드라이빙 테크닉 이론 : 타이어의 풋 프린트[tyre foot print]의 이해와 접지력과의 상관관계.[부제:핸들링 #1]

이번 포스팅은 핸들링이 부드러워야 한다는 것에 대한 포스팅에 앞서서 타이어 접지력의 간략한 이해를 돕고자.
포스팅 해봅니다^^;[초보자 용입니다ㅋ]

당연한 이야기겠지만, 타이어와 노면의 접촉면적은 제한 되어 있으며.
이는 정차시에 균일하고 확실하게 되며[좌측의 그림 참조-정차시의 접촉면적]
주행중에는 속도와, 주행 특성[항속,제동,가속등]에 따라서 그 면적과
하중 분포도가 변하게 됩니다.
이는 즉각적으로 접지력에 영향을 미치게 되며, 접지면적의 증감에 따라서
실질적으로 접지력 총합이 순식간에 바뀌지는 않으나.
타이어의 온도증가로 인해 마찰력이 감소할수있는 계기가 될수있으므로 이는 중요한 요인이 됩니다.

짧게 정리하자면, 타이어의 접촉면을 최대한 유지시키는 것이 관건이며, 이는 네바퀴 모두에 해당한다는것!

참고로 타이어의 지면과의 마찰력은 마찰계수와 축방향하중의 곱으로 계산이 되는데..
마찰계수라는 것은 지면과 타이어가 마찰하는 그 마찰값을 말하는 것이고, 축방향 하중이라는 것은
차중과 공기역학적인 특성에 의해 만들어지는 유체 역학적인 하향력[down force]을 포함하며,
이는 네바퀴에 고르게 분산되는것이 이상적이나, 차량의 가감속에 의해 발생되는
스쿼트[서스펜션이 들리며 하중이 감소하는 경우-요컨데 차량의 급 가속시 앞 바퀴가 들리는경우]나
노즈 다이브[제동시 하중이 앞으로 항하여 차의 전방이 가라앉고 뒤쪽이 들리는 현상]와 같은 움직임으로 인해
극단적인 하중이 이동되며 축하중의 분포가 바뀌기도 하며,
이때문에 실질적인 타이어의 접촉면적[풋프린트]는 앞,뒤 바퀴가 동일 하지만, 실질적인 축하중의 변화로
접지력 상실-극대화[...를 넘어서 마찰능력 상실]까지 일어날수도있음을 이해 하셔야 합니다^^
코너링중 원심력[횡G어쩌고 많지만 패스..ㅋ]에 의해서 코너 바깥쪽으로 하중이 쏠리게 되기도 합니다.

간단하게 생각하면 축방향 하중이 늘어나게 되고, 마찰값이 높은 타이어를 사용하게 된다면 접지력은 늘어야 하는데.
사실 타이어 구성 성분에 의한 이유로 이는 현실세계에서는 다소 불가능한 이야기 입니다.
향후 새로운 타이어의 성분이 발명이 되거나, 타이어의 온도를 낮출수 있는 혁신적인 기술이 개발된다면.
이점에 대한 새로운 해결책을 찾을수는 있을지도 모르죠^^

일단 타이어의 마찰계수는 낮은온도보다 높은 온도에서 그 값이 비례하여 상승하지만,
일정이상의 한계를 넘어서면서 부터는 반대로 하강하게 됩니다.
이때 이론적으로는 더 많은 하중[혹은 하향력]을 가하게 되면 접지력을 얻을수 있을거라 생각할수 있으나,
실제로는 마찰계수의 감소의 원인 온도 상승을 부추기게 되어 되려 접지력 감소에 마이너스 적인 측면을 부각 합니다.

또한 타이어는 그 특성상 탄성체 이고 그 형태를 유지하기 위해서는 내부의 기체[공기or질소]를 이용하기에
이 내부의 공기압에 따라서도 그 특성을 제대로 살리거나 그러지 못할수도 있는 여지가 있습니다.

좌측의 그림은 타이어의 공기압에 따른 접촉면적의 차이를
간략하게 나타낸 그림 입니다.[출처www.google.com검색]

세가지 그림중 맨 왼쪽은 적당한양의 공기압 상태.
가운데는 공기압이 부족한 상태,마지막은 공기압이 과다한 상태.
그림을 보게되면 .
최적의 공기압 상태에서는 타이어의 접촉면이 최고조에 이르고,
적거나,많을때는 그렇지 않음을 알수있습니다.
실제로는 공기압이 아주 적어도 접촉면이 지나치게 넓어지기도 합니다^^;

이렇게 타이어의 공기압 역시 타이어의 접촉면[궁극적으로 접지력 유지에 필수요소]의 변화를 나타낼수 있고,
주행중 타이어 공기압의 상승에 따라서 변화 될수있음을 인지하고,
스포츠 드라이빙을 즐기는 사람이라면 별것 아닌것으로 생각할수있는 공기압에 민감해야 합니다^^;

그리고...

