고속 주행과 타이어

타이어

6. 고속 주행과 타이어

이번시간엔 타이어의 수명에 이어 타이어가 고속주행에 미치는 영향에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

고속으로 주행할 때 발생하는 고장 중에서 타이어에 의한 고장비율은 대단히 높다. 특히 다음 사항에 유의하여야 한다.

1) 트레드의 마모

자동차관리법 안전규칙(제 11조)에는 타이어 트레드의 마모한계를 1.6mm로 규정하고 있다. 독일의 경우에는 프로필(profile)은 타이어 트레드 전체에 걸쳐서 1.6mm 이상, 특히 겨울철에는 4mm 이상이어야 한다고 규정하고 있다. 일반적으로 트레드 깊이가 3mm 이하이면, 노면에 약간의 물이 있어도 고속으로 주행할 때는 수막현상이 크게 증대되는 것으로 알려져 있다.

 

타이어에서 트레드 마모 표시기(TWI : Tread Wear Indicator)의 위치에는 사이드 월에 TWI 또는 삼각형(▲)이 표시되어 있다.

어느 타이어 회사는 승용자동차의 경우 1.6mm, 버스 및 트럭의 경우 3.2mm를 안전 마모한계로 제시하고 있다. 트레드의 마모가 심하면 고속주행 시에 수막현상의 위험이 크게 증대된다.

트레드 마모 표시기(TWI) <이지미 출처: 네이버>

 

아래 표는 승용자동차를 젖은 도로에서 100km/h로 주행 중, 제동하여 측정한 제동거리이다. 트레드의 마모가 증가함에 따라, 제동거리가 증가함을 나타내고 있다.

<표 출처: 네이버>

 

[참고] 수막현상(水膜現象；aquaplaning；hydroplaning) 강우 등으로 2~3mm 이상의 물로 덮여있는 노면을 차량이 고속으로 주행하면 타이어가 노면에 직접 접촉하여 회전하는 것이 아니라 수막(water film) 위를 떠서 주행하는 현상이 발생한다. 이를 수막현상이라고 한다. 수막현상이 발생하면, 구동력(＝제동력) 등을 노면에 전달할 수 없고 조향성이 상실될 수도 있다.

수막현상과 타이어 수막현상 테스트(예) <표 출처: 네이버>

위의 그림은 수막현상 테스트 실험실에서 투명한 막을 통해 타이어의 수막현상을 관찰하고, 서로 다른 속도에서 사진을 촬영하는 것을 보여주고 있다. 우측 그림은 유리막을 통해 촬영한 타이어의 푸트-프린트이다. 아직까지는 접촉이 양호함을 보여주고 있다.(검은색 프로필 블록)

2) 공기압

공기 타이어에서는 시간이 경과함에 따라 타이어 공기압이 처음에 비해 점진적으로 아주 조금씩 낮아지는 ‘확산손실(diffusion loss)’을 피할 수 없다.

버스나 트럭의 경우는 고속(100km/h)에서도 표준 공기압으로 충분하지만, 승용자동차의 경우는 버스나 트럭보다는 더 높은 속도로 주행하는 경우가 많기 때문에 고속으로 주행할 경우에는 표준 공기압보다 0.3~0.5bar 정도 더 높은 공기압을 권장하고 있다.

공기압이 낮은 상태에서 고속주행하면 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상이 발생하여, 타이어의 수명을 급격히 저하시킬 뿐만 아니라 트레드가 분리되어 떨어져 나가는(tread chunk-out), 아주 위험한 현상이 발생할 수 있다.

다음은 적정 공기압의 예이다.

<표 출처: 네이버>

[참고] 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상 주행 중, 타이어는 트레드와 사이드 월에서 발생하는 변형과 그 변형의 복원운동을 반복하면서 회전하게 된다. 주행속도에 비례해서 바퀴의 회전속도도 상승하므로, 고속에서는 트레드의 변형이 복원되기 이전에 다음의 변형을 맞이하게 되어 트레드 부분이 물결모양으로 떠는 현상이 발생하게 된다. 이 현상을 ‘스탠딩 웨이브’라고 한다. 이 현상이 심하면 트레드가 떨어져 나가고, 타이어가 파열되는 위험한 상태에 이르게 된다.

 타이어의 고속주행성능 비교(예) <이미지 출처: 네이버>

위의 그림은 250km/h로 주행할 때 ‘175 HR 14’ 타이어의 스탠딩 웨이브 현상을 잘 보여주고 있다.

3) 주행속도

고속으로 주행하면 타이어에서 심하게 열이 발생하며, 부하도 증대된다. 어떠한 경우에도 타이어의 허용최고속도 이상으로 주행해서는 안 된다. 그리고 승용차 타이어에 ‘MS’(Mud＋Snow)라고 명시된 경우에는 허용최고속도에서 20km/h를, ‘보강하였음(reinforced)’ 이라고 명시된 경우에는 10km/h를, MS*와 ‘reinforced’가 동시에 명시된 경우에는 30km/h를 감속한 속도를 허용최고속도로 권장하고 있다. 그러나 최근에는 이와 상관없이 허용최고속도로 주행해도 된다는 회사들이 늘어나고 있다.

DIN 규격 78051에서 발췌한, 타이어 고속주행시험에 관한 내용이다.

• 독일 공업규격: DIN 78051에서 발췌(참고사이트: 독일표준협회)

시험할 타이어를 해당 림(rim)에 조립한 다음, 규정 공기압으로 충전한다. 타이어에 최대허용하중의 80%에 해당하는 부하를 걸고 고속시험대에서 시험한다.

드럼의 직경 171cm 또는 200cm인 시험대에서 60분간 5단계의 각각 다른 속도에서 시험한다. 마지막 20분 동안은 허용최고속도로 운전한다. 시험 후에 타이어에 손상이 없어야 한다.

손상(예) : 트레드 고무가 떨어져 나감(chunk-out), 플라이의 분리(ply separation), 그루브의 파손(groove cracking), 사이드 월의 파손(side wall cracking) 등.

 

이상으로 ‘자동차의 고속주행과 타이어‘에 대하여 알아봤습니다. 다음 시간엔 이어서 ‘자동차 런-플랫시스템’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 오늘 알아본 자동차의 고속주행시의 타이어에 미치는 영향들이 여러분들의 자동차관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

 

자동차 타이어의 또 다른 글

자동차 타이어에 대하여 알아보자. https://bch4518.tistory.com/12