언더스티어 및 오버스티어

Understeer and oversteer
Depiction of understeer.
언더스티어: 차량이 충분히 회전하지 않고 도로를 벗어남
Depiction of oversteer.
오버스티어: 차량이 의도한 것보다 더 급격하게 회전하며 회전할 수 있습니다.

언더스티어오버스티어는 스티어링에 대한 차량의 민감도를 나타내는 데 사용되는 차량 역학 용어입니다.오버스티어는 자동차가 운전자가 지시하는 양보다 더 많이 회전(스티어)할 때 발생하는 현상입니다.반대로 언더스티어는 운전자가 지시하는 양보다 적게 조향할 때 발생합니다.

자동차 엔지니어는 일련의 정상 상태 원형 회전 테스트를 통해 횡방향 가속도의 변화와 관련된 조향 각도의 변화에 기초하여 언더스티어와 오버스티어를 정의합니다.자동차 및 모터스포츠 애호가들은 잡지와 블로그에서 다양한 기동 시 스티어링에 대한 차량의 반응을 설명하기 위해 일반적으로 이 용어를 사용합니다.

차량 동력학 용어

언더스티어 및 오버스티어를 설명하는 데 사용되는 표준 용어는 문서 J670의[1] SAE(자동차 엔지니어 협회)와 문서 8855의 [2]ISO(국제 표준화 기구)에 의해 정의됩니다.이러한 용어로 언더스티어 및 오버스티어는 차량이 평탄하고 평평한 노면에서 일정한 스티어링 휠 각도로 일정한 속도로 일정한 반지름 경로를 따르는 정상 상태 조건의 차이를 기반으로 합니다.

언더스티어 및 오버스티어는 언더스티어 구배(K)로 정의되며, 이는 횡방향 가속의 함수로서 일정한 회전에 필요한 스티어링이 어떻게 변화하는지 측정한 것입니다.일정한 속도에서의 조향은 저속에서의 동일한 원형 경로를 따라가는 데 필요한 조향과 비교됩니다.주어진 회전 반경에 대한 저속 조향을 아커만 조향이라고 합니다.필요한 조향과 아커만 조향의 차이가 횡방향 가속도의 증분 증가와 관련하여 증가할 경우 차량은 양의 언더스티어 구배를 갖는다.횡방향 가속도의 증분 증가와 관련하여 조향 차이가 감소하는 경우 차량은 음의 구배를 갖는다.

언더스티어와 오버스티어는 공식적으로 경사 "K"를 사용하여 정의된다.K가 양수이면 차량이 언더스티어를 나타내고, K가 음수이면 차량이 오버스티어를 나타내고, K가 0이면 차량이 중립입니다.

언더스티어 구배를 결정하기 위해 몇 가지 테스트를 사용할 수 있다: 일정한 반지름(다른 속도에서 반복 테스트), 일정한 속도(다른 조향 각도에서 반복 테스트) 또는 일정한 조향(다른 속도에서 반복 테스트).이 세 가지 테스트에 대한 공식적인 설명은 [3]ISO에서 제공합니다.길레스피는 두 가지 측정 방법에 대해 자세히 설명합니다.[4]

결과는 테스트 유형에 따라 다르므로 단순히 deg/g 값을 제공하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 또한 구배를 측정하는 데 사용되는 절차의 유형을 표시해야 합니다.

차량은 본질적으로 비선형 시스템이며 K가 테스트 범위에 따라 변화하는 것은 정상입니다.차량이 일부 조건에서 언더스티어를 보이고 다른 조건에서 오버스티어를 보일 수 있습니다.따라서 언더스티어/오버스티어 특성을 보고할 때마다 속도와 횡방향 가속도를 지정해야 합니다.

언더스티어 구배에 대한 기여

타이어 코너링 강성, 캠버 스러스트, 횡력 준수 스티어링, 자가 정렬 토크, 횡력 전달 및 스티어링 시스템 준수 등 차량의 많은 특성이 언더스티어 구배에 영향을 미칩니다.중량 분포는 각 타이어의 정규 힘과 접지력에 영향을 미칩니다.이러한 개별 기여는 분석적으로 또는 Bundorf 분석에서 측정을 통해 확인할 수 있습니다.

실제 처리 특성을 간단히 이해

본 문서의 대부분은 언더스티어 경사의 경험적 측정에 초점을 맞추고 있지만, 이 섹션에서는 도로 성능에 초점을 맞추고 있습니다.

언더스티어는 일반적으로 코너링 중에 프론트 타이어가 먼저 미끄러지기 시작하는 상태로 이해할 수 있습니다.앞 타이어가 미끄러지고 뒷 타이어가 접지력이 있기 때문에 모든 타이어가 접지력이 있는 경우보다 차량이 덜 회전합니다.모든 타이어에 트랙션이 있을 때보다 회전량이 적기 때문에 이를 언더스티어링이라고 합니다.

리어 타이어가 먼저 트랙션을 파손하는 경우에는 그 반대입니다.프론트 타이어는 차량 전방의 횡방향 가속을 계속하면서 원을 그리게 됩니다.리어 타이어는 원의 접선을 따라 계속 주행하는 경향이 있지만 차량 전면에 부착되어 있어 트랙션이 남아 있기 때문에 주행할 수 없습니다.그 결과 리어 타이어가 차량 앞쪽을 기준으로 바깥쪽으로 회전합니다.그러면 차량이 커브 안쪽 방향으로 회전합니다.스티어링 각도가 변경되지 않으면(즉, 스티어링 휠이 동일한 위치에 유지됨) 프론트 휠이 점점 더 작은 원을 추적하는 반면 리어 휠은 계속해서 차량 전방 주위로 회전합니다.이것이 바로 자동차가 튀어나올 때 일어나는 현상이다.개가 행복할 때 꼬리를 흔드는 방식처럼 오버스티어에 취약한 차를 '꼬리 해피'라고 부르기도 하며, 마이너스 K 차량의 일반적인 문제는 낚싯줄이다.

