휠베이스

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1. 개요
2. 자동차
3. 자전거 및 오토바이
4. 스케이트보드
5. 철도
- 5.1. 철도 차량의 휠베이스 유형
- 5.2. 휠베이스와 철도 운행
참조

1. 개요

휠베이스는 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴 차축 사이의 거리를 의미하며, 자동차, 자전거, 스케이트보드, 철도 차량 등 다양한 운송 수단에서 중요한 요소로 작용한다. 자동차의 경우 휠베이스는 차량의 무게 분배, 조향 특성, 승차감, 회전 반경 등에 영향을 미치며, 휠베이스가 길수록 피칭과 요잉이 억제되고 거주 공간이 넓어지는 장점이 있는 반면, 차체 강성 확보가 어려워지고 회전 반경이 커질 수 있다. 철도 차량에서는 차축 사이의 간격을 휠베이스 또는 축간 거리라고 부르며, 곡선 통과 능력과 선로에 가해지는 하중에 영향을 미쳐, 탈선과 사행 운동을 억제하고 고속 주행을 실현하기 위해 휠베이스와 관련된 다양한 요소들을 고려한다.

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휠베이스
개요
정의	앞바퀴 차축 중심과 뒷바퀴 차축 중심 사이의 수평 거리
중요성	차량 설계 및 핸들링 특성에 중요한 영향
특징
긴 휠베이스	승차감 향상, 직진 안정성 증가
짧은 휠베이스	민첩한 핸들링, 좁은 공간에서의 기동성 향상
관련 요소
전반적 비율	차량의 전체적인 비율과 디자인에 기여
축하중 분포	핸들링 및 안정성에 영향
회전 반경	차량의 회전 성능 결정
디자인 고려 사항
핸들링	운전자가 차량을 제어하는 방식
승차감	운전 및 탑승 중 편안함
실내 공간	승객과 화물을 위한 공간

2. 자동차

자동차의 휠베이스는 앞바퀴와 뒷바퀴 차축 사이의 거리를 의미한다. 휠베이스는 차량의 무게 분배에 영향을 미치기 때문에 차량의 균형과 조향에 매우 중요하다. 예를 들어 뒷쪽에 무게가 많이 실린 자동차는 앞 타이어의 하중 부족으로 인해 언더스티어 경향을 보일 수 있다.

자동차에서 윤거가 같은 경우, 휠베이스 수치를 크게 하면 차체의 앞뒤 흔들림(피칭)과 횡요(요잉)가 억제되고, 거주 공간을 확대할 수 있다는 장점이 있지만, 서스펜션으로부터의 입력에 대한 차체 강성 확보가 어려워지고, 회전 반경이 커지는 경향이 있다.

휠베이스 바깥쪽, 즉 차륜 축에서 차량 단부까지의 거리를 '''오버행'''이라고 하며, 앞바퀴 축에서 전단부까지의 거리를 '''프론트 오버행''', 뒷바퀴 축에서 후단부까지의 거리를 '''리어 오버행'''이라고 한다.

버스의 휠베이스는 '척'이라고도 불린다. 'L척', 'N척', 'Q척' 등의 통칭은 각 차종에서 휠베이스마다 형식의 마지막을 할당하는 데서 유래한다.^[4]

2. 1. 휠베이스와 차량 성능

휠베이스는 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 거리로, 차량의 무게 분배, 조향 특성, 승차감 등에 큰 영향을 미친다.

평형 상태에서 차량에 작용하는 힘의 총 토크는 0이므로, 휠베이스에 따라 각 타이어에 가해지는 힘이 달라진다. 일반적으로 긴 휠베이스는 직진 안정성과 승차감을 향상시키지만, 회전 반경이 커져 민첩성이 떨어질 수 있다. 반면 짧은 휠베이스는 민첩한 핸들링을 제공하지만, 고속 주행 시 안정성이 떨어질 수 있다.^[2]

