인류 최초 트레드 타이어... 어떤 타이어 회사가 먼저 만들었나?

1800년대 후반 자동차가 발명되면서 타이어의 발명도 절실했다. 타이어의 발명 전까지는 자동차 바퀴는 단단한 나무 림이나 금속 밴드로 이뤄졌었다. 1888년 메르세데스-벤츠의 설립자이자 최초의 내연기관 자동차를 발명한 카를 벤츠(Karl Friedrich Benz)는 자동차에 맞춘 타이어도 발명했다. 금속 프레임에 고무를 입히고 공기를 채운 형태였다. 

하지만 카를 벤츠의 타이어는 공기는 들었지만 트레드는 없었다. 트레드가 없던 타이어는 습한 환경과 진흙 노면에서 미끄러지기 일쑤였다. 1905년이 되어서야 최초의 트레드 패턴이 적용된 타이어가 개발됐다. 이를 만들어 낸 것이 콘티넨탈 타이어다. 최초의 트레드 패턴 타이어는 트레드를 수작업으로 새겼다. 트레드 패턴이 적용된 타이어는 젖은 노면과 비포장 도로에서 견인력이 향상됐고 제동거리도 단축되는 효과를 입증했다.

오늘날에도 타이어의 트레드 패턴은 주행 안전에 중요하다. 자동차 타이어의 접촉 면적은 엽서 크기 정도로 이를 통해 제동, 가속, 조향에서 발생하는 모든 힘을 전달한다. 트레드 패턴은 노면과 접촉 순간부터 물과 진눈깨비 그리고 눈을 움켜쥐고 배출시켜 타이어 고무와 도로의 접촉을 유지하고 수막현상을 방지한다.

트레드 패턴의 디자인에 의해 소음과 코너링 특성 그리고 제동을 비롯해 마모 성능도 결정된다. 패턴에 따라 성능이 결정되므로 트랙 전용 타이어, 여름용 타이어, 사계절 또는 겨울용 타이어 등 사용 환경 특성에 따라 트레드 패턴도 별도 개발된다. 특히 겨울용 타이어는 여러 개의 블록과 사이프, 그루브를 가지고 있어 트레드 패턴의 다양함을 눈으로 볼 수 있다.

트레드 패턴은 크게 세가지로 분류된다. 대칭형, 비대칭, 방향성 트레드 패턴 등이다. 대칭형 트레드 패턴은 뛰어난 범용성을 가진다. 타이어의 안쪽과 바깥쪽 패턴이 동일하게 대칭을 이룬다. 어떤 방향으로도 사용할 수 있어 타이어를 원하는 위치에 장착할 수 있다. 

비대칭 트레드 패턴은 성능의 다양성을 추구한다. 여러 영역에서 높은 수준의 성능을 달성하기 위해 시도된다. 타이어 트레드의 안쪽과 중간 바깥쪽은 가속, 제동, 선회 각 영역에서 각기 다른 영향력을 가진다. 개발자들은 트레드 안쪽과 바깥쪽에 서로 다른 소재를 적용해 마른 노면 성능과 코너링을 향상하면서도 젖은 노면 접지력을 놓치지 않는다.

방향성 트레드 패턴은 특정 회전 방향성을 가지고 있다. 이를 이용해 수막 현상에 대한 높은 대응능력과 눈길 및 진눈깨비 환경에서 좋은 성능을 발휘한다. 올웨더 또는 겨울용 타이어들이 방향성 트레드 패턴을 갖춘 경우가 많다. 

트레드는 다양한 형태와 구성으로 이뤄진다. 트레드 패턴에서 튀어나온 고무 부분은 트레드 립이라고 부른다. 트레드 패턴이 없는 슬릭 타이어가 아니면 트레드 립은 여러 개로 나뉜다. 이때 나뉜 홈을 그루브라고 명칭한다. 타이어 굴곡을 따라 수직으로 트레드 립을 나눈 그루브를 원주 방향 그루브, 수평으로 굵게 트레드 립에 새겨진 것을 교차 그루브로 부른다. 그루브는 물을 배출하고 수막현상을 줄이는 역할을 한다.

트레드 립이 그루브로 나뉜 구간을 블록이라고 말한다. 타이어 외측 부분은 숄더라고 명칭하며 숄더가 나뉘면 숄더 블록이다. 가속, 제동, 코너링에 필수적인 견인력과 접지력을 제공한다.

사이프는 블록에 미세하게 새겨진 홈이다. 사이프는 트레드 블록의 유연성을 높여 젖거나 미끄러운 노면에서 접지력을 향상시킨다. 또한 타이어와 노면 사이에 마찰이 일어나며 가둬지는 공기를 배출시켜 소음 절감에도 기여한다. 

타이어 개발자들은 다양한 요소들을 기술적으로 결합해 목적에 맞는 타이어의 특성을 구현한다. 패턴 디자이너들은 타이어 성능 최적화를 목표로 패턴을 설계한다. 콘티넨탈 타이어는 트레드 패턴에 대한 1700건 이상의 특허를 보유 중이다.

120년 전에는 겨우 그루브 패턴을 수작업으로 새겼지만 오늘날에는 첨단 시뮬레이션 기술이 활용된다. 컴퓨터에서 가상으로 디지털 프로토타입을 설계하고 이를 바탕으로 초기 테스트 또한 컴퓨터 시뮬레이션이 쓰인다. 여기에 인공지능도 도입되는 추세다.

AI 시스템은 타이어 트레드 패턴의 물리적 특성을 예측하고 최적화에 기여한다. 또한 다양한 조건의 환경을 대입해 타이어 특성을 시뮬레이션해 결과를 도출한다. 시뮬레이션의 활용을 극대화해 초기 테스트에서 타이어가 갖출 성능을 최대한 확보한다. 이를 통해 타이어 시험에 필요한 생산을 최소화한다. 

결과 시험 드라이버의 시험 횟수가 줄어들며 만일에 발생할 수 있는 안전 사고도 예방한다. 실제 시험에 필요한 자원의 절약도 가능하다. 또한 기존보다 타이어의 개발시간도 단축시킬 수 있다.