종이 위에는 정밀 계측기로 측정한 결과가 있고, 컴퓨터 화면에는 영상 촬영 장면이 펼쳐져 있다. 그것들을 살펴보며 나는 자동차보다 약 3미터 뒤에서 모터사이클을 타고 있었다는 사실에 안도하지 않을 수 없다. 이제 자동차와 모터사이클 중 어느 쪽의 제동거리가 더 짧은지에 관한 논쟁을 결론지으려 한다. 전체 제동거리 테스트를 읽기 전에 간단한 답부터 알고 싶은 독자를 위해 말하자면, 비상 제동 상황에서는 자동차가 거의 언제나 모터사이클보다 더 빨리 멈춘다. 이 사실은 모터사이클 운전자, 적어도 신중한 운전자뿐 아니라 자동차 운전자에게도 중요하다.
사람들은 왜 모터사이클이 자동차보다 제동 성능이 좋다고 생각할까?
모터사이클이 가속하는 만큼 효과적으로 감속할 것이라는 오해는, 특히 건조하고 매끄러운 노면에서 두드러지는 인상적인 가속 성능에서 비롯된 듯하다. 겉보기에는 평범한 BMW G 310 R조차 소박한 34마력 단기통 엔진으로 단 7초 만에 시속 100km에 도달할 수 있다. 따라서 긴급 정지가 필요한 순간에도 모터사이클이 그만큼 인상적으로 제동할 것이라고 기대하기 쉽다. 그러나 실제 도로에서 실시한 제동 테스트는 왜 그런 가정이 성립하지 않는지를 보여준다.
테스트 차량 소개: 자동차와 모터사이클 비교
4륜 차량 진영에는 BMW M4, Kia Stinger GT, BMW X3가 참가했다. 2륜 차량 진영은 대형 투어링 크루저 BMW K 1600 Grand America부터 소박한 로드스터 BMW G 310 R까지 다양한 모델로 구성됐다. 그 사이에는 세 대의 어드벤처 투어링 모터사이클(Honda Africa Twin Adventure Sports, BMW R 1200 GS, BMW R 1200 GS Rallye)과 스포츠바이크 BMW S 1000 RR이 자리했다. 오프로드 타이어를 장착한 BMW GS Rallye까지 포함하면, 이번 모터사이클 라인업은 다음과 같이 매우 폭넓은 유형을 포괄했다.
- BMW K 1600 Grand America – 풀사이즈 투어링 크루저
- BMW S 1000 RR – 슈퍼스포츠
- Honda Africa Twin Adventure Sports – 어드벤처 투어러, 21인치 앞바퀴
- BMW R 1200 GS – 어드벤처 투어러, 도로용 타이어
- BMW R 1200 GS Rallye – 어드벤처 투어러, 오프로드 타이어
- BMW G 310 R – 입문형 로드스터
제동거리를 테스트한 방법
일상적인 주행에서 마주치는 노면과 비슷하도록 일부러 완벽하게 매끄럽지 않은 도로를 선택했다. 타이어 공기압은 제조업체의 권장값에 맞췄다. 제동할 때는 ABS가 작동해 완전히 멈출 때까지 브레이크 페달을 급히 밟는 상황을 재현했다. 모터사이클의 경우에는 앞브레이크 레버와 뒷브레이크 페달을 사용했다.
모터사이클 제동의 물리학
모터사이클의 제동 효과에는 다음과 같은 여러 요인이 영향을 미친다.
- 타이어의 접지 특성과 구조
- 힘과 관성 모멘트
- 감속 중 포크 압축량의 변화
- 라이더의 자세와 움직임
- 브레이크 시스템 설계
- ABS와 기타 첨단 보조 시스템의 유무
그러나 모터사이클을 열정적으로 좋아하면서도 세세한 부분을 결코 그냥 넘기지 않는 편집장은 “제동력이 낮다”거나, 더 나쁘게는 “타이어가 넓을수록 접지면이 커진다” 같은 개념을 반드시 논의해야 한다고 주장할 것이다. 그는 곧바로 종이 한 장을 꺼내 종방향과 횡방향 벡터를 빼곡히 그린 뒤, 타이어와 노면의 접촉면에서 발생하는 마찰력의 크기에 관해 논리적으로 합의할 때까지 집요하게 토론을 이어갈 것이다.
