Q & A
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또 오랜만에 질문 하나 올립니다. ^^
차량 설계시 타이어 폭을 결정할 때에 물론 원하는 차량의 특성이나 디자인 등에 따라서 많은 변수가 주어질 수 있겠지만 제목에 쓴 두 가지 변수만을 고려할 때에 어떠한 일반적인 룰이 적용될 수 있을지 궁금해져서 질문을 올려 봅니다.
즉, 주어진 림 직경에 대해 (림폭은 자유) 대체로 휠+타이어의 무게가 크게 변화하지 않고 다른 변수(타이어의 종류, 서스펜션 지오메트리, 질량 분포 등)가 고정이라고 가정할 때
(1) 무게가 10%씩 늘어나면 같은 횡가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가? 혹은 같은 브레이킹 디스턴스를 유지하기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나야 하나?
(2) 출력이 10% 상승하면 같은 종가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가?
입니다. 가정이 좀 어설픈 것은 알지만(예를 들어 늘어난 그립에 대응할 수 있는 서스펜션 설계가 고려되어야 한다거나, 타이어 폭이 늘어나면 무게가 늘어날 수밖에 없다거나 등) 대략적인 법칙 같은 것이 있지 않을까 예상해봅니다.
(이 문제에 답을 주실 수 있는 분이 계실 거 같은데 ㅋ)
차량 설계시 타이어 폭을 결정할 때에 물론 원하는 차량의 특성이나 디자인 등에 따라서 많은 변수가 주어질 수 있겠지만 제목에 쓴 두 가지 변수만을 고려할 때에 어떠한 일반적인 룰이 적용될 수 있을지 궁금해져서 질문을 올려 봅니다.
즉, 주어진 림 직경에 대해 (림폭은 자유) 대체로 휠+타이어의 무게가 크게 변화하지 않고 다른 변수(타이어의 종류, 서스펜션 지오메트리, 질량 분포 등)가 고정이라고 가정할 때
(1) 무게가 10%씩 늘어나면 같은 횡가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가? 혹은 같은 브레이킹 디스턴스를 유지하기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나야 하나?
(2) 출력이 10% 상승하면 같은 종가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가?
입니다. 가정이 좀 어설픈 것은 알지만(예를 들어 늘어난 그립에 대응할 수 있는 서스펜션 설계가 고려되어야 한다거나, 타이어 폭이 늘어나면 무게가 늘어날 수밖에 없다거나 등) 대략적인 법칙 같은 것이 있지 않을까 예상해봅니다.
(이 문제에 답을 주실 수 있는 분이 계실 거 같은데 ㅋ)
2009.04.13 22:06:56 (*.26.17.91)
서스펜션이 제대로 설계되었다면 그 다음은 타이어 사이즈별, 제품별 특성에 따라서 요구되는 성능을 찾아야 할 것 같습니다. 아마 자동차나 타이어 메이커에서는 테스트나 시뮬레이션을 통해서 데이터를 가지고 있겠지요.
간단화해서.. 차량 중량, 중심의 높이, 트레드, 휠베이스로 롤모멘트 및 전후 하중이동량이 계산이 되면..
코너링 및 제동/구동시의 하중 분포에 따라 타이어에 요구되는 코너링 포스, 트랙션 포스가 결정될테고, 그 다음은 그런 특성을 갖는 타이어 사이즈 및 제품을 선정할 수 있겠네요.
트랙션 써클 이론을 가정하고 차량 동역학 교과서 수준에서 보았을 때, 다음의 변수들을 생각해보면 순익님이 원하시는 답을 얻을 수 있을 것 같습니다.
