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타이어시험
타이어시험(Tire Test)은 동력으로 달리는 기계의 고무로 된 바퀴에 대한 시험이다.
목차
개요
타이어(Tire)는 자동차, 자전거 따위의 바퀴 굴통에 끼우는 테. 주로 고무로 만들며 안쪽에 압축공기를 채워 노면에서 받는 충격을 흡수하여 잘 굴러 가게 한다.
타이어는 승용차를 비롯한 각종 차량이나 항공기 등의 중요 부품으로서 실로 광범위한 기능을 다하고 있는 것이다.
타이어는 무엇보다도 안전 주행을 할 수 있어야 하고 자동차를 사용하는데 있어서의 경제성도 고려되어야 한다. 그리고 특히 승용차인 경우에는 차의 조종 안정성이나 진동, 승차감, 소음 등의 각종 요구에도 만족되어야 한다. 따라서 타이어가 이와 같은 각종 요구조건을 만족시키고 있는가를 알기 위해서는 여러 가지 시험을 통해서 평가하지 않으면 안 된다.
또한 당연한 일이겠지만 이와 같은 결과는 타이어 개발에 많이 활용되어야만 될 것이다. 타이어의 역할은 차량에 낀 다음부터 나타나게 되므로 타이어의 최종적인 평가는 실차시험에 따르는 것이 가장 좋으나, 시험의 능률, 경제성, 정밀도, 재현성 등의 여러 가지 문제가 있기 때문에 실내 시험으로 대체할 수 있는 제 특성에 대해서는 가능한 한 여러 가지의 실내시험기로 측정하는 방법을 택하고 있다.
그러나 자동차와의 조화로 나타나는 조종 안정성이나 진동, 소음, 승차감 등에 대해서는 실차시험으로 최종적인 평가 및 판정을 하는 수밖에 없으므로 현재 세계의 많은 타이어 메이커들은 타이어 테스트 코스를 설치하여 많은 시험차를 가지고 시험하고 있다.[1][2]
실내 시험
타이어 실내 시험은 시험실 혹은 실내 시험장에서 이루어지며 보통 타이어 제조업체에서 진행하며 자동차 제조사들도 필요에 따라 진행한다.
한국타이어를 비롯해 글로벌 Top Tier 수준의 타이어 회사들은 세계 각지에 R&D 연구소를 설립하고 다양한 테스트를 진행하고 있다. 그 이유는 생각보다 간단하다. 기후와 환경부터 도로 상태와 운전 습관까지 모든 조건이 다르기 때문이다.
어떤 환경이든지 운전자가 미처 생각하지 못한, 대응조차 할 수 없는 갑작스러운 상황에도 타이어는 항상 최고의 성능을 발휘해야 한다. 운전자가 안락함을 넘어 안정감을 느끼고 최상의 드라이빙을 경험할 수 있도록 해야 하는 것이 타이어 회사의 사명이기 때문이다.
타이어 하중 및 모멘트
평평한 표면에서 회전하는 타이어에 수직, 캠버, 조향 및 드라이브/제동 입력을 적용하여 차량 성능 및 핸들링에 영향을 미치는 하중 및 모멘트(F&M) 속성을 시험한다.
타이어 롤링저항
회전하는 타이어의 에너지 손실을 측정하여 차량 에너지 효율 및 주행거리에 대한 기여도를 결정한다. 정상 상태 및 코스트 다운 롤링저항 시험이 가능하다.
타이어 마모 시뮬레이션
통제된 실험실 조건에서 정밀한 타이어 하중을 적용하여 광범위한 일반 주행 시나리오에서의 타이어 마모를 시험한다.
하이브리드 시뮬레이션
반복적인 mHIL(mechanical Hardware-in-the-Loop) 타이어 솔루션은 연산 모델과 물리적 타이어 테스트 시스템 및 타이어 시편을 결합하여 개발 엔지니어가 차량 수준에서 타이어와 차량 사이의 상호 작용을 조사할 수 있는 차량 수준 시뮬레이션 환경을 생성한다.[3]
동특성 시험
동특성 시험실에 들어온 타이어는 두 개의 드럼에 연결된 마치 러닝머신과 같은 회전 벨트 위에 올려 진다.