M – “모터사이클 + 라이더” 시스템의 질량중심.
F = Mg – 질량중심에서 수직 아래 방향으로 작용하는 중력.
Fin – 관성력. 제동, 즉 감속할 때 진행 방향인 앞쪽으로 작용한다.
F1과 F2 – 각각 앞바퀴와 뒷바퀴에 작용하는 수직 압력, 또는 지면 반력. 제동 중에는 하중이 앞바퀴로 이동한다(\(F_1 > F_2)).
Fsc1과 Fsc2 – 앞바퀴와 뒷바퀴의 구동력, 즉 마찰력. 제동 중에는 진행 방향의 반대인 뒤쪽으로 작용한다.
간단히 말하면 휠베이스가 길고 무게중심이 낮을수록 제동거리는 짧아진다. 그러면 강한 감속 중 스토피나 뒷부분의 흔들림 같은 바람직하지 않은 부작용이 줄어든다. 특히 휠베이스가 짧은 스포츠바이크와 네이키드 바이크는 이런 현상에 취약하다. 이 밖에도 살펴볼 만한 세부 요소가 있다.
프로 레이서는 노면과의 접지력을 극대화하기 위해 “서스펜션 압축”이라는 개념을 활용한다. 여러 레이싱 시리즈의 선수들은 앞포크와 모노쇼크를 눌러 두 바퀴에 하중을 싣고 접지면을 넓힌다. 많은 요소는 선형 관계로 설명할 수 있다. 예를 들어 접지면에서 발생하는 마찰력은 마찰계수와 해당 바퀴에 실린 하중의 곱이다. 제동 상황에서는 접지면이 넓은 것이 실제로 유리하다. 그러나 앞타이어가 접지력을 잃기 훨씬 전에 휠베이스가 짧은 대부분의 모터사이클은 뒷바퀴가 공중으로 들리기 시작한다. 이를 늦추기 위해 레이서들은 제동 중 최대한 뒤로 몸을 빼 무게중심을 뒷바퀴 쪽으로 이동시킨다. 다만 이런 방법은 1초의 일부가 승패를 가르는 폐쇄형 서킷의 프로 레이싱에서 주로 사용된다. 그렇다면 일반 도로에서는 어떻게 될까?
자동차 제동거리 결과: 시속 100km에서 완전 정지까지
모든 4륜 차량은 시속 100km에서 급감속했을 때 예상대로 서로 다른 결과를 보였다.
- BMW M4: 36.3미터
- BMW X3: 39.1미터
물론 ABS는 해제하지 않았다. 모터사이클에도 오래전부터 잠김 방지 제동장치가 장착되어 왔기 때문이다. 실제로 유럽에서는 2015년부터 배기량 125cc를 초과하는 모든 신형 모터사이클에 ABS 장착이 의무화됐다. BMW는 이 분야의 선구자 중 하나로, 1987년에 ABS를 장착한 양산 모델 BMW K 100을 선보였다.
모터사이클의 앞바퀴가 잠기면 어떻게 될까?
최상위 클래스 MotoGP 경기에서도 볼 수 있듯이 숙련된 라이더조차 앞바퀴를 잠그는 치명적인 실수를 저지를 수 있다. 이는 비교적 가볍게 노면으로 미끄러지는 상황부터, 운이 나쁘면 라이더가 공중으로 튕겨 나가는 상황까지 재난으로 이어질 수 있다. ABS가 장착된 모터사이클에서도 앞바퀴 잠김이 발생할 수 있다는 점도 알아둘 필요가 있다. 만약 경기에서 ABS 사용이 허용된다면, 관중의 볼거리에 대한 욕구와 주최자 및 방송사의 수익 추구가 맞물려 오히려 사고가 더 많아질 가능성이 크다.
