 있다. 또한, 알루미늄 휠은 제조 시 강철보다 많은 부피의 금속이 투입될 수 있기 때문에 대체로 강철 휠보다 강도가 높다.<ref name="나무"></ref> 열전도율이 높아 발열이 잘 되는 특징도 갖고 있다. 높은 열전도율로 브레이크 냉각을 돕기 때문에 고속 주행이나 급제동 시 제동효율을 향상한다. 알루미늄 휠은 다시 제작 방식에 따라 주조 휠과 단조 휠로 나뉜다. 높은 압력을 사용하는 단조 공정 때문에 단조 휠이 주조 휠 보다 가볍고 강성이 뛰어나지만, 비싸고 디자인 자유도가 낮은 편이다.<ref name="카라"></ref> | ||
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* 곽노필 기자, 〈[https://www.hani.co.kr/arti/economy/car/736198.html 미래형 타이어는 공, 차 바퀴 새 역사 쓸까]〉, 《한겨레》, 2016-03-22 | * 곽노필 기자, 〈[https://www.hani.co.kr/arti/economy/car/736198.html 미래형 타이어는 공, 차 바퀴 새 역사 쓸까]〉, 《한겨레》, 2016-03-22 | ||
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2024년 3월 13일 (수) 01:11 기준 최신판
바퀴(Wheel)는 회전을 목적으로 축에 장치하는 둥근 테 모양의 물체이다. 자동차의 바퀴는 차륜(車輪)이라고도 한다.[1] 자동차에서 바퀴는 휠(Wheel)과 타이어(Tire)의 조합체로, 자동차 전체의 중량을 지탱하는 동시에 회전하여 차량이 주행하도록 하는 부품이다.[2]
목차
개요[편집]
바퀴는 인류 역사상 가장 중요한 발명품 중 하나로, 모든 차량의 기본적인 부품으로 사용된다. 자동차 바퀴는 휠과 타이어로 이루어져 자동차 하중을 지탱한다. 동시에 제동력, 회전력, 노면 충격, 선회 시 원심력, 횡력 등 주행 시 발생하는 현상에 대응한다.[2] 바퀴의 역학적 원리는 미끄럼마찰(sliding friction)을 굴림마찰(rolling friction)로 변화시켜서 물체가 이동할 때의 저항을 감소시키는 데에 있다. 초기 바퀴는 통나무를 둥글게 자른 원판 바퀴에서 시작되어 타이어와 결합한 현재의 수송용 바퀴로 진화하였다. 현재 바퀴는 주요한 요소로 소재, 고정 방식 등의 다양한 기준으로 분류할 수 있다.[1]
기원[편집]
바퀴의 기원에 대해서는 여러 가지 설이 있으나, 일반적으로 굴림대와 썰매가 결합하여 탄생했다고 한다. 굴림대는 무거운 짐을 나를 때 그 밑에 넣고 굴리는 용도로 쓰는 통나무였다. 굴림대를 지속해서 쓰기에는 짐이 이동하면 남고 무겁다는 불편함이 있어서 이것을 개선하는 방안으로 등장한 것이 바퀴의 전신이라고 전해진다.[1] 바퀴는 고대문명의 발상지인 메소포타미아에서 처음 모습을 드러냈다고 알려져 있으며, 최초에는 그릇을 빚는 도자기 물레의 용도로 쓰였다고 한다. 기원전 5천 년 경부터 통나무를 잘라 간단 원판 형태의 바퀴를 사용했다. 이후 기원전 3500년경 나무 바퀴는 세 조각의 두꺼운 판자를 맞추어 연결 대를 박아서 만든 형태로 진화했다. 이후 수레와 전차가 발달하면서 바퀴도 자주 활용하게 되었다. 기원전 2000년경에는 바퀴 통과 테두리 바퀴를 연결하는 바큇살로 구성된 바큇살 바퀴가 등장했다. 이후 기원전 100년경에는 바퀴 테두리에 철판을 두른 바큇살 바퀴로 진화되었다. 이 바퀴살 바퀴는 확산되어 전차, 톱니바퀴, 물레바퀴 등으로 활발하게 쓰이기 시작했다.[3] 기원후, 전쟁 시 대포 바퀴를 운송하고자 금속 개량이 이루어지면서 현재의 튼튼한 바퀴로 진화되었다.[1]
