힘을 증폭시키는 자동차 안의 장치들

현대모비스가 들려주는 車 이야기

브레이크 페달을 밟으면 달리는 자동차의 육중한 바퀴가 멈춘다. 스티어링 휠(운전대)을 돌려 커다란 자동차를 원하는 곳으로 움직인다. 변속레버를 조작해 자동차의 속도를 조절한다.

이런 현상에 의문을 가지는 운전자는 드물다. 조금만 생각하면 투입한 힘의 양과 자동차가 반응하는 출력의 양이 큰 차이를 보인다는 사실을 알 수 있다. 힘이 증폭돼 자동차에 영향을 미치는 것이다.

브레이크 페달을 밟았을 때 자동차가 멈춰 서는 것은 두 가지 원리에 의해 힘이 증폭된 결과다. 첫 번째는 지렛대의 원리다. 받침점을 기준으로 페달 쪽 길이를 길게 만들어 페달에 작은 힘을 가하더라도 반대편에서 큰 힘이 발생한다. 두 번째는 유압의 원리다. ‘관로 속 압력은 일정하다’는 파스칼의 법칙을 이용한 것이다. 실린더가 브레이크 오일이 가득 찬 좁은 관에 힘을 가하면 반대쪽에서는 브레이크 패드를 밀 수 있을 만큼 큰 출력이 나온다.

스티어링 휠도 지레의 원리를 사용한 것이다. 손으로 스티어링 휠의 지름부를 잡아 돌리는 힘이 스티어링 휠의 중심에서 증폭돼 운전자가 자동차의 방향을 바꿀 수 있다.

자동차의 속도를 변화시킬 때는 기어를 사용해 힘을 증폭시킨다. 기어는 서로 다른 막대에 달린 작은 톱니바퀴와 큰 톱니바퀴를 맞물려 돌아가게 해 출력을 변화시키는 장치다.

가파른 언덕길을 오를 때 기어를 낮추면 엔진의 크랭크축과 연결된 작은 톱니바퀴가 빠른 속도로 회전해 자동차의 구동축과 연결된 큰 톱니바퀴를 굴린다. 톱니바퀴의 반지름이 클수록 토크 값이 커져 바퀴로 큰 힘이 전달되므로 경사진 언덕길도 문제없이 올라갈 수 있다. 반대로 평지에서는 기어를 높여 자동차를 가속한다. 이처럼 기어를 상황에 맞게 조작하면 주행 성능을 극대화할 수 있다.

자동차 연구원들은 오늘도 어떻게 하면 힘을 효율적으로 증폭시킬 수 있을지 연구한다. 힘의 증폭 원리를 통해 운전자들이 적은 힘으로 큰 자동차를 쉽게 움직이고 운전의 즐거움을 느낄 수 있기 때문이다.

현대모비스 기술연구소