휠 얼라인먼트

왜 배우는가: 휠 얼라인먼트는 조향 안정성, 직진성, 타이어 마모를 함께 좌우하는 개념이라 정비와 설계 양쪽에서 쓰인다. 여러 교시에 걸쳐 구성요소의 정의와 역할을 묻는 문제가 나오므로, 각 각도의 방향과 역할을 함께 익혀 두는 것이 필요하다.

출제 이력: 제126회 4교시 5번, 제102회 2교시 3번, 제90회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

휠 얼라인먼트는 자동차 바퀴가 차체 및 현가·조향장치와 이루는 기하학적 각도를 규정값으로 맞추는 것이다.

휠 얼라인먼트는 흔히 휠 트래킹(wheel tracking)이라고도 부르며, 정비와 설계 양쪽에서 다루는 항목이다. 답안 첫 문장에서는 각도를 바꾸는 행위보다 각도 사이의 기준 관계를 맞춘다는 점을 드러내야 채점 기준과 맞는다. 이 정의는 캠버, 캐스터, 킹핀 경사각, 토가 모두 자동차 기준값에 따라 정해진다는 전제 위에 서 있다.

답안에 쓸 핵심어는 다음 여덟 가지이다. 휠 얼라인먼트, 캠버, 캐스터, 킹핀 경사각, 토인, 토아웃, 스크러브 반경, 조향 복원력. 이 용어들은 2절의 풀이와 4절의 구성요소 표에서 그대로 다시 쓰이므로, 표기를 바꾸지 않고 익혀 두어야 한다.

특히 캠버, 캐스터, 킹핀 경사각은 보는 방향이 달라 헷갈리기 쉽다. 캠버는 정면에서, 캐스터는 측면에서, 킹핀 경사각은 정면에서 조향축을 본 각이다. 이 세 가지를 방향과 함께 말할 수 있어야 4교시 논술형에서 구성요소를 정확히 구분할 수 있다.

2. 개념 풀이

휠 얼라인먼트는 조향 바퀴와 비조향 바퀴의 각도를 설계 기준값에 맞추어, 바퀴와 차체, 현가장치, 조향장치 사이의 기하학적 관계를 정하고 조정하는 것이다. 바퀴가 규정된 각도에서 벗어나면 타이어가 노면과 비스듬히 접하게 되어 편마모가 생기고, 차량이 한쪽으로 쏠리거나 직진 주행이 불안정해진다. 따라서 얼라인먼트는 각 각도의 역할을 이해하고 기준값에 맞추는 것을 목적으로 한다.

각도는 보는 방향에 따라 나뉜다. 정면에서 본 바퀴의 기울기는 캠버이고, 정면에서 본 조향축의 기울기는 킹핀 경사각이다. 측면에서 본 조향축의 기울기는 캐스터이며, 위에서 본 바퀴 방향의 좌우 차이는 토로 나타난다. 이 방향 구분에 따라 앞바퀴와 뒷바퀴의 구성요소를 나누면 다음과 같다.

캠버는 자동차를 앞에서 볼 때 바퀴의 수직축이 차량의 수직축과 이루는 각이다. 바퀴 윗부분이 바깥으로 벌어진 상태를 정(+) 캠버, 안쪽으로 기운 상태를 부(-) 캠버라고 한다. 캠버 각도는 차종에 따라 다르지만 보통 0.5~2° 정도이다. 캠버가 정해진 값에서 벗어나면 접지면이 한쪽 가장자리로 치우쳐 편마모가 생기며, 캠버는 조향 조작을 가볍게 하고 수직 하중으로 앞차축이 휘는 것을 줄이는 역할도 한다.

캐스터는 자동차를 옆에서 볼 때 조향축이 수직선과 이루는 각이다. 조향축 윗부분이 뒤쪽으로 기운 상태를 정(+) 캐스터, 앞쪽으로 기운 상태를 부(-) 캐스터라고 한다. 캐스터를 두면 주행 중 조향 바퀴에 방향성이 생기고, 조향 후 바퀴가 직진 방향으로 되돌아오는 조향 복원력이 발생한다. 이 복원력은 조향을 풀었을 때 바퀴가 스스로 직진 위치로 돌아오는 자동 복귀 성질로 나타나며, 고속 주행에서 직진 안정성을 높이는 근거가 된다.

킹핀 경사각은 자동차를 정면에서 볼 때 조향축인 킹핀이 수직선과 이루는 각이다. 조향축이 기울어 있으면 차체 무게가 바퀴를 직진 위치로 되돌리려는 힘이 생긴다. 이 각도는 스크러브 반경에도 영향을 주므로, 두 값을 함께 설명해야 한다.

스크러브 반경은 타이어 접지 중심과 킹핀 축이 지면과 만나는 점 사이의 거리이다. 두 점이 일치하면 스크러브 반경은 0이 된다. 이 값은 킹핀 경사각에 따라 달라진다.

토인은 위에서 볼 때 좌우 바퀴의 앞쪽이 차량 중심선 쪽으로 향한 상태이다. 반대로 바퀴 앞쪽이 중심선에서 바깥으로 벌어진 상태는 토아웃이라고 한다. 토는 좌우가 대칭인 각이고, 조향(steer)은 좌우가 같은 방향으로 도는 각이므로 두 개념을 구분해야 한다. 토의 부호는 토인을 양(+), 토아웃을 음(-)으로 쓴다.

미국에서는 토를 바퀴 중심선과 회전 중심 사이의 길이로 표기하는 경우가 많으며, 이때 값은 타이어 지름에 따라 달라진다. 각도로 표기하면 타이어 크기와 무관하다. 캠버와 토는 주로 타이어 마모에, 캐스터와 킹핀 경사각은 조향 복원과 직진 안정성에 관여한다. 이 각도들은 서로 영향을 주므로, 한 각도를 바꾸면 다른 각도의 기준도 다시 맞춰야 한다.