자동차가 뛰는 러닝머신, 샤시 다이나모미터

 

하나의 자동차를 완벽하게 개발하기 위해서, 혹은 이미 개발된 자동차를 철저하게 검증하기 위해서는 도로를 직접 주행하면서 시험해야 할 항목들이 참으로 많습니다. 우리가 앞서 길게 살펴보았던 배기가스 정화 시험이 그 대표적인 예가 됩니다.

그러나 실제 환경에서 도로를 달리며 이러한 시험을 진행하기에는 현실적으로 많은 제약이 따르기 마련입니다. 예를 들자면 자동차의 각 부위에 여러 가지의 정밀 계측 장비를 장착하여 운전 상태를 실시간으로 모니터링해야 하는데, 그 장비의 부피가 클 경우에는 도저히 실제 도로를 주행하면서 시험을 수행할 수가 없습니다. 또한 배기가스 시험과 같이 자동차 머플러에서 나오는 가스를 시시각각으로 포집하고 정밀 분석해야 하는 시험 역시, 덜컹거리는 실제 도로 위에서는 물리적으로 불가능에 가깝습니다.

그래서 이러한 제약들을 극복하고 실제 도로에서의 주행 환경을 실내실험실 안으로 완벽하게 시뮬레이션하기 위해 고안된 장치가 있습니다. 그것이 바로 우리가 자동차 공학에서 부르는 '샤시 다이나모미터(Chassis Dynamometer)'라고 하는 것입니다.

헬스클럽 러닝머신과 닮은 자동차의 운동장

이 거대한 장비는 사실 우리가 흔히 가는 헬스클럽의 러닝머신과 꼭 같은 원리로 만들어져 있습니다. 사람이 제자리에서 뛰기 위해 발밑의 벨트를 굴리듯, 자동차의 바퀴를 실험실 바닥에 매립된 롤러(Roller) 위에 올려놓고 가속 페달을 밟는 것입니다. 그러면 자동차가 앞으로 튀어 나가는 것이 아니라, 바퀴와 접촉하고 있는 롤러가 대신 힘차게 돌아가게 됩니다.

그런데 단순히 바퀴만 굴린다고 해서 실제 도로와 똑같은 상태가 될까요? 그렇지 않습니다. 차가 가진 고유의 '무게(질량)'와 그에 따른 관성 효과를 구현해야 합니다.

예를 들어 무게가 무거운 대형 세단을 도로 위에서 달리게 하다가 브레이크를 밟을 때와, 무게가 가벼운 경차를 제동할 때는 그 제동거리와 필요한 에너지가 완전히 다를 것입니다. 당연히 무거운 차가 훨씬 더 큰 제동력을 필요로 합니다. 그렇기 때문에 자동차를 샤시 다이나모미터 위에서 시험할 때에도, 이 플러그를 꽂은 차량의 고유 조건에 맞는 부하를 정확히 맞춰주어야 합니다.

이를 제어하기 위해 롤러 아래쪽 백엔드 시스템에는 여러 가지 크기와 관성을 가진 '플라이휠(Flywheel)'이 장착되어 있습니다. 이 장치가 시험하는 자동차의 실제 무게와 동일한 물리적 관성을 가지도록 롤러의 저항 전압을 조절해 주는 것입니다.

바람과 공조 시스템까지 품은 거대한 시뮬레이터

여기에 더해 실제 도로를 달릴 때 마주하는 맞바람, 즉 '공기 저항'을 모사하기 위해 자동차 앞쪽에 거대한 송풍기를 배치합니다. 그리고 자동차 바퀴가 구르는 속도와 칼같이 일치하는 속도의 바람을 전면부에 불어넣어 주는 장비가 추가되기도 합니다.

배기가스 분석을 동시에 행해야 하는 경우에는 차량 후미에 배기가스를 실시간으로 포집하여 분석하는 고정밀 가스 분석 장비가 결선되며, 겨울철 냉간 시동이나 사막의 고온 환경 등 온도를 일정하게 유지해야 하는 특수 시험을 위해서는 실험실 전체의 온도를 제어하는 대형 공조 시설까지 완벽하게 갖추어야 합니다.

그렇다 보니 승용차 한 대를 시험하는 곳만 해도 웬만한 작은 아파트 크기의 공간이 필요하며, 거대한 대형 트럭이나 버스를 입고시켜 시험해야 하는 다이나모미터 장비는 그 크기와 인프라가 실로 엄청난 규모가 됩니다.

다음 장에서는 이 완벽한 러닝머신 위에서 전 세계 자동차들이 공통으로 거쳐 가야 하는 글로벌 시험 모드, WLTP의 정밀한 서킷 속으로 함께 들어가 보도록 하겠습니다.