작동 원리[편집]
자동차 바퀴는 휠과 타이어로 구성된다. 자동차가 주행하기 위한 구동력을 노면에 전달하고, 제동 시 노면과의 마찰을 일으켜서 제동력을 발생시키는 역할을 한다. 공기주입식 타이어의 경우, 노면의 진동을 흡수하는 기능과 원심력에 대한 저항성을 갖추고 있다.[4] 자동차 바퀴는 엔진(engine)과 동력전달장치(power transmission device), 서스펜션(Suspemnsion), 스티어링휠(steering wheel), 브레이크(brake) 등 다양한 부품과 유기적으로 연결되어 동력을 유발한다. 바퀴는 구동력을 발생시키는 구동 바퀴와 단순히 구르는 기능만을 가진 피동 바퀴로 나눌 수 있는데, 자동차에 쓰이는 바퀴는 구동 바퀴다. 구동 바퀴는 자축에 작용하는 회전력을 이용해서 바퀴의 타이어로 노면을 미는 힘을 발생시킨다. 자동차의 바퀴는 허브(Hub)에 의해 차축(Axle)에 장착되어 노면에 접한 상태에서 굴러가는 구조다. 엔진의 동력으로 차축을 회전시키는 회전력이 바퀴에 전달되고, 바퀴에는 접하는 노면을 뒤로 미는 힘이 발생한다. 이때 발생하는 힘이 구동력으로 이 힘으로 자동차는 앞으로 나아가는 것이다.[5]
특징[편집]
구성요소 및 관련 용어[편집]
자동차 바퀴는 휠과 타이어로 이루어져 있다. 휠을 타이어에 끼워 차축에 결합하여 사용한다.
- 휠(Wheel)
- 림(Rim) : 휠에 타이어가 결합되는 원통형의 테두리 부분을 가리킨다. 림의 크기는 5J×14와 같이, 림의 너비(인치 단위)와 플랜지 모양 기호×림의 지름(인치 단위) 형식으로 표시한다.
- 플랜지(Flange) : 림의 가장자리에 해당하는 테두리 부분으로 림을 보호하는 역할을 한다. 알로이 휠 중 플랜지가 튀어나오지 않은 형태는 논 플랜지(Non-flange) 또는 플랜지리스(Flangeless)라고 부른다.
- 휠 너트(Wheel nut) : 휠을 허브에 고정하는 데 쓰이는 너트다. 영어로 러그 너트(Lug nut)라고 한다. 승용차에서는 휠 하나당 4~6개가 쓰이지만, 경주차에서는 빠른 타이어 교환을 위해 너트 하나로 잠그는 센터락(Center lock) 방식이 사용된다.
- 타이어(Tire)
- 트레드(Tread) : 타이어가 지면과 닿는 부분이다. 마찰력과 선회 특성, 배수성과 직진성 등을 고려하여 다양한 형태의 그루브가 파여있다. 그루브에 의해 새겨진 트레드 형태를 트레드 패턴(Tread pattern)이라고 하며, 모양에 따라 리브(Rib)형, 러그(Rug)형, 리브러그(Rib-rug)형, 블록(Block)형 등으로 나눌 수 있다. 현재 쓰이는 승용차용 타이어는 대부분 여러 패턴이 적절히 혼합되어 있다.
- 그루브(Groove) : 타이어의 트레드에 파여진 홈이다. 설계 목적에 따라 U자형이나 凹자형 단면을 가진다. 그루브의 주 역할은 젖은 노면에서 타이어 배수를 돕고 타이어와 노면 사이의 마찰로 생기는 열을 발산하는 것이다. 또한, 트레드 블록의 단위면적당 접지압력을 향상하는 기능도 한다. 사이프(Sipe)는 그루브와 구별되는 개념으로, 트레드의 단단함을 조절하고 눈길에서 접지력을 높이기 위해 트레드 블록에 너비 1mm 정도로 가늘게 판 홈이다. 커프(Kerf)라고도 부른다.
- 사이드 월(Side wall) : 타이어의 옆부분을 일컫는 말이다. 차체를 수직 방향으로 지지하는 역할과 함께 적당한 유연성으로 노면으로부터 받는 충격을 완화하는 역할도 한다.
- 숄더(Shoulder) : 트레드와 사이드 월 사이의 부분을 말한다.
- 비드(Bead) : 타이어의 안쪽 테두리 부분이다. 휠의 림과 결합되어 타이어의 형태를 유지하고 밀폐시키는 기능을 한다.
