[ F1/모터스포츠 입문 ] 2편 - 스티어링, 언더-스티어와 오버-스티어

[ F1/모터스포츠 입문 ] 2편 - 스티어링, 언더-스티어와 오버-스티어 
 
 
F1과 모터스포츠를 이해하기 위한 두 번째 단계는 스티어링과 코너 공략에 대한 설명합니다.
'스티어링( steering )', 즉 '조향'은... 말 그대로 차량의 방향을 조절하는 것입니다.
일반 운전자들이 '핸들'이라고 부르는 차량의 운전대는,
"steering wheel"이라고 불리며, 단어 자체로 보다 정확한 의미를 설명하게 됩니다.
관성과 마찰의 개념을 통해 직진에서 가속과 감속의 원리를 설명한 것과 마찬가지로
스티어링의 원리 역시 관성과 마찰에서 시작됩니다.
단 한 가지 차이점이 있다면( 그러나 굉장히 큰 차이점입니다. )
스티어링을 통한 코너의 공략은 '2차원적'인 문제라는 점이죠.
 

 

위 그림과 같이 'start'의 위치에 있는 차량이 90도로 꺾어진 코너를 지나
'goal' 지점까지 진행해야 한다고 예를 들어 봅시다.
( 차량의 'F'라고 표시된 방햐이 앞쪽을 나타냅니다. )
일반적인  모터스포츠에서 다른 변수가 없다면 가장 좋은 기록을 낼 수 있는 'record line'은
위 그림처럼 선회하는 중심축을 기준으로 도로의 바깥쪽에서 진입하여,
코너의 안쪽에 접근하면서 방향을 틀고, 다시 도로의 바깥쪽으로 코너를 이탈하는 코스입니다.
보통은 이와 같은 공략을 '아웃-인-아웃( out-in-out )'이라고 부르며,
가장 기초적이고 단순한 코너 공략의 기본으로 여겨집니다.
( 왜 '아웃-인-아웃'이 필요하고, 실전에선 어떤 변화가 생기는지에 대해선 다음에 다시 다루겠습니다. )
레코드 라인에서 코너 공략의 전환점이 되는 'clipping point'에 대해서는 다음에 따로 설명하겠습니다.

일반적인 운전자들이 저속 운전을 하는 경우에는
그저 스티어링 휠을 적당히 조절해 주면 꼭 위와 같은 라인을 따지지 않더라도 무난하게 조향이 가능합니다.
( 그런 경우에는 스티어링에 대한 이론이 별 필요가 없겠죠. )
하지만, 차량의 속도가 높거나, 강력한 가속/감속과 함께 코너를 공략해야 하는 경우라면,
그저 스티어링 휠을 돌리는 것만으로는 원하는 코너의 공략이 되지 않고,
모터스포츠의 경우라면 기록에서 많은 손해를 입거나 사고로 이어질 수 있습니다.
 

 

두번째 그림에 나타난 것처럼,
코너를 공략하는 중의 차량은 '이전에 진행하던대로 계속 진행하려는 힘( 1번 )'과
'차량의 방향을 바꾸어 나아가려는 힘( 2번 )' 이 경쟁하게 됩니다.

여기서, 1번은 앞서 가속과 감속에서 설명했던 '관성'의 힘에 해당하며,
코너 공략의 과정을 원운동으로 이해할 경우 '원심력'과 같은 개념이라고 할 수 있습니다.
2번은 코너의 공략 과정에서 1번의 관성과 방향이 바뀐 타이어의 마찰이 결과적으로 만들어 내는 힘입니다.
( 그리고, 코너 공략 과정에서 2번의 방향은 계속 바뀌게 됩니다. )

조향 바퀴의 타이어( 대부분의 경우 주로 앞바퀴 )가 코너 안쪽으로 꺾어지고,
2번 방향으로 회전하면서 차량의 방향을 바꾸기 위해 계속해서 바닥과 마찰을 일으키고 있는 동안...
차량은 관성에 따라 1번 방향으로 나아가려는 움직임을 보이게 됩니다.
일반적으로는 속도가 너무 높거나 강한 가속이 진행되는 동안은
관성을 이겨내기에 충분한 마찰력이 발생하기 어렵고
결과적으로 원하는 것만큼 충분한 조향이 이루어지지 않습니다.
이와 같은 상황을 원하는 수준 아래( under )의 스티어링이 이루어졌다고 해서
'언더-스티어( under-steer )'라고 부릅니다.
 
반대로, 차량의 구동 방식이나 하중 이동, 출력 등의 영향으로 조향을 위한 마찰력이 크게 발생하면서,
갑작스레 원하던 것보다 많이 방향이 전환되는 현상이 발생하기도 하는데,

이처럼 원하는 수준 이상( over )의 스티어링이 이루어진 경우는
'오버-스티어( over-steer )'라고 부릅니다.

 

 

위 그림처럼 코너에서 발생하는 언더스티어는 코스 이탈 및 보호벽 충돌로 이루어질 가능성이 있으며,
반대로, 갑작스런 오버스티어는 코너 안쪽으로의 이탈 또는
심한 경우 차량이 빙빙 도는 '스핀( spin )'으로 이어질 수도 있습니다.

 

이와 같은 스티어링의 변수는 앞서 설명한 것처럼...
차량의 구동 방식, 하중의 이동과 상태, 타이어의 종류와 상태, 에어로 다이나믹스의 영향 등
다양한 변수에 의해 그 결과가 달라질 수 있습니다.
이번 2편에서는 기본적인 단어의 개념을 설명하는 선에서 마무리를 하고,
다음 3편에서는 스티어링의 변수로 많은 영향을 주는 구동 방식에 대해서 설명을 해 볼까 합니다.