참고로 뒷바퀴가 잠기는 것도 매우 바람직하지 않다. 항상 사고로 이어지는 것은 아니지만, 모터사이클의 뒤쪽이 좌우로 흔들리는 현상은 안정성이나 제동거리 단축에 전혀 도움이 되지 않는다.
모터사이클 제동거리 결과: 시속 100km에서 완전 정지까지
이제 모터사이클로 시선을 옮겨 보자. 먼저 이번 라인업에서 가장 뛰어난 성적을 낸 모델부터 소개하겠다. 완전 적재 시 364kg에 달하는 육중한 BMW K 1600 Grand America가 단 42미터로 가장 짧은 거리에서 멈췄다. 놀랍게도 나는 이를 보정하거나 방어하기 위한 어떤 동작도 할 필요가 없었다. 이 2륜 리무진으로 스토피를 유도하는 것은 거의 불가능하며, 이는 테스트 차량 중 가장 긴 1,618mm의 휠베이스 덕분이다. 여기에 BMW의 비장의 무기는 “Big America”에 적용된 Duolever 앞서스펜션이다. 자동차와 유사한 이 설계의 핵심은 아무리 강하게 제동해도 앞바퀴가 들리려는 경향이 매우 작다는 점이다. 다시 말해 감속 중 충격이나 불안정성이 거의 없고, 모터사이클은 굳건히 안정된 상태를 유지한다.
다음 “제동 우등생”은 BMW S 1000 RR 스포츠바이크로, 각종 기능을 갖춘 첨단 스마트폰처럼 전자장비가 가득한데도 제동거리는 42.5미터였다. 이 모델에는 Dynamic Damping Control(DDC), Automatic Stability Control(ASC), Dynamic Traction Control(DTC), Bosch의 지능형 브레이크 패드 마모 센서가 연동형 제동 시스템과 함께 적용되어 있다. 이 시스템은 앞브레이크 레버를 당기면 뒷브레이크도 일부 작동시킨다. 같은 브레이크 시스템은 BMW K 1600 GA와 두 대의 “거위”를 포함해 이번 테스트에 참가한 모든 대형 BMW에도 장착되어 있다.
모터사이클 이야기로 돌아오면 부정할 수 없는 한 가지 사실이 있다. 휠베이스가 짧을수록 강한 제동 중 모터사이클은 더 불안정해지고, 앞으로 넘어지려는 경향도 더 뚜렷해진다.
표준 2채널 ABS, 매우 긴 서스펜션 스트로크, 오직 라이더의 조작에만 의존하는 앞뒤 브레이크 캘리퍼, 자전거 바퀴를 연상시키는 21인치 앞바퀴를 갖춘 Honda Africa Twin Adventure Sports는 훌륭하게 버텼다. 놀랍게도 이런 특성에도 불구하고 120mm 폭 프로파일의 19인치 앞바퀴를 장착한 동급 모델 BMW R 1200 GS보다 좋은 성적을 냈다. 공식적인 계산식에 따르면 접지면의 넓이는 타이어 폭의 직접적인 영향을 받지 않는다. 폭은 전체 면적을 동일하게 유지한 채 접지면의 형태와 방향을 바꾸고, 그 안에서 하중을 재분배할 수 있다. “거위”의 경우 스포츠바이크와 비슷하게 전자장비가 가득하지만 완전히 멈추는 데 여전히 45.4미터가 필요했다.
