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[박상욱의 모스다] (21) '지오메트리'가 뭐길래…가방끈과 내용물

자동차와 관련한 기사나 블로그 포스팅, 유튜브 영상 등 다양한 아티클을 접하다 보면 여러 '전문용어'의 향연이 펼쳐진다.  
힐앤토(Heel and toe), 소잉(Sawing), 카운터스티어(Countersteer) 등 운전 테크닉에 대한 용어를 비롯해 같은 기능인데 브랜드에 따라 다르게 부르는 용어들도 있다. ESP(Electronic Stability Program), DSC(Dynamic Stability Control), VDC(Vehicle Dynamic Control) 등이 대표적인 예다.  
 
[사진 카섬싱가포르]

[사진 카섬싱가포르]

모두 ABS(Anti-lock Brake System, 잠금 방치 브레이크 시스템), TCS(Traction Control System, 접지력 제어 시스템), EBD(Electronic Brake-force Distribution, 전자 제동력 분배 시스템) 등을 조합한 '차체자세제어프로그램'을 일컫는 표현이다. ABS와 TCS, EBD는 특정 기능을 하는 장치에 대한 '공통 명칭'이지만, 이들 장치가 조화를 이루도록 프로그래밍하는 것에 있어 브랜드만의 노하우와 개성이 드러난다. 때문에 같은 '차체자세제어'라 할지라도 ESP(메르세데스 벤츠), DSC(BMW), VDC(현대·기아차) 등 서로 다른 이름으로 부르다.
 
약자도 많고, 괄호 속 내용도 많고, 벌써부터 머리가 복잡해진다. 이번 주 모터스포츠 다이어리, 자동차와 관련된 용어에 대한 이야기다.
 
<서스펜션 지오메트리(Suspension Geometry)>
'안티' 지오메트리의 개념도 [사진 다이나튠엑스엘]

'안티' 지오메트리의 개념도 [사진 다이나튠엑스엘]

언제부터인가 자동차를 평가하는 데에 있어 지오메트리라는 단어가 심심찮게 보이고 있다. 지오메트리의 사전적 뜻은 '기하학'이다. 공간의 '수리적 성질'을 연구하는 수학의 한 분야인 것이다. 그렇다면 자동차에서의 지오메트리는? 'A 지점에서 B 지점으로 움직이는 것'과 관련한 모든 것이라고 볼 수 있다.
 
자동차를 가방에 비유해보자. [사진 댄커티스산업디자인]

자동차를 가방에 비유해보자. [사진 댄커티스산업디자인]

복잡하다. 그럼, 간략히 자동차에서 '움직이는 것'이 무엇인가 살펴보면 된다. 바퀴다. 다른 건 다 그대로 붙어있어도 바퀴는 상하좌우로 끊임없이 움직인다. 자동차를 가방에 비유하자면, 지오메트리는 '가방끈'이라고 보면 된다. 똑같은 가방 몸통, 똑같은 가방 속 짐 배치에도 불구하고 가방끈이 어디에 고정되고, 어떤 길이로 늘여져 있고, 끈의 재질이 어떻냐에 따라 똑같은 짐이라도 더 편하게, 또는 더 무겁게 느껴질 수 있는 것 처럼 말이다.
 
보다 세밀하게는 '서스펜션 지오메트리'라고 일컫기도 한다. 서스펜션 암의 고정 위치, 암의 길이, 암이 움직이는 범위 등을 비롯해, 소위 '휠얼라이'로 불리는 휠 얼라인먼트(Wheel alignment) 등이 포함되는 개념이다.
서스펜션의 구조. [중앙포토]

서스펜션의 구조. [중앙포토]

 
그렇다면 서스펜션은 정확히 무엇일까? 흔히 애프터마켓에서 튜닝을 위해 구입하는 서스펜션은 스프링과 댐퍼(쇼크업소버)로 구성되어 있어 이것이 서스펜션의 전부라고 생각하는 경우가 많다. 크게 서스펜션은 이들 스프링 및 댐퍼와 더불어 서스펜션 암, 스테빌라이저 등으로 구성된다. 서스펜션 암의 경우 서스펜션의 형태에 따라 로어 암과 어퍼 암 등으로 구분되기도 한다.
 