자동차는 앞 타이어와 뒷 타이어가 동시에 트랙션을 잃으면 '중립'이라고 불립니다.이는 차량이 방향 전환의 바깥쪽 방향으로 미끄러질 수 있지만 운전자가 설정한 효과적인 스티어링 각도를 유지하기 때문에 바람직합니다.따라서 트랙션 파괴의 결과를 더 쉽게 예측할 수 있으므로 트랙션 한계 조건에 근접하여 주행하는 것이 '안전'합니다.

실제 주행에서(속도와 방향 전환 반경이 모두 지속적으로 변경될 수 있음) 트랙션 분포와 오버스티어 또는 언더스티어 경향에 영향을 미치는 몇 가지 추가 요인이 있습니다.이는 주로 타이어에 대한 중량 분포와 각 타이어에 가해지는 추가 마찰 하중에 영향을 미치는 것으로 나눌 수 있습니다.

정지 상태의 차량 중량 분포는 핸들링에 영향을 미칩니다.무게 중심이 프론트 액슬에 가깝게 움직이면 타이어 하중 민감도로 인해 차량이 언더스티어되는 경향이 있습니다.무게 중심이 차량 뒤쪽을 향하면 리어 액슬이 바깥쪽으로 흔들리는 경향이 있는데, 이는 오버스티어입니다.무게 전달은 가속의 방향과 크기에 반비례하며 무게 중심의 높이에 비례합니다.제동 시 중량이 전방으로 전달되고 리어 타이어의 트랙션이 줄어듭니다.가속 시 무게가 후방으로 전달되어 프론트 타이어 트랙션이 감소합니다.극단적인 경우 프론트 타이어가 완전히 지면에서 떨어져 나갈 수 있으며, 이는 스티어링 입력이 지면으로 전혀 전달되지 않음을 의미합니다.

타이어는 회전하는 횡력과 더불어 가속 및 제동력을 지면에 전달해야 합니다.이러한 벡터가 추가되며, 새로운 벡터가 어떤 방향으로든 타이어의 최대 정적 마찰력을 초과할 경우 타이어가 미끄러집니다.후륜 구동 차량이 후륜을 회전할 수 있는 충분한 힘을 가지고 있다면, 휠이 회전하기 시작할 때 충분한 엔진 출력을 전달하여 언제든지 오버스티어를 시작할 수 있습니다.일단 트랙션이 고장나면 상대적으로 좌우로 흔들림이 자유롭다.제동 부하에서는 일반적으로 프론트 브레이크에 의해 더 많은 작업이 수행됩니다.이 전방 바이어스가 너무 클 경우 프론트 타이어의 트랙션이 손실되어 언더스티어가 발생할 수 있습니다.

정상 상태 테스트에서 측정된 언더스티어 구배에 가장 큰 영향을 미치는 것은 중량 분배 및 서스펜션 형상이지만, 동력 분배, 브레이크 바이어스 및 전방-후방 중량 전달은 많은 실제 시나리오에서 트랙션을 먼저 잃는 휠에도 영향을 미칩니다.

제한 조건

언더스티어 차량이 더 이상 횡방향 가속도를 높일 수 없는 타이어 접지력 한계에 도달하면 차량은 의도한 것보다 더 큰 반경을 가진 경로를 따라 이동합니다.차량이 횡방향 가속도를 높일 수는 없지만 역동적으로 안정적입니다.

오버스티어 차량이 타이어 접지 한계에 도달하면 스핀아웃 경향과 함께 동적으로 불안정해집니다.차량이 개방 루프 제어 시 불안정하지만 숙련된 운전자가 카운터 스티어링을 통해 불안정 지점을 지나도 제어 상태를 유지할 수 있으며, 스로틀 또는 브레이크의 올바른 사용을 통해 제어 상태를 유지할 수 있습니다. 이를 표류라고 할 수 있습니다.

관련 대책

언더스티어 구배는 정상 상태의 코너링 동작을 특징짓는 주요 척도 중 하나입니다.이는 특성 속도(스티어 각도가 아커만 각도의 2배인 언더스티어 차량의 속도), 횡방향 가속도 게인(g's/deg), 요 속도 게인(1/s), 임계 속도(오버스티어 차량이 무한 횡방향 가속도 게인을 갖는 속도)와 같은 다른 특성과 관련이 있다.

레퍼런스

  1. ^ SAE International Surface Vehicle 권장 사례, "차량 역학 용어", SAE 표준 J670, 2008-01-24 개정판
  2. ^ 국제 표준화 기구, "도로 차량 – 차량 역학 및 도로 유지 능력 – 어휘", ISO 표준 8855, 개정 2010
  3. ^ 국제 표준화 기구, "승용차 – 정상 상태 원형 주행 거동 – 개방 루프 테스트 방법", ISO 표준 4138
  4. ^ T. D. Gillespie, "차량 역학의 기초", 미국 펜실베이니아 주 워렌데일, 자동차 엔지니어 협회, 1992. 페이지 226-230.