타이어의 하중지수
코너링 포스의 하중 의존성 및 코너링 포스 vs. 슬립 앵글 (횡그립의 경우)
슬립률 vs. 마찰계수 (종그립의 경우)
그 외 노면 상태, 속도별 마찰 계수 변화
접지면적의 증가는 타이어 폭의 증가와 함께 타이어 전체 직경의 증가를 통해서도 얻을 수 있겠고, 또한 타이어의 편평률에 따라서 횡그립 특성이 좀 달라질 것도 같습니다. 롤강성, 롤센터 이런 것도 고려해야 하겠죠. 실제로는 이것 말고도 훨씬 더 복잡하겠지만 저는 비전공자인 관계로 이 정도까지만.. ^^;;
간단화해서.. 차량 중량, 중심의 높이, 트레드, 휠베이스로 롤모멘트 및 전후 하중이동량이 계산이 되면..
코너링 및 제동/구동시의 하중 분포에 따라 타이어에 요구되는 코너링 포스, 트랙션 포스가 결정될테고, 그 다음은 그런 특성을 갖는 타이어 사이즈 및 제품을 선정할 수 있겠네요.
트랙션 써클 이론을 가정하고 차량 동역학 교과서 수준에서 보았을 때, 다음의 변수들을 생각해보면 순익님이 원하시는 답을 얻을 수 있을 것 같습니다.
타이어의 하중지수
코너링 포스의 하중 의존성 및 코너링 포스 vs. 슬립 앵글 (횡그립의 경우)
슬립률 vs. 마찰계수 (종그립의 경우)
그 외 노면 상태, 속도별 마찰 계수 변화
접지면적의 증가는 타이어 폭의 증가와 함께 타이어 전체 직경의 증가를 통해서도 얻을 수 있겠고, 또한 타이어의 편평률에 따라서 횡그립 특성이 좀 달라질 것도 같습니다. 롤강성, 롤센터 이런 것도 고려해야 하겠죠. 실제로는 이것 말고도 훨씬 더 복잡하겠지만 저는 비전공자인 관계로 이 정도까지만.. ^^;;
2009.04.14 00:36:40 (*.248.62.128)
순익님께는 답이 되었을 거라고 생각했는데.. ^^;; 부족한 지식으로 설명을 드리자면..
>(1) 무게가 10%씩 늘어나면 같은 횡가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가? 혹은 같은 브레이킹 디스턴스를 유지하기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나야 하나?
같은 횡가속도라면 타이어에는 그 증가된 무게에 상응하는 10%에 대당하는 하중이 늘어나겠죠. 타이어의 코너링 포스 vs. 슬립앵글 특성이 비슷한 타이어 (정확히 같진 않겠지만 예컨대, 같은 메이커, 같은 컴파운드 및 와이어 구조에 다른 사이즈 정도로 대충 맞춰봅시다. 실제로는 편평률에 따라 슬립앵글 특성이 바뀝니다.)라면 그에 해당하는 코너링 포스를 부담할 수 있을 정도의 폭의 증가면 됩니다. 공기압은 최적이라고 생각하고..
