언더스티어, 오버스티어의 의미는 크게 어렵지 않습니다.

내가 핸들을 돌린것 보다 

차가 덜 회전하면 understeer.

차가 더 회전하면 oversteer.

Vehicle dynamics를 공부하지 않은 사람들끼리 이야기 하는것 이라면 이정도 정의로도 충분할꺼라 생각합니다.

하지만, 연구소에서 차량 설계와 관련된 답변을 해줄 때 차량의 기본적인 특성이 언더스티어인지, 오버스티어인지를 이야기 했다면 일반적으로 사용되는 두 단어의 정의 보다는 좀 더 공학적인 접근을 한 뒤 답변을 이해해야할 필요가 있을것 같습니다.

물론, 위키에 이러한 내용이 잘 설명되어있긴하지만 공학을 전공하지 않으신분들의 이해를 위해 간단히 정리해보겠습니다.

(https://en.wikipedia.org/wiki/Understeer_and_oversteer#cite_note-J670-1)

Society of Automotive Engineers (SAE) 의 J670 문서와 International Organization for Standardization (ISO)의 8855 문서에서는 언더스티어와 오버스티어는 평평하고 경사가 없는 표면에서 차량이 일정한 스티어링 휠 각도로 일정한 속도로 일정한 반경을 따르는 정상 상태 조건의 차이를 기반으로 한다고 합니다.

스티어링에의한 차량의 움직임을 설명하기위해 아래와같은 Bicycle model을 사용하게 되는데, 

아래 그림은 더 정확히 느린속도에서의 회전을 표현하는 Ackermann steer입니다. 앞바퀴가 꺾여있는 각도를 δ(델타)라고 했을 때, 앞바퀴에 수직선과 뒷바퀴의 수직선이 만나는 지점이 Turn center가 되고 이 중심을 기준으로 차량이 회전한다는 것입니다.

저속 회전모델에서는 타이어가 옆으로 미끄러지지않고 있는 그대로 굴러간다는것을 가정하고 있습니다.

점차 속도가 증가하게되면 아래와같이 모델이 조금 복잡하게 됩니다. 타이어가 횡방향 힘(검은색 화살표)을 받게 되면서 옆으로 미끄러지기 시작하기 때문입니다.

이것을 나타내는것이 파란색 화살표 입니다. 각 타이어가 움직이는 방향이 타이어가 원래 굴러가야하는 방향에서 차이가 나기 시작합니다. 여기서 중요한 것은 차량의 회전이 실제 바퀴가 이동하는 궤적인 파란색 화살표에 수직인 선을 기준으로 생성된 turn center에의해 정해진다는 것입니다. 

이러한 모델을 정리하게되면 다음과같이 정리가 됩니다.

δ = 57.3(L/R) + K*a_y

이때 ,

K 는 Understeer gradient, a_y는 횡방향 가속도 입니다.

쉽게 말해서, K는 앞 뒤 바퀴의 파란색 화살표가 타이어방향에서 얼마만큼 멀어져있나를 나타내는 값인데 앞 뒤 바퀴의 슬립률이 동일하면 0, 앞 바퀴의 슬립률이 더 크면 양수, 앞바퀴의 슬립률이 뒷바퀴보다 작으면 음수 입니다.

이 식에 의하면 휠베이스가 L인 차량을 곡륙반경 R로 회전시키기 위해서 필요한 스티어링 각도 δ는 Understeer gradient K와 횡방향 가속도에따라 변하게 됩니다.

만약 K가 0 이라면 이 차량은 Neutral steer 특성을 가지고 있는것이고, turn center 위치가 변할수는 있지만 회전반경은 저속회전에서와 동일하다는것입니다. 비슷하게, K가 양수이면 Understeer로 회전반경이 커지고, 음수이면 Oversteer로 회전반경이 작아지는 특성이라고 할 수 있습니다.

그 특성을 나타낸것이 위의 그래프 입니다. 

처음 낮은 속도에서는 Ackermann steer 특성을 보이지만 속도가 증가할수록 차량의 설계 특성에 따라 Udersteer, Neutral steer, Oversteer를 나타낸다는 것입니다. 

(참고로, 이러한 특성은 정상상태에서 측정이 이루어지게 됩니다.)

위키에 중요한 표현이 작성되어있는데 구글번역을 돌려보면 아래와 같습니다.

"차량은 본질적으로 비선형 시스템이며 K가 테스트 범위에 따라 변하는 것은 정상입니다. 차량이 어떤 조건에서는 언더스티어를 나타내고 다른 조건에서는 오버스티어를 보일 수 있습니다. 따라서 언더스티어/오버스티어 특성을 보고할 때마다 속도와 횡방향 가속도를 지정해야 합니다"

"타이어 코너링 강성, 캠버 추력, 횡력 컴플라이언스 조향, 자동 정렬 토크, 횡방향 중량 전달 및 조향 시스템의 컴플라이언스를 포함하여 차량의 많은 특성이 언더스티어 기울기에 영향을 미칩니다. 무게 분포는 각 타이어의 수직력과 접지력에 영향을 줍니다."

즉, 차량의 기본적인 특성은 설계를 통해 결정지을 수 있지만 K에 영향을 주는 수많은 요인들 때문에 언더스티어로 설계를 해도 오버스티어가 될 수 있고 그 반대일수도 있다는 것입니다.

언더스티어 및 오버스티어의 공학적 기준을 알았으니 

이제 차량의 설계 방향에대해 생각해보겠습니다.

기본적으로 차량의 특성을 정하기 위해서는 위에서 설명한 부분들이 우선적으로 고려되어야 할것입니다.