- 컴파운드(Compound) : 타이어의 트레드에 쓰이는 고무 합성물질이다. 일반적으로 천연 또는 합성고무에 카본 블랙과 같은 여러 약품을 혼합하여 만들어진다. 컴파운드는 트레드 패턴과 함께 타이어의 특성을 결정하는 중요한 요소다.[6]
- 카카스(Carcass) : 타이어 내부의 섬유나 스틸로 구성된 코드 층이다. 타이어의 골격을 형성한다.[7]
제원[편집]
- 오프셋(Offset) : 휠이 끼워지는 허브와 휠의 접촉면과 림 너비 중간 점의 거리 차이를 수치로 나타낸 것이다. 즉, 휠을 측면에서 봤을 때, 림의 중심선이 차량에 장착되는 허브 면으로부터 얼마나 벗어나는지를 의미한다. 오프셋으로 휠을 분류할 수 있는데, 제로 오프셋(Zero offset), 포지티브 오프셋(Positive offset), 네거티브 오프셋(Negative offset)이 있다. 제로 오프셋은 휠의 접촉면과 림 너비 중간 점이 같은 평면상에 있는 것이고, 포지티브 오프셋은 휠 접촉면이 림 너비 중간 점에서 차체 바깥쪽으로 치우친 것, 네거티브 오프셋은 휠 접촉면이 림 너비 중간 점보다 차체 안쪽으로 치우친 것이다. 네거티브 오프셋은 마이너스 휠(Minus wheel)이라고도 부른다. 오프셋을 고려하여 바퀴를 장착하지 않으면 타이어가 차체 밖으로 튀어나와서 외관상 좋지 않을 뿐 아니라 오프셋의 변화는 주행 안정성에 영향을 미친다.
- PCD(Pitch Circle Diameter) : 휠 볼트의 중심이 이루는 가상의 원의 지름이다. 일반적인 승용차의 휠 볼트는 4개, 5개, 6개로 구성되며, 4개 볼트의 중심이 100mm 지름으로 분포되어 있을 때는 4×100mm와 같이 표시한다.
- 편평비(Aspect ratio) : 타이어의 단면 너비에 대한 타이어 높이의 비율을 나타내는 수치다. 타이어의 높이는 비드 끝에서 트레드의 돌출면 가장 위까지의 길이로 한다. 휠과 타이어를 키울 때 타이어 전체 지름의 변화가 크지 않도록 편평비와 타이어의 너비를 고려해야 한다. 휠의 오프셋 변화가 없는 상태에서 타이어 너비가 넓어지면 타이어가 회전하거나 상하 운동할 때 차체에 닿을 수 있고, 타이어 전체 지름이 변하면 속도계와 적산 거리계·구간 거리계 수치에 오차가 발생하기 때문이다.[6]
- 인치 수 : 휠의 지름이다. 타이어 직경이 같을 때 작은 휠을 사용하면 그만큼 편평비가 높고 사이드 월이 두꺼운 타이어를 사용할 수 있어 승차감, 가속력, 연비, 소음 면에서 우수하지만, 고속주행 안정성과 코너링 안정성 면에서는 불리하다. 반대로 휠이 커질수록 타이어의 편평비는 작아지고 타이어가 얇아서 승차감, 가속력, 연비, 소음 면에서는 떨어지지만, 접지력과 고속주행 안정성, 코너링 안정성에서는 우수하며, 더 큰 브레이크를 장착할 수 있다. 즉, 절대적으로 좋은 휠의 지름이 있는 것이 아니라 차량의 특성과 이용 목적에 따라 적절한 사이즈의 휠을 고르는 것이 바람직하다.
- 림폭: 휠의 축방향 폭이다. 인치 단위로 표기한다. 타이어 사이즈에 따라서 장착이 가능한 림폭 범위와 타이어 성능이 가장 효과적으로 발휘되는 림폭이 정해져 있다. 보통 휠 림폭은 타이어 단면적의 70~90% 내에 들도록 선택하는데, 이는 대략적인 수치이며 타이어 종류에 따른 규격표에서 사이즈를 확인하고 림폭을 설정하는 것을 권장한다. 만일 허용 림폭 범위보다 타이어가 넓으면 거동이 불안정해지고, 휠 하우스 간섭이 생길 수 있다. 휠은 그대로 두고 타이어를 광폭으로 바꾼 거라면 중량 증가와 접지면적 증가로 인한 연비 손실까지 발생할 수도 있다. 반대로 허용 림폭 범위보다 타이어가 좁은 것을 끼우면 휠 하우스 간섭은 피할 수 있지만 지나치게 작으면 사이드월 손상, 심하면 휠 손상까지 갈 수 있고 최악의 경우 급격한 코너링 도중에 타이어가 빠지는 사고가 발생할 수 있다.