때문에 '지오메트리의 특성'이라 함은, 서스펜션의 구조적인 특성 또는 각 암들이 고정된 위치와 그로 인해 바퀴가 움직일 수 있는 범위를 의미한다. 서스펜션의 지오메트리는 주행 안정성을 해치는 움직임을 줄이는 방향으로 설계되는데, 이를 '안티 지오메트리('Anti-'geometry)'라고 부른다. 안티 지오메트리엔 크게 3가지가 있다.
다양한 종류의 안티 지오메트리 [사진 화이트스모크]

다양한 종류의 안티 지오메트리 [사진 화이트스모크]

 

안티 리프트 지오메트리(Anti-lift geometry)

이는 가속 과정에서 차량의 앞 부분이 들리는 현상을 방지하기 위한 지오메트리를 일컫는다. 차량의 전륜 서스펜션에 적용되는 지오메트리로, 이를 추구함으로써 차량은 균형을 유지하지만 접지력과 편안한 승차감에 있어서는 손해를 보게 된다.
 

안티 다이브 지오메트리(Anti-dive geometry)

이는 제동 과정에서 차량의 앞 부분이 눌리는 현상을 방지하기 위한 지오메트리를 일컫는다. 이를 통해 제동시 전륜의 스프링과 댐퍼가 수축하는 정도가 줄어들지만 승차감에 있어서 손해를 보는 부분이 있을뿐더러, 제동시 차량보다 앞서 바퀴가 먼저 멈춰 잠기는 이른바 '락업(Lock up)' 현상이 보다 쉽게 나타나게 된다.
 

안티 스쿼트 지오메트리(Anti-squat geometry)

이는 가속 과정에서 차량의 뒷 부분이 눌리는 현상을 방지하기 위한 지오메트리를 일컫는다. 차량의 후륜 서스펜션에 적용되는 지오메트리로, 안티 다이브 지오메트리의 반대 개념이라고 보면 된다.  
 
안티 다이브 지오메트리의 개념도 [사진 팀닷]

안티 다이브 지오메트리의 개념도 [사진 팀닷]

이러한 지오메트리의 성격과 지향점을 논하는 데에 있어 가장 중요한 부분은 바로, 암의 위치와 방향이다. 더블위시본 이나 멀티링크 등을 예로 들면, 위 그림과 같이 어퍼 암과 로워 암의 연장선을 그어 그 접점을 찾아야 한다. 
지오메트리는 중심을 찾는 데에서 시작한다. [사진 화이트스모크]

지오메트리는 중심을 찾는 데에서 시작한다. [사진 화이트스모크]

차량의 지오메트리를 파악하고, 이를 정확이 논하기 위해서는 리프트에 차를 올려놓고 아래에서 위를 바라보는 것이 아니라 휠이나 범퍼 등을 탈거해 각 암들이 놓인 방향을 봐야 하는 것이다.
 
<무게배분 : 코너웨이트(Corner weight)와 크로스웨이트(Cross weight)>
전후 무게배분을 강조한 BMW의 광고. [사진 BMW]

전후 무게배분을 강조한 BMW의 광고. [사진 BMW]

이와 함께 자주 등장하는 용어로는 '무게 배분(Weight distribution)'을 꼽을 수 있다. 전후 무게배분이 5대 5로 동일해 코너링 성능이 뛰어나거나 전후 무게배분으로 차량의 지오메트리가 무너졌다는 등의 말이다.
 