무게 분배: 휠베이스는 차량의 무게가 앞뒤 바퀴에 어떻게 분배되는지를 결정한다. 예를 들어, 트럭에 짐을 실으면 질량 중심이 뒤로 이동하여 뒷 타이어에 더 큰 힘이 가해진다. 뒷바퀴에 무게가 많이 실린 자동차는 앞 타이어의 하중과 그립(마찰)이 부족하여 언더스티어 경향을 보일 수 있다.^[2]
조향 특성: 휠베이스는 차량의 회전 특성에도 영향을 미친다. 짧은 휠베이스의 차량은 회전 시 뒷 타이어에 더 큰 측면 힘이 작용하여 운전자가 빠르게 대처해야 할 수 있다. 휠베이스가 짧은 차의 경우, CM에서 뒷바퀴까지의 짧은 지레 팔은 뒷 타이어에 더 큰 측면 힘을 가하게 되며, 이는 운전자가 스핀 아웃이나 그보다 더 심각한 상황을 방지하기 위해 조정할 시간이 줄어들고 가속도가 더 커짐을 의미한다.^[2]
승차감: 긴 휠베이스는 일반적으로 더 부드러운 승차감을 제공한다.

휠베이스와 더불어 오버행(차축에서 차량 앞뒤 끝단까지의 거리)도 차량의 조종 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 앞바퀴 축에서 전단부까지의 거리를 '''프론트 오버행''', 뒷바퀴 축에서 후단부까지의 거리를 '''리어 오버행'''이라고 한다. 승용차는 휠베이스를 최대한 크게 설정하여 조종 안정성과 거주성을 확보하는 설계가 주류를 이루고 있다. 그러나 스포츠카는 운동성을 중시하여 휠베이스가 짧은 경우가 많다. 대형 버스에서는 휠베이스가 차체 길이와 수용 능력에 영향을 미친다.

버스 휠베이스 차이 비교. 위는 휠베이스 4.8m(KL-LV280L1), 아래는 휠베이스 5.8m(PJ-KV234Q1)

2. 2. 휠베이스와 무게 분배

휠베이스는 차량의 무게 분배에 영향을 주어 차량의 균형과 조향에 중요한 역할을 한다. 무게 중심이 뒤쪽에 있는 자동차는 앞 타이어의 하중(힘) 부족으로 인해 언더스티어 경향을 보일 수 있다. 이는 앞 타이어의 그립(마찰)이 감소하기 때문이다.^[2] 단일 축 캐러밴을 견인할 때 견인 고리에 가해지는 하중이 약 400N이 되도록 캐러밴의 무게를 분산하는 것이 중요하다.

반대로, 무게 중심이 앞쪽에 있는 차량은 오버스티어하거나 "스핀 아웃"될 수 있다. 이는 앞 타이어에 너무 많은 힘이 가해지고 뒷 타이어에 충분한 힘이 가해지지 않기 때문이다.^[2] 또한, 회전 시 타이어에 측면 토크가 가해져 질량 중심(CM)에서 타이어까지의 거리에 따라 회전력이 발생한다. 따라서 휠베이스가 짧은("SWB") 차량의 경우, CM에서 뒷바퀴까지의 짧은 지레 팔은 뒷 타이어에 더 큰 측면 힘을 가하게 된다.^[2] 이는 운전자가 스핀 아웃 등을 방지하기 위해 조정할 시간이 줄어들고 가속도가 더 커짐을 의미한다.

2. 3. 다양한 휠베이스

일부 자동차는 차량의 공간과 고급스러움을 높이기 위해 롱 휠베이스(long-wheelbase) 변형 모델로 제공된다. 이러한 관행은 메르세데스-벤츠 S-클래스와 같은 풀사이즈 자동차에서 흔히 볼 수 있지만, 롤스로이스 팬텀과 같은 초고급차량이나 심지어 대형 패밀리 카인 로버 75에도 '리무진' 버전이 있었다. 영국의 토니 블레어 총리에게는 공식 사용을 위해 롱 휠베이스 버전의 로버 75가 제공되었다.^[3] VW 티구안 및 지프 랭글러와 같은 일부 SUV도 롱 휠베이스로 제공된다.

반대로, 혼다 어코드와 같은 일부 차량의 쿠페 모델은 일반적으로 파생된 세단보다 짧은 휠베이스로 제작된다.

3. 자전거 및 오토바이

상업적으로 판매되는 많은 자전거와 오토바이의 휠베이스는 질량 중심의 높이에 비해 매우 짧아, 스토피와 윌리를 할 수 있다.

4. 스케이트보드

스케이트보드에서 '휠베이스'는 데크의 두 쌍의 장착 구멍 사이의 거리를 의미한다. 이는 두 쌍의 바퀴 회전 중심 사이의 거리와는 다르다. 데크는 미리 뚫린 구멍과 함께 판매되지만, 보통 트럭과 바퀴는 포함되지 않기 때문에, 미리 뚫린 구멍을 사용하여 데크의 특성을 측정하고 설명하는 것이 더 쉽다.

