Q & A
.
휠을 인치업을 하게 되면 경량단조휠로 업글 하지 안는 한 휠무게 증가로 인하여 연비가 나빠지는 것으로 알고있습니다.
같은 무게가 구동축 이하(휠타이어) 무게가 증가하면 구동축 이상 무게증가보다 훨씬 많은 영향을 받을텐에요..
휠 타이어의 무게중심, 타이어의 종류에 따라 다소 데이타 값은 변할 수 있겠지만
대략 적으로 휠타이어 무게 1키로 증가하면 차량에 몇키로 짜리 짐을 싣는 것과 비슷할까요?
위의 질문에서 '연비'만을 놓고 이야기 하셨길래 말씀 드린겁니다.
저도 이 주제에 관해서 실제 EPA업무 (미국에서의 공인 연비를 선정하는)를 담당하는 OEM엔지니어 분과 이야기를 해본적이 있는데,
기어비나 다른 측면에서의 영향도 있지만, 순수하게 휠/타이어와 타이어가 주는 Rolling Resistance 가 동일하다고 했을때, 연비에 영향을 주는 입장에서는 휠의 무게 1KG이 차량 전체의 무게를 높인것과 얼만큼에 동일한 효과를 주는가 (토크나 등등등을 감안했을때)에 대해 이야기 하면서 얻게된 내용입니다.
밑에 덧글로 나재원님이 설명해 주신 내용도 맞지만, 실제로 '연비 사이클' (실 주행에 걸리는 시내주행/시외 주행의 가감속등등)에서 차량의 무게가 미치는 영향만을 놓고 (공기 역학적이나 다른 부분을 제외 하구요) 보았을때는 차에 따라 (변속기나 다른 효율등이 다르므로) 단순하게 토크나 다른 영향을 모두 제외 하고, 휠에서 1KG을 줄이는 것이 차 전체 무게에서 약 15KG을 줄이는것과 비슷한 효과를 본다고 들었습니다. 그래서 '요즘 공식' 이라고 표현을 한거구요.
그리고 차 전체에서 30kg의 무게는 사실 탑승자나 연료 (풀탱크와 빈탱크) 정도의 차이이기 때문에 그 정도로 인한 '연비 차이'가 눈에 보이기는 힘들지만, 이걸 실제로 '연료 펌프에 들어가는 연료 량을 일일이 체크 하는 장비'정도로 꼽아 놓고 차이를 비교해 보면 (그러니까 초당 몇CC정도의 차이가 되겠죠) 정확하게 답이 나오겠지요.
아참 한가지 더 말씀 드리면, 이번에 미국에서 나오는 소령 차량들에 XFE펙케지라고 (Extra Fuel Efficient)있습니다. 이 펙케지는 대부분 에어로 다이내믹과 관련된 것들과 T-Rated(Low Rolling Resistance 때문에)과 함께 '소형 단조 알루미늄 휠' 등이 대부분 포함되어 있습니다. 차량이 가벼워 (대부분 1톤 미만) 이러한 무게(약 20~30킬로) 정도의 세이빙과 공역학의 도움으로 거진 10% 가까이의 연비 향상들이 이뤄 지니까요.
그러니, 휠 무게와 연비가 관계가 없다? 라는건 현실적으로는 적용이 힘들지 않을까 합니다.
그렇다면 그건 LA-4든 뭐든 '연비측정모드'일때에 국한된 것이지,
일반적인 연비 얘기로 "공식화" 할 수는 없겠지요.
연비측정모드야 가감속 프로파일에 따라 일정하게 가감속을 하므로,
제가 위에서 말씀드린, 회전 관성이 커짐으로 인해 정속주행에는 더 유리하게 됨은 설명이 불가능하니까요...
구동방식에 따라 달라지고 또 기계식 4륜이냐 전자식 4륜이냐에 따라 다르다는 말도 그 분께서 하셨는지요?
참고로 제 경우에도, 이론적인 배경 지식이 좀 부족한 분이 뭐 물어보면
"걍 대충 이래이래~ 그러니까 저래저래~ 됐지?"
하고 대강 대답합니다..
그러니 그걸 "공식"이라고 말할 수는 없겠지요.
휠 무게가 증가하면 회전 관성이 증가합니다.
