[Formula 1] #15 - 레이싱 라인(Racing Line)이란? (1)

2021.11.08 - [가벼운 공학 과학 IT/Formula 1 Tech. Stuff] - [Formula 1] #14 - 코너(Corner)에 대한 모든 것

[Formula 1] #14 - 코너(Corner)에 대한 모든 것

 

 이전에 작성했던 포스팅인 '코너에 대한 모든 것'에서 언급한 것과 같이, 코너에는 래디우스(Radius)가 있고, 그 래디우스가 크면 클수록 코너링 속도도 빨라지고 그 코너 길이가 증가한다고 말했다. 그리고 이러한 가장 큰 래디우스를 형성하는 라인을 바로 레이싱 라인(Racing Line)이라고 한다고 했다.

 

 사실 이전 포스팅보다 먼저 레이싱 라인을 다루는 것이 순서에 맞지만, 이미 나는 포스팅을 작성하였고 이미 벌어진 일이기에 (어쩌고 저쩌고...)

 

 아무튼 이번 포스팅에서는 모터스포츠, 특히 서킷 레이싱에서 아주 중요한 레이싱 라인(Racing Line)에 대해 좀 더 깊이 알아보자.

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[목차]
- 횡 그립(Lateral Grip)과 차량이 그리는 원
- 횡 그립의 예시
- 레이싱 라인(Racing Line) 만들기

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횡 그립(Lateral Grip)과 차량이 그리는 원

 래디우스(Radius)가 크면 클수록 코너링 속도가 더 빨라진다. 코너링 속도는 차량이 얼마나 많은 횡 그립(Lateral Grip)을 가지는지와 관련이 있다. 이는 단순히 타이어의 접지력이 아니라, 다른 그 이상의 무언가와 관련이 있다.

코너를 돌아나갈 때 횡 마찰력과 횡 그립이 작용한다.

 횡 그립(Lateral Grip)이란 래디우스를 형성하는 원의 중심을 향한 힘이다. 차량이 코너를 돌아나갈 때 바깥으로 힘이 작용하는데, 이때 미끄러지지 않기 위해서는 횡그립이 충분히 있어야 한다.

 

 이는 실에 물체를 매달아 놓고 원을 그리며 돌릴 때 발생하는 원심력과 구심력과 비슷한 개념이라고 생각하면 된다. 물체를 돌리면 물체에는 바깥으로 튕겨져 나가려고 하는 원심력과 원의 중심으로 향하는 구심력이 평형을 이루어 원을 그리며 회전한다. 횡 그립 또한 이와 비슷한 개념이라고 보면 된다.

 

정확히 원심력과 구심력은 차량에서 지면과 닿지 않는 차체(chasis)에 가해지는 힘이다.

 

 다운포스(Downforce),서스펜션(Suspension), 트랙션(Traction) 등등이 차량이 이렇게 차량이 돌아나갈 때에 필요한 그립에 영향을 미치는 녀석들이다.

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횡 그립의 예시

(출처 : Youtube Channel 'Chainbear')

 위 그림의 차는 시속 40km로 원을 그리고 있다. 이렇게 원을 그리면서 차가 주행할 수 있는 이유는, 차는 항상 앞으로 나아가려고 하는 반면, 차의 그립에서 나오는 횡 마찰력(lateral friction)이 차를 원의 안쪽으로 잡아당기고 있기 때문이다. 이렇게 '차가 앞으로 나가려는 힘'과 '횡 마찰력', 2가지의 힘이 평형을 이루면서 차가 원을 돌면서 주행할 수 있게끔 해준다. 

 

(출처 : Youtube Channel 'Chainbear')

 앞서 말한대로 코너는 원의 일부이다. 원의 래디우스 즉, 원의 크기는 이 차의 이 속력에서의 그립으로 결정된다. 만약 차가 시속 50km로 속력을 높인다면, 차는 버티지 못하고 기존 원을 벗어나버리고 이후 더 큰 원을 그린다. 이렇게 속도가 높아질수록 차가 버틸 수 있는 원의 크기가 점점 더 커진다. 반대로 원이 더 커지면 차량의 속도는 더 빨라진다.

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레이싱 라인(Racing Line) 만들기

 레이싱 라인에 대한 설명에 앞서 기초적인 코너링 라인을 보자.

 

(출처 : Youtube Channel 'Chainbear')

 이렇게 직선-코너-직선이 있는 간단한 코너를 놓고 보자. 이 코너를 가장 빠른 속도로 진입/진출하려면, 코너를 돌아나갈 수 있는 가장 큰 크기의 원을 찾아야 한다. '아웃→인→아웃' 즉, '진입 시 바깥 라인→코너의 에이펙스→진출 시 바깥 라인', 이렇게 세 지점으로 그릴 수 있는 가장 큰 원을 따라 나가면 빠르게 나갈 수 있을 것이다.

 

 하지만 실제로 이렇게 간단하지는 않다. 실제 코너를 측량해서 복잡한 계산식을 통해 레이싱 라인을 계산해내기 때문에, 레이싱 라인은 이렇게 아웃-인-아웃으로 간단하게 계산되지는 않는다.

 

(출처 : Youtube Channel 'Chainbear')

 레이싱 라인의 계산이 복잡한 이유는 결국 에이펙스(Apex)라는 녀석 때문이다. 많은 드라이버들과 해설자들이 말하는 에이펙스라는 녀석은 차량이 훑고 지나가는 코너의 가장 안쪽 지점을 의미한다. 눈대중으로 대략적인 에이펙스는 확인 가능하지만 실제 에이펙스는 산식을 통해 계산된다.

 

 수학 산식을 통해 계산한 최적의 에이펙스를 'True Apex' 또는 'Geometric Apex'라고 한다. 코너의 실제 딱 중간 지점을 말하는 것이다. 결국 True Apex 또는 Geometric Apex를 구해 코너를 통과하는 것이 코너링의 궁극적인 목표이다. 

 

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 자 이렇게 True Apex를 구했으니 최적의 레이싱 라인을 지나면서 빠른 속도로 코너를 통과해나갈 수 있게 되었다. 하지만 이 라인이 가장 좋은 라인은 아니다. 왜냐하면 우리의 목적은 단지 코너 하나를 빨리 도는 것이 아니기 때문이다. 우리의 목적은 트랙 전체를 빨리 도는 것이다. 

 

이어서 계속-