언더스티어

언더스티어(Under Steer)는 차량이 코너를 돌 때 스티어링 휠을 돌린 각도보다 자동차의 회전반경이 커지는 현상이다. 반대말로는 오버스티어가 있다.

개요

언더스티어는 차량이 운전자가 의도한 목표 라인보다 바깥쪽으로 벗어나는 경향으로 스티어링 휠을 지나치게 꺽거나 과속, 브레이크 잠김 등이 원인이 되어 앞바퀴에 원심력이 작용하면, 일정한 조향각도로 회전을 하려 해도 앞바퀴가 접지력을 잃고 바깥쪽으로 미끄러져 나간다. 언더스티어가 심하면 코너를 돌지 못하고 도로 밖으로 튀어나갈 수도 있고 차량은 보통 직진성을 향상시키기 위해 약간 언더스티어로 설정되어 있다. 또한 앞 차륜 조향각에 비하여 실제의 조향 반지름이 커지는 현상으로, 이 현상은 뒤 차륜에서 발생되는 선회 구심력이 클 경우 발생하며 주로 앞바퀴 굴림 방식 차에 많이 발생한다.

발생요인

차량의 무게 배분

타이어가 마찰력을 발휘하려면 위에서 아래로 누르는 하중이 주어져야 한다. 자동차 바퀴의 방향이 바뀌는 조향은 대부분 앞바퀴에 국한되는 움직임으로 코너링과 트랙션 서클에서도 차량의 하중이동은 매우 중요한 요소이다. 한 차량을 좌우로 선회하는 데에 있어 어디에 하중을 싣느냐는 코너링의 기본이 되는 것이기 때문에 차량의 하중을 이동시키는 데에 심혈을 기울여야 하듯, 차량의 기본적인 전후 또는 좌우 무게 배분은 차량의 스티어링 특성을 결정짓는 주요 요소가 된다. 일부 자동차 제조사들은 통상적으로 차량의 본네트 아래 위치한 배터리를 트렁크로 옮겨서 조금이라도 어느 한 쪽에 무게가 쏠리지 않게 한다. 차량의 무게 배분은 코너링 특성에 영향을 미치는데 코너링 과정에서 운전자가 이븐 스로틀 즉, 차량이 현재의 속도를 유지하도록 일정 수준의 rpm을 유지할 정도로 액셀레이터를 밟는 모습을 통해 전후 하중이동을 0에 가깝게 한다고 했을 때, 전후 무게 배분이 50대 50인 차량과 70대 30인 차량의 움직임은 완전히 다른 모습을 보여준다.

구동계

구동계의 특성으로 FF 차량인 전륜구동 차량은 후륜구동 차량 대비 차량 앞부분에 하중이 집중되어 있다. 후륜구동 차량은 FR, MR, RR 등으로 구분되는데, FR 차량의 경우 FF 차량 대비 기본적으로 전후 무게 배분에 유리한데, 그 이유는 엔진이 차량 앞부분에 위치한 것은 동일하지만 뒷바퀴로 동력을 전달하기 위해 엔진-변속기-구동축이 앞바퀴에서 뒷바퀴로 나열되기 때문이다. 엔진이 뒷차축 바로 앞에 위치하는 미드십 엔진의 경우 태생적으로 전후 일정한 무게 배분에 가장 유리한 것으로 알려졌다. 리어 엔진은 FF와 반대로 조향을 담당하는 바퀴에 하중을 싣기 어려워 무게 배분에 불리하지만 예외도 있다. 세계적인 스포츠카 제조사인 포르쉐(Porsche)는 대표 모델인 911에 과거부터 이같은 방식을 고집하며 최적의 코너링 성능을 뽐내고 있다. 이처럼 구동방식에 따라 무게 배분 등이 달라짐에 따라 주행 상황에서 나타나는 코너링 특성도 달라진다.