다양한 속도로 타이어를 굴리고 기울여 차량의 핸들링 성능을 재연한 설비를 통해 타이어에서 발휘할 수 있는 최대의 성능을 끌어낸다. 더불어 자동차 무게 이상의 하중을 가하면서 타이어가 극한 상황에서 얼마나 버틸 수 있는지 확인한다. 조성 가능한 테스트 조건만 2만여 가지가 넘는다.
무향실
타이어가 만들어 내는 소리를 연구하기 위해 한국타이어 중앙연구소에는 국내 타이어 업체 중 최대 규모의 무향실이 있다. 무향실에 들어서면 고요한 숲 속에서 나뭇잎이 바람에 가볍게 살랑거리는 정도의 소리를 들을 만큼 조용함을 느낄 수 있는데, 이 무향실 안에는 아주 작은 소리의 울림도 허락하지 않는다.
두꺼운 콘크리트로 만들어진 외벽 안에는 99 제곱미터가 넘는 다른 공간이 있다. 벽면은 온통 쐐기 모양의 유리섬유 스펀지로 둘러싸여 있는데, 이 스펀지를 통해 무향실 안에서 발생하는 모든 소리를 흡수한다. 그래서 타이어가 회전할 때 나는 다양한 소리를 인지하고 찾을 수 있는 것.
겉으로 보이지는 않지만, 무향실 아래에는 타이어를 회전시키기 위한 아파트 2층 높이의 거대한 드럼이 있다. 그 위에는 타이어를 회전시켜 지면에 닿게 하는 장치와 수십 개의 마이크도 있다. 미세한 소리도 놓치지 않고 기록해야하기 때문에 테스트를 진행하는 동안에는 무향실 주변에 어떠한 소음도 허락되지 않는다.
귀로만 듣는 소리가 아니라 시각적으로 소리를 표현할 수 있는 최첨단 장비도 구비하고 있다. 이와 같은 다양한 기술력과 노력을 바탕으로 타이어 소음에 대한 연구를 계속해서 발전시키고 있다.
진동 시험
소리와 더불어 진동은 자동차의 안락함과 승차감을 결정짓는 중요한 요소이다. 따라서 타이어에서 발생하는 진동을 테스트하고 이를 개선하는 진동 시험실도 빼놓을 수 없다.
운전 시 발생하는 진동은 영원히 풀리지 못한 숙제와도 같다. 이런 진동을 연구하기 위해서는 타이어의 감성과 고유진동수에 대한 지식과 경험이 풍부해야 한다. 자동차와 타이어의 고유 특성이 서로 조화로 울 수 있는 최적의 타이어 설계를 찾기 위해 끊임없이 테스트를 진행한다. 자동차의 운전대와 바닥, 시트와 같이 운전자가 느낄 수 있는 모든 위치에 가속도기 센서를 장착하여 진동을 감지한다. 이런 테스트를 바탕으로 도로를 달리는 자동차의 승차감이 완벽에 가까울 수 있도록 끊임없이 연구한다.
실차 시험
타이어를 실차에 장착하여 시험장에 주행시험을 통하여 진행하며 타이어 전용 성능 시험장을 PG(Proving Ground, PG)라고도 한다. 타이어는 자동차에 장착되어 도로 위에서 그 기능과 성능을 발휘할 때 비로소 가치가 있기 때문에 타이어에 이름을 부여하기 위해서는 '실차 테스트'라는 최종 관문을 통과해야 한다.
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실차 테스트는 계측 평가(Objective)와 감성 평가(Subjective)로 나뉘는데, 일반적으로 계측 평가를 통해 성능 목표치를 정하고 그 목표치 안에서 감성 평가를 진행한다. 설명을 덧붙이자면, 계측 평가는 실제 자동차에 다양한 계측 장비를 부착해 여러 타이어를 같은 주행으로 테스트했을 경우, 결과가 다른 항목을 분석하고 정량적으로 계측하는 방식이다.
계측 평가
예를 들어 소음의 경우, 드라이버가 가장 민감하게 소음을 느낄 수 있는 곳에 마이크를 부착하고, 속도와 도로 형태 등 다양한 주행 조건에서의 소음 변화와 크기를 측정한다. 수치화를 위해 장비를 통해 테스트하지만 모든 테스트의 기준은 드라이버에 맞춰져 있다.
감성 평가
감성 평가는 숙련된 드라이버가 직접 자동차를 운전하며 수십여 가지의 성능을 평가하는 방식이다. 타이어의 입장에선 최종 면접인 셈인데, 타이어 별로 느껴지는 차이를 몸으로 익히는 매우 섬세한 업무이다. 기준이 되는 타이어인 Control Tire와 비교할 타이어인 Test Tire를 선정한 후 상대 비교하여 평가를 진행한다.