하지만 흔히 말하듯 가격만큼의 성능을 얻는 법이다. Honda Africa Twin Adventure Sports는 제동 중 뒷바퀴가 공중으로 들렸지만, BMW R 1200 GS는 특유의 Telelever 앞바퀴 서스펜션 덕분에 꼿꼿하고 안정적인 자세를 유지했다. 흥미롭게도 합리적인 가격의 BMW G 310 R은 지름 300mm의 대형 단일 브레이크 디스크와 Bybre의 4피스톤 래디얼 캘리퍼(Brembo의 라이선스 제품)를 장착했음에도 시속 100km에서 화물열차처럼 긴 48.7미터를 달린 뒤 멈췄다. 다만 Podorozhansky의 계산에 따르면 질량은 최대 감속도를 설명하는 방정식에 큰 영향을 주지 않는다. 인도의 TVS 공장에서 조립되는 이 “인도-유럽” 모델은 단순한 2채널 ABS로도 무난한 거동을 보였다. 통제력을 잃으려는 움직임은 없었지만, 결과를 자세히 들여다보면…
다음은 비교적 “공격적인” 오프로드용 Michelin Anakee Wild 타이어를 장착한 “큰 거위” BMW R 1200 GS Rallye다. 이 모델은 완전히 멈추는 데 49.9미터가 필요했다. 그 이유는 아스팔트에서 나타나는 오프로드 타이어 트레드의 특성에 있다. 하지만 바람직하지 않은 부작용도 따른다. 코너링 중 모터사이클이 흔들리고, 도로용 타이어라면 아무 문제가 없을 정도의 기울기에서도 그 흔들림이 나타난다. 이는 오프로드 지형을 주파할 능력을 얻는 대가이며, 아스팔트에서는 주행 방식을 조정해야 하는 중요한 이유다. 또한 여기 제시된 훌륭한 제동거리들은 모두 통제된 조건에서 얻은 결과라는 점을 기억해야 한다. 실제 비상 상황에서는 이 거리에 5미터, 경우에 따라 10미터를 더해야 한다.
제동거리 한눈에 보기
시속 100km에서 측정한 제동거리를 간단히 정리하면 다음과 같다.
- BMW M4(자동차): 36.3m
- BMW X3(자동차): 39.1m
- BMW K 1600 Grand America: 42m
- BMW S 1000 RR: 42.5m
- Honda Africa Twin Adventure Sports: R 1200 GS보다 짧고 S 1000 RR보다 길다
- BMW R 1200 GS: 45.4m
- BMW G 310 R: 48.7m
- BMW R 1200 GS Rallye(오프로드 타이어): 49.9m
* 오프로드 타이어
ABS는 실제로 어떻게 제동거리를 줄이는가?
이제 ABS의 중요한 측면을 살펴보자. 이 시스템이 실제로 제동거리를 줄이는 데 도움이 된다면, 주된 이유는 감속 중 안정성을 높여 제동 과정과 자칫 생명을 위협할 수 있는 상황이 타이어에만 의존하지 않도록 하기 때문이다. 모터사이클의 구조적 요소와 라이더의 기술도 함께 작용할 수 있게 해 주는 것이다. 다만 거친 노면에서는 ABS 때문에 제동거리가 오히려 길어지는 경우도 있다.
그렇다면 모터사이클을 타는 내가 적어도 BMW X3 크로스오버보다 더 뛰어난 제동 성능을 낼 수 있을까? 가능성은 있지만 거의 가정에 가까운 상황이다. 이를 위해서는 흠잡을 데 없는 아스팔트, 테스트 차량 중 가장 긴 휠베이스를 지닌 BMW K 1600 Grand America, 최적의 작동 온도까지 데운 레이싱 슬릭 타이어가 필요하며 ABS도 꺼야 한다. 그래도 제동 성능의 향상은 미미할 가능성이 크다. 크루저 소유자의 일상에서 이런 상황을 상상하기도 어렵다. 이번 실험에서는 BMW S 1000 RR이 시속 200km에서 멈추는 제동거리를 측정했다. 이 “독일산” 스포츠바이크는 노면의 요철에서 신나게 튀어 오르며 중력을 거스르려 했고, 뒤쪽을 흔들면서 거의 탈출 속도에 도달할 듯하다가 무려 177미터를 지나서야 멈췄다.
스토피가 발생하기 쉬운 짧은 휠베이스의 모터사이클에 대해, 꼼꼼한 편집장은 마찰계수가 낮아질수록 자동차와 비슷한 제동 강도를 달성할 가능성이 커진다고 주장한다. 하지만 미끄러운 도로가 새로운 장애물을 만들어 강한 제동 시도를 자주 무산시키므로 실제로는 여전히 가능성이 낮다고 덧붙이고 싶다.