앞서 지오메트리를 가방끈에 비유했다면, 무게배분은 가방속 내용물이 어디에 쏠려있는지에 비유할 수 있다. 여행을 갈 때 배낭에 짐을 꾸리는 것을 생각해보자. 아무리 외형이 튼튼해보이는 배낭일지라도 가벼운 짐을 아래에 넣고 무거운 짐을 위에 넣는다면, 이리저리 고꾸라질 것이다. 아무리 인체공학적으로 설계돼 허리와 어깨에 부담을 덜 주는 좋은 배낭이라 할지라도, 가벼운 짐은 왼쪽에만 넣고 무거운 짐을 오른쪽에 몰아 넣는다면 여행을 다녀온 후 허리와 어깨 통증에 시달릴 것이다.
 
그런데, 몸이 불편해지거나 가방을 세워두는 것이어려워질 뿐이지 이와 상관 없이 가방끈은 그대로 있다. 빈 가방이든 짐이 든 가방이든, 가방끈의 길이도 그대로고, 가방끈이 고정된 위치도 그대로다. 다시 말해, 무게 배분에 따라 차량의 거동이 영향을 받을 수 있을지라도 지오메트리는 이와 상관 없는 것이다.
 
구동방식과 오버스티어의 관계 [중앙포토]

구동방식과 오버스티어의 관계 [중앙포토]

코너링에 있어 무게배분은 지대한 영향을 미친다. 소위 '운전의 즐거움'을 기치로 내건 BMW는 자동차의 무게배분을 마케팅에 가장 잘 활용한 브랜드로 손꼽힌다. 앞뒤 5대 5의 무게배분을 뽐내는 광고사진과 함께 극한의 코너링 성능을 부각하는 것이다.
 
그런데, BMW의 우수한 코너링 퍼포먼스가 5대 5의 전후 무게배분 때문일까. 과연 전후 무게배분만을 놓고 코너링의 좋고 나쁨을 따질 수 있을까. 코너를 돌아나가기 위해서는 기본적으로 조향을 담당하는 바퀴에 하중이 실려야 한다. 즉, 앞바퀴에 무게가 쏠려야 하는 것이다. 하중이 실려야 타이어와 노면의 마찰력이 늘어나고, 그래야 타이어의 접지력을 최대한 활용할 수 있기 때문이다.
코너 진행에 따라 4개의 바퀴에 각각 걸리는 코너웨이트는 달라진다. [사진 디스포트]

코너 진행에 따라 4개의 바퀴에 각각 걸리는 코너웨이트는 달라진다. [사진 디스포트]

 
때문에 가만히 멈춰있을 때의 전후 무게배분이 제 아무리 5대 5라 할지라도, 코너링을 할 때에는 앞에 하중이 쏠리기 마련이다. 그리고 코너링은 왼쪽 또는 오른쪽으로 돌아나가는 것이다. 전후 무게배분을 떠나 '크로스웨이트(Cross weight)'가 중요한 이유다. 이러한 크로스웨이트는 '코너웨이트(Corner weight)'를 확인함으로써 알 수 있다.
 
자동차가 지면과 유일하게 접촉하는 부분, 노면과 드라이버가 유일하게 소통할 수 있는 부분은 바로 바퀴, 타이어다. 코너웨이트는 차의 각 바퀴에 가해지는 무게를 의미한다. 그리고 크로스웨이트는 대각선상에 위치한 휠들에 가해지는 무게와 차량 전체 중량의 비율 의미한다. '좌측 앞바퀴(LF)에 실리는 무게+우측 뒷바퀴(RR)에 실리는 무게'와 '우측 앞바퀴(RF)에 실리는 무게+좌측 뒷바퀴(LR)에 실리는 무게'가 얼만큼 균형을 이루느냐가 바로 코너웨이트의 배분이고, 이는 코너링 과정에 있어 차량의 거동에 주된 영향을 미치는 요인이다.
 
