자동차공학)자동차의 성능 (주행성능)

자동차의 성능 중 주행성능에 대하여 알아보자.

자동차의 성능은 주행성능, 동력성능, 제동성능, 조종안전성, 승차감 등으로 나눌 수 있다. 주행능력은 넓은 의미에서 자동차의 전체 성능을 의미하지만 좁은 의미로서는 자동차의 구동력, 여유력, 저항력 등을 의미한다.

 

1. 주행성능선도

2. 주행저항

 

1. 주행성능선도

자동차의 성능을 판정하기 위한 선도로서, 각 변속단에 있어서 차속과 엔진 회전수, 구동력 및 구배저항을 하나의 그래프로 정리한 것이다. 총 감속비가 가장큰 제1속에서 구동력이 가장 크지만 주행속도는 느리며 속도범위도 좁은 것을 알 수 있다. 이에 반하여 총 감속비가 가장 적은 제 4속에서 구동력은 가장 작지만 주행속도는 가장 빠르고 속도 범위가 넓음을 알 수 있다. 주행저항 %는 오르막길의 경사를 나타낸다.

 

구동력 : 엔진에서 나오는 축 토크는 변속기와 종감속기어를 통해 바퀴에 전달되어 자동차를 움직이는 힘 즉 구동력이 된다.

 

저항력 : 주행저항에 상당하는 힘으로써 모든 바퀴에서 걸리는 힘의 총합을 의미한다.

 

여유력 : 구동력과 저항력의 차로서, 여유구동력은 가속력, 견인력, 등판력으로 사용된다.

 

2. 주행저항

주행저항(tractive resistance or running resistance) : 주행 저항은 자동차가 주행할 때에 그 주행에 대하여 방해하려는 힘을 말한다. 자동차는 구동력이 주행저항보다 크므로 움직이게 된다. 주행저항은 자동차가 도로를 주행할 때 받는 저항으로 여기에는 구름저항, 공기저항, 구배저항이 있고, 속도 변화가 있을 때는 가속저항을 더하면 된다. 

 

주행저항(R) = 구름저항(Rr) + 공기저항(Ra) + 구배저항(Rg)

 

구름 저항 (rolling resistance) : 바퀴가 노면에 회전할 때 생기는 마찰저항을 의미하며 이것은 노면의 상태와 자동차의 중량(W) 에 비례한다. 구름저항계수 μ는 저속에서는 일정하지만 고속에서는 급속히 증가한다.

 

Rr = μW

 

공기저항 (air resistance) : 공기 저항은 자동차가 주행할 때 공기를 밀어내려는 저항이며, 여기에는 차체 형상에 의한 저항과 자동차의 앞과 뒤쪽 압력차에 생기는 압력저항, 차체 표면을 흐르는 공기와의 표면저항, 그릴이나 라디에이터를 통과하는 공기류 및 환기류의 의한 마찰 저항, 고속주행시의 차체를 들어올리려는 양력이 작용하여 발생하는 유도저항이 있다. 공기저항은 자동차이 전면 투영면적(A)과 속도(Va)의 제곱에 비례한다.

 

Ra = CAVa^2

 

구배저항(gradient resistance) : 구배저항은 자동차가 언덕길을 올라갈 때 중력에 의하여 자동차의 진행에 대한 저항으로 차량 총중량(W)와 언덕 경사도(θ)에 비례한다.

 

구배저항 = (차랑 총 중량) X sin θ

 

경사도 θ가 작을 때에는 sin θ ≒ tan θ로 고려하여도 실용상 문제가 없으므로 구배저항은 다음 식으로도 표시한다.

 

Rg = W tan θ

 

가속저항(acceleration resistance) : 가속저항은 자동차의 속도가 변할 때, 즉 가속도가 생길 때 자동차는 먼저 달리는 속도를 그대로 유지하려는 일종의 관성이 저항으로 작용한다. 이것을 가속저항이라 한다. 가속저항은 자동차의 총 중량(W)과 회전부분의 관성상당 중량(Wc)에 가속도(α)에 비례하며 다음 식으로 나태낼 수 있다.

 

Ri = (W+Wc) X α / g = (1+ δ) X W / g X  α

 

여기서 회전부분의 관성 상당 중량은 동력전달계통에서 회전부분인 엔진, 변속기, 추진축, 감속기어 및 뒤바퀴에 전달되는 관성저항의 합이다. 따라서 가속저항을 적게 하려면 자동차의 총 중량 및 자동차 운동부분을 가볍게 설계하면 좋다. 차량 총 중량과 회전부분 상당 중량과의 비를 상당 질량계수 δ(= Wc / W)라 한다.