[차량상식] 요잉(Yawing)이란?

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요잉(Yawing)이란?

요잉(Yawing) 또는 요(Yaw) 회전이란 물체가 수직방향을 중심으로 회전 진동하는 현상을 지칭한다. 조금 더 어렵게 말하면 어떤 강체의 Z 축을 중심으로 방향을 좌우측으로 변화시키는 운동을 말한다.

 

차량을 놓은 뒤 차량을 중심으로 X, Y, Z축을 그어보자. X축 중심의 좌우 변화 운동을 롤링(Rolling)이라고 하고, Y축 중심의 좌우 변화 운동을 피칭(Pitching), 그리고 Z 축 중심의 좌우 변화 운동을 요잉(Yawing)이라고 한다.

 

(출처 : https://www.liskeforensics.com/blog/title/vehicle-pitch-roll-and-yaw/id/249/)

요 레이트(Yaw Rate) 또는 요 속도(Yaw Velocity)의 개념도 있다. 차량, 항공기, 발사체 등의 요 레이트(Yaw Rate) 또는 요 속도(Yaw Velocity)는 각속도 (Angular Velocity) 또는 강체가 수평일 때 헤딩 각도의 변화율을 의미한다.

 

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관성 모멘트

요잉과 함께 나오는 개념 중 관성 모멘트 (Moment of inertia) 라는 것이 있다.

 

관성은 운동 상태를 유지하려는 성질이다. 우리가 알아볼 회전 운동에도 당연스럽게 관성이 있고, 이를 회전 관성(Rotational inertia)라고 지칭한다.

 

회전 관성의 공식은 아래와 같다.

점질량의 회전 관성

임의의 질량의 회전 관성

 

위 공식에서 I는 관성, m은 질량, r은 회전축으로부터의 거리이다. 질량이 무거울수록 회전 관성은 커지고, 회전축으로 멀리 떨어져 있을수록 회전 관성은 커진다. 회전축 주변으로 무거운 물건이 모여있으면 회전 관성은 작아지고, 회전축으로부터 멀리 무거운 물건이 있으면 회전 관성은 커지게 된다.

 

회전 관성이 높다는 것은 1) 정지한 물체를 회전시키기 어렵다는 것과, 2) 회전 중인 물체의 회전 운동을 변화시키는 것이 어렵다는 것을 의미힌다.이때 중요한 것은 회전축으로부터의 거리는 회전 관성에 제곱으로 영향을 미친다. 회전축으로부터의 거리가 2배가 되면, 회전 관성은 4배가 된다. 

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자동차에서의 요잉

 

자동차가 트랙을 돌고 있다고 해보자. 직선으로만 된 자동차 경주 트랙은 없으니, 차량은 트랙 주행 중 코너를 맞이하게 된다. 코너를 돌아나갈 때 핸들을 꺾어서 돌아나간다.

 

만약 코너를 돌아나가는 중 네 바퀴의 접지가 사라져 버리면 차량은 요 회전(Yaw rotation)을 하게 된다. 즉 타이어 접지로 인해 요 회전 관성이 감춰져 있다는 뜻이다.

 

네 바퀴의 접지가 사라지는 때는 차량이 노면과 떨어지는 경우도 있지만, 타이어와 노면 사이의 접지 한계를 넘어버리는 경우도 해당된다. 이 경우 차가 돌아버리는데 이것이 바로 차량의 요잉(Yawing)이다.

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요잉 활용하기

그렇다면 요잉(Yawing)을 어떻게 활용할 수 있을까? 요잉을 잘 활용하면 최고의 랩 타임을 낼 수 있다.

 

 

과정은 이러하다. 코너 진입 시 핸들을 꺾어서 요잉을 발생시킨다. 요잉이 발생하면 핸들을 돌리는 것보다 더 많은 각도로 차량이 돌아가게 되므로, 최소한의 조향으로 차의 방향을 원하는 각도만큼 돌릴 수 있다. 차량의 원하는 만큼 돌았다면, 그 순간 차량을 가속하여 코너를 빠져나갈 수 있다.

 

이렇게 요잉을 활용하는 것이 최고의 랩 타임을 뽑아낼 수 있다. 특히 랠리 경기를 보면 요잉을 활용하는 것을 두 눈으로 확인할 수 있다.

 

참고 | F1은 그립 주행인가?
요잉을 활용하는 것이 베스트 랩 타임을 낼 수 있다고 했는데, F1 경기를 보면 전혀 요잉을 사용하지 않고 그립 주행을 한다고 이야기할 수 있다. 눈으로 봤을 때는 그립 주행이지만 F1 드라이버들도 미세하게 요잉을 발생시켜 주행하고 있다.

 

회전 관성이 큰 차량일수록 요잉을 발생시키기 어렵다. 거꾸로 말하면 회전 관성이 작으면 요잉이 쉽게 발생한다. 어떤 차량은 코너를 도는 중 브레이크를 살짝 밟아 요잉을 발생시킬 수 있다.

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다음 포스팅부터 차량 포맷별 특성을 알아가보자.