흔히 휠베이스 선택이 스케이트보더의 키에 의해 영향을 받는다고 오해하지만, 데크의 길이는 휠베이스보다 더 적합하다. 휠베이스는 스케이트보더의 키와 상관없이 다양한 속도나 지형에서 유용한 특성에 영향을 미치기 때문이다. 예를 들어, 약 55.88cm와 같이 휠베이스가 긴 데크는 회전에 느리게 반응하며, 이는 종종 고속에서 바람직하다. 반면 약 35.56cm와 같이 휠베이스가 짧은 데크는 회전에 빠르게 반응하며, 이는 뒷마당 풀장이나 빠르고 격렬한 회전이 필요한 다른 지형에서 스케이트를 탈 때 종종 바람직하다.

5. 철도

철도 차량에서 휠베이스는 차축 사이의 간격을 의미하며, '축간 거리' 또는 '고정 축간 거리'라고도 한다.^[5] 증기 기관차와 같이 바퀴 크기가 다른 경우, 휠베이스는 바퀴 중심이 아닌 바퀴와 레일 접촉 지점 사이에서 측정한다.

휠베이스는 철도 차량의 곡선 통과 능력과 선로에 가해지는 하중에 영향을 미친다. 짧은 휠베이스는 좁은 곡선을 통과하기 유리하지만, 선로에 더 큰 하중을 집중시킨다. 반면 긴 휠베이스는 선로 하중을 분산시키지만, 곡선 통과 능력은 떨어진다. 따라서 철도 차량의 휠베이스는 차량의 총중량, 운행할 선로의 곡선 반경, 선로 조건 등을 고려하여 설계된다.

5. 1. 철도 차량의 휠베이스 유형

철도 차량에서 휠베이스는 차축 사이의 간격을 의미하며, '축간 거리' 또는 '고정 축간 거리'라는 표현이 더 자주 사용된다.

2축 차의 경우, 앞뒤 차축 사이의 거리가 휠베이스이다.

보기 대차를 장착한 차량(보기차)의 경우, 하나의 대차에 장착된 차축 사이의 간격을 축간 거리라고 하며, 그 대차 사이의 간격을 대차 중심 간 거리 또는 보기 센터 간 거리라고 부른다.

일반적으로 2축 차와 보기 대차 모두 동일 차량(동일 대차)의 차축은 방향이 고정되어 자동차처럼 곡선 안쪽을 향할 수 없다. 따라서 축간 거리가 길어지면 선로에 가해지는 압력(횡압)이 커져 선로 뒤틀림을 유발하고, 선로 보수 작업에 어려움을 초래한다. 횡압이 너무 커지면 탈선을 유발할 수도 있으므로, 축간 거리를 너무 크게 설정할 수 없다. 반면, 축간 거리를 너무 작게 하면 사행 운동을 일으키는 요인이 된다.

보기차에서는 대차 사이의 거리를 늘려 축간 거리를 늘리지 않고 차체를 길게 할 수 있다. 그러나 함부로 확대하면 곡선부에서 차체 중앙이나 오버행이 건축 한계에 저촉될 수 있다. 또한, 굽어있는 역의 플랫폼에서 차량 문과 홈 사이의 간격이 너무 벌어져 승하차에 지장을 줄 수 있다^[5]. 분기기 통과 시 너무 긴 대차 간격은 탈선의 우려가 있으므로 보기 센터 간 거리(대차 중심 간 거리)의 길이는 규제된다^[6].

5. 2. 휠베이스와 철도 운행

철도 차량에서 휠베이스는 비슷한 개념을 따르지만, 바퀴 크기가 다를 수 있으므로(예: 증기 기관차) 바퀴 중심이 아닌 바퀴와 레일 접촉 지점 사이에서 측정한다.^[5]

차륜(차축)이 차량 프레임 내부에 장착된 차량(대부분 증기 기관차)의 경우, 휠베이스는 가장 앞쪽과 가장 뒤쪽 차륜 사이의 거리이다. 대차(미국식: 트럭)에 장착된 차량의 경우, 세 가지 휠베이스 측정을 구별할 수 있다.