이걸 가끔 "휠 1kg가 증가하면 짐 얼마만큼 싣는거와 같다" 라는 분들이 계시는데
이건 물리량에 대한 개념이 전혀 없으셔서 그런 말씀을 하시는것 같습니다.
회전 관성이란 어떤 회전하는 물체가 그 회전속도를 계속 유지하려고 뻐팅기는 성질입니다.
이것은 질량에 비례하고, 균등질량분배라 가정하면 반지름의 제곱에 비례합니다.
즉, 어떤사람이 15인치 순정휠보다 가벼운 16인치 사제휠을 끼웠다고 해서
관성이 줄었다고 볼 수는 없습니다. 오히려 늘었을 수도 있죠.
일정한 구동 토크와 트랙션이 걸리면, 회전 관성과 회전가속도가 반비례합니다.
따라서 회전 관성이 크면 그만큼 가속도가 딸리므로 토크를 더 주어야 하는 것입니다.
그러므로 가감속이 잦은 주행시에는 회전 관성의 영향이 매우 크고
반면 고속도로나 지방국도 등 정속 주행이 잦은 경우에는 회전 관성의 영향은 상대적으로 매우 작습니다.
오히려 정속주행을 유지하실 경우에는 회전 관성이 큰 휠이 더 유리하겠지요.
참고하시기 바랍니다.
물건을 팔을 펴서 수직으로 들어올릴때와... 팔을 몸쪽으로 가까이해서 들어올릴때.. 당연히 팔을 뻗으면 더 힘들죠.
휠자체의 무게도 영향이 있지만.. 휠타야의 무게중심이... 바깥쪽으로 갈수록 돌리기 시작할때 힘들어지겠죠..
따라서 타이어로 최종 동일하게 직경을 맞춘다고 하더라도, 일반적으로...타이무게보다 더 무거운 휠이 얼마나 바깥쪽까지 있느냐(휠이클수록 ...바깥쪽이라고 볼 수 있으니..) 에 따라 달라질 겁니다.
휠이 경량화가 속이빈 타이어수준까지 이른다면 외경만 맞춰주면 동일하겠지만.. 그러기엔 힘드니.. ^^
그리고 스포크가 휠 바깥쪽으로 나와있으면 회전하면서 공기저항을 또 발생시키게 됩니다.
보기엔 좋아도... 가속엔 조금 불리해 지겠죠.
가감속의 관점으로 보는, 회전관성 측면과
노면추종의 관점으로 보는, 스프링 상/하중량 측면이 각기 (말하자면) 비율이 다릅니다.
예전에 인커스가 살아있던 시절, 거기 홈페이지에 비슷한 질문이 올라왔었죠. (아시겠지만, 인커스는 현대/기아의 사내 벤쳐로, 직원들도 전부 현대/기아 엔지니어들입니다;;;)
그분들의 답변은 '휠/타이어 무게 1kg 증가하면, 그냥 1kg 증가한겁니다-_-'
보통 인치업 하면 연비가 줄어든다고 하는 이유는 무게 보다는
타이어 접지 면적이 늘기 때문이죠..
물론 안 하고 인치업 하는 경우도 있지만 보통 그런 경우는 별로 못 보더군요..
그리고 일정 인치 이상은 꽤 넓은것만 나오구요.
끊임없이 나오는 화두인거 같습니다...그러면서도 항상 잡힐듯 말듯^^ ....이번 기회에 좀더 토론이 이어졌으면 좋겠구요...
또 궁금한 것중 하나가...제차는 순정상태에서 18인치(11.3kg)와 19인치(13.2kg) 옵션의 경우 제원상으론 제로백, 연비등이 동등하게 나오는데 이런건 어떻게 설명될수 있을까요?
가감속보다는 노면추종에 영향이 크겠죠.
고로 연비에 큰변화(눈에 띌만한)는 없다에 한표
단 인치업은 통상 타이어 사이즈에 영향을 주기때문에
구름저항이 커지는게 연비에 영향을 준다고 봅니다.
공감합니다.
인치업/다운, 휠의 무게 등 보다도 타이어 사이즈가 훨씬 더 비중이 큰 변수입니다.
"인치업해서 연비가 떨어졌어요" 는
휠의 관성의 증가보다는 타이어 폭이 커졌기 때문이라고 봐도 무방하죠..
(일반적으로 인치업시 타이어 폭도 큰걸 끼우는 경우가 많으니..)
