자동차의 핸들을 조작해 앞바퀴 방향을 잡을 때 차체와 앞바퀴의 관계가 밀접하지 않으면 어떻게 될까. 차체와 바퀴가 따로 놀아 제대로 방향을 잡을 수 없을 것이다. 자동차가 처음 태어났을 때는 마차에 엔진을 얹은 것과 다를 바 없었다. 하지만 그 때도 자동차는 겉보기와는 달리 그리 단순하지 않았다. 먼저 마차와 자동차는 달리는 속도가 달랐다. 마차의 순항속도는 기껏 시속 40km 가량이었지만 자동차는 다임러 이후 15년이 지나자 시속 100km를 넘어섰다. 따라서 마차처럼 허약한 하체로는 위험해서 달릴 수 없었다.

마차는 말이 끌기 때문에 가해지는 힘이라고는 말이 끄는 힘, 곧 텐션이 작용할 뿐이어서 차체가 안정되어 있다. 마부는 말이 가야 할 방향이나 따라갈 길만 알려주면 가고자 하는 방향으로 갈 수 있다. 앞쪽의 장애물은 말이 알아서 피하고, 교차로에 닥쳐도 말끼리 진로를 조정하기 때문에 들이받지 않는다. 이와 같은 방법을 명령제어라고 한다. 그와는 달리 자동차는 운전자가 진행방향을 제어하고 조정한다. 이를 가리켜 인간제어 또는 인간-기계 시스템이라 부른다. 이 시스템은 많은 문제점을 낳게 마련이다.

엔진성능을 따질 때 응답성이라는 조금 어려운 이야기를 제쳐둔다면 출력이나 마력으로 간추릴 수 있다. 보디도 차체의 비틀림 강성이라든가 전달계수라는 성능값이 전부는 아니라도 상당히 큰 몫을 차지한다. 하지만 하체성능은 그런 수치로 표시할 수 없다. 과거엔 핸들의 조종력이라든가 브레이크의 페달 밟기에 대해 속도가 줄어드는 값을 따지기도 했다.

요즘은 사정이 다르다. 자동차 기능의 파워가 발전해 사람의 힘과는 관계없이 작동하고 파워장치의 설계에 따라 그 값을 마음대로 조절할 수 있기 때문이다. 서스펜션도 소프트타입이냐 하드타입이냐는 기호의 문제다. 사용자가 마음에 드는 차를 고르면 된다.

물론 메이커는 개발과정에 여러 가지 값을 내는 장치를 시험한다. 가령 조종안정을 표시하는 말로 오버스티어와 언더스티어가 있다. 커브를 돌려고 할 때 핸들을 꺾는 각도에 대해서 자동차가 지나치게 돌았다(오버스티어)거나 핸들 동작에 비해 작게 돌았다(언더스티어)는 것을 나타낸다. 하지만 아직까지 수치로 어떻게 표시해야 한다고 못 박아 놓은 것이 없다.

조종안정성을 운전자가 평가하고 있는 것은 분명하지만 구체적으로 나타낼 수 있는 지표는 아직 없다. 그런 지표를 만들 수 없는 이유를 살펴보자. 앞서 말했듯이 엔진의 동력성능은 자동차의 앞뒤 움직임을 좌우할 뿐이다. 사람이 차에 입력하는 길은 액셀 페달뿐이다.

운전자가 기억하고 있는 엔진과 차의 특성이나 복잡한 점이라고는 가속을 어떻게 감지하느냐에 있다. 주로 귓속의 달팽이관에 의해 가속도를 알 수 있다. 그리고 눈으로 창밖 풍경의 흐름과 엔진음으로도 느낄 수 있다. 어느 경우에나 일은 단순하다.

하지만 조종안정성은 그리 간단하지 않다. 지면의 들쑥날쑥, 도로의 커브, 바람, 거기에다 사람이 조작하는 핸들과 브레이크와 액셀 페달이 힘을 넣는다. 결국 조종안정성의 특성은 그대로 조종안정성 연구의 역사를 반영하고 있다. 하지만 조종안정성을 이해하기 위해서는 그 역사를 공부할 필요가 있다. 특히 레이싱 관계자는 반드시 알아두어야 한다.

자동차의 조향은 타이어를 비트는 작용으로 이루어진다는 것은 누구나 알고 있다. 타이어를 비틀려면 힘이 든다. 핸들조작은 가벼운 편이 좋다. 직선운동하고 있을 때 핸들을 꺾으면 일정한 원운동에 들어간다.

그 사이 핸들의 조작력과 일정한 원운동을 하고 있을 때 핸들을 지키려는 힘이 큰가, 작은가? 조향력은 가벼워야 좋다는 것은 바른 이치다. 하지만 단순히 가볍게 하려면 핸들 기어비를 크게 하면 그만이다. 이렇게 하면 핸들을 돌릴 때의 기민성이 떨어진다. 그에 대한 처방으로 얼라인먼트 변화와 기어효율 개선으로 기민성을 올려 가벼운 핸들을 개발한다.

자동차가 정상원 선회를 하고 있을 때에 모든 바퀴는 한 점을 중심으로 원을 그린다. 방향을 가늠하는 앞바퀴는 좌우가 서로 다른 각도를 따라가야 한다. 이 운동을 연구한 학자의 이름을 따서 애커먼 선회라고 한다. 지금은 가벼운 조타력을 내려면 파워 핸들로 바꾸면 된다. 일반적으로 논 파워 모델도 있기 때문에 조향력이 중요한 요인으로 꼽힌다.

자동차의 조종과 운동을 생각할 때에는 먼저 바탕이 되는 타이어 역학을 밝혀야 한다. 조향 동작을 하고 있을 때의 타이어를 상상해보라. 타이어가 나아가는 방향과 타이어 면과는 어긋난다. 겉보기에는 미끄러지고 있는 것 같다. 이렇듯 차에서는 서스펜션과 타이어의 조화가 극히 중요하다. 서스펜션 세팅을 아무 잘했더라도 타이어를 잘 고르지 않으면 효과가 없다. 반대로 사용하는 타이어의 종류에 따라 서스펜션 세팅이 달라지는 것을 명심하기 바란다.