모터사이클에서 ABS보다 더 잘 제동할 수 있을까?
모터사이클에서 ABS보다 더 뛰어난 제동을 할 수 있을까? 답은 ‘그렇다’이지만 중요한 전제 조건이 따른다. 나는 서킷에서 여러 차례 이를 성공적으로 해냈다. 하지만 최적 온도까지 데운 레이싱 슬릭 타이어, 깨끗한 아스팔트, 미리 정해 둔 제동 시작 지점 같은 이상적인 조건이 필요하다. 게다가 모터사이클을 완전히 정지시킨 것이 아니라 코너 진입 전에 속도만 줄였다. 이런 조건은 실제 도로 주행과는 거리가 멀다. 따라서 버튼 하나로 ABS를 쉽게 끌 수 있는 내 KTM 990 SMT에서도 보통은 ABS를 켜 둔다. 비가 오거나 노면이 고르지 않거나 다른 도로 이용자가 예상치 못한 움직임을 보인다면 어떨까? 이런 모든 상황에서 ABS는 경험 수준과 관계없이 모터사이클 운전자의 99.9%보다 더 뛰어난 제동 성능을 발휘한다.
이번에는 ABS가 전혀 없는 모터사이클을 생각해 보자. 이런 경우에는 뒷브레이크를 밟아 뒷서스펜션을 “가라앉히는” 동시에 앞브레이크 레버를 부드럽게 당겨 앞바퀴가 잠기기 직전 상태를 유지하는 것이 좋다. 흥미롭게도 이 조언은 ABS가 장착된 모터사이클에도 적용된다. 다만 연동형 제동 시스템을 갖춘 고급 모터사이클의 소유자는 앞브레이크 레버만 조작하면 되고, 나머지는 전자제어 시스템이 처리한다. 앞으로는 이러한 전자 시스템이 제동 방법뿐 아니라 주행 궤적까지 결정하게 될지도 모른다. 그 미래가 오기 전까지 ABS가 있는 모터사이클과 없는 모터사이클 중 무엇을 살지에 관한 선택은 결국 한 가지 단순한 질문으로 귀결된다. ABS 없는 모터사이클을 감당할 만큼 내 운과 신체 상태가 좋은가?
테스트에 사용된 타이어
테스트 중 각 차량에 장착된 타이어는 다음과 같다.
- BMW M4: Michelin Pilot Super Sport, 255/35 R19(앞), 275/35 R19(뒤)
- Kia Stinger GT: Continental SportContact 6, 225/40 R19(앞), 255/35 R19(뒤)
- BMW X3: Pirelli Cinturato P7, 245/50 R19
- BMW K 1600 Grand America: Bridgestone Battlax BT-022, 120/70 R17(앞), 190/55 R17(뒤)
- BMW S 1000 RR: Pirelli Diablo Supercorsa, 120/70 R17(앞), 190/55 R17(뒤)
- Honda Africa Twin Adventure Sports: Dunlop Trailmax D610, 90/90 R21(앞), 150/70 R18(뒤)
- BMW R 1200 GS: Michelin Anakee, 120/70 R19(앞), 170/60 R17(뒤)
- BMW G 310 R: Michelin Pilot Street Radial, 110/70 R17(앞), 150/60 R17(뒤)
- BMW R 1200 GS Rallye: Michelin Anakee Wild, 120/70 R19(앞), 170/60 R17(뒤)
2륜차 ABS의 세부 차이: 표준 ABS와 코너링 ABS
2채널 ABS는 앞바퀴와 뒷바퀴의 각속도를 측정하는 센서 데이터를 이용한다. 차이가 감지되면, 즉 한쪽 바퀴가 잠길 가능성이 있다고 판단되면 해당 브레이크 회로의 압력을 낮췄다가 다시 높이는 방식으로 조절한다. 그러나 자동차와 모터사이클 사이에는 근본적인 차이가 있다. 자동차는 차체가 기울더라도 그 정도가 작고, 흔히 코너 중심의 반대 방향으로 기운다. 반면 모터사이클은 회전할 때 항상 기울어진다. 2014년 오스트리아 제조업체 KTM은 Bosch와 협력해 KTM 1190 Adventure에 이른바 “Cornering ABS”를 도입하며 이 기술의 선구자가 됐다. BMW도 2015년에 뒤를 이어 자사 시스템을 “ABS Pro”라고 명명했다. 물론 Bosch도 개발에 참여했다. 이러한 시스템은 휠 속도 센서뿐 아니라 경사 센서까지 사용한다. 기울기 각도를 파악할 뿐만 아니라 종방향 및 횡방향 가속도, 스로틀 위치, 선택된 기어, 엔진 모드 등 다양한 데이터를 분석한다. 이를 바탕으로 연동형 제동 시스템에서 앞브레이크와 뒷브레이크 사이에 제동 부담을 어떻게 배분할지 결정한다. Bosch에 따르면 이러한 판단은 초당 무려 100회 이루어진다.