단, 노면 추종은 두드러진 영향은 없습니다.
보통 한 현가에 걸려있는 하질량 (unsprung mass)은 30~40kg 입니다...
경량휠로 바꿔봤자 기껏해야 3~4kg 경량화인데, 이는 노면 추종에 영향을 주기는 역부족입니다..
노면의 진동의 주파수에 따라 다르구요...
제네시스쿠페에 18인치 OZ 울트라레제라 (8.1kg)와 순정 18인치(대략 무겁;;)를 돌려 끼워가며
비교해 보았으나 가속력과 연비는 전혀 차이를 느끼지 못했습니다.
하지만 거친노면에서의 핸들링과 승차감은 차이를 보여주더군요
ps. 제네시스쿠페에 국한된 케이스 일수 있습니다ㅋ
제 경우 350z 순정휠(비교적 가벼움)이랑 bbs re 773(순정휠보단 가벼움) 주행성이나 연비차이등을 전혀 성능 차이를 못느끼겠습니다.
예전에 투스카니 타던시절 17인치볼크 te37휠을 끼고
동일 모델 순정휠 장착차량과 드렉 롤링에서 모두 반대가량 차이로 패했던 적이있습니다.
튼튼한 순정휠이 최고입니당.. ㅎ
휠보다 타이어무게가 훨씬 무겁고, 영향력도 큽니다. 단, 동일 사이즈의 경우 메이커 간 차이가 그닥 크지 않기에(심할 경우 1kg 이상 차이나기도 하지만...) 크게 신경쓰지 않을 뿐입니다. 엄청난 신기술로 타이어 무게를 종전 대비 반으로 줄일 수 있다면 그 무게를 휠에서 줄였을 때 보다 훨씬 효과가 클 겁니다. 물론 트레드 패턴에 따른 구름저항 차이도 영향이 있겠지요.
암튼, 차이가 전혀 없지는 않습니다. 운전자가 느끼지 못할 만큼 미미하거나, 아님 바뀐 타이어가 종전대비 무거워져서 말짱 도루묵 됬거나, 구름저항 등의 기타 변수를 고려 안했기 때문에 정확한 비교는 힘듭니다. 그러나 강성만 따라준다면 휠이 가볍다고 손해볼 것은 절대 없습니다. 언스프렁 매스의 감소에 따른 노면추종성 향상, 그에따른 조종안정성 향상, 승차감 향상, 차체중량 감소 등의 쏠쏠한 장점을 위해서라도 가벼운 게 백번 낫습니다. 다만 강성을 유지하면서도 가볍게 만들라면 생산단가가 올라가니 쉽게 못할 뿐이죠.
좀 달린다는 차들이나 최고급 세단이 뭐하러 브레이크 로터, 캘리퍼, 너클, 로워암, 심지어 서스펜션 하우징(쇽 카트리지)이나 스프링까지 경량소재로 만들겠습니까.. 다 이유가 있는 거지요..
가끔 경량휠이 어쩌고 문제가 많고 하는 사람들은 막연히 고강성 유럽휠과의 비교에 따라 [일본휠 울렁증 + 일본스타일 튜닝패턴을 따라가는 국내시장을 무시하는 마인드]를 가지게 되서 그러는 경우가 대부분입니다. 무한대에 가까운 내구성을 위해 몇KG무거운 걸 끼워고 차 수명 다할때까지 다니느냐, 아님 어이없는 노면땜빵에 의한 휠 파손은 논외로 하고 주행 필요최저한의 강성만 유지한 채 극한의 경량을 추구해 성능을 얻을 것이냐 하는 문제는 어디까지나 '성향' 에 따른 문제입니다. 일본 매니아들 사이에서도 휠은 '소모품' 개념입니다. 웃긴 건, 휠이 깨지지 않는 이상 '수명' 이라는 게 정해져 있지 않은데, 어쨌든 그 시간이 도달해서 바꾸는 경우보다, 모양이 싫증나서 바꾸는 경우가 훨신 많습니다. 그러니까 한마디로 무의미한 거죠.. 일본 매니아들이 쓰다 판매한 중고휠들 우리나라에 가져와서 고출력 터보차에 끼우고 잘 씁니다. 단조휠인데도 강성가지고 운운하는 걸 보면 좀 웃깁니다. 어차피 땜빵 한번 밟으면 림 찍히는 건 독일 bbs휠 할아버지든 볼크든 마찬가지입니다. 안전성 운운하려면 중국제 카피휠같은 물건갖고 얘기해야 됩니다. (품질이 일정하지 않은 저가 주조휠)
유승민님께서 이야기하신 공식이 맞아들어갈때도 있고 아닐때도 있습니다
연비테스트는 실제로 차를 도로에서 굴려서 하는것이 아니고 장비 위에 올려놓고 정해진 속도 프로파일을 따라 구동바퀴를 구동시켰다 정지시켰다를 반복하는 것입니다 미국에선 이런 속도 프로파일이 시내주행용 고속도로주행용이 따로 있습니다
어느쪽 Driving cycle을 사용했느냐에 따라 맞을수도 아닐수도 있습니다 (왜 그런지에 대한 내용은 나재원님께서 물리적으로 확실히 설명해주셨으므로 패스합니다)
사실 이런 방식의 연비테스트에선 차량 자체의 무게증가보다는 휠에서의 무게증가가 연비에 미치는 영향이 매우 크다보니...
