핸들링에 영향을 미치는 요소들

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무게 중심

 

노면에서부터의 무게 중심 높이는 하중이동에 영향을 미친다. 차량의 타이어가 구심력을 발휘해 차량이 선회할 때 차량은 진행 방향으로의 관성 때문에 하중이동이 일어나며 이는 차체의 기울임으로 표현되며 차량 무게 중심 높이와 휠베이스 간의 비율은 차량 앞뒤의 하중이동에 영향을 미친다.

 

 

브레이크를 잡거나 엑셀을 밟는 행위에 의해 차량의 관성은 차를 앞쪽 또는 뒤쪽으로 기울이게 되며 무게중심이 변하는 것이 아니고 하중만이 변하므로 언더/오버스티어에 대한 효과는 실제 무게 중심에 의한 것과는 반대로 이루어지게 되며 즉 차량이 감속할 때 앞 타이어의 하중이 증가하고 뒤 타이어의 하중은 감소하므로 그만큼 선회력이 변화하게 되며 저중심은 세단이나 SUV에 비해 스포츠카가 누리는 근본적인 이점이며 차체를 가벼운 재질로 만드는 경우도 있다.

 

 

차체의 기울임은 스프링과 안티롤바 롤중심높이에 의해 컨트롤될 수 있고 이상적인 앞뒤 바퀴의 전후 무게 배분은 50/50이며 일정한 상태의 코너링에서 다른 조건이 모두 같다면 앞이 무거운 차량은 언더스티어 하는 성향이 있고 뒤가 무거운 차량은 오버스티어 성향을 보이며 엔진이 앞에 있는 차량이 실용성을 추구하는 설계인 반면 이상적인 무게 배분을 추구하는 경우 엔진을 차체의 가운데 배치하기도 하며 다른 조건이 같다면 숙련된 드라이버는 미드 엔진 차량을 코너에서 빠르게 돌아나갈 수 있지만 FR차량이 한계상황에서 다루기 더 쉽고 스포츠카나 레이싱카에서는 후륜에 무게가 많이 실리는 것을 선호하며 이는 직선에서 코너 진입 시에 핸들링 특성 때문인데 코너 진입 시 앞 타이어는 차량의 무게중심을 선회시키는 종방향 힘과 팽이와 같이 차량의 방향을 돌리는 힘을 모두 받게 되며 그런데 뒤 타이어에서 생성되는 종방향 힘은 차량의 방향을 돌리는 힘의 반대 방향으로 작용하며 이러한 이유로 50/50 무게 배분을 가진 차량은 코너 진입 시에 언더스티어 성향을 보인다.

 

 

이러한 문제를 피하기 위해 스포츠카와 레이싱카에서는 무게를 조금 더 뒤쪽으로 배분하는 것을 선호하며 순수 레이싱 카의 경우 40/60 혹은 35/65정도의 무게 배분이 사용되며 이런 설정은 차량의 앞 타이어가 차의 관성모멘트를 극복하여 코너 진입 시의 언더스티어를 줄일 수 있게 해 주며 다른 사이즈의 휠과 타이어를 사용하는 것은 차량 제조사가 차량의 언더/오버스티어 특성을 조절하는 방법 중 하나이며 롤각 관성 롤각 관성이 클수록 차량이 안정되는 속도와 스티어링을 따라가는 속도가 늦어진다.

 

 

롤각 관성은 차량의 높이와 너비가 커질 수록 증가하며 (질량 분포가 일정하다면) 다음과 같은 식으로 표현할 수 있으며 너비가 넓으면 차량의 무게중심이 낮아지는 장점이 있지만 롤각 관성을 증가시킴으로써 핸들링을 저하시키는 요인이 되기도 하며 이러한 이유로 일부 고성능 차량은 휀더와 루프에 경량 소재를 사용하기도 하고 차량의 높이나 너비에 비해 길이가 아주 짧지 않다면 편요각 관성과 피치각 관성은 거의 동일하며 각관 성은 주어진 회전에 대한 회전 관성을 결정하며 편요각 관성은 차량이 향하는 방향의 변화를 일정하게 유지하려고 하며 이것은 타이트한 코너에서 선회를 느리게 하며 다시 직선 주로로 나올 때의 동작도 느리게 하며 피치각 관성은 안 좋은 노면에서 앞뒤 타이어의 하중을 일정하게 하려는 서스펜션의 움직임을 저해하고 따라서 범프 스티어를 유발하며 각관 성은 무게 중심점에서의 거리의 제곱에 대한 적분 값이며 따라서 작은 차들이 휠베이스와 윤거가 짧아 불리하더라도 각관 성에서는 유리하다. 

 

서스펜션

 

차량의 서스펜션은 다양한 특성을 가지고 있고 보통 앞 뒤가 다르며 핸들링에 크게 영향을 미치며 주요 요소로는 스프링 상수 댐핑 캠버 각 휠의 이동에 다른 캠버 각 변화 롤 센터 높이 서스펜션 요소들의 유연함과 진동 특성 등이며 또한 서스펜션은 스프링 아래 질량에 영향을 주며 많은 차량들은 스웨이바 혹은 단단한 축을 통해 좌우 양쪽 서스펜션이 연결된 형태를 가지며 드물게 앞뒤 서스펜션이 연결된 경우도 있고 프레임의 휘어짐은 서스펜션의 작동과 연관이 있다. 서스펜션 스트로크가 너무 짧을 경우 심각한 핸들링 문제가 생길 수 있다.

 

 

코너에서 둔턱을 만났을 때 보통의 차량들도 서스펜션 스트로크가 모자랄 수 있으며 심각한 재앙을 초래할 수 있고 심하게 개조된 차들도 비슷한 문제가 생길 수 있다. 일반적으로 부드러운 재질의 고무와 이력현상이 강한 고무 딱딱한 심지는 접지력을 좋게 하고 핸들링을 개선해 주며 좋지 않은 노면에서 지름이 큰 휠은 지름이 작고 넓은 휠보다 성능이 좋고 남아있는 트레드의 깊이는 물웅덩이를 지날 때 수막현상에 큰 영향을 미치고 공기압을 높이면 슬립 앵글이 줄어들지만 접지면적이 줄어들기 일반적인 노면에서는 좋지 않기 때문에 주의해야 하며 타이어가 노면에 접지되는 면적은 차량의 무게와 타이어의 종류 사이즈의 공식이며 넓은 타이어가 마른 노면에서의 접지력이 좋지만 1000 kg 차량이 215/45/15 사이즈를 사용하는 것보다 185/65/15 타이어를 사용하는 것이 타이어를 더 잘 눌러줄 수 있다.

 

 

따라서 그립력과 제동거리가 좋을 뿐 아니라 수막현상에 성능도 당연히 향상되며 현대의 화학제품으로 만들어진 타이어는 외기 온과 노면 온도의 영향을 받으며 이상적인 타이어는 노면을 잘 따라가도록 부드러워야 하며 충분한 거리를 달릴 정도로 딱딱해야 하며 보통은 여름과 겨울에 온도에 따라 다른 종류의 타이어를 사용하는 것이 좋다.