자동차에서 달리는 성능만큼 중요한 것이 멈추는 성능이다. 그런데 흔히 생각하는 것처럼, 크고 강력한 브레이크를 달았다고 해서 차가 무조건 잘 서는 것은 아니다. 제동력은 자동차 브레이크 크기 하나로 결정되지 않기 때문이다. 자동차의 무게와 앞뒤 무게 배분, 타이어, 차체 강성, 서스펜션, 심지어 운전자의 조작까지 여러 요소가 복잡하게 얽혀 제동 성능을 만든다.
브레이크는 어디까지나 바퀴의 회전을 붙잡아줄 뿐, 그 힘을 실제로 노면에 전달하는 것은 결국 다른 부품들의 몫이다. 실제로 차를 최종적으로 멈춰 세우는 힘은 브레이크 자체가 아니라, 타이어와 노면 사이의 마찰이다. 아무리 좋은 브레이크라도 타이어가 노면을 제대로 붙잡지 못하면 소용이 없는 셈이다. 이번 시간에는 자동차의 제동거리를 좌우하는, 의외로 잘 알려지지 않은 요소들을 하나씩 짚어본다.
결국은 제동력의 핵심은 타이어와 노면의 마찰
제동의 핵심 원리부터 짚어보자. 자동차를 멈추는 힘의 상한은 타이어와 노면의 마찰계수(μ)에, 타이어가 노면을 누르는 접지하중(W)을 곱한 값으로 정해진다. 즉 타이어가 얼마나 잘 붙고, 얼마나 강하게 눌러주느냐가 관건이다. 여기서 차의 무게가 크게 작용한다. 무게가 늘어나면 운동에너지도 그에 비례해 커지기 때문에, 같은 속도라도 멈추는 데 처리해야 할 에너지가 많아진다. 무거운 차량일수록 더 강한 제동력이 필요한 이유다.
무게 배분도 중요하다. 브레이크를 밟으면 차의 하중이 앞쪽으로 쏠리는데, 이 하중 이동이 제동력에 직접 영향을 준다. 예컨대 무게중심 높이 0.55m, 휠베이스 2.7m인 차량이 0.8G로 감속한다고 가정하면, 차중 1500kg 기준으로 약 2400N의 하중이 앞으로 옮겨가는 것으로 계산된다. 이렇게 앞바퀴에 하중이 실리면 앞 타이어의 접지력은 커지지만, 반대로 뒷바퀴는 접지력이 줄어 자칫 균형이 흐트러질 수 있다.
차체가 흔들리는 순간 제동거리가 늘어난다
브레이크 본체가 아닌 부분도 제동거리를 크게 좌우한다. 대표적인 것이 차체 강성이다. 강성이 낮으면 브레이킹을 할 때 차체가 비틀리면서, 네 바퀴에 실리는 접지하중이 고르지 않게 된다. 그러면 ABS가 평소보다 일찍 개입하게 되고, 결과적으로 제동거리가 늘어난다. 한쪽 바퀴만 미끄러지기 시작해도 시스템이 제동력을 줄여버리기 때문이다. 탄탄한 차체가 제동에도 유리한 이유가 여기에 있다.
서스펜션의 역할도 빼놓을 수 없다. 브레이크를 밟으면 차 앞부분이 아래로 파고드는 노즈다이브 현상이 생기는데, 이를 억제하는 ‘안티다이브’ 특성이 잘 설계돼 있으면 과도한 앞쏠림을 막아준다. 앞쏠림이 지나치게 심하면 뒷바퀴가 들리듯 가벼워져, 제동에 온전히 힘을 보태지 못한다. 그만큼 서스펜션의 움직임을 알뜰하게 활용해, 네 바퀴가 노면을 고르게 붙잡도록 돕는 것이다.
공력과 타이어가 만드는 제동 한계
고속에서는 공기의 힘도 무시할 수 없다. 차를 아래로 눌러주는 다운포스는 속도의 제곱에 비례해, 시속 200km에서는 100km일 때의 4배에 달한다. 만약 3000N의 다운포스가 발생하면 약 300kg의 하중이 더해지는 셈이어서, 제동 한계가 크게 올라간다. 빠르게 달릴수록 공기가 차를 더 세게 눌러줘, 오히려 더 강하게 붙잡아 세울 수 있는 셈이다.
결국 가장 결정적인 것은 타이어다. 일반적인 컴포트 타이어의 마찰계수가 0.7~0.9 수준인 데 비해, 고성능 하이그립 타이어는 1.1~1.3에 이른다. 같은 차라도 어떤 타이어를 신느냐에 따라 제동력이 확연히 달라지는 것이다. 값비싼 브레이크 하나보다, 잘 맞는 타이어 한 세트가 제동에 더 큰 차이를 만들기도 한다. 결국 잘 서는 차를 만드는 길은 브레이크를 무작정 키우는 데 있지 않다. 타이어와 차체, 서스펜션, 공력이 서로 조화를 이룰 때 비로소 짧은 제동거리가 완성된다.