가감속이 반복되는 Urban driving cycle 에선... 구조적으로 휠에서의 무게증가에 비례하는 차체의 무게증가는 엄청나게 커질수가 있습니다
고속도로 주행 사이클이라면 또 구조적으로 반대의 결과가 도출될수도 있습니다
그래서 두가지를 짬뽕한 평상시의 운전엔... ? 1Kg 증가는 1Kg 증가다... 라는 이야기가 될수도 있습니다
연비 이야기에서... 보통은 연비주행사이클이라고 써놓고 도심주행사이클이라고 읽기때문에... 유승민님께 이야기해주신 분의 말씀이 틀린것은 아닙니다
1. 14인치 순정휠+195 60R 14 순정타이어+순정브레이크(구형아반테)
2. 15인치 카피휠+195 55R 15 순정타이어+14인치급 순정브레이크(아반테XD)
3. 15인치 카피휠+195 55R 15 순정타이어+15인치급 순정브레이크(투스카니 2.0 & XD 2.0)
으로 변경시 핸들링 좀 묵직해지고 확실히 가속력이 미미하게 좀 떨어집니다...
다만 고속주행시 상당히 안정성이 늘어나서 장거리출장시 편안합니다....
와인딩 장점은 제동력에 여유가 있어서 좀더 B.P 를 늦게잡아도 조정에 여유가 있고요
단점은 제동력 중가에 따른 속도감소가 올라가서 얌전히 돌아나가니.... 애매집니다...
이젠 댐퍼셋팅을 해야할것 같다는 느낌입니다.... 스프링스트록은 순정이
조정성에 대해서는 좋은것 같아요...
전 요즘 45시리즈를 55로 인치업에 성공?하고.... 아주 죽겠... (차 안나가고 연비떨어지고... 휠하우스 간섭에...
매일 네오바 국수 뽑으면서 달리다 어느날 보니 타이어폭이 이젠 205가 아니라 200쯤 된듯... 내 이 5미리에 목숨을 걸었거늘... ㅠㅜ )
17인치 순정휠(9.5kg) 이라고 했을 때
18인치 경량휠(8.0kg) 장착했을 때를 비교해 보면 크게 메리트가 없지 않나요 ?
보통 휠 무게만 생각하시는데 타이어 무게도 증가하고 접지면적이 늘어남에 따라 저항도 같이 증가하니까요.
이건 좀 다른 얘기지만 국내 도로사정을 생각했을 때는 조금 무겁더라도 순정휠이 믿음직스러워서 ;;
모 동호회에서 동일한 차에 동일한 폭의 18인치와 19인치 휠을 바꿔가면서 가속테스트를 한적이 있는데...
약간의 차이는 있었습니다. 거의 차이없다라고 하기엔... 뭐하구요...
생각보다는 적지만....차이가 약간은 있습니다. 가속에 약간의 차이가 있다면.. 연비차이도 쬐금은 있겠네요.
극단적인 테스트를 해보았습니다..
대략 휠무게가 18인치 12kg짜리와 15인치 5kg짜리로 실험했구요..
동일한 구간을 몇 달 동안 동일인이 동일한 패턴으로 다녔습니다..(접니다^^)
고속도로에서는 확실하게 가벼운 휠이 연비에 불리했습니다. 대략 10~15% 손해더군요..
