자동차 성능의 구성요소

자동차를 달리고, 좌우로 돌고, 달리다 멈추는 세가지 동작을 하는 단순한 운동기계로 볼 때 동력성능, 제동성능, 조종성능의 세가지로 나누어 지며 여기에 이런 모든 운동성능이 탑승자나 차체에 전달되는 승차감을 포함해서 '자동차의 성능이 어떻다'라고 말할 수 있다.

구동력

자동차가 움직이고 있을 때에는 언제나 구동력과 그것에 대항하는 힘(주행저항)이 작용하여 그 힘의 크기에 따라 속도가 빠르거나 늦거나 한다. 엔진에서 나오는 토오크는 Transmission Gear와 Final Gear를 통해 타이어에 전해져 자동차를 움직이는 힘 즉 구동력이 된다. 한편 자동차가 주행 중에 받는 주행저항(Tractive Resistance)은 구름저항, 공기저항, 구배저항 및 가속저항의 4종류로 구분된다.

 구름 저항(Rolling Resistance:Rr) - 타이어에서 발생하는 저항으로 중량에 비례하며 구름저항계수는 저속에서는 일정하지만 고속에서는 급속히 증가한다.
구름저항 = μ(구름저항계수) X 차량중량
공기 저항(Air Resistance:Ra) - 공기 중에서 움직일 때 발생하는 저항으로 전면투영면적과 공기에 대한 자동차의 상대 속도이 제곱으로 비레한다.
 구배 저항(Gradient Resistance:Rg) - 언덕길을 오를 때 자동차를 당기려는 힘으로 중량과 언덕 경사도에 비례한다.
가속 저항(Acceleration Resistance:Ri) - 자동차의 속도가 변화할 때 즉 가속도가 생길 때 자동차에는 질량(차량+회전부분)과 가속도에 비례하는 가속저항(가속저항)이 생긴다.

가속성능

발진가속이란 정지상태에서 일정거리를 주행할 때 생기는 최대가속을 말한다. 엔진시동을 건 정지상태에서 기어변속으로 일정거리를 최단시간내에 주파할 때 얻은 최대가속능력을 말한다. 추월가속이란 일정속도에서 다른 속도로의 변화를 얻을 수 있는 최대가속능력을 말하며 추월성능을 판단할 수 있다.

운전성능

운전성능(Drivability)이란 운전이 부드럽게 이루어지는 것을 말하는데 주로 발생하는 성능부족은 엔진의 Accelator Control 계통이나 구동계의 이상에서 생기며 비정상적인 조건(기상, 도로, 연료의 성질)도 관계된다. 일반적으로 다음과 같은 현상이 생기면 운전성능이 나쁘다고 평가하며 대부분 운전자가 직접 느끼는 현상이다.
·Surge : 주행 중 출력변동으로 생기는 차량 진동현상
·Hesitation : 가속시에 나타나는 초기 응답이 늦는 현상
·Stumble : 가속 중에 일시적으로 발생하는 출력 저하 현상
·Rough Idle : 공회전 중 생기는 공회전 불량 현상
·Stall : 주행 중 엔진정지 현상 또는 등판시 출력저하 현상
·Knocking : 가속 중이나 언덕주행 중 이상연소로 땅땅땅하는 폭음의 불쾌한 금속소리현상
·Back-Fire : 엔진의 흡배기관이 연료 폭발역화현상
·Icing : 연료 출구부에 공기 중의 수분이 결빙되는 현상
·Vapor Lock : 연료파이프나 연료 펌프 내에 연료가 대량으로 기화하여 엔진으로 연료가 압송되지 않는 현상

제동성능

차량의 속도를 올리려면 큰 엔진출력이 필요한 것은 알고 있지만, 차량을 정지시키는 데에는 보다 큰 힘이 필요한 것을 아는 사람은 드물다. 예를 들어 출력 100ps의 승용차가 100km/h까지 가속하는데 약 15초가 걸리지만 100km.h에서 급브레이크로 정지할 때까지 3.6초가 걸린다고 한다. 공기저항이나 구름저항을 무시한다면 브레이크로 정지할 때까지 필요한 힘은 출력의 5배, 즉 500ps로 되어 가속에 필요한 힘과 비교할 때 제동시에 필요한 힘이 매우 큰 것을 알 수 있다.

