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다양한 4WD 기술 (2/1)

Jasper™ 2012. 11. 23. 21:25

과학자 뉴턴을 아시나요? 


오늘날 우리가 자동차를 탈 수 있게 해준 뉴턴에 감사드립니다. 음? 왠 뉴턴... 뉴턴은 "사과는 왜 땅으로 떨어질까를 고민한 옛날~옛날 물리학자 인데...?" 맞습니다. 뉴턴은 1643년에 태어나 1724년에 세상을 떠난 고전 물리학자입니다.  하지만 오늘날 우리가 재미있게 몰고 다니는 이 자동차는 1700년대를 살아간 뉴턴에 의해 기본 원리가 정립되었다고 볼 수 있는데요 뉴턴의 제 1, 2, 3 법칙이 바로 그것입니다. 각 법칙에 관해서는 시간이 나실 때 천천히 살펴보시면 재미가 쏠쏠합니다. 


자, 그런데 4WD와 뉴턴이 무슨 관계냐? 관계가 있습니다. 오늘의 관전 포인트가 바로 마찰력이기 때문입니다. 아래 문장을 잘 읽어보시기 바랍니다. 


"자동차가 앞으로 나갈 수 있는 힘은 엔진에서 나오지만 정작 자동차를 앞으로 밀어주는 힘은 4개의 바퀴에 걸리는 마찰력이다." 



핵심은 마찰력이다.


위의 문장이 잘 이해가 되시나요? 이 문장을 잘 이해하시는 분은 뉴턴의 제 3법칙: 작용 반작용의 법칙을 잘 이해하신 분이라고 볼 수 는데요 고등학교 때 공부를 좀 하신 분이십니다. 이 분은 본 블로그의 내용을 좀 더 쉽게 이해하실 수 있으십니다. 왜냐면 바로 마찰력이 모든바퀴 굴림방식 즉 사륜구동(4WD, 4 Wheel Drive)을 이해하는 핵심이기 때문입니다. 자 그럼 위의 문장을 쉽게(최선을 다 해볼게요...) 설명해 보도록 하겠습니다. 


엔진은 4개 또는 6개 혹은 그 이상의 실린더들이 유기적으로 펌프 운동을 통해 크랭크축을 돌리게 되며 바로 이 힘이 여러 개의 톱니바퀴들을 지나 최종적으로 바퀴에 전달되어 바퀴를 굴리게 되는데요 바퀴는 이 힘을 받아 즉시 회전하게 됩니다. 바로 이 때 회전하는 바퀴와  땅 사이에는 어떤 일이 생길까요? 바퀴는 돌려고 하고 땅은 멈춰있기 때문에 바퀴(정확히 말하면 타이어)와 지면 사이에 마찰이 발생하게 됩니다. 이 마찰도 일종에 힘이기 때문에 마찰력이라고 부르는데요 마찰력은 무조건 외부에서 가해진 힘의 방향에 무조건 반대방향으로 발생합니다. 바로 이 힘이 멈추어 있거나 혹은 진행 중인 차를 앞으로 밀어주는 힘입니다. 즉, 바퀴를 굴리는 힘 자체가 차를 밀어주는 것이 아니라 그 힘의 반대방향으로 발생하는 마찰력이 차를 앞으로 밀어주는 것입니다. 


어, 그럼 엔진 마력이 커봤자 마찰력만 크면 자동차가 더 잘나는 거 아닌가요? 맞습니다. 엔진이 아무리 좋아도 그 순간 타이어에 발생하는 마찰력이 작으면 차가 잘 안나갑니다. 그래서 사실 타이어가 매우 중요한 요소입니다. 그런데 일반적인 환경에서는 타이어를 돌리는 힘과 마찰력이 정비례합니다. 즉 엔진의 힘이 강할 수록 마찰력도 큽니다. 그렇기 때문에 엔진이 좋은 차가 더 잘 나가는 것이죠. 


이렇게 상상해 보시기 바랍니다. 아무리 고마력의 엔진이 장착된 차가 있어도 물에 띄어 놓은 채(가라 앉지 않는다는 조건으로) 바퀴를 아무리 굴려도... 차가 나갈까요? 안나가죠. 그 이유는 물과 타이어 사이에는 마찰력이 매우 작기 때문입니다. 


일단 이렇게 정리를 하겠습니다. "자동차는 바퀴에 걸리는 마찰력에 의해 앞으로 나아간다." 



모든 자동차에는 바퀴가 4개다.


모든 자동차는 바퀴가 4개입니다. 물론 3개도 있고 6개도 있지만... 일반화시켜 4개라고 하겠습니다. 앞바퀴 2개와 뒷바퀴 2개가 일반적인데요 이 때 엔진의 힘으로 앞바퀴를 굴리면 앞굴림 방식(전륜구동)이고 뒷바퀴를 굴리면 뒷바퀴 굴림방식(후륜구동)입니다. 그럼 모든 바퀴 굴림방식(사륜구동)은 바로 이 4개의 바퀴를 모두 굴리는 방식이 되겠죠. 영어로는 4WD라고 부르는데 4 Wheel Drive의 줄임말입니다. 


앞마퀴 굴림방식과 뒷바퀴 굴림방식은 엔진의 위치에 따라 다시 두 개로 나뉘는데요 표로 정리하면 이렀습니다. 


 

 엔진이 차 앞부분에 위치

엔진이 차 뒷부분에 위치 

 앞바퀴 굴림방식

 FF

RF 

 뒷바퀴 굴림방식

 FR

 RR


국산차의 거의 대부분이 FF방식이며 벤츠, BMW의 거의 모든 차량이 FR 방식입니다. 아우디의 경우는 콰토르가 거의 모든 차량에 들어가 있어 4WD 방식으로 동작하죠. 사실 이게 아우디의 매력 포인트 중 하나입니다. 반면 RF와 RR 방식은 흔하게 볼 수 없는데요 포르쉐의 RR 이 가장 유명합니다.



자 이제 4WD 본론으도 들어가야 하는데요 글이 길어질 수 있기 때문에 일단 여기서 1부를 마치도록 하겠습니다. 



REF.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%89%B4%ED%84%B4%EC%9D%98_%EC%9A%B4%EB%8F%99_%EB%B2%95%EC%B9%99

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