시내에서는 10~15% 정도 이득이었습니다..
고속도로는 그냥 순정휠이 좋구요 시내주행에서는 경쾌하게 나가주는 휠이 좋은거 같습니다.. 연비로만 따지자면 그렇다는 겁니다.
전체적인 질량이 증가해도 휠이나 타이어의 질량 분포에 따라 관성 질량 변화가 적을 수가 있겠고...
이론상 휠보다 타이어에서 질량이 증가하는 것이 가장 나쁘겠군요.
게다가 접지 면적까지 넓어지면 구름 저항도 증가하고 말이죠.
스틸 휠이 알루미늄 휠에 비해 무겁기 때문에 연비가 나쁘다고 이야기 합니다만
같은 알미늄 휠을 인치업하거나 경량휠로 바꾸는 경우
휠이 동일한 사이즈가 아닌 경우가 많고
타이어 역시 바꾸는 경우가 많죠.
휠의 무게가 같더라도 질량 분포에 따른 특성도 있으니 다양한 변수를 고려해야 할 것 같습니다.
동일한 휠 다지인에서 무게가 무거워지면 얼마나 영향이 있을지 휠에 걸리는 토크에 따라 차이가 있을 것 같습니다.
고출력 차량일수록 영향이 적을 것 같고요.
관성질량이 클수록 고속도로 탄력 주행 연비는 좋아지고
관성질량이 작으면 순발력( 리스폰스와 출력 제어 )과 제동 효율은 좋아지지만 구름저항의 영향을 더 받기 때문에 탄력 주행에는 불리할 것 같습니다.
때문에 고속도로 고속 주행을 위한 퍼포먼스 카들은 휠이 어느 정도 무겁고,
레이싱과 트랙 주행을 위한 차들은 휠이 가벼운 것으로 알고 있습니다.
회전저항, 회전관성, 진동저항, 구름저항, 마찰저항 등 고려해야 할 변수가 많죠.
경량휠이 유리한 면이 더 많지만 정속주행에서 불리한 것은 회전저항을 제외한 나머지에서 무거운 휠보다 단점이 많기 때문인 것 같습니다.
노면이 평탄하지 않고 타이어가 완벽히 둥글지 않고 무게중심이 정확히 가운데 있지 않기 때문에 정속주행시에는 휠과 타이어가 계속 중심축에서 벗어나려는 움직임이 있죠.
유승민님의 말씀은 가감속이 많은 주행에서는 맞겠고, 오랜시간 정속주행에서는 달리 생각해봐야 할 것 같습니다.
타이어의 무게가 휠의 무게에 비해 무시못할 정도이고 오히려 더 무거운 경우도 많은데,
타이어의 트레드 부분에 의한 마찰 뿐 아니라 구조적으로 얼마나 더 원형을 유지하고 비틀림이나 찌그러짐을 잘 견디는가 하는 부분도 중요할 겁니다.
결과적으로 휠이 차량에 미치는 영향에 못지않게 타이어의 영향도 크다고 생각되네요.
국산 N사의 타이어가 좀 무겁다는 이야기가 있었는데 고급라인에도 동일하게 적용되는지는 모르겠지만 일단 구입대상에서 제외하게 되더군요.
연료분사량 측정장비로 정밀하게 측정한 자료가 있으면 좋겠습니다.
물론, 그 전에 수학적으로 계산도 가능하겠지만요.
구동방식과 휠 사이즈에 따라 달라지지만, 보통 요즈음의 계산 공식은 17인치 기준으로 휠 1Kg당 차량 무게 15Kg 정도로 (전륜구동기준) 후륜구동의 경우 이 숫자가 더 커지구요. 4륜구동은 말할 필요도 없겠죠?
계산하는 방법은 전륜구동인경우 휠 개당 1Kg = 구동축 (2개) 다 합쳐서 약 30kg정도의 가중이라고 보시면 됩니다.
후륜구동인경우 약간 더 주셔서 휠 개당 1Kg이면 약 40Kg까지도 됩니다.
4륜구동은 구동 방식에 따라 달라집니다만, 기계식 고정일 경우 휠 개당 1Kg씩 총 4Kg의 가중이 전체적으로 약 50~60Kg까지 갈 수 있습니다.
전자식일 경우는.. 좀 나아지겠죠?