타이어 공기압을 이용할 줄 알면 베테랑 오프로드 주파성을 높이는 손쉬운 방법
2003-11-07  |   9,231 읽음
Lesson 1 공기압을 낮추고 타이어의 변화를 살핀다

실험에 사용한 타이어는 튜브리스에 매드 타입으로 높은 구동력을 내는 제품이다. 공기압은 5단계로 나누어 성능을 살펴보았다. 스즈키 짐니 SJ30의 적정 공기압은 앞바퀴 1.4kg/㎠(19.9psi)이고 뒷바퀴는 1.8kg/㎠(25.6psi)다. 그러나 네 바퀴 모두 같은 공기압으로 실험했다.

먼저 공기압이 2.5kg/㎠(35.6psi)일 때를 알아보자. 아주 드물지만 타이어가 닳는 것을 싫어하는 사람이 공기압을 높게 유지한다. 공기압이 높으면 당연히 접지면적이 좁다. 옆장의 표에 있는 바퀴 자국을 보아도 알 수 있다. 트레드 본래의 너비에 비해 중앙의 일부만 땅에 닿아있다. 이렇게 되면 타이어의 그립력을 제대로 살릴 수 없다. 게다가 중앙부만 닳아버린다. 온로드에서도 권장할 방법이 아니다.

다음은 1.5kg/㎠(21.3psi). 적정 공기압에 가까워지면 본래의 트레드 너비와 접지면이 비슷하게 된다. 이에 비해 적정 공기압보다 더 낮은 1.0kg/㎠(14.2psi)로 공기압을 맞추면 트레드 가장자리까지 접지면으로 이용하게 된다. 앞뒤 접지면적도 늘어난다(실제로 재어본 길이는 16cm). 하지만 공기압을 너무 낮추면 타이어가 지나치게 변형되어 휠과 지면 사이에 납작하게 끼이므로 고무가 상하기 쉽다. 과도한 모험을 하지 않는 한 14.2psi까지는 별 문제없이 낮출 수 있다.

마지막으로 0.5kg/㎠(7.1psi). 사이드 월(옆면)이 불쑥 튀어나오고 접지면이 아주 길어진다(실제 길이는 24cm). 타이어 원주 가운데 11%의 트레드가 지면과 접촉한다.
만약 타이어가 완벽한 원이라면 접지면은 ‘선’으로 나타난다. 그러나 실제로는 접지면이 평평하게 바뀌어 일정한 넓이를 지면에 대고 끌어당긴다. 여기서 쓸모 있는 트랙션이 나온다. 이렇게 땅에 닿는 면적이 넓을수록 슬립 등으로 잃는 힘이 줄어들고 트랙션을 손실 없이 지면에 전달한다.

그러나 이 효과에도 한계가 있다. 변형을 되풀이하는 고무의 움직임은 저항으로 나타난다. 타이어의 그립이 좋아져도 그 효과를 상쇄해버리고 만다. 어떻게 하면 저항을 줄이면서 트랙션을 제대로 전하는가. 이 둘 사이에 균형을 잡는 것이 크로스컨트리 주행의 포인트다.

Lesson 2 공기압에 따라 견인력 어떻게 바뀌나

타이어 자체에서 나타나는 변화는 앞장에서 살펴보았다. 그러면 실제로 타이어 공기압을 바꿨을 때 노면에 전달되는 트랙션의 정도는 얼마나 달라질까?
타이어의 마찰력, 즉 견인력을 실험하는 방법은 아주 단순하다. 짐니와 다른 차를 연결한 밧줄 사이에 스프링 저울을 달고 짐니로 다른 차를 끌어당긴다. 평상시와 같이 클러치를 연결하면(클러치 페달에서 발을 떼면) 엔진이 꺼지고 만다. 따라서 엔진 회전수를 높인 채 클러치 페달에서 살그머니 발을 뗀다. 반 클러치 상태에서 타이어는 돌아가기 시작하고, 완전히 발을 떼면 정상적으로 회전한다.

타이어가 돌아가기 시작하는 순간 저울의 지침은 최대값을 가리킨다. 공회전할 때 바늘의 움직임은 안정되지만 약간 값이 떨어진다. 이와 같이 트랙션은 타이어가 회전하기 시작할 무렵에 제일 강하다.

이번에는 짐니를 마찰력이 낮은 평지(자갈이 깔린 노면)에 세워놓고 공기압 2.5kg/㎠(35.6psi)에서 0.5kg/㎠(7,1psi)까지 4단계에 걸쳐 실험을 해보았다. 그러자 공기압을 낮추면 낮출수록 견인력이 커지는 결과가 나왔다.

그러나 짐니 SJ30의 출력으로는 저울의 바늘을 650kg 이상으로 올릴 수 없어 안타까웠다. 공기압 1.0kg/㎠(14.2psi) 이하에서는 견인력 측정이 불가능했다. 아무리 엔진 회전수를 높여도 클러치를 연결하는 순간 엔진이 꺼졌기 때문이다.
다시 타이어가 미끄러지기 쉬운 길에 도전했다. 선택한 장소는 노면이 고르지 않고 자갈이 널려있는 17∼18° 경사의 언덕. 타이어 공기압을 2.5kg/㎠(35.6psi)로 맞추고 4WD 상태에서 견인력을 재어보니 150kg이 나왔다. 평지에서 2WD 상태로 얻은 숫자(450kg)보다도 훨씬 낮은 값이다.

그러나 타이어 공기압을 낮추자 견인력은 점차 올라갔다. 공기압 1.0kg/㎠(14.2psi)일 때 견인력은 2.5kg/㎠(35.6psi)일 때보다 2배(300kg)가 되었고 0.5kg/㎠(7.1psi)에서는 350kg으로 더 올라갔다. 다시 말하면 마찰력이 낮은 노면에서도 타이어 공기압이 낮을수록 강력한 트랙션을 발휘한다.

