7-1 캐스터
 
캐스터는 차량의 직진성을 좋게 해주고 핸들(스티어링)의 복원력을 향상시키는 역할을 합니다. 눈썰미가 좋은 사람들은 대형마트에서 사용하는 쇼핑카트를 유심히 보셨다면 앞 바퀴 쪽에 캐스터각을 설정한 것을 보실 수 있습니다. 별도의 조향장치 없이 밀고 당기는 힘으로 쉬운 조향성능을 내기 위해서 카트 앞 바퀴는 캐스터 각을 가진 형태로 만듭니다. 캐스터각은 자전거나 오토바이에도 적용됩니다. 
 
RC에서 적용되는 캐스터각(Caster Angle)은 스키드각(Skid Angle)과 비슷한 의미로 쓰여집니다. 제조회사나 차 종에 따라서 두 가지를 혼용하는 경우도 있습니다. 간략하게 정리하면 아래와 같습니다.
 
(1) 스키드각 : 보통 언더샤시의 앞 부분이 꺽어진 각도나 로워암(Lower Arm)의 기울어진 각도로 캐스터각이라고도 합니다.
 
(2) 캐스터각 : 로워암과 킹핀이 이루는 각도로 킹핀각이라고 쓰겠습니다.
 
(3) Grand캐스터각 : 이것은 편의상 명칭을 붙인 것으로 스키드각과 킹핀각의 합이라고 보면 됩니다. 대부분 설명에서 캐스터각이라는 표현은 이것을 의미합니다.
 
위 두 용어를 구분하는 이유는 킹핀각이 지나치게 커지면 핸들링 조작에 어려움이 생기고 스키드각 또한 지나치게 커지면 타이어의 접지력과 서스펜션의 상하운동에 많은 영향을 미치기 때문에 큰 캐스터각을 얻기 위해서 2단계로 캐스터각을 늘려줍니다. 자세한 것은 여러분의 차량설명서와 차량을 유심히 관찰 해 보면 답을 얻기 쉽습니다.
 
앞서 무게중심에서 설명했듯이 스키드각은 타이어의 접지력에 중요한 요소입니다. 이것 때문에 차량을 설계하는 사람은 스키드각으로만 캐스터각을 얻지 않고 적절하게 배분해서 최종적인 캐스터각을 얻어냅니다. 그래서 실제로 판매되는 오프로드 차량의 경우 차량설명을 자세히 보면 스키드각 10도에 킹핀각 10도로 세팅을 해서 20도의 캐스터각으로 만드는 경우도 있고 제로킹핀에 샤시 스키드각 10도 + 서스암 스키드각 10도의 형태로 20도의 캐스터각을 만드는 등 다양한 형태로 캐스터각을 만들어 냅니다.

 

이러한 캐스터각은 차량의 정지 또는 감속 시 앞 바퀴의 접지력을 올려주는 역할을 하기도 합니다. 특히 회전 시에는 초반 오버스티어링 특성을 좀 더 강하게 해 주기도 합니다. 이런 점을 고려해서 캐스터각과 안티스쿼트각(Anti-Squat Angle)은 앞 뒤 접지력을 따지는 중요한 요인이 되기도 합니다. 즉 캐스터각이 커지면 전륜 쪽의 접지력이 감소하기 때문에 조금 더 다른 세팅에서 감소된 접지력을 보충 해 주어야 합니다.
 
여기서 안티스쿼트각에 대해서 간단히 설명을 하고 넘어 가겠습니다.

 

 

안티스쿼트각이란?
 
온로드차량에는 거의 적용이 안되고 오프로드 특히 버기차량에 적용이 많이 되는 기술입니다. 국내에는 이에 대한 자세한 설명을 알씨 분야에서는 찾기가 어려워 자료를 찾고 이해하는데 애를 먹었습니다. 중요한 특성이기에 반드시 설명이 필요합니다.
 
