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[자동차 이야기(27)] 타이어 바로알기(상)

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◇ 타이어의 역사


자동차 바퀴는 일반적으로 휠이라 하며, 보다 정확히는 금속재료인 휠(wheel)과 고무재질의 타이어(tire)로 구분되어 진다. 휠(wheel)은 타어어와 함께 자동차의 전체 하중을 분담하여 지탱하고, 주행 중이나 제동시의 토크를 노면에 전달한다. 그리고 주행시 도로 노면으로부터의 충격이나 코너링 시에 원심력 또는 자동차가 기울어졌을 때 작용하는 힘에 충분히 견뎌야 하고, 특히 가벼워야 한다. 타이어(tire)는 휠에 끼워져 일체로 회전하며, 주행 중 노면에서의 충격을 흡수하고, 제동시, 출발시 및 코너링 시에 노면과의 미끄럼이 적어야 한다. 1888년에 가솔린엔진 차량을 개발한 독일의 벤츠는 철 금속으로만 제작되어왔던 바퀴에 고무를 두르고 그 속에 압축공기를 집어넣는 공기식 타이어를 적용하여 타이어의 일대 혁신으로 받아들여졌다.

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휠과 타이어. 그림=미쉐린타이어


이후 20세기에 들어서서 자동차 타이어는, 합성고무의 공업화와 타이어 구조 설계기술 등의 발전으로 트레드 타이어, 벌룬타이어(balloon tire), 튜브리스 타이어(tubeless tire), 레이디얼 타이어(radial tire), 런플랫타이어(run-flat tire) 등으로 발전을 이어왔다.

◇ 타이어의 주요 역할은 무엇인가?

현재 자동차에 사용되는 공기식 타이어는, 1880년대부터 사용되기 시작하였으며 응용 범위가 넓어지며 자동차 이외에도 항공기, 토목 건설 차량, 산업 차량, 농업용 트랙터, 특수 차량, 자전거 등에 광범위하게 사용되고 있다. 타이어는, 적절한 공기압을 유지하여야만 자동차의 하중과 주행 안정성을 보장받을 수 있으며, 크게 4가지 역할을 담당한다고 할 수 있다.

① 자동차의 무게(하중)을 분담을 하며 지지하는 기능

② 자동차가 코너링시(즉 선회시) 조종안정성을 유지하는 기능

③ 도로 노면으로부터 입력되는 충격을 흡수 완화하는 기능


④ 동력전달되는 구동력, 브레이크 제동력을 노면에 전달하는 기능

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타이어의 주요 역할. 그림=금호타이어

◇ 타이어의 세부 구조는 ?

타이어는 도로의 표면과 직접 접촉하여 주행하므로 외부로부터의 충격에 의한 손상 을 방지하기 위해 고무층으로 덮여있다. 이 고무층은 다음 그림과 같이 트레드, 숄더, 사이드월, 비드 등으로 구분되어 각각의 목적에 따라 서로 다른 역할을 담당하고 있다.

① 트레드(tread) : 노면과 접촉하는 부분을 말하며 두꺼운 고무층으로 되어 있어 노면 등으로부터 충격, 외상으로부터 내부의 타이어를 보호함과 동시에 마모 수명 연장의 역할도 합니다. 패턴에 따라 제동력, 구동력, 선회력, 배수성 등의 특성이 다르다.

② 사이드 월(side wall) : 타이어의 측면 부분으로서, 주행 중 지속적으로 반복되는 수축과, 팽창 작용을 견디어 내고 습기나 마찰로부터 타이어 코드를 보호하는 역할을 한다. 표면에는 상표명, 사이즈, 제조번호 안전표시, 마모한계 등의 정보를 표시하고 있다.

③ 카카스(carcass) : 고무로 감싸진 코드 층으로 구성되어 타이어의 골격으로서 큰 공기압을 지탱하기에 충분히 강해야 하며, 하중 변화와 충격을 흡수하기에도 유연성이 있어야 한다.