하지만 튜브리스 타이어의 공기압을 7.1psi까지 낮추면 위험하다. 앞서 지적했듯이 타이어가 찢어지기 쉬울 뿐 아니라 비드(휠 림과 맞닿는 부분)가 떨어지거나 휠에 상처가 나기 쉽다.

“그래, 오프로드에서는 공기를 빼면 된다는 말이지.” 여기까지 읽은 독자들은 이런 생각을 할지도 모른다. 하지만 그렇게 단정하는 것은 위험하다.

낮은 공기압이 꼭 좋은 것은 아니다
이번 실험은 공기압을 2.5kg/㎠(35.6psi)에서 0.5kg/㎠(7.1psi)까지 4단계로 바꾸면서 실시했다. 기울기 20° 정도의 힐클라임을 단번에 올라가는 시간을 비교했는데 결과는 1.5kg/㎠(21.3psi)일 때가 제일 빨랐다.

원인이 무엇일까. 타이어 공기압을 낮추면 몇 가지 현상이 일어난다.
먼저 그립의 강도가 저항으로 작용한다. 뿐만 아니라 접지면에서 변형을 되풀이하는 고무가 저항을 일으킨다. 그리고 타이어 변형에 따라 실제로 지름이 작아지고, 기어비가 낮아지는 것과 같은 효과가 일어난다. 저항과 기어비, 트랙션 전달이 가장 적절하게 조화를 이룰 때가 1.5kg/㎠(21.3psi)였다.

다만 실험 담당자에게 의견을 물어보았더니 언덕을 오르고 내리는 것을 가리지 않고 가장 운전하기 편했던 때는 공기압이 0.5kg/㎠(7.1psi)였다고 한다.
“올라갈 때는 타이어가 노면의 작은 틈마저 흡수해 거동에 흔들림이 없었다. 또 내려올 때에는 노면을 단단히 거머쥐어 미끄러지지 않았다.”
이에 비해 공기압을 가장 높였을 경우는 정반대였다고 한다.
“언덕을 오를 때는 조그마한 틈만 나도 앞 타이어가 튀어 올랐다. 그리고 내려올 때는 조금만 브레이크를 걸어도 타이어가 미끄러져 컨트롤하기 힘들었다. 상당히 겁이 났다.”
이런 경향은 공기압 1.5kg/㎠에 이르러 누그러졌지만 0.5kg/㎠일 때의 확실성과는 거리가 멀었다.
여기서 중요한 것은 ‘빠른 달리기를 위한 설정’과 ‘쉬운 운전을 위한 설정’이 다르다는 점이다. 어느 쪽에 중점을 둘 지는 상황에 따라 결정해야 한다.

스즈키 짐니에 지오랜더 머드 타이어 끼워
이번 시험에 몰고 나간 차는 <4×4매거진>에서 갖고 있는 84년형 스즈키 짐니 SJ30. 550cc의 2행정 엔진이 내는 28마력, 최대토크 5.4kg·m는 빈약하다. 그러나 821.5kg(실제 측정치)이라는 아주 가벼운 차체를 무기로 상당한 크로스컨트리 성능을 보여주었다.
타이어는 지오랜더 머드 타이어(175/80 R16)로 SJ30 전용이라 할 만하다. 이보다 한 사이즈 큰 타이어도 괜찮다. 그러나 엔진 파워와의 균형을 고려하면 이 정도 크기가 가장 알맞다고 판단했다.

평지에서의 견인력 테스트
타이어 공기압이 2.5kg/㎠ 상태에서 압력을 낮추며 견인력을 측정했더니 공기압이 낮을수록 견인력이 올라가는 결과를 보였다. 그대로 내려가면 0.5kg/㎠에서 최대 견인력이 나오리라 예상했다.

하지만 공기압 1.5kg/㎠에서 SJ30의 심장은 벌써 숨가쁘게 헐떡거렸다. 1.0kg/㎠ 상태에서는 과회전 직전까지 엔진 회전수를 올리다가 클러치 미트(페달을 밟은 상태에서 서서히 발의 힘을 빼면서 클러치를 연결하는 테크닉. 클러치 연결은 곧 페달에서 밟을 떼는 것을 말한다)를 시도했지만 엔진이 꺼져버렸다. 뜻밖에도 이때 타이어 그립이 올라간 것을 느낄 수 있었지만 견인력의 수치는 읽어낼 수 없었다.

공기압(kg/㎠) 굴림방식 견인력(kg)
2.5(35.6) 4×4 150
1.5(21.3) 4×4 220
1.0(14.2) 4×4 300
0.5(7.1) 4×4 350
※괄호 안의 단위는 psi

이렇게 실험했다
실험방법은 간단했다. 짐니와 다른 차를 연결한 밧줄 사이에 스프링 저울을 달았다. 그리고 짐니로 다른 차를 잡아당기면 저울에 견인력이 나타난다. 짐니 SJ30의 타이어가 공전하는 순간 바늘을 읽는다. 공기압 바꾸어가며 같은 실험을 계속해 견인력의 차이를 밝혀나간다. 다만 2.5kg/㎠와 2.0kg/㎠ 사이의 접지면적에는 큰 차이가 없어 2.0kg/㎠일 때의 실험은 빼기로 했다.

긴 언덕에서의 견인력 테스트

공기압(kg/㎠) 굴림방식 견인력(kg)
2.5(35.6) 4×4 150
1.5(21.3) 4×4 220
1.0(14.2) 4×4 300
0.5(7.1) 4×4 350
※괄호 안의 단위는 psi








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