스쿼트 현상이란 차량이 출발 또는 가속 시 무게중심이 뒤쪽으로 이동하면서(따로 설명을 안 해도 되지만 한 번 더 설명을 하면 무게중심이 뒤로 이동을 하면 뒤쪽의 접지력이 올라간다고 생각을 해야 됨) 차량이 쪼그리고 앉는 형태를 취하는 것을 뜻합니다. 이것이 지나칠 경우 윌리액션을 하게 되는데 이는 주행성능에 커다란 악영향을 미치기 때문에 이것을 억제하는 것이 안티스쿼트각입니다. 나중에 설명을 하겠지만 드룹(Droop)양도 이와 상관관계를 가지고 있습니다. 이 순간적인 현상을 글로 표현하는데는 한계가 있지만 차량이 뒤로 가라앉으면 앞쪽이 들리게 되고 자연스럽게 앞쪽의 접지력은 떨어지게 됩니다. 이는 곧 스티어 특성을 바꿔주게 됩니다.
 
즉 코너링 시 감속 후 가속 시에 스쿼트현상이 나오게 되면 원활한 코너링에 방해를 받게 되기 때문에 이를 최대한 억제하기 위해서 비교적 지상고가 높은 오프로드차량에 이를 적용하는 경우가 많습니다.
 
이렇듯 한 가지의 현상으로 인해서 연쇄적인 현상이 일어나는 것을 알아내는 것이 차량세팅의 가장 기본이 됩니다. 눈치가 빠른 사람이라면 이미 아셨을지도 모르지만 차량의 세팅을 한 가지 부분에서 이해하려고 하면 그 한계가 금방 드러납니다. 앞으로는 특별한 부연설명이 없더라도 이런 점을 좀더 유의하면서 글을 보는 것이 좀 더 넓은 시각을 가지게 해줍니다.
 
  
간단히 해석을 하면
 
(1) 안티스쿼트가 감소(로워암이 수평)
- 감속시 리어트랙션(접지력)이 증가
- 가속시 리어트랙션(접지력)이 감소
- 범프트랙에서 좋다
 
(2) 안티스쿼트가 증가(뒤쪽이 좀더 기울어짐)
- 가속하는 동안 리어트랙션이 증가
- 감속시 리어트랙션(접지력)이 감소
- 평탄하고 그립이 높은 트랙에 적합

안티스쿼트각은 보통 1~3도 정도로 리어 로워암의 각도를 기울게 만들어주면 됩니다. 이 각도가 커지면 위에 링크된 세팅시트에서 설명하듯이 감속 시 접지력이 감소하고 가속 시 접지력이 증가합니다. 각이 작아질 때는 반대현상이 나오는데 그 차이가 심하다고는 생각하지 않습니다. 그냥 쉽게 이해하는 방법은 무게중심의 이동에 따른 접지력의 변화가 서스펜션의 각도가 변할 경우 어떻게 되는지를 알고 넘어가면 됩니다.
 
스쿼드각에 대한 설명은 부족하지만 이것으로 마치겠습니다.
 
다시 본론으로 넘어가서 아래는 캐스터각에 대한 세팅시트입니다.
 

간단히 해석을 하면
 
(1) 작은 캐스터각
   - 직진 안정성이 떨어짐
   - 코너진입 시 감속 스티어링이 증가
   - 서스펜션의 효과가 증가

(2) 큰 캐스터각
   - 직진 안정성이 증가
   - 코너진입 시 감속 스티어링이 감소
   - 범프트랙에서 차량의 안정성 증가
 
 
캐스터각에 대해서 일반적인 설명에서는 접지력에 대한 부분은 대부분 빠져있습니다. 즉 스티어특성에 대해서 자세히 설명을 하고 넘어가지를 않습니다. 아마도 캐스터각은 대부분 고정되어있는 경우가 많아서 사용자가 별로도 각도를 바꾸기 힘들어서 그럴지도 모릅니다. 필자는 기본적으로 설명되어있는 부분에 대해서는 그다지 관심이 없습니다. 더 중요한 점은 차량이 움직이면서 발생되는 현상에 따른 접지력의 변화에 더 관심을 가지고 있습니다.
 
즉 코너링 시 Slow-in Quick-out의 형태로 주행을 할 경우 초반에 오버스티어 성향이 강해지고 중반 이후 언더스티어 성향이 강해지는 과정을 설명을 하고 싶은 것 입니다.
 