- J·JJ : 림 단면의 형태다. J는 원피스(One-piece) 휠, JJ는 투피스(Two-piece) 휠을 의미한다. 원피스 휠은 휠 한 개가 한 덩어리로 구성되고, 투피스 휠은 림과 스포크 등 따로 만들어진 두 개의 부품을 결합해 만든다. J는 밸런스용 납을 넣기 좋지만, JJ는 그러기 어렵다.
- 허브 지름 : 휠의 허브 지름은 차량 허브축의 지름과 일치해야 한다. 허브 지름이 작으면 차량에 장착 자체가 안되고, 크면 중심에 딱 맞춰 장착이 안되니 고속주행 때 진동이 발생한다. 허브링을 제작해 끼워서 해결하기도 한다.[8]
종류[편집]
바퀴는 휠과 타이어의 조합체로, 휠과 타이어의 소재 및 크기, 특성에 따라 종류를 나눌 수 있다. 차량의 용도와 특성에 따라서 적절한 바퀴를 고르는 것이 중요하다.
타이어 종류[편집]
구조별[편집]
타이어는 구조별로 나누면 바이어스 타이어(Bias tire)와 래디얼 타이어(Radial tire)가 있다. 바이어스 구조는 건설 차량용 타이어, 농경용 타이어, 산업 차량용 타이어 제작에 적용되고, 래디얼 구조는 승용차용 타이어, 트럭 및 버스용 타이어 제작에 적용된다. 바이어스와 래디얼 구조의 가장 큰 차이점은 코드의 배열이다. 바이어스 타이어의 카카스는 1 플라이씩 서로 번갈아 코드의 각도가 다른 방향으로 엇갈려 있지만, 래디얼 타이어의 경우 코드가 타이어의 원주 방향에 직각으로 배열되어 있다. 바이어스는 타이어에 하중이 부과되고 코너링에서 트레드의 움직임이 많아 발열과 마모가 심할 수 있지만, 하중에 잘 견디기 때문에 비포장도로와 대형차량에 적합하며 주행 시 유연성과 승차감이 좋다. 반면에 래디얼은 트레드 강성이 높아 코너링시 쉽게 미끄러지지 않고 회전 저항이 낮다.[7]
계절별[편집]
타이어를 사계절용, 겨울용, 여름용으로도 나눌 수 있다. 일반적으로 겨울용 타이어는 저온에서도 유연함을 유지하는 소재를 사용하며 블록형 트레드 패턴으로 구동력과 미끄럼 방지를 고려하여 제작된다. 사계절용 타이어는 적설 기간이 짧은 지역에서 계절별로 타이어를 교체하는 불편함을 해소하기 위해 쓰는 타이어다. 여름용 타이어보다 사이프를 많이 설계한 트레드 패턴을 사용한다. 대한민국에서는 겨울용 타이어를 제외한 모든 계절용 타이어를 지칭한다. 여름용은 눈이 오지 않는 시기에 사용하는 타이어로 고속 주행에 따른 소음 및 승차감, 조종 안정성에 초점을 맞춘 타이어다. 가장 일반적으로 사용하는 타이어로 별도의 지침이 없으면 여름용 타이어는 일반 타이어를 의미한다.[7]
런플랫 타이어[편집]
타이어는 구멍이 나거나 휠이 변형되어 공기가 새어 나가면 주행할 수 없는데, 런플랫 타이어는 타이어 내의 공기압이 제로가 되어도 80km/h 속도로 일정 거리 이상 주행할 수 있다. 또한, 주행 중에 공기압이 변화되어도 일정한 무게를 지탱할 수 있기 때문에 안정성 확보에도 크게 기여한다. 런플랫 타이어의 종류에는 사이드 월을 강화해 공기가 빠진 상태에서도 차 무게를 지지하는 셀프 서포팅 방식(Self-supporting)과 실링재 등을 사용해 스스로 구멍을 막는 셀프 실링(Self-sealing) 그리고 타이어 내부에 구조물을 넣는 방식 등이 있다.[6]
휠 종류[편집]
자동차 바퀴는 스틸 휠과 알루미늄 휠, 마그네슘 휠을 주로 사용한다.