크로스웨이트. [중앙포토]

크로스웨이트. [중앙포토]

전후 무게배분이 5대 5에서 6대 4로 달라지는 문제와 크로스웨이트가 5대 5에서 6대 4로 달라지는 문제는 코너링에 있어 미치는 영향의 '수준'이 다르다. 제 아무리 전후 무게배분이 5대 5라 할지라도, 크로스웨이트가 균형잡히지 않으면 좌우 모든 코너에서 균형잡힌 코너링을 선보일 수 없게 된다. 반대로, 전후 무게배분이 6대 4라 할지라도, 크로스웨이트가 균형잡혀 있으면 안정적인 코너링이 가능하다.  
 
<패키징(Packaging)>
클래식 미니. [사진 위키피디아]

클래식 미니. [사진 위키피디아]

자동차를 이야기하는 데에 있어 패키징은 여러 의미로 사용된다. 보통은 자동차라는 '물건'에 사람과 엔진, 기타 장비와 수납공간 등을 어떻게 배치하고 구성하는지를 놓고 패키징이라고 일컫는다. 마케팅·세일즈의 측면에서 각종 옵션이나 트림 구성을 패키징이라고 부르는 경우도 있다.  
 
마찬가지로 가방에 비유해보자. 앞서 '가방끈'은 서스펜션·서스펜션 지오메트리, '가방 내용물'은 무게배분 등에 비유했다. 패키징은 가방의 기능적 설계로 비유할 수 있다. '섀시(Chasis)'라는 가방의 틀 속에서 가방 내부에 노트북 수납공간을 만들고, 외부에 돌출된 지퍼 주머니를 두는 등의 설계 말이다.
 
오스틴 미니 Mk1의 측면 설계도. [사진 핀터레스트]

오스틴 미니 Mk1의 측면 설계도. [사진 핀터레스트]

이는 자동차의 심미적·외적 아름다움을 추구하는 자동차 디자인과는 다른 개념이다. 물론, 개성있는 패키징은 개성있는 외형 디자인을 부를 수도 있다. '작지만 4명이 탑승할 수 있는 자동차'라는 패키징 방향을 구현하기 위해 독특한 개성이 나타나게 된 미니가 이러한 경우의 대표적인 예라고 볼 수 있다. 물론, 반대로 패키징 목적을 달성하려다 보니 우스꽝스러운 디자인으로 '세계에서 가장 못생긴 자동차' 순위에 드는 경우도 발생한다.
 
<회두성>
[사진 카어드바이스닷컴]

[사진 카어드바이스닷컴]

최근 자동차를 평가하는 글이나 영상을 보면, 점차 "코너링이 좋다"는 표현이 "회두성이 뛰어나다"는 표현으로 대체되는 모습을 볼 수 있다. 회두성은 한자 '돌아올 회(回)'와 '머리 두(頭)', 말 그대로 머리가 돌아나가는 성질을 의미한다. 차가 얼마만큼 코너를 잘 돌아나가느냐, 운전자의 스티어링휠 조작이나 하중 이동에 얼마나 민감하게 반응하느냐를 나타내는 표현이다.  
 
이러한 회두성과 함께 '롤(Roll)'과 '피치(Pitch)'가 언급되곤 하는데, 정작 회두성은 '요(Yaw)'와 관련된 부분이다. "회두성이 좋다"는 말은 ①요의 발생이 다른 차량들에 비해 쉽고 빠르게 일어나거나 ②적은 스티어링 입력량에도 차의 반응이 상대적으로 크다는 것을 의미한다.
자동차의 움직임은 크게 롤, 피치, 요 등으로 구분된다. [사진 포뮬러원딕셔너리]

자동차의 움직임은 크게 롤, 피치, 요 등으로 구분된다. [사진 포뮬러원딕셔너리]

 
후자의 경우, '조향비(Steering ratio)'를 어떻게 설정하느냐에 따라 달라지는 부분으로 차량 성능의 한계를 평가하는 것과는 별개의 일이다. 전륜이 움직이는 범위는 동일하지만 조향비가 서로 다른 두 대의 자동차를 예로 들어보자.  
 