이 과정의 시뮬레이션은 여러분 스스로 지금까지 습득한 내용을 바탕으로 수십 번 반복해서 생각을 해야 됩니다. (나중에 스티어링특성에 대한 설명에서 자세한 설명이 됩니다)
 
캐스터각의 변경에서 로워암의 변경은 힘듭니다. 별도로 로워암을 제작해서 캐스터각을 집어넣는 경우는 있지만 이것은 논외로 하겠습니다. 일부 차량은 옵션부품으로 다양한 캐스터각을 가진 허브를 판매하기도 합니다. 캐스터각을 변경하려면 이것을 이용하면 됩니다.
 
  
7-2 캠버
 
캠버각에 대한 이해는 지오메트리(서스펜션의 구조)를 제대로 알고 있으면 비교적 쉽게 이해가 됩니다. 캠버각의 변화에 따른 변화는 아래 세팅시트를 참고하시면 됩니다.

간단하게 해석을 하면
 
(1) 프론트 캠버
   - (-)를 많이 줄 경우 : 스티어링 증가
   - (-)를 적게 줄 경우 : 스티어링 감소

(2) 리어 캠버
   - (-)를 많이 줄 경우 : 코너진입시 리어 트랙션 감소
   - (-)를 적게 줄 경우 : 코너진입시 리어 트랙션 증가
     만약 쇽이 너무 세워져 있을 경우 트랙션을 잃을 수 있고 트랙션을 갑자기 잃게 되어 차량을 조종하기 힘들어집니다.
 
 
일반적으로 서스펜션의 설계 시 가장 고려하는 점은 서스펜션의 상하운동으로 생기는 캠버각의 변화를 어느 쪽으로 맞출 것인가에 초점을 두는 것 입니다. 지금 가지고 계신 차량을 위에서 눌러보면 캠버각이 변하는 것을 눈으로 확인할 수 있습니다. 서프펜션의 구조상 (-) 캠버 쪽으로 이동하는 경우도 있고 (+) 캠버 쪽으로 이동하는 경우도 있습니다. 물론 전혀 안 움직이는 경우도 있긴 합니다.
 
즉 로워암과 어퍼암(턴버클로드)의 길이와 고정점을 기준으로 여러 가지 형태의 변화가 나오게 됩니다. 알씨에서 로워암은 대부분 길이가 고정되어 있기 때문에 세팅 시 변경이 힘듭니다. 우리가 할 수 있는 것은 어퍼암의 길이와 고정점을 어떻게 변경하면서 캠버의 변화를 어떻게 만들지만 생각을 하면 됩니다. 어퍼암은 주로 벌크헤드 또는 쇽타워에 고정을 하고 다른 한쪽은 허브에 고정을 합니다. 양쪽의 고정위치는 한 개로 제한되어 있는 경우도 있지만 여러 개의 구멍이 뚫려있어서 자유롭게 위치변경이 가능한 경우도 있고 구조적인 차이가 있을 수도 있지만 스페이서를 이용해서 높이 조절이 가능한 어퍼암은 그것을 이용해서 기울기를 조절 해 주면 됩니다.
 
어퍼암의 길이에 따른 차량특성의 변화는 자료에는 나오지만 자세히는 설명하지 않겠습니다. 다만 길이가 길 수록 캠버각의 변화가 적어지고 차량의 안정성이 높아진다 정도로만 설명하겠습니다.
 
캠버각을 주로 (-) 캠버를 주는 이유는 코너링을 좀 더 안정적으로 하기 위해서 세팅을 한다고 알면 됩니다. 다만 지나치게 (-) 캠버를 할 경우 타이어 안 쪽의 편마모가 심해집니다. 거꾸로 (+) 캠버의 경우 타이어 바깥 쪽이 많이 닳게 됩니다. 대부분 0-2도 정도 범위 내에서 세팅을 하면 됩니다. 캠버 역시 타이어가 회전 시 발생되는 원심력의 영향으로 작은 (-) 캠버의 세팅은 제로캠버의 성향을 가지게 됩니다.
 
일반적인 캠버에 대한 설명은 아래와 같습니다.
 