④ 비드(bead) : 휠의 림(Rim)과 결합하는 부분으로 중심에는 강선으로 만든 링 상태의 와이어가 있다. 높은 압력의 공기를 넣은 타이어를 휠에 고정시키는 역할을 담당한다.

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타이어의 세부 구조. 그림=넥센타이어


◇ 트레드 패턴에 따른 타이어의 종류는 ?

타이어가 노면과 접촉하는 부분인 트레드에는 일정한 형태의 무늬가 있으며, 이를 트레드 패턴(tread pattern)이라 한다. 트레드 패턴은, 타이어가 갖추어야 할 접지력, 견인력, 배수력, 승차감 등과 같은 기본적인 성능들과 직접적인 관계가 있으며, 자동차의 주행성능을 향상시키는 데에 중요한 역할을 수행한다.

타이어 트레드(tire tread)는 옴폭하게 들어간 부분과 볼록하게 튀어 나온 부분들의 반복으로 구성되어 있다. 세로로 길게 파인 홈을 그루브(groove)라고 하며, 그루브의 폭이 넓을수록 빗길에서 주행성능이 좋아지나, 너무 넓으면 제동력과 코너링 성능이 약해지게 된다. 또한 볼록이 튀어나온 곳은 블록(block)이라 하며, 타이어의 견인력과 제동력, 코너링 성능을 담당하게 된다. 한편 세로로 가늘게 파인 선들을 사이프(sipe)라고 하며, 사이프가 많고 촘촘할수록 빗길이나 눈길에서 접지 성능이 좋아지게 된다.

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자동차 타이어 트레드의 세부 구조. 그림=금호타이어

트레드 패턴에 따라 슬릭 타이어, 세미슬릭 타이어, 로드 타이어 등의 3가지 종류로 분류하게 되는 데, 일반적으로 사용하는 로드타이어는, 슬릭타이어나 세미슬릭 타이어에 비교하여 빗길 배수성도 가지고 있고 온도에 민감하지 않은 장점은 가지고 있지만, 접지력과 구름저항은 슬릭 타이어나 세미슬릭 타이어보다는 떨어지는 단점을 가지게 된다.

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자동차 타이어 트레드의 세부 구조. 그림=금호타이어


◇ 로드 타이어의 트레드 패턴과 타이어의 수명은 ?

일반적으로 많이 사용하는 로드 타이어의 트레드패턴은, 다음 그림과 같은 형상을 갖는다. 일반적으로 블록(block)이 크고 블록 간의 거리가 넓은 트레드를 가질수록 오프로드(off-road) 성능이 강한 RV 차량용이고 블록(block)이 세밀하고 사이프(sipe)가 많은 것은 일반 승용차용 타이어라고 볼 수 있다. 고성능 스포츠카용 타이어는 무늬가 적어, 세미슬릭 타이어에 가까운 트레드 패턴을 가지고 있음을 알 수 있다.

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로드 타이어에 적용되는 대표적인 트레드 패턴. 그림=금호타이어
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타이어의 마모한계 확인 방법. 그림=금호타이어


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한상욱 신한대 교수

한편 타이어 트레드에는 타이어의 수명을 알 수 있는 마모한계선이 적용되어 있는데, 타이어 그루브 사이에 작은 가로형 블록이 마모한계선 부분까지 마모되면 타이어를 교체해야 한다. 자동차 안전기준으로의 마모한계 높이는 1.6mm로, 타이어 수명을 동전(coin)으로도 확인할 수도 있다. 동전을 그림과 같이 트레드 홈에 동전을 넣어 10원까지는 탑의 꼭대기가, 100원짜리는 이순신의 감투가 보이면 수명이 다다랐다는 것을 의미하므로 타이어의 교체 관리가 필요하다.




한상욱 신한대 기계자동차융합공학과 교수

한상욱 신한대 기계자동차융합공학과 교수

네덜란드