이들 차량의 바퀴를 오른쪽으로 10도 꺾으려면 어떻게 해야할까. A 자동차는 스티어링휠을 20도만 꺾으면 되는 것에 반해 B 자동차는 스티어링휠을 30도 꺾어야 한다. 운전자가 느끼기에 A 자동차가 "반응이 민감하다"고 느낄 수 있지만 결국 바퀴가 꺾인 각도는 동일하다. 그럼, 바퀴를 오른쪽으로 끝까지 돌려놓는다고 치자. A 자동차는 한바퀴 반이면 됐는데, B 자동차는 두바퀴나 돌려야 한다.  
 
운전자가 입력한 스티어링휠 조작량은 서로 다르지만 바퀴가 돌아간 결과는 동일하다. 운전자의 '느낌적인 느낌'에는 A 자동차의 코너링이나 회두성이 더 좋게 느껴질 것이다. 하지만 회두성·코너링 성능을 나타내는 각종 G(중력가속도) 값은 동일하다. 단순히 조향비의 차이만을 놓고 자동차의 회두성이나 코너링 성능을 평가하는 기준으로 제시하기 어려운 이유다.
차량의 롤과 피치, 요를 실시간으로 측정한 모습 [사진 레이스테크놀로지닷컴]

차량의 롤과 피치, 요를 실시간으로 측정한 모습 [사진 레이스테크놀로지닷컴]

 
때문에 "회두성이 좋다"는 평가를 내리기 위해선 '요의 발생'을 기준으로 평가해야 하고, 이를 위해선 정확한 요 수치의 측정이 뒤따라야 한다. 대부분의 운전자는 롤과 피치는 쉽게 느끼는 반면, 요는 쉽게 느끼지 못한다. 롤·피치·요 모두, 측정장비가 아닌 "몸으로 느끼는" 것은 정확할 수 없다. 그나마 몸이 좌우(롤) 또는 앞뒤(피치)로 움직이는 것은 낫다. '꼬리뼈에서 올라오는 찌릿함(요)'은 위의 두가지 보다 움직임이 적을 뿐만 아니라 운전자의 예민한 정도에 따라 느끼지 못하는 경우도 발생한다.
 
<결국, 숫자>
[사진 언디스]

[사진 언디스]

수만개의 부품으로 구성된 자동차는 우리들로 하여금 각종 과학기술의 발달을 몸소 체험할 수 있게 해준다. 그런데 이러한 과학기술의 산물을 평가하는 것 치고, 유독 자동차에 대한 평가는 주관적인 내용이 많은 편이다. 평가인지 개인적 감상인지 구분이 어려울 정도. 객관적으로 수치화가 가능한 코너링, 회두성, 제동성능 등에 있어서도 "뛰어나다", "끝내준다", "땅에 꽂히는듯 하다" 등 주관적인 평가가 주를 이루는 것이다.  
 
이는 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 카메라 등 다른 '과학기술의 산물'에 대한 평가나 리뷰와는 다른 양상이다. 스마트폰을 평가하면서 아무런 수치도 없이 그저 "배터리가 끝내준다", "화면이 좋다", "인터넷이 빠르다"라고 한다면 어떨까. 이것들 보다 적게는 10여배, 많게는 100배 넘게 더 비싼 자동차를 평가하는 데에 있어서는 아무렇지 않았는데 말이다.
 
자동차에 있어 '감성'이 차지하는 부분이 매우 큰 것은 사실이다. 브랜드의 가치, 디자이너의 명성, 소재의 고급감 등등. 다만 수치화가 가능한 부분, 수치화가 반드시 필요한 부분에 대해서도 그저 '느낌'으로만 접근하는 일은 지양해야 할 것이다. 나의 느낌과 당신의 느낌은 그 '느낌적인 느낌'이 다르기 때문이다.
 
박상욱 기자 park.lepremier@joongang.co.kr
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