캠버는 차량의 사이드 트랙션에 영향을 주며 일반적으로 많은 (-) 캠버는 그립의 증가를 의미하며 휠의 사이드 트랙션을 증가시킨다. 캠버의 조정은 프론트 타이어의 마모를 평평하게 리어 타이어를 약간 안쪽으로 마모하도록 하면 됩니다.
 
프론트 캠버의 경우 캐스터와 관련되어 최대한 지면과 맞닿게 해 주면 되고 높은 캐스터각일 경우 적은 양의 (-) 캠버를 낮은 캐스터각일 경우는 많은 양의 (-) 캠버가 필요합니다.
 
 
 
7-3 토우
 
토우각에 대해서는 평소 심각하게 생각을 안 해 봐서 그다지 중요하게 생각을 안 합니다. 세팅시트에 나온 정도만 이해를 해도 될 것 같아서 긴 설명은 생략하겠습니다.
 

간단히 해석을 하면
 
(1) 프론트 큰 토우인
   -  차량을 조종하기 쉽게 만들어줌
(2) 프론트 작은 토우인 또는 토우아웃
   - 언더스티어 감소
   - 코너진입 시 스티어링 증가
   - 스티어링 반응이 빨라짐
   - 가속 시 안정성이 줄어듬
   - 차량을 조종하기 어렵게 만들어줌
(3) 리어 큰 토우인
   - 언더스티어 증가
   - 가속 코너탈출과 정지 시에 안정성이 증가
   - 리어트랙션을 잃을 확률이 줄어듬
   - 최고속도 감소
(4) 리어 작은 토우인
   - 가속 코너탈출과 정지 시에 안정성이 감소
   - 리어 트랙션을 잃기 쉬워짐
   - 최고속도 증가
 
토우각을 이해하려면 애커맨(Ackerman)에 대해서 이해를 하는 게 좋습니다. 애커맨이란 차량이 회전을 하는데 좌우바퀴 조향각도의 차이를 둬야 되는데 이를 조절 해 주는 것이 애커맨입니다. 애커맨이 커지면 좌우조향각도 차이가 커지게 되는데 이는 코너링을 좀 더 원활하게 해 줍니다. 차량이 좌측으로 회전 시 왼쪽바퀴가 오른쪽보다 더 큰 각도로 꺾이는 것을 확인 해 보시면 됩니다. 일부 차량은 옵션으로 애커맨을 더 커지게 해 주는 부품이 나오기도 합니다.
 
우리가 프론트 토우아웃세팅을 했을 경우 직진성능이 떨어지는 대신에 코너링을 원활하게 해준다는 것을 알고 있습니다. 이는 애커맨의 효과를 토우각도의 조절로 얻는 것으로 보면 됩니다.
 
차량이 움직일 경우 바퀴가 바깥쪽으로 벌어지는 성향이 생겨서 토우제로로 했을 경우에 약간의 토우아웃의 성향이 나타나기도 합니다(스케이트 탈 때 발이 자연스럽게 벌어지는 현상과 비슷합니다). 대부분 2도 이내에서 세팅을 하기 때문에 무리한 세팅은 피하는 게 좋습니다. 그리고 리어의 경우 대부분 토우인 2도 내외의 고정된 형태로 나오기 때문에 세팅에는 신경을 안 써도 됩니다.
 
나머지 토우각에 대한 설명은 생략하겠습니다.
 
참고로 얼라이먼트의 세팅에는 턴버클(Adjust Rod)이 필수적으로 필요합니다. 턴버클이란 한 쪽은 오른나사 다른 쪽은 왼나사로 만들어져 있어 볼엔드를 분리하지 않고도 턴버클을 돌려서 미세한 조정이 가능합니다. 상대적으로 오른나사로만 되어있는 로드의 경우 볼엔드를 풀고 1/2바퀴씩 돌려서 조정이 가능하기 때문에 조정의 정밀도가 떨어집니다

이것으로 얼라이먼트에 대한 설명을 마치도록 하겠습니다. 다음 편에는 지오메트리와 롤센터에 대해 살펴보도록 하겠습니다.
 

[원작 : 제플린의 RC이야기]