이제 실제 주행에서 어떤 느낌인지 살펴보자. KTM 990 SMT를 서킷에 가져가면 일반 ABS가 코너에서 지나치게 적극적으로 개입한다는 느낌을 자주 받는다. 실제로 위험한 순간에 이르기 훨씬 전에 브레이크를 풀어 버리며, 그 과정에서 주행 궤적이 의도치 않게 펴지기도 한다. 반면 BMW S 1000 RR이나 KTM 1190의 “코너링” ABS가 개입하는 순간은 거의 알아차리기 어렵다. 하지만 코너 반경을 넓히지 않으면서 제동 지점을 더 늦출 수 있게 해 주는 효과는 탁월하다. 가장 강하게 제동하는 단계에서도 모터사이클을 정밀하게 제어할 수 있어 주행 궤적을 바꾸거나 이전에는 상상하지 못했던 기동을 수행할 수 있다.
브레이크 레버를 잡는 올바른 손가락 수
이제 모터사이클 운전자 사이에서 가장 논쟁적인 주제 중 하나를 살펴보자. 브레이크 레버에는 손가락을 몇 개 써야 할까? 하나, 둘, 아니면 네 개 모두일까? 답은 간단하다. 핸들 그립을 완전히 통제할 수 있는 범위에서 자신의 모터사이클을 효과적으로 감속하는 데 필요한 만큼의 손가락을 사용하면 된다.
핵심 요점: 모터사이클과 자동차의 제동거리
- 비상 제동 시 자동차는 더 넓은 윤거, 네 개의 접지면, 무게중심에 비해 긴 휠베이스 덕분에 거의 항상 모터사이클보다 더 빨리 멈춘다.
- 휠베이스 길이와 무게중심 높이는 모터사이클의 제동거리와 안정성을 좌우하는 가장 큰 요인이다.
- ABS 자체가 반드시 제동거리를 줄이는 것은 아니다. 주요 이점은 특히 경험이 적은 라이더에게 안정성과 일관성을 제공한다는 데 있다.
- 코너링 ABS(BMW ABS Pro, KTM Cornering ABS)는 차체가 기울어진 상태에서도 제동할 수 있게 해 주며, 표준 ABS는 이를 안전하게 수행할 수 없다.
- 오프로드 타이어는 아스팔트에서 제동거리를 늘리고 코너링 안정감을 떨어뜨릴 수 있다.
- 실제 반응 시간과 노면 조건을 고려하려면 공개된 제동거리에 5~10미터를 추가해야 한다.
저자: Vladimir Zdorov
사진: Nikita Kolobanov
이 글은 번역문입니다. 원문은 여기에서 읽을 수 있습니다: 돌이킬 수 없는 지점: 모터사이클과 자동차 제동의 세부 원리 알아보기
게시 9월 20, 2023 • 읽기까지 8m 소요
