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[Formula 1] #09 - F1 차량의 서스펜션(Suspension)에 대한 이해 (3) : 서스펜션을 통한 거동 문제 해결 -
지난 포스팅에서는 간략하게 서스펜션의 기초(The Fundamentals of Suspension)에 대해 설명했다. 2021.09.30 - [가벼운 공학 과학 IT/Formula 1 Tech. Stuff] - [Formula 1] #09 - F1 차량의 서스펜션(Suspens..
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[목차]
- 차량 거동에 따른 플랫폼의 변화
- 플랫폼 변화에 따른 문제
문제 #1 피칭(Pitching)
문제 #2 롤링(Rolling)
문제 #3 공기역학적 성능 저하
- 피칭 문제를 해결하자
문제 및 해결책 (Heave Spring)
- 롤링 문제를 해결하자
문제 및 해결책 (Anti-roll Bar)
- F1 차량의 서스펜션
- 이상적인 서스펜션 셋업
부드러운 서스펜션 vs. 딱딱한 서스펜션
F1 차량의 서스펜션
F1 차량의의 경우, 동일하게 U자 모양의 작은 안티롤 바를 로커와 연결한다. 팀마다 독자적인 디자인을 가지고 있는데 이는 결국 디자인의 문제지 결국은 같은 원리다. 안티롤 바를 통해 차량의 한쪽이 눌릴 때 안티롤 바가 뒤틀려지게 되고, 이를 통해 눌린 서스펜션은 다시 끌어올려주고, 눌리지 않은 서스펜션은 살짝 눌러준다. 이렇게 양쪽 서스펜션의 배열(Alignment)을 맞춰줌으로써 차량 양쪽을 동일하게 낮춰준다.
차량의 거동 중 롤링이라는 현상 전반적인 요소들을 통제하는 것은 안티롤 바와 더불어 서스펜션 시스템 그리고 댐퍼(Damper)가 동시에 작용함으로써 이루어진다. 각 파츠 별로 각자의 일을 함과 동시에 부품들 간의 협력을 고려해서 최적화된 서스펜션 셋업을 찾는 것이 엔지니어들의 궁극적인 임무이자 목표다.
참고) 뒤쪽 서스펜션은?
우리는 지금까지 앞쪽 서스펜션만 봤는데, 뒤쪽 서스펜션은 본질적으로 그 원리는 앞쪽과 같지만 로커 조립이 수직으로 되어있다는 부분만 다르다. 이는 기어박스(Gearbox)나 파워트레인(Power Train) 및 충돌과 연관된 여러 구조를 고려했을 때 가장 적합한 형태이기 때문이다. 또한 앞 바퀴와는 다르게 스티어링 암(Steering Arm)이 뒷바퀴에는 따로 연결되지 않기 때문이기도 하다.
이상적인 서스펜션 셋업
F1 세계에서는 차량이 최적의 속력을 내는 것 그리고 차량 조작성을 높이는 것에 있어 최적의 서스펜션 셋업은 필수불가결하다. 각기 다른 특성을 가진 서킷 별로 최적의 서스펜션 셋업은 달라진다. 또한 각 차량의 디자인에 따라 얼마나 서스펜션 셋업 또한 달라진다. 상황에 따라 서스펜션 셋업을 잘 해야한다는 의미이다.
부드러운 서스펜션 vs. 딱딱한 서스펜션
보통 서스펜션 세팅을 말할 때 부드러운가 또는 딱딱한가로 표현한다. 보통의 경우를 들어서 서스펜션 셋업의 예를 들어보고자 한다.
| 부드러운 서스펜션 (Soft Suspension) | 딱딱한 서스펜션 (Stiff Suspension) | |
| 장점 | 요철의 충격을 더 잘 흡수한다. 부드러운 주행이 가능하다. 중저속 코너 구간에서 좋다. |
롤링과 피칭이 덜해 차량이 안정적이다. 조작성이 예민하고 반응성이 좋다. 정밀한 드라이빙에 적합하다. 직선 구간에서 좋다. |
| 단점 | 롤링과 피칭이 심해 차량이 불안정하다. 조작성 측면 예민도와 반응성이 떨어진다. |
요철의 충격 흡수가 되지 않아 덜컹거림이 심하다. 그립(Grip)이 낮다. |
부드러운 서스펜션의 경우, 트랙 노면 위의 요철들의 충격을 더 잘 흡수하고 연석을 부드럽게 주행할 수 있다. 하지만 부드러운만큼 롤링과 피칭이 더 심하고, 조작성이 빠릿빠릿하지 못하다.
딱딱한 서스펜션의 경우는 반대다. 요철에 의해 차체의 덜컹거림이 심하기는 하지만, 롤링과 피칭이 덜해 차량이 안정적이다. 이는 타이어가 노면과 고르게 잡히지 못해 그립이 낮아지는 문제가 있지만, 조작하는 것에 있어 예민도와 반응성에서 월등히 좋다. 그렇기 때문에 장애물 사이를 주행하는 정밀한 드라이빙은 딱딱한 서스펜션이 좋다. (단 노면의 범프들을 잘 핸들할 수 있을때면..!)
직선 구간과 같이 속력이 빠르고 공기역학적 성능이 중요한 트랙은 차량의 안정성을 중요시하기에 딱딱한 셋업이 적합하다. 반면 저속 중속 코너가 많은 꼬불꼬불한 트랙은 더 그립이 좋은 부드러운 서스펜션이 더 좋다.
서스펜션을 딱딱하게할지 부드럽게할지는 단순히 조절하는 것이 부드럽게! 딱딱하게! 조절하는 것이 아니다. 안티롤 바가 있는 상황에서, 댐퍼와 히브 스프링의 압축/이완 특성과 토션 바의 스프링 경직도를 잘 조합하는 것과 같이.. (복잡하다) 여러 요소들이 작용하는 마치 복잡계와 같다. 그렇기 때문에 마냥 단순하지만은 않다.
마치며
F1세계에는 정말 많은 종류의 서스펜션이 있다. 여러 번에 걸쳐 F1의 각 팀은 서스펜션의 레이아웃을 재정렬하거나, 규정을 조금씩 위반하면서 기존 서스펜션에서 보다 더 좋은 성능을 끌어내기 위해 규범을 뒤집기 위해 고군분투해왔다. FRIC 서스펜션, Active 서스펜션, DAS 등 서스펜션의 세계 또한 무궁무진하다.
각 서스펜션마다 각기 다른 특성을 가진다. 하지만 결국 본질적인 원리는 4개의 포스팅에서 다룬 내용들과 크게 벗어나지 않기 때문에, 이번 내용들을 이해했다면 다른 서스펜션 또한 이해하는 데에 큰 무리가 없을 것으로 보인다.
이후 포스팅에서는 F1 차량이 아닌 일반 차량의 서스펜션에 대해 조금 들여다볼 예정이다.