좌측의 그림은 타이어의 사이드월의 변화로인한 중심축의 이동을 표시한 그림 입니다.
[출처:www.google.com검색] 좌측의 그림에서 회색 점선은 타이어 접촉면의 중심축을 가르키며,
오른쪽의 검은 점선은 휠자체의 중심선을 가르키고 있습니다. 정차시와 같은 안정단계에서는
두개의 선이 일치하게 됩니다만, 좌측의 그림은 코너링시 횡G[축방향 하중]의 발생으로 인해서
타이어의 사이드월이 제 성능을 내지 못하고 밀려나게 되는것을 알려주고 있습니다.
이보다 더 심하게 되면 타이어의 사이드월과 접지면의 중간부분인 숄더 부분을 넘어
사이드월까지 지면에 접지하게 되고, 타이어의 트래드 부분처럼 접지력을 내지 못하는
 사이드월이 노면에 닿게 되면 차량은 밀려나게 되겠지요^^;
결국 이 경우에는 접지를 제대로 못하게 되어 버리고, 최악의 경우 눌렸던 타이어가 순간 탄성적으로 펴지면서
일종의 스프링역활로 차량의 자세 제어를 흐트러 트리기도 합니다.
물론, 이 처럼 사이드월이 눌려 변형을 일으키게되면 타이어 트래드[접지면]부분의 하중 분포가 심각하게 바뀌어
제대로된 접지력을 보일수도 없게 되고요^^

자.... 여기까지 아주 간단하게 타이어의 공기압,접촉면,사이드월등에 따른 ..
타이어의 접지력 유지에 대한 것을 설명하였습니다^^;
정말 깊게 설명하곤 싶지만,...저 역시 지식이 미천한 관계로 여기서 바닥을 보입니다..ㅋㅋ

그럼 다음 단계...

제가 타이어의 접지력의 변화나,유지측면에 대해서 설명을 한것은 바로 이 타이어가 핸들링에서 가장 중요한
물리적인 작용을 하기 때문 입니다.

핸들링은 사람의 손을 통해 핸들과 방향 조정기구[랙엔 피니언 방식이 흔하죠^^;]을 통해이루어지지만..
결과적으로 노면에 직접적으로 전달을 하는건 역시...타이어...타이어 이기 때문입니다^^;

흔히 하이그립 타이어를 사용하게 되거나, 강화된 S-way 바,좀더 탄력적으로 바디튠된 차량을 처음 접하면
공통적인 의견을 말하게 됩니다.

바로 "핸들이 무거워졌다!" 이건 사실 어지간히 감각이 둔한 사람도 쉽게 눈치챌수있고,
이렇게 무거워진 핸들덕분에 불만을 토로하는 경우도 종종 발생되곤 합니다.ㅋ

하지만 이 무거운 핸들링은 접지력의 증가나 혹은 접지력을 최대한 효율적으로 활용하고 있을때 발생되는 현상이지요^^;
이는 다른 관점...즉 핸들링에서 본다면 좀더 미끄러짐 없는 안정적인 핸들링이 가능하다는 것입니다^^;

좀더 쉽게 예를 들자면, 비내린 운동장에서 차를 내달려 볼때를 가정 합니다.
일단 길이 미끄럽기에 가-감속이 제대로 되지 않는다는걸 아실겁니다.[악셀을 밟아야 계기판 속도만 올라가지 gps는 거북이죠.ㅋ]
그럼 조향을 해볼까요?
속도를 올려 달리다가 비내린 운동장에서 핸들을 틀어도 차량은 그대로 직진을 할뿐 방향을 전환하지는 않습니다.

정확하게 언더스티어라고 볼수있습니다만, 이경우 좀더 잘난척을 보태서 이야기 하자면,..
노면의 마찰값[뮤]이 낮아져 전륜의 슬립앵글[slip angle]가 극대화되어 벌어진 현상이다!!
↑팔짱끼고 이렇게 4가지 없이 웃으며 말할수있다면 당신은 이미 전문가.??-_-ㅋㅋ

하지만, 제가 하고싶은 말은 그것이 아닙니다^^; 

"그 미끌어지는 순간에 핸들이 가볍다!!" <-여기서 밑줄 쫙!!ㅋ
바로 그것입니다^^;;; 핸들이 가벼워 진다는것... 그것은 접지력이 상실되거나, 하강했다는 이야기 입니다.

반대로 위에 언급했듯 핸들이 무거워진다는 것은 접지력이 증가했거나,혹은 타이어의 접지력을 제대로 사용할수 있다는 것이지요.
이게 생각외로 중요한 내용인데.

하중의 이동을 제대로 해서 조향륜에 축방향 하중을 제대로 걸지 않는 다면 핸들링은 가볍게 된다는 것입니다.
이는즉 슬립앵글 증가의 기회가 되어 핸들링을 망칠수있다는 것이지요.

다음 기회에....
핸들링 #2에서 이어가겠습니다.

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