브레이크력

브레이크 조작으로 브레이크 내부의 Shoe와 Drum, Tire와 노면 사이에 마찰력이 발생하여 차의 움직임을 막는다. 일반적으로 마찰계수인 Drum과 Lining 사이에는 일반적으로 0.3~0.5이며 또 노면의 상태, 타이어의 종류에 따라 건전포장로에서 0.6~0.9, 습기포장로에서 0.3~0.6, 결빙로에서는 0.1~0.3이다. 눈이나 비가 올 때는 2배 이상의 제동거리가 필요하다.

정지거리와 제동거리

운전자가 위험을 감지하고 브레이크를 조작하여 차량이 정지할 때까지 거리가 정지거리이다. 위험을 감지한 때부터 브레이크가 작동을 개시할 때까지 걸리는 시간을 공주시간이라고 하고 그 사이에 간 거리를 공주거리(공주거리)라 한다. 일반적으로 0.5초 이내라고 한다. 브레이크거리란 브레이크가 작동해서 정지한 거리로서 브레이크의 기본적인 능력을 나타낸다. 이 브레이크 거리는 차종과 중량에 따라 다르고 노면 마찰계수에 좌우되며 또 노면상태에 따라 비가 올 경우 1.5배, 빙판길에서는 3배 이상 길어진다.

    조종안정성

조종안전성이란 운전자가 생각하는 데로 선회한다거나 컨트롤 할 수 있는가 어떤가를 나타내는 것으로 좁은 산길에서 자유자재로 코너링하거나, 고속도로에서이 주행 중에 바람이 갑자기 불어도 안심하고 주행할 수 있거나 장애물을 여유있게 피해갈 수 있는 등의 자동차 자체의 성능과 운전자의 의도대로 움직여지는 것을 말한다. 자동차의 주행은 기본적으로 6가지 운동의 조합으로 이루어지다. 즉 전후운동, 좌우운동, 상하운동, Yawimg 운동, Rolling 운동, Pitching 운동으로 나누어지고 선회시에는 좌우운동, Yawing, Rolling의 3종류가 대표적인 운동이라고 할 것이다. 이와 같은 조종 안정성에 영향을 주는 선회특성과 고속시 안정성 등은 핸들의 무게, 서스펜션 시스템, 스티어링 시스템 등 밀접한 관련성이 있다.

승차감

넓은 의미로 승차감(Comfortability)이라고 하는 경우는 실내의 크기, 시계, 시트의 승차감, 실내의 정숙함, 각 부위의 진동크기를 가리키지만, 일반적으로 승차감이란 이 가운데 진동에 관계된 승객의 쾌적함을 의미하는 경우가 많다. 자동차가 주행하는 상태에서는 엔진, 구동계, 타이어 등 많은 물체가 운동을 하게 된다. 이 운동시 요철 등의 노면 상태, 타이어 상태의 Unbalance, 추진축의 회전불량, 엔진폭발로 생기는 토오크변화 등으로 이상진동이 발생한다. 노면이나 타이어에서 발생한 진동은 먼저 서스펜션에 전달되고 서스펜션 자체의 지동 특성에 의해 변화하여 차체로 전달된다. 플로어에서는 승객의 발에서 시트를 매개로 등과 허리에서 전달되고, 차체에서 스티어링으로 전달된 진동은 핸들진동으로 손에 전해진다. 한편 엔진, 트랜스미션, 프로펠라샤후트에서 생긴 진동은 Mount Rubber에서 감퇴시킨 후 차체에 전달된다. 이 승차감을 해석하는 경우, 자동차에서 발생한 진동에 대한 인간의 반응 즉 인체의 진동 특성과 진동에 대한 생리적 반응을 알 필요가 있다.