예를 들면, AD07 205/55R16 이 하중지수 89V로 580kgf를 지탱할 수 있는데, 여기 비례해서 코너링 포스도 최대 그 정도 가까이 발휘하겠죠. (트랙션 써클로 간단화시킨 건데.. 실제론 사이드 월 변형도 있고, 트레드가 좁으니 약간 덜 지탱할 듯) 여기서 10%의 코너링 포스를 더 부담해야 한다면 638kgf 이상의 하중을 받을 수 있는 타이어 즉, 하중지수 93 이상이 되어야 합니다. 그럴려면, 같은 네오바에서 찾아보니, 직경은 좀 다르지만.. 235/45R17 93W 정도가 되어야 하는데, 문제는 네거티브 비(타이어에서 홈이 차지하는 비율) 도 계산을 해봐야 하고, 트랙션 써클이 정확히 원이 아닐 수도 있다는 거죠. (가속측 혹은 감속측으로 종방향이 더 큰 타원형 트랙션 서클도 있고, 횡방향이 더 큰 경우도 있을 수 있다는..) 그리고 아시다시피, 타이어의 접지력은 adhesion region과 sliding region으로 나뉘며 하중에 따라 증가하다가 어느 이상이 되면 감소합니다. 저하중에서는 코너링 포스가 하중에 거의 비례하지만, 고하중에서는 코너링 포스가 증가하는 기울기가 줄어드는 특성이 있지요. 또, 타이어의 사이즈마다 최대 코너링 포스가 정해져 있는데, 접지 면압도 바뀌기 때문에 편평률의 영향도 고려해야합니다. 핸들링 리스펀스와는 좀 다른 문제입니다만.. 너무 복잡하니.. 대략적으로 생각하심이.. ^^;;
그리고, '제동 거리가 같다'는 것을.. '늘어난 무게를 같은 감속도로 제동을 할 수 있는가'라는 의미에서 본다면 코너링 포스에 대한 케이스보다 더 하중지수로 계산하는 것이 잘 들어맞습니다. 늘어난 무게만큼 하중지수가 더 큰 타이어를 꽂으면 됩니다. 하지만, 대부분의 경우는 타이어의 종방향 트랙션 (제동, 가속) 은 충분한 편이고, 횡방향 코너링 포스에 의해 타이어의 한계 그립이 나타나게 되는 것 같습니다.
>(2) 출력이 10% 상승하면 같은 종가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가?
위와 비슷합니다. 다만, 출력이 10% 상승했는데 같은 종가속도 밖에 못얻으면 억울하죠. ㅋ 높아진 출력만큼 더 가속도를 얻어야 되지 않을까용. ㅋㅋ 마른 노면에서 뮤를 1.0으로 잡고, 정차시 무게 배분에 가속시의 구동륜 필요하중을 고려하면 최대 가속력을 간단히 얻을 수 있습니다.
ex) 무게 1350kgf 인 MR2에 정차시 무게 배분 43:57, 무게 중심의 높이 0.5, 휠베이스 2.4m 라고 하면 뮤 1.0인 노면에서 0.74g 정도의 최대 가속을 얻을 수 있군요.
P.S. 단순화시켰으니 완벽히 들어맞을 수는 없음을 감안해 주세요. 더 이상 아는 것도 없으니.. 저는 여기까지.. ^^;;
>(1) 무게가 10%씩 늘어나면 같은 횡가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가? 혹은 같은 브레이킹 디스턴스를 유지하기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나야 하나?
같은 횡가속도라면 타이어에는 그 증가된 무게에 상응하는 10%에 대당하는 하중이 늘어나겠죠. 타이어의 코너링 포스 vs. 슬립앵글 특성이 비슷한 타이어 (정확히 같진 않겠지만 예컨대, 같은 메이커, 같은 컴파운드 및 와이어 구조에 다른 사이즈 정도로 대충 맞춰봅시다. 실제로는 편평률에 따라 슬립앵글 특성이 바뀝니다.)라면 그에 해당하는 코너링 포스를 부담할 수 있을 정도의 폭의 증가면 됩니다. 공기압은 최적이라고 생각하고..