가장 앞쪽과 가장 뒤쪽 대차의 회전점 사이의 거리
차량의 가장 앞쪽과 가장 뒤쪽 차륜 사이의 거리
각 대차의 가장 앞쪽과 가장 뒤쪽 차륜 사이의 거리

휠베이스는 철도 차량의 곡선 통과 능력에 영향을 준다. 짧은 휠베이스 차량은 더 좁은 곡선을 통과할 수 있다. 일부 더 큰 휠베이스 기관차는 곡선 통과를 위해 안쪽 바퀴에 플랜지가 없을 수 있다.

휠베이스는 차량이 선로, 선로 인프라 및 교량에 가하는 하중에도 영향을 준다. 다른 조건이 동일할 때, 짧은 휠베이스 차량은 긴 휠베이스 차량보다 선로에 더 집중된 하중을 가한다. 철도 노선은 단위 길이당 미리 결정된 최대 하중(톤/미터 또는 파운드/피트)을 견디도록 설계되므로, 철도 차량의 휠베이스는 의도된 총중량에 따라 설계된다. 총중량이 높을수록 휠베이스가 더 길어야 한다.

철도 차량에서는 차축 사이의 간격을 휠베이스라고 하며, '''축간 거리''' 또는 '''고정 축간 거리'''라는 표현이 더 자주 사용된다. 2축 차에서는 차축 사이 간격이 축간 거리이다. 보기 대차를 장착한 차량(보기차)에서는 하나의 대차에 장착된 차축 사이 간격을 축간 거리, 대차 사이 간격을 대차 중심 간 거리 또는 보기 센터 간 거리라고 한다.^[5]

2축 차, 보기 대차 모두, 일반적으로 동일 차량(동일 대차)의 차축은 방향이 고정되어 자동차처럼 곡선 안쪽을 향하게 할 수 없으므로, 축간 거리가 길어지면 선로에 가해지는 압력(횡압)이 커지고, 선로 뒤틀림을 유발하여 선로 보수 작업에 어려움이 생기는 등 악영향이 나타난다. 횡압이 너무 커지면 탈선을 초래할 수 있으므로, 축간 거리를 너무 크게 잡을 수는 없다. 축간 거리를 너무 작게 하면 사행 운동을 일으키는 요인이 된다. 탈선과 사행 운동을 억제하고 고속 주행을 실현하려면 축간 거리와 차축함 지지 강성, 차륜 답면 형상 등 사이에 적절한 관계를 찾아야 한다. 미니 신칸센#대차도 참조.^[5]

보기차에서는 대차 사이 거리를 늘려 축간 거리를 늘리지 않고 차체를 길게 할 수 있다. 그러나 함부로 확대하면 곡선부에서 차체 중앙이나 오버행이 건축 한계에 저촉될 우려가 있다. 또한, 굽어있는 역 플랫폼에서 차량 문과 홈 사이 간격이 너무 벌어져 승하차에 지장을 초래한다. 분기기 통과 시 너무 긴 대차 간격이면 탈선 우려도 있어 보기 센터 간 거리(대차 중심 간 거리) 길이는 규제된다.^[6]

참조

_[1] ISO ISO 8855:2011, 4.2 https://www.iso.org/[...]
_[2] 서적 Introduction to Statics and Dynamics http://ruina.tam.cor[...] Oxford University Press 2007-03-23
_[3] 웹사이트 Rover 75 http://www.autoexpre[...] Auto Express 2004-10-27
_[4] 문서 いすゞ・エルガ의 모델의 일종에서는,QPG-LV234L3（휠베이스4.8m）,QPG-LV234N3（동5.3m）,QPG-LV234Q3（동5.8m）과 형식이 부여되고 있다.
_[5] 문서 홈이 커브의 바깥쪽에 있는 경우는 차체 중앙이 떨어져, 홈이 커브의 안쪽에 있는 경우는 차량 양단이 떨어진다.
_[6] 문서 본문 이외의 이유에도 국철키하10계기동차#키하50형（키하44600형）|키하50형처럼 장대한 대차간 거리 때문에 분기기의 통과시에 양 대차의 안쪽 차륜이 모두 轍叉桿（Detector Bar：분기기 통과중에 오전환이 발생하지 않도록 하기 위한 메커니컬 스토퍼에 의한 보완 장치）을 넘어 버리는 문제가 있다. 자세한 내용은 해당 기사를 참조할 것.
_[7] ISO ISO 8855:2011, 4.2 https://www.iso.org/[...]

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