모 유튜버가 연구소들로부터 받은 답변을 보면 모든 브랜드에서 언더스티어 성향으로 차량을 설계한다고 되어있습니다.

연구소측 답변대로 극소수의 특별한 차량을 제외하고 기본적으로 언더스티어 설계가 기본입니다.

언더스티어와 오버스티어를 타이어가 굴러가는 방향에대한 슬립률을 기준으로 나눈다고 했는데, 주행중 코너가 아니라도 횡방향힘을 받아 바퀴의 방향에서 슬립이 발생하는 경우가 많이 있습니다. 예를 들어, 횡풍, 옆으로 경사진도로, 고르지않은 노면 등이 있을 수 있습니다.

만약 오버스티어 성향의 차량이 정속으로 주행하는 도중 횡풍을 만나는 경우를 생각해보겠습니다. 스티어링 앵글은 변화가 없지만 앞바퀴가 옆으로 밀려나는것보다 뒷바퀴가 옆으로 밀려나는 양이 많기 때문에 차의 뒷부분이 바람방향으로 밀려나고 이를 되돌리기위해 스티어링 앵글을 반대로 해주면 차의움직임이 더 위험하게 변할 수 있습니다.

이러한 특성은 횡풍 뿐만 아니라 경사진 도로나 코너링 상황도 마찬가지입니다.

하지만 언더스티어 성향의 차량이라면 간단히 스티어링 앵글만 바꾸는것 만으로 안정적인 제어가 가능합니다.

물론, 설계가 아닌 real-world 에서는 속도와 회전 반경이 모두 지속적으로 변경되기 때문에 몇 가지 추가 요소가 오버스티어 또는 언더스티어 경향에 영향을 주게됩니다. 

그럼에도 불구하고 기본적인 차량의 주행 안정성을 생각한다면 언더스티어가 기본 설계방향이 맞습니다.

차량의 성격이 스포츠인지 컴포트인지에 따른 설정은 그 이후 각 상황에대한 적절한 셋팅으로 맞춰 나가는것 이구요.

각 연구소에서 받은 답변과 질문의 원본을 확인하지 않는다면 정확히 어떤 의도로 "모든 차량은 언더가 기본이다"라고 이야기 했는지 모르겠지만,  연구소 이름으로 답변을 했다면 공학적인 내용을 바탕으로 굉장히 일반적인 내용을 답변했을 것이라고 생각합니다.

[결론] 

- 언더스티어, 오버스티어는 타이어가 옆으로 미끄러져 발생하는 슬립앵글 로 정의된다. 

- 언더스티어와 오버스티어를 논하기위해서는 일정한속도, 일정한 스티어링앵글, 일정한 곡률을 기본으로 해야한다.

- 모든차량은 언더스티어(또는 Neutral steer)가 기본 설계방향이다.

언더스티어 오버스티어를 이해하고 아래 정리해주신 질문을 다시확인해보시면 딱히 잘못된 부분은 없는듯합니다.

(단, 이 질문과 답변에서 속도의 증가 및 감속, 스티어링 앵글의 변화등에대해 이야기하고있지 않기 때문에 관점에따라 (steady인지 아닌지) 해석이 다양하게 될 수 있다는것은 감안해야 할 듯합니다.)

https://www.clien.net/service/board/cm_car/17307135CLIEN

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Q1. 귀사는 자동차의 기본 운동특성을 언더스티어, 오버스티어 중 어느 것으로 설정합니까?

A: 예측가능을 위한 약한 언더스티어 (or 완벽한 뉴트럴스티어)

(오버스티어로는 설정 안함)

Q2. 구동방식(전륜, 후륜, 사륜 등)에 따라 설정을 다르게 하는 경우가 있습니까?

A: 없다. 파워트레인 및 구동방식은 스티어 성향과 무관하게 동일하게 맞춘다.

Q3. 약한 언더스티어로 설정하는 이유가 무엇입니까?

A: 어떤 환경에서든 운전자가 차량의 거동을 예측가능해야하기 때문이다. 안전을 위해 약한 언더스티어로 설정한다.

Q4. 귀사 모델 중 의도적으로 오버스티어오 설정한 차가 있습니까.

A: 고성능 특정모델(폭스바겐 골프R, 람보르기니 STO, 테크니카 등)을 제외하고 그런 차는 없다.

Q5. ESC가 있으니 오버스티너오 설정래도 되지 않습니까?

A: ESC 개입없이 안전한 차를 만들어야 한다. ESC가 고장날 수도 있고 개입 시 운전자를 놀라게 할 수 있으며 주행감각이 떨어지기 때문이다.

Q6. 오버스티어로 설정된 (타사) 자동차를 본 적이 있습니까?

A: 일부 레이싱카 제외 없다.

Q7. 귀사의 전기차의 주행특성은 (약한)언더스티어입니까, 오버스티어입니까?

A: 내연기관과 동일하게 약한 언더스티어다.

Q8. 전기차의 모터토크 밑 회생제동이 스티어 특성을 변화시키는가?

A: 전기차 특성에도 오버스티어가 나선 안된다.

Q9. ESC on에서 오버스티어가 발생한다면 왜 그렇습니까?

A: 모니터링 시스템이 작동하지 않을때 나타날 수 있는데 이상적이지 않다.

Q10. 차량 평가자가 ESC를 끄는 이유가 무엇입니까?

A: ESC가 없어도 예측가능한 좋은 밸런스를 유지해야 한다. ESC 작동 불능 상황에서도 안전한 차를 만든다.

Q11. ESC on 상태네서 모든 한계 거동 및 문제점을 파악할 수 있습니까?

A: ESC on 상태에서 차량의 한계을 확인할 수 없어 on/off 둘다 확인한다.