주행시험
주행시험에는 젖은 노면 급제동, 일반도로 노면 그루브, 마른 노면 핸들링, 고속주회로, 젖은 노면 핸들링 등 다양한 주행로를 통하여 시험하며 일부 업체에서 실내에 시험장을 구성하여 진행하기도 한다. 타이어는 주행 중 지면과 맞닿는 유일한 제품이라는 점에서 운전할 때 대단히 중요한 요소다. 결국 타이어가 지면과 마찰하면서 차를 세우게 되며 핸들링 할 때 조정성과 안정성, 정숙성 등에서도 타이어 역할이 크다.
- 젖은 노면 급제동
- 젖은 노면에서 드라이버가 시속 125km로 달리다 급제동을 시도한다. 여기서 몇 만에 멈추며 제동거리는 얼마인지 등을 확인한다.
- 일반도로 노면 그루브
- 일반도로에서 종종 마주칠 수 있는 세로로 홈이 파인 '그루브' 구간이다.
- 핸들링
- 마른 노면과 젖은 노면 핸들링 구간에선 시속 80~90km 수준으로 급회전을 거듭한다.
- 고속주회로
내구성 시험
타이어 혹은 타이어가 장착된 자동차가 세계 시장에서 판매되기 위해서는 내구 시험을 필수적으로 통과해야 한다. 유럽은 ECE-R30, ECE-R54, 미국은 FMVSS 109, FMVSS 119에서 내구 시험법을 제정하여 실행 중에 있다. 우리나라서도 타이어는 '안전확인대상' 품목으로 KC 인증을 획득해야 판매가 가능한데, 타이어 KC 인증 시험에 유럽과 미국의 내구 시험법과 동일한 시험법이 포함되어 있다.
프리미엄 자동차 연구센터에는 승용차용 타이어, 상용차용 타이어에 대한 내구 시험이 가능하고, 관련 시험장비 2대를 보유하고 있다.
시험장비는 Slip angle과 Camber angle을 바꿔 가면서 시험이 가능하다.
원형 드럼을 회전시키고, 타이어에 수직 하중을 가해 드럼에 접촉시켜 드럼과 타이어의 마찰에 의해 타이어가 회전하는 방식이다.
일반적으로 승용차용 타이어는 1시간 이상, 상용차용 타이어는 47시간 이상을 견뎌야만 규격을 통과하게 되며 규격별로 부동하다.
ECE-R30등 규정시험에서는 Slip angle과 Camber angle을 변화시키지 않고 시험하지만, 아래와 같이 Slip angle과 Camber angle을 변화시키면서 시험할 때 전혀 다른 파괴 양상이 나타난다.
실제로 타이어가 파손되는 다양한 사례를 재현하기 위해 완성차와 타이어 업체를 중심으로 Slip angle과 Camber angle을 변화가 적용된 새로운 내구 시험법 개발이 진행 중에 있다.
열화상 카메라를 통해 아래와 같이 내구 시험 중 타이어 각 부의 온도 변화도 체크할 수 있다.[8]
동영상
각주
- ↑ 〈타이어〉, 《네이버 국어사전》
- ↑ 이광재, 〈타이어의 시험〉, 《사이언스》
- ↑ 〈자동차 타이어 및 휠 테스트 시스템〉, 《엠티에이스》
- ↑ 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-02-22
- ↑ 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-03-04
- ↑ 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-03-17
- ↑ 김동훈 기자, 〈타이어 극한 테스트 과정 살펴보〉, 《네이버블로그》, 2022-05-25
- ↑ katech_premium, 〈타이어 내구 시험〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-08
참고자료
- 〈타이어〉, 《네이버 국어사전》
- 이광재, 〈타이어의 시험〉, 《사이언스》
- 〈자동차 타이어 및 휠 테스트 시스템〉, 《엠티에이스》
- 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-02-22
- 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-03-04
- 한국타이어, 〈극한의 상황을 극복하기 위한 타이어 테스트〉, 《네이버블로그》, 2016-03-17
- katech_premium, 〈타이어 내구 시험〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-08
- 김동훈 기자, 〈타이어 극한 테스트 과정 살펴보〉, 《네이버블로그》, 2022-05-25
같이 보기
