언더스티어와 오버스티어는 코너링 시 차량의 거동을 설명하는 중요한 개념입니다.
트랙 주행을 즐기시는 분들이라면 자주 겪게되는 현상이기도 하죠.
비록 다이나믹한 주행을 즐기시는 분이 아니더라도 언더스티어와 오버스티어에 대해 이해하시면 평소 주행시 도움이 될 수 있습니다.
한계주행이 아닌 일반주행을 하더라도 언제든 마주칠 수 있는 현상이기 때문입니다.
본 포스팅에서는 언더스티어 및 오버스티어가 어떻게 발생하는지와 약간의 셋팅 변경을 통해 그현상을 줄이는 방법에 대해 이야기해보도록 하겠습니다.
운전스킬을 통한 언더/오버스티어를 수정하는 방법은 생략하였습니다.
언더스티어와 오버스티어는 많은 분들이 아시다시피 운전자가 핸들을 꺾은 정도와 실제 차가 돌아가는 정도의 차이를 나타냅니다.
운전자가 핸들을 꺾은 정도보다 차가 덜 돌아간다면 언더스티어.
운전자가 핸들을 꺾은 정도보다 차가 더 많이 돌아간다면 오버스티어라고 부르죠.
단순화 시킨 이야기지만 전부를 담고 있는 내용이기도 합니다.
타이어의 접지 측면에서 보면 언더스티어는 코너링 중에 프런트 타이어가 리어 타이어보다 접지력이 먼저 줄어들기 시작할 때 발생합니다.
프런트 타이어가 이미 접지력의 한계를 만났으므로 횡가속도를 더 늘릴 수 없어서 의도한 방향보다 더 크게 돌게 되는 것입니다.
반대로 오버스티어는 코너링 중에 리어 타이어가 프런트 타이어보다 접지력이 먼저 줄게 되었을 때 발생합니다.
차량 동역학 측면에서 본다면 슬립 앵글(Slip Angle)을 이용하여 언더스티어/오버스티어를 설명할 수 있습니다.
슬립 앵글은 휠이 실제로 가고 있는 방향과 현재 향하고 있는 방향 사이의 각도를 이야기 합니다.
슬립 앵글이 생기는 이유는 타이어의 재질적인 특성 때문이죠.
신축성이 있는 타이어의 재질 특성상 외부의 힘을 받게 되면 변형되게 됩니다.
코너링 시 타이어 접지면에 발생하는 마찰력으로 인해 타이어 트레드 방향이 휠 회전 방향과는 다른 방향으로 변형되는 것이죠.
코너링 중에 자동차는 다양한 요소(가속, 하중이동, 서스펜션구조 등)로부터 영향을 받게 되어 프런트/리어의 슬립 앵글이 달라지게 됩니다.
만일 주행중인 차의 프런트 슬립 앵글이 리어의 슬립 앵글보다 크다면 그 차는 언더스티어라고 합니다.
반대로 리어의 슬립 앵글이 프런트의 슬립 앵글보다 크다면 그 차는 오버스티어라고 하죠.
만일 프런트와 리어의 슬립 앵글이 모두 같다면 그 차는 뉴트럴스티어 입니다.
하지만 실제로는 무게배분, 서스펜션구조, 노면상태 등 다양한 요인에 의해 100% 완벽한 뉴트럴스티어 성향을 갖기는 어렵습니다.
대부분의 양산 차량의 경우 약간의 언더스티어 성향을 갖도록 셋팅이 되어 있습니다.
그 이유는 언더스티어/오버스티어/뉴트럴스티어 이 세가지 경우 중에 언더스티어가 가장 안정된 상태이기 때문입니다. 따라서 주행시 최대한 뉴트럴스티어를 갖게 하면서 안정되게 주행하도록 하기 위하여 약간의 언더스티어 성향을 갖도록 셋팅하게 됩니다.
그러면 언더스티어/오버스티어를 결정짓는 요인에 대해 알아보도록 하겠습니다.
일반적으로 전륜 차량의 경우 전륜으로 치우친 무게로 인하여 프런트 휠에 더 큰 슬립 앵글을 만들어 내기 때문에 언더스티어 성향을,
후륜 차량의 경우 전륜 차량에 비교하여 후륜에도 많은 무게가 가해지기 때문에 오버스티어 성향을,
미드쉽 차량의 경우 앞/뒤 무게배분이 좋기 때문에 다른 구동방식들에 비해 좀 더 뉴트럴 스티어쪽 성향을 갖는다고 합니다.
하지만 실제로는 이처럼 구동방식에 따라 스티어 성향이 정해지는 것은 아닙니다.
(구동방식이 많은 영향을 미칠 수는 있습니다.)
그 이유는 구동방식 및 무게배분이 언더스티어/오버스티어를 결정짓는 요소의 전부가 아니기 때문입니다.
언더스티어/오버스티어를 결정 짓는 주요 요소는 다음과 같습니다.
- 무게배분
- 서스펜션 지오메트리
- 스프링/댐퍼 셋업
- 타이어상태
- 노면상태
- 코너의 종류
등등 입니다.
위의 언급한 요소들은 급격한 거동 변화로 인한 언더/오버스티어가 아닌 주로 차량 자체의 자연적인 특성을 결정하는 요소들입니다.
이처럼 많은 요소들이 복합적으로 작용하여 스티어 특성을 만들어 내기 때문에 “모든 전륜차는 언더스티어 성향이다” 또는 “모든 후륜차는 오버스티어 성향이다” 라고 말하기 힘든 것입니다.