서스펜션 세팅

급격한 스티어링휠 조작이나 급격한 페달 조작 등은 언더스티어를 부르는 행동이기 때문에 페달도 스티어링휠도 모두 부드럽게 조작하는 것이 바람직하다. 조작의 부드러움 또는 급격함과 마찬가지로 서스펜션의 부드러움 또는 단단함과 같은 특성도 자동차의 조향 특성에 영향을 미친다. 무조건 단단한 서스펜션이 코너링에 적합하다고 생각하지만 그렇지 않다. 코너링에 있어서 서스펜션은 단단함과 부드러움이 적절한 조화를 이뤄야 하는데 오랜 경험과 투자, 그리고 연구를 통해서만 가능한 일이다. 자동차 산업에 있어 후발주자가 선두를 따라갈 때, 엔진 등을 통한 출력은 금방 따라잡더라도 서스펜션이나 차체 부분에서는 격차를 좁히기 어려운 이유다. 무게 배분과 구동계의 특성 등 모든 조건이 같은 동일 차종이라 할지라도, 서스펜션과 차체의 세팅에 따라 다른 코너링 특성을 갖기 때문에 앞바퀴 서스펜션의 스프링을 보다 부드러운 것을 사용하거나 전륜에 위치한 안티롤바의 경도를 낮춘 차량의 경우, 그렇지 않은 차량에 비해 언더스티어 성향이 보다 약해진다. 조향을 담당하는 앞바퀴에 보다 부드러움을 주는 것이다.

해결방법

브레이크 잠김 방지 장치

브레이크 잠김 방지 장치(ABS)는 미끄러운 노면을 만나거나 급제동 시 브레이크가 잠기는 것을 방지하는 기능이다. 바퀴가 미끄러지면 자동차는 제어력을 잃고 스티어링 휠이나 가속 페달을 조작하는 것도 소용없게 된다. 브레이크 잠김 방지 장치는 바퀴에 달린 센서가 바퀴의 움직임을 모니터링하고 브레이킹 중에 미끄러짐을 감지하면 자체적으로 브레이크를 밟았다가 풀었다가 하는 과정을 매우 빠르게 반복하여 바퀴가 잠겨 미끄러지는 것을 방지한다. 따라서 이러한 장치로 급제동을 하더라고 언더스티어가 발생하지 않고 스티어링 휠 조작을 통해 위험을 회피하는 등의 안정적인 움직임이 가능하다.

차체자세 제어장치

차체자세 제어장치(VDC)는 브레이크 잠김 방지 장치에 보다 적극적으로 차량의 움직임을 제어한다. 운전자가 별도로 제동을 하지 않더라고 미끄러운 노면을 만나거나 코너링 중 언더스티어나 오버스티어가 발생하면 스스로 브레이크를 작동하거나 바퀴에 걸리는 구동력을 조절하여 위험한 상황을 방지하는 기능이다. 평상 시 주행에서 안전한 주행을 돕는 기능이지만 차량을 전문적으로 테스트하거나 다이나믹함을 즐기기 위한 서킷 주행에서는 차체자세 제어장치를 끄는 경우도 있다. 운전자의 조작에 반응하는 자동차의 본래의 성격을 그대로 느낄 수 있기 때문에 차량의 전체적인 성능을 가늠하거나 미끄러짐까지고 운전자가 제어한다.

하중 이동

언더스티어를 억제하기 위해서는 코너 입구에서의 속도 조절과 하중이동이 필요하다. 일반적으로 언더스티어가 일어나면 코너를 클리어하는 속도가 늦어지지만, FF 차량의 경우 오히려 언더스티어를 이용하여 코너를 빠르게 클리어 하는 턱인 기법을 활용한다. 또한 구동방식과는 별개로 서스펜션이나 타이어의 세팅에 따라서 언더스티어를 강화하거나 억제할 수 있어 많은 양산차량들의 핸들링 특성은 그 제어의 용이성 때문에 언더스티어로 세팅된다. 언더스티어의 발동조건이 한계 이상의 속도에서 코너링 시도이기 때문에 회전하기 이전의 적절한 감속으로 한계속도만 넘지 않고 준수하면 된다.

참고자료

• 〈언더스티어〉, 《네이버 지식백과》
• 〈언더스티어〉, 《네이버 지식백과》
• 영현대, 〈언더스티어, 오버스티어 왜 나는 걸까?〉, 《현대자동차㈜》, 2020-05-20
• 〈언더스티어〉, 《나무위키》
• 〈피할 수 없는 두가지, 언더스티어와 오버스티어 (상) 언더스티어〉, 《중앙일보》, 2017-09-27

같이 보기

• 자동차
• 오버스티어

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