예를 들면, AD07 205/55R16 이 하중지수 89V로 580kgf를 지탱할 수 있는데, 여기 비례해서 코너링 포스도 최대 그 정도 가까이 발휘하겠죠. (트랙션 써클로 간단화시킨 건데.. 실제론 사이드 월 변형도 있고, 트레드가 좁으니 약간 덜 지탱할 듯) 여기서 10%의 코너링 포스를 더 부담해야 한다면 638kgf 이상의 하중을 받을 수 있는 타이어 즉, 하중지수 93 이상이 되어야 합니다. 그럴려면, 같은 네오바에서 찾아보니, 직경은 좀 다르지만.. 235/45R17 93W 정도가 되어야 하는데, 문제는 네거티브 비(타이어에서 홈이 차지하는 비율) 도 계산을 해봐야 하고, 트랙션 써클이 정확히 원이 아닐 수도 있다는 거죠. (가속측 혹은 감속측으로 종방향이 더 큰 타원형 트랙션 서클도 있고, 횡방향이 더 큰 경우도 있을 수 있다는..) 그리고 아시다시피, 타이어의 접지력은 adhesion region과 sliding region으로 나뉘며 하중에 따라 증가하다가 어느 이상이 되면 감소합니다. 저하중에서는 코너링 포스가 하중에 거의 비례하지만, 고하중에서는 코너링 포스가 증가하는 기울기가 줄어드는 특성이 있지요. 또, 타이어의 사이즈마다 최대 코너링 포스가 정해져 있는데, 접지 면압도 바뀌기 때문에 편평률의 영향도 고려해야합니다. 핸들링 리스펀스와는 좀 다른 문제입니다만.. 너무 복잡하니.. 대략적으로 생각하심이.. ^^;;
그리고, '제동 거리가 같다'는 것을.. '늘어난 무게를 같은 감속도로 제동을 할 수 있는가'라는 의미에서 본다면 코너링 포스에 대한 케이스보다 더 하중지수로 계산하는 것이 잘 들어맞습니다. 늘어난 무게만큼 하중지수가 더 큰 타이어를 꽂으면 됩니다. 하지만, 대부분의 경우는 타이어의 종방향 트랙션 (제동, 가속) 은 충분한 편이고, 횡방향 코너링 포스에 의해 타이어의 한계 그립이 나타나게 되는 것 같습니다.
>(2) 출력이 10% 상승하면 같은 종가속도를 얻기 위해 어느 정도 타이어 폭이 늘어나는 것이 바람직한가?
위와 비슷합니다. 다만, 출력이 10% 상승했는데 같은 종가속도 밖에 못얻으면 억울하죠. ㅋ 높아진 출력만큼 더 가속도를 얻어야 되지 않을까용. ㅋㅋ 마른 노면에서 뮤를 1.0으로 잡고, 정차시 무게 배분에 가속시의 구동륜 필요하중을 고려하면 최대 가속력을 간단히 얻을 수 있습니다.
ex) 무게 1350kgf 인 MR2에 정차시 무게 배분 43:57, 무게 중심의 높이 0.5, 휠베이스 2.4m 라고 하면 뮤 1.0인 노면에서 0.74g 정도의 최대 가속을 얻을 수 있군요.
P.S. 단순화시켰으니 완벽히 들어맞을 수는 없음을 감안해 주세요. 더 이상 아는 것도 없으니.. 저는 여기까지.. ^^;;
일반 유저 입장에서는 조금 어려운 사안입니다
제네시스쿠페는 입양한지 얼마 되지않아 자료가 없구요
FF차량인 TG 3.3의 예를들면
순정 사이즈는 235/55 17입니다
스포티한 주행이 불가능합니다.. -_-;;
휠타이어 업그래이드를 시작.. ;;
일단은 정사이즈인 235/50 18(re001)로 교환을 했습니다
220마력선까지는 받아 주더군요
240마력이 넘어가니 또다시 불안불안 해지기 시작합니다.. -_-;;
테스트를 위해 젠쿱 리어 휠타이어 2대분(4개)을 벗겼습니다.. ;;
245/45 18(re050)으로 교환
매우 뛰어난 안정감을 주더군요
연비저하, 승차감저하, 가속력저하를 걱정하여 235/50으로 선택했던것인데
미미한 수준입니다.. -_-;; 노면도 안 타더라는..
다음에는 re001 245/45 18로 교환해야 겠습니다
(짐 사용중인 re001이 정말 안 닳는군요. 35000km나 사용했는데 잔존률 60%.. -0-)
정리하면 이렇습니다
일정 출력상승까지는 썸머타이어로 커버 가능
그 이상은 트레드를 키움
단 타이어 높이는 맞춰 주셔야 겠죠.. ^0^