특수 목적의 차량(예를들어 글씨쓰기용도 등)을 제외하고는 그립 주행에서 대부분 뉴트럴 스티어 성향을 갖도록 튜닝을 하고 싶어하실 겁니다.
그래서 언더스티어 및 오버스티어를 뉴트럴 스티어 성향쪽으로 바뀔 수 있도록 셋팅하는 방법에 대해 간단하게 나열해 보도록 하겠습니다.
1. 언더스티어 → 뉴트럴스티어
- 프런트 타이어 공기압을 높임
- 리어 타이어 공기압을 낮춤
- 프런트 스프링레이트를 낮춤
- 리어 스프링레이트를 높임
- 프런트 댐퍼 Compresion 셋팅을 부드럽게 변경(조절 가능한 댐퍼인 경우)
- 리어 댐퍼 Compresion 셋팅을 단단하게 변경(조절 가능한 댐퍼인 경우)
- 프런트 차고를 낮춤(차고조절식 서스펜션인 경우)
- 리어 차고를 높임(차고조절식 서스펜션인 경우)
- 프런트 스웨이바 셋팅을 부드럽게 변경
- 리어 스웨이바 셋팅을 단단하게 변경
- 프런트 토 각을 -로 더 줌(토 아웃쪽으로)
- 리어 토 인을 줄임
- 프런트 캠버 네거티브 쪽으로 더 줌
- 프런트쪽 무게를 줄임
2. 오버스티어 → 뉴트럴스티어
- 프런트 타이어 공기압을 낮춤
- 리어 타이어 공기압을 높임
- 프런트 스프링레이트를 높임
- 리어 스프링레이트를 낮춤
- 프런트 댐퍼 Compresion 셋팅을 단단하게 변경(조절 가능한 댐퍼인 경우)
- 리어 댐퍼 Compresion 셋팅을 부드럽게 변경(조절 가능한 댐퍼인 경우)
- 프런트 차고를 높임(차고조절식 서스펜션인 경우)
- 리어 차고를 낮춤(차고조절식 서스펜션인 경우)
- 프런트 스웨이바 셋팅을 단단하게 변경
- 리어 스웨이바 셋팅을 부드럽게 변경
- 프런트 토 각을 +쪽으로 더 줌(토 인쪽으로)
- 리어 토 인을 더 줌
- 프런트 네거티브 캠버를 줄임
- 리어쪽 무게를 줄임
지금까지 언더스티어를 줄이는 법 및 오버스티어를 줄이는 방법에 대해 간단히 정리해 보았습니다.
전체적으로 보면 프런트를 부드럽게 또는 리어를 단단하게 했을 때, 언더스티어 현상이 줄어들고,프런트를 단단하게 또는 리어를 부드럽게 했을 때 오버스티어 성향이 줄어드는 것을 알 수 있습니다.
좀 더 자세하게 정리해본다면 코너진입시/코너중간/코너탈출시 등 다양한 상황에 따라 셋팅을 해야 하지만 너무 많은 내용을 한번에 담기 어렵기 때문에 금번 포스팅에서는 가장 간단하게 변경할 수 있는 셋팅 위주로 정리해 보았습니다.
위의 내용은 가장 기초적인 내용으로 만일 스티어 특성을 변화시키고 싶다면 매우 작은 범위 내에서 변경하는걸 추천 드립니다.
그 이유는 위에 언급한 내용중 한 부분만을 크게 변경하게 되면 차 자체의 밸런스가 무너질 가능성이 크기 때문입니다.
어떤 튜닝이던지 한 부분을 변경하게 되면 분명 다른 부분에 영향을 끼치게 마련입니다.
다시말하면 빠른 차를 만들기 위하여 스티어 특성을 크게 변경하는 것은 오히려 차를 망칠 가능성이 큽니다.
그리고 최대한 뉴트럴스티어로 만든다고 하더라도 튜닝 전 차량상태가 심각한 상태가 아닌 이상 큰 성능 업그레이드 효과는 보기 어렵습니다.
이미 순정 상태의 밸런스가 좋은 양산차라면 단지 스티어 성향을 조정하기 위한 튜닝인 것이죠.
마지막으로 언더스티어/오버스티어는 운전자에 따라서도 많은 영향을 받게 됩니다.
운전으로 인한 언더/오버스티어 주요 요인을 요약해보면 다음과 같습니다.
- 코너링 속도
- Throttle 양
- 브레이킹
- 조향각
- 하중이동량
따라서 셋팅을 변경하기 전에 정확한 언더스티어/오버스티어 파악이 중요합니다.
만일 운전이 미숙하여 발생하는 언더스티어/오버스티어인 경우 셋팅을 변경했을 때 차량 다른부분의 밸런스만 무너지게 될 수 있습니다.
지금까지 언더스티어/오버스티어 현상에 대해 알아보고 간단한 셋팅 변경을 통해 어떻게 하면 최대한 뉴트럴스티어로 만들 수 있는지에 대해 알아보았습니다.
실제로는 엄청 많은 내용을 압축하였기 때문에 Intro 내용 정도로 재밌게 읽어주셨으면 좋겠습니다.
추후 포스팅을 통해 세부 항목별로 자세한 정리를 해보도록 하겠습니다.
읽어주신 분들께 많은 도움이 되었으면 합니다.