타이어 내외부 구조 및 성능에 대한 모든 것

타이어 구조

자동차 타이어의 이름은 어떻게 지어지는 것일까?

자동차 타이어의 이름을 알기 위해서는 타이어 규격을 이해할 필요가 있습니다. 쉽게 예를 한 가지 들어보겠습니다. 자동차 타이어를 유심히 살펴보면, 타이어 측면 부에 '215/85R19' 와 같은 코드가 써져 있는 것을 보실 수 있습니다. 우리는 이러한 코드를 타이어의 규격이라고 부릅니다. 여기서 215는 타이어의 단면 폭(mm)을 말하고, 85는 평편비(%)를 의미하고, R 은 Radial Construction 의 줄임말이고, 19 는 림의 직경(inch)를 말합니다. 흔히 우리는 앞에 코드들을 생략하고, 19인치 휠, 20인치 휠 처럼 맨 뒤에 오는 코드만 부르는 경우가 많이 있습니다. 물론 이 이외에도 타이어의 최대하중을 의미하는 하중지수나, 타이어의 한계속도를 의미하는 속도기호, 그리고 생산 시기를 의미하는 DOT 넘버 등 다양한 치수들이 적혀있지만 앞에 나오는 코드만 이해해도 타이어의 기본적인 성능은 모두 이해하는 것이라고 생각해도 될 것 같습니다. 여기서 평편비라는 말이 다소 생소할 수 있습니다. 높이에 대한 폭의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다. 쉽게 설명하면, 정확한 의미는 아니지만 평편비가 낮을수록 고무 부분이 더 얇은 타이어라고 생각하면 쉬울 것입니다. 최근에는 저평편타이어 추세로 바뀌어가고 있다는 정도도 상식으로 알아두면 좋습니다. 물론, 표기법 또한 여러 가지가 있기 때문에 같은 코드라도 조금씩 표기하는 방법이 달라질 수 있습니다. '215/85R19' 는 유럽형 타이어 지수 체계이고, 승용이라는 의미의 P(Passenger)가 앞에 붙은 'P215/85R19' 는 P-metric 표기법의 한 예시입니다. 

타이어를 구성하는 내외부 구조와 기능

타이어의 구조는 내부와 외부로 나누어 살펴볼 필요가 있습니다. 타이어의 외부 구조는 가장 먼저 노면과 직접적으로 접촉하는 트레드(Tread)가 있습니다. 캡 플라이의 외각에 붙어 있는 고무층으로 내마모성이 우수한 고무 재질로 이루어져 있습니다. 대부분 합성고무 혼합물이나 천연고무를 이용해 제작되며, 자동차의 구동력이나 제동력을 지면에 전달하는 역할을 수행합니다. 이러한 트레드는 영역에 따라 사이프, 그루브, 블록, 리브, 딤플, 숄더로 이루어져 있습니다. 사이프(Sipes)는 트레드 블록에 칼로 벤 듯한 작은 홀을 말하는 데, 트레드에 유연성을 제공하면서 타이어의 경도를 조정하는 목적으로 사용됩니다. 주로 빗길이나 눈길에서 중요한 역할을 하기 때문에 스노우 타이어에 주로 활용됩니다. 사이프가 너무 많을 경우에는 작은 돌이나 이물질들이 타이어에 박혀 수명을 단축시킬 수 있다는 단점도 있습니다. 그루브(Grooves)는 트레드에 있는 굵은 홀들을 말합니다. 주로 비가 오는 상황에서 주행할 때 배수의 역할을 합니다. 블록(Blocks)은 트레드의 가장 큰 면적을 차지하는 요소로, 구동력과 제동력의 전달이 주요 기능입니다. 리브(Ribs)는 원주 방향으로 뻗는 블록들의 열을 말합니다. 딤플(Dimples)은 트레드 또는 사이드월에 있는 분화구 모양의 홀을 말하는데, 주행 시 뜨거워진 타이어를 냉각시키는 기능을 합니다. 숄더(Shorder)는 트레드의 모서리 부분으로 가장 약한 부분 중 하나입니다. 우리가 주로 타이어가 펑크가 난다고 했을 때는 숄더 부분인 경우가 많습니다. 트레드 외에 사이드월, 비드, 공급비가 있습니다. 타이어의 내부 구조는 캡플라이, 벨트, 카커스, 이너 라이너로 구성됩니다. 캡플라이(Cap plies)는 트레드 아래의 보호층입니다. 내부의 다른 구성 요소들을 보호하는 역할을 하게 되는데, 주로 스포츠카나 고성능 차량처럼 고속 주행을 요구하는 차량에 적용됩니다. 벨트(Belts)는 트레드와 카커스의 중간에 위치한 코드층인데, 주로 철선을 사용합니다. 캡플라이처럼 외부의 충격이 내부로 이어지는 것을 방지하는 역할을 합니다. 카커스(Carcass)는 강한 강도를 가지는 합성섬유로 된 코드지를 여러 장 켭쳐서 만든 것인데 타이어의 골격을 형성하는 중요한 부분입니다. 마지막으로 이너 라이너(Inner liners)는 튜브리스 타이어에서 내면에 튜브를 사용하지 않는 대신에 공기투과성이 적은 특수고무를 부착한 것입니다. 말 그대로 타이어에 충전된 공기가 새지 않도록 하는 기능을 가지고 있습니다.

3가지 측면에서 살펴보는 타이어의 성능

타이어의 성능은 크게 제동 및 가속 관련 성능, 승차감 및 하중 지지 관련 성능, 조향 핸들링 관여 관련 성능으로 구분지어 살펴봐야 합니다. 먼저 제동 및 가속 측면에서 보면, 휠이 회전을 하면 카커스의 코드 방향이 원심 방향이 아니라 편심 되어 인장력이 만들어지게 되는데, 이는 제동 성능과도 연관이 됩니다. 다음으로, 승차감과 하중 지지의 측면에서 보고자 합니다. 여러 겹으로 쌓인 카커스가 하나의 스프링 구조라고 생각해 봅시다. 카커스가 너무 두껍다거나 반대로 얇다거나, 혹은 균일하지 못해 특정 부분이 무겁거나 하는 경우에는 바퀴가 회전할 때 균형이 흐트러지게 되고 이는 운전자에게 상하 진동으로 느껴지게 됩니다. 따라서 적정 두께와 강도를 가지는 카커스를 균일하게 생산하는 것이 매우 중요하다고 말할 수 있습니다. 마지막으로 조향 핸들링 측면에서 살펴보면, 운전자 측면에서 빠른 핸들링 응답성을 제공할 필요가 있습니다. 우리가 운전할 때를 상상해보면, 코너를 회전할 때 핸들을 돌리면 앞바퀴와 뒷바퀴에 해당 명령이 전달되기 까지는 시간이 걸리게 됩니다. 이러한 시간을 줄이기 위해서는 타이어 사이드 월의 강성을 증가시킬 필요가 있습니다. 하지만, 단순하게 구조 보강을 한다고만 해서는 타이어의 다른 성능을 약화시킬 수 있기 때문에 적절한 수준에 대한 검토가 필수적으로 요구되고, 많은 타이어 회사들이 이 부분에 대한 연구들을 수행하고 있습니다.