스틸 휠[편집]
스틸 휠은 철제 휠, 깡통 휠이라고도 부른다. 강철을 이용한 휠은 프레스로 가공한 휠 부품을 용접해 만드는데, 제조방법이 간단하고 값이 저렴해 대중적인 승용차와 상용차에 많이 쓰인다.[7] 2000년 후반대쯤에는 NF 쏘나타(Sonata), 로체(Lotze) 등에서 택시 모델이나 렌터카 한정으로 이 휠을 썼었지만, 2010년도에 들어서는 YF 쏘나타, K5 풀체인지로 인해 중형차량에서도 스틸 휠을 볼 수 없게 되었다. 대표적인 휠 재료 세 가지 중 가장 무겁고 재료 특성상 디자인 한계가 있어서 외관상 별로 좋지 못하기 대문에 휠 커버를 씌우기도 한다. 스틸 휠은 강도가 강하고 탄성이 있어서 충격에 강하다는 장점이 있지만, 이 탄성으로 인해 접지 안정성이 다소 떨어진다.[8]
알루미늄 휠[편집]
알루미늄 휠은 알루미늄 합금을 이용한 휠이며, 알로이 휠이라고도 부른다. 스틸 휠보다 무게가 가벼워서 승차감과 연비가 좋고, 다양한 형태로 제작이 가능하여 외관상으로 디자인하기에도 적합하다. 그러나 스틸 휠과는 대조적으로 큰 충격이 가해지면 손상되기 쉽기 때문에 주의가 필요하다. 최근에는 트럭이나 버스 같은 대형 상용차에서도 차량 무게 절감과 연비 향상을 위해 알루미늄 휠이 장착되고 있다. 또한, 알루미늄 휠은 제조 시 강철보다 많은 부피의 금속이 투입될 수 있기 때문에 대체로 강철 휠보다 강도가 높다.[8] 열전도율이 높아 발열이 잘 되는 특징도 갖고 있다. 높은 열전도율로 브레이크 냉각을 돕기 때문에 고속 주행이나 급제동 시 제동효율을 향상한다. 알루미늄 휠은 다시 제작 방식에 따라 주조 휠과 단조 휠로 나뉜다. 높은 압력을 사용하는 단조 공정 때문에 단조 휠이 주조 휠 보다 가볍고 강성이 뛰어나지만, 비싸고 디자인 자유도가 낮은 편이다.[6]
마그네슘 휠[편집]
마그네슘 휠은 고성능 차 또는 경주차에 사용하는 휠이다. 알루미늄보다 무게가 가벼워서 경량화에 유리하다. 그러나 마그네슘의 경우 알루미늄보다 부식과 손상에 취약하다. 또한, 화재 위험성도 높고 알루미늄 휠보다 단가도 높은 편이다. 그래서 마그네슘 휠은 사용 빈도가 낮은 편이다.[8]
기타[편집]
자동차 휠은 알루미늄과 강철, 마그네슘 외에 카본을 이용해서 제작이 가능하다. 카본 휠은 금속이 아닌 섬유이므로 직조를 통해 제작하고 제작 난이도가 상당히 어렵다. 완제품 역시 마그네슘보다 다루기 어렵고 취성도 강해서 마그네슘 이상으로 비싸고 희소하다. 코닉세그(Koenigsegg)가 양산차용으로 처음 출시한 뒤, 포드(Ford)가 머스탱(Mustang) GT 350R 모델을 출시하며 조금 더 상대적으로 대중화를 시켰고, 최근에는 포르쉐(Porsche)의 일부 슈퍼카에도 사용하고 있다.[8]
고정 방식[편집]
일반적인 자동차들은 대개 바퀴 하나당 3개에서 6개 정도의 볼트나 너트를 이용해 자동차의 허브와 휠을 결합한다. 경기 중에 반드시 타이어를 1번 이상 교체하는 레이싱 대회에서는 교체 시간을 단축하고자 50년대부터 휠 정 중앙에 커다란 1개의 너트만 사용하여 고정시키는 센터락 방식을 사용하기 시작했다. 이는 80년대 중후반부터 페라리 288 GTO를 시작으로 일반적인 양산차에 적용되기 시작했고, 근래 출시된 하이퍼카들은 거의 센터락 고정방식을 채용한다. 물론 레이싱카와 양산차의 내부 구조는 다소 상이하다. 양산차는 혹시 모를 상황에 대비해 원래 자리에 위치한 허브 볼트 구멍에 짧은 나사를 박아넣고, 휠도 내부 볼트 구멍를 이용해 똑바로 맞추어 끼운 뒤 휠 바깥에서 나사 한 개로만 고정하는 방식이다. 실상은 일반적인 자동차와 거의 다를 바 없이 형식적인 센터락 방식이다. 레이싱 카는 허브 끝단이 아예 테이퍼 콘 형상으로 생겼으며 휠 내부도 콘 모양에 적합하도록 동글게 파여있어서 휠과 허브의 마찰력만으로 밀착을 도모하는 구조다. 최근에는 센터락 변환 키트도 튜닝 부품으로 판매되고 있으나 가격대가 높아 보편적으로 확산되지는 않았다.[8]
