차량 주행 저항 (구름저항, 등판저항, 공기저항 등)

차량이 주행 할 때는 반드시 저항을 받게 되어 있는데 주행저항 ( Running resistance)이라고 하며 이 저항이 커지면 큰 출력이 필요하고 반대로 저항이 적으면 작은 출력으로도 주행이 가능하게 된다.

1. 주행저항 개요

차량이 주행 할 때는 반드시 저항을 받게 되어 있는데 주행저항 ( Running resistance)이라고 하며 이 저항이 커지면 큰 출력이 필요하고 반대로 저항이 적으면 작은 출력으로도 주행이 가능하게 된다.

주행저항은 차량 주행을 방해하는 측으로 작용하는 힘의 총칭으로서 구름저항, 공기저항, 등판저항, 가속저항의 4가지로 구성된다. 주행저항 식은 다음과 같다.

P= K1 * F * V

P : 주행저항 마력(ps)
K1 : 주행저항 계수
F : 주행 저항력(Kg)
V : 차속( Km/h)

2. 주행저항 종류

(1) 구름저항(Rolling resistance, Rr)

바퀴가 수평노면을 굴러가는 경우 발생하는 저항으로 노면의 굴곡, 타이어 접지부 변형, 타이어와 노면의 마찰 손실에서 발생하며 바퀴에 걸리는 차량 하중에 비례한다.

□ 바퀴가 수평노면을 전동하는 경우 발생하는 저항과 에너지 손실에 의한 것으로 다음과 같은 저항 및 손실로 표현된다.

- 타이어 접지부의 변형에 의해 발생하는 저항
- 노면이 변형하기 때문에 발생하는 저항
- 노면이 평활하지 않는 경우에 생기는 저항
- 타이어에서 발생하는 소음 등에 의한 손실
- 베어링 등의 마찰에 의한 저항

□ 구름저항은 여러 가지 원인에 의해 발생하기 때문에 바퀴에 걸리는 하중, 노면 상태 및 주행속도에 따라 변하지만 일반적으로 하중에 비례하여 속도에 영향은 받지 않는다고 본다.

□ 구름저항 계수가 타이어의 공기압에 의해 변하는 것은 공기압이 낮을수록 타이어 변형이 커지고, 타이어 변형이 커지면 전동할 때의 변형과 복원에 의한 에너지 손실이 커진다.
또한 접지부에 있어서 타이어가 노면에서 미끄러지기 때문에 마찰에 의한 손실이 커지며 구름저항 계수는 타이어가 새것, 타어어 내압이 작을 때, 차속이 증가할 때 크게 된다.
고속이 되면 급격히 증가 되어 스탠팅 웨이브가 발생한다.

Rr = μr * W

Rr : 구름저항(Kgf)
μr : 구름저항 계수
W : 차량 총 중량(Kg)

(2) 공기저항(Air resistance,Ra)

자동차의 주행을 방해하는 공기의 저항로서 대부분 압력저항이며, 차체의 형상에 따라 기류의 박리에 의해 발생하는 맴돌이 형상 저항과 자동차가 양력에 의한 유도저항이다. 공기저 항은 자동차의 투영면적과 주행속도의 곱에 비례한다.

자동차 공기저항은 압력저항이 주된 것이만 그 중 형상저항이 전체의 60%를 차지한다
□ 형상 저항 : 차체형상에 의해 결정되며 전 투영면적에 적용되는 풍압이 의해 크게작용한다. : 항력
□ 유로저항 : 고속이 되면 차체를 들어 올리려는힌이 발생한다. : 양력
□ 마찰 저항 : 공기의 점성 때문에 차체표면과 공기 사이에 발생한다.
□ 표면 저항 : 차체 표면에 있는 요철이나 돌기 등에 의해 발생한다.
□ 내부저항 : 엔진 냉각 및 차량 실내 환기를 위해 들어오는 공기 흐름에 발생한다.

Ra = μa * A * V2 = Cd * (ρ/2) * A * V2

Ra : 공기 저항 (Kgf)
μa : 공기 저항 계수
A : 전면 투영 면적 (m2 )
Cd : 공기 저항 계수
V : 주행속도 (Km/h)

(3) 등판저항(Gradient resistance,Rg)

자동차가 경사면을 올라갈 때 차량 중량에 의해 경사면에 평행하게 작용하는 분력힘의 성분이다. 경사각을 경사면 구배율 %로 표시하면 된다.

경사 면의 수직성분 W * COS θ 에 구름저항 계수 μr 을 곱한 것은 등판시 구름 저항 계수가 되지만 그 수직값이 일반적으로 작기 때문에 구름저항의 구배에 의한 무시하는 것이 보통이다.
강판로에서는 등판저항을 반대로 되며 구름저항이나 공기 저항 보다 등판저항의 절대치가 크게 되면 차량 속도도 빨라지게 된다.

Rg = W * sin θ

Rg : 등판 저항 (Kgf)
W : 차량 중량 (Kg)
θ : 각면의 경사각 (deg)

(4) 가속저항 ( Acceleraion resistance, Ri)

자동차의 주행속도를 변화시키는데 필요한 힘을 가속저항이라 하며, 자동차의 관성을 이기는 힘이므로 "관성저항" 이라고도 할 수 있다.

□ 차량 구동계 회전부의 회전 속도를 상승시키는 힘

□ 회전 부분을 삭제한 차량의 가속 부분만 고려한 힘

회전부분 상당 중량은 차량 변속비에 따라 상이하고 저속시에 중요한 인자가 된다.

Ri = ( α / g ) * ( 1 + ε ) * W

Ri : 가속저항 (Kgf)
W : 차량 중량 (Kg)
α : 가속도 ( m/ s2 )
ε : 회전부분 상당 관성계수
g : 중력 가속도 ( m/s 2)

(5) 전주행 저항 ( Total running resistance, Rt)

자동차의 주행저항은 주행 조건에 따라 여러 가지 상태로 나타 낼수 있으며 구분은 다음과 같이 된다.

□ 평탄로 등속주행시
전주행저항 = 구름저항 + 공기저항

□ 경사로 등속주행시
전주행저항 = 구름저항 + 공기저항 + 등판저항

□ 평탄로 등가속 주행시
전주행저항 = 구름저항 + 공기저항 + 가속저항

□ 경사로 등가속 주행시 전주행저항 = 구름저항 + 공기저항 + 가속저항 + 등판저항

<참고사항>
타행 주행이란 :자동차의 변속기를 중립 위치에 놓고 관성에 의해 주행하는 것을 의미하는데 , 주행하고 있는 자동차는 주행 저항을 받으므로 타행할 때는 이힘에 상당하는 감속이 된다. 따라서 고속도에서 타행 시험을 하여 일정한 주행 구간 마다 소요시간을 측정하고 이 구간의 평균속도의 변화 감속도 찾아내고 반대로 하면 주행저항으로 추정할수 있다. 구름저항을 구하거나 풍동을 사용하지 않고 공기저항을 구할려면 이 방법이 좋다.