사제 휠[편집]
사제 휠은 자동차 제조사가 지정해 주는 디자인이 아닌, 튜닝 휠 제조 업체에서 직접 디자인하여 제작한 휠이다. 차량 튜닝 용도로 사용된다. 승용차는 대부분 알루미늄 휠을 사용하고, 트럭이나 버스 등 상용차의 경우 스틸 휠이나 휠캡 형식의 사제 휠도 존재한다. 휠을 튜닝하는 목적은 연비 향상, 인치 업, 심미적 목적 등이다. 휠을 가볍게 해서 연비를 상승시킬 수 있고, 반대로 인치 업은 휠 지름을 키워서 좀 더 강한 브레이크를 장착할 수 있다.[8] 인치 업 튜닝은 코너링과 핸들링 등 주행 성능이 향상되는 반면, 승차감과 연비하락, 유지비용 등의 문제가 발생하기도 한다.[9]
점검[편집]
휠 얼라인먼트[편집]
휠 얼라인먼트(Wheel alignment)는 타이어가 틀어졌을 때 가지런히 정렬하는 교정 작업이다. 이는 자동차 주행 중 발생하는 마찰, 중력, 원심력 등 모든 힘의 균형을 조절하고 차량 운행을 최적의 상태로 만들어주는 역할을 한다. 휠 얼라인먼트를 소홀히 할 경우 타이어의 편마모, 자동차 연비 저하, 핸들 불안정함과 떨림 등의 문제가 발생할 수 있다. 공기압이 다른 상태에서는 휠 얼라인먼트 오차가 심화될 수 있기 때문에, 휠 얼라인먼트 점검 전에 가장 먼저 타이어 공기압을 체크해야 한다. 공기압을 동일하게 맞췄다면 크게 세 방향에서 휠 얼라인먼트 점검을 진행한다. 캠버(Camber), 캐스터(Caster), 토-인아웃(Toe-In&Out)이다. 먼저, 캠버는 자동차 정면에서의 타이어 기울기를 의미한다. 전륜의 양측 타이어 하단이 지면을 중심으로 위쪽이 벌어졌다면 포지티브 캠버, 아래쪽이 벌어져 있으면 네거티브 캠버라고 한다. 캠버는 안정적인 주행이 가능한 1도 이하의 각을 유지하는 것이 좋다. 캐스터는 자동차 옆면에서의 타이어 기울기를 뜻한다. 타이어 중심축 기준이 기울어진 상태를 확인한다. 지면과 직각을 만드는 중심축 기준이 뒤쪽으로 기울어졌다면 포지티브 캐스터, 앞쪽으로 기울어지면 네거티브 캐스터라고 한다. 해당 각도가 틀어지면 떨림 현상이 일어나며 각도가 0에 가까울수록 주행이 안정적이다. 마지막 토-인아웃은 자동차 상단에서 내려봤을 때 타이어 기울기를 의미한다. 타이어가 안쪽으로 기울어졌다면 토 인(Toe-in), 바깥쪽으로 기울어졌다면 토 아웃(Toe-out)이다. 토 인이 심하면 타이어 바깥쪽이 토 아웃이 심하면 타이어 안쪽이 마모되므로 차량 진행 방향과 수평이 되도록 각도를 조절해야 한다.[10]
마모 한계선[편집]
타이어는 끊임없이 마찰력을 받아내기 때문에 일정 부분 닳게 되면 교체가 필수적인 소모품이다. 따라서 남은 타이어 수명을 확인하기 위해서 마모 한계선을 확인하는 것이 바람직하다. 타이어가 닳아서 마모 한계선에 근접해진다면 타이어 수명이 얼마 남지 않았다는 것이니 교체를 준비하는 것이 좋다. 육안으로 마모 한계선을 확인하거나, 100원짜리 동전을 타이어 홈에 넣어 깊이를 측정하는 방법이 있다. 보통 100원짜리 동전을 넣었을 때 감투가 보이지 않으면 양호하고, 감투가 반 이상 보이면 교체 시기 인 것으로 판명한다.[9]
타이어 공기압[편집]
타이어 공기압은 승차감과 타이어 수명에 크게 영향을 주는 요소다. 높은 타이어 공기압은 연비 상승을 가져오지만, 승차감이 하락하고, 낮은 타이어 공기압은 승차감은 좋아지지만, 타이어 마모가 빨라진다. 그래서 차량에 맞는 적정한 공기압 수치를 맞춰주는 것이 중요하며 주기적으로 공기압을 확인해서 연비와 승차감 간의 밸런스를 맞추는 것이 바람직하다.[9] 특히 계절에 따라 기온, 대기압력이 변화하면서 타이어의 공기압에도 영향을 미치기 때문에, 적어도 환절기 연 4회마다 공기압 체크를 해주는 것이 좋다. 타이어 공기압은 차량 계기판에 장착된 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)을 통해 확인할 수 있다.[11]
첨단 기술[편집]
주행 안전장치[편집]
- ABS(Antilock-Brake System) : 바퀴 잠금 방지 장치다. 1초에 10회 이상 브레이크를 밟았다 놓았다 하는 펌프질을 반복하여 자동차가 옆으로 돌아가는 것을 방지한다. 1970년 최초로 시판 차량에 장착되어 나온 이후로 현재는 장착이 의무화되는 등 반드시 있어야 하는 주행 안전장치가 되었다
- EBD(Electronic Brake force Distribution) : 전자식 제동력 분배 장치다. 보통 EBD-ABS란 이름으로 ABS와 함께 장착된다. EBD는 차량의 적재 무게와 감속에 의한 무게 이동까지 계산해 바퀴에 적절한 브레이크 압력을 배분한다. 이렇게 해서 차량이 앞으로 급격히 쏠리는 현상을 완화해 준다.
- LSD(Limited Slip Differential) : 차동 제한 기어 장치다. SUV에 주로 장착되는 옵션으로 한쪽 타이어가 진흙이나 빙판길에서 빠져나오지 못하는 것을 방지해 주는 장치다. 평상시 엔진에서 오는 구동력이 좌우 바퀴 양쪽으로 50:50 배분된다면 한 바퀴가 진흙에 빠졌을 경우 이 좌우 구동력의 배분을 다르게 하여 바퀴가 헛도는 현상을 막고 차량을 앞으로 진행할 수 있게 만든다.
- TCS(Traction Control System) : 구동력 제어 시스템이다. 급출발 또는 급가속 시 타이어가 도로에 전달할 수 있는 회전력보다 더 큰 회전력이 걸리게 되면 타이어는 접지력을 잃고 바퀴가 헛돌게 된다. 바퀴가 헛도는 것을 방지하기 위해 TCS가 접지력을 잃은 바퀴에 ABS와 연계하여 제동 작용을 가하고 바퀴가 헛도는 것을 방지한다.[12]
전망[편집]
운전자 역할이 줄어드는 자율주행차에서는 안전 주행을 위해 바퀴의 역할이 그만큼 중시된다. 그로 인해 미국 타이어 업체 굿이어(Goodyear)가 미래형 타이어를 구상 중이다. 굿이어가 선보인 타이어 컨셉트 이글-360(Eagle-360)은 안전성과 기동성을 개발 방향으로 잡고 있다. 이 타이어는 우선 지금의 타이어와 달리 동그란 공 모양이다. 공 모양의 가장 큰 장점은 그 자리에서 어느 방향으로든 움직일 수 있다는 점이다. 전방에 장애물이 나타나면 즉각 피할 수 있다. 평행 주차를 해야 할 땐, 차를 멈춘 뒤 그 자리에서 바로 옆으로 이동한다. 공 모양 타이어 개발의 가장 큰 문제는 타이어가 차축에 고정된 상태에서 360도 자유자재로 움직일 수 있냐는 것이다. 굿이어는 이 지점에서 발상을 바꿔 타이어를 차축에 고정하지 않고 약간 틈을 주는 것을 고안했다. 또한, 타이어 상태를 실시간으로 체크하고 도로 상태와 날씨를 파악하는 등 자율주행을 돕는 새로운 기술을 제시하고 있다.
한국타이어앤테크놀로지㈜(Hankook Tire & Technology)도 넥스트 드라이빙 랩(The Next Driving Lab) 프로젝트의 하나로 공 모양 타이어를 개발하고 있다. 한국타이어앤테크놀로지㈜는 이를 볼핀 타이어로 명명했고 공 모양 타이어 하나로 360도 방향 전환과 주행이 가능한 드라이빙 시스템을 구현하는 것을 목표로 삼고 있다. 자이로스코프(gyroscope) 등의 기술을 활용해 동체의 균형을 잡고 주행하는 실험에 성공했다. 다만 이 실험에서는 타이어 하나로만 버틸 수 있는 운송 수단만 가능하다.
현재 타이어 업체들이 개발에 공 들이고 있는 미래형 타이어는 공기 주입이 필요 없는 타이어다. 프랑스(France)의 미쉐린(Michelin), 일본(Japan)의 브리지스톤(Bridgestone Corporation), 한국의 한국타이어앤테크놀로지㈜ 등은 각각 트윌(Tweel), 에어리스 타이어(Airless tier), 아이플렉스(iFlex)란 명칭으로 시제품을 개발했다. 타이어 안쪽을 공기 대신 탄성 있는 금속 물질로 대체하여 차량 무게를 지탱하도록 함으로써 펑크 위험을 없앤 것이 특징이다. 아직 양산 차량에는 적용하지 않았지만, 일부는 특정 용도 차량에 실제 쓰이고 있다.[13]
동영상 자료[편집]
각주[편집]
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 〈바퀴〉, 《네이버 두산백과》
- ↑ 2.0 2.1 〈바퀴〉, 《네이버 용어해설》
- ↑ 박진희, 〈바퀴의 발명〉, 《네이버캐스트 물리산책》, 2012-05-29
- ↑ 함성훈, 〈자동차공학〉, 《네이버 학문명백과 : 공학》
- ↑ 〈자동차는 어떻게 움직이는 걸까요?〉, 《키즈현대》, 2019-06-08
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 〈휠 / 타이어 / 첨단기술 - 기능과 원리 ● 관련용어 ● 구성요소 ● 방식〉, 《자동차생활》, 2012-09-23
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 한국타이어앤테크놀로지㈜ 공식 홈페이지 - https://www.hankooktire.com/kr/
- ↑ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 〈자동차/휠〉, 《나무위키》
- ↑ 9.0 9.1 9.2 FLETA,〈자동차 바퀴의 모든 것! 타이어&휠 점검, 인치&바디업 까지〉, 《쌍용자동차 공식 블로그》, 2018-06-12
- ↑ 굳맨, 〈놓치기 쉬운 타이어 점검! 휠 얼라인먼트의 모든 것〉, 《쌍용자동차 공식 블로그》, 2017-05-18
- ↑ 네비게이터, 〈타이어 공기압 적정범위 정확진단〉, 《티스토리》, 2020-11-09
- ↑ 원성열 기자, 〈주행안전장치 알고 쓰자 ABS VDC TCS…이게 뭐지?〉, 《동아닷컴》, 2009-09-23
- ↑ 곽노필 기자, 〈미래형 타이어는 공, 차 바퀴 새 역사 쓸까〉, 《한겨레》, 2016-03-22
참고자료[편집]
- 〈바퀴〉, 《네이버 두산백과
- 〈바퀴〉, 《네이버 용어해설》
- 박진희, 〈바퀴의 발명〉, 《네이버캐스트 물리산책》, 2012-05-29
- 함성훈, 〈자동차공학〉, 《네이버 학문명백과 : 공학》
- 〈자동차는 어떻게 움직이는 걸까요?〉, 《키즈현대》, 2019-06-08
- 〈휠 / 타이어 / 첨단기술 - 기능과 원리 ● 관련용어 ● 구성요소 ● 방식〉, 《자동차생활》, 2012-09-23
- 한국타이어앤테크놀로지㈜ 공식 홈페이지 - https://www.hankooktire.com/kr/
- 〈자동차/휠〉, 《나무위키》
- FLETA,〈자동차 바퀴의 모든 것! 타이어&휠 점검, 인치&바디업 까지〉, 《쌍용자동차 공식 블로그》, 2018-06-12
- 굳맨, 〈놓치기 쉬운 타이어 점검! 휠 얼라인먼트의 모든 것〉, 《쌍용자동차 공식 블로그》, 2017-05-18
- 네비게이터, 〈타이어 공기압 적정범위 정확진단〉, 《티스토리》, 2020-11-09
- 원성열 기자, 〈주행안전장치 알고 쓰자 ABS VDC TCS…이게 뭐지?〉, 《동아닷컴》, 2009-09-23
- 곽노필 기자, 〈미래형 타이어는 공, 차 바퀴 새 역사 쓸까〉, 《한겨레》